Примеры оценки погрешностей измерений технологических параметров

На рис. П.1 представлена схема каналов измерения основных технологических параметров.

1. Измерение температуры

Рассмотрим случай измерения температуры перед сужающим устройством на паропроводе свежего пара турбины К-200-130.

1.1. Измерение производится одним термоэлектрическим преобразователем (термоэлектрическим термометром) типа ТХА. В качестве вторичного прибора применен потенциометр ЭПП-09 с диапазоном измерений 200-600 °С. Его основная погрешность _о.д=0,5%.

Измеренное значение температуры пара перед сужающим устройством равно 545 °С.

В соответствии с ГОСТ 3044-77 основная погрешность термоЭДС термоэлектрических преобразователей (термоэлектрических термометров) ХА составляет

^т = 0,16 + 2,0 · 10^-4 (t - 300) мВ;

^т =0,16 + 2,0 · 10^-4 (545 - 300) = 0,209 мВ,

что соответствует  = 4,9 °С (см. градуировочные таблицы по ГОСТ 3044-77).

Относительная погрешность термоэлектрического термометра

.

Относительная погрешность вторичного прибора для данных условий

.

Среднее квадратическое отклонение основной погрешности измерительного канала

;

.

Для учета влияния дополнительных погрешностей на погрешность измерения вторичного прибора примем отклонение температуры окружающей среды от номинальной (20 °С) – 5 °С, отклонения частоты - 5% и напряжения питающей сети – 10%. В соответствии с НТД прибора ЭПП-09 этим отклонениям соответствуют следующие дополнительные погрешности (%):

_t = 0,05; _f = 0,5; _ = 0,5.

В соответствии с формулой (115) среднее квадратическое отклонение дополнительных погрешностей

.

Среднее квадратическое отклонение погрешности измерительного канала, согласно формуле (114), составит

.

Относительная погрешность измерения температуры  составит

 = 2_к.и = 2 · 0,55 = 1,10 %.

Абсолютная погрешность измерения температуры

 = 545 · 1,1 · 10^-2 = 6 °С.

Погрешность измерения температуры может быть существенно снижена с помощью поверки термоэлектрического термометра и вторичного прибора. Так, поверка термоэлектрического термометра ТХА по образцовому платиновому термоэлектрическому термометру позволяет снизить его погрешность с 4,9 до 1 °С. Поверка всего измерительного канала снижает среднее квадратическое отклонение основной погрешности с 0,49 до 0,21 %. Среднее квадратическое отклонение погрешности канала составит после поверки

.

Дальнейшее повышение точности результатов дает исключение влияния внешних условий, создающих дополнительные погрешности (в данном случае отклонения от нормальных значений условий работы вторичного прибора). В этом случае G_к.и = G_ок.и = 0,21 % и  = 0,42 %.

Наконец переход на дублированное измерение температуры (два термоэлектрических термометра, каждый из. которых выведен на отдельный вторичный прибор) позволяет снизить относительную погрешность в раз, т.е.

,

чему соответствует абсолютная погрешность измерения температуры

 = 545 · 0,003 = 1,64 °С.

Рис. П.1. Схемы каналов измерения основных технологических параметров:

ТТ, ТН - измерительные трансформаторы тока и напряжения; ИПМ - измерительный преобразователь мощности; ИВК - информационно-вычислительный комплекс; СУ - сужающее устройство; ПИП - первичный измерительный преобразователь; ДН - делитель напряжения; КУП - компенсационные удлиняющие провода; УКНП - устройство коммутации, нормализации и преобразования

Таким образом, снижение погрешностей отдельных звеньев измерительного канала позволило повысить точность измерения температуры пара почти в 4 раза.

В примере не учтена погрешность отсчета показаний прибора, которая должна приниматься равной половине цены деления шкалы.

1.2. Измерение производится одним термоэлектрическим термометром ТХА. В качестве вторичного прибора применен переносный потенциометр ПП-63.

В соответствии с пп. 1.1 настоящего приложения относительная погрешность термоэлектрического термометра составляет 0,9 %.

В соответствии с НТД основная погрешность потенциометра ПП-63 _о.д = 0,05 %. В рассматриваемом случае при t = 545 °C V = 22,57 мВ. При выбранном верхнем пределе измерений 25 мВ относительная погрешность

.

Среднее квадратическое отклонение основной погрешности измерительного канала

.

Дополнительная погрешность вторичного прибора, согласно НТД, равна основной погрешности при изменении температуры окружающей среды на 5 °С. Принимая t = 10 °С, имеем .

Среднее квадратическое отклонение погрешности измерения температуры

.

Относительная погрешность измерения температуры

 = 2 · 0,45 = 0,9 %.

Абсолютная погрешность

 = 545 · 0,9 · 10^-2 = 4,9 °С.

Используя методы, указанные в п. 1.1 настоящего приложения, можно также существенно повысить точность измерения температуры.

Первичные термоэлектрические термометры следует подвергать старению и градуировать до и после опытов.