Добавил:
ac3402546@gmail.com Направление обучения: транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов группа ВН (Вечерняя форма обучения) Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекц / 2020.06.26 v02 Текст лекции

.pdf
Скачиваний:
47
Добавлен:
06.06.2021
Размер:
1.05 Mб
Скачать

1.СБОР, ОБРАБОТКА И ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ1

 

 

 

Необходимость сбора данных о технологическом процессе обуславливается большим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

количеством

параметров,

характеризующих

состояние объекта

управления,

 

н

 

 

 

 

 

 

 

разнородность параметров, различная скорость их изменения, высокая скорость

и

а

 

 

 

 

 

 

 

принятия решений.

Приведенные

характеристики

процесса

 

предъявляют

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

соответствующие требования к измерению параметров технологического

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

 

 

Системы управления технологическими процессами нефтегазовой отрасли чаще всегок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

используют три типа сигналов прибора: пневматические (воздушные) сигналы,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аналоговые

(непрерывные)

электронные

сигналы

и

цифровые

(дискретные)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сигналы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

До

 

1960 г. в промышленности преимущественно использовались пневматические

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сигналы для передачи данных измерений и контроля. Эти приборы работали на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сжатом воздухе и использовали механические элементы.

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С 1950-х годов электронное приборостроение получило активное развитие благодаря

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

распространению

 

электроники

 

на

 

полупроводн ковых

элементах

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

необходимости передавать сигналы на большие расстоян я.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стандартные диапазоны сигналов для электронных аналоговых приборов: 4–20 мА и 1–5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В. Большинство аналоговых сигналов передатчика имеют форму тока, а не

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

напряжения, потому что на напряжение влияютесопротивления проводов и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

разъемов, которые меняются в зависимости от длины провода, температуры и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

старения. Сигналы по напряжению используются для передачи информации на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

короткие расстояния.

 

 

 

У

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цифровые приборы и устройства приобретают все большее значение, начиная с 1960-х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

годов. Основным

 

преимуществом

цифровой

связи

является

 

значительное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

снижение затрат на проводку и обслуживание по сравнению с аналоговыми

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

системами.

 

 

 

(

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Достижения в области компьютерного оборудования и технологий управления в 1970-х и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1980-х годах привели к созданию компьютерных сетей и распределенных систем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

управления, а д лее

интеллектуальных

датчиков

с

цифровой

памятью

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

логическими во можностями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольно-измерительные приборы могут быть связаны между собой цифровыми

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сетями. Для связи технических средства систем управления были разработаны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

промышленных сетевые протоколы, например, Foundation fieldbus, Profibus.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В последн е годы наблюдается значительный интерес к использованию волоконно-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оп ческой связи и беспроводных сетей для приложений управления процессами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основным стимулом для беспроводных технологий является их повышенная

 

 

 

 

 

 

е

гибкость и значительное снижение затрат на проводку и установку. Но при этом

 

 

 

 

 

 

существуют проблемы обеспечения безопасности и стабильности передачи

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

фданных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

настоящее время для управления технологическим процессом чаще всего

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

используются распределенные системы управления, архитектура связи которой

 

 

 

 

 

 

 

 

приведена на рисунке ниже.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Текст лекции подготовлен

на

основе материалов

курса

«Сбор, обработка

и

представление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

первичной технологической информации» Уральского федерального университета

1

2020 г., РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, каф. АТП, Барашкин Роман Леонардович

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

рис. 1.1. Архитектура организации связи элементов распределенной системы управления

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

В отличие от более ранних топологий сетей, которые обычно были изолированы, сейчас

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

локальные сети могут подключаться к другим сетям через шлюзовые устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

В такой архитектуре

традиционные

функции

 

главного компьютера

 

разделены

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

функционально и реализованы в отдельных автономных компьютерах, которые

 

 

 

 

 

 

 

используют одну шину данных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если в сети установлено несколько рабочих мест оператора, то управление процессом

 

 

 

 

 

 

 

может осуществляться даже в случае отказа одного или нескольких рабочих мест.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обычно под термином измерение понимают нахождение з ач

ия физической величины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

опытным путем с помощью специальных т хнич ских средств, называемых

 

 

 

 

 

 

 

средствами измерений (СИ).

 

 

и

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.009-842

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Согласно

ГОСТ

СИ

средство,

 

предназначенное

для

измерений,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вырабатывающее

сигнал

(показание , несущий информацию о

 

значении

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

измеряемой величины, или воспроизводящее величину заданного (известного)

 

 

 

 

 

 

 

размера.

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Измерительный прибор – средство информации, предназначенное для выработки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного

 

 

 

 

 

 

 

восприятия оператором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В зависимости от формы представления(

измерительной информации измерительные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приборы подра деляют на: показывающие; регистрирующие; самопишущие;

 

 

 

 

 

 

 

печатающие.

нала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Измерительный преобразователь – средство информации, предназначенное для

 

 

 

 

 

 

 

выработки си

 

 

измерительной информации в форме, удобной для передачи,

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся

 

 

 

 

 

 

 

непосредственному восприятию оператором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Измер тельной установкой называют совокупность средств измерений и

 

 

 

 

 

 

 

вспомогательных устройств, образующих единый функциональный комплекс,

 

 

 

 

 

 

 

тслужащий для измерения одной или нескольких величин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Измерительная система (часть информационной системы) – это совокупность

 

 

 

 

 

фсредств

измерения

 

(измерительных

 

 

приборов

 

и

измерительных

 

 

 

 

е

 

преобразователей)

и вспомогательных

устройств, соединенных между собой

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

каналами связи, которая предназначена для выработки сигналов измерительной

 

 

 

 

 

 

 

информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи, хранения

 

 

 

Р

 

 

 

и (или) использования в автоматических системах контроля и управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

Как

 

следует из

определения измерительной

системы, компонентами

измерительной

 

 

 

системы являются технические устройства, входящие в состав измерительной

2 ГОСТ 8.009-84. ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.

2

2020 г., РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, каф. АТП, Барашкин Роман Леонардович

системы и реализующие одну из функций процесса измерений: измерительную, вычислительную и связующую.

 

 

 

Таким

 

образом, измерительным компонентом измерительной системы являются

 

 

а

 

 

 

 

 

средства измерения: измерительный прибор, измерительный преобразователь,

 

 

 

 

 

 

 

мера, измерительный коммутатор. К измерительным компонентам относятся

 

 

 

 

 

 

 

также

 

аналоговые «вычислительные»

 

устройства,

в

которых

происходит

 

 

 

 

 

 

 

преобразование одних физических величин в другие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

Под

 

информационно-измерительной

системой

 

понимают

совокупность

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

функционально

объединенных

измерительных,

 

вычислительных

и

других

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

вспомогательных

 

технических

 

средств для

 

получения

измерительной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

информации, её преобразования, обработки с целью представления потребителю

 

 

 

 

 

 

 

 

в требуемом виде или автоматического осуществления логических

 

функций

 

 

 

 

 

 

 

 

контроля, диагностики, индентификации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

Информация, поступающая от объекта управления в измерительный преобразователь

 

 

 

 

 

 

 

 

(ИП), преобразуется в электрический сигнал и поступает в структуру ИИС,

 

 

 

 

 

 

 

 

осуществляющую измерение и преобразование информации (С

ПИ). В структуре

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СИПИ измерительная информация подвергается следующим операциям:

 

 

 

 

 

 

 

 

фильтрации,

 

масштабированию,

линеаризац

,

 

аналого-цифровому

 

 

 

 

 

 

 

 

преобразованию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Затем сигналы измерительной информации в цифровой (дискрет ой) форме поступают в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

структуру обработки и хранения информации (СОХИ) или в структуру отображения

 

 

 

 

 

 

 

 

информации (СОИ). Устройство управленияе(УУ) осуществляет функции

 

 

 

 

 

 

 

 

управления, устройство вывода (УВ) осуществляет вывод управляющих сигналов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на исполнительные устройства (ИУ), воздействующие на объект исследования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р с. 2.1. Функции информационно-измерительной системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для подключения датчика к входу контроллера необходимо, чтобы выходной сигнал

 

 

 

 

 

 

 

 

датчика был совместим со входом контроллера. Диапазон изменения измеряемой

 

 

 

 

 

 

 

ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

величины и выходной диапазон у датчиков нормируется. Например, если датчик

 

 

 

 

 

 

температуры измеряет от 50 до 150 ̊Си выходной сигнал 4-20 мА, то статическая

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

характеристика датчика будет выглядеть, как на рис. 3.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2020 г., РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, каф. АТП, Барашкин Роман Леонардович

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

(mA)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tm9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ноль = 50° C

 

Диапазон = 100 °C

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

50

 

 

 

100

 

н

150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T (°C)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис. 3.1. Статическая характерист ка датчика температуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для такого датчика температуры

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

коэффициент усиления: (20-4) [мА] / (150-50) [̊С] = 0.16 [мА/ ̊С];

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

смещение или ноль: 50 ̊С;

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

диапазон измерения: 150 ̊С– 50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̊С= 100

̊С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость

выходной

величины

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

датчика или измерительного прибора от входной,

 

 

 

 

 

 

 

 

выраженная

аналитически

или

 

графически,

 

называется

статической

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

характеристикой.

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В общем виде статическая х р ктеристика имеет вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

y f (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y – выходная величина.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где х – значен е гзмеряемой величины;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Частный случай

статической

характеристики звена

 

линейная

зависимость,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

определяемая уравнением вида

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

y a kx0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a – постоянная, имеющая размерность выходной величины; k – постоянная,

 

 

 

 

 

 

 

называемая передаточным коэффициентом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

передаточный

 

 

 

 

 

 

Применительно к измерительным приборам и преобразователям

 

 

 

 

 

н

 

коэффициент k в обычно называют чувствительностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

Как отмечено выше, выходной сигнал от датчика-передатчика (или передатчика) должен

 

 

 

 

 

 

быть совместим с входным диапазоном контроллера, который принимает сигнал.

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Передатчики, как правило, предназначены для прямого действия; то есть

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выходной сигнал увеличивается с увеличением измеряемой переменной. Кроме

 

 

 

 

 

 

 

того, большинство коммерческих передатчиков имеют регулируемый диапазон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

входного сигнала. Например, стандартный преобразователь температуры с

 

 

 

 

 

 

 

 

выходным сигналом 4–20 мА может быть настроен таким образом, чтобы входной

 

 

 

4

2020 г., РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, каф. АТП, Барашкин Роман Леонардович

диапазон платинового резистивного элемента (датчика) составлял 50–150 ° C. В этом случае получается следующее соответствие:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

Если статическая характеристика нелинейная, под чувствительностью понимают предел

 

н

 

 

отношения приращений выходного

 

 

у и входного х сигналов. Таким образом,

и

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

чувствительность S определится как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y0

 

 

 

 

dy0

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

x0

 

 

 

 

dx0

 

 

 

Г

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

Чувствительность измерительного прибора,

состоящего

из n звеньев,

определяется

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чувствительностью входящих в него звеньев. Если все звенья прибора линейные,

 

 

 

 

 

то чувствительность прибора – величина постоянная, а шкала равномерная. Если

 

 

 

 

 

хотя бы одно звено нелинейно, вся характеристика также получается нелинейной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

Если функциональная связь между равновесными значениями входной и выходной

 

 

 

 

 

величин вообще отсутствует, многозначна или имеет разрывы непрерывности.

 

 

 

 

 

Такое звено называют астатическим.

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Во многих случаях у астатических звеньев при отсутствии фуикциональной связи между

 

 

 

 

 

равновесными координатами в статике

 

 

тсянфункциональная связь

в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

d

2 y

 

им

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

динамике в виде дифференциального уравнения. Различают астатическое звено 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 порядка в зависимости от порядка дифференциального уравнения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

f (x0 );

 

 

 

 

 

 

f (x0 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Датчики в отдельности и измерительные системы в целом предназначены для работы в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нестационарных условиях, т.е. обычно измеряемая величина не является

 

 

 

 

 

постоянной, а зависит от времени. Поэтому для измерительных систем важно

 

 

 

 

 

свести к минимуму запаздывание в показаниях при изменении измеряемой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

величины.

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость показаний

и мерительной

 

 

системы

от

измеряемой

величины

в

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нестационарных условиях носит название динамической характеристики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис. 3.2. Динамическая харакатеристика

5

2020 г., РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, каф. АТП, Барашкин Роман Леонардович

При совместных измерениях определяют одновременно несколько разноименных величин с целью установления зависимости между ними.
6
2020 г., РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, каф. АТП, Барашкин Роман Леонардович

 

 

Вид динамической

характеристики зависит от характера изменения измеряемой

 

 

 

 

 

 

 

 

величины. Физические явления, определяющие динамические характеристики,

 

 

 

 

 

 

 

 

весьма сложны, поэтому аналитическое определение динамических

 

 

 

 

 

 

 

 

характеристик весьма затруднено. Обычно динамические характеристики

 

 

 

 

 

 

 

 

определяют опытным путем как изменение выходного сигнала у при известном

 

н

 

 

 

 

 

изменении входной величины х. Графическое изображение изменения во времени

и

а

 

 

 

 

 

выходной величины при скачкообразном изменении входной представляет из

 

 

 

 

 

себя переходный процесс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Измерительная система реагирует на изменение измеряемого параметра не сразу, не

 

 

 

 

 

 

мгновенно, а спустя некоторое время после единичного воздействия нак

 

 

 

 

 

 

 

измеряемый параметр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Время

запаздывания (или время начала реагирования) з– это время от моментау

 

 

 

 

 

 

 

 

изменения значения измеряемой величины на входе прибора до моментаГначала

 

 

 

 

 

 

 

 

изменения выходного сигнала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

Время переходного процесса T – это время, в течение которого значения выходного

 

 

 

 

 

 

 

 

сигнала после изменения измеряемой величины

 

входятв 5%

зону

 

 

 

 

 

 

 

 

установившегося значения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полное время переходного процесса (полное время установлен я показаний) Тп – это

 

 

 

 

 

 

 

 

время от момента изменения измеряемой величи ы а входе в измерительную

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

систему до момента, когда значение выходного сиг ала

е изменяется.

 

 

 

 

 

 

Если

 

говорить о

математическом описании кривой

 

н

 

 

то в

 

 

 

 

 

 

 

п р ходного процесса,

 

 

 

 

 

 

 

 

большинстве

случаев

эту

 

кривую

 

е

 

 

 

экспоненциальной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ожно

описать

 

 

 

 

 

 

 

 

зависимостью.

В этом

случае

период

 

 

,

в течение

которого значение

 

 

 

 

 

 

 

 

выходного сигнала с момента начала его

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зменения достигает 0,632 от разности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

времени

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

между установившимся и начальным его значениями, называется постоянной

 

 

 

 

 

 

 

 

времени п.

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

график переходного процесса не описывается уравнением экспоненты, то

 

 

 

 

 

 

 

 

постоянную времени для этого случая можно определить, построив проекцию на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ось времени отрезка касательной, проведенной в точке перегиба графика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цель

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

любого измерения – определение конкретного свойства объекта измерения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поэтому результ том измерения является значение величины, определяемое по

 

 

 

 

 

 

 

 

результатам аизмерений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В зависимости от процедуры проведения измерения и способа обработки результата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

змеренияиможно разделить на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

 

 

 

 

 

Прямым змерением принято называть такое измерение,

при котором искомое значение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

величины находят из опытных данных, полученных непосредственно в процессе

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

измерения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Косвенное измерение – это такое измерение, при котором искомое значение величины

 

 

 

 

 

 

ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

находят на основании известной зависимости между этой величиной и другими

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

величинами, определяемыми по результатам прямых измерений. Таким образом,

 

 

 

 

 

 

искомую величину находят в результате решения уравнения у=f(x1,x2, …, xn).

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

При

 

совокупных

измерениях

выполняют одновременное

 

измерение нескольких

 

 

 

Г

 

 

 

одноименных величин, а искомое значение исследуемой величины находят из

 

 

 

 

 

 

решения системы уравнений, в которые входят результаты прямых измерений

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

величин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Различают действительное и истинное значение физической величины.

 

 

 

 

 

Истинным значением физической величины называют такое ее значение, которое

 

 

 

 

 

 

 

идеальным

образом

отражает

 

в

 

качественном

 

и

количественном

отношении

 

а

 

 

 

 

 

соответствующее свойство объекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Действительным значением физической величины называют значение, найденное

 

н

 

 

 

 

 

экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению,

 

 

 

 

 

 

что может быть использовано вместо него.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

Однако всегда конкретный результат измерения в какой-то мере отличается от истинного

к

 

 

 

 

 

значения величины, поэтому вводится понятие погрешности измерения.

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

 

Погрешностью измерения называют отклонение результата измерения от истинного

 

 

 

 

 

 

 

значения измеряемой величины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гграницы

 

 

 

 

 

Погрешность

результата

 

измерения

 

 

 

это

 

число,

характеризующее

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

неопределенности полученного в результате измерений значения определяемой.

 

 

 

 

 

 

 

величины. Погрешность средства измерения или измерительной системы - это

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

характеристика определенного

 

свойства

средства

измерения

Для

 

описания

 

 

 

 

 

 

 

погрешностей средств измерения используют правила, определяемые ГОСТ 8.401-

 

 

 

 

 

 

 

803

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В зависимости от единицы измерения различают абсолютные, относительные и

 

 

 

 

 

 

приведенные погрешности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Абсолютная

погрешность средства измерения выража тся в единицах измеряемой

 

 

 

 

 

 

 

величины

х

или

 

выходного

 

сигнала

 

у изеерительного преобразователя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Абсолютная

погрешность

в единицах

 

з

еряе

 

ой

величины

х

(погрешность,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приведенная

ко входу) равна

разности между показанием хп

и

 

истинным

 

 

 

 

 

 

 

значением измеряемой величины:

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

xп x.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Относительная погрешность средства измерения равна отношению

абсолютной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

погрешности

у или

к действительномуИ

значению х0 измеряемой величины или

 

 

 

 

 

 

 

выходного сигнала:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

аx0

 

xп

 

 

 

[xп (1

 

 

 

)]

 

 

xп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приведенная погрешностьг

– это отношение абсолютной погрешности к нормирующему

 

 

 

 

 

 

 

значен ю XN:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чаще всего нормирующее значение выбирают равным величине диапазона измерений.

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Погрешности, возникающие при выполнении измерений, делят на методические и

 

 

У

 

 

инструментальные. Инструментальная погрешность присуща конкретному

 

 

 

 

 

средству измерения и может быть определена в процессе его испытаний или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

поверки. Методическая погрешность связана с использованием конкретной

 

 

 

 

 

методики измерения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В зависимости от характера изменения погрешности при многократных испытаниях СИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

различают

 

систематическую

 

и

 

 

случайную

погрешности. Эти

погрешности

 

 

3 ГОСТ 8.401-80 Классы точности средств измерений. Общие требования. М.: Изд-во стандартов,

1980

7

2020 г., РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, каф. АТП, Барашкин Роман Леонардович

8
2020 г., РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, каф. АТП, Барашкин Роман Леонардович
Для преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму используются специальные преобразователи. В промышленности аналоговые сигналы широко применяются,

 

 

 

возникают при многократных экспериментальных определениях погрешностей.

 

 

 

 

 

 

Случайная погрешность от испытания к испытанию изменяется случайным

 

 

 

 

 

 

образом. До испытания невозможно предсказать характер и закон изменения

 

 

 

 

 

 

погрешности, оценить ее можно лишь с использованием теории вероятностей и

 

 

а

 

 

 

математической статистики. Систематической можно назвать прогрессирующую

 

 

 

 

 

погрешность (непредсказуемо медленно изменяющуюся по времени) или

 

 

 

 

 

имеющую неизменную временную зависимость от различных параметров.

 

 

 

 

По

условиям появления погрешности

разделяют на статические и динамические.

 

н

и

 

 

 

 

Статические появляются при установившемся режиме измерения, когда

 

 

 

 

измеряемая величина и выходной сигнал преобразователя сохраняют постоянныек

 

 

 

 

 

значения. Динамические погрешности возникают при неустановившемся режиме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

измерения. Под динамической погрешностью понимают ту часть погрешности СИ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

 

 

которая добавляется к статической погрешности в неустановившемся режиме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

измерения. Таким образом, общая погрешность в динамическом режиме равна

 

 

 

 

 

 

сумме статической и динамической погрешностей.

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КАНАЛ СБОРА И ПРЕОБАЗОВАНИЯ ДАННЫХ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРОЦЕССЕ

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К устройствам для получения информации о состоянии процесса,

образующим канал

 

 

 

 

 

 

сбора и преобразования информации, относят чувствительныеи

элементы или

 

 

 

 

 

 

собственно

датчики,

измерительные

 

преобразователи

и

нормирующие

 

 

 

 

 

 

преобразователи.

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Датчики физических величин

воспр н

ают контролируемый

параметр

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

преобразуют его в величину, удобную для передачи по каналам связи или

 

 

 

 

 

 

дальнейшего преобразования.

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

датчиков

в

 

 

 

 

 

Измерительные преобразователи переводят выходной сигнал

 

 

 

 

 

 

выходную

физическую

величину: перемещение, усилие, сопротивление,

 

 

 

 

 

 

напряжение, ток, частоту.

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

рис. 5.1. Структура измерительного канала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

6.

АНАЛОГОВЫЕ И ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЫ. ПЕРЕДАТЧИКИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

но развитие цифровых интерфейсов передачи данных все больше вытесняет аналоговую передачу данных на производстве.

 

 

 

Аналоговые сигналы представляют собой непрерывно изменяющиеся во времени

 

 

 

 

 

 

 

сигналы, которые могут иметь любое значение в диапазоне изменения. Напротив,

 

 

 

 

 

 

 

дискретные сигналы ограничены определенным набором значений.

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для сопряжения цифровых устройств с измерениями от полевых аналоговых приборов

и

а

 

 

 

 

электрические сигналы должны быть преобразованы в форму, приемлемую для

 

 

 

 

 

 

 

цифровых компьютеров, и наоборот.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

к

 

 

 

 

 

Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование выполняется устройствами,

 

 

 

 

 

 

которые

 

называются

 

аналого-цифровыми

 

и

 

цифро-аналоговыми

 

 

 

 

 

 

 

преобразователями (АЦП и ЦАП).

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналоговые электрические сигналы представлены в форме напряжения или тока. В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

результате стандартов передатчиков, обсуждаемых в главе 9, стандартные

 

 

 

 

 

 

 

интерфейсы доступны для каждой измеряемой и изменяемой переменной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку цифровые устройства не способны хранить данные с бесконечной точностью,

 

 

 

 

 

 

 

измерения должны быть квантованы. Аналогично, управляющие воздействия,

 

 

 

 

 

 

 

рассчитанные на основе этих измерений процесса, квантуются в соответствии с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точностью компьютера. Таким образом, фиксированное ч сло битов используется

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для представления оцифрованной версии аналоговогоиизмерения. Большинство

 

 

 

 

 

 

 

АЦП

и ЦАП, ориентированных на управление процессами, используют 12-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

шума

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

разрядное

 

целое число без знака. Таким образом, для каждой переменной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

процесса имеется 212 или 4096 уровней квантования. Это разрешение лучше, чем

 

 

 

 

 

 

 

0,025%, что ниже, чем типичные уровни

 

 

в электрических сигналах. Для

 

 

 

 

 

 

 

высокоточных приложений используется до 24-битное представление.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для оцифровки

аналогового входа неизвестный)

сигнал

процесса

сравнивается с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

известным сигналом. На рисунке ниже показана принципиальная схема АЦП по

 

 

 

 

 

 

 

напряжению, который включает в Усебя интегратор, компаратор и счетчик.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

рис. 6.1. Принципиальная схема аналогово-цифрового преобразователя

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

Изм ряемый

аналоговый сигнал (Analog Input)

 

используется

в

качестве входа

 

 

 

 

 

компаратора, который сравнивает его с опорным сигналом (Reference Signal),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

генерируемым интегратором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В этом примере опорный сигнал представляет собой линейное напряжение. Предполагая

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

12-битное представление, линейное напряжение увеличивается на 1/4096 от

 

 

 

 

 

 

номинального диапазона напряжения неизвестного сигнала на заданной частоте,

 

 

 

 

 

 

определяемой кристаллом кварца. Счетчик увеличивается с той же частотой.

 

 

 

Компаратор сигнализирует счетчику зафиксировать свое значение выхода, когда линейное напряжение равно или превышает измеряемое напряжение.

9

2020 г., РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, каф. АТП, Барашкин Роман Леонардович

 

Время, за

которое

напряжение линейного

изменения

равняется

или

превышает

 

 

 

 

 

 

измеряемые сигнал, пропорционально величине неизвестного сигнала. В начале

 

 

 

 

 

 

следующего интервала выборки значение, сохраненное в счетчике, передается в

 

 

 

 

 

 

другой регистр для обработки. Счетчик

обнуляется, а

 

выход

компаратора

 

 

 

а

 

 

сбрасывается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

Затем линейное напряжение возвращается к нижней границе диапазона номинального

 

 

 

 

и

 

 

 

напряжения, и процесс, описанный выше, повторяется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

Существуют

другие

методы аналого-цифрового

преобразования,

но

в этих

методах

 

 

 

 

используются разные методы для генерации опорных сигналов.

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

 

ЦАП основаны на другом принципе, который включает в себя массивы резисторов. Для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

преобразования цифрового значения

биты его

цифрового

представления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

одновременно подаются в массив резисторов. Массив формирует электрическую

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

величину взвешенной суммы каждого бита. Уровень напряжения на выходе

 

 

 

 

 

 

матрицы сопротивлений пропорционален аналоговому значению и усиливается до

 

 

 

 

 

 

требуемого уровня сигнала.

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преобразователи сигналов тока для входов и выходов работают по тем же принципам,

 

 

 

 

 

 

что и их аналоги по напряжению.

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

м

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Фрайден Дж. Современные датчики: Справочник – М.: Техносфера, 2005.

– 592 с.

 

 

 

 

 

2.

Фишер-Криппс А.С. Интерфейсы измерительныхсистем. Справочное руководство

 

 

 

 

 

 

– М.: Изд. дом «Технологии», 2006. – 336 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУТП: Проектирование и

 

 

 

 

 

 

разработка/Учебно-практическое пособиеи. – М.: Инфра-инженерия, 2008. – 928 с.

 

 

 

 

 

4.

Олссон Г., Пиани Д. Цифровые системы)автоматизации и управления. – СПб.:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Невский Диалект, 2001. – 557 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

Seborg, D., Edgar, T., Mellicamp, D., &УDoyle III, F. (2011). Process Dynamics and Control

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3rd Edition). In John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Фрайден Дж. Современные датчики: Справочник – М.: Техносфера, 2005.

– 592 с.

 

 

 

 

 

7.

Фишер-Криппс А.С. Интерфейсы измерительных систем. Справочное руководство

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– М.: Изд. дом «Технологии», 2006. – 336 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

Федоров Ю.Н. Спр вочник инженера по АСУТП: Проектирование и

 

 

 

 

 

 

разработка/Учебно-практическое пособие. – М.: Инфра-инженерия, 2008. – 928 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.

Олссон Г., Пи ни Д. Цифровые системы автоматизации и управления. – СПб.:

 

 

 

 

 

Невский Диалекта, 2001. – 557 с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

2020 г., РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, каф. АТП, Барашкин Роман Леонардович

Соседние файлы в папке Лекц