Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Цифровые средства измерений давления и температуры. Учебное пособие
.pdf
91
В зависимости от заданных критериев достоверности повер-
o
max
ки (P
max
, δ
) и отношения погрешности поверки Δэ к пределу
max
допускаемой основной погрешности поверяемого средства измерений Δо (α = Δэ/Δо) определяется относительный контрольный
допуск h.
Относительный контрольный допуск h — это отношение
максимального значения погрешности Δ, полученного при поверке, к пределу допускаемого значения основной погрешности по-
веряемого средства измерения Δо, при котором это средство измерений признается годным.
Для признания средства измерения годным должно выполняться условие
Δ ≤ h Δо. (6.13)
Согласно МИ 188 при определении относительного контрольного допуска учитывается также возможное отличие максимального значения погрешности к значению погрешности в
поверяемых точках. Это отличие Ω количественно оценивается
отношением
, (6.14)
где Δ
— максимальное значение погрешности средства изме-
max
рений; Δ — максимальное значение погрешности, определенное
по результатам поверки; Δо — предел допускаемого значения ос-
новной погрешности.
Значение Ω определяется путем исследования зависимости
погрешности различных экземпляров данного типа средства измерений от измеряемой величины. Оно может быть уменьшено
путем увеличения числа точек диапазона измерения, в которых
проверяется соответствие основной погрешности допускаемым
значениям. В большинстве методик поверки средств измерений
давления и температуры принимается Ω = 0.
Значения относительного контрольного допуска h при поверке аналоговых средств измерений определяются с учетом сле-
дующих параметров: δ
; Ω; α = Δэ/Δо. При поверке цифровых
max
средств измерений должно учитываться также и квантование в
форме отношения q /Δо.
92
Как показано ранее, абсолютные значения погрешности, оп-
ределяемые при пренебрежении квантованием, всегда будут занижены по сравнению с максимальными (реально существующими) значениями погрешности, которые имеют место в точках
диапазона измерения, отстоящих не более чем на шаг квантования от поверяемой точки, на величину, изменяющуюся случайным образом в пределах |0…q|.
При поверке проверяется соответствие максимальных значе-
ний погрешности допускаемым значениям. Для гарантированного
обеспечения заданных значений основных критериев достовер-
ности поверки P
max
и δ
относительный контрольный допуск
max
при поверке должен быть меньше на q/Δо по сравнению с поверкой аналоговых средств измерений.
В тех случаях, когда шаг квантования много меньше допус-
каемой погрешности, поверки цифровых и аналоговых средств
измерения не различаются.
Относительный контрольный допуск h при P
= 0,5 вычис-
max
ляется по формуле
h = δ
– Ω – α – q /Δо. (6.15)
max
В том случае, если вычисленное значение h превышает
(1 – q /Δ
– Ω), принимается
о
h = (1 – Ω – q /Δо). (6.15а)
При q/Δо ≥ 0,2 значение относительного контрольного допус-
ка становится менее 0,8 при любых значениях α и допущении
Ω = 0. Значительно возрастает вероятность ошибочного признания негодным в действительности годного средства измерений.
При P
< 0,5 эта вероятность становится еще выше.
max
Таким образом, в тех случаях, когда погрешность определя-
ется без учета квантования, необходимость обеспечения требуемой достоверности результатов приводит к тому, что при
q/Δо ≥ 0,2 условия, при которых средство измерения признается
годным, становятся чрезмерно жесткими. Это в свою очередь
приводит к значительной вероятности ошибочной браковки.
Для проведения поверки при q/Δо ≥ 0,2 необходимо опреде-
лять погрешность с учетом квантования по входу средства изме-
93
рений способами, описанными выше, или использовать метод
контроля соответствия погрешности допускаемым значениям
(допусковый контроль). Этот метод является универсальным для
поверки цифровых средств измерений. Он применим при любых
соотношениях шага квантования и допускаемой погрешности, а
также для поверки средств измерений с существенной случайной
погрешностью. Метод допускового контроля не позволяет определить численное значение погрешности. Он только дает ответ,
превышает или не превышает погрешность предела допускаемых
значений. Этот метод, так же как и метод определения погрешности с учетом квантования, может применяться тогда, когда существует возможность относительно плавного изменения входного
сигнала, т.е. тогда, когда дискретность изменения входного сигнала значительно меньше, чем шаг квантования поверяемого
средства измерений.
Метод основан на исключении двух ситуаций. Если основная
погрешность поверяемого средства измерений отрицательна и ее
абсолютное значение превышает предел допускаемых значений,
то при увеличении входного сигнала на величину Δо показания
или выходной сигнал окажутся меньше расчетного для поверяемой точки диапазона. Если основная погрешность положительна
и значение превышает предел допускаемых значений, то при
уменьшении входного сигнала на величину Δо показания или выходной сигнал окажутся больше расчетного для поверяемой точки диапазона.
При контроле соответствия погрешности допускаемому значению в какой-либо точке диапазона измерений на вход средства
измерений подаются входные сигналы
X
= Xi – Δo и X
м
б
= X
+ Δo. (6.16)
i
Исходя из необходимости обеспечения требуемых значений
критериев достоверности поверки вводится относительный контрольный допуск h <1,0:
X
м
= X
– hΔo и X
i
б
= X
+ hΔo. (6.16а)
i
При входном сигнале Xм показание или значение выходного
сигнала поверяемого средства измерений Y должно быть меньше
расчетного Yр, определенного по номинальной статической ха-
94
рактеристике преобразования. При входном сигнале Xб показание
или значение выходного сигнала поверяемого средства измере-
ний Y должно быть больше расчетного Yр.
Если выполняются эти два условия: в первом случае Y < Yр, а
во втором Y > Yр, считается, что погрешность поверяемого средства не превышает допускаемых значений. В противном случае
погрешность поверяемого средства измерений превышает допускаемое значение, и это средство признается дефектным.
Если у поверяемого средства имеется вариация (гистерезис),
большее значение Xб должно устанавливаться при плавном увеличении входного сигнала, меньшее Xм — при плавном уменьшении.
Метод допускового контроля основной погрешности иллю-
стрируется на рис. 6.5 и 6.6. Линии, обозначенные как –hΔо и
+hΔо, ограничивают область допускаемых при поверке значений
основной погрешности. Реальная функция преобразования средства измерений, признаваемого при поверке годным, должна находиться между этими линиями.
На рис. 6.5 рассмотрены случаи, когда основная погрешность
отрицательна и при этом ее абсолютное значение превышает
(рис. 6.5а) и не превышает допускаемое (рис. 6.5б).
При отрицательных значениях погрешности для проверки то-
го, находятся ли эти значения погрешности в допускаемых пределах, на вход средства измерений подается входной сигнал, значение которого больше значения, соответствующего поверяемой
точке диапазона измерения, на hΔо. В тех случаях, когда погрешность превышает допускаемую при поверке (рис. 6.5а), значение
выходного сигнала Y либо меньше расчетного значения Yр, либо
равно ему. Если погрешность превышает допускаемую, но менее
чем на величину шага квантования q, значение выходного сигна-
ла равно расчетному (точка 1 на рис. 6.5а: Y1 = Y
). Если погреш-
1
p
ность превышает допускаемую более чем на шаг квантования, то
значение выходного сигнала меньше расчетного (точка 2 на рис.
6.5а: Y2 < Y
).
2
p
Когда основная погрешность отрицательна, но ее абсолютное
значение не превышает допускаемого, выходной сигнал Y будет
всегда больше расчетного (точка 1 на рис. 6.5б: Y1 > Y
).
1
p
95
На рис. 6.6 рассмотрены случаи, когда основная погрешность
о
о
а
б
положительна и при этом ее абсолютное значение превышает
(рис. 6.6а) и не превышает допускаемое (рис. 6.6б). При положительных значениях погрешности для проверки того, находятся ли
эти значения погрешности в допускаемых пределах, на вход
средства измерения подается входной сигнал, значение которого
меньше значения, соответствующего поверяемой точке диапазона
измерения, на hΔо.
Рис. 6.5. Контроль соответствия основной погрешности
допускаемым значениям при Δ < 0:
а —
― ∙― ·― — номинальная функция преобразования Y = Fн(X)
; б —
;
96
В тех случаях, когда погрешность превышает допускаемую
(рис. 6.6а), значение выходного сигнала Y будет либо больше
расчетного значения Yр, либо равно ему. Если погрешность пре-
вышает допускаемую менее чем на величину шага квантования q,
значение выходного сигнала равно расчетному (точка 1 на рис.
6.6а: Y1 = Y
). Если погрешность превышает допускаемую более
1
p
чем на шаг квантования, то значение выходного сигнала будет
больше расчетного (точка 2 на рис. 6.6а: Y2 > Y
).
2
p
Если основная погрешность отрицательна, но не превышает
допускаемой, значение выходного сигнала Y будет меньше расчетного (точка 1 на рис. 6.6б: Y1 < Y
).
1
p
При поверке таким методом, так же как и при определении
погрешности с учетом квантования, не возникает методической
«погрешности определения погрешности». Поэтому нет необходимости учитывать шаг квантования q при определении относительного контрольного допуска. Относительный контрольный
допуск h при P
= 0,5 вычисляется по формуле
max
h = δ
– Ω – α. (6.17)
max
Если вычисленное значение h превышает (1 – Ω), принимается
h = (1 – Ω). (6.17а)
97
о
о
а
б
Рис. 6.6. Контроль соответствия основной погрешности
допускаемым значениям при Δ > 0:
а —
― ∙― ·― — номинальная функция преобразования Y = Fн(X)
; б —
;
98
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федеральный закон «Об обеспечении единства измере-
ний».
2. Безуглов Д.А., Калиенко И.В. Цифровые устройства и
микропроцессоры. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2006.
3. Вострокнутов Н.Н. Цифровые измерительные устройства.
Теория погрешностей, испытания, поверка. — М.: Энергоатомиздат, 1990.
4. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехни-
ческие измерения и приборы. — М.: МЭИ, 2005.
5. Калабеков Б.А., Мамзелев И.А. Цифровые устройства и
микропроцессорные системы. — М.: Радио и связь, 1987.
6. Кончаловский В.Ю. Цифровые измерительные устройст-
ва. — М.: Энергоатомиздат, 1985.
7. Лепявко А.П. Поверка и калибровка цифровых приборов
измерения температуры: Учеб. пособие. — М.: АСМС, 2006.
8. Лепявко А.П. Неопределенность теплотехнических изме-
рений. — М.: АСМС, 2008.
9. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. — М.: Мир,
1988.
10. Руководство по выражению неопределенности измере-
ния. — Спб.: ВНИИМ им. Д. И. Менделеева, 1999 (перевод с английского).
11. ГОСТ 6616–94. Преобразователи термоэлектрические.
Общие технические условия.
12. ГОСТ 6651–94. Термопреобразователи сопротивления.
Общие технические требования и методы испытаний.
13. ГОСТ 13607–68. Приборы и преобразователи электроиз-
мерительные цифровые. Основные термины и определения.
14. ГОСТ 14014–91. Приборы и преобразователи измери-
тельные цифровые напряжения, тока, сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний.
15. ГОСТ 18421–93. Аналоговая и аналого-цифровая вычис-
лительная техника. Термины и определения.
16. ГОСТ 22261–94. Средства измерений электрических и
магнитных величин. Общие технические условия.
17. ГОСТ 22520−85. Датчики давления, разрежения и разно-
сти давлений с электрическими аналоговыми выходными сигналами ГСП. Общие технические условия.
99
18. ГОСТ 30232−94. Термопреобразователи с унифициро-
ванным выходным сигналом. Общие технические требования.
19. ГОСТ 8.009–84. ГСИ. Нормируемые метрологические ха-
рактеристики средств измерений. Методический материал по
применению ГОСТ 8.009–84.
20. ГОСТ 8.585–2001. ГСИ. Термопары. Номинальные стати-
ческие характеристики.
21. ГОСТ Р 8.625–2006. Термометры сопротивления из пла-
тины, меди и никеля. Общие технические требования и методы
испытаний.
22. РМГ 29–99. ГСИ. Метрология. Основные термины и оп-
ределения.
23. МИ 187–86. ГСИ. Средства измерений. Критерии досто-
верности и параметры методик поверки.
24. МИ 188–86. ГСИ. Средства измерений. Установление
значений параметров методик поверки.
25. МИ 1202–86. ГСИ. Приборы и преобразователи измери-
тельные цифровые напряжения, тока, сопротивления. Общие требования к методике поверки.
26. МИ 2440–97. ГСИ. Методы экспериментального опреде-
ления и контроля характеристик погрешности измерительных каналов измерительных систем и измерительных комплексов.
27. МИ 2891–2004. ГСИ. Общие требования к программному
обеспечению средств измерений.
28. МИ 2955–2005. ГСИ. Типовая методика аттестации про-
граммного обеспечения средств измерений и порядок ее проведения.
29. HART протокол первичной связи. Технический обзор.
30. Технический обзор. FOUNDATION Fieldbus.
31. Рекомендации по проектированию систем FOUNDATION
Fieldbus.
32. Техническая документация фирмы «Emerson Process
Management».
33. Техническая документация НПП «Элемер».
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ………………………………………………………………..........
1. Квантование ……………………………………………………………….
2. Системы счисления ……………………………………………………….
3. Состав цифровых средств измерений давления и температуры ………
3.1. Структурные схемы …………………………………………………...
3.2. Преобразование давления и температуры
в электрический сигнал ……………………………………………………
3.3. Аналоговые преобразователи в цифровых средствах измерений …
3.4. Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи ………....
3.5. Микропроцессорные устройства ……………………………………..
4. Интеллектуальные средства измерений.
Промышленные цифровые сети ……………………………………………
5. Нормируемые метрологические характеристики ………………………
5.1. Метрологические характеристики цифровых средств измерений ...
5.2. Метрологические характеристики цифровых
средств измерений давления ………………………………………............
5.3. Метрологические характеристики цифровых
средств измерений температуры ………………………………………….
6. Особенности калибровки и поверки цифровых средств измерений ......
Список литературы ……………………………………………………….....
3
4
13
18
18
22
29
34
44
48
67
67
71
76
82
99
Александр Петрович Лепявко
ЦИФРОВЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ
Учебное пособие
Редактор-корректор Н.М. Скрипова
Компьютерная верстка Л.С. Самочатова
Подписано в печать 30.11.2009
Печать ксерография
Тираж 100 экз.
АСМС
Формат 60 × 90 1/16
Объем 6,26 п. л.
Заказ №
100
Москва, Волгоградский проспект, 90, корп. 1
Полиграфическая база АСМС
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]