5.2.1 Метрологический выбор средств измерения температуры

Метрологическое обоснование выбора измерительных систем (ИС) сводится к определению предельной статической погрешности. Для измерения одного и того же значения физической величины можно использовать несколько ИС, состоящих из различных средств измерений (СИ). Следовательно, задачей метрологического обоснования является выбор ИС, которая измеряет физическую величину с наименьшей предельной статической погрешностью.

Методика решения задачи по метрологическому обоснованию выбора ИС для измерения какого-либо параметра заключается в следующем [6, c. 41]:

1. Определяются исходные данные.

2. Выбирается несколько ИС, которыми можно измерить заданное значение данного параметра.

3. Характеристики выбранных ИС вносятся в таблицу, где указываются наименование СИ, тип, допускаемая погрешность.

4. Производиться расчет предельной статической погрешности ИС.

5. Делается вывод по окончательному выбору ИС.

Измеряемая величина – температура питательной воды t_пв = 88 С. В качестве первичного преобразователя можно использовать термоэлектрический преобразователь (ТЭП) или термопреобразователь сопротивления (ТПС). Альтернативные ИС приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Характеристики измерительных систем

Номер ИС	1		2		3
Наименование СИ	Тип СИ	Допускаемая погрешность, %	Тип СИ	Допускаемая погрешность, %	Тип СИ	Допускаемая погрешность, %
Первичный преобразователь	ТХА Метран-231	 0,14	ТСМ Метран-204 (100М)	-	ТСП Метран-206 (100П)	-
Измерительный преобразователь	Метран-900	0,1	Метран-900	0,1	Метран-900	0,1

Определяем предельную погрешность измерения температуры ИС №1, которая состоит из ТЭП типа ТХА Метран-231.

Основная погрешность составляет γ=0,14 %.

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности ТЭП типа ТХА Метран-231 равен: Е_т = 0,14 мВ.

Для НСХ ХА коэффициент преобразования

Тогда абсолютная погрешность, выраженная в ⁰С, будет равна

(5.1)

Δt_т = ±[0,14·24,12] = ±3,38 ⁰С

или (5.2)

где t = 88 С - измеряемая температура;

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности показаний многоканального регистратора Метран-900 с пределом измерения от 0 до 100 ⁰С, для НСХ ХА диапозон измерения, выраженный в мВ, будет равен

(5.3)

где γ_вп – предел допускаемой основной погрешности;

Это составляет

(5.4)

Δt_вп = ±[0,004·24,12] = ±0,1 ⁰С

или (5.5)

где t = 88 С - измеряемая температура;

Предельная относительная погрешность показаний ИС №1 равна:

(5.6)

что соответствует

t_ис1 = (t _ис1)/100, (5.7)

t_ис1 = (883,84)/100 = 3,38 С.

Определяем предельную погрешность измерения температуры ИС №2, которая состоит из ТПС типа ТСМ Метран-204, основная погрешность 0,25 %, с пределом измерений по температуре 0÷100 С. Чувствительный элемент изготовлен из меди, НСХ 100М, класс допуска В.

Допускаемое отклонение ТПС НСХ 100М, класса допуска В согласно таблице 5.1

Δt_т = ±(0,25+0,0035·t), (5.8)

Δt_т = ±(0,25+0,0035·88) = ±0,558 ⁰С.

Тогда

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности показаний многоканального регистратора Метран-900 с пределом измерения от 0 до 100 ⁰С, для НСХ 100М диапозон измерения, выраженный в Ом, будет равен

(5.9)

где γ_вп – предел допускаемой основной погрешности;

Тогда

(5.10)

или (5.11)

где t = 88 С - измеряемая температура;

Предельная относительная погрешность показаний ИС №2 равна:

(5.12)

что соответствует

t_ис2 = (t _ис2)/100, (5.13)

t_ис2 = (880,64)/100 = 0,56 С.

Определяем предельную погрешность измерения температуры ИС №3, которое состоит из ТПС типа ТСП Метран-206, основная погрешность 0,15 %, с пределом измерений по температуре 0÷100 С. Чувствительный элемент изготовлен из платины, НСХ 100П, класс допуска А.

Допускаемое отклонение ТПС НСХ 100П, класса допуска А согласно таблице 5.1

Δt_т = ±(0,15+0,002·t), (5.14)

Δt_т = ±(0,15+0,002·88) = ±0,326 ⁰С.

Тогда

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности показаний многоканального регистратора Метран-900 с пределом измерения от 0 до 100 ⁰С, для НСХ 100П диапозон измерения, выраженный в Ом, будет равен

(5.15)

где γ_вп – предел допускаемой основной погрешности;

Тогда

(5.16)

или (5.17)

где t = 88 С - измеряемая температура;

Предельная относительная погрешность показаний ИС №3 равна:

(5.18)

что соответствует

t_ис3 = (t_ис3)/100, (5.19)

t_ис3 = (880,39)/100 = 0,34 С.

Полученные результаты расчета предельной абсолютной погрешности по всем трем измерительным установкам температуры сведем в таблицу 5.3.

Таблица 5.3 - Результаты расчета предельной абсолютной погрешности показаний ИС температуры питательной воды tпв = 88 С

Номер ИС	Типы СИ, входящих в ИУ	 tиу, С	Интервал показаний температуры, С
1	ТХА Метран-231	±3,38	84.6291.38
2	ТСМ Метран-204	±0,56	87.4388.57
3	ТСП Метран-206	±0,34	87.6588.35

Вывод: согласно таблице 5.3, предельная абсолютная погрешность измерительной системы №2 и №3 намного меньше, чем у измерительной системы №1. Следовательно, по метрологическим показателям, учитывая важность более точного измерения данного параметра, в проекте можно использовать измерительные системы №2 и №3. Однако средства измерения, входящие в измерительную систему №2 дешевле и немного уступают ИС №3 в точности измерений, поэтому для измерения температуры будем использовать ТСМ Метран-204+ Метран-900.