Метрологии

Автоматизация производственных процессов неразрывно связана с измерением физических: величин. Под измерением понимает экспериментальное определение численного соотношения между измеряемой физической величиной и значением, принятым за единицу изменения. Дляпроведения измерений используют чувствительные элементы (датчики) и измерительные приборы.

Датчиками называют устройства, предназначенные для измерения и преобразования контролируемой или регулируемой величины в выходной сигнал, удобный для дистанционной передачи и дальнейшей обработки.

Измерительными приборами называют устройства, предназначенные для прямого или косвенного сравнения измеряемой величины с единицей измерения и определения полученных результатов по отсчетному устройству.

Измерительные приборы и датчики разрабатываются в соответствии с Государственной системой приборов и средств автоматизации (ГСП). ГСП включает в себя нормализованный ряд приборов, предназначенных для локального применения, а также устройства, применяемые для построения схем управления. Эти устройства могут быть гидравлического, электрического и пневматического типов. В свою очередь, они подразделяются на устройства для получения и обработки контролируемой информации, выработки командной информации, воздействия на технологический процесс, а также на преобразователи контрольной и командной информации.

Вследствие несовершенства методов измерений и самих измерительных приборов, результаты измерений несвободны от искажений, называемых ошибками или погрешностями. Для определения степени достоверности полученного результата, т.е. степени его соответствия истинному значению измеряемой величины, необходимо знать погрешность прибора при данном измерении. Существует несколько видов погрешностей.

Абсолютной погрешностью измерительного прибора называется разность между его показаниями и истинным значением измеряемой величины. Поскольку последнее установить нельзя, в измерительной технике используют так называемое действительное значение, полученное посредством образцового прибора. Таким образом, абсолютная погрешность представляет собой разность

,

где - показание измерительного прибора;

- действительное значение измеряемой величины.

Абсолютная погрешность имеет размерность измеряемой величины. Для нахождения действительного значения измеряемой величины показание прибора складывают со значением поправки, численно равной абсолютной погрешности, взятой с обратным знаком, т.е. .

Относительная погрешность измерительного прибора определяется по формуле:

.

Приведенной погрешностью называется выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к диапазону N шкалы измерительного прибора:

.

Классы точности приборов. Класс точности средства измерения представляет собой обобщенную характеристику, определяемую пределами допустимых погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливают в стандартах на отдельные виды средств измерений. Обычно для измерительных приборов класс точности устанавливают по заранее заданной допустимой основной приведенной погрешности (основной погрешностью называют погрешность средства измерения при нормальных условиях). По ее величине измерительные приборы делят на классы точности от 0, 05 до 4, 0. В большинстве случаев класс точности выпускаемых промышленных приборов равен 0, 25; 0, 5; 1, 0; 1, 5. Например, прибор класса точности 0, 5 имеет максимально допустимую основную приведенную погрешность ±0, 5%. Класс точности прибора обычно указывается на его шкале.

Наряду с величиной погрешности работа измерительного прибора характеризуется вариацией, чувствительностью и запаздыванием.

Вариация характеризует постоянство показаний измерительных приборов и определяется при их поверке как модуль разности значений и , найденных в каждой поверяемой точке диапазона измерений:

,

где - абсолютная погрешность найденная при прямом ходе, т.е. при подходе к каждой из поверяемых точек диапазона измерения со стороны меньших значений измеряемого параметра;

- абсолютная погрешность, найденная при обратном ходе, т.е. при подходе к каждой из поверяемых точек диапазона измерения со стороны бó льших значений измеряемого параметра.

Чувствительностью измерительного прибора называется отношение линейного или углового перемещения указателя прибора к приращению измеряемой величины , вызывающему это перемещение:

.

При этом под порогом чувствительности понимают то наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает изменение в показаниях измерительного прибора.

Запаздывание определяется промежутком времени от момента изменения измеряемой величины до момента указания этого изменения прибором. Это – время, которое необходимо для прохождения сигнала по всем узлам и линиям связи прибора.

Поверка приборов. Для определения погрешностей измерения и поправок к показаниям измерительных приборов их периодически подвергают поверке. С этой целью сопоставляются показания поверяемых и образцовых приборов, причем показания последних принимают за действительные значения измеряемых величин. В качестве образцового выбирают прибор, класс точности которого в 3-4 раза выше класса точности поверяемого прибора. Поверку производят при прямом (при повышении параметра) и обратном (при понижении параметра) ходах стрелки поверяемого прибора на всех его цифровых отметках. Одновременно определяя показания образцового прибора. По полученным данным вычисляют абсолютную и приведенную погрешности. Поверяемый прибор пригоден к эксплуатации, если максимальное из вычисленных значений приведенной погрешности не превышает допустимого значения приведенной погрешности.

Градуировкой измерительного прибора называют операцию, посредством которой деления шкалы прибора придают значения, выраженные в установленных единицах измерения. Иногда шкалы строят в безразмерных или относительных единицах. При градуировке экспериментально находят зависимость между значениями измеряемой величины и количеством делений на шкале прибора (или же зависимость между значениями измеряемой величины и значениями некоторой косвенной величины). Обычно эту зависимость представляют в виде градуировочных таблиц или графически в прямоугольной системе координат: по оси абсцисс откладывают деления по шкале прибора (или же значения косвенной величины), а по оси ординат – действительные значения измеряемой величины. Для градуировки технических измерительных приборов применяют образцовые приборы.

Содержание практических занятий