ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2023
Просмотров: 157
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, при прокатке металлов в металлургии и др.). Диапазон измеряемых температур от 20 до 6000°С. Основная погрешность пирометров 1…1,5 %, что много больше, чем у контактных СИ температуры.
120
Рис.11. Измерительные цепи СИ температуры
9.2. Обзор СИ давления
Технические средства для измерения давления подразделяются на измерительные приборы и преобразователи (рис.12). В зависимости от вида измеряемого давления ассортимент СИ давления весьма разнообразен: манометры и преобразователи избыточного и абсолютного давления, вакуумметры и мановакуумметры, тяго- и напорометры, дифференциальные манометры и др.
Измерительные приборы для измерения давления – это, как правило, местные приборы прямого действия (пружинные с трубками Бурдона и Нагаткина, мембранные, сильфонные и др.). По исполнению все эти приборы показывающие, со шкалами, градуированными в единицах измерения давления. Среди них есть также и самопишущие (обычно с сильфонным чувствительным элементом), а также с электроконтактной системой сигнализации или позиционного регулирования.
121
Классы точности технических приборов невысоки и, в зависимости от исполнения, составляют 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
ИП давления по принципу преобразования подразделяются на две основные группы:
а) в дискретную выходную величину (реле давления);
б) в аналоговую выходную величину (преобразователи «перемещение-унифицированный сигнал» или «усилие-унифицированный сигнал»).
Из преобразователей первой группы в последнее время наиболее распространены аналоговые тензорезисторные преобразователи серий «Сапфир», «Метран», «Радон» и подобные им. В их основе лежит тензомодуль с монокристаллической сапфировой мембраной, на которую методом напыления нанесены тензорезисторы, образующие плечи неравновесного моста.
122
Выходной сигнал – аналоговый токовый, но если применить устройство согласования, содержащее АЦП, то их можно подключать к ЭВМ через соответствующий порт.
Основная приведённая погрешность (класс точности) преобразователей давления составляет ±0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5 % от диапазона преобразования.
Диапазон измерения (преобразования) СИ давления, как разница между верхним и нижними пределами, выбирается из следующего нормального ряда: (1; 1,6; 2,5; 4; 6) · 10n, где n = -2, -1, 0, 1, 2, … .
При измерении давления чистых агрессивных (щёлочи, кислоты) или вязких (смолы, лаки, краски, мазут) сред используют разделительные сосуды.
При измерении давления кристаллизующихся сред, а также агрессивных, реагирующих с разделительной жидкостью, несущих взвешенные частицы и выделяющих осадки, используют мембранные разделители. Мембранные разделители увеличивают основную погрешность прибора (преобразователя) приблизительно в 1,5 – 2 раза.
9.3. Обзор СИ расхода
Средства для измерения расхода подразделяются на счётчики и расходомеры.
Счётчики определяют количество вещества, прошедшее за некоторый промежуток времени, поэтому по показаниям счётчиков можно определить средний расход, разделив количество, отображённое счётчиком, на данный отрезок времени.
Расходомеры
измеряют мгновенный расход, поэтому для определения количества вещества должны быть снабжены интеграторами.
Счётчики чаще бывают местными приборами, а расходомеры обычно состоят из преобразователя расхода и ВП, т.е. имеют дистанционную передачу.
По принципу действия СИ расхода подразделяются на тахометрические, переменного перепада давления, обтекания, вихревые, электромагнитные, акустические (ультразвуковые), силовые (кориолисовые).
При выборе СИ расхода учитываются следующие факторы: точность измерения, сохранение точностных показателей в течение дли
123
тельного времени, независимость результатов измерения от изменения плотности вещества, быстродействие, диапазон измеряемого расхода, физико- химические показатели и параметры измеряемой среды ( агрессивность, наличие взвешенных частиц, рабочие температура и давление, взрыво- и пожароопасность).
Верхние пределы для расходомеров выбираются из следующего нормального ряда:(1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8) ·10n, где n- целое число.
9.4 Обзор СИ уровня
Технические средства для измерения уровня называются уровнемерами и подразделяются на: сигнализаторы (реле) уровня, контролирующие заданные или предельные значения; аналоговые (непрерывные) уровнемеры, контролирующие текущее значение уровня.
По пределам измерения уровнемеры подразделяются на широкопредельные, т.е. измеряющие абсолютный уровень жидкости или сыпучего вещества в резервуаре, и узкопредельные, измеряющие отклонение уровня от номинального значения.
Шкалы широкопредельных уровнемеров начинаются с нулевого значения и выбираются из следующего нормального ряда: 250, 400, 630, 800, 1000, 1600, 2000, 2500, …, 63000 мм.
Шкалы узкопредельных уровнемеров имеют пределы ± 200, ± 315, ± 500 мм и нулевую отметку в середине, соответствующую номинальному значению уровня.
По принципу действия уровнемеры подразделяются на:
По месту монтажа уровнемеры также подразделяются на местные приборы (измерители уровня) и преобразователи уровня.
124
К местным приборам относятся визуальные, поплавковые с отсчётным устройством, гидростатические с показывающим манометром и др. они не потребляют внешней энергии и не используются в автоматизированных системах контроля и регулирования.
Преобразователи уровня соответственно можно разделить на две основные группы: реле уровня с дискретной электроконтактной системой и преобразователи с аналоговым выходным сигналом (обычно унифицированным).
При выборе СИ уровня руководствуются физико-химическими свойствами измеряемой среды и рабочими параметрами среды (температуроой, давлением, значением уровня и др.)
Для измерения уровня измельчённых древесных материалов, вязких жидкостей, порошкообразных веществ применяют косвенные методы по насыпной массе или плотности среды.
Для измерения уровня невязких технологических жидкостей (в том числе и агрессивных) широко используются буйковые и гидростатические преобразователи уровня.
При измерении уровня суспензий используются уровнемеры с пьезометрической трубкой, в которую подаётся газ (воздух) с постоянным расходом.
К бесконтактным уровнемерам относятся ультразвуковые и микроволновые.
9.5. Аналитические измерения
В основе работы средств аналитических измерений лежат три группы методов: физические, физико-химические и химические.
Физические методы основаны на измерении физических величин, присущих данному веществу, либо по своему значению отличающих данное вещество от подобных. Это, например, плотность, тепло- и электропроводность, магнитная восприимчивость и др.
Физико-химические методы основаны на химических превращениях анализируемого вещества и измерении физических величин, сопровождающих эти превращения. Это, например, изменение оптической плотности, вязкости, теплоты сгорания и др.
125
Химические методы основаны на химических превращениях анализируемого вещества и измерении количества продуктов этих превращений.
Для средств автоматизированного анализа в основном используются физические методы и частично физико-химические.
В зависимости от агрегатного состояния анализируемого вещества анализаторы подразделяются на средства анализа твёрдых веществ, жидкостей и газов.
Анализ твёрдых веществ в производственной практике обычно сводится к определению физических свойств и в отдельных случаях к определению физико-химических свойств (например, при анализе твёрдого топлива). Число физических показателей может быть достаточно обширным.
Анализ технологических жидкостей чаще всего сводится к определению физических и физико-химических показателей: плотности, вязкости, концентрации растворённых веществ, теплоты сгорания и др.
Одной из самых распространенных задач аналитического контроля является определение концентрации (относительного или абсолютного содержания компонента в данном количестве жидкости). При этом анализируемая смесь считается бинарной (вещество плюс растворитель) или приводится к «псевдобинарной», так как физические методы анализа неизбирательны и не позволяют определить, какие компоненты и в каких количествах содержатся в данной жидкости.
В некоторых случаях определяется концентрация вещества, не растворённого в жидкости, а образующего суспензию.
Анализ газов подразделяется на качественный и количественный, но также может производиться и определение физических свойств ( например, влажности). В производственных условиях количественный анализ используется чаще, так как его легче автоматизировать, а качественный состав газовых смесей обычно известен.
Все средства автоматического анализа можно разделить на две основные группы:
- анализаторы непрерывного действия, работающие в потоке анализируемого вещества;
126
- анализаторы циклического действия, работающие с пробами анализируемого вещества, которые берутся с определённой цикличностью.
Аналитические средства измерений, как и все прочие СИ, предназначенные для автоматических технических измерений, состоят из ПИП и ВП, имеющего функции показания, регистрации и задаваемой оператором предельной сигнализации. В некоторых случаях между ПИП и ВП может находиться промежуточный преобразователь для нормализации сигнала измерительной информации. В этом случае на ВП поступает аналоговый или цифровой унифицированный сигнал.
127
Глава 10. Расчёт основных погрешностей измерительных цепей
10.1. Класс точности СИ
Для некоторых видов СИ нормирование МХ осуществляют путем указания класса точности.
Класс точности СИ – обобщенная МХ данного типа СИ, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Способ выражения класса точности зависит от формы представления инструментальной погрешности.
120
Рис.11. Измерительные цепи СИ температуры
9.2. Обзор СИ давления
Технические средства для измерения давления подразделяются на измерительные приборы и преобразователи (рис.12). В зависимости от вида измеряемого давления ассортимент СИ давления весьма разнообразен: манометры и преобразователи избыточного и абсолютного давления, вакуумметры и мановакуумметры, тяго- и напорометры, дифференциальные манометры и др.
Измерительные приборы для измерения давления – это, как правило, местные приборы прямого действия (пружинные с трубками Бурдона и Нагаткина, мембранные, сильфонные и др.). По исполнению все эти приборы показывающие, со шкалами, градуированными в единицах измерения давления. Среди них есть также и самопишущие (обычно с сильфонным чувствительным элементом), а также с электроконтактной системой сигнализации или позиционного регулирования.
121
Рис.12. Классификация СИ давления
Классы точности технических приборов невысоки и, в зависимости от исполнения, составляют 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
ИП давления по принципу преобразования подразделяются на две основные группы:
-
С прямым преобразованием:
а) в дискретную выходную величину (реле давления);
б) в аналоговую выходную величину (преобразователи «перемещение-унифицированный сигнал» или «усилие-унифицированный сигнал»).
-
С уравновешивающим аналоговым преобразованием «усилие – унифицированный сигнал».
Из преобразователей первой группы в последнее время наиболее распространены аналоговые тензорезисторные преобразователи серий «Сапфир», «Метран», «Радон» и подобные им. В их основе лежит тензомодуль с монокристаллической сапфировой мембраной, на которую методом напыления нанесены тензорезисторы, образующие плечи неравновесного моста.
122
Выходной сигнал – аналоговый токовый, но если применить устройство согласования, содержащее АЦП, то их можно подключать к ЭВМ через соответствующий порт.
Основная приведённая погрешность (класс точности) преобразователей давления составляет ±0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5 % от диапазона преобразования.
Диапазон измерения (преобразования) СИ давления, как разница между верхним и нижними пределами, выбирается из следующего нормального ряда: (1; 1,6; 2,5; 4; 6) · 10n, где n = -2, -1, 0, 1, 2, … .
При измерении давления чистых агрессивных (щёлочи, кислоты) или вязких (смолы, лаки, краски, мазут) сред используют разделительные сосуды.
При измерении давления кристаллизующихся сред, а также агрессивных, реагирующих с разделительной жидкостью, несущих взвешенные частицы и выделяющих осадки, используют мембранные разделители. Мембранные разделители увеличивают основную погрешность прибора (преобразователя) приблизительно в 1,5 – 2 раза.
9.3. Обзор СИ расхода
Средства для измерения расхода подразделяются на счётчики и расходомеры.
Счётчики определяют количество вещества, прошедшее за некоторый промежуток времени, поэтому по показаниям счётчиков можно определить средний расход, разделив количество, отображённое счётчиком, на данный отрезок времени.
Расходомеры
измеряют мгновенный расход, поэтому для определения количества вещества должны быть снабжены интеграторами.
Счётчики чаще бывают местными приборами, а расходомеры обычно состоят из преобразователя расхода и ВП, т.е. имеют дистанционную передачу.
По принципу действия СИ расхода подразделяются на тахометрические, переменного перепада давления, обтекания, вихревые, электромагнитные, акустические (ультразвуковые), силовые (кориолисовые).
При выборе СИ расхода учитываются следующие факторы: точность измерения, сохранение точностных показателей в течение дли
123
тельного времени, независимость результатов измерения от изменения плотности вещества, быстродействие, диапазон измеряемого расхода, физико- химические показатели и параметры измеряемой среды ( агрессивность, наличие взвешенных частиц, рабочие температура и давление, взрыво- и пожароопасность).
Верхние пределы для расходомеров выбираются из следующего нормального ряда:(1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8) ·10n, где n- целое число.
9.4 Обзор СИ уровня
Технические средства для измерения уровня называются уровнемерами и подразделяются на: сигнализаторы (реле) уровня, контролирующие заданные или предельные значения; аналоговые (непрерывные) уровнемеры, контролирующие текущее значение уровня.
По пределам измерения уровнемеры подразделяются на широкопредельные, т.е. измеряющие абсолютный уровень жидкости или сыпучего вещества в резервуаре, и узкопредельные, измеряющие отклонение уровня от номинального значения.
Шкалы широкопредельных уровнемеров начинаются с нулевого значения и выбираются из следующего нормального ряда: 250, 400, 630, 800, 1000, 1600, 2000, 2500, …, 63000 мм.
Шкалы узкопредельных уровнемеров имеют пределы ± 200, ± 315, ± 500 мм и нулевую отметку в середине, соответствующую номинальному значению уровня.
По принципу действия уровнемеры подразделяются на:
-
визуальные (указательные стёкла, лоты, рейки и т.д.); -
механические, т.е. использующие силу Архимеда (поплавковые и буйковые); -
гидростатические и пьезометрические; -
специальные (ёмкостные, ультразвуковые, микроволновые, радиоизотопные и др.) -
весовые (тензометрические и др.).
По месту монтажа уровнемеры также подразделяются на местные приборы (измерители уровня) и преобразователи уровня.
124
К местным приборам относятся визуальные, поплавковые с отсчётным устройством, гидростатические с показывающим манометром и др. они не потребляют внешней энергии и не используются в автоматизированных системах контроля и регулирования.
Преобразователи уровня соответственно можно разделить на две основные группы: реле уровня с дискретной электроконтактной системой и преобразователи с аналоговым выходным сигналом (обычно унифицированным).
При выборе СИ уровня руководствуются физико-химическими свойствами измеряемой среды и рабочими параметрами среды (температуроой, давлением, значением уровня и др.)
Для измерения уровня измельчённых древесных материалов, вязких жидкостей, порошкообразных веществ применяют косвенные методы по насыпной массе или плотности среды.
Для измерения уровня невязких технологических жидкостей (в том числе и агрессивных) широко используются буйковые и гидростатические преобразователи уровня.
При измерении уровня суспензий используются уровнемеры с пьезометрической трубкой, в которую подаётся газ (воздух) с постоянным расходом.
К бесконтактным уровнемерам относятся ультразвуковые и микроволновые.
9.5. Аналитические измерения
В основе работы средств аналитических измерений лежат три группы методов: физические, физико-химические и химические.
Физические методы основаны на измерении физических величин, присущих данному веществу, либо по своему значению отличающих данное вещество от подобных. Это, например, плотность, тепло- и электропроводность, магнитная восприимчивость и др.
Физико-химические методы основаны на химических превращениях анализируемого вещества и измерении физических величин, сопровождающих эти превращения. Это, например, изменение оптической плотности, вязкости, теплоты сгорания и др.
125
Химические методы основаны на химических превращениях анализируемого вещества и измерении количества продуктов этих превращений.
Для средств автоматизированного анализа в основном используются физические методы и частично физико-химические.
В зависимости от агрегатного состояния анализируемого вещества анализаторы подразделяются на средства анализа твёрдых веществ, жидкостей и газов.
Анализ твёрдых веществ в производственной практике обычно сводится к определению физических свойств и в отдельных случаях к определению физико-химических свойств (например, при анализе твёрдого топлива). Число физических показателей может быть достаточно обширным.
Анализ технологических жидкостей чаще всего сводится к определению физических и физико-химических показателей: плотности, вязкости, концентрации растворённых веществ, теплоты сгорания и др.
Одной из самых распространенных задач аналитического контроля является определение концентрации (относительного или абсолютного содержания компонента в данном количестве жидкости). При этом анализируемая смесь считается бинарной (вещество плюс растворитель) или приводится к «псевдобинарной», так как физические методы анализа неизбирательны и не позволяют определить, какие компоненты и в каких количествах содержатся в данной жидкости.
В некоторых случаях определяется концентрация вещества, не растворённого в жидкости, а образующего суспензию.
Анализ газов подразделяется на качественный и количественный, но также может производиться и определение физических свойств ( например, влажности). В производственных условиях количественный анализ используется чаще, так как его легче автоматизировать, а качественный состав газовых смесей обычно известен.
Все средства автоматического анализа можно разделить на две основные группы:
- анализаторы непрерывного действия, работающие в потоке анализируемого вещества;
126
- анализаторы циклического действия, работающие с пробами анализируемого вещества, которые берутся с определённой цикличностью.
Аналитические средства измерений, как и все прочие СИ, предназначенные для автоматических технических измерений, состоят из ПИП и ВП, имеющего функции показания, регистрации и задаваемой оператором предельной сигнализации. В некоторых случаях между ПИП и ВП может находиться промежуточный преобразователь для нормализации сигнала измерительной информации. В этом случае на ВП поступает аналоговый или цифровой унифицированный сигнал.
127
Глава 10. Расчёт основных погрешностей измерительных цепей
10.1. Класс точности СИ
Для некоторых видов СИ нормирование МХ осуществляют путем указания класса точности.
Класс точности СИ – обобщенная МХ данного типа СИ, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Способ выражения класса точности зависит от формы представления инструментальной погрешности.