Глава 3

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, РЕЗУЛЬТАТЫ И ПОГРЕШНОСТИ

§ 3.1. Технологические измерения с однократными лногократными наблюдениями

Основной задачей технологических измерений является формирование потока измерительной информации, необходимой для непосредственного и непрерывного контроля и управления технологическими процессами. В то же время необходимо отметить, что круг применения технологических измерений существенно расширяется. Так, с внедрением в технологические процессы вычислительных машин и других средств вычислительной техники стало возможным с использованием средств технологических измерений выполнение косвенньїх и совокупных измерений, позволяющих получить измерительную информацию о комплексных показателях и составе потоков, определить технико-экономические показатели процессов и.т. д.

Наиболее важным и нетрадиционным является применение технологических измерений для создания моделей технологических процессов, необходимых для их последующей оптимизации.

Невозможно успешное решение задач, связанных с перечисленными применениями технологических измерений, без предварительного изучения метрологических аспектов постановки, проведения и обработки результатов измерительного эксперимента (см. приложение 1).

Применительно к химико-технологическим процессам измерительный эксперимент выполняется с использованием всего арсена­ла средств измерений, рассмотренных в гл. 4—14, и достижений современной теории эксперимента. При этом используются измере­ния с однократными и многократными наблюдениями.

Общий подход к применению этих измерений состоит в следую­щем:

если систематические погрешности являются определяющими т. е. их значения существенно больше значений случайных погреш­ностей, то целесообразно для определения значения измеряемой величины использовать измерение с однократным наблюдением;

если случайная погрешность является определяющей, то необходимо использовать измерение с многократными наблюдениями.

При этом для обоснованного применения измерений с однократным наблюдением необходимо располагать дополнительной инфор­мацией о том, что значение случайной погрешности меньше, чем систематической (см. ниже), а для получения корректных резуль­татов при использовании измерений с многократными наблюдения­ми необходимо иметь дополнительную информацию, обеспечиваю­щую возможность исключения систематической погрешности.

Технологические измерения с однократными наблюдениями при­меняются для автоматического контроля всех важных параметров химико-технологических процессов, а именно: температуры, давле­ния, уровня, расхода и качества. На основе измерений с однократ­ными наблюдениями строятся автоматические системы регулирова­ния названных технологических параметров и автоматизированные системы управления технологическими процессами. Необходимость применения измерений с однократными наблюдениями для решения указанных задач связана с тем, что современные технологические процессы характеризуются большими скоростями протекания, сложными взаимосвязями и многообразием возмущающих воздей­ствий, поэтому технологические параметры этих процессов, как пра­вило, без принятия соответствующих мер достаточно быстро изме­няются. Это затрудняет и обычно делает невозможным применение измерений с многократными наблюдениями.

С использованием технологических измерений с однократными наблюдениями решаются в настоящее время задачи косвенных из­мерений, используемых для управления и учета комплексных пока­зателей технологических процессов, таких, как коэффициенты по­лезного действия нагревательных аппаратов, насосов и компрессо­ров, кратность циркуляции потоков, степень конверсии, расход га­зовых потоков с изменяющимися параметрами (см. гл 7, 14) и др. При этом осуществляются измерения с однократными наблюдени­ями ряда параметров (аргументов) и вычисления, выполняемые с помощью средств современной вычислительной техники.

Технологические измерения с однократными наблюдениями в сочетании со средствами вычислительной техники являются осно­вой всех многопараметрических методов контроля состава вещест­ва (см. гл. 12).

Область применения технологических измерений с многократ­ными наблюдениями ограничена на технологических процессах контролем сырья, реагентов и готовой продукции, а также созда­нием математических моделей технологических процессов.

Возможность использования измерений с многократными на­блюдениями для контроля сырья, реагентов и готовой продукции основывается на постоянстве измеряемых параметров этих сред на некотором отрезке времени, достаточном для выполнения несколь­ких наблюдений. Постоянство параметров указанных сред опреде­ляется тем, что они обычно хранятся в резервуарах или мерниках, что делает возможным проведение прямых, косвенных или сово­купных (в зависимости от контролируемых параметров сред) изме­рений с многократными наблюдениями.

Создание математических моделей химико-технологических процессов является важнейшим этапом разработки автоматизированных систем управления последними. Для создания указанных моделей используются аналитические и экспериментальные методы. Последние применяются в подавляющем большинстве случаев.

Обычно математические модели экспериментальными методами определяются уравнением

(3.1)

где Y — выходной параметр технологического процесса (функция); Х_i, X_k—параметры, характеризующие технологический процесс, сырье и получаемые продукты (аргументы); а0, а_i, а_ik, а_ii — постоянные коэффициенты, подлежащие определению.

Коэффициенты уравнения (3.1) определяются из решения системы уравнений, аналогичных по структуре уравнению (3.1) и составленных на основе прямых технологических измерений с многократными наблюдениями функции и аргументов.

Так как определяемые коэффициенты являются не одноименными величинами, а целью определения являются указанные функциональные зависимости, то создание экспериментальными методами математических моделей технологических процессов—типичный случай совместных измерений (см. § 1.2).

Проведение измерительного эксперимента должно быть основано на применении известной (типовой) или специально разработанной для него метрологами-профессионалами (частной) методики проведения измерений.

Методика выполнения измерений (методика измерений) - это совокупность метода, средств, процедур, и условий подготовки и проведения измерений (компоненты измерений), а также правил обработки результатов измерений. По существу методика выполнения измерений представляет собой технологию этого измерения.

Методики выполнения измерений регламентируются: государственными, отраслевыми стандартами и стандартами предприятий; аттестатами методик выполнения измерений; соответствующими разделами стандартов технологических процессов, методов испытанияя и контроля продукции, методов и средств поверки средств измерений.

Аттестацию методик выполнения измерений осуществляют организации государственной и ведомственной метрологических служб.

Использование стандартизованных или аттестованных методик выполнения измерений позволяет официально признавать правильность полученных результатов измерений.

Применительно к технологическим измерениям, выполняемым на химико-технологических процессах, разработка и применение методики выполнения измерении должны осуществляться во всех случаях, когда указанные измерения используются для контроля количества и качества выпускаемой продукции, а также при прове­дении исследований, направленных на создание математических моделей технологических процессов. При получении измерительной информации о технологических параметрах объектов с помощью систем автоматического контроля в разработке методики выполне­ния измерений нет необходимости, так как использование автома­тического контроля параметров уже по существу предусматривает применение соответствующей методики выполнения измерения.