Методы измерения и классификация контрольно-измерительных приборов

ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ ТЕХНИКИ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

Контроль параметров технологических процессов, обработанных деталей и изделий, запыленности и загазованности атмосферы цеха является неотъемлемой частью современного производства. Очевидно, что в любом автоматизированном произ­водстве контроль также должен быть автоматизирован.

Измерение технологического параметра (физической вели­чины) — это сравнение его с величиной, принятой за единицу измерения, с помощью специальных технических средств. Число, показывающее отношение измеряемой величины к единице измерения, называют численным значением измеряемой величины.

К числу технических средств измерения относятся меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы и изме­рительные системы.

Мера — эталон, служащий для хранения и воспроизведения единицы измерения. Например, за эталон длины принят метр.

Измерительным преобразователем называют устройство, предназначенное для преобразования измеряемого параметра в сигнал, удобный для дальнейшей передачи на расстояние или в цепь управляющего устройства. Преобразователи подразделяют на первичные (датчики), промежуточные, передающие и масштаб­ные. Измеряемую величину называют входной, а результат пре­образования — выходным сигналом. Первичные преобразователи предназначены для преобразования физических величин в сиг­налы, а передающие и промежуточные преобразователи формируют сигналы, удобные для передачи на расстояние и регистрации. К масштабным относят преобразователи, с помощью которых измеряемая величина изменяется в заданное число раз, т. е. они не преобразуют одну физическую величину в другую.

Измерительным прибором называют устройство, предназначен­ное для выработки измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (оператором). Измерительные приборы делят на две группы. К первой группе относят аналоговые приборы, показания которых являются не-

прерывной функцией измеряемого параметра. Вторая группа включает в себя цифровые приборы. Они вырабатывают дискрет­ные сигналы измеряемой информации в цифровой форме.

Измерительная система объединяет измерительные преобра­зователи и приборы, обеспечивая измерения параметра без участия человека.

Государственный стандарт устанавливает применение Между­народной системы единиц (СИ) во всех областях науки и техники.

В состав СИ входят семь основных единиц, две дополнительные и двадцать семь важнейших производных единиц.

В состав основных единиц входят: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), моль (моль), кандела (кд).

К дополнительным единицам системы СИ относятся радиан и стерадиан, а все остальные единицы являются производными. Например, единица силы — ньютон (Н), сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с²; единица давления — паскаль (Па), за еди­ницу давления принимается такое равномерно распределенное давление» при котором на 1 м² действует нормально к поверх­ности сила, равная 1 Н, и т. п.

Все измерения делят на прямые и косвенные. При прямых измерениях числовое значение измеряемого параметра определяют непосредственно измерительным прибором: например, измере­ние температуры термометром или линейных размеров детали мерительным инструментом. Косвенные измерения предусматри­вают определение искомого параметра на основании прямого измерения вспомогательной величины, связанной с измеряемым параметром определенной функциональной зависимостью. На­пример, определение объема тела по его длине, ширине и высоте или измерение температуры по изменению электропроводности термометра сопротивления.

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

Следует помнить, что никакое измерение не может быть выполнено абсолютно точно. Его результат всегда содержит некоторую погрешность. Поэтому в задачу измерений входит не только нахождение значения контролируемого параметра, но также и оценка допущенной при измерении погрешности.

Показания А любого измерительного прибора всегда отли­чаются от истинного значения Л_о измеряемого параметра. Такое отличие называют абсолютной погрешностью прибора А, т. е.

А = А — А_о.

Причин, порождающих погрешности измерения, достаточно много, и учесть их все не представляется возможным.

В зависимости от причин погрешности подразделяют на шесть групп: погрешности метода измерения, инструментальные, настройки прибора и его взаимодействия с объектом измерения, динамические и субъективные погрешности.

Если значение абсолютной погрешности А отнести к истинному значению А_о измеряемого параметра, то получим относительную погрешность е, т. е.

е = А/А_о.

Отношение абсолютной погрешности А к диапазону шкалы прибора N называют приведенной относительной погрешностью £, т. е.

I = A/N.

Если прибор имеет двустороннюю шкалу, то погрешность показаний относят к сумме верхнего и нижнего пределов шкал. При наличии безнулевой шкалы (шкала начинается не с нуля) погрешность показаний относят к разности между верхним и нижним значениями шкалы.

Максимальное значение погрешности характеризует класс точ­ности прибора.

Контрольно-измерительные приборы подразделяют на классы точности, обозначаемые цифрами: 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 и т. д. эти цифры ставят на шкалах приборов и обводят круж­ками. Их значение соответствует погрешности прибора.

Различают также статические и динамические погрешности. Первые имеют место при установившемся значении измеряемого параметра и постоянных внешних условиях работы прибора. Если специально не оговорено, то под погрешностью прибора подразумевается статическая погрешность. Динамическая погрешность возникает в результате инерционности измеряемого параметра.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Прямые измерения осуществляются четырьмя основ­ными методами: непосредственной оценки, нулевым (компенса­ционным), дифференциальным и замещения.

Контрольно-измерительные приборы можно классифицировать по следующим признакам: способу отсчета измеряемого параметра, Логическому назначению, роду измеряемого параметра и устройству выдачи информации.

По способу отсчета измеряемой величины приборы подразделяют на Компарирующие(приборы с ручной наводкой), показывающие, регистрирующие, интегрирующие, сигнализирующие и комбинированные. Компарирующие приборы служат для сравнения мер друг с другом

для сравнения измеряемого параметра с мерами. К числу таких приборов относят весы, потенциометры

Указывающие приборы дают значения измеряемого параметра В момент измерения. Они бывают стрелочными или цифровыми,

В стрелочных приборах либо стрелка перемещается вдоль шкалы, либо шкала перемещается относительно неподвижной стрелки.

В цифровых показывающих приборах как правило используют люмминесцентные или газоразрядные элементы (индикаторы) и ^электронно-лучевые трубки.

Регистрирующие приборы автоматически записывают результаты измерения в течение всего времени работы прибора. Запись, как правило, ведется на бумажной ленте или бумажном диске, что позволяет по характеру кривой судить о всех изменениях изме­римого параметра за тот или иной промежуток времени.

Наиболее распространены две формы записи. В первом случае neро вычерчивает на диаграмме непрерывную кривую, во втором случае специальное печатающее устройство периодически отмечает на диаграмме значение измеряемого параметра.

Регистрирующие приборы выпускают одноканальные и много-канальные (с числом каналов 2, 3, 6, 12 и 24). Последние позво­ляют регистрировать значение параметра в нескольких аппара­тах Или печах, число которых равняется числу каналов прибора.

Интегрирующие приборы (счетчики) позволяют определить сум^_ар_ное значение измеряемого параметра.

Сигнализирующие приборы предназначены для непрерывного измерения значения контролируемого параметра и сигнализации ⁰ % отклонении от заданного.

Комбинированные приборы представляют собой сочетание разных приборов: например, счетчики монтируют в одном корпусе с показывающим или самопишущим прибором. В комбинированные приборы могут встраиваться и регулирующие устройства.