Тема №7. Характеристика приладів та засобів вимірювальної техніки План

Державна система промислових приладів. Основні статистичні параметри засобів вимірювальної техніки. Узагальнена структурна схема вимірювальної інформаційної.

Державна система промислових приладів

Держа́вна систе́ма промисло́вих при́ладів і за́собів автоматиза́ції (ДСП) - це сукупність уніфікованих та нормалізованих рядів блоків, приладів і засобів для одержання, опрацювання та використання інформації, які відповідають єдиним технічним і метрологічним вимогам і мають уніфіковані параметри вхідних і вихідних сигналів, нормалізовані габарити, приєднувальні розміри, а також економічно обґрунтовану точність, надійність, довговічність та естетичність.

ДСП побудована на системотехнічних принципах створення універсальних технічних засобів промислової автоматики. Ці принципи передбачають:

1. Поділ приладів і засобів автоматизації за функціональними ознаками на основні типи.

2. Мінімізацію номенклатури на основі створення параметричних рядів, уніфікованих систем і агрегатованих комплексів приладів та засобів автоматизації.

3. Блоково-модульну побудову складних пристроїв на базі типових уніфікованих елементів: блоків і модулів.

4. Сумісність приладів і засобів автоматизації ДСП у роботі автоматичних систем контролю та управління на основі:

уніфікації сигналів зв'язку між електричними, пневматичними і гідравлічними приладами;

уніфікації конструктивів і приєднувальних розмірів;

уніфікації технічних та експлуатаційних вимог.

Класифікація виробів за ДСП

За функціональною ознакою вироби ДСП поділяються на наступні групи:

1. Пристрої отримання інформації про стан процесу — давачі (первинні вимірювальні перетворювачі).

2. Пристрої приймання, перетворення і передавання інформації каналами зв'язку — комутатори вимірювальних ланцюгів, перетворювачі сигналів і кодів, телемеханічні пристрої вимірювання, сигналізації та керування.

3. Засоби обробки, зберігання та подачі інформації та пристрої формування команд керування — аналізатори сигналів, функційні і операційні перетворювачі, логічні пристрої, регулятори, задавачі, керуючі обчислювальні пристрої і комплекси.

4. Пристрої реалізації командної інформації на об'єкті керування — виконавчі механізми, підсилювачі потужності.

За видом енергії носія сигналів у каналі зв'язку вироби ДСП поділяють на:

електричні — це прилади і засоби автоматизації, у яких для живлення використовується зовнішня електрична енергія, а енергетичним носієм інформації є електричний сигнал. Електрична гілка розділяється на аналогову та дискретну гілки ДСП з відповідними стандартними уніфікованими сигналами. Найширшого використання набули електричні засоби зі струмовими сигналами 0...5 мА та 4...20 мА, а за напругою 0...10 В;

пневматичні — це прилади і засоби автоматизації, в яких для живлення використовується стиснуте повітря під тиском 140 кПа, а енергетичним носієм інформації є стандартний пневматичний сигнал 20...100 кПа. Засоби пневмоавтоматики і вторинні прилади широко використовуються у хімічній, нафтопереробній, газовій, харчовій та інших галузях промисловості;

гідравлічні — це прилади і засоби автоматизації, у яких джерелом зовнішньої енергії є стиснута рідина, а носієм інформації — гідравлічні сигнали. Робоча рідина (індустріальні, турбінні та трансформаторні оливи та вода), що є енергоносієм, перебуває під тиском від 0,16 до 6,4 МПа. Засоби гідравлічної гілки ДСП забезпечують точні переміщення виконавчих механізмів при великих зусиллях;

ті, шо використовують інші види енергії;

комбіновані — низка приладів і засобів автоматизації різних гілок ДСП, об'єднаних за допомогою перетворювачів, на базі яких розроблені системи автоматизації з урахуванням конкретних умов роботи та виробництва: висока вологість, вибухонебезпечність, пожежонебезпечність, інерційність та ін. Найчастіше використовуються пневматичні датчики з електричними приладами та ЕОМ за допомогою пневмоелектричних та електропневматичних перетворювачів;

ті, що працюють без використання допоміжної енергії, а за рахунок енергії середовища, параметри якого вимірюються та регулюються. Наприклад, регулювання рівнями температури, тиску та ін.

Основні статистичні параметри засобів вимірювальної техніки.

Залежно від призначення, будови, принципу дії, засоби вимірювальної техніки мають різні характеристики, які визначаються точністю, правильністю, чутливістю, відтворенням, збіжністю, швидкодією та надійністю роботи.

Результати вимірюваної величини визначаються за шкалою приладу, діапазон показів якого обмежений початковим і кінцевим значенням.

Діапазон вимірювань — інтервал вимірюваної величини, у межах якого пронормовані похибки засобу вимірювання.

Досить часто діапазон вимірювань подається не в одиницях вимірюваної величини, а у вигляді нормованого сигналу для відповідних оцифрованих значень шкали засобу вимірювання і називається градуювальною характеристикою. Вона встановлюється як залежність між значеннями вимірюваної величини на вході та виході засобу вимірювань, отриманими під час градуювання та поданими у вигляді таблиці, графіка або формули. Наприклад, градуювальна характеристика автоматичного потенціометра, моста, логометра та інших прикладів подана таблично як залежність показань температури на шкалі приладу від вхідного сигналу, мілівольтах.

Точністю засобу вимірювання називається характеристика засобу вимірювань, яка визначається за близькістю його показів до істинного значення вимірюваної величини або ж близькістю до нуля всіх його похибок (випадкових, систематичних методичних та інших).

Правильністю засобу вимірювань називається характеристика, яка показує близькість до нуля його систематичних похибок.

Важливою характеристикою засобу вимірювання є його чутливість, що розраховується з відношення зміни вихідної величини засобу вимірювання до зміни вхідної величини, яка спричинила цю зміну.

Коефіцієнт перетворення

Номінальний коефіцієнт перетворення

Чутливість ЗВТ - відношення зміни вихідного сигналу ΔYдо зміни вхідного сигналу ΔΧ, що викликала цю зміну вихідного сигналу і визначається як

Якщо функція перетворення задана аналітично, то чутливість визначається як похідна від неї:

Розмірність чутливості - це відношення розмірностей вихідного та вхідного сигналів.

Поріг чутливості - найменша зміна вхідного сигналу, що викликає помітну зміну вихідного сигналу. Поріг чутливості має розмірність вхідного сигналу.

Поріг чутливості - найменше значення вимірюваної величини, яке може бути виявлене засобом вимірювання, тобто на виході засобу вимірювання відбудеться зміна вихідної величини хоча б на 0,5 поділки.

Поряд з приведеними характеристиками важливе значення мають характеристики якості засобів вимірювань, які вказують на близькість результатів вимірювань, виконаних як воднакових, так і в різних умовах експерименту.

Збіжність засобу вимірювань - характеристика якості, яка відображає близькість результатів вимірювань однієї і тієї самої величини у однакових умовах.

Відтворюваність засобу вимірювань - характернетика якості, яка відображає близькість результатів вимірювань однієї і тієї самої величини, виконаних у різних умовах, різних місцях, різними методами і засобами вимірювань.

Стабільність засобу вимірювань - характеристика якості засобу вимірювань, яка вказує на незмінність у часі його метрологічних властивостей.

Швидкодія засобу вимірювань характеризується часом реагування засобу вимірювання на зміну вхідної вимірюваної величини. Для автоматичних приладів швидкодія - час переміщення каретки з одного кінця в другий кінець шкали приладу.

Надійність засобу вимірювання характеризується збереженням безвідмовної роботи протягом заданого достатнього часу. Надійність характеризується такими показниками: часом безвідмовної роботи, терміном роботи, наробкою на відмову та ін. Інколи надійність роботи засобу вимірювання характеризують за його працездатністю або можливістю виконувати свої функції відповідно до технічних вимог.

Слід зауважити, що на характеристики засобів вимірювальної техніки негативно впливають зовнішні умови (температура, тиск, вологість, вібрація, магнітні поля та ін.), тому умови експлуатації засобів вимірювальної техніки повинні відповідати умовам їх градуювання, вказаним у технічних паспортах.

Узагальнена структурна схема вимірювальної інформаційної системи

В поняття ВІС входять системи: вимірювальна, автоматичного контролю, технічної діагностики і розпізнавання образів. В поєднанні з комп'ютером ВІС становить вимірювально обчислювальний комплекс. Всі ВІС за структурою можна узагальнити і зобразити, як на рисунку, де позначено: О - об'єкт дослідження; С - споживач вимірювальної інформації; 1 - вимірювальна частина ВІС, до складу якої входять первинні перетворювачі, комутатори, перетворювачі неелектричних величин на електричні, міри і компаратори, аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) тощо; 2 - пристрій математичної обробки вимірювальної інформації за певним алгоритмом; 3 - пристрій передачі і зберігання вимірювальної інформації; 4 - пристрій відображення інформації (індикація, друк, перфорація, графіки тощо); 5 - пристрій автоматичного керування роботою ВІС.

Рис. 1. Вимірювальна інформаційна система

Вимірювальна частина ІВС може бути різної структури, а саме:

- паралельної дії - системи з паралельними вимірювальними каналами;

- паралельно-послідовної дії - системи з одним вимірювальним каналом і комутатором для перемикання первинних перетворювачів;

- послідовної дії - системи а одним вимірювальним каналом і з одним первинним перетворювачем, який сканує досліджуване поле вимірюваної величини в n заданих точках;

- мультиплікуючі розгортальні системи, у яких вимірювальні канали паралельні з окремими компараторами, але зі спільної мірою.

Питання для самоконтролю

1. Що являє собою державна система промислових приладів?

2. Наведіть класифікацію виробів за ДСП.

3. Наведіть основні статистичні параметри засобів вимірювальної техніки.

4. Чутливість ЗВТ та її характеристика.

5. Розмірність чутливості.

6. Поріг чутливості ЗВТта його характеристика.

7. Швидкодія ЗВТ та її характеристика.

8. Збіжність засобу вимірювань та її характеристика.

9. Відтворюваність засобу вимірювань.

10. Стабільність засобу вимірювань та її характеристика.

11. Що являє собою інформаційно-вимірювальна система?

12. Склад та характеристика ІВС.