Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности учебник

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

18.47 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 372 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

ники. Размеры эталонов передаются другим средствам измере ний по специальной поверочной схеме.

Ускорение „технического прогресса, улучшение качества про дукции, повышение ее надежности и долговечности тесно связа но с измерительной техникой, являющейся совокупностью мето дов и средств для получения полной и достоверной количест венной информации о физических явлениях, свойствах веществ, материалов, продуктов, изделий, характеристиках.технологиче ских процессов.

Важнейшим условием эффективного применения измери тельной техники в народном хозяйстве является безусловное единство применяемых мер, единообразие измерений и испыта ний, сопоставимость их результатов, а также создание и совер шенствование государственных эталонов единиц измерений, мето дов и средств измерений высшей точности. В Советском Союзе обеспечение единства измерений осуществляется Государст венным комитетом стандартов Совета Министров СССР, его республиканскими управлениями и центрами и метрологиче скими организациями (научно-исследовательскими метрологи ческими институтами, лабораториями государственного надзора за соблюдением стандартов и измерительной техникой, базовы ми организациями по стандартизации и метрологии).

Важным актом в развитии стандартизации в СССР явилось введение с 1 января 1970 г. комплекса стандартов «Государст венная система стандартизации» (ГОСТ 1—68), которым опре делены основные положения о разработке и внедрении стандар тов, а также контроле за их соблюдением.

§ 2 . ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ

В широком значении слова и з м е р е н и е м называется на хождение значения физической величины опытным путем с по мощью специальных технических средств. Таким образом, изме

рением какой-либо физической величины является	операция,
в результате которой определяется, во сколько раз	измеряе

мая величина больше или меньше соответствующей величины,

принятой	за единицу.
Если	Q — значение физической величины, U — единица			фи
зической	величины,	п — размер	физической величины, ТО
		Q =	nU.	(4)
Это уравнение		является основным уравнением измерения.

Правая часть его называется результатом измерения, который всегда является размерной величиной и состоит из единицы

физической величины U,	имеющей	свое наименование, и числа
п, показывающего, сколько раз		данная единица содержится
в измеряемой физической	величине.

Если за единицу физической величины принять не U, а дру гую величину U\, уравнение (4) примет вид:

	Q = n1U1.			(5)
Из	уравнения (4) и (5) можно получить		соотношение	для
перехода от одного результата измерения		к	другому:
	пі/ = п-іУх;
	U
	" г = « — .			(6)
По	способу получения результата, что	является целью		лю

бого измерения, измерения подразделяются на прямые, косвен


ные,	совокупные,		совместные.
П р я м ы е и з м е р е н и я — это измерения при								которых ис
комое значение измеряемой величины находится							непосредствен
но из	опытных	данных,		т. е. сравнением		ее с единицей физиче
ской	величины	или по		показаниям	измерительных				приборов,
градуированных		в этих		единицах.	К прямым		относится			по
давляющее большинство				измерений,	применяемых			на	практике.
К о с в е н н ы е			и з м е р е н и я — это измерения,					при которых
искомое значение			измеряемой величины находится на основа
нии известной зависимости между этой величиной								и	величина
ми, подвергаемыми прямым измерениям.
С о в о к у п н ы е			и з м е р е н и я — это			одновременные				изме
рения	нескольких		одноименных величин,			при которых			искомое

значение измеряемой величины находится путем решения систе

мы уравнений, получаемой при прямых			измерениях	различных
сочетаний этих величин.
С о в м е с т н ы е	и з м е р е н и я	— это	одновременные изме
рения нескольких	неодноименных	величин с целью		нахождения

зависимости между ними. Примером могут служить измерения,

при которых электрическое	сопротивление при	температуре
20° С R.20 и температурные	коэффициенты а и р	измерительно

го сопротивления (резистора) Ri находятся по данным прямых

измерений сопротивления резистора						при	разных		температурах
t.	Уравнение измерения			имеет	вид:
	Ri	=	#20 [1 + « (ft -		20) +	р (t{	-	20)2],		( 7 )
где	1 < » < и .
	Непосредственно		измеряются		величины			ti и	Ri, затем	при
решении системы уравнений находятся величины									R20, а и р .	Ес
ли	д > 3 , система	уравнений решается специальными способа
ми, например способом				наименьших		квадратов.

В общем виде искомое значение Q физической величины, оп ределяемой путем совместных измерений, может быть выраже но уравнением

		Q = F(xltxt,...,xn),	(8)
где	F — вид функциональной зависимости;
Xi, х2,	хп~~значения	величин, найденных путем прямых	измерений.

Совместные измерения получают все более широкое рас пространение. Они применяются, например, для анализа слож ных, многокомпонентных смесей. Границы применения этого вида измерений особенно расширились с развитием средств вы

числительной

техники.

Любое, сложное или простое, измерение основано на опре

деленном принципе, на совокупности

физических

явлений,

ис-

цользуемых

при

измерении.

Измерения

проводятся

различными

методами,

под

которы

ми

подразумевается

совокупность

приемов,

принципов

и средств измерения. В современной метрологии

различаются

четыре основных

метода

измерений.

1. М е т о д

н е п о с р е д с т в е н н о й

о ц е н к и

заключается

в определении

значения

измеряемой

величины

непосредствен

но по

отсчетному

устройству

измерительного прибора

прямого

действия. Таким

образом,

этот

метод

характеризуется

прямым

преобразованием

значения

измеряемой

величины

в выходную

величину, показываемую или записываемую прибором.

Искомое значение величины Q равно значению X, непосред

ственно полученному

из

опыта:

Q =

(9)

2. М е т о д с р а в н е н и я с м е р о й , и л и

м е т о д с р а в

н е н и я заключается

сравнении

измеряемой

величины

ве

личиной, воспроизведенной

мерой.

3. Д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы й

м е т о д

заключается

срав

нении с мерой, при котором на измерительный

прибор

воздей

ствует разность между

измеряемой

величиной

и известной

ве

личиной, воспроизводимой

мерой.

4. Н у л е в о й

( к о м п е н с а ц и о н н ы й )

м е т о д

заключа

ется

в сравнении

с мерой, при котором результирующий эффект

воздействия

величин

на

прибор

сравнения

доводится

до

нуля.

Известны

также

методы

замещения,

противопоставления

и совпадения, не получившие, однако, в технологических

изме

рениях сколько-нибудь

заметного

распространения.

§ 3. СРЕДСТВА

ИЗМЕРЕНИИ

И ИХ ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

С р е д с т в а

и з м е р е н и й

представляют

собой

совокуп

ность технических средств, используемых при

различных

изме

рениях и имеющих нормированные

метрологические

свойства,

т. е. отвечающих требованиям метрологии в части единиц и точ ности измерений, надежности и воспроизводимости получаемых результатов, а также требованиям к их размерам и конструк ции. Основными средствами измерений являются измеритель ные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки и измерительные системы.

И з м е р и т е л ь н ы е п р и б о р ы (или просто приборы) предназначены для выработки сигнала измерительной инфор


мации	(электрического,	пневматического, оптического		и др.)
в форме, доступной для непосредственного восприятия				наблю
дателем. По форме выдачи информации			приборы подразделя
ются на а н а л о г о в ы е ,		показания которых являются		непре
рывной	функцией измеряемой величины,		и ц и ф р о в ы е ,	пока

зания которых являются дискретными и представляются в циф ровой форме.

Сигналы измерительной информации могут быть е с т е с т

в е н н ы м и ,	не претерпевшими никаких преобразований, и	п р е
о б р а з о в а н н ы м и , претерпевшими целенаправленные		изме
нения для	более удобного их использования.

В зависимости от вида информации измерительные приборы подразделяются на следующие группы:

1. Показывающие — приборы, которые обеспечивают только отсчет показаний.

2.Регистрирующие — приборы, которые обеспечивают ре гистрацию показаний. Эта группа включает два основных типа приборов: самопишущие, в которых показания записываются в виде диаграмм, и печатающие, в которых показания записыва ются в виде цифр.

3.Интегрирующие — приборы, в которых измеряемая вели чина интегрируется по времени или другой независимой пере менной.

4.Суммирующие — приборы, показания которых функцио нально связаны с суммой двух или нескольких величин, подво

димых к прибору	по	различным каналам.
И з м е р и т е л ь н ы е		п р е о б р а з о в а т е л и	(или просто
преобразователи,	или	датчики) предназначены	для выработки

сигнала измерительной информации в форме, удобной для пе

редачи, дальнейшего	преобразования,	обработки и		хранения,
но не поддающейся	непосредственному	восприятию		наблюда
телем.
Измерительные преобразователи подразделяются на следу
ющие основные группы:
1. Первичные — преобразователи, к		которым подводится из
меряемая величина. Эти преобразователи			являются	первыми
в измерительной цепи и предназначены		для	первичного преоб

разования физической измеряемой величины в форму, удобную

для дальнейшего		использования.
	2. Промежуточные		—	преобразователи, которые		занимают
в	измерительной	цепи	место после первичного преобразователя
и	предназначены	для осуществления всех необходимых преоб
разований (усиление, выпрямление, сглаживание и т.п.).
	3. Передающие — преобразователи,				предназначенные для
дистанционной		передачи		сигналов	измерительной	инфор
мации.

Преобразователи могут быть электрическими,		гидравличе
скими, пневматическими,	пневмоэлектрическими,	электропнев
матическими и т. п.
И з м е р и т е л ь н ы е	у с т а н о в к и предназначены		для вы
работки сигналов измерительной информации в форме,			удобной

для непосредственного восприятия наблюдателем, и представ ляют собой совокупность функционально объединенных мер,


измерительных		приборов,	измерительных		преобразователей
и других	вспомогательных		устройств,	расположенных		в	одном
месте и	связанных единством конструктивного				исполнения.
И з м е р и т е л ь н ы е с и с т е м ы				предназначены для			выра
ботки сигналов		измерительной информации в			форме,	удобной

для автоматической обработки, передачи и использования в ав томатизированных системах управления и представляют собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой соответствующими каналами связи.

Перечисленные средства измерений состоят из отдельных звеньев — структурных элементов, важнейшими из которых яв ляются чувствительные и преобразовательные элементы, изме

рительные механизмы,	регистрирующие и	отсчетиые	устрой
ства.
Ч у в с т в и т е л ь н ы й	э л е м е н т — часть	первого в	измери

тельной цепи преобразовательного элемента, находящегося под непосредственным воздействием измеряемой величины. В ка честве чувствительных элементов применяются самые разнооб

разные, основанные на разных	принципах действия устройства,
начиная от простейших механических рычагов и кончая		слож
нейшими фотоумножительными	устройствами, воспринимаю
щими эффект воздействия отдельных элементарных		частиц.
П р е о б р а з о в а т е л ь н ы й	э л е м е н т — элемент, в	кото

ром происходит одно из последовательных преобразований из


меряемой физической			величины.		Каждое средство		измерений
имеет	от одного	до нескольких преобразовательных					элементов.
С	помощью	средств	измерений		измеряемые	физические		ве
личины преобразуются			в	какую-либо выходную		величину,		ис
пользуемую в		качестве		сигнала	измерительной информации.

Для таких преобразований применяется несколько структурных

схем,

основные из

которых

показаны

на

рис. 1.

простейшей

схеме

(рис. \,а) имеется

один

преобразую

щий

элемент — первичный измерительный

преобразователь

ИЭ,

в котором измеряемая физическая величина

хвх

непосредствен

но

преобразуется

сигнал

измерительной

информации

хВЫх

в виде естественной выходной величины. Такая схема

широко

используется в измерительных приборах

преобразователях.

В структурной схеме, приведенной на

рис. 1,6,

кроме

струк

турного элемента 1, имеется еще несколько

(п)

звеньев

прямо

го

последовательного

преобразования,

которых

измеряемая

физическая величина

хВх

преобразуется

в промежуточную

вы-

ходную величину Хпр и затем, после одного или ряда преобразо ваний, — в выходную величину Жвых, удобную для использова ния в измерительном механизме, отсчетном устройстве или для передачи в каналы линий связи.

Однако наиболее универсальными структурными схемами построения средств измерений являются схемы с обратными

связями			(рис.		1,в).
Применение				обратных					6ы
связей		(ОС)		дает		воз
можность				построения
компенсационных						из		г
мерительных						уст		г
мерительных						уст	•	1 *" 1	Н	/7	''Дм
ройств,			обладающих								''Дм

								1
рядом		существенных
преимуществ				перед		те
ми,	в	которых			обрат
ные	связи		отсутствуют.
Схемы		с обратной				свя
зью	обладают				способ
ностью		учитывать				ре
зультат		своего			дейст				<7С
вия, с тем чтобы изме									<7С
вия, с тем чтобы изме
нить его в случае необ
ходимости,				а	также		Рис. 1.	Структурные	схемы	средств измерений.
способностью работать
независимо				от	некото

рых внешних условий; они являются фильтрами для возмущений и др. Компенсационные измерительные устройства принципиаль но более точны, чем системы прямого измерения вследствие того, что измерение происходит почти без потребления энергии рабо


чего процесса и объект измерения		почти	не нагружается. При
разработке	и конструировании средств		измерений стремятся
к тому, чтобы охватить обратными		связями как можно		больше
структурных	элементов. Однако	введение обратных		связей

в ряде случаев приводит к усложнению средств измерений, что, естественно, ограничивает их применение.

И з м е р и т е л ь н ы й м е х а н и з м — часть средства изме рений, состоящая из элементов, взаимодействие которых вызы вает их взаимное перемещение. Примером измерительного ме ханизма может служить измерительный механизм милливольт метра, состоящий из постоянного магнита с деталями машитопровода и подвижной рамки с пружинками или подвес

ками, через которые к ней	подводится электрический ток.
Р е г и с т р и р у ю щ е е	у с т р о й с т в о — часть средства из

мерений, предназначенная для записи показаний или представ

ления их в цифровой		форме.
О т с ч е т н о е	у с т р о й с т в о — часть средства измерений,
предназначенная	для	отсчитывания значений измеряемой вели-

чины. Им является, например, шкала	и стрелка	показывающего
прибора.
Шкалой прибора называется часть отсчетного			устройства,
представляющая собой совокупность	отметок и	проставленных
у некоторых из них чисел или других	символов,	соответствую
щих ряду последовательных значений	измеряемой		физической

величины. Шкалы приборов бывают прямолинейными, дуговы ми или круговыми, равномерными или неравномерными. Шка лы могут быть односторонними, двусторонними и безнулевыми.


Приборы		с	одним	диапазоном измерения			имеют	одинарную
шкалу, с несколькими — двойную, тройную							и т. д.
	Указателем		прибора называется часть отсчетного устройст
ва,	положение		которой относительно отметок шкалы определя
ет	показания		прибора. Указателем может служить стержень
(стрелка),		луч	света, уровень (мениск) рабочей жидкости в из
мерительной трубке или пузырек воздуха в ней.
	Как правило, подвижным				элементом	является указатель,			но
в некоторых измерительных					приборах	предусматривается			не
подвижный		указатель		и вращающийся		циферблат		со шкалой.

Конструктивно измерительные приборы могут быть выпол нены как одно целое, в общем корпусе, но могут состоять из не скольких частей в различных корпусах. Приборы в одном кор пусе чаще всего являются местными; приборы, состоящие из нескольких частей, обеспечивают дистанционную передачу по казаний.

Некоторые виды приборов выполняют несколько функций, обеспечивая, например, одновременно и выдачу показаний и за пись измеряемой величины. Часто эти же приборы снабжаются интегрирующим устройством, дополнительным электроконтакт ным устройством, предназначенным для осуществления автома тического регулирования или сигнализации о значении опреде ленного технологического параметра и т. п.

Измерительные	механизмы приборов,	преобразователи
и другие части помещаются в специальные		защитные корпуса,
предохраняющие их	от механических воздействий, пыли, влаги

и агрессивных газов. По форме корпуса могут быть квадратны

ми, 'прямоугольными или	круглыми, а по габаритным разме
рам — большими, малыми	и миниатюрными.

Форма, размеры и способы крепления приборов определены стандартами. Стационарные приборы приспособлены для вы ступающего или утопленного монтажа; переносные и лабора торные, как правило, устанавливаются на столах. Для удобст ва монтажа, обслуживания и ремонта некоторые приборы снаб жаются внутренним откидным или выдвигающимся кронштей ном, на котором крепятся основные детали и узлы измеритель ного механизма.

Средства измерений, применяемые на производстве для из мерений технологических параметров, а также при лаборатор-

ных и поверочных работах, могут быть подразделены на образ цовые и рабочие.

О б р а з ц о в о е с р е д с т в о и з м е р е н и й — это мера, из мерительный прибор или измерительный преобразователь, слу жащие для поверки по ним других средств измерений и утверж денные в качестве образцового.

Р а б о ч е е		с р е д с т в о и з м е р е н и й — это		измерительный
прибор или	преобразователь, применяемые		для	измерений, не
связанных	с	передачей размеров единиц	физических величин

другим средствам измерений.

§4. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

ИПАРАМЕТРЫ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИИ. СТАТИЧЕСКИЕ

ИДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Средства измерений обладают рядом свойств, определяю щих их поведение при различных режимах работы. Любое сред

ство измерений	и каждый из	его	элементов могут	выполнять
свои функции лишь в том случае, если их выходная				величина
(обобщенная координата) хВых		связана с входной		величиной
(координатой)	Хвк устойчивой	зависимостью.
Различаются два режима работы измерительных устройств —
с т а т и ч е с к и й	(установившийся)		и д и н а м и ч е с к и й (не

установившийся). Оба режима преобразования входной величи ны в выходную определяются соответственно статическими и ди

намическими характеристиками.	С т а т и ч е с к а я	х а р а к т е
р и с т и к а средства измерений	есть функциональная зависи

мость между входной и выходной величиной в установившихся режимах работы. В неустановившихся режимах работы стати ческая зависимость нарушается в силу присущей средствам из

мерений инерционности. В этих случаях	средства измерений ха
рактеризуются д и н а м и ч е с к и м и	х а р а к т е р и с т и к а м и ,
которые являются функциональными	зависимостями входных

и выходных величин (координат) в динамических условиях пре образования. Степень отклонения динамических характеристик от статических зависит от инерционных свойств средств измере ний и его элементов.

Знание статических и динамических характеристик средств измерений имеет большое значение как при собственно измере ниях, так и при их использовании в качестве датчиков в систе мах автоматического регулирования и управления. Расчет лю бой такой системы невозможен без знания статических и дина мических характеристик датчиков информации о ходе автоматизируемого процесса.

Статические характеристики могут выражаться с помощью уравнений, графиков и таблиц. В общем виде статическая ха рактеристика (или уравнение шкалы) измерительного прибора имеет следующий вид:

И. К. Петров

= f (Q),

(10)

где- Л' — координаты указателя

отсчетного

устройства

(угловые

или

линей

ные) ;

Q — значение измеряемой физической величины.

Преобразование

измеряемой

величины

Q в выходную

вели

чину N редко осуществляется непосредственно; в большинстве

случаев

используются

промежуточные

преобразования,

кото

рых может быть несколько (иногда десятки).

Обобщенная

структурная

схема

измерительного

прибора

с незамкнутой

цепью, состоящей

из

звеньев,

показана

на

рис.

Входные

величины

обозначены

через

хвх^

выход

ные — через #В Ы Х о - Индексы соответствуют

порядковым

номерам

звеньев,

индекс

0—установившемуся

значению

ве

личин.

*1ы

/7 - 7

Рис.

2. Структурная схема измерительного прибора

(датчика).

Статическая характеристика любого из звеньев

может

быть

записана

общем

виде:

хвых0[

— fi

(хвх0^>

(И)

где i=

1, 2

, п

— порядковый номер звена.

Входной величиной любого звена, кроме

первого,

является

выходная

величина

предыдущего

звена,

т. е. хвх^

—хвы-х0^,

следовательно,

*вых0(. =

(хвых0._^

•

(12)

свою

очередь

хвых0._{

fi-\ ( * b x 0 ( . _ j ) -

(13)

При подстановке этого выражения в уравнение

(12)

получа

ется

равенство

(14)

А так как хвх„

Of—1

Х в х о с - 2

х ° с - г

и Т-

- Т 0

Хвыкы~2'

= Х ш

вых 0 / =

{

( /,_2...

[/і

( * „ „ ) ] j J

(15)

Уравнение (15) определяет зависимость выходной величины

ЛЮбоГО ИЗ звеньев ОТ Измеряемой		ВХОДНОЙ ВеЛИЧИНЫ ДГвх0.
На основании	этого уравнения	выходная величина	предпо
следнего (п — 1) - го	звена
Х « « 0 » _ 1	= ^ - 1 { fn-2[ fn-3-•	-f, [ fj. ( * в х 0 ) ] )} •	(16)

Уравнение (16) является статической характеристикой при бора, выраженной через характеристики отдельных его звеньев.

Если функциональная связь между входной и выходной ве

личиной	звена в рабочей	области	непрерывна и однозначна,
каждому	значению хВх0	отвечает	одно единственное значение

Хвых0- Если при этом характеристика линейна или может быть аппроксимирована прямой, звено называется линейным. На рис. 3 приведена характеристика линейного звена. Она представ ляет собой зависимость, которая может быть выражена следу ющим образом:

'	•"•ВЫХд = КХВХц,		(17)
где К — постоянная величина, называемая передаточным		коэффициентом,	или
к о э ф ф и ц и е н т о м	п р е о б р а з о в а н и я .	Коэффициент К	вы

ражает отношение выходной величины к входной в установившемся режиме.

Применительно к различным элементам передаточный коэф фициент, или коэффициент преобразования, называется: в уси лителях — коэффициентом усиления; в ре дукторах — коэффициентом редукции; в трансформаторах — коэффициентом транс формации и т. д. Если входная и выходная величины представляют собой различные физические параметры, коэффициент К име ет определенную размерность.

Звенья, не отвечающие требованиям ли нейности, называются нелинейными. Стати ческие характеристики некоторых видов

нелинейных звеньев		приведены на		рис. 4.	Рис.	3.	Статическая
Нелинейность звеньев может			быть	связана	характеристика			ли-
с гистерезисом	.	. .			неиного		звена,
	(рис. 4, а ) , явлением насы
щения или наличием		упоров	ограничителей
(рис. 4, б), а также наличием			зоны нечувствительности или зоны
застоя а (рис. 4,	в).
Особое значение имеют нелинейные звенья, у						которых		при
каком-то одном значении xBXQ			= х в х с р а б . называемом				параметром

срабатывания, выходная координата изменяется скачкообразно (рис. 5). Такие нелинейные звенья называются релейными.

Применительно к измерительным преобразователям и датчи

кам передаточный коэффициент К часто	называется ч у в с т в и
т е л ь н о с т ь ю прибора или элемента.	При этом для нелиней-

<<< < Предыдущая 12 / 372 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ