Інформації про хід технологічних процесів. Під вимірюванням



Сторінка1/6
Дата конвертації26.12.2016
Розмір1.64 Mb.
  1   2   3   4   5   6
НУ «ЛП»

ТЕХНОЛОГІЧНІ ВИМІРЮВАННЯ та ПРИЛАДИ

Лекція 1
Основні відомості про вимірювання
Технологічні вимірювання – галузь науки і техніки, яка вивчає методи та прилади, що реалізують ці методи, які застосовуються для одержання інформації про хід технологічних процесів.

Під вимірюванням розуміють процес прийняття та перетворення інформації про вимірювану величину з метою отримання кількісного результату, порівняння його з прийнятою шкалою або одиницею вимірювання у формі, яка найбільш зручна для подальшого застосування.



Вимірюванням називається процес знаходження дослідним шляхом, з допомогою спеціальної технічних засобів, співвідношення між вимірюваною величиною і деяким її значенням прийнятим за одиницю порівняння.

Число, яке виражає співвідношення вимірюваної величини до одиниці вимірювання називається числовим значенням вимірюваної величини.



X вимірювана величина; q числове значення вимірюваної величини; qU результат вимірювання.


Лекція 2
Засоби вимірювань і їхні основні елементи
Засоби вимірювань являють собою сукупність технічних засобів, які застосовують при різних вимірюваннях і мають нормовані метрологічні властивості. Тобто відповідають вимогам метрології по одиницях і точності вимірів, надійності і відтворюваності одержаних результатів, а також вимогам щодо розмірів і конструкції.

Основними засобами вимірювання є міри, вимірювальні прилади, вимірювальні перетворювачі, вимірювальні системи.



Мірою називається засіб вимірювання, який призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру (гиря – одиниця маси, температурна лампа – міра яскравості, тощо).

Вимірювальним приладом або просто приладом називають засіб вимірювання, який призначений для формування сигналу про вимірювану інформацію (електричні, пневматичні, гідравлічні сигнали), у формі, яка доступна для безпосереднього сприйняття спостерігачем. По формі видачі інформації прилади діляться на:

  • аналогові, покази яких є неперервною функцією вимірюваної величини;

  • цифрові, покази яких є дискретними і подаються в цифровій формі.

Для сучасних приладів цей поділ досить умовний, бо аналогові величини перетворюються у цифрові і навпаки, по декілька разів в одному приладі.

Вимірювальний перетворювачце засіб вимірювань, який призначений для формування сигналу про вимірювальну інформацію, у зручному вигляді для передачі і подальшому перетворенні, обробці і зберіганню, але не для безпосереднього спостереження за вимірюваною величиною. Тобто вимірюваний перетворювач може не мати жодного індикатора або мати примітивний індикатор.

Первиний перетворювач (давач, датчик) – до нього безпосередньо підводиться вимірювана величина – це пристрій, який стоїть першим у вимірюваному колі і сприймає інформацію про вимірюваний параметр (термометр опору, опір якого залежить від температури, звужуючий пристрій на потоці рідини, по перепаду тиску на якому визначають витрату). Первинні перетворювачі класифікують найчастіше по виду контрольованої величини (первинні перетворювачі температури, тиску, витрати, рівня, густини). Можуть бути і інші класифікації, наприклад, по принципу дії, по характеру вихідного сигналу (електричні, пневматичні, цифрові, може бути окрема група – інтелектуальні або SMART-перетворювачі). Важлива характеристика первинного перетворювача – це вигляд функціональної залежності між змінами вимірюваної величини і вихідним сигналом(вживаються і інші терміни – функція перетворення, функція передачі). Бажано, щоб ця залежність була лінійною.

Проміжний перетворювач (нормуючий) – призначений для здійснення всіх необхідних перетворень сигналу, підсилення, лінеаризація, формування уніфікованого вихідного сигналу.

Вимірювальні системи – це засоби вимірювань, які являють собою функціонально об’єднанні вимірювальні прилади, вимірювальні перетворювачі і інші допоміжні засоби, які з’єднанні одним конструктивним виконанням.

Вторинний вимірювальний прилад (пристрій) – це засіб вимірювання, який призначений для роботи в комплекті з вимірювальним приладом (шкальні, без шкальні, деякі види первинних і проміжних перетворювачів), тобто, вторинний прилад може працювати з уніфікованими сигналами всіх діапазонів зміни, з термометрами опору, термопарами.

По способу відліку вимірювані прилади діляться на показуючі, записуючі, комбіновані, інтегруючі.



Показуючі прилади – це прилади, в яких значення вимірюваної величини в момент виміру вказується на пристрої відліку. Як пристрої відліку найчастіше застосовуються шкали або шкальні пристрої. Шкали технічних приладів градуюють у відмітках, які кратні до одиниці виміру.

Шкали діляться на: рухомі і не рухомі. По формі: прямолінійні, дугові, кругові рівномірні, кругові нерівномірні, профільні, барабанні шкали.



Початок шкали (нижня межа показу приладу) – це відмітка, яка відповідає найменшому значенню вимірюваної величини по даній шкалі.

Кінець шкали (верхня межа показу приладу) – це відмітка, яка відповідає найбільшому значенню вимірюваної величини.

Нуль шкали – це відмітка, яка відповідає нульовому значенню вимірюваної величини, може бути посередині (-5 ч +5) або зміщений (-5 ч +10).

В залежності від того де знаходиться нуль шкали, шкали діляться на:



  • односторонні (0 ч 50 °С);

  • двосторонні (-50 ч +50 °С);

  • безнулеві шкали (-100 ч +200 °С).

Поділка шкали – проміжок між осями або центрами двох сусідніх відміток. Однакові довжини поділок – для рівномірних шкал, а для нерівномірних шкал довжини поділок неоднакові.

Записуючі або реєструючі прилади – мають пристрій для автоматичної фіксації на паперовій стрічці біжучого значення вимірюваної величини в часі. Запис може бути у вигляді неперервної стрічки або віддруку числових значень результатів вимірювання.

Комбіновані прилади – прилади, які виконують одночасно декілька функцій, наприклад, покази, запис, сигналізацію, регулювання (двопозиційне).

Зсумовуючі або інтегруючі прилади – виконують функцію інтегрування по часу. Найбільш поширене – інтегрування витрати.

Робочі засоби – всі міри, прилади, перетворювачі, які призначені для практичних вимірювань. Вони діляться на засоби підвищеної точності (лабораторні) і технічні (з допомогою яких здійснюють промислове вимірювання).

Зразкові міри, вимірювальні прилади і перетворювачі – призначені для перевірки і градуювання на них робочих засобів.

Еталони – призначені для відтворення і зберігання одиниць вимірювання з найбільшою точністю, яка досягнена при даному рівні науки і техніки, а також для перевірки мір, приладів і перетворювачів вищого розряду.

Перевірка – операція порівняння показів, засобів вимірювань із зразковими, з метою визначення їх похибок або поправок до їхніх показів.

Градуювання – операція з допомогою якої поділкам шкали надають значення у встановлених одиницях вимірювання (зразкові пружинні манометри мають 100, 250, 400 поділок).

Поріг чутливості, чутливість – з курсу метрології.
Похибки вимірювальних приладів.

Похибка вимірювального приладу – відхилення результату вимірювань від істинного значення вимірюваної величини.

Абсолютна похибка – це різниця між показами приладу (хП) і істинним значенням вимірюваної величини (хІ).

Розмірність – одиниця вимірювання. Замість істинного значення вимірюваної величини вводять її дійсне значення (хо).



Лекція 3

Абсолютну похибку можна зводити до виходу приладу, тоді абсолютна похибка буде дорівнювати різниці між фактичним вихідним сигналом та ідеальним очікуваним сигналом.

Відносна похибка дорівнює відношенню абсолютної похибки до дійсного значення вимірюваної величини. Може бути розрахована у відсотках (*100%) і може бути розрахована, як по входу, так і по виходу.

Відносна зведена (приведена) похибка – це відношення абсолютної похибки до нормованого значення вимірюваної величини (може бути *100%, і розрахована, або по входу, або по виходу).

В залежності від специфіки приладу, вибраних засобів для перевірки, зручності обробки результатів можна задавати дійсні значення вимірювальної величини для точок, які ми вибрали (розрахували) для перевірки, фіксувати відповідні їм значення вихідної величини. Тоді розрахунок абсолютної, відносної, відносної зведеної похибок ведуть по вихідному сигналу.

Можна також задавати змінні значення вимірюваної величини і підганяти значення вихідного сигналу до очікуваних розрахованих (цілих) значень в перевіюваних точках. Тоді розрахунок абсолютної, відносної, відносної зведеної похибок ведуть по значеннях вхідного сигналу.

Все це були основні похибки, які були визначені в нормальних умовах.


Основні похибки подаються у вигляді:


  1. Абсолютна похибка:

  2. Відносна зведена похибка:

  3. Відносна похибка:

a, b, c, d – постійні розмірні і безрозмірні величини;

x – вимірювана величина без врахування знаку;

xk – кінцеве значення діапазону вимірювання;

xN – нормоване значення вимірюваної величини.
Можуть бути наступні залежності перелічених вище типів похибок:

  1. Абсолютна похибка постійна у всьому діапазоні вимірювання (відносна міняється від найменшого значення в кінці діапазону вимірювання до максимального на початку). Це є більшість простих приладів.

  2. Відносна похибка постійна у всьому діапазоні вимірювання (вантажно-поршневий манометр).

  3. Проміжна залежність.

Абсолютна похибка вираховується по певній формулі від вимірюваної величини.



Приклад: 0-100 В – діапазон (вольтметр магніто-електричної системи), ,

Δ = 1 В


- з такою похибкою поміряємо 50 В.

- з такою похибкою поміряємо 1 В.
Для деяких мікропроцесорних приладів, а також лічильників відносна похибка постійна (крива 3).

Для ряду приладів відносна похибка розраховується по формулі:



Приклад: у цифрових вольтметрах і міліамперметрах присутнє позначення 0.1/0.06 – це значення коефіцієнтів c і d.

Діапазон вимірювання 0 – 10 В, міряємо 5 В.

(крива 2)

Висновок: при вимірюваннях треба правильно вибирати діапазон вимірювання приладів. Не можна робити великих запасів по діапазону вимірювання, крім випадків, коли прилади бояться перевантажень (пружинні манометри).


Додаткові похибки.

Це похибки, які виникають при роботі приладів в умовах відмінних від нормальних.

Для приладів зараз нормують межі або границі допустимої основної зведеної похибки.

Залежність для додаткових похибок вказують в документах на прилади (наприклад, 0.1% на кожні 10°С). При перевірці їх не завжди визначають.

Є ще параметр “клас точності”, але зараз ним користуються значно менше.

Клас точності – це узагальнена характеристика засобу вимірювальної техніки (засобу вимірювань), що визначається границями його допустимих основної та додаткових похибок, а також іншими характеристиками, що впливають на його точність, значення яких регламентуються.

Адитивна похибка – похибка, яка має постійну величину, і не залежить від вимірювальної величини.

Мультиплікативна похибка – похибка, яка пропорційна до значення вимірюваної величини (зміна коефіцієнта функції перетворення приладу).



Регламентування змін функцій перетворення приладів у часі або метрологічних характеристик часу.

Для більшості приладів встановлюють інтервал між перевірками, за який метрологічні характеристики не повинні вийти за допустимі межі (від 2 тижнів до 1 року, для деяких приладів – до10 років).

Для ряду високоточних приладів є статистичні методи нормування змін метрологічних характеристик. До них входить коефіцієнт запасу і встановлюють регламентований термін часу Т.

Перевірка допустимої основної зведеної похибки здійснюється наступним чином, її значення перемножують на коефіцієнт запасу і вважають придатним для експлуатації тільки ті прилади, в яких основна зведена похибка не перевищує допустиму, перемножену на коефіцієнт запасу.



Приклад: прилад з класом точності 0.1; Т = 1000 год; σ = 0.67 (95% приладів придатні).

0.10.67 = 0.067 % < 0.1, тоді через 1000 годин експлуатації зі 100 приладів для 95 приладів основна зведена похибка буде меншою за 0.1%.


Лекція 4
Загальні правила перевірки

При перевірці спочатку треба перевірити умову придатності зразкових засобів та правильність вибору їх діапазону вимірювання для кожного конкретного приладу. Ряди діапазонів вимірювання зразкових і робочих приладів не завжди співпадають.

Коефіцієнти запасу по точності вимірювання мають бути рівними 4 для давачів тиску або 3 при трьох вимірюваннях в кожній точці (3 ходи вверх-вниз з усередненням результатів або 3 при введенні коефіцієнту запасу 0.6 на основну допустиму зведену похибку).

Схема для перевірки має складатися із задавача вимірюваної величини (задавач тиску, для давачів тиску; термостат для термометра опору; піч для термопари та інші), зразкового приладу для вимірювання вхідного сигналу, зразкового приладу (-ів) для вимірювання вихідного сигналу.

Деякі прилади є суміщеними (наприклад, задавач і зразковий прилад при застосуванні вантажо-поршневого манометра – він виконує роль і задавача, і зразкового приладу).

Вимоги до задавача: дискретність задання значення вхідної величини не повинна перевищувати 0.2 від допустимої основної похибки перевірюваного приладу.

Прилад перевіряють у 5-6 точках, які рівномірно розподілені по діапазону вимірювання (інтервал між сусідніми значеннями не повинен перевищувати 30% від діапазону вимірювання).

Приклад:

4-20 мА : 4 8 12 16 20 0-20 мА: 0 5 10 15 20 0-5 мА: 0 1 2 3 4 5


Для деяких приладів, які мають механічний захист від перевантаження, передостання точка має бути менша на 10% від значення верхньої межі вимірювання.

Для ряду приладів при максимальному значенні вимірюваної величини потрібна витримка в часі, наприклад 5 хв або довше. Це прилади з можливим потенційним гістерезисом в конструкції. Іноді задається певне перевантаження протягом заданого часу і перевіряється робота зразу ж після зняття перевантаження.

Прилади зі шкалами перевіряють в оцифрованих відмітках. Зразкові прилади теж градуюють в оцифрованих відмітках.

Динамічні характеристики приладів.

Динамічною характеристикою приладів називають залежність показів приладу відвимірюваної величини в перехідному режимі.

tпр – час початку реагування;

tп – постійна часу перехідного процесу, якщо це експонента або ланка першого порядку, то tп=0.632·хвихп);

T – час перехідного процесу;

Тп – час повного встановлення показів.
Іноді оперують часом встановлення показів із заданою точністю.

Різниця між показами приладу і дійсним значенням вимірюваної величини в даний момент часу називається динамічною похибкою.



,

де Δд – динамічна похибка;



хд – покази приладу в динамічних умовах;

х – дійсне значення вимірюваної величини в даний момент часу.
При швидких змінах вимірюваної величини і нелінійній характеристиці приладу (наприклад, якщо вимірюють витрату стискуваного середовища, виникне зміщення середнього значення вимірюваного параметру). При вимірюванні витрати ця похибка інтегрується!
Вимірювання тиску. Основні визначення. Одиниці тиску.

Тиск – один з основних параметрів протікання хіміко-технологічного процесу. Від тиску залежать інтенсивність протікання хімічних реакцій, а також рівноважний стан обернених реакцій.

Під тиском розуміють відношення нормальної складової сили, що діє на одиницю площі:




Тиск характеризує напружений стан рідин, газів, пари і інших середовищ.

Розрізняють абсолютний тиск Ра, надлишковий тиск Рн, барометричний тиск Рб, розрідження Рв.

Ра = Рб + Рн Ра = Рб - Рв Ра< Рб

Розрідження завжди менше від барометричного тиску.



Також ще розрізняють тиск рухомого середовища або тиск Піто (динамічний тиск):



Повний тиск в рухомому середовищі складається зі статичного і динамічного тиску:



На вимірюванні цього тиску базується робота приладів для вимірювання швидкості рухомого середовища (напірні трубки, зонди Піто, Прантля і т.д.)


Одиниці вимірювання тиску

Основна системна одиниця (в СІ):

1Па=1Н/м2

Похідні від неї: 1 кПа; 1 МПа.

Також зараз широко застосовують зручні технічні одиниці, які є більш популярними.

1 мм.вод.ст. = 1 кгс/м2 = 9.81 Па (≈10 Па)

1 мм.рт.ст. = 13.6 мм.вод.ст. =133 Па (≈136 Па)

1 ат (технічна атмосфера) = 1 кгс/см2 = 104 кгс/м2­ = 104­­­ мм.вод.ст. = 10 м. вод.ст.

1 атм (фізична атмосфера) = тиск на березі моря = 760 мм.рт.ст. при густині ртуті ρрт =13.6 г/см3 і g=9.81 м/с2

1 бар = 750 мм.рт.ст.

1 ат = 0.1 МПа = 735.6 мм.рт.ст.

1 атм = 1.0336 ат = 10336 мм.вод.ст. =101325 Па



Одиниці вимірювання тиску Паскаль
(Pa,
Па)Бар
(bar,
бар)Технічна атмосфера
(at,
ат)Фізична атмосфера
(atm,
атм)Міліметр ртутного стовпчика
(
мм рт.ст.,mmHg, torr, торр)Метр водяного стовпчика
(
м вод. ст.,m H2O)Фунт-сила
на кв. дюйм
(psi)1 
ПаН/м2 105 10,197Ч106 9,8692Ч1067,5006Ч103 1,0197Ч104 145,04Ч106бар 105105 Н/мІ 1,0197 0,98692 750,06 10,197 14,504ат 98066,5 0,980665 1 кгс/см2 0,96784 735,56 10 14,223атм 101325 1,01325 1,0331 атм 760 10,33 14,696мм рт.ст. 133,322 1,3332Ч103 1,3595Ч103 1,3158Ч103 1 мм рт.ст. 13,595Ч103 19,337Ч103м вод. ст. 9806,65 9,80665Ч102 0,1 0,096784 73,556 1 м вод. ст. 1,42231 psi 6894,76 68,948Ч103 70,307Ч103 68,046Ч103 51,715 0,70307 1 lbf/in2Лекція 5

Основною одиницею в англомовних країнах є 1 psi.


1 psi = 1 Pound/Sq Inch (фунт сили / квадратний дюйм)

1 pound = 0.4536 kg

1 sq inch = 6.4516 см2

1 inch = 2.54 см

1 foot = 12 in = 0.3048 м

1 psi = 6.89476 кПа

1 кПа = 14.5038·10-2 psi

1 bar = 100 кПа

1 кПа = 10-2 bar

psid – різниця тисків; psia – абсолютний тиск; psig – надлишковий.


Прилади для вимірювання тиску.

Класифікація приладів:



  1. по роду вимірюваної величини;

  2. по принципу дії;

  3. по признаку, як побудована схема.



  1. По роду вимірюваної величини:

  1. Манометри, в тому числі і вимірювачі (манометри абсолютного тиску) – це прилади для вимірювання надлишкового і абсолютного тисків.

  2. Вакуумметри – прилади для вимірювання розрідження.

  3. Мановакуумметри - для вимірювання надлишкового тиску і розрідження (до -1 атм!!!).

  4. Напороміри (мікроманометри) – прилади для вимірювання малих надлишкових тисків.

  5. Тягоміри (мікроманометри) – прилади для вимірювання малих розріджень.

  6. Тягонапороміри (мікроманометри) – прилади для вимірювання малих розріджень і напорів.

  7. Диференційні манометри (дифманометри) – це прилади для вимірювання різниці тисків, але жоден з тисків не тиском оточуючого середовища.

  8. Барометри – це прилади для вимірювання атмосферного тиску.
  1   2   3   4   5   6


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка