Валентин Владимирович Пронько
Технологические измерения и КИП
в пищевой промышленности
*** 1990 ***
|
ФPAГMEHT КНИГИ (...) Средства измерений (СИ)
Технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства, называются средствами измерений (СИ). Основными видами средств измерений являются меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы. Мера - это средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, гиря -мера массы. В практике измерений находят применение наборы мер, магазины мер. Как уже отмечалось, не для каждой физической величины возможно создание меры, что приводит к необходимости предварительного преобразования физической величины в другую, для которой существует мера. Измерительный преобразователь - это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Особенность измерительного преобразователя состоит в том, что он не является чем-то самостоятельным (хотя и может представлять собой законченную конструкцию). Измерительные преобразователи могут применяться не только для измерений, но и для других целей преобразования одной величины в другую с известной точностью. Измерительный прибор - это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. В отличие от меры, воспроизводящей известное значение величины, к измерительному прибору подводится физическая величина, чаще всего предварительно преобразованная, воздействующая на него тем или иным способом. Измерительная установка - это совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов) и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенная в одном месте. Измерительная система - это совокупность средств измерений (мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления. Из приведенной классификации средств измерений и их функционального назначения следует, что для нахождения значения физической величины необходимы как минимум два средства измерения: измерительный преобразователь и измерительный прибор. При этом из определений видно, что ни измерительный преобразователь самостоятельно, ни тем более измерительный прибор не измеряют физическую величину, являющуюся технологическим параметром (температура, давление, расход и т. д.): измерительный преобразователь преобразует измеряемую физическую величину в сигнал измерительной информации, а измерительный прибор преобразует этот сигнал в показание или сигнал, пропорциональный измеряемой величине, в форму, доступную для непосредственного восприятия наблюдателем. Например, утверждение, что "автоматический потенциометр измеряет температуру", неверно с точки зрения специалиста по автоматизации технологических процессов, потому что входным сигналом потенциометра является не температура, а напряжение (ЭДС). Но с помощью различных измерительных преобразователей можно температуру и другие физические величины преобразовывать в напряжение. Таким образом, точнее будет утверждение, что "потенциометр в комплекте с термоэлектрическим измерительным преобразователем предназначен для измерения температуры или других физических величин, предварительно преобразованных с помощью измерительных преобразователей в напряжение или ЭДС". Для категории средств измерений, охватывающих измерительный преобразователь и измерительный прибор, допускается применять термин "измерительное устройство”. На практике встречается два варианта измерительных устройств. В первом варианте измерительный преобразователь и измерительный прибор конструктивно объединены в единое целое (например, манометр показывающий), и такое измерительное устройство обычно принято называть контрольно-измерительным прибором. Во втором варианте измерительный преобразователь, к которому подводится непосредственно измеряемая физическая величина и измерительный прибор, выполнены конструктивно раздельно и соединены между собой линией связи. В данном случае измерительный преобразователь называют первичным прибором (или чаще датчиком), а измерительный прибор - вторичным измерительным прибором (или просто вторичным прибором). Например, термопара - это датчик, а потенциометр, работающий в комплекте с термопарой, -ее вторичный прибор. Конструктивные особенности и технические характеристики средства измерения определяются его принципом действия. Принцип действия СИ - физический принцип, положенный в основу построения средства измерения данного типа. Принцип действия часто бывает отражен в названии средства измерения, например: термоэлектрический термометр, термокондуктометрический газоанализатор, ультразвуковой уровнемер и т. д. По метрологическому признаку средства измерений подразделяются на образцовые и рабочие. Образцовые СИ предназначены для поверки (определения погрешностей средства измерений и установления его пригодности к применению) других средств измерений, как рабочих, так и образцовых, менее высокой точности. Рабопе СИ (лабораторные и технические) применяются для измерения физических величин в лабораторных и производственных условиях. Сущность разделения средств измерашй на образцовые и рабочие лежит не в конструкции (и даже не в точности СИ). а в их функциональном назначении. Одно и то же средство измерений может быть использовано и как рабочее, и как образцовое. Но если СИ предназначено для применения в качестве образцового, оно изолируется от любых других измерений, кроме поверки и градуировки, и ему обеспечиваются надлежащие условия эксплуатации и хранения. Если же образцовым СИ проводят измерения в производственных условиях, то свой функциональный признак образцовый он теряет. Запрещение применять образцовые средства измерений для практических измерений является одним из важнейших правил метрологии. Средства измерений могут классифицироваться по различным признакам, которые в большинстве случаев взаимно независимы и в каждом средстве измерений могут находится в любых сочетаниях. К числу таких признаков относятся: принцип действия, способ образования показаний, способ получения численного значения измеряемой величины, точность, условия применения, степень защищенности от влияния внешних факторов, прочность и устойчивость против механических воздействий и перегрузок, стабильность, чувствительность, пределы и диапазон измерений и др. По одним признакам классификация различных СИ одинакова, по другим различна. Некоторые признаки применимы только к конкретным СИ и неприменимы к другим. Наибольшее число признаков охватывает классификация измерительных приборов. Измерительные преобразователи можно классифицировать по большинству из приведенных признаков. В техническом отношении сущность технологических измерений можно кратко определить следующей формулой: "что, как и чем измерять", поэтому в дальнейшем будут рассмотрены методы измерения конкретных физических величин и наиболее распространенные рабочие средства измерений: измерительные преобразователи и измерительные приборы. Измерительное преобразование и измерительные преобразователи В большинстве случаев измерения связаны с предварительным преобразованием измеряемой величины. Измерительное преобразование представляет собой отображение размера одной физической величины размером другой физической величины. Рассмотрим в качестве примера измерение давления р с помощью трубчато-пружинного манометра. Под действием давления трубчатая пружина раскручивается (ее свободный конец незначительно перемервется) - это первад ступень преобразования. Перемещение конца трубчатой пружины при помощи рычажно-зубчатого механизма преобразуется в угол поворота трибки (оси) - это вторая ступень преобразования. На оси находится стрелка, конец которой перемешается по шкале с делениями, - это третья ступень преобразования позволяющая получить численное значение измеряемой величины. В общем виде все преобразования можно записать -. Измерительный преобразователь как средство измерений позволяет реализовать измерительное преобразование Ар-Да. Элемент средства измерения, в котором происходит одно из ряда последовательных преобразований величины, называется преобразовательным элементом. Преобразовательный элемент не всегда конструктивно выделен, т. е. один и тот же элемент конструкции средства измерения может содержать два и более преобразовательных элемента. Совокупность преобразовательных элементов, обеспечивающая осуществление всех преобразований сигнала измерительной информации, называется измерительной цепью средства измерения. Часть первого в измерительной цепи преобразовательного элемента, находящаяся под непосредственным воздействием измеряемой величины, называется чувствительным элементом. При определении в конструкции средства измерения чувствительного элемента необходимо быть внимательным и не спутать его с защитной арматурой, которая непосредственно контактирует с измеряемой величиной. Понятие "измерительное преобразование" гораздо шире, чем понятие "измерительный преобразователь", так как одно и то же измерительное преобразование может выполняться рядом различных по принципу действия измерительных преобразователей. На рис. 1.2 приведены примеры различных преобразователей, реализующих одно и то же измерительное преобразование температуры в механическое перемещение А/. В первом случае это перемещение столбика ртути при ее расширении в результате повышения температуры г; во втором -перемещение биметаллической пластинки, различные слои которой имеют различные коэффициенты температурного расширения; в третьем случае - это перемещение указателя (стрелки) указательного прибора, связанного с чувствительным элементом, контактирующим со средой, температура которой измеряется. Таким образом, указание измерительного преобразования отвечает лишь на вопрос, что и во что необходимо преобразовать, а указание конкретных измерительных преобразователей отвечает на вопрос, как это физически можно выполнить. Физически измерительный преобразователь представляет собой техническое устройство, построенное на определенном принципе действия, выполняющее одно частное измерительное преобразование. Одной из основных характеристик измерительного преобразователя является коэффициент преобразования, представляющий собой отношение сигнала на выходе преобразователя, отображающего измеряемую величину, к вызывающему его сигналу на входе преобразователя. |
