Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
7.5. Индукционные и ультразвуковые расходомеры.
Рассмотренные выше методы измерения количества и расхода жидкости, пара и газа (воздуха) характеризуются тем, что чувствительный элемент приборов находится непосредственно в измеряемой среде, т. е. подвергается механическому и химическому ее воздействию и вызывает непроизводительную потерю давления потока. Непрерывное воздействие измеряемой среды на чувствительный элемент расходомера оказывает с течением времени отрицательное влияние на точность показаний, надежность действия и срок службы прибора.
Для измерения расхода химически агрессивных (кислоты, щелочи), абразивных (пульпы) и других жидкостей, разрушающе действующих на материал соприкасающихся с ними частей расходомера, описанные методы и приборы вообще непригодны.
Существует ряд приборов для измерения расхода, чувствительный элемент которых не имеет непосредственного контакта с измеряемым веществом, что позволяет применять их при агрессивных средах. К числу таких приборов относятся индукционные и ультразвуковые расходомеры.
8. Приборы для измерения количества вещества.
Наиболее точным и распространенным способом измерения количества твердого топлива является взвешивание. Основным прибором, применяемым для этой цели, являются рычажные (коромысловые) весы, определяющие массу взвешиваемого топлива путем сравнения ее с массой калиброванных грузов (гирь).
Типы рычажных весов
Существуют два вида рычажных весов: ручные и автоматические, при этом ручные весы разделяются на гирные, шкальные, циферблатные и смешанные.
9. Определения уровня.
Уровнемеры.
В современных мощных барабанных паровых котлах имеется весьма ограниченный водяной запас (количество воды в пространстве между предельными положениями уровня в барабане), вследствие чего при прекращении питания котла водой уровень в нем может опуститься за нижнюю предельную отметку через 1--2 мин. Отсюда видно, какое большое значение имеет контроль уровня воды в барабане.
Обычно в паровых котлах для наблюдения за уровнем воды применяются указательные стекла, являющиеся частью их арматуры. Крупные котлы ввиду значительной их высоты оснащаются также уровнемерами, устанавливаемыми в пунктах управления работой агрегатов.
Указатели уровня жидкости в резервуарах.
Наиболее простым устройством для измерения уровня жидкости в резервуаре является указательное стекло. Однако при высоком или низком расположении резервуара относительно места наблюдения пользоваться указательным стеклом затруднительно. В таких случаях применяются специальные указатели уровня.
10. Приборы для контроля состава дымовых газов и качества питательной воды, пара и конденсата.
10.1. Контроль состава дымовых газов
На экономичность работы котлоагрегата основное влияние оказывают потери тепла из-за химической неполноты сгорания топлива и с уходящими газами. Размеры этих потерь зависят от расхода воздуха, подводимого в топку котла.
Уменьшение подачи воздуха приводит к возрастанию потерь от химической неполноты сгорания вследствие недостатка кислорода. Каждое топливо для своего сгорания нуждается в определенном количестве воздуха, причем это количество тем больше, чем выше содержание в топливе горючих частей -- углерода и водорода. При полном сгорании углерода образуется двуокись углерода, а при сгорании водорода -- водяной пар. Неполное сгорание углерода связано, с образованием окиси углерода и уменьшением выделения тепла почти в 3 раза.
Увеличение расхода подводимого в топку воздуха вызывает возрастание потери с уходящими газами, так как на нагрев добавочного воздуха бесполезно затрачивается часть тепла. Кроме того, чрезмерная подача воздуха приводит к понижению температуры в топке, что связано с ухудшением условий теплообмена.
Для каждого частного случая, характеризуемого типом котлоагрегата, его нагрузкой и родом сжигаемого топлива, существует экономически наивыгоднейшее соотношение между расходами топлива и воздуха, потребного для сгорания. При этом оптимальном расходе воздуха суммарная потеря тепла от химической неполноты сгорания и с уходящими газами составляет наименьшую величину.
Поддержание оптимального режима работы топки котла требует непрерывного контроля количественного состава дымовых газов, причем наиболее важным является определение содержания в них кислорода или двуокиси углерода, характеризующих достигнутое соотношение между расходами топлива и воздуха.
Приборы для количественного анализа газов называются газоанализаторами. Для определения состава дымовых газов в прибор подается проба газа, отобранная из газохода котла. Содержание в ней отдельных компонентов измеряется газоанализатором объемных единицах, выраженных в процентах общего объема газовой смеси.
При полном сгорании топлива дымовые газы содержат азот (N 2), кислород (О 2), двуокись углерода (СО 2), водяной пар (Н 2 О) и в случае содержания в топливе горючей серы (S) двуокись серы (SО 2). При неполном сгорании в дымовых газах дополнительно появляются горючие газы: окись углерода (СО), водород (Н 2) и метан (СН 4).
Классификация газоанализаторов
Существуют
- ручные;
- автоматические газоанализаторы.
Первые служат для контрольных и лабораторных измерений, а вторые -- для непрерывного анализа газов в промышленных установках.
Ручные газоанализаторы являются переносными контрольными и лабораторными приборами. Благодаря большой точности измерения ими широко пользуются при испытаниях и наладке работы котлоагрегатов, а также для поверки автоматических газоанализаторов.
Автоматические газоанализаторы представляют собой технические приборы. Они выполняются показывающими и самопишущими и имеют дистанционную передачу показаний.
По принципу действия, применяемые на электростанциях газоанализаторы делятся на химические, хроматографические, магнитные и электрические.
Шкалы газоанализаторов градуируются в процентах объемного содержания отдельных компонентов в газовой смеси.
К ручным газоанализаторам относятся переносные химические и хроматографические приборы. Наибольшее применение получили химические газоанализаторы как весьма точные, простые и надежные устройства. В последнее время дли лабораторных измерений во многих отраслях начали использовать хроматографические газоанализаторы, применение которых перспективно и для электростанций. Химические газоанализаторы по своему назначению разделяются на газоанализаторы для сокращенного и полного (общего) анализа газа. Из них особенно широко применяются газоанализаторы для сокращенного анализа.
Химические газоанализаторы производят определение отдельных компонентов газовой смеси путем избирательного поглощения (абсорбции) их соответствующими химическими реактивами. Уменьшение при этом объема газовой смеси характеризует содержание в ней искомого компонента.
10.2. Методы определения качества воды и пара.
Существенное влияние на работу тепловой электростанции оказывает качество потребляемой котлами питательной воды, характеризуемое ее солесодержанием, жесткостью, содержанием растворенного кислорода, концентрацией водородных ионов и рядом других факторов, вызывающих в котлоагрегатах накипеобразование, выпадение шлама и коррозию металла.
Производимый котлами насыщенный пар, несмотря на наличие сепарационных устройств, всегда; содержит некоторое количество влаги. Влажность пара ухудшает его качество, так как вместе с водой уносятся содержащиеся в ней соли, отложение которых на отдельных участках парового тракта вызывает пережог труб пароперегревателей, заедание регулирующих клапанов турбин, понижение мощности и экономичности работы турбоагрегатов вследствие заноса лопаток турбин и т. п.
Для обеспечения надежной и эффективной, работы оборудования электростанции необходим непрерывный контроль качества пара, конденсата и питательной воды. В эксплуатации для этой цели Применяется ряд постоянно действующих измерительных приборов, а именно:
Для определения солесодержания пара, котловой и питательной воды -- солемеры,
- жесткости воды -- жесткомеры,
- концентрации в воде водородных ионов -- концентратомеры (рН-метры).
Определение солесодержания отобранной пробы пара (конденсата) или воды в химической лаборатории электростанции посредством выпаривания 3--5 . л воды с целью получения сухого остатка не может служить в качестве метода эксплуатационного контроля, так как оно отнимает слишком много времени (продолжительность анализа до 2 суток). Трудоемким является также определение лабораторным путем содержания растворенного в воде кислорода и других веществ.
Точность определения солесодержания насыщенного пара, поступающего из котла в пароперегреватель, в сильной степени зависит от метода отбора средней пробы, которая должна наиболее полно характеризовать качество проходящего по трубопроводу пара. Последний имеет неравномерное распределение скоростей и влажности по сечению трубы. Поэтому пароотборное устройство должно производить отбор пробы по всему диаметру паропровода.
Для отбора проб пара применяются пароотборные трубки (зонды) с рядом отверстий по образующей, устанавливаемые горизонтально на прямых вертикальных участках паропровода с нисходящим потоком пара. В виде исключения допускается установка пароотборной трубки на вертикальных участках с восходящим потоком.
На правильность отбора средней пробы оказывают влияние не.только способ установки пароотборной трубки, но и ее устройство, а также размеры паропровода.
Солемеры.
Автоматическое определение солесодержания пара (конденсата) и питательной воды производится кондуктометрическим методом, т.е. путем измерения их электропроводимости.
Электропроводимостью раствора (электролита) называется величина, обратная его электрическому сопротивлению, выражаемая в Ом -1 .
Для определения жесткости воды находит применение фотоколориметрический метод анализа, основанный на измерении силы света, поглощаемого окрашенным раствором. При условии монохроматичности поглощаемого света концентрация растворенных в воде веществ характеризуется ее оптической плотностью Д которая согласно закону Ламберта-Бера равна логарифму отношения сил света до и после поглощения раствором или пропорциональна концентрации окрашенного вещества и толщине слоя раствора. Построенные на фотоколориметрическом методе измерения жесткомеры имеют сравнительно простое устройство, обладают высокой чувствительностью и позволяют измерять небольшие концентрации растворенных в воде солей жесткости. В качестве чувствительного элемента прибора, преобразующего световую энергию в электрическую, служит фоторезистор или фотоэлемент. В жесткомерах обычно используется дифференциальная схема фотоколориметрирования, при которой оптическая плотность исследуемой воды сравнивается с оптической плотностью раствора точно известной концентрации, и на основании предварительной градуировки прибора определяется искомая жесткость воды.
Построенные на фотоколориметрическом методе измерения жесткомеры имеют сравнительно простое устройство, обладают высокой чувствительностью и позволяют измерять небольшие концентрации растворенных в воде солей жесткости. В качестве чувствительного элемента прибора, преобразующего световую энергию в электрическую, служит фоторезистор или фотоэлемент. В жесткомерах обычно используется дифференциальная схема фотоколориметрирования, при которой оптическая плотность исследуемой воды сравнивается с оптической плотностью раствора точно известной концентрации, и на основании предварительной градуировки прибора определяется искомая жесткость воды.
Кислородомеры .
Степень растворимости любого газа в воде зависит от парциального давления его в находящейся над водой газовой среде независимо от присутствия в этой среде других газов. Следовательно, если над поверхностью воды, содержащей растворенный кислород, будет находиться свободная от него газовая атмосфера, то кислород будет выделяться из воды до тех пор, пока не наступит состояние равновесия между концентрациями О 2 в газовой среде и воде. Отсюда чем больше О 2 будет содержаться в воде, тем большее его количество выделится в окружающую газовую среду. Наоборот, при уменьшении концентрации О 2 в воде часть его, ранее выделившаяся, будет вновь поглощаться водой до наступления нового равновесия.
Тема: Вычисление погрешностей измерений и класса точности прибора
1. Общие сведения о точности и погрешностях измерения.
2. Оценка и учет погрешностей.
3. Метрологические характеристики средств измерения.
Литература: С. 13-56.
1. При измерении любой величины, как бы тщательно мы ни производили измерение, не представляется возможным получить свободный от искажения результат. Причины этих искажений могут быть различны. Искажения могут быть вызваны несовершенством применяемых методов измерения, средств измерений, непостоянством условий измерения и рядом других причин. Искажения, которые получаются при всяком измерении, обусловливают погрешность измерения -- отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.
Погрешность измерения может быть выражена в единицах измеряемой величины, т. е. в виде абсолютной погрешности , которая представляет собой разность между значением, полученным при измерении, и истинным значением измеряемой величины. Погрешность измерения может быть выражена также в виде относительной погрешности измерения, представляющей собой отношение к истинному значению измеряемой величины. Строго говоря, истинное значение измеряемой величины всегда остается неизвестным, можно найти лишь приближенную оценку погрешности измерения.
Погрешность результата измерения дает представление о том, какие цифры в числовом значении величины, полученном в результате измерения, являются сомнительными. Округлять числовое значение результата измерения необходимо в соответствии с числовым разрядом значащей цифры погрешности, т. е. числовое значение результата измерения должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности. При округлении рекомендуется пользоваться правилами приближенных вычислений.
Погрешности измерения в зависимости от характера причин, вызывающих их появление, принято разделять на случайные, систематические и грубые.
Под случайной погрешностью понимают погрешность измерения, изменяющуюся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Они вызываются причинами, которые не могут быть определены при измерении и на которые нельзя оказать влияния. Присутствие случайных погрешностей можно обнаружить лишь при повторении измерений одной и той же величины с одинаковой тщательностью. Если при повторении измерений получаются одинаковые числовые значения, то это указывает не на отсутствие случайных погрешностей, а на недостаточную точность и чувствительность метода или средства измерений.
Случайные погрешности измерений непостоянны по значению и по знаку . Они не могут быть определены в отдельности и вызывают неточность результата измерения. Однако с помощью теории вероятностей и методов статистики случайные погрешности измерений могут быть количественно определены и охарактеризованы в их совокупности, причем тем надежнее, чем больше число проведенных наблюдений.
Под систематической погрешностью понимают погрешность измерения, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же величины. Если систематические погрешности известны, т. е. имеют определенное значение и определенный знак, они могут быть исключены путем внесения поправок.
Поправкой называют значение величины, одноименной с измеряемой, прибавляемое к полученному при измерении значению величины с целью исключения систематической погрешности. Отметим, что поправку, вводимую в показания измерительного прибора, называют поправкой к показанию прибора; поправку, прибавляемую к номинальному значению меры, называют поправкой к значению меры. В некоторых случаях пользуются поправочным множителем, под последним понимают число, на которое умножают результат измерения с целью исключения систематической погрешности. Обычно различают следующие разновидности систематических погрешностей: инструментальные, метода измерений, субъективные, установки, методические.
Под инструментальными погрешностями понимают погрешности измерения, зависящие от погрешностей применяемых средств измерений. При применении средств измерений повышенной точности инструментальные погрешности, вызываемые несовершенством средств измерений, могут быть исключены путем введения поправок. Инструментальные погрешности технических средств измерений не могут быть исключены, так как эти средства измерений при их поверке поправками не снабжаются.
Под погрешностью метода измерений понимают погрешность, происходящую от несовершенства метода измерений. Она возникает сравнительно часто при применении новых методов, а также при применении аппроксимирующих уравнений, представляющих иногда неточное приближение к действительной зависимости величин друг от друга. Погрешность метода измерений должна учитываться при оценке погрешности средства измерений и, в частности, измерительной установки, а иногда и погрешности результата измерений.
Субъективные погрешности (имеющие место при неавтоматических измерениях) вызываются индивидуальными особенностями наблюдателя, например запаздывание или опережение в регистрации момента какого-либо сигнала, неправильная интерполяция при отсчитывании показаний в пределах одного деления шкалы, от параллакса и т. п. Под погрешностью от параллакса понимают составляющую погрешности отсчитывания, происходящую вследствие визирования стрелки, расположенной на некотором расстоянии от поверхности шкалы, в направлении, не перпендикулярном поверхности шкалы.
Погрешности установки возникают вследствие неправильной установки стрелки измерительного прибора на начальную отметку шкалы или небрежной установки средства измерений, например не по отвесу или уровню и т. п.
Методические погрешности измерений представляют собой такие погрешности, которые определяются условиями (или методикой) измерения величины (давления, температуры и т. д. данного объекта) и не зависят от точности применяемых средств измерений. Методическая погрешность может быть вызвана, например, добавочным давлением столба жидкости в соединительной линии, если прибор, измеряющий давление, будет установлен ниже или выше места отбора давления, а при измерении температуры термоэлектрическим термометром в комплекте с измерительным прибором.
При выполнении измерений, особенно точных, необходимо иметь в виду, что систематические погрешности могут значительно исказить результаты измерения. Поэтому прежде чем приступить к измерению, необходимо выяснить все возможные источники систематических погрешностей и принять меры к их исключению или определению. Однако дать исчерпывающие правила для отыскания и исключения систематических погрешностей практически невозможно, так как слишком разнообразны приемы измерения различных величин. Кроме того, при неавтоматических измерениях многое зависит от знаний и опыта экспериментатора. Ниже приведем некоторые общие приемы исключения и выявления систематических погрешностей. Для выявления возможных изменений инструментальных погрешностей вследствие тех или иных неисправностей применяемых средств измерений или их износа и других причин все они должны подвергаться регулярной поверке.
Для исключения погрешностей установки как при точных, так и при технических измерениях необходима тщательная и правильная установка средств измерений. Если же причиной погрешности являются внешние возмущения (температура, движение воздуха, вибрация и т. п.), то их влияние должно быть устранено или учтено.
Под грубой погрешностью измерения понимается погрешность измерения, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях.
При измерении переменной во времени величины результат измерения может оказаться искаженным помимо погрешностей, рассмотренных выше, погрешностью еще одного вида, возникающей только в динамическом режиме и получившей вследствие этого наименование динамической погрешности средства измерений. При измерении переменной во времени величины динамическая погрешность может возникнуть вследствие неправильного выбора средства измерений или несоответствия измерительного прибора условиям измерения. При выборе средства измерений необходимо знать динамические свойства его, а также закон изменения измеряемой величины.
2. Оценка и учет погрешностей при точных измерениях
При выполнении точных измерений пользуются средствами измерений повышенной точности, а вместе с тем применяют и более совершенные методы измерения. Однако, несмотря на это, вследствие неизбежного наличия во всяком измерении случайных погрешностей истинное значение измеряемой величины остается неизвестным и вместо него мы принимаем некоторое среднее арифметическое значение, относительно которого при большом числе измерений, как показывает теория вероятностей и математическая статистика, у нас есть обоснованная уверенность считать, что оно является наилучшим приближением к истинному значению.
Обычно, кроме случайных погрешностей, на точность измерения могут влиять систематические погрешности. Измерения должны проводиться так, чтобы систематических погрешностей не было. В дальнейшем при применении предложений и выводов, вытекающих из теории погрешностей, и обработке результатов наблюдения будем полагать, что ряды измерений не содержат систематических погрешностей, а также из них исключены грубые погрешности.
Способы числового выражения погрешностей средств измерений.
Абсолютная погрешность измерительного прибора определяется разностью между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины. Если? -- абсолютная погрешность, х -- показание прибора, х А -- действительное значение измеряемой величины, то
? = х-х А .
Абсолютная погрешность меры равна разности между номинальным значением меры и действительным значением воспроизводимой ею величины и определяется аналогичной формулой.
Абсолютная погрешность измерительного преобразователя по входу -- разность между значением величины на входе преобразователя, определяемым по действительному значению величины на его выходе с помощью градуировочной характеристики, приписанной преобразователю, и действительным значением величины на входе преобразователя.
Абсолютная погрешность измерительного преобразователя по выходу -- разность между действительным значением величины на выходе преобразователя, отображающей измеряемую величину, и значением величины на выходе, определяемым по действительному значению величины на входе с помощью градуировочной характеристики, приписанной преобразователю.
При оценке качества мер и измерительных приборов иногда применяют относительные погрешности , выражаемые в долях (или процентах) действительного значения измеряемой величины:
Относительную погрешность можно выразить также в долях (или процентах) номинального значения меры или показания прибора.
Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей средств измерений для каждого из классов точности устанавливаются в виде абсолютных или приведенных погрешностей. Основная и дополнительные погрешности выражаются одним и тем же способом.
Абсолютная погрешность выражается:
1)одним значением
где?-- предел допускаемой абсолютной погрешности; а -- постоянное число;
2)в виде зависимости предела допускаемой погрешности от номинального значения, показания или сигнала х, выраженной двухчленной формулой
где b -- постоянное число;
3) в виде таблицы пределов допускаемых погрешностей для разных номинальных значений, показаний или сигналов.
Приведенная погрешность определяется формулой
Поправка. Под поправкой понимают значение величины, одноименной с измеряемой, прибавляемое к полученному при измерении значению величины с целью исключения систематической погрешности.
Поправку, прибавляемую к номинальному значению меры, называют поправкой к значению мер ; поправку, вводимую в показания измерительного прибора, называют поправкой к показанию прибора . Поправка, вводимая в показания прибора х п , дает возможность получить действительное значение измеряемой величины х л .
Если с--поправка, выраженная в единицах измеряемой величины, то согласно определению
т. е. поправка равна абсолютной погрешности измерительного прибора, взятой с обратным знаком.
В некоторых случаях для исключения систематической погрешности пользуются поправочным множителем, представляющим собой число, на которое умножают результат измерения.
При поверке средств измерений поправками снабжаются только образцовые средства измерений, а также рабочие средства измерений повышенной точности. Промышленные (технические) средства измерений при их поверке поправками не снабжаются, так как они предназначены для применения без поправок. Если в результате поверки промышленных средств измерений будет установлено, что их погрешности не выходят за пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей, то они признаются годными к применению.
3. Основные сведения о метрологических характеристиках средств измерений.
При оценке качества и свойств средств измерений большое значение имеет знание их метрологических характеристик, позволяющих выполнить оценку погрешностей при работе как в статическом, так и динамическом режиме.
Класс точности и допускаемые погрешности. Класс точности средств измерений является обобщенной их характеристикой, определяемой пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность. Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Следует иметь в виду, что класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств, так как точность зависит также от метода измерений и условий их выполнения.
Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей средств измерений для каждого из классов точности устанавливаются в виде абсолютных и приведенных погрешностей.
Средствам измерений, пределы допускаемых погрешностей которых выражаются в единицах измеряемой величины, присваиваются классы точности, обозначаемые порядковыми номерами, причем средствам измерений с большим значением допускаемых погрешностей устанавливаются классы большего порядкового номера. В этом случае обозначение класса точности средства измерений не связано со значением предела допускаемой погрешности, т. е. носит условный характер.
Средствам измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых задаются в виде приведенных (относительных) погрешностей, присваивают классы точности, выбираемые из ряда (ГОСТ 13600-68):
К = (1; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0) * 10 n ; n =1; 0; -1; -2...
Конкретные классы точности устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Чем меньше число, обозначающее класс точности средства измерений, тем меньше пределы допускаемой основной погрешности. Классы точности средств измерения, нормируемых по приведенным погрешностям, имеют связь с конкретным значением предела погрешности.
Средства измерений с двумя или более диапазонами (или шкалами) могут иметь два или более классов точности.
Основной погрешностью средства измерений называется погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях. Под пределом допускаемой основной погрешности понимают наибольшую (без учета знака) основную погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению. Эту погрешность для краткости часто называют допускаемой основной погрешностью.
Под нормальными условиями применения средств измерений понимаются условия, при которых влияющие величины (температура окружающего воздуха, барометрическое давление, влажность, напряжение питания, частота тока и т. д.) имеют нормальные значения или находятся в пределах нормальной области значений. Для средств измерений нормальными условиями применения является также определенное пространственное их положение, отсутствие вибрации, внешнего электрического и магнитного поля, кроме земного магнитного поля.
В качестве нормальных значений или нормальной области значений влияющих величин принимают, например, температуру окружающего воздуха 20±5°С (или 20±2°С); барометрическое давление 760±25 мм рт. ст. (101,325±3,3 кПа); напряжение питания 220 В с частотой 50 Гц и т. д. Приведенные в качестве примера нормальные значения или нормальные области значений влияющих величин не для всех средств измерений обязательны. В каждом отдельном случае нормальные значения или нормальные области значений влияющих величин устанавливаются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида, при которых значение допускаемой основной погрешности не превышает установленных пределов.
Указанные нормальные условия применения средств измерений обычно не являются рабочими условиями их применения. Поэтому для каждого вида средств измерений в стандартах или технических условиях устанавливают расширенную область значений влияющей величины, в пределах которой значение дополнительной погрешности (изменение показаний для измерительных приборов) не должно превышать установленных пределов.
В качестве расширенной области значений влияющих величин принимают, например, температуру окружающего воздуха от 5 до 50°С (или от I--50 до +50°С), относительную влажность воздуха от 30 до 80% (или от 30 до 98%), напряжение питания от 187 до 242 В и т. д. В некоторых случаях при нормировании пределов допускаемых дополнительных погрешностей средств измерений дается функциональная зависимость допускаемой дополнительной погрешности от изменения влияющей величины.
Под изменением показаний прибора (дополнительной погрешностью меры, преобразователя по входу или выходу) понимается изменение погрешности прибора (меры, преобразователя) вследствие изменения ее действительного значения, вызванное отклонением одной из влияющих величин от нормального значения или выходом за пределы нормальной области значений.
Под пределом допускаемой дополнительной погрешности (изменением показаний) понимается наибольшая (без учета знака) дополнительная погрешность (изменение показаний), вызываемая изменением влияющей величины в пределах расширенной области, при которой средство измерений может быть признано годным и допущено к применению.
Необходимо отметить, что терминам основная и дополнительная погрешности соответствуют фактические погрешности средств измерений, имеющие место при данных условиях.
Отметим также, что терминам пределы допускаемой дополнительной (или соответственно основной) погрешности соответствуют граничные погрешности, в пределах которых средства измерений по техническим требованиям могут считаться годными и быть допущены к применению. Все пределы допускаемых погрешностей устанавливаются для значений измеряемых величин, лежащих в пределах диапазона измерений прибора, а для измерительных преобразователей I-- в пределах диапазона преобразования.
Следует также отметить, что в рабочих условиях могут иметь место внешние явления, воздействие которых не выражается в непосредственном влиянии на показания прибора или выходной сигнал преобразователя, но они могут явиться причиной порчи и нарушения действия измерительного блока, механизма, преобразователя и т. п., например на приборы и преобразователи могут воздействовать агрессивные газы, пыль, вода и т. д. От воздействия этих факторов приборы и преобразователи защищают с помощью защитных корпусов, чехлов и т. д.
Кроме того, на средства измерений могут воздействовать внешние механические силы (вибрация, тряска и удары), которые могут привести к искажению показаний приборов и невозможности осуществления отсчета во время этих воздействий. Более сильные воздействия могут вызвать порчу или даже разрушение прибора и преобразователя. Измерительные приборы и преобразователи, предназначенные для работы в условиях механических воздействий, различных по интенсивности и другим характеристикам, защищают специальными устройствами от разрушающего действия или усиливают их прочность.
В зависимости от степени защищенности от внешних воздействий и устойчивости к ним приборы и преобразователи подразделяются (ГОСТ 2405-63) на обыкновенные, виброустойчивые, пылезащищенные, брызгозащищенные, герметические, газозащищенные, взрывозащищенные и т. д. Это дает возможность выбирать средства измерений применительно к рабочим условиям.
Размещено на Allbest.ru
Понятие измерения в теплотехнике. Числовое значение измеряемой величины. Прямые и косвенные измерения, их методы и средства. Виды погрешностей измерений. Принцип действия стеклянных жидкостных термометров. Измерение уровня жидкостей, типы уровнемеров.
курс лекций , добавлен 18.04.2013
Структурно-классификационная модель единиц, видов и средств измерений. Виды погрешностей, их оценка и обработка в Microsoft Excel. Определение класса точности маршрутизатора, магнитоэлектрического прибора, инфракрасного термометра, портативных весов.
курсовая работа , добавлен 06.04.2015
Понятие о физической величине как одно из общих в физике и метрологии. Единицы измерения физических величин. Нижний и верхний пределы измерений. Возможности и методы измерения физических величин. Реактивный, тензорезистивный и терморезистивный методы.
контрольная работа , добавлен 18.11.2013
Средства обеспечения единства измерений, исторические аспекты метрологии. Измерения механических величин. Определение вязкости, характеристика и внутреннее устройство приборов для ее измерения. Проведение контроля температуры и ее влияние на вязкость.
курсовая работа , добавлен 12.12.2010
Критерии грубых погрешностей. Интервальная оценка среднего квадратического отклонения. Обработка результатов косвенных и прямых видов измерений. Методика расчёта статистических характеристик погрешностей системы измерений. Определение класса точности.
курсовая работа , добавлен 17.05.2015
Суть физической величины, классификация и характеристики ее измерений. Статические и динамические измерения физических величин. Обработка результатов прямых, косвенных и совместных измерений, нормирование формы их представления и оценка неопределенности.
курсовая работа , добавлен 12.03.2013
Классификация средств измерений и определение их погрешностей. Рассмотрение законов Ньютона. Характеристика фундаментальных взаимодействий, сил тяготения и равнодействия. Описание назначений гравиметров, динамометров, прибора для измерения силы сжатия.
курсовая работа , добавлен 28.03.2010
Измерения на основе магниторезистивного, тензорезистивного, терморезистивного и фоторезистивного эффектов. Источники погрешностей, ограничивающих точность измерений. Рассмотрение примеров технических устройств, основанных на резистивном эффекте.
курсовая работа , добавлен 20.05.2015
Прямые и косвенные виды измерения физических величин. Абсолютная, относительная, систематическая, случайная и средняя арифметическая погрешности, среднеквадратичное отклонение результата. Оценка погрешности при вычислениях, произведенных штангенциркулем.
контрольная работа , добавлен 25.12.2010
Определение погрешностей средства измерений, реализация прибора в программной среде National Instruments, Labview. Перечень основных метрологических характеристик средства измерений. Мультиметр Ц4360, его внешний вид. Реализация виртуального прибора.
Введение
1. Состав курсовой работы
2. Выбор технических средств измерения
3. Пояснения к графической части
4. Пояснения к расчетной части
4.1 Расчет суживающего устройства
4.2 Порядок расчета дроссельного устройства
4.3 Конструкция расходомерных диафрагм
4.4 Расчет измерительной схемы автоматического потенциометра
4.5 Расчет измерительной схемы автоматического моста
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Определяющая роль в решении задач обеспечения эффективности производства, надежности и безопасности эксплуатации технологического оборудования принадлежит автоматизированным системам управления технологическими процессами (АСУ ТП). Базовой системой любой современной АСУ ТП является система автоматического контроля, позволяющая получать измерительную информацию о режимных параметрах технологических процессов. Вопросы организации измерений, выбора средств измерений и измеряемых параметров тесно связаны со спецификой технологических процессов и должны быть решены на стадии проектирования соответствующих технологических установок, т. е. инженер теплоэнергетик, участвующий в проектировании технологической установки, должен иметь соответствующие знания методов измерения различных физических величин и навыки их применения.
Эти знания будущие специалисты, обучающиеся по специальности 140104 "Промышленная теплоэнергетика" получают при изучении дисциплины "Теплотехнические измерения". Курсовая работа, предусмотренная рабочей программой этой дисциплины, способствует закреплению, углублению и обобщению знаний, полученных студентами за время обучения, и применению этих знаний к комплексному решению конкретных инженерных задач по разработке схем теплотехнического контроля теплоэнергетических установок.
Курсовая работа включает в себя разработку измерительного канала контроля одного из параметров технологической установки, выбор средств измерения, расчет суживающего устройства или измерительной схемы вторичного прибора в зависимости от варианта задания.
1. СОСТАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа по проектированию измерительного канала контроля физического параметра технологического процесса состоит из пояснительной записки и графической части.
Текстовая часть (пояснительная записка) курсовой работы включает следующие основные разделы:
· Введение;
· Выбор технических средств измерения;
· Расчет погрешности измерительного канала;
· Расчет суживающего устройства (измерительной схемы вторичного прибора);
Графическая часть работы включает:
· функциональную схему разработанного измерительного канала;
· чертёж суживающего устройства (монтажный чертеж установки первичного преобразователя на технологическом оборудовании).
2. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ
Эта часть пояснительной записки включает в себя описание технологического процесса и обоснование выбора метода измерения заданного физического параметра. Основные проектные решения принимаются на основе анализа технологического процесса и действующих государственных и отраслевых нормативных документов.
Конкретные типы средств измерения выбирают с учетом особенностей технологического процесса и его параметров.
В первую очередь принимают во внимание такие факторы, как пожаро и взрывоопасность, агрессивность и токсичность среды, дальность передачи сигналов информации, требуемая точность и быстродействие. Эти факторы определяют выбор методов измерения технологических параметров, требуемые функциональные возможности приборов (показание, запись и т.д.), диапазоны измерения, классы точности, вид дистанционной передачи и т.д.
Приборы и преобразователи следует подбирать по справочной литературе, исходя из следующих соображений:
Для контроля одинаковых параметров технологического процесса необходимо применять однотипные средства измерения, выпускаемые серийно;
При большом числе одинаковых параметров рекомендуется применять многоточечные приборы;
Класс точности приборов должен соответствовать технологическим требованиям;
Для контроля технологических процессов с агрессивными средами необходимо предусматривать установку специальных приборов, а в случае применения приборов в нормальном исполнении нужно защищать их.
Наиболее распространенные типы промышленных вторичных приборов, входящих в Государственную систему промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), представлены в таблице 1.
Таблица 1
Приборы ПВ являются вторичными приборами пневматической системы "Старт" и применяются для измерения любых технологических параметров, предварительно преобразованных в давление сжатого воздуха (унифицированный пневматический сигнал).
Автоматические потенциометры КСП, уравновешенные мосты КСМ, миллиамперметры КСУ применяют для измерения и записи температуры и других параметров, изменение которых может быть преобразовано в изменение напряжения постоянного тока, активного сопротивления, силы постоянного тока.
Потенциометры КСП-4 в зависимости от модификации могут работать или в комплекте с одной или несколькими (если прибор многоточечный) термопарами стандартных градуировок, или с одним или несколькими источниками постоянного напряжения.
Уравновешенные мосты КСМ-4 работают в комплекте с одним или несколькими термометрами сопротивления стандартных градуировок, а миллиамперметры КСУ-4 - в комплекте с одним или несколькими источниками сигналов постоянного тока.
Вторичные приборы КСД работают в комплекте с первичными измерительными преобразователями, снабженными дифференциально-трансформаторными датчиками.
Каждый тип приборов, указанных выше, выпускается в различных модификациях, отличающихся размерами, диапазонами измерения, количеством входных сигналов, наличием вспомогательных устройств и т.д.
Выбирая тот или иной прибор по функциональному признаку, необходимо простоту и дешевизну аппаратуры сочетать с требованиями контроля и регулирования данного параметра. Наиболее важные параметры следует контролировать самопишущими приборами, более сложными и дорогими, чем показывающие приборы. Регулируемые параметры технологического процесса необходимо, также контролировать самопишущими приборами, что имеет значение для корректировки настройки регуляторов.
При выборе вторичных приборов для совместной работы с однотипными датчиками одной градуировки и с одинаковыми пределами измерения следует учитывать, приборы КСП, КСМ, КСД выпускаются с числом точек 3,6,12. В многоточечных приборах имеется переключатель, автоматически и поочередно подключающий датчик к измерительной схеме. Печатающее устройство, расположенное на каретке, отпечатывает на диаграмме точки с порядковым номером датчика.
При выборе вида унифицированного сигнала канала связи от датчика до вторичного прибора принимается во внимание длина канала связи. При длине до 300 м можно применять любой унифицированный сигнал, если автоматизируемый технологический процесс не является пожаро- и взрывоопасным. При пожаро- и взрывоопасности и расстоянии не более 300 м целесообразно использовать пневматические средства автоматизации, например приборы системы "Старт". Электрические средства измерения характеризуются гораздо меньшим запаздыванием и превосходят пневматические средства по точности (класс точности большинства пневматических приборов - 1,0, электрических - 0,5). Применение электрических средств упрощает внедрение вычислительных машин.
Выбирая датчики и вторичные приборы для совместной работы, следует обращать внимание на согласование выходного сигнала датчика и входного сигнала вторичного прибора.
Например, при токовом выходном сигнале датчика входной сигнал вторичного прибора тоже должен быть токовым, причем род тока и диапазон его изменения у датчика и вторичного прибора должны быть одинаковыми. Если это условие не выполняется, то следует воспользоваться имеющимися в ГСП промежуточными преобразователями одного унифицированного сигнала в другой (табл.2).
Таблица 2
Наиболее распространенные промежуточные преобразователи ГСП
Промежуточный преобразователь НП-3 используется в качестве нормирующего для преобразования выходного сигнала дифференциально-трансформаторного преобразователя в унифицированный токовый сигнал.
Преобразователь ЭПП-63 осуществляют переход с электрической ветви ГСП на пневматическую.
При выборе датчиков и приборов следует обращать внимание не только на класс точности, но и на диапазон измерения. Следует помнить, что номинальные значения параметра должны находиться в последней трети диапазона измерения датчика или прибора. При невыполнении этого условия относительная погрешность измерения параметра значительно превысит относительную приведенную погрешность датчика или прибора. Таким образом, не следует выбирать диапазон измерения с большим запасом (достаточно иметь верхний предел измерения, не более чем на 25% превышающий номинальное значение параметра).
Первой функцией управления, подвергшейся автоматизации, было измерение. Измерительный прибор с индикатором заменяет органы чувств человека, обеспечивает быстрые и достаточно точные измерения. При необходимости к нему можно подключить регистрирующий прибор (РП), записывающий динамику изменения технологических параметров (рис. 1.1). Эти данные могут использоваться для анализа протекания технологического процесса (ТП), а диаграмма, записанная регистратором, служит отчетным документом. Функции оператора (О) при автоматической индикации сводятся к определению ошибки управления, а также реализации регулирующего воздействия.
Небольшие технические усовершенствования позволили перейти от автоматической индикации к автоматическому контролю. В этом случае оператор получает информацию об отклонении технологических параметров от заданных значений. Система автоматического контроля кроме измерителя и индикатора содержит устройство сравнения (УС) и задатчик (ЗД) - устройство, которое помнит значение технологического параметра. Разделение функций между оператором и системой контроля показано на рис. 1.2. Таким образом, задачей контроля (от французского contr?le - проверка чего-либо) является обнаружение событий, определяющих
Рис. 1.1.
автоматической индикации автоматического контроля
ход того или иного процесса. В случае когда эти события обнаруживаются без непосредственного участия человека, такой контроль называют автоматическим.
Важнейшей составной частью контроля является измерение физических величин, характеризующих протекание процесса. Такие величины называются параметрами процесса. Технологические процессы в инженерных системах характеризуются значениями таких физических величин (параметров), как влажность, давление, температура, уровень, расход и количество жидких и газовых сред.
Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Конечной целью любого измерения является получение количественной информации об измеряемой величине. В процессе измерения устанавливается, во сколько раз измеряемая физическая величина больше или меньше однородной с нею в качественном отношении физической величины, принятой за единицу.
Если 0 - измеряемая физическая величина, - некоторый размер физической величины, принятой за единицу измерения, ц - числовое значение (7 в принятой единице измерения, то результат измерения (7 может быть представлен следующим равенством:
(1. 1)
Уравнение (1.1) называют основным уравнением измерения. Из него следует, что значение ц зависит от размера выбранной единицы измерения }
