книги из ГПНТБ / Овчаренко, В. М. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы учебник

Некоторые производные единицы системы СИ приведены в табл. 2. Наряду с основными, дополнительными и производными едини­ цами системы СИ допускаются к постоянному или временному при­

менению единицы, не входящие в эту систему (табл. 3 и 4).

Для образования кратных и дольных значений единиц физиче­ ских величин пользуются приставками, перечень которых приведен в табл. 5.

10

И

§ 2, МЕРЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Меры и измерительные приборы по точности делятся на три кате­ гории: а) эталоны; б) образцовые меры и измерительные приборы; в) рабочие меры и измерительные приборы.

Эталоны — образцовые меры и приборы, обеспечивающие вос­ произведение и хранение единиц измерения с метрологической1 точностью, т. е. с наивысшей точностью, достижимой при современ­ ном уровне развития науки и измерительной техники. Эталоны под­ разделяются на первичные, вторичные и третичные. Первичными считаются государственные эталоны, выполненные в соответствии

сустановленными определениями единиц. В СССР они создаются

ихранятся во Всесоюзном институте метрологии им. Д. И. Менде­ леева. Вторичные эталоны являются копиями первичных, а третич­ ные — создаются по вторичным и являются рабочими эталонами для поверки образцовых мер и измерительных приборов.

Образцовые меры и измерительные приборы ограниченной точ­

ности применяются в поверочных лабораториях, в учреждениях и предприятиях, изготавливающих, ремонтирующих и эксплуати­ рующих измерительную аппаратуру. В зависимости от точности они подразделяются на 3 разряда. Образцовые меры и измерительные приборы 1-го разряда сличаются с третичными эталонами.

Рабочие меры и измерительные приборы применяются для лабо­ раторных и технических измерений во всех отраслях народного хозяйства. Они подразделяются на более точные — лабораторные и менее точные — технические. В последующих разделах этого учеб­ ника рассматриваются, как правило, рабочие измерительные при­ боры.

Основной характеристикой измерительного прибора является его точность. Точность принято оценивать погрешностью, которая может быть выражена в абсолютных или относительных единицах. Чем меньше погрешность, тем выше точность измерительного при­ бора.

Абсолютная погрешность имеет размерность измеряемой вели­ чины и равна разности результата измерения х и действительного

причем действительным значением измеряемой величины считается показание образцового прибора. Абсолютная погрешность не может полностью характеризовать точность прибора, если неизвестен диа­ пазон измерения этого прибора. Например, абсолютная погреш­ ность измерения скорости вращения Are = 1 об/мин для ге = 10 об/мин будет характеризовать низкую, а для ге = 1000 об/мин — очень

1 Метрология — наука о методах точных измерений.

12

Например, если при измерении давления абсолютная погрешность

Учитывая, что при измерениях должно обеспечиваться хотя бы приблизительное равенство измеренной х и действительной вели­ чины хд, в знаменатель выражения (1.4) вместо хд подставляют

Рассмотрим порядок оценки погрешностей при различных мето­ дах измерения.

Оценка погрешности при прямом методе измерения

Выражение (1.5) умножим и разделим на диапазон измерения прибора хт

7* = — 100% ; - ^ = — 100% — .

I «V /М у о* 'У ГУ

Так как Ах/хт100% — основная приведенная погрешность, или класс точности прибора упр, то после подстановки получаем

Следовательно, погрешность измерения при прямом методе из­ мерения равна классу точности прибора, умноженному на отноше­ ние диапазона измерения прибора к измеренному значению.

Пример 2. Манометром с диапазоном измерений’^ = 25 кгс/см2 класса точ - ности упр = 4% измерено давление х = 10 кгс/см2. Оценить относительную погрешность измерения

Y* = Ynp—jr- = 4%

Если этим же манометром измерить давление 20 кгс/см2, то относительная погрешность измерения, как нетрудно заметить, составит всего 5%. Отсюда следует, что чем ближе измеряемая величина к пределу измерения прибора, тем меньше погрешность измерения. Как правило, прибор должен выбираться таким, чтобы измеряемая величина находилась во второй половине его шкалы.

Оценка погрешности при косвенном методе измерения

Погрешности измерения отдельных величин В, С, D, с помощью которых вычисляется искомая величина А , определяются таким же путем, как при прямом методе измерения. Зная эти погрешности,

14

можно вычислить погрешность измерения искомой величины. Пусть, например, А = Вп Ст Dp, тогда

где ув , ус, Уб — погрешности измерения величин В, С, D\ п, т, р — показатели степени при величинах В, С и D.

Погрешность ув, Ус и Уо и показатели степени п, ти р могут быть как положительными, так и отрицательными, но при нахождении наибольшей возможной погрешности измерения искомой величины надо всегда учитывать самый неблагоприятный случай, т. е. подста­ влять эти величины в формулу со знаком плюс.

Для уменьшения влияния случайных факторов на результат измерения рекомендуется измерить данную величину в одинаковых условиях несколько раз п по полученным значениям вычислить среднее арифметическое

где А 15 А 2, . . ., Ап — результаты отдельных измерений; А 0 — среднее арифме­ тическое значение измеряемой величины; п — число измерений.

Определенное по формуле (1.8) значение измеряемой величины является наиболее вероятным. Точность этого вероятного значения характеризуется аб­ солютной вероятной погрешностью ДА0 или относительной вероятной погреш­ ностью уА .

Абсолютная вероятная погрешность

где ДА х = Aj — А0, ДА 2 = А 2 — А 0, ДАп = Ап — А 0 — остаточные погреш­ ности отдельных измерений.

Пример 4. Искомое давление было измерено 4 раза; при этом получены ре­ зультаты

Pi = 21,2 кгс/см2; рз = 20,0 кгс/см2;

Рг= 21,8 кгс/см2; Р4 = 21,4 кгс/см2.

15

Наиболее вероятное значение искомого давления

Д_+ Р .+ Р .+ Р . „ 21,2+21,8+20.0+21.4

§4. НАДЗОР ЗА МЕРАМИ

ИИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ

За всеми мерами и измерительными приборами должен осуще* ствляться систематический надзор. Для этого меры и приборы, как выпускаемые из производства и ремонта, так и находящиеся в при­ менении, подлежат поверкам.

Образцовые меры и измерительные приборы поверяются орга­ нами Комитета стандартов, мер и измерительных приборов.

Рабочие меры и приборы по разрешению органов Комитета стан­ дартов могут поверяться самими предприятиями. Предприятия, не имеющие права самостоятельной поверки, обязаны представлять свои меры и приборы в поверочные лаборатории.

Сроки поверок устанавливаются с таким расчетом, чтобы обеспе­ чить постоянную верность и исправность мер и приборов.

При поверке производятся внешний осмотр прибора, проверка уравновешенности его подвижной части и определение основной погрешности.

Внешним осмотром выявляются такие дефекты, как повреждение корпуса, шкалы, стрелки и т. д.

Уравновешенность стрелочных приборов считается нормальной, если при отклонении невключенного прибора на угол 10° в любом направлении смещение стрелки из нулевого положения не превысит погрешности, определяющей класс точности данного прибора.

16

Погрешности приборов классов точности 0,05; 0,1 и 0,2 опреде­ ляются при помощи компенсаторов или компараторов1. Погрешности приборов классов точности 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 и 4,0 определяются методом сличения с образцовыми приборами.

Поверка мер и измерительных приборов должна производиться в точном соответствии с инструкциями Комитета стандартов. Ре­ зультаты поверок отмечаются в паспортах мер и приборов. В отдель­ ных случаях на годные меры и приборы наносятся клейма или вы­ даются аттестаты. Меры и измерительные приборы, признанные по результатам поверки неверными или неисправными, к дальней­ шей эксплуатации не допускаются впредь до приведения их в исправ­ ное и верное состояние.

Сотрудники предприятия, назначенные для проведения поверки, должны сдавать специальный техминимум.

Порядок организации и проведения поверок мер и измеритель­ ных приборов и контроля за их состоянием подробно изложен в спе­ циальных правилах 21.

Г л а в а 2

ЭЛЕМЕНТЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ

В настоящее время для контроля и измерения параметров в буре» нии и на горно-разведочных работах широко применяются приборы, измеряющие неэлектрические величины, такие, как вес снаряда, расход промывочной жидкости, скорость бурения и т . д., электриче­ скими методами. Измерение неэлектрических величин электриче­ скими методами хотя и усложняет в некоторых случаях измеритель­ ную аппаратуру, но зато обеспечивает существенные преимущества: непрерывность измерения без нарушения технологического процесса, возможность измерения на расстоянии, более высокую точность и чувствительность измерения. Принцип измерения неэлектрических величин электрическими методами заключается в том, что неэлек­ трическая величина с помощью измерительного преобразователя (датчика) преобразуется в зависимую~отнёе*^лектрическую вели­ чину, которая и измеряется электроизмерительным прибором. Шкала электроизмерительного прибора градуируется в этом случае в еди­ ницах измеряемой неэлектрической величины.

Таким образом, для измерения неэлектрической величины элек­ трическим методом в простейшем случае необходимы два элемента: датчик и электроизмерительный прибор. Однако часто измерительную

1 Компенсатор—прибор, в котором входной электрический сигнал приво­ дится к нулю изменением образцового напряжения.

Компаратор—прибор сравнения, в котором измеряемая величина сравни­ вается с образцовой мерой данной величины.

2 Правила 12-58 организации и проведения поверки мер и измерительных приборов и контроля за состоянием измерительной техники, соблюдением стан­ дартов-и технических условий. М., Стандартгиз, 1968.

аппаратуру приходится усложнять. Так, например, если элек­ трический сигнал на выходе датчика слаб и не обеспечивает необхо­ димую точность измерения, его усиливают с помощью электронного усилителя. Помимо электронных усилителей в измерительную аппа­ ратуру приходится включать и другие дополнительные элементы: выпрямители, стабилизаторы, преобразователи напряжения, элек­ трические микромашины, электромагниты и реле. В данной главе рассматриваются устройство, схемы и общий принцип работы основ­ ных элементов измерительной аппаратуры.

§ 1. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Электроизмерительные приборы подразделяются на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения.

В приборах непосредственной оценки отсчетные устройства про­ градуированы в значениях измеряемой величины. Эти приборы клас­ сифицируются по роду измеряемой величины (табл. 6) и по системе измерительного механизма (табл. 7). Для информации о возможно­ стях и особенностях приборов на их шкалы помимо знака системы наносятся и другие условные знаки (табл. 8). В аппаратуре для изме­ рения параметров бурения наибольшее применение получили при­ боры магнитоэлектрической и выпрямительной систем и логометры.

Из приборов сравнения наиболее часто применяются электри­ ческие мосты и компенсаторы.

18