Модуль 2. Cистемы автоматического контроля химико-технологических процессов лекция №2 методы и средства контроля технологических величин. Элементы метрологии и техники измерения.

Автоматизация базируется на различных технических средствах.

При создании измерительных устройств, регуляторов и др. средств автоматизации предусматривается их стандартизация в рамках Государственной системы приборов и средств автоматизации (ГСП).

Разрабатываемые в рамках ГСП технические средства могут использоваться в виде локальных систем контроля, регулирования, сигнализации, защиты и др., а также на нижнем уровне автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Основной технической базой современных АСУ ТП является ГСП, выполненная в виде совокупности изделий, предназначенных для получения, обработки и использования информации.

Изделия ГСП строятся на основе базовых конструкций с унифицированными структурами, сигналами, источниками питания, конструктивными параметрами, Это позволяет иметь общую технологическую базу для производства изделий, обеспечивает их взаимозаменяемость, высокую точность, надежность и долговечность.

В ГСП стандартизированы параметры входных и выходных сигналов источников энергии, элементы, блоки и модули приборов и устройств, их присоединительные, габаритные и монтажные размеры. В нормализованный ряд приборов и средств автоматизации входят первичные преобразователи и измерительные приборы; преобразователи для получения нормированных сигналов; регуляторы; вычислительные, функциональные и логические блоки, запоминающие устройства; вторичные приборы; цифропечатающие устройства; исполнительные устройства.

По роду энергии, используемой для передачи информации и команд управления, в ГСП имеются три ветви:

1) электрическая – устройства которой обладают высокой точностью, быстродействием обеспечивают большую дальность и емкость каналов передачи информации;

2) пневматическая – устройства которой характеризуются безопас-ностью работы в легковоспламеняющихся и взрывоопасных средах; высокой надежностью в тяжелых условиях работы;

3) гидравлическая – устройства которой обеспечивают точные перемещения исполнительных органов и большие перестановочные усилия.

В ГСП входят такие устройства, работающие без использования вспомогательной энергии – приборы и регуляторы прямого действия. Это устройства, использующие для выполнения своих функций энергию той среды, параметры которой они измеряют и регулируют.

По функциональному признаку технические средства в ГСП подразделяются на следующие группы:

1) средства получения информации о состоянии объекта управления. К ним относятся первичные измерительные преобразователи (датчики), измерительные приборы и преобразователи, которые вместе с нормирующими устройствами, формирующими унифицированный сигнал, образуют устройства для получения измерительной информации, а также устройства формирования алфавитно-цифровой информации. Устройства этой группы предназначены для преобразования измеряемой физической величины в удобный для восприятия, передачи и обработки сигнал измерительной информации;

2) средства приема, преобразования и передачи информации. К этой группе относятся различные преобразователи сигналов и кодов, коммутаторы измерительных цепей, шифраторы и дешифраторы, согласовательные устройства, а также устройства для дистанционной передачи, телеизмерения и телеуправления. Технические средства этой группы используются для приема, преобразования и передачи сигналов, содержащих измерительную информацию и несущих команды управления;

3) средства обработки информации, формирования команд управления, представления информации оператором. В эту группу, называемую центральной частью ГСП, входят; функциональные и операционные преобразователи, логические устройства, анализаторы сигналов, запоминающие устройства, регуляторы, датчики, управляющие вычислительные устройства;

4) средства использования командной информации для воздействия на объект управления. Это исполнительные устройства, исполнительные механизмы, усилители мощности и вспомогательные устройства к ним, регулирующие органы.

Устройства первой и четвертой групп непосредственно взаимодействуют с объектом управления.

В системах автоматического управления для измерения (регистрации) текущих значений величин химико-технологических процессов используются разные измерительные устройства (измерительные приборы и измерительные преобразователи).

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с использованием специальных технических средств.

Метрология – специальная наука, занимающаяся вопросами теории измерений, средствами обеспечения их единства и способов достижения необходимой точности.

В метрологии различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Все измерения осуществляют с помощью мер и измерительных приборов.

Средствами измерений называют технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства.

Мерами называют средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, мерой массы служит гиря, мерой электрического сопротивления – измерительный резистор, мерой частоты электрических колебаний – кварцевый генератор. Мера, воспроизводящая физическую величину лишь одного размера, называется однозначной (например, гиря, концевые меры длины, измерительный сосуд). Меры, воспроизводящие ряд одноименных величин различного размера, называют многозначными (например, линейка с нанесенными делениями, конденсатор переменной емкости).

Средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, называют измерительным прибором. Средство измерения, вырабатывающее сигнал в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не позволяющее наблюдателю непосредственно воспринимать этот сигнал, называют измерительным преобразователем. Различают первичный измерительный преобразователь (к которому подведена измеряющая величина, т.е. первый в измерительной цепи) и передающий измерительный преобразователь (предназначен для дистанционной передачи сигнала измерительной информации).

По форме выхода все измерительные устройства делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых измерительных устройствах выходом является непрерывная по значению выходная величина, обычно это перемещение указателя по шкале прибора или пера по диаграммной бумаге регистрирующего устройства. В цифровых измерительных устройствах измерительная величина представляется в дискретной форме как окончательный результат измерения, выраженный числом или кодом. Они обладают высокой точностью, чувствительностью, быстродействием, не имеют погрешностей, связанных с субъективным отсчетом показаний, имеют кодированный выход, удобный для использования в измерительно-информационных системах и вычислительной технике.