Б.5.

1 Вопр.

Средство измерений – техническое средство, предназначенное 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. Основным признаком в данном определении являются нормированные метрологические характеристики, что подразумевает и возможность воспроизведения единицы физической величины с требуемой точностью, и ее сохранение на протяжении всего периода метрологической пригодности средства измерений.

Метрологические характеристики (МХ) средств измерений по ГОСТ 8.009-84 делят на следующие группы:

-характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки). Такие МХ можно назвать номинальными;

-характеристики погрешностей СИ;

-характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам, которые тоже можно отнести к характеристикам погрешностей;

-динамические характеристики СИ;

-неинформативные параметры выходного сигнала СИ (предпочтительно рассматривать неинформативные параметры сигнала измерительной информации).

Частные номинальные метрологические характеристики измерительного прибора включают:

диапазон измерений - область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.

Примечание -- Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним пределом измерений или верхними пределом измерений;

диапазон показаний - область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы

(цена деления) - разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений.

В РМГ 29 - 99 приведены такие характеристики погрешностей средств измерений, как погрешность, систематическая погрешность и случайная погрешность средства измерений.

Погрешность средства измерений - разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины.

Для меры, которая должна воспроизводить величину заданного размера, за погрешность принимают разность между ее истинным и номинальным значениями.

Систематическая погрешность средства измерений (систематическая погрешность) - составляющая погрешности средства измерений, принимаемая за постоянную или закономерно изменяющуюся.

Случайная погрешность средства измерений (случайная погрешность) составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся случайным образом.

Основная погрешность средства измерений - погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях

Дополнительная погрешность средства измерений - составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений

Класс точности средства измерений - обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность

Под абсолютной погрешностью меры понимается алгебраическая разность между ее номинальным и действительным значениями:

,

(84)

а под абсолютной погрешностью измерительного прибора – разность между его показанием и действительным значением измеряемой величины:

Предел допускаемой погрешности средства измерений (предел допускаемой погрешности; предел погрешности) - наибольшее значение погрешности средств измерений, устанавливаемое нормативным документом для данного типа средств измерений, при котором оно еще признается годным к применению.

Характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам:

функции влияния ФВ -- зависимость изменения МХ СИ от изменения влияющей величины или от изменения совокупности влияющих величин;

изменения значений МХ СИ, вызванные изменениями влияющих величин в установленных пределах.

Характеристики средств измерений, отражающие способность влиять на инструментальную составляющую погрешности измерений вследствие взаимодействия СИ с любым подключенным к их входу или выходу компонентов (таких, как объект измерений, дополнительное средство измерений и т.п.). Примерами характеристик этой группы являются входной и выходной импедансы линейного измерительного преобразователя.

Динамические характеристики, входящие в МХ конкретного средства измерений, делятся на полную динамическую характеристику и частные динамические характеристики.

Примеры полных динамических характеристик СИ:

переходная характеристика h(t) - временная характеристика средства измерений, полученная при ступенчатом изменении входного сигнала (рисунок 6а);

импульсная переходная характеристика g(t) - временная характеристика средства измерений, получаемая при в результате приложения ко входу средства измерений входного сигнала в виде дельта функции или функции Дирака;

амплитудно-частотная характеристика A(?) - зависящее от круговой частоты отношение амплитуды выходного сигнала линейного СИ в установившемся режиме к амплитуде входного синусоидального сигнала.

Частные динамические характеристики аналоговых СИ, которые можно рассматривать как имеющие линейную функцию преобразования, - любые функционалы или параметры полных динамических характеристик. Примерами таких характеристик являются:

время реакции tr для измерительного преобразователя;

время установления выходного сигнала, для показывающего измерительного прибора - время установления показаний;

Дополнительными метрологическими характеристиками СИ могут быть неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений. Например, для устройств с электрическим преобразованием измерительной информации в выходном каскаде принципиально важными являются сила или напряжение опорного электрического тока, который модулируется для получения соответствующего сигнала.

Использовать для измерений следует только те средства, которые признаны метрологически исправными. Нарушение хотя бы одной нормированной характеристики считается метрологическим отказом средства измерений, даже если оно сохранило техническую работоспособность. Понятие отказ взято из такой области оценивания качества, как надежность.

Метрологическая исправность средства измерений (метрологическая исправность) - состояние средства измерений, при котором все нормируемые метрологические характеристики соответствуют установленным требованиям.

Метрологический отказ средства измерений (метрологический отказ) - выход метрологической характеристики средства измерений за установленные пределы.

Метрологическая надежность средства измерений (метрологическая надежность) - надежность средства измерений в части сохранения его метрологической исправности.

Метрологическую исправность средств измерений устанавливают по результатам их поверки или калибровки.

2 вопр. Последняя лекция в тетради

3 вопр. 1) Принцип обратной связи (управление по отклонению,рис.2):

Рис.2. Функциональная схема САР:

ЗУ-задающее устройство, УС- устройство сравнения

Обозначения сигналов на рис.2:

- задающее воздействие, пропорциональное желаемому значению

регулируемой величины: ,

- сигнал обратной связи, который формируется датчиком обратной связи и регулируемой величиной y(t): ,

– ошибка рассогласования,

u(t) - управляющее воздействие;

v(t)– возмущающее воздействие.

Если положить ,то ошибка рассогласования будет пропорциональна

отклонению фактического значения регулируемой величины от желаемого:

Отсюда следует задача регулятора: обеспечить выполнение условия .

Подавляющее большинство CAP строится по принципу обратной связи.

2) Принцип разомкнутого контура регулирования

( нет обратной связи, рис.3 ):ktnfnm

Рис.3. САР с разомкнутым контуром регулирования

В этом случае для выработки управляющего воздействия в регулятор надо ввести заранее (модель объекта регулирования) и - статистические оценки возмущающих воздействий. Этот принцип регулирования используется очень редко.

3) Принцип управления по возмущающему воздействию (рис.4):

Рис.4. САР с управлением по возмущающему воздействию:

- датчик возмущения

Выработка управляющего воздействия производится на основе модели

объекта регулирования и информации от датчика возмущения.

4) Комбинированный принцип.

Схема с отрицательной обратной связью (рис.2) дополняется датчиком

возмущения ДВ (рис.4). Это позволяет компенсировать недостаток принципа обратной связи - запаздывание в реагировании на возмущающие

воздействия.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА САР

Функциональная структурная схема системы автоматического регулирования с одной регулируемой величиной представлена на рис. 14.

Рис. 14. Функциональная схема САР:

ОУ — объект управления; ПИП — первичный измерительный преобразователь; НП — нормирующий преобразователь; ИИС — информационно-измерительная система; Р — регулятор; ИУ — исполнительное устройство; ИМ — исполнительный механизм; РО — регулирующий орган

Система состоит из объекта управления (ОУ) и управляющего устройства, к которому можно отнести измерительное устройство (или информационно-измерительную систему, ИИС), автоматический регулятор и исполнительное устройство. В химической технологии ОУ может быть, например, реактор, в котором управляющее устройство должно поддерживать заданный технологический режим.

Рассмотрим подробно функциональные элементы, входящие в управляющее устройство.

Первичный измерительный преобразователь (ПИП — чувствительный элемент, сенсор) предназначен для преобразования регулируемого параметра в сигнал измерительной информации в форме, удобной для обработки и дальнейших преобразований. Например, термоэлектрический преобразователь, представляющий собой спай двух разнородных проводников, преобразует температуру в термоэлектродвижущую силу (ТЭДС).

Нормирующий преобразователь (НП) служит для взаимного согласования входящих в систему управления элементов и дистанционной передачи сигналов по каналам связи. Он осуществляет преобразование сигнала, полученного от ПИП, в эквивалентный ему унифицированный сигнал. Возможно преобразование сигнала одной физической природы в унифицированный сигнал той же самой физической природы (например, преобразование ТЭДС в унифицированный токовый сигнал от 0 мА до 5 мА) или в унифицированный сигнал другой физической природы (например, преобразование ТЭДС в унифицированный пневматический сигнал от 20 кПа до 100 кПа). Полученный унифицированный сигнал соответствует текущему значению регулируемого параметра и может передаваться не только к регулятору, но и к вторичному измерительному прибору или на системы более высокого уровня иерархии.

ПИП и НП являются элементами информационно-измерительной системы (ИИС).

Сигнал, соответствующий заданному значению регулируемого параметра формируется задающим устройством (на рис. 14 не изображено). Величина задающего воздействия может быть постоянной или изменяться по определенному закону.

Б.6