Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы исследований процессов и материалов. Практикум
.pdf
Нормируемые метрологические характеристики – это
S
r
t
dam
совокупность метрологических характеристик данного типа
средств измерений, устанавливаемая нормативными
документами на средства измерений. ГОСТ 8.009–84
предусматривает следующую номенклатуру метрологических характеристик.
1. Характеристики, предназначенные для определения
результатов измерений:
– функция преобразования измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с наименованной
шкалой или со шкалой, отградуированной в единицах,
отличающихся от единиц входной величины;
– цена деления шкалы измерительного прибора;
– вид выходного кода, число разрядов кода, цена наименьшего разряда кода средств измерений, предназначенных
для выдачи результатов в цифровом коде.
2. Характеристики погрешностей средств измерений:
– значения систематической составляющей
погреш-
ности;
– среднеквадратическое отклонение σ[о] случайной составляющей погрешности.
3. Характеристики чувствительности средств измерений к
влияющим величинам:
– функция влияния ψ(ξ).
4. Динамические характеристики средств измерений:
– переходная h(t);
– амплитудно-фазовая G(jω);
– амплитудно-частотная А(jω);
– время реакции
;
– постоянная времени Т;
– коэффициент демпфирования (от нем. Dempfer – глушитель)
.
Кроме того, средство измерений характеризуют
следующие метрологические характеристики.
11
Диапазон показаний средства измерений – область
X
Y
Х
Х
minmax
XX
Х
значений шкалы прибора, ограниченная начальным и
конечным значениями шкалы.
Диапазон измерений – область значений величины, в
пределах которой нормированы допускаемые значения
погрешности средства измерений.
Статическая характеристика средства измерений (см.
рис. 1.1)
Y = Y3{ Y2[Y1(Х)]}. (1.1)
Чувствительность средства измерений S
S =
, (1.2)
где Y – приращение выходной величины при изменении
входной на X, стремящейся к нулю.
Погрешность измерения есть отклонение результата
измерения от истинного (действительного) значения
измеряемой величины.
Абсолютная погрешность измерения X
X = X
где X
– результат измерения; X
изм
изм
– X
, (1.3)
ист
– истинное значение
ист
измеряемой величины.
Кроме абсолютной, погрешность может быть
относительной
=
100 %, (1.4)
приведённой
пр
=
100 %, (1.5)
среднеквадратической, т.е. оценкой рассеяния единичных
результатов измерения в ряду равноточных измерений одной
и той же физической величины около среднего их значения,
вычисляемого по формуле
12
σ =
1
)(
1
2
n
xx
n
i
i
, (1.6)
а также основной и дополнительной, мультипликативной и
аддитивной, систематической и случайной, статической и
динамической, инструментальной и др.
Класс точности – это обобщённая характеристика данного
типа средств измерений, как правило, отражающая уровень
их точности, выражаемая пределами допускаемых основной
и дополнительной погрешностей, а также другими
характеристиками, влияющими на точность.
Поверка средства измерений есть установление органом
Государственной метрологической службы (или другим
официально установленным органом, организацией)
пригодности средства измерений к применению на основании
экспериментально определённых метрологических
характеристик и подтверждение их соответствия
установленным обязательным требованиям.
13
ГЛАВА 2. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРПОЦЕССОВ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
«КОРУНД»
Процесс (от лат. processus – продвижение) – это
последовательная смена явлений, состояний в развитии чегонибудь; совокупность последовательных действий для
достижения какого-либо результата.
Параметр состояния – физическая величина, имеющая
объективную меру и характеризующая макроскопическое
состояние системы: температура, давление, уровень,
плотность, концентрация компонентов и т.п.
Все производства различных отраслей промышленности в
зависимости от характера технологического процесса
разделяют на две группы: с непрерывным и с дискретным
(штучным) технологическим процессом. К первой группе
относят производства таких отраслей промышленности, как
химическая, металлургическая, нефтехимическая,
газоперерабатывающая, теплоэнергетическая и тому
подобное, ко второй – машиностроение, приборостроение,
радиоэлектронная, пищевая и др.
Приближённое представление о том, какие параметры и
в каком относительном количестве измеряют на производствах с непрерывным и дискретным характером технологических процессов, даёт табл. 2.1.
Из таблицы следует, что на производствах с непрерывным
характером технологического процесса измерение
температуры, давления, уровня и расхода вещества
составляет 81 % от общего числа всех измерений, а на
производствах с дискретным характером технологического
процесса – 20 %.
Поэтому в первой части лабораторного практикума
изучается измерение таких физических параметров, как
температура, давление, уровень и расход вещества. Во второй
и третьей частях практикума рассматриваются измерение
массы, объёма, геометрических и других параметров
14
материалов (15 и 40 % соответственно). Таким образом,
Параметр
Непрерыв-
ный
процесс,
%
Дискрет-
ный
процесс,
%
Температура
Расход вещества
Количество (масса, объём)
вещества
Давление
Уровень
Число изделий
Геометрические размеры
Время
Состав вещества
Прочие (физико-химические свойства, напряжение,
ток, скорость и т.п.) параметры
50
15
5
10
6
–
–
4
4
6
8
4
5
4
4
25
25
15
–
10
практикум охватывает основную долю всех измерений в
производстве.
Таблица 2.1
Измерение параметров непрерывных и дискретных
технологических процессов
Все измерительные преобразователи, используемые в
данной работе, являются рабочими средствами измерений,
т.е. они предназначены для измерений, не связанных с
передачей размера единицы другим средствам измерений.
Рабочие средства измерений являются самыми
многочисленными.
В последнее время в измерительной практике стали всё
шире применяться сенсоры (от лат. sensus – чувство,
ощущение). Они являются первичными измерительными
15
преобразователями, изготовленными, как правило, по
твёрдотельной технологии, которые «на месте» производят
первичную обработку информации (усиление, линеаризацию,
нормирование, аналого-цифровое преобразование и т.п.).
Достоинство сенсоров – надёжность работы, помехо-
защищённость, выдача нормированного выходного сигнала,
малое потребление энергии, миниатюрность. Фактически
сенсор является интеллектуальным (от лат. intellectus – ум,
рассудок, разум) датчиком.
К подобным первичным измерительным преобразо-
вателям относится семейство преобразователей типа
«Корунд».
2.1. Измерительные преобразователи типа «Корунд»
Измерительные преобразователи «Корунд» используют
для измерения абсолютного и избыточного давления,
разрежения, разности давлений, расхода жидкости или газа,
уровня жидкости, температуры и т.п.
Их работа основана на использовании различных
эффектов в структурах «кремний на сапфире».
Корунд, нем. Korund, от древнеинд. курунвид – минерал
подкласса простых оксидов, природный без-водный глинозём
Al2O3 с примесью Cr, Fe, Ti и др. Прозрачные разновидности
корунда – драгоценные камни (рубины, сапфиры и др.).
Синтетический корунд с добавками Cr3+, Fe3+ получают в
промышленных масштабах и используют в квантовой
электронике, часовой промышленности и т.п.
Кремний, лат. Silicium, Si – химический элемент IV
группы периодической системы, атомный номер 14, атомная
масса 28,086. Один из важнейших полупроводниковых
материалов.
Сапфир (греч. , от др.-евр. саппир – синий
камень) – минерал, голубая или синяя разновидность
корунда, окрашенная примесью Fe
3+
и Ti4+. Драгоценный
камень первого класса. Красный корунд, окрашенный
16
примесью Cr3+, называют рубином. Синтетический сапфир
minmax
min
tt
tt
применяют в микроэлектронике, ИК технике и т.п.
В практикуме рассматриваются также блоки питания,
извлечения корня, индикации, измеритель-калибратор (от
франц. calibre) датчиков, которые работают в комплекте с
первичными измерительными преобразователями типа
«Корунд».
2.2. Измерительный преобразователь температуры
«Корунд–Т»
Измерительный преобразователь «Корунд–Т» пред-
назначен для непрерывного преобразования температуры
жидкостей, пара или газов в унифицированный токовый
электрический выходной сигнал.
Преобразователь температуры «Корунд–Т» имеет
следующие технические характеристики:
– диапазон входных (измеряемых) величин – темпера-
тура, - 50 …+ 100, 0 …+ 50, 0 … + 100 или 0 … + 500 оС;
– диапазон изменения выходного сигнала – ток, 0 – 5 или
4 – 20 мА;
– преобразователь имеет линейно возрастающую стати-
ческую характеристику, описываемую уравнением
I =
(I
max –Imin
) + I
, (2.2.1)
min
где I – выходной сигнал – ток, мА; t – входной сигнал –
температура, оС; t
температура соответственно, оС; I
min
, t
– минимальная и максимальная
max
, I
min
– минимальное (0
max
или 4 мА) и максимальное (5 или 20 мА) значения выходного
сигнала;
– предел допускаемой основной приведённой погрешности равен , и % в зависимости от исполнения;
– напряжение питания 12 – 36 В постоянного тока;
17
– преобразователь имеет вид взрывозащиты «искробезо-
пасная электрическая ib» с уровнем взрывозащиты
«взрывобезопасный»;
Внешний вид измерительного преобразователя «КорундТ» приведён на рис. 2.2.1.
2 3 4 5 6 7
1 10 9 8
Рис. 2.2.1. Измерительный преобразователь температуры
«Корунд–Т»:
1 – терморезистор; 2 – термозонд; 3 – мелкозернистый
порошок Al2O3; 4 – пробка; 5 – электронный преобразо-
ватель; 6 – корпус; 7 – разъём; 8 – заглушка; 9 – потен-
циометры; 10 – накидной винт
Схема внешних электрических соединений
преобразователя «Корунд–Т» приведена на рис. 2.2.2.
Преобразователь «Корунд–Т» представляет собой единую
конструкцию, включающую термочувствительный элемент и
электронный преобразователь.
В качестве термочувствительного элемента использованы
терморезисторы с номинальной статической характеристикой
по ГОСТ Р50431 100М (медь) и 100П (платина).
Медь, лат. Сuprum, Cu – химический элемент I группы
периодической системы, атомный номер 29, атомная масса
18
63,55. Металл красного цвета, ковкий и мягкий, хороший
проводник тепла и электричества. Главное применение –
производство электрических проводов. Из меди изготовляют
теплообменники, трубопроводы и многое другое. Более 30%
меди идёт на сплавы.
Платина, лат. Platinum, от исп. platina (уменьшитель-ное
от plata – серебро), Pt – химический элемент VIII группы
периодической системы, атомный номер 78, атомная масса
195,08, металл. Платина идёт на изготовление катализаторов
(около 50 %, частично в виде сплавов с Rh, Pd, Ir),
химической аппаратуры. Она используется в электро- и
радиотехнике, ювелирном деле и т.д.
Терморезистор 1 расположен в герметичном цилиндрическом корпусе термозонда (термо… и фр. sonde – щуп) 2
и закупорен пробкой 4, предохраняющей термозонд от
высыпания наполнителя 3 и проникновения внутрь влаги.
Термозонд закрепляется и герметизируется в рабочей среде с
помощью накидного винта 10. Термозонд герметично
соединён с корпусом 6 электронного преобразователя 5.
19
G +
1
2 Р
3
4
G
+
+
1
2 Р
3
4
1
2 Р
3
4
G +
Rн
Rн
а б
Rн
Взрывобезопасная зона Взрывоопасная зона
Рис. 2.2.2. Схема внешних электрических соединений
измерительного преобразователя «Корунд–Т»:
а – выходной сигнал 0 – 5 мА; б – выходной сигнал 4 – 20
мА; в – выходной сигнал 4 – 20 мА (взрывозащи-щённое
исполнение); G – источник питания; Р – изме-
рительный преобразователь
Питание преобразователя, а также измерение выходного
сигнала осуществляется через разъём 7, установленный на
крышке корпуса.
На плате электронного преобразователя установлены
потенциометры 9 для подстройки «нуля» (от лат. nullis –
в
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]