Laboratorn_Roboti

До засобів вимірювання відносяться: міри, вимірювальні прилади, вимірювальні перетворювачі і вимірювальні пристрої.

Міра - засіб вимірювання, за допомогою якого відтворюється фізична величина заданого розміру. Це, наприклад, гиря - міра маси, вимірювальний резистор - міра електричного опору, температурна лампа - міра яркісної або колірної температури і т.д.

Вимірювальний прилад - засіб заміру, за допомогою якого виробляється сигнал вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприйняття.

За характером індикації результатів виміру технічні вимірювальні прилади поділяють на показуючі і самопишучі.

Крім того, вимірювальні прилади поділяють на прилади прямої дії, якщо передбачено одне або декілька перетворень сигналу вимірювальної інформації в одному напрямку (манометр, ртутний термометр), та інтегруючої дії, якщо величина, що підводиться, підлягає інтегруванню за часом чи іншій незалежній змінній (лічильник рідини, газу, електролічильник).

Вимірювальні перетворювачі - засоби вимірювань, в яких виробляється сигнал вимірювальної інформації в формі, зручній для передачі, подальшого перетворення та обробки.

Вимірювальні пристрої - засоби вимірювань, які складаються з вимірювальних приладів та вимірювальних перетворювачів (витратоміри, термопари, термометри опору).

В залежності від призначення і ролі, що виконується засобами вимірювання, вони поділяються на три категорії:

-робочі (міри, вимірювальні прилади та перетворювачі);

-зразкові (міри, вимірювальні прилади та перетворювачі);

-еталони.

Робочі засоби вимірювання призначені для практичних щоденних вимірів і поділяються на лабораторні та технічні.

Зразкові засоби вимірювання призначені для повірки та градуювання робочих.

Еталони - міри, вимірювальні прилади, та початкові перетворювачі, які служать для відтворення та зберігання одиниць вимірювання з найвищою (метрологічною) точністю, що досягається при даному рівні розвитку науки та техніки, а також для повірки зразкових засобів вимірювання.

2.2.3 Загальні дані про точність вимірювання і похибки вимірюваннь

Степінь наближення результатів вимірювання до

10

істинного значення вимірюваної величини називають точністю вимірювання.

Достовірність вимірювання кількісно оцінюють величиною похибки.

Похибка вимірювання викликається недосконалістю методів та засобів вимірювання, непостійністю умов спостереження і субєктивними похибками спостерігача.

Похибки поділяються на систематичні, випадкові і грубі (промахи).

Систематичні - такі, які залишаються постійними чи змінюються за певним законом. Систематичні похибки можуть виникнути внаслідок старіння приладу, його зношеності, неточності виготовлення шкали, через неправильну установку приладу, (за рахунок впливу навколишнього середовища, атмосферного тиску, вологості повітря, зовнішних магнітних та електричних полів), а також за рахунок прийнятих допусків та спрощень в самому методі вимірювання.

Так як причини, що викликають систематичні похибки, в більшості випадків відомі, то ці похибки в принципі можуть бути компенсовані введенням поправок до показів приладів, зміною методу вимірювання і т.д.

Випадкові похибки викликаються великою кількістю випадкових причин, дія яких на кожне значення виміру різна і не може бути попередньо врахована. Ці похибки даються взнаки при багатократних (повторних) вимірюваннях однієї і тієї ж величини.

Хоча позбутися випадкових похибок неможливо, математична теорія випадкових явищ дозволяє зменшити вплив цих похибок на кінцевий результат вимірювання і встановити розумне значення похибки. Чим менше значення похибки ми хочемо одержати, тим більше вимірюваннь треба провести.

Грубі похибки - помилки, допущені в процесі вимірювання, які суттєво перевищують очікувані похибки при даних умовах. Це, як правило, помилки експериментатора або викликані несправністю засобів вимірювання.

Кількісно точність вимірювання можна оцінити

значенням абсолютної W, відносної W або приведеної похибки.

Абсолютною похибкою вимірювання W називається алгебраїчна різниця між значенням Wi, отриманим при вимірюванні, та істинним значенням W вимірюваної

11

величини, тобто:

W= Wi-W.

Відносна похибка W виражається у відсотках від значень вимірюваної величини:

Приведена похибка - похибка, виражена у відсотках від якого-небуть нормуючого значення, частіше всього від діапазону вимірювання WN, визначеного робочою частиною шкали пристрою:

Абсолютні похибки можуть бути додатніми і від’ємними. Якщо прилад показує завищені дані, то похибка додатня. Віднімаючи від результату вимірювання величину похибки ми отримуємо точний результат.

Якщо прилад занижує покази, то похибка від’ємна. Точне значення величини отримаємо додавши до показів величину похибки.

2.2.4 Клас точності приладу

Узагальненою характеристикою засобів вимірювання є клас точності К приладу. Клас точності визначається межами основної і додаткової похибки. Найчастіше клас точності приймається чисельно рівним основній допустимій приведеній похибці, вираженій у відсотках, тобто:

К= .

Основна похибка – похибка, притаманна засобу вимірювання, при нормальних умовах використання

(t=200С 5%, атмосферному тиску 760 мм.рт.ст., заданій напрузі джерела живлення і нормальному робочому положенні).

Додаткова похибка – похибка, що виникає при відхиленні однієї з впливаючих величин за межі встановлені для нормальної області їх значеннь.

Проте, слід відзначити, що клас точності приладу не є безпосереднім показником точності вимірювання.

Конкретні класи точності встановлюються в стандартах на окремі види засобів вимірювання. Чим менше число, що позначає клас точності приладу, тим менші межі допустимої основної похибки.

12

Клас точності присвоюється приладу при його виготовленні і вказується на його шкалі.

Стандартний ряд класів точності встановлений ГОСТ 8.401-80. Наприклад, клас точності 0,5 означає, що найбільша допустима похибка для даного приладу складає 0,5% від діапазона шкали приладу.

2.2.5 Оцінка точності вимірювання. Абсолютна і відносна похибки вимірювання

Одиничні вимірювання. При одиничному вимірюванні якої небуть величини слід визначити максимально допустиму похибку замірів. При прямому вимірюванні максимально можлива абсолютна похибка визначається за формулою:

де K - клас точності приладу; WN - діапазон вимірювань за шкалою приладу.

При непрямому вимірюванні, коли W=f(x,y,z), максимально можлива похибка рівна:

W= ( x W/ x + y W/ y + z W/ z ), (2.7)

де x, y, z – абсолютні похибки вимірювання величин x, y, z.

Максимально можливу відносну похибку шуканої величини можна визначити так:

W= W/W= ( x W/ x + y W/ y + z W/ z )/W, (2.8)

В табл.2.1 наведені формули розрахунку максимально можливої відносної похибки для деяких функціональних залежностей.

Багатократні вимірювання. При багатократних вимірюваннях заданої величини найбільш достовірним результатом є середньоарифметична величина з усіх замірів, тобто:

13

Таблиця 2.1 – Максимально можлива відносна похибка визначення величини W

Примітка.1. Величини x, y, z, v отримують шляхом прямих вимірювань з допомогою приладів класу Kx, Ky, Kz, Kv з діапазоном шкали XN, YN, ZN, VN відповідно.

2. Знак “ ” для W пропущений. Біля числового значення W слід його писати.

При непрямих вимірюваннях середньоквадратична похибка рівна:

SW = ( x/ W// x)2+( y/ W// y)2+( z/ W// z)2 . (2.11)

2.3 Вимірювання температури

2.3.1 Поняття про температуру і температурні шкали

Температура є одним з найголовніших параметрів технологічних процесів.

Температура – величина, яка характеризує тепловий стан тіла, тобто є мірою нагрітості тіла. Згідно кінетичної теорії температуру можна визначити як міру кінетичної енергії потупального руху молекул. Тому температура не піддається безпосередньому вимірюванню, а про тепловий стан тіла (про значення температури) можна судити за зміною його фізичних властивостей.

Температуру вимірюють або за термодинамічною

14

температурною шкалою, або за міжнародною практичною температурною шкалою. Температури за кожною з них можуть бути визначені в залежності від початку відліку в Кельвінах (К) або в градусах Цельсія (ОС). В якості єдиної постійної точки термодинамічної температурної шкали (реперної точки), яку можна відтворити дослідним шляхом, взято потрійну точку води з значенням температури 273,16 К

або 0,01 ОС.

2.3.2 Пристрої для вимірювання температури

Температуру вимірюють за допомогою пристроїв, які використовують різні термодинамічні властивості рідин, газів і твердих тіл.

Термометром називають пристрій (прилад), що служить для вимірювання температури шляхом перетворення її в покази або сигнал, що є відомою функцією температури.

Чутливий елемент термометра (теплоприймач) - це та частина термометра, в якій теплова енергія перетворюється в інший вид енергії для отримання інформації про температуру.

Розрізняють рідинні скляні термометри, манометричні термометри, електричні термометри опору, напівпровідникові термометри опору (термістори і терморезистори), термоелектричні термометри (термопари), оптичні пірометри, радіаційні пірометри, фотоелектричні пірометри, колірні пірометри. Практичні межі їх використання наведені в табл.2.2.

Таблиця 2.2 – Практичні межі застосування термометрів

15

2.3.3 Основні умови правильного визначення температури

Будь-який термометр завжди показує свою власну температуру. При вимірюванні температури рідини чи газу термометр повинен бути встановлений так, щоб забезпечувалась повна рівність температур термометра і рідини. Причинами різниці температури рідини і температури теплоприймача може бути те, що існує теплообмін випромінюванням між теплоприймачем і оточуючими його тілами, відведення чи підведення теплоти в теплоприймачі внаслідок теплопровідності, гальмування потоку газу та інші причини.

Похибку вимірювання можна зменшити шляхом встановлення екранів, накладання теплової ізоляції, збільшенням глибини занурення термометра.

Врахування похибок і рекомендації за встановленням термометрів наведені в літературі [6].

2.4 Вимірювання тиску

2.4.1 Загальні поняття. Одиниці тиску

Тиск характеризується силою, рівномірно розподіленою на поверхні і діючою по нормалі до неї. В якості одиниці тиску прийнятий тиск, що викликається силою в один ньютон, рівномірно розподіленій по поверхні площею 1 м2. Ця одиниця називається “Паскаль”. З іншими несистемними одиницями вона пов’язана співвідношеннями:

1 мм.рт.ст. = 133,3 Па; 1 мм.вод.ст. = 9,81 Па; 1 бар = 105 Па;

Розрізняють абсолютний p, манометричний (надлишковий) pм, вакуумметричний pв і барометричний (атмосферний)

pб тиски.

Абсолютний тиск - повний тиск. Він є параметром стану і його необхідно знати в тих випадках, коли впливом атмосферного тиску не можна нехтувати.

2.4.2 Засоби вимірювання тиску

За принципом дії пристрої (прилади) для вимірювання тиску поділяються на рідинні, в яких вимірюваний тиск зрівноважується тиском стовпа рідини відповідної висоти;

16

деформаційні, в яких вимірюваний тиск визначається за величиною деформації різних пружних чутливих елементів або за силою, яка ними розвивається; вантажопоршневі, в яких вимірюваний тиск врівноважується тиском, що створюється масою поршня і вантажів; електричні, дія яких побудована на залежності електричних параметрів манометричного перетворювача від тиску.

За призначенням вони поділяються на: манометри, барометри, вакуумметри, мановакуумметри, диференційні манометри. Якщо вказані прилади служать для вимірювання невеликих тисків (до 40 кПа), то їх називають напоромірами, тягомірами або диференційними тягонапоромірами.

Практичні межі використання приладів наведені в табл.4.1.

2.4.3 Основні відомості про вимірювання тиску

Точність вимірювання тиску залежить від вибраного методу вимірювання, від метрологічних характеристик засобів вимірювання, від умов вимірювання та ряду інших причин. При виборі засобів вимірювання необхідно враховувати не ту точність, яка властива при роботі в нормальних умовах, а ту точність, яку прилади можуть забезпечити в даних експлуатаційних умовах. Одночасно важливим є вибір шкали приладу. Необхідно пам’ятати, що допустимі похибки приладів, виражені у виді приведених похибок у відсотках від діапазону виміру. Тому для першої половини шкали приладу похибки виміру більші, ніж для другої.

Необхідно враховувати вплив зовнішніх умов на точність вимірювання.

Місце встановлення приладу повинне бути зручним для обслуговування і спостереження. Довжина з’єднувальних ліній не повинна перевищувати 50 м.

17

Таблиця 2.3 – Практичні межі застосування пристроїв для вимірювання тиску

2.5 Вимірювання витрати рідин, газів і пари

2.5.1 Основні поняття. Одиниці витрати

Витрата - кількість речовини (маса або об’єм), що проходить через певний переріз за одиницю часу (1 с або

1 год).

При вимірюваннях, пов’язаних з врахуванням кількості рідини, газів і пари, оперативним контролем, регулюванням і керуванням технологічними процесами в різних галузях промисловості, приходиться визначати масову або об’ємну витрату. Масову витрату визначають в кг/с або кг/год. Об’ємну витрату приводять до нормальних фізичних умов і визначають в м3/с або м3/год.

2.5.2 Засоби вимірювання витрати

Витрату вимірюють витратомірами і лічильниками кількості. Витратоміри дозволяють визначити значення витрати в будь-який момент часу. Для визначення кількості вимірюваного середовища за будь-який момент часу потрібно виконати інтегрування. Лічильники визначають кількість середовища за інтервал часу між двома відрахунками. За методами вимірювання витратоміри можна поділити на:

–пневмометричні (напірні), які вимірюють витрату за швидкістю потоку в одній чи декількох точках поперечного перерізу трубопроводу або каналу;

–змінного перепаду тиску, які вимірюють витрату за перепадом тиску в місцевих звуженнях потоку;

–постійного перепаду тиску, які вимірюють витрату по перерізу потоку біля пересувного опору, що обтікається

18

вимірюваним середовищем;

–електромагнітні або індукційні, які вимірюють витрату за ЕРС, що індукується електропровідною рідиною, яка перетинає магнітне поле;

–ультразвукові, які вимірюють витрату за зміщенням звукових коливань середовищем, що рухається;

–тахометричні, які вимірюють витрату за швидкістю обертання ротора, крильчатки або диска, які розміщені у потоці вимірюваного середовища.

Найбільш поширеним є метод вимірювання витрати за перепадом тиску в місцевих звуженнях потоку. В якості звужень використовуються діафрагми, сопла і сопла Вентурі.

Практичні межі використання приладів наведені в табл.2.4.

Таблиця 2.4 - Практичні межі застосовування деяких пристроїв для вимірювання витрати речовини

2.5.3 Загальні вказівки по вимірюванні витрати речовини

Точність вимірювання витрати речовини залежить не тільки від типу вибраного звужуючого пристрою, але і від виконання ряду умов. Насамперед вимірювана речовина повинна заповнити весь поперечний переріз трубопроводу перед і за звужуючим пристроєм. Пара не повинна бути перегрітою. Фазовий стан рідини не повинен змінюватися. Конденсат і пил не повинні накопичуватися біля звужуючого пристрою.

При вимірюванні витрати агресивних рідин або газів, а також нафтопродуктів і активних середовищ необхідно встановлювати дифманометри зі спеціальними розділюючими посудинами.

Місце встановлення приладів повинно забезпечувати зручність обслуговування і спостереження. Місця, на яких встановлюються дифманометри, не повинні підлягати вібрації та поштовхам.

19