1.Исходное состояние: установившаяся температура датчика θ1,
температура в объекте θ2 > θ1, см рис. П2-1.
2.В момент времени ti =0 датчик помещается в объект, изменение температуры датчика во времени θ i =f(ti) описывается диф. уравнением:
, (П2-1)
соответствующая передаточная функция W1(p):
, (П2-2)
где k – статический коэффициент передачи, мы будем считать k=1.
Постоянная времени «Т1» является параметром динамической характеристики датчика и определяется физикой процесса теплообмена:
, с (П2-3)
где m – масса датчика, кг;
с – удельная теплоемкость датчика, Дж/(кг*гр);
S – площадь внешней поверхности датчика, м2;
ξ – коэффициент теплоотдачи внешней поверхности, Вт/(м2 *гр).
При условии θ2 > θ1, переходный процесс нагрева датчика:
, (П2-4)
Считается, что переходный процесс практически заканчивается за время:
tП≈3*Т1
При этом погрешность Δ(θ2) измерения температуры θ2 составит:
Δ(θ2) = - 0.05*(θ2 - θ1).
Справочные данные для расчета:
удельная теплоемкость материалов «с», Дж/(кг*гр):
тяжелые металлы (медь, железо, латунь) с≈ 400;
алюминий, фарфор, слюда с≈ 800;
органические материалы (пластмассы) с≈ 1300;
коэффициент теплоотдачи «ξ», Вт/(м2 *гр):
в спокойной среде (воздух) ξ ≈10;
при вентиляции воздуха ξ ≈30:
при перемешивании воды ξ≈ 300.
- 32 -
Пример расчета постоянной времени «Т1»:
Масса датчика m= 0.3 кг, защитный чехол из стали,
т.е. с = 400 Дж/(кг*гр), объект – водяной термостат с активным перемешиванием, т.е ξ ≈300 Вт/(м2 *гр).
Начальная температура датчика θ1 =20°С, установившаясятемпература в термостате θ2 =80°С.
Площадь внешней поверхности датчика: S=πDL≈0.01 м2.
Тогда имеем:
Т1 = 0.3*400/(0.01*300) = 40 с.
Следовательно, переходный процесс нагрева датчика в этих условиях составит:
tП≈3*Т1 = 120 с, т.е 2 мин.
При этом, по истечении времени tП= 2 мин погрешность измерения температуры θ2 будет составлять:
Δ(θ2) = - 0.05*(θ2 - θ1)= -0.05*(80-20) = -3°С,
т.е. вторичный прибор будет показывать температуру 77 °С вместо 80°С.
При измерении температуры других объектов, например, при измерении температуры воздуха, величина «Т1» будет существенно выше.
В ГОСТах на датчики температуры величины «Т1» оцениваются по экспериментальным данным по водяному термостату.
В связи с тем, что фактически переходный процесс изменения температуры датчика имеет более сложный характер по сравнению с уравнением (П2-1), для уменьшения погрешности в модель динамики датчика добавляют т.наз. емкостное запаздывание «τ», и передаточнаяфункция модели датчика имеет вид:
(П2-5)
Соответствующая переходная характеристика нагрева имеет вид:
, (П2-6)
причем если ti<τ, то Θm i =0.
- 33 -
ПРИЛОЖЕНИЕ П3
Основные положения и терминология [8].
1.Метрология – ( от гречес кого metron- мера и logos – учение) наука об измерениях, измерительных приборах, оценке точности измерений.
Метрологическое обеспечение – установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.
ГОСТ 1.25-76 –«Метрологическое обеспечение. Основные положения»
2. Стандартизация:
Стандартизация – деятельность, направленная на достижение полного соответствия производственной деятельности соответстующим стандартам. Целью стандартизации является повышение качества производства.
Стандарт– нормативно-технический документ, определяющий требования к объектам стандартизации: продукции, правилам производства продукции, применению продукции. Утвержденные государственные и отраслевые стандарты (ГОСТы и ОСТы) являются обязательными на всей территории РФ. ГОСТы в РФ утверждает Федеральное агенство по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирование).
Примеры единых государственных систем стандартов:
Государственная система стандартизации (ГСС), Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), Единая система конструкторской документации (ЕСКД), Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП), Единая система классификации и кодирования технико-экономической и социальной информации (ЕСКК ТЭСИ), Государственная система стандартов безопасности труда (ГССБТ) и др.
ОСТы разрабатываются соответствующими министерствами (пример – СНиП – строительные нормы и правила) на базе ГОСТов.
Стандарты предприятий и объединений предприятий (СТП) разрабатываются предприятиями и являются обязательными к применению только для этих предприятий.
Международные стандарты (ИСО/МЭК) разрабатываются Международной организацией по стандартизации (ISO), международной электротехнической комиссией (МЭК) и др. организациями.
3. Сертификация – деятельность специально уполномоченного органа власти, направленная на определение, проверку и документальное подтверждение действующих квалификационных требований к персоналу, процессам, процедурам и продукции.
Сертификат соответствия – документ, подтверждающий соответствие сертифицированной продукции установленным требованиям.
- 34 -
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1.Государственная система обеспечения единства измерений.
МЕТРОЛОГИЯ.Основные термины и определения.РМГ 29-99.
ИПК Издательство стандартов,Минск,2000.
2.Карташова А.Н., Дунин-Барковский И.В., Технологические
измерения и приборы в текстильной и легкой промышленности.,
М., «Легкая и пищевая промышленность»,1984
3.Иванова Г.М. и др.Теплотехнические измерения и приборы.
М.,ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1984
4.Электрические измерения неэлектрических величин,
под ред. Новицкого П.В.,Л.,ЭНЕРГИЯ, 1975
5.Вентцель Е.С. Теория вероятностей,
М., НАУКА,1964
6.Автоматизация технологических процессов легкой
промышленности,под ред. Плужникова Л.Н., М., Легпромбытиздат,
7.Каталог «Приборы и средства автоматизации» (в восьми томах),
М., НАУЧТЕХЛИТИЗДАТ,2004-2005.
8.Сарафанова Е.В., Метрология, стандартизация и сертификация,
Учебное пособие, М., РИОР, 2005
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
Кочеров Анатолий Васильевич, к.т.н.
