Таблица B.1

Измерения параметров производств с непрерывным и дискретным характером технологических процессов

	Количество, в % от общего числа измерений для каждого из производств
Параметр	производства с непрерывными процессами	производства с дискретными процессами
Температура Расход (массовый, объемный) вещества Количество (масса, объем) вещества Давление Уровень Число изделий Длина (размеры, положение, расстояние) Время Состав веществ Прочие (физико-химические свойства, напряжение, ток, скорость)	50 15 5 10 6 - - 4 4 6	8 4 5 4 4 25 25 15 - 10

Рис. В.1. Схемы систем

автоматического контроля (а)

и автоматического регулирования (б)

ОА - объект автоматизации,

Д - датчик или первичный измерительный преобразователь,

КС - канал связи,

ВП - вторичный прибор,

ВВ - возмущающие воздействия,

У_зд – задающий сигнал

АР – автоматический регулятор,

ИМ - исполнительный механизм.

Рис. В.2. Схемы автоматизированных систем управления технологическими процессами

Вычислительная техника используется в АСУ ТП в одном из следующих режимов.

Режим советов (советчика) оператору. Текущую информацию УВМ получает от датчиков и на основе этой информации решает задачу оптимизации. В результате решения определяются значения технологических параметров, обеспечивающие достижение критерия оптимизации в текущей ситуации. Эти значения технологических параметров используются оператором, обслуживающим процесс в качестве рекомендаций (советов). За оператором остается право выбора и установки (в виде заданий соответствующим регуляторам) рекомендуемых значений параметров (см. пунктирные линии рис. В.2, а).

Супервизорный (от англ. supervision — наблюдение, надзор) режим. УВМ с помощью специальных средств сама устанавливает такие задания регуляторам, которые соответствуют рассчитанным значениям (штрихпунктирные линии на рис. В.2, а).

Рассмотренные режимы используются в случае, если применяемые УВМ не обладают необходимой надежностью.

Режим непосредственного цифрового управления (НЦУ). В состав АСУ ТП включается управляющий вычислительный комплекс (УВК) (см. рис. В.2, б). При этом уже не используются автоматические регуляторы и вторичные приборы для стабилизации и контроля отдельных параметров, а все эти функции возложены на УВК. Обычно УВК строят на базе микропроцессорной техники по распределенному (децентрализованному) принципу, в соответствии с которым функции управления распределены между отдельными микропроцессорами.

Рис. 1.1. Схема процесса измерения

ОИ – объект измерений,

СИ – средство измерений,

ВФВ – влияющие физические величины.

Погрешность (или ошибка) измерения — отклонение результата измерения X от истинного значения Х_и измеряемой величины:

Δ = X - Х_и. (1.3)

Погрешность, определяемая формулой (1.3), выражена в единицах измеряемой величины и называется абсолютной погрешностью измерения.

Относительная погрешность измерения — отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины:

δ = Δ / Х_и. (1.4)

Точность измерения — качество измерения, отражающее близость его результата к истинному значению измеряемой величины. Количественно точность может быть выражена величиной, обратной относительной погрешности, взятой по модулю:

ε = | Δ / Х_и | (1.5)

Рис. 1.2. Классификация измерений

Рис. 1.3. Классификация методов измерений

Рис. 1.4. Схема реализации измерений методом непосредственной оценки

Рис. 1.5. Схемы реализации измерений нулевыми методами сравнения с мерой

Рис. 1.6. Схемы реализаций измерений дифференциальными методами сравнения с мерой

Рис. 1.7. Классификация погрешностей измерений

Вопросы к письменному опросу

1. Классификация измерений

2. Классификация методов измерений

3. Классификация погрешностей измерений

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СРЕДСТВАХ ИЗМЕРЕНИЙ

Рис. 2.1. Классификация средств измерений

Рис. 2.2. Структурные схемы измерительных устройств

1 - чувствительный элемент

2, 5, 6 - преобразовательные элементы,

3 - измерительный механизм,

4 - отсчетное устройство.

Рис. 2.3. Схема отсчетного устройства измерительного прибора

Y=f(X)

Рис. 2.4. Статическая характеристика измерительного устройства

Рис. 2.5. Типичные для измерительных устройств формы переходных процессов

Типичные дифференциальные уравнения и передаточные функции измерительных устройств

Рис. 2.6 Классификация погрешностей измерительных устройств

Рис. 2.7. Реальные функции преобразования измерительных устройств

Рис. 2.9. Смещение реальной функции преобразования при эксплуатации измерительного устройства в рабочих условиях

Метрологические характеристики измерительных устройств

Группа метрологических характеристик	Метрологические характеристики
Характеристики, предназначенные для определения результата измерений	Функция преобразования, коэффициент преобразования, цена деления, чувствительность, диапазон измерений, верхний и нижний пределы измерений, диапазон показаний, конечное и начальное значения шкалы
Характеристики погрешности	Систематическая погрешность, случайная по. грешность, основная погрешность, динамическая погрешность, порог чувствительности, мультипликативная погрешность, аддитивная погрешность, погрешности линейности, вариация, абсолютная, относительная и приведенная погрешности
Характеристики чувствительности к влияющим величинам	Функции влияния, дополнительная погрешность, изменение показаний, изменение коэффициента преобразований, значения неинформативного параметра выходного сигнала
Динамические характеристики	Дифференциальное уравнение, передаточная функция, комплексная частотная функция, переходная характеристика, импульсная переходная характеристика, амплитудно-фазовая характеристика, постоянная времени, время реакции, амплитудно-частотная характеристика, фазочастотная характеристика, полоса пропускания и др.
Характеристики взаимодействия с подключаемыми средствами измерения	Входной импеданс, выходной импеданс

Основная погрешность устройства для измерений нормируется путем установления предела допускаемой абсолютной, относительной или приведенной погрешности:

Δ=±а, (2.32)

где X — входной сигнал измерительного устройства.

Для цифровых приборов

Таблица 2.3 Основные виды унифицированных аналоговых сигналов ГСП

Вид сигнала	Физическая величина	Параметры сигнала
Электрический	Постоянный ток	0÷5; 0÷20; -5÷0÷5; 4÷20 мА
	Постоянное напряжение	0÷10; 0÷20; -10÷0÷10 мВ; 0÷10; 0÷1; -1÷0÷1 В
	Переменное напряжение	0÷2; -1÷0÷1 В
	Частота	2÷8; 2÷4 кГц
Пневматический	Давление	0,2÷1 кгс/см2 (0,02÷0,1 МПа)
Гидравлический	»	0,1÷6,4 МПа J

Рис. 2.11. Классификация средств измерений ГСП по входным и выходным сигналам

Диапазон давлений (в Па), охватываемый существующими средствами измерений давления

Схемы жидкостных приборов для измерений давления

Конструкции чувствительных элементов деформационных средств измерений давления

Схема манометра с одновитковой трубчатой пружиной

Схемы измерительных преобразователей давления

-

Рис. 4.9. Схемы тензорезисторных чувствительных элементов

Схемы тензорезисторных измерительных преобразователей разности давлений с унифицированным токовым выходным сигналом

Рис. 4.11. Схема пьезоэлектрического измерительного преобразователя давления

Измерения температуры

реперные точки t₁ и t₂. - температуры фазового равновесия чистых веществ.

t₂ — t₁ основной температурный интервал.

t = a+bV,

где а и b — постоянные коэффициенты.

где Q_H и Q_x — соответственно количество теплоты, полученное рабочим веществом от нагревателя и отданное холодильнику.

Кельвином было предложено для определения температуры использовать равенство

Тройная точка воды (точка равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазах), легко воспроизводится в специальных сосудах с погрешностью не более 0,0001 К.

Температура этой точки принята равной 273,16 К.

В 1967 г. XIII Генеральная конференция по мерам и весам уточнила определение единицы термодинамической температуры в следующей редакции: «Кельвин—1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды».

Обозначается Т, К.

Термодинамическая температура может быть также выражена в градусах Цельсия:

t = T—273,15 К.

Рис. 6.1. Схема газового термометра

1 – баллона,

2 - соединительной трубки,

3 - вентиль,

4 - трубка двухтрубного манометра, у которого трубку,

5 – подвижная трубка,

6 - соединительный шланг.

На основе проведенных в различных странах исследований на VII Генеральной конференции по мерам и весам в 1927 г. было принято термодинамическую шкалу заменить «практической» температурной шкалой и назвать ее международной температурной шкалой.

В настоящее время действует принятая на XIII конференции по мерам и весам усовершенствованная шкала под названием «международная практическая температурная шкала 1968» (МПТП—68). Определение «практическая» указывает, что эта температурная шкала в общем не совпадает с термодинамической.

Температуры МПТШ—68 снабжаются индексом (T₆₈ или t₆₈).

Таблица 6.1 Основные реперные точки МПТШ—68

Состояние равновесия	Температура		Давление
	Т68, К	t68, ºС	Р, Па
Тройная точка водорода	13,81	—259,34	_
Точка кипения водорода	17,042	—256,108	33 330,6
Точка кипения водорода	20,28	—252,87	101 325
Точка кипения неона	27,102	—246,048	101 325
Тройная точка кислорода	54,361	—218,789	—
Точка кипения кислорода	90,188	—182,962	101 325
Тройная точка воды	273,16	0,01	—
Точка кипения воды	373,15	100	101 325
Точка затвердевания цинка	692,73	419,58	101325
Точка затвердевания серебра	1235,08	961,93	101 325
Точка затвердевания золота	1337,58	1064,43	101 325

Классификация средств измерений температуры

Наиболее распространенные промышленные средства измерении температуры

Термометрическое свойство	Наименование средства	Диапазон измерений, °С
Изменение объема рабочего вещества	Вольюметрические	-50÷300
Изменение давления рабочего вещества при постоянном объеме	Манометрические термометры: газовые жидкостные конденсационные	—150÷600 —150÷600 , —50÷350
Термоэлектрический эффект (термоЭДС)	Термоэлектрические преобразователи	—200÷2200
Изменение электрического сопротивления	Металлические термопреобразователи сопротивления	—260÷1100
	Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления	—240÷300
Тепловое излучение	Пирометры излучения: квазимонохроматические спектрального отношения радиационные	700÷6000 1400÷2800 50÷3500

Схема манометрического термометра

Схема термоэлектрического преобразователя

А и В – термоэлектроды,

1 и 2 - места соединений термоэлектродов - спаи.

Схемы включения измерительного прибора в цепь термоэлектрического преобразователя

Схемы соединений термоэлектрических преобразователей