Глава 4 СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ И СРЕДСТВАХ

ИЗМЕРЕНИЙ

Измерения — это один из основных способов познания природы, которые являются предпосылкой и составной частью исследований и открытий, обеспечивающих ускорение научно-технического прогресса.

Под измерением понимается процесс нахождения значения измеряемой величины опытным путем с помощью специальных технических средств, т. е. определение его оценки в виде некоторого числа принятых для данной величины единиц. Применяемые при этом технические средства, имеющие нормируемые метрологические характеристики, называются средствами измерений. Совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, называется принципом измерений, а совокупность приемов использования принципов и средств измерений — методом измерений.

Измерения классифицируют по виду и методу. Различают следующие виды измерений: прямые, косвенные и совокупные. При прямых измерениях результат определяют непосредственным сравнением измеряемой величины с единицей измерения. При косвенных измерениях результат получают на основании прямых измерений нескольких величин, связанных с измеряемой величи-

ной определенной зависимостью. При совокупных измерениях результат находят на основании уравнений, полученных из совокупности прямых измерений одной или нескольких однородных величин.

Различают два метода измерения: метод непосредственной оценки и метод сравнения. При методе непосредственной оценки измеряемая величина определяется и оценивается целиком. Метод сравнения имеет разновидности: дифференциальный и компенсационный, методы замещения и совпадения.

При дифференциальном методе измеряемую величину находят после определения разности между измеряемой величиной и величиной, принятой за меру, т. е. а = Q—U. Компенсационный метод представляет собой частный случай дифференциального при условии а= 0 или Q = U. В этом случае мера или образцовая величина U — переменная. Точность метода зависит от устройств, определяющих, что а = 0.

Метод совпадения заключается в том, что измеряемую величину, представленную в виде равномерно чередующихся сигналов, сопоставляют с рядом сигналов, соответствующих известной величине. Метод замещения применяют для точных измерений. Его суть заключается в том, что измеряемая величина Q замещается величиной U, которая может иметь иную физическую природу.

Погрешности измерения и измерительных приборов. Процесс измерения зависит от многих факторов, и это приводит к тому, что измеряемая величина имеет приближенное числовое значение. К таким факторам можно отнести, например, несовершенство аппаратуры, недостаточное знание всех сопутствующих факторов.и другие причины. Результатом измерения можно пользоваться, если известна степень достоверности проведенного измерения, количественным выражением которой является погрешность измерения. Погрешности делятся на систематические, случайные и промахи.

Систематические погрешности — это погрешности, природа и характер изменения которых известны заранее. Эти погрешности определяются недостатками, присущими методам измерения и конструкциям приборов. Они зависят от влияния сил трения и зазоров в сочленениях деталей приборов, от неточности изготовления элементов приборов и т. д.

Случайными называют погрешности, возникающие под действием непостоянных факторов, не связанных закономерно с процессом измерения. Величины случайных погрешностей не могут быть определены заранее. Причинами их появления могут быть трение в кинематических парах измерительных устройств, субъективные ошибки отсчета, влияние условий окружающей среды и т. д.

Промахи относят к погрешностям, вызванным неправильной эксплуатацией приборов, неправильным подсоединением приборов к объекту контроля, неверным отсчетом показаний и т. д.

Они имеют субъективный характер, поэтому легко обнаруживаются при повторных измерениях и могут быть устранены или сведены к минимуму.

Погрешности измерений в первую очередь зависят от погрешностей измерительных приборов. Показания измерительных приборов или других средств измерений всегда в большей или меньшей степени отличаются от действительного значения измеряемой величины. Различают погрешности абсолютные и относительные.

Абсолютной погрешностью измерительного прибора называют разность между его показанием и истинным значением измеряемой величины. Так как истинное значение установить нельзя, то в измерительной технике используют так называемое действительное значение, полученное с помощью образцового прибора. Таким образом, абсолютная погрешность а представляет собой разность между показанием измерительного прибора Q и действительным значением измеряемой величины Q_o: а = Q—Q_o.

Относительная погрешность измерительного прибора в данной точке отсчета определяется по формуле b = (a/Q₀) 100 %.

Для оценки точности измерения на практике используется величина относительной приведенной погрешности б, выражаемая в процентах и представляющая собой отношение абсолютной погрешности к диапазону шкалы прибора

Q koh — Qнач: = [а/( Q koh — Qнач) ] 100 %.

Погрешности измерения подразделяются также на основные и дополнительные. Основной называют погрешность, возникающую в нормальных условиях, т. е. когда влияние внешних неблагоприятных факторов на процесс измерения минимально или равно нулю. Нормальные условия работы обычно указывают в паспорте для каждого вида приборов. Наибольшая основная погрешность, допускаемая техническими условиями на данный прибор, называется допустимой погрешностью. Дополнительная погрешность возникает в результате влияния на процесс измерения различных внешних факторов, таких, как температура и давление окружающей среды, напряжение источников питания и т. д.

Обобщенной метрологической характеристикой средств измерения является класс точности, определяемый, как правило, граничными значениями допускаемых основной и дополнительной погрешностей. Существуют два вида класса точности, определяемых по абсолютным погрешностям (порядковые номера классов) и по относительным или приведенным относительным погрешностям. Во втором случае класс точности совпадает с пределом допускаемой погрешности, соответствующим конечному значению рабочей части шкалы прибора. Нормальный ряд значений классов точности равен числам: 1; 1, 5; 2; 2, 5; 4; 5; 6, умноженным на 10ⁿ, где п = 1; 0; — 1; — 2 и т. д.

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Эта система, введенная в СССР, весьма эф-

фективна с точки зрения взаимозаменяемости, унификации и агрегатирования. Она включает следующие средства (приборы и устройства): получения информации, дистанционной передачи информации, обработки информации и выработки команд воздействия на управляемый процесс и т. д.

ГСП создает предпосылки совместного использования различных приборов и устройств для компонования разнообразных и любой сложности систем автоматического контроля и управления параметрами технологического процесса. В ней предусмотрены широкая стандартизация и унификация средств измерений на основе агрегатно-блочно-модульного принципа их построения из унифицированных элементов, модулей, блоков и узлов.

Устройства ГСП, предназначенные для решения определенных измерительных задач, объединяют в агрегатные комплексы. Промышленность СССР разрабатывает и развивает 20 агрегатных комплексов, среди которых: агрегатные комплексы средств электроизмерительной техники (АСЭТ), вычислительной техники (АСВТ), контроля и регулирования (АСКР), хронометрической техники (АСХТ), испытаний на прочность (АСИП) и др. Устройства, входящие в агрегатный комплекс, должны легко сопрягаться друг с другом без каких-либо дополнительных устройств, не оказывать взаимного влияния, иметь одинаковые условия эксплуатации. Для этого они должны обладать так называемой совместимостью. Различают шесть видов совместимости изделий агрегатных комплексов: энергетическую, функциональную, метрологическую, конструктивную, эксплуатационную и информационную. Рассмотрим каждый вид совместимости.

Энергетическая совместимость предполагает использование одного вида энергии носителя сигналов в измерительных устройствах. С этой целью в ГСП предусмотрено три вида энергии — электрическая, пневматическая и гидравлическая.

Функциональная совместимость требует, чтобы средства ГСП были четко определены, разграничены и взаимоувязаны для обеспечения их совместной работы в системах контроля и управления.

Метрологическая совместимость обеспечивает сопоставимость метрологических характеристик агрегатных средств, их сохранность во времени и под действием влияющих величин, а также возможность расчетного определения метрологических характеристик измерительного тракта системы по метрологическим характеристикам отдельных функциональных узлов, образующих этот тракт. Метрологические характеристики агрегатных средств нормируются по единому методу, а параметры входных и выходных цепей согласуются во избежание заметных дополнительных погрешностей при сопряжении агрегатных средств.

Конструктивная совместимость обеспечивает согласованность конструктивных параметров, механическое сопряжение средств, согласованность эстетических требований. Достигается это нормированием форм элементов конструкций, установочных и при-

соединительных размеров; применением единой прогрессивной технологии изготовления и сборки конструкции, соблюдением единого стиля оформления.

Эксплуатационная совместимость достигается согласованностью характеристик, определяющих действие внешних влияющих величин на агрегатные средства в рабочих условиях, а также характеристик надежности и стабильности функционирования. С этой целью все средства делят на группы по использованию в зависимости от условий окружающей среды, климатических и механических воздействий и т. д. Эксплуатационная совместимость создает возможность компоновки системы с заданными значениями параметров надежности и рабочими условиями эксплуатации.

Информационная совместимость средств обеспечивает согласованность входных и выходных сигналов по виду, диапазону изменения, порядку обмена сигналами. Такая совместимость определяется унификацией измерительных сигналов и применением стандартных интерфейсов. Унификация измерительных сигналов означает, что их параметры не могут выбираться произвольно, а должны отвечать требованиям стандарта на эти сигналы. Так, для измерительных преобразователей с токовым выходом стандартом ГСП нормированы диапазоны изменения выходного тока 0—5 или 0—20 мА, а для преобразователей с выходным напряжением постоянного тока установлен диапазон изменения 0—10 В и т. д. Электрические, логические и конструктивные условия, определяющие требования к соединяемым функциональным узлам и связям между ними, образуют понятие интерфейса. Электрические условия определяют требования к параметрам сигналов взаимодействия и способу их передачи; логические — номенклатуру сигналов; пространственные и временные — соотношение между ними; конструктивные — конструктивные требования к элементам интерфейса: вид разъема, место его расположения, порядок распайки и т. д. Изделия агрегатных комплексов, обладающих указанными видами совместимости, позволяют строить различные системы контроля и управления методами проектной компоновки. Такой способ построения систем значительно упрощает и сокращает сроки создания систем.

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒