Файл: Учебное пособие Москва Вологда ИнфраИнженерия.pdf

12
Δ =Х − Х
0
,
(1.1) где X — результат измерений;
Х
0
— истинное значение измеряемой величины.
Поскольку истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, на практике пользуются лишь при- ближенной оценкой абсолютной погрешности измерения, определяемой выражением
Δ= Х − Х
д
,
(1.2) где Х
д
— действительное значение измеряемой величины, которое с погрешностью ее определения принимают за истинное значение.
Относительной погрешностью измерения σ называют отношение абсолютной погрешности измерения к действи- тельному значению измеряемой величины
σ = Δ / Х
д
,
(1.3)
Систематической погрешностью называется состав- ляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяемая при повторных измерениях одной и той же величины.
Случайной погрешностью называется составляющая по- грешности измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Слу- чайные погрешности можно обнаружить только при много- кратных измерениях. Они являются результатом случайных изменений многочисленных условий измерений, учет кото- рых практически неосуществим.
Иногда в результатах наблюдений может появиться по- грешность, существенно превышающая ожидаемую при дан- ных условиях, — это так называемая грубая погрешность.
Результаты наблюдений, содержащие грубые погрешности, при обработке исключают, используя различные критерии.
Для оценки метрологических характеристик средств из- мерений используют классы точности.

13
Стандартом предусмотрено выражение предельно до- пускаемых погрешностей средств измерений в виде абсо- лютных, относительных и приведенных погрешностей.
Абсолютная погрешность должна быть выражена как
Δ = ±а,
(1.4) где Δ — предел допускаемой абсолютной погрешности, выраженной в единицах величины на входе (выходе), либо условно в делениях шкалы;
а — именованное положительное число, выраженное в тех же единицах.
Относительная погрешность выражается формулой
δ = Δ · 100
/ Х
=
±С,
(1.5) где δ — предел допускаемой относительной погрешности, %;
X — интервал измерений прибора.
Приведенную погрешность определяют по формуле
γ = Δ · 100 / Х
N
,
(1.6)
где γ — предел допускаемой приведенной погрешности, %;
Х
N
— нормирующее значение, которое при установле- нии приведенной погрешности принимают равным:
 конечному значению шкалы прибора, если нулевая отметка находится на краю или вне шкалы;
 сумме конечных значений шкалы прибора (без учета знаков), если нулевая отметка находится внутри шкалы;
 номинальномузначению измеряемой величины, если таковое установлено; длине шкалы, если шкала нерав- номерная (логарифмическая или гиперболическая).
В этом случае погрешность и длина шкалы выражаются в одних и тех же единицах.
Средствам измерения, пределы допускаемых погрешно- стей которых выражаются в единицах измеряемой величины или в делениях шкалы (абсолютная погрешность), должны

14 быть присвоены классы точности, обозначаемые порядко- выми номерами, причем средствам измерений с бо́льшим значением допускаемых погрешностей должны соответство- вать бо́льшие порядковые номера.
Средствам измерения, пределы допускаемых погрешно- стей которых выражены как относительные или приведен- ные погрешности, должны быть присвоены классы точно- сти, выбираемые из ряда чисел:
(1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6)
 10
n
, где n = 0,1 − 1.
Класс точности устанавливают при выпуске прибора, градуируя его по образцовому прибору в нормальных усло- виях. Показание образцового прибора принимают за истин- ное значение измеряемой величины.
Чтобы уменьшить относительную погрешность, нужно выбирать верхний предел шкалы измерительного прибора та- ким, чтобы ожидаемое значение измеряемой величины (пока- зание) находилось в последней трети (или половине) ее.
Абсолютной погрешностью меры Δ называют разность между номинальным ее значением и истинным (действи- тельным) значением воспроизводимой ею величины
Δ = Х
н
− Х
д
,
(1.7)
где Х
н
— номинальное значение меры;
Х
д
— действительное значение меры.
Пример. Погрешность гири 4-го класса с номинальным
значением 2 кг и истинным значением 2,00010 кг рав-
на −0,10 г (−100 мг), а отклонение от номинального значе-
ния для этой меры равно 0,10 г (100 мг).
Абсолютная погрешность измерительного прибора
ΔХ
п
— это разность между показанием прибора и истинным
(действительным) значением измеряемой величины:
ΔХ
п
= Х
п
− Хд,
(1.8) где Х
п
— показания прибора;
Х
д
— действительное значение измеряемой величины.

17
ГЛАВА 2
Измерительные преобразователи
и средства измерений
§ 2.1. Классификация измерительных
преобразователей
Устройства этой группы Государственной системы при- боров (ГСІІ) должны реагировать на изменения контроли- руемого параметра и выдавать на выходе унифицирован- ный сигнал. Преобразователи, входящие в эту группу в со- ответствии с РМГ 29-2013 ГСИ, можно подразделить на первичные измерительные преобразователи, масштабные измерительные преобразователи, нормирующие и переда- ющие измерительные преобразователи (два последних здесь не рассматриваются).
Первичный измерительный преобразователь переводит контролируемый параметр в выходную физическую величи- ну (перемещение, усилие, сопротивление, напряжение, силу тока, частоту). Выходная физическая величина, полученная из контролируемой простым — «естественным» — преобра- зованием, называется естественной выходной величиной
(или естественным выходным сигналом).
Нормирующий преобразователь переводит естественный выходной сигнал в унифицированный. Если на выходе пер- вичного измерительного преобразователя, чувствительный элемент которого непосредственно воспринимает изменения контролируемого параметра, выдается пневматический или электрический сигнал, то нормирующий преобразователь обычно представляет собой отдельное самостоятельное устройство. Если же первичный преобразователь выдает сигнал в виде усилия, перемещения или какой-нибудь дру- гой физической величины, по своей природе отличающейся от электрической или пневматической, то измерительный

18 и нормирующий преобразователи объединяют конструктив- но в один прибор. Оба решения находят широкое примене- ние в практике создания преобразователей для систем авто- матизации. В системе ГСП разработан унифицированный ряд взаимозаменяемых пневматических и электрических первичных преобразователей блочного типа с силовой ком- пенсацией. Используя этот ряд преобразователей, можно значительное количество различных измеряемых параметров сравнительно просто и с достаточной точностью преобразо- вать в одну естественную выходную величину — усилие.
Пневматические первичные измерительные преобразова- тели имеют выходной сигнал 0,02–0,1 МПа (0,2–1,0 кгс/см
2
), электрические — 0–20 и 0–5 мА постоянного тока. Компен- сационный принцип действия этих преобразователей обеспе- чивает их высокие метрологические характеристики и про- стоту перенастройки в большом интервале пределов измере- ний. Каждый первичный преобразователь состоит из унифи- цированного электрического или пневматического преобра- зователя усилия и измерительного блока.
Класс точности унифицированных преобразователей в основном 0,6 или 1,0, и лишь для некоторых 1,6 и 2,5.
§ 2.2. Электрические измерительные
преобразователи
Из электрических аналоговых преобразователей, выпол- няемых по схеме компенсации перемещений для преобразо- вания неэлектрических величин в электрический выходной сигнал и передачи показаний на расстояние, наибольшее применение нашли дифференциально-трансформаторные, ферродинамические, магнитомодуляционные и сельсинные преобразователи.
В дифференциально-трансформаторных преобразователях перемещение сердечника первичного прибора уравновеши- вается известным перемещением сердечника вторичного

19 прибора. Дифференциально-трансформаторные преобразова- тели используются при измерении давления, уровня, расхода и некоторых других параметров.
Схема дифференциально-трансформаторного преобразо- вателя (рис. 2.1) состоит из двух одинаковых катушек, одна из которых находится в первичном приборе 1, а другая — во вторичном приборе 2. Первичные обмотки катушек включены последовательно и питаются напряжением пере- менного тока от обмотки силового трансформатора элек- тронного усилителя. Вторичные обмотки включены одна навстречу другой с выходом на электронный усилитель.
Внутри катушек находятся железные плунжеры (магнито- проводы) М. Если плунжеры обеих катушек находятся в среднем положении, то величины ЭДС, наводимые в ка- тушках, равны между собой. При рассогласовании положе- ний плунжеров величины ЭДС, наводимые в катушках, не- равны между собой.
Разность этих ЭДС усиливается в электронном усилите- ле до величины, необходимой для управления реверсивным двигателем РД. Последний через профилированный диск 3 перемещает плунжер в катушке вторичного прибора в по- ложение, согласованное с положением плунжера в катушке первичного прибора, что приводит к равенству ЭДС, наво- димых в обеих катушках, а, следовательно, к новому состо- янию равновесия. При этом результирующая ЭДС вторич- ных обмоток будет снова равна нулю, и реверсивный дви- гатель остановится. Одновременно реверсивный двигатель связан со стрелкой и пером вторичного прибора.

328
Оглавление
Предисловие ................................................................................ 3
Глава 1.
Системы автоматического контроля и основы метрологии
§
1.1. Системы автоматического контроля.................................. 6
§
1.2. Основы метрологии ............................................................. 9
Глава 2.
Измерительные преобразователи и средства измерений
§
2.1. Классификация измерительных преобразователей ........ 17
§
2.2. Электрические измерительные преобразователи ........... 18
§
2.3. Пневматические измерительные преобразователи ........ 22
§ 2.4. Электропневматические и пневмоэлектрические измерительные преобразователи ............................................... 28
§
2.5. Средства измерений .......................................................... 30
Глава 3.
Контроль давления
§ 3.1. Общие сведения ................................................................. 36
§
3.2. Жидкостные манометры ................................................... 39
§
3.3. Деформационные приборы ............................................... 44
§
3.4. Грузопоршневой манометр ............................................... 49
§
3.5. Электрические манометры ............................................... 51
§
3.6. Пневматические манометры ............................................. 55
§ 3.7. Выбор, установка и защита от коррозии средств измерения давления ....................................................... 59
Глава 4.
Контроль количества и расхода материалов
§
4.1. Основные понятия. Единицы измерения ......................... 63
§
4.2. Измерение количества жидкости и газа .......................... 64
§
4.3. Измерение количества твердых веществ ......................... 73
§ 4.4. Измерение расхода методом переменного перепада давления ....................................................................................... 77
§
4.5. Расходомеры постоянного перепада давлений ............... 93
§
4.6. Прочие расходомеры ....................................................... 101

329
Глава 5.
Контроль уровня жидкостей и сыпучих материалов
§
5.1. Измерение уровня жидкости .......................................... 109
§
5.2. Измерение уровня сыпучих тел ...................................... 126
Глава 6.
Контроль температуры
§
6.1. Классификация приборов контроля температуры ........ 130
§ 6.2. Термометры расширения и манометрические термометры ...................................... 132
§
6.3. Электрические термометры сопротивления ................. 144
§
6.4. Термоэлектрические термометры .................................. 155
§
6.5. Пирометры излучения ..................................................... 172
Глава 7.
Контроль качества и состава материалов
§
7.1. Основные понятия ........................................................... 180
§
7.2. Измерение концентрации растворов .............................. 182
§ 7.3. Измерение концентрации водородных ионов в растворах (рН-метрия) .................................................... 192
§
7.4. Измерение плотности жидкости .................................... 195
§
7.5. Измерение влажности газов и твердых материалов ..... 206
§
7.6. Измерение вязкости жидкости ....................................... 213
§
7.7. Газовый анализ ................................................................ 220
Лабораторные работы
Лабораторная работа № 1. Исследование характеристик пирометрического милливольтметра ...................................... 240
Лабораторная работа № 2. Исследование характеристик автоматического потенциометра.............................................. 249
Лабораторная работа № 3. Исследование характеристик и поверка автоматического моста ............................................ 262
Лабораторная работа № 4. Исследование характеристик и режимов работы логометра ................................................... 270
Лабораторная работа № 5. Деформационные приборы измерения давления ................................................................... 282

330
Лабораторная работа № 6. Исследование систем дистанционных передач ............................................................ 292
Тестовые вопросы по предмету
«Основы метрологии и средства измерения» .................... 309
Ответы на тестовые задания ................................................. 326
Литература ............................................................................... 327

332
Учебное издание
Молдабаева Меруерт Набиевна
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
И ОСНОВЫ АВТОМАТИКИ
Учебное пособие
Подписано в печать 28.01.2019
Формат 60
×84/16. Бумага офсетная.
Гарнитура «Таймс».
Издательство «Инфра-Инженерия»
160011, г. Вологда, ул. Козленская, д. 63
Тел.: 8 (800) 250-66-01
E-mail: booking@infra-e.ru https://infra-e.ru
Издательство приглашает к сотрудничеству авторов научно-технической литературы