Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Технологические измерения и приборы

Подождите немного. Документ загружается.

411

ся устройством управления (УУ). В частных случаях реализации некоторые

из названных блоков ИВС могут отсутствовать. Например, если в ИВС

используются рассмотренные выше измерительные устройства, имеющие

выходной сигнал в виде кода, отпадает необходимость включения в ИВС

блоков БАПП и БАЦП.

Рис. 14.6. Структурная схема информационно-вычислительной системы

При автоматизации химико-технологических процессов ИВС вы-

полняют функции измерения, контроля и технической диагностики,

используя, измерительную информацию, поступающую от одних и тех же

ПИП, а названные функции реализуются ИВК. программными средствами.

Одной из основных функций ИВС является сбор и обработка из-

мерительной информации. При этом ИВС обеспечивают выполнение как

прямых, так и косвенных измерений, в том числе расчет технико-

экономических показателей процесса. В табл. 14.2 приведены примеры

использования ИВС для выполнения косвенных и совокупных измерений.

Полученную с помощью ИВС информацию принято разделять на

оперативную, статистическую и отчетную.

Оперативной называют информацию, используемую для контроля и

управления технологическим процессом. Ее важной частью является

информация о технико-экономических параметрах.

Статистической называют информацию, получаемую на основе

многократных измерений и позволяющую судить о качестве техно-

логического процесса на протяжении длительного времени (несколько часов,

дней, месяцев).

Отчетной называют информацию, содержащую сведения о количестве,

качестве и ассортименте сырья, промежуточных и конечных продуктов

технологического процесса.

412

Таблица 14.2

Косвенные и совокупные измерения, осуществляемые на

химико-технологических процессах с помощью ИВС

Параметр Измеряемы

параметры

Функция Информация,

сохраняемая

в памяти ИВС

Массовый рас

ход газа

(принципом переменного

перепада давлений на

сужающем устройстве)

ΔР, P

, T

kG ∆ρ=

Статические харак-

теристики первичных

измерительных преоб-

разователей измеряе-

мых параметров и

статические характе-

ристики сужающего

устройства

Массовый расход газа

или жидкости (принципом

переменного пере

пада

давления на сужающем

устройстве)

ΔР, ρ

PkG ∆ρ=

То же

Масса (турбинным

счетчиком)

n, ρ

, η

m=f(n, ρ

, η

) Статические харак-

теристики первичных

измерительных преоб-

разователей.

Функции влияния

Коэффициент по

лезного

действия нагревательной пе-

чи

, G

, t

(

)

tctcG

21р22р

−

=η

Статические харак-

теристики первичных

измерительных пре-

образователей.

Значения с

р2

, c

р1

, q

Состав многокомпо-

нентных смесей (несколь-

кими анализаторами)

физико-

химических

свойств

См. гл. 13 Статические харак-

теристики анализато-

ров.

Коэффициенты сис-

темы уравнений

Функция жесткости (в

деструктивных процессах)

t, Q W = tτ

= t(V/Q)

Статические харак-

теристики первичных

преобразователей.

Значения V и а

Расход тепловой

энергии

потока жидкости

G, t

θ = Gc

– t

)

Статические харак-

теристики первичных

измерительных преоб-

разователей.

Значение с

413

Вторым важным направлением использования ИВС, в настоящее время

интенсивно развивающимся, является техническая диагностика, дающая

информацию о неисправностях и повреждениях оборудования, на основании

которой решается задача отыскания места повреждений и установление причин

этих повреждений и неисправностей. Задача технической диагностики

решается с использованием контрольных карт процесса, оценок переменных

состояний и параметров моделей процесса, методов распознавания технических

образов, информационных графов.

Обозначения к табл. 14.2:

ΔР — перепад давления на сужающем устройстве;

и T

— абсолютные давление и температура газового потока;

— плотность газа в нормальных условиях;

— плотность газа в рабочих условиях;

п — число оборотов турбинки;

— динамическая вязкость в рабочих условиях;

и G

— массовые расходы сырья и топлива;

и t

— температуры сырья на выходе и входе в печи или потребителя

тепловой энергии;

q — низшая массовая теплота сгорания топлива;

р2

и с

р1

— теплоемкости сырья при постоянном давлении на выходе и входе

печи;

t — характерная температура деструктивного процесса;

τ — время контакта;

Q — средний объемный расход;

V — объем реактора;

а — постоянная величина;

— теплоемкость жидкости.

414

ГЛАВА 15

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ИЗМЕРЕНИЙ

§ 15.1. Общие сведения

Под метрологическим обеспечением понимают установление и при-

менение научных организационных основ, технических средств, правил и

норм, необходимых для достижения единства и точности измерений.

Понятие «метрологическое обеспечение» неразрывно связано с понятием

«метрологическая служба».

Метрологическая служба СССР представляет собой одно из звеньев

государственного управления, основными задачами которого являются

осуществление комплекса мероприятий по метрологическому обеспечению

деятельности предприятий и организаций, обеспечение единства измерений и

требуемой точности измерений, повышение эффективности производства и

качества выпускаемой продукции.

Метрологическая служба СССР подразделяется на государственную и

ведомственную.

Руководство деятельностью метрологической службы СССР и ее

координацию осуществляет Государственный комитет СССР по стандартам

(Госстандарт).

В состав государственной метрологической службы СССР входят научно-

исследовательские метрологические институты с центрами эталонов,

стандартных образцов, стандартных и справочных данных, 15 управлений

уполномоченных Госстандарта СССР при Советах Министров союзных

республик с республиканскими центрами метрологии и стандартизации,

лаборатории государственного надзора за внедрением и соблюдением

стандартов и состоянием измерительной техники, которые имеются во всех

областных центрах страны, и межрайонные отделения этих лабораторий.

Ведомственные метрологические службы, создаваемые министерствами и

ведомствами, действуют под руководством Государственной метрологической

службы. Они служат для метрологического обеспечения отдельных отраслей

хозяйства.

Научно-правовой основой метрологического обеспечения является

государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ),

представляющая собой комплекс государственных стандартов и других

нормативно-технических документов.

415

Для многих практически важных измерений, в том числе и для

подавляющего большинства технологических измерений, единство измерений

обеспечивается единообразием средств измерений.

Под единообразием средств измерений понимают такое состояние

измерений, когда они проградуированы в узаконенных единицах, а их

метрологические свойства соответствуют нормам. Единообразие средств

измерений обеспечивается путем их поверки.

Проверкой средств измерений называют определение метрологическими

органами погрешности средств измерений и установление их пригодности к

применению. Используется также понятие поверки средств измерений, под

которой понимают операции, проводимые с целью получения информации о

средствах измерений вне связи с выявлением достоверности показаний.

Поверки средств измерений, осуществляемые Государственными и

ведомственными метрологическими службами, называют соответственно

государственными и ведомственными.

Государственной поверке подвергаются: средства измерений,

применяемые государственными и ведомственными метрологическими

службами; средства измерений, используемые для выполнения товарно-

учетных и торговых операций; средства измерений, связанные с охраной

здоровья, труда и противопожарной профилактикой; средства измерений,

используемые для регистрации спортивных национальных и международных

рекордов.

Все остальные средства измерений, в том числе средства технологических

измерений, подлежат обязательной ведомственной поверке.

При положительном исходе поверки средства измерений на него наносят

поверочное клеймо — знак, удостоверяющий факт проверки и признания

средства измерений годным к применению.

§ 15.2. Передача размера единиц от эталона к образцовым и рабочим

средствам измерений

Основой обеспечения единства измерений является воспроизведение,

хранение и передача размера установленных единиц физических величин.

Названные технологические процедуры осуществляются с помощью

эталонов и образцовых приборов (см. § 2.1).

Назначение эталонов — воспроизведение и хранение единиц физических

величин. Эталоны хранятся и используются в метрологических институтах и

ведущих организациях Государственной метрологической службы.

Передача размеров единиц от эталонов к рабочим средствам измерений

осуществляется с помощью образцовых средств измерений. Порядок этой

передачи устанавливается поверочными схемами.

Поверочная схема — утвержденный в установленном порядке документ,

устанавливающий средства, методы и точность передачи

416

размера единицы от эталона или исходного образцового средства

измерений рабочим средствам измерений.

Различают государственные, ведомственные и локальные поверочные

схемы.

Государственные поверочные схемы разрабатываются главными

центрами государственных эталонов и обобщаются в виде государственных

стандартов на общесоюзные поверочные схемы [33]. Они служат

основанием для составления ведомственных и локальных поверочных схем.

Ведомственные поверочные схемы разрабатываются ведомствен-

Рис. 15.1. Структура поверочной схемы:

1 — государственный эталон; 2 —метод передачи размеров; 3 — эталон-

копия; 4 — эталон-свидетель; 5 — рабочий эталон; 6—9 — образцовые

средства намерений; 10 — рабочие средства измерений наивысшей

точности; 12 — рабочие средства измерений высшей точности; 13 —

рабочие средства измерений высокой точности

417

ными поверочными метрологическими службами и распространяются на

средства измерений, поверяемые внутри ведомства.

Локальные поверочные схемы разрабатываются метрологическими

службами предприятий и распространяются на средства измерений,

поверяемые этой метрологической службой. Локальные поверочные схемы

составляются при наличии более двух ступеней передачи размера единицы

физической величины.

Поверочные схемы состоят из чертежа (рис. 15.1) и текстовой части. У

локальных поверочных схем текстовая часть может отсутвовать.

§ 15.3. Регулировка, градуировка и поверка средств измерений

Техническое единообразие средств измерений достигается их регу-

лировкой, градуировкой и поверкой.

Регулировка средств измерений — это совокупность операций, имеющих

целью уменьшение основной погрешности до предельно допустимого значения

путем уменьшения систематической составляющей погрешности средств

измерений.

Необходимость в регулировке возникает из-за несовершенства технологии

изготовления средств измерений. Для выполнения регулировки в средствах

измерений предусматривают элементы или узлы, изменение параметров

которых обеспечивает уменьшение аддитивной или мультипликативной

погрешности. Для уменьшения аддитивной погрешности в составе средств

измерений предусматривается узел регулировки нуля, а для уменьшения

мультипликативной погрешности — узел регулировки чувствительности.

При регулировке выбирают несколько точек (значений измеряемой

величины) в пределах диапазона измерений, в которых систематическая

погрешность путем регулировки сводится к нулю. Эти точки называют

точками регулировки.

На практике в качестве точек регулировки принимают начальное и

конечное, среднее и конечное или начальное, среднее и конечное значения

измеряемой величины в диапазоне измерений.

Градуировка (тарировка) средств измерений — это определение

градуировочной характеристики средств измерений.

Применительно к измерительным приборам под градуировкой понимают

процесс нанесения отметок на шкалы их или определение значений

измеряемой величины, соответствующих уже нанесенным на шкалы отметкам,

с целью составления градуировочных характеристик или таблиц.

При этом различают: градуировку типовых шкал, индивидуальную

градуировку шкалы и градуировку условной шкалы.

Градуировка типовых (печатных) шкал применяется для подавляющего

большинства рабочих и многих образцовых измерительных приборов. Шкалы

этих приборов изготовляются заранее в соответствии с уравнением

номинальной статической характеристики (см.

418

§ 2.5). При регулировке прибора регулировочным узлам придают значения, при

которых систематическая погрешность в точках регулировки равна нулю.

Индивидуальная градуировка шкал осуществляется в тех случаях, когда

статическая характеристика нелинейна или близка к линейной, но

систематическая погрешность изменяется в диапазоне измерений от прибора к

прибору так, что регулировкой не удается уменьшить основную погрешность

до пределов ее допустимых значений.

В процессе индивидуальной градуировки на шкалу прибора наносятся

отметки, соответствующие положениям указателя при нескольких наперед

заданных или принятых значениях измеряемой величины, которые

последовательно подаются к прибору.

Градуировка условной шкалы состоит в определении с помощью

образцовых средств измерений значений измеряемой величины, со-

ответствующих нескольким наперед заданным или выбранным отметкам этой

шкалы. Получаемая при такой градуировке зависимость представляется

графиком или таблицей. Поверка средств измерений, т. е. определение их

погрешности, выполняется при условиях, которые оговорены в названной

нормативной документации. Причем степень необходимости ограничения

условий поверки определяется зависимостью показаний средства измерений от

этих условий.

Общим при этом является требование, в соответствии с которым основная

погрешность средства измерений должна определяться в процессе поверки при

нормальных условиях.

Поверка обычно осуществляется на специальных или собранных из

соответствующих средств измерений и вспомогательных устройств

поверочных установках.

В общем случае поверочной установкой называют измерительную

установку, укомплектованную образцовыми средствами измерений и

предназначенную для поверки других средств измерений.

Узловым вопросом при поверке является выбор соотношения между

допустимыми погрешностями образцового и поверяемого средств измерений. В

общем случае это соотношение выбирают в интервале от 1:2 до 1:10. Чаще

других используются соотношения 1:3 или 1:5. Соотношение 1:3 применяется в

тех случаях, когда при поверке вводят поправки к показаниям образцового

средства измерений, а соотношение 1:5 — когда эти поправки не вводят.

Очень важным при этом является соотношение диапазонов измерений

образцового и поверяемого средств измерений. Верхний предел измерений

образцового средства измерений должен быть равен или незначительно

превышать верхний предел измерений поверяемого средства измерений.

Необходимая точность образцовых средств измерений, а иногда и их типы

регламентируются нормативными документами по поверке конкретных средств

измерений. Сама операция поверки средств

419

измерений по существу представляет собой передачу размера единицы от

образцовых к рабочим средствам измерений. Та же операция (рис. 15.1)

осуществляется при передаче размера единицы от эталонов к образцовым

средствам измерений.

Для средств технологических измерений применяются следующие методы

поверки: непосредственное сличение средства измерения с образцовым

средством измерений того же вида; прямое измерение поверяемым средством

измерений величины, воспроизводимой образцовой мерой.

При поверке измерительного прибора методом прямого измерения

величин, воспроизводимых

образцовыми мерами, значения

последних выбирают равными

соответствующим (чаще всего

оцифрованным) отметкам шкалы

измерительного прибора.

При поверке измерительного

прибора методом непосредственного

сличения с образцовым на вход этих

измерительных приборов подается

поочередно несколько значений

измеряемой величины (обычно

соответствующих оцифрованным

отметкам) и определяют разность

показаний образцового и поверяемого

прибора. Определение этой разности осуществляется одним из двух способов

(рис. 15.2).

По первому способу путем изменения измеряемой величины

устанавливают ее значение, соответствующее поверяемой отметке на шкале

образцового прибора ОП (рис. 15.2, а), а по шкале поверяемого прибора

определяют погрешность Δ.

По второму способу значение измеряемой величины устанавливают по

шкале поверяемого прибора ПП (рис. 15.2, б), а погрешность Δ определяют по

шкале образцового прибора ОП.

Первый способ удобен при автоматизации поверочных работ. Он позволяет

с помощью одного образцового прибора и одного устройства,

воспроизводящего измеряемую величину, поверять сразу несколько приборов.

Второй способ позволяет точнее, чем первый, определять погрешность, так

как шкалы образцового прибора имеют большее число делений, чем шкалы

поверяемого. Такое преимущество данного способа проявляется только при

тщательной установке указателя поверяемого прибора на оцифрованные

отметки шкалы.

Рис. 15.2. Способы поверки измерительных

приборов

420

Как при поверке измерительных приборов методом прямого измерения

величин, воспроизводимых мерами, так и при поверке методом

непосредственного сличения с образцовым прибором наибольшую,

полученную во всем диапазоне измерения погрешность принимают за

основную погрешность поверяемого измерительного прибора.

Для измерительных приборов, у которых нормировано значение вариации,

при поверке показания снимают минимум дважды: при плавном возрастании

измеряемой величины и при ее плавном убывании. При этом устанавливаются

такие значения измеряемой величины, при которых указатель подходит к

соответствующей отметке шкалы с одной или с другой стороны, не переходя

ее. За значение вариации принимают наибольшее значение из полученных для

всех поверяемых отметок в диапазоне измерений.

Поверка измерительных преобразователей осуществляется обычно теми же

методами, что и поверка измерительных приборов при пяти и более заранее

принятых значениях измеряемой величины, равномерно распределенных по

диапазону измерений.

Воспроизведение или измерение входной величины осуществляется

соответственно образцовой мерой или образцовым измерительным прибором, а

для измерения выходного сигнала также используют образцовый

измерительный прибор. Результат поверки представляется погрешностью и

вариацией по входу или по выходу.

Для сложных средств измерений, состоящих из нескольких взаи-

мосвязанных узлов, и для измерительных систем применяют поэлементную

или комплектную поверку.

Комплектной называют поверку, при которой средство измерений

поверяется в целом — в полном комплекте.

Поэлементной называют поверку, при которой определяется погрешность

отдельных частей поверяемого средства измерений, а его общая погрешность

определяется по найденным погрешностям этих частей.

На практике поэлементную поверку нередко проводят в сочетании с

комплектной.

Результаты поверки для многих средств измерений представляются в виде

протокола, который является основным документом, имеющим юридическое

значение.

§ 15.4. Метрологическое обеспечение средств измерений давления

Основу метрологического обеспечения средств измерений давления

составляет группа государственных эталонов, в состав которой входят один

первичный и пять специальных эталонов.

Государственный первичный эталон единицы давления представляет собой

комплекс средств измерений, включающий группу, из пяти поршневых

приборов переменного состава, набор гирь и специальную аппаратуру для

создания и поддержания гидростатиче-