Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрология и измерительная техника на базе измерительных преобразователей «Корунд». Практикум
.pdf
К. П. Латышенко
МЕТРОЛОГИЯ
И ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
НА БАЗЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
«КОРУНД»
Практикум
2-е издание
Вузовское образование
Саратов • 2019
УДК 621.8
ББК 30.10
Л27
Рецензенты:
кафедра автоматизации производственных процессов
РХТУ (Новомосковского института);
Головин В. В. — кандидат технических наук, ВНИИМС
Латышенко, К. П.
Л27
Метрология и измерительная техника на базе измерительных
преобразователей «Корунд» [Электронный ресурс] : практикум /
К. П. Латышенко. — 2-е изд. — Электрон. дан. и прогр. (6 Мб). — Саратов:
Вузовское образование, 2019. — 148 с.
ISBN 978-5-4487-0401-7
В практикуме рассматриваются методы и средства измерений, принцип действия
и устройство измерительных преобразователей типа «Корунд», определяются их
метрологические характеристики, правила обработки результатов измерений.
Предназначен студентам всех специальностей дневной и вечерней формы
обучения, изучающим курсы «Метрология и измерительная техника», «Метрология,
стандартизация, сертификация», «Технологические измерения и приборы», «Методы и
средства измерений, испытаний и контроля», «Метрология».
Для создания электронного издания использовано:
Приложение pdf2swf из ПО Swftools, ПО IPRbooks Reader,
разработанное на основе Adobe Air
© Латышенко К. П., 2013
© ООО «Вузовское образование», 2019
Введение
Научно-технический прогресс во многом определяется
объёмом и качеством измерительной информации,
получаемой с помощью средств измерительной техники.
Измерения являются одним из основных путей познания
человеком природы, они служат для контроля качества
веществ, материалов и изделий, совершенствования
технологии, автоматизации производств, учёта мате-
риальных ценностей, охраны здоровья и окружающей среды,
обеспечения безопасности труда и для многих других
областей человеческой деятельности.
Поэтому всё более возрастающие требования
предъявляют к качеству подготовки технических кадров, а
это, в свою очередь, связано с проблемой повышения
эффективности подготовки специалистов в высшей школе.
С этой целью на кафедре мониторинга и автоматических
систем контроля (МАСК) МГУИЭ был создан лабораторный
практикум по метрологии и измерительной технике,
использующий в качестве технических средств комплект
измерительных преобразователей «Корунд». Эта единая
техническая база практикума отвечает современным
требованиям, хотя, конечно, не исчерпывает всего
многообразия измерительных преобразователей.
Лабораторный практикум смонтирован на четырёх стендах,
что позволяет увеличить число одновременно работающих
бригад студентов.
Лабораторный практикум предназначен для студентов
дневной и вечерней форм обучения, изучающих дисциплины
«Метрология, стандартизация, сертификация» и
«Технологические измерения и приборы» по специальности
2102, «Метрология» и «Методы и средства измерений,
испытаний и контроля» по специальности 0720, «Метрология
и измерительная техника» по специальности 3302 и
«Метрология» по специальности 0702. Лабораторный
практикум составлен в соответствии с программами
3
перечисленных дисциплин, в нём использован многолетний
опыт проведения лабораторных работ на кафедре МАСК.
Целью лабораторного практикума является изучение
видов и методов измерений, метрологического обеспечения
измерений, приобретение навыков обработки результатов
измерений, принципа действия, устройства и конструкции
измерительных преобразователей типа «Корунд»,
определение их метрологических характеристик, поверка
средств измерений.
Практикум включает в себя две взаимосвязанных части –
метрологию и технические средства измерений,
обеспечивающие в совокупности необходимый уровень
подготовки специалистов в технических областях
деятельности человека.
Лабораторный практикум по метрологии и измерительной
технике состоит из введения и шести разделов.
В первом разделе дан необходимый минимум сведений по
метрологии, позволяющий выполнять лабораторные работы.
Во втором разделе изложены краткие сведения о
технических средствах измерения вообще и описаны
технические характеристики измерительных преобразователей семейства «Корунд».
В третьем разделе изложена цель лабораторных работ и
правила по технике безопасности.
В четвёртом разделе даны методы измерения и средства
измерений таких параметров, как температура, давление,
уровень, расход, а также описан порядок проведения
двенадцати лабораторных работ.
В пятом разделе изложена обработка результатов
измерений.
В шестом разделе приведены правила оформления
лабораторной работы и пример её выполнения.
Формально лабораторный практикум состоит из 12
лабораторных работ. Для каждой работы дана методика её
проведения, перечень необходимого оборудования и схема
включения приборов, описаны необходимые эксперименты и
порядок оформления работы. В зависимости от дисциплины
4
и специальности преподаватель, ведущий лабораторные
занятия, может по своему усмотрению изменять или
варьировать задание, добавляя или убирая те или иные
пункты. Так что общее число лабораторных работ, которые
можно выполнить с помощью настоящего практикума,
исчисляется десятками. В зависимости от специализации и
профиля подготовки специалистов, а также возможностей
конкретного вуза и кафедры по предлагаемым методикам
можно выполнять и другие работы.
Практикум не претендует на полноту охвата
номенклатуры технических средств, применяемых в
настоящее время, и не заменяет справочников по средствам
измерения и автоматизации. Из-за ограниченного времени,
отводимого на проведение лабораторных работ, в практикуме
допущены отклонения от инструкций по работе с приборами.
Например, не требуется в полном объёме выдерживать время
прогрева приборов, время измерения температуры и т.п. Тем
не менее, хочется надеяться, что практикум позволит
активизировать самостоятельную работу студентов, укрепить
их знания и навыки, повысить успеваемость.
Во втором издании практикума устранены отдельные
недочёты, сокращены излишние технические детали,
расширен раздел по метрологии, добавлен расчёт расхода
нефти.
В работе над лабораторным практикумом принимали
также участие следующие преподаватели кафедры МАСК
МГУИЭ: доц. С.А. Дегтярёва, ст. преп. Е.Г. Куприн, проф.
В.Г. Патрикеев , а также студенты старших курсов и
аспиранты, обучавшиеся на кафедре: В.В. Головин,
А.В. Дырдин, Б.А. Иполитов, П.А. Мандрик, В.А. Патрикеев,
Ю.В. Синёв.
5
1. Метрологические характеристики
средств измерений
Получение продукции с заданными свойствами
предусматривает управление процессом её производства.
Управление – это целенаправленное изменение состояния
или параметров машины, объекта, системы, процесса в
соответствии с требуемым алгоритмом функционирования.
Автоматическое, т.е. без участия человека, управление
включает в себя следующие операции:
- измерение параметров процесса (объекта);
- принятие решения (управляющего воздействия) вы-
числительной машиной;
- выполнение (реализация) принятого решения испол-
нительным механизмом, воздействующим на объект.
Получение информации о процессе (объекте), т.е.
измерение, является обязательным и необходимым этапом
процесса управления. Поэтому рассмотрим процесс
получения и обработки информации более подробно.
Информация (от лат. informatio - разъяснение, изложение) – общенаучное понятие, включающее обмен сведе-
ниями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и
автоматом.
В соответствии с Рекомендациями РМГ 29-99 метрология
(от лат. metron - мера и …логия) – это наука об измерениях,
методах, средствах обеспечения их единства и способах
достижения требуемой точности. Различают теоретическую,
законодательную и практическую (прикладную) метрологию.
Физическая (греч. , от - природа)
величина – одно из свойств физического объекта, физической
системы, явления или процесса, общее в качественном
отношении для многих физических объектов, но в
количественном отношении индивидуальное для каждого из
них.
Размер физической величины – качественная
определённость физической величины, присущая
6
конкретному материальному объекту, системе, явлению или
процессу.
Значение физической величины – выражение размера в
виде некоторого числа принятых для неё единиц.
Истинное значение физической величины есть её
значение, которое идеальным образом характеризует в
качественном и количественном отношении физическую
величину. Оно может быть получено только в результате
бесконечного процесса измерений с бесконечным
совершенствованием методов и средств измерений.
Действительное значение физической величины –
значение физической величины, полученное
экспериментальным путём и настолько близкое к истинному
значению, что в поставленной измерительной задаче может
быть использовано вместо него.
Измерение – это процесс нахождения значения физи-
ческой величины опытным путём с помощью специальных
технических средств.
Измерения могут быть однократные и многократные,
статические (от греч. ) и динамические (от греч.
- сила), контактные и бесконтактные, абсолютные и
относительные, равно- и неравноточные и др.
Абсолютное измерение – измерение, основанное на
прямых измерениях одной или нескольких основных величин
и (или) использовании физических констант (от лат.
constans - постоянный). Так измерение силы F = mg
основано на измерении основной величины - массы m и
использовании физической постоянной g.
Относительное измерение – измерение отношения
величины к одноимённой величине, играющей роль единицы,
или измерение изменения величины по отношению к
одноимённой величине, принимаемой за исходную.
Принцип (от лат. principium – начало, основа) измерений –
физическое явление или эффект, положенные в основу
измерений.
7
Метод (от греч. - исследование) измерений –
приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой
физической величины с её единицей измерения в
соответствии с реализованным принципом измерений. Метод
измерений обычно обусловлен средством измерений.
Вид измерений – часть области измерений, имеющая свои
особенности и отличающаяся однородностью измеряемых
величин.
По способу получения численного значения измеряемой
величины выделяют четыре вида измерений: прямые,
косвенные, совокупные и совместные.
Прямое измерение – измерение, при котором искомое
значение физической величины получают непосредственно
(измерение температуры термометром, длины - линейкой).
Прямые измерения проводят следующими основными
методами: непосредственной оценки, сравнения с мерой,
нулевым, замещением, дополнением и дифференциальным.
Косвенное измерение – это определение искомого
значения физической величины на основании результатов
прямых измерений других физических величин,
функционально связанных с искомой величиной. Примеры
косвенного измерения: определение плотности одно-родного
тела по его массе и геометрическим размерам; удельного
электрического сопротивления проводника - по его
сопротивлению, длине и площади поперечного сечения,
расхода - по перепаду давления и т.п.
Совокупные измерения – это проводимые одновременно
измерения нескольких одноимённых величин, при которых
искомые значения величин определяют путём решения
систем уравнений, получаемых при измерениях этих величин
в различных сочетаниях.
Совместные измерения – проводимые одновременно
измерения двух или нескольких неодноимённых величин для
определения зависимости между ними, например,
определение температурного коэффициента линейного
расширения.
8
Совокупные и совместные измерения применяют, как
ПИП
ИП
ВП
правило, в научно-исследовательской практике.
Кроме того, различают технические и технологические
измерения, контроль.
Технические измерения – это измерение количественных
и качественных характеристик свойств продукции (линейных
и угловых размеров, массы, шероховатости и т.п.).
Технологические измерения – измерение режимов,
характеристик и параметров технологического процесса
(уровня, температуры, давления, расхода, плотности, состава
среды и т.п.).
Контроль – операция, заключающаяся в определении
соответствия измеряемых величин допускам, установленным
на их значения для обеспечения нормального
функционирования технического объекта, процесса.
Средство измерений – средство, применяемое для
измерений, имеющее нормированные метрологические
характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу
физической величины, размер которой принимают
неизменным (в пределах установленной погрешности) в
течение известного интервала времени.
Автоматическое средство измерений – средство
измерений, производящее без непосредственного участия
человека измерения и все операции, связанные с обработкой
результатов измерений, их регистрацией, передачей данных
или выработкой управляющего сигнала.
Автоматизированное средство измерений – средство
измерений, производящее в автоматическом режиме одну
или часть измерений.
В общем случае средство измерений имеет следующую
структурную схему (рис. 1.1).
X Y
Рис. 1.1. Структурная схема средства измерений
9
На этом рисунке приведены следующие обозначения и
сокращения:
X – входной сигнал (измеряемая величина);
Y – выходной сигнал;
ПИП – первичный измерительный преобразователь, на
который непосредственно воздействует измеряемая
физическая величина;
ИП – измерительный преобразователь, т.е. техническое
средство с нормированными метрологическими
характеристиками, служащее для преобразования
измеряемой величины в другую величину или
измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения;
дальнейших преобразований, индикации или передачи. По
характеру преобразований различают аналоговые, цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи.
ВП – вторичный (показывающий) прибор, т.е.
совокупность элементов средств измерений, которые
обеспечивают визуальное восприятие значений измеряемой
величины или связанных с ней величин.
Метрологические характеристики средств измерений
являются составной частью исходной информации:
- для определения результатов измерений и расчётной
оценки характеристик инструментальной составляющей
погрешности измерений;
- для расчёта метрологических характеристик каналов
измерительных систем, состоящих из средств измерений с
нормированными метрологическими характеристиками;
- для оптимального выбора средств измерений;
- для использования в качестве контролируемых
характеристик при контроле средств измерений.
Нормируемые метрологические характеристики – это
совокупность метрологических характеристик данного типа
средств измерений, устанавливаемая нормативными
документами на средства измерений. ГОСТ 8.009-84
предусматривает следующую номенклатуру метрологических характеристик.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]