Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Технологические измерения и приборы
Подождите немного. Документ загружается.
441
Решение этих двух проблем базируется прежде всего на использовании
для измерений новых физических явлений. Новейшие достижения физики,
аналитической и физической химии находят в приборостроении самое широкое
применение. Совершенствование средств технологических измерений в
настоящее время направлено на повышение их надежности, снижение
материалоемкости и инерционности и, самое главное, на повышение точности.
При создании средств измерений доминирующим методом повышения
точности остается метод параметрической стабилизации.
В последние годы все более широкое применение получают структурные
методы повышения точности средств измерений (см. § 3.8). базирующиеся на
применении средств микропроцессорной техники (см. гл. 14). При этом из
структурных методов наиболее широко применяются: метод вспомогательных
измерений, обеспечивающий коррекцию статической характеристики средств
измерений в зависимости от основных влияющих величин, и метод образцовых
сигналов, позволяющий осуществлять периодическую самоградуировку
средств измерений. Создаваемые на основе названных и других методов
повышения точности средства измерений, включающие в себя
микропроцессоры, называют интеллектуальными.
Освоение выпуска дешевых и разнообразных средств микропроцессорной
техники уже сейчас делает экономически и технически целесообразным
автоматический контроль параметров, определение которых связано с
необходимостью выполнения косвенных и совокупных измерений. Широкие
перспективы имеет применение средств микропроцессорной техники в
автоматических анализаторах качества, применение которых в АСУ ТП
позволяет осуществлять управление химико-технологическими процессами
непосредственно по показателям качества сырья, реагентов, промежуточных и
конечных продуктов, упрощает алгоритмы управления и обеспечивает
большую эффективность автоматизации управления. Целесообразность
использования средств микропроцессорной техники в анализаторах качества
определяется тем, что для эффективной работы последних необходимо
выполнять большое число операций логического и аналогового управления,
обрабатывать, хранить и отображать большой объем измерительной
информации и справочных данных (см. гл. 14). Включение в состав
анализаторов качества микропроцессорных устройств улучшает их
метрологические и информационные характеристики.
Количественно задачи повышения точности средств технологических
измерений, решаемые в настоящее время, могут быть охарактеризованы
классами точности средств измерений: давления; температуры, уровня 0,1—
0,2; расхода 0,2—0,5; качества 0,5—2.
Создание средств технологических измерений с такими точностными
характеристиками и широкое применение автоматических анализаторов
качества позволят поставить автоматический контроль и управление химико-
технологическими процессами на новый, более совершенный уровень.
442
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Вспомогательные термины и понятия
Контроль — установление соответствия между состоянием (свойством)
объекта контроля и заданной нормой, определяющей качественно различные
области его состояния. (Если для контроля используются автоматические
измерительные устройства, то его называют автоматическим контролем.)
Автоматическое регулирование — поддержание постоянной некоторой
заданной величины, характеризующей процесс, или изменение ее по заданному
закону, осуществляемое с помощью измерения состояния объекта или
действующих на него возмущений и воздействия на регулирующий орган
объекта.
Автоматическое управление — автоматическое осуществление
совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании
определенной информации и направленных на поддержание или улучшение
функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления.
Оптимизация — в общем случае целенаправленная деятельность,
заключающаяся в получении наилучших результатов при соответствующих
условиях.
Математическая модель объекта управления — уравнение (или истема
уравнений), связывающее все входные и выходные параметры объекта и
управляющие воздействия.
Критерий управления (оптимальности) — соотношение, характеризующее
качество работы объекта управления в целом и принимающее различные
значения в зависимости от используемых воздействий (например,
максимальный выход продукта при заданном расходе сырья, максимальный
доход, минимальная себестоимость продукции при заданном качестве и т. д.).
Ограничения — значения входных и выходных параметров, ограниченных
технологическими возможностями аппаратов и техническими условиями,
определяющими количественные соотношения выпускаемых продуктов, и их
качеством.
Алгоритм управления — совокупность предписаний, определяющих
характер воздействий извне на объект управления с целью правильного
выполнения технологического процесса в этом объекте. (Алгоритм управления
разрабатывается в результате исследовательской работы на основе модели
объекта управления, критерия оптимизации и ограничений, представляется
некоторой системой уравнений и реализуется в процессе управления с
помощью УВМ.)
443
Однозначная мера — мера, воспроизводящая физическую величину
одного размера (например, гиря, конденсатор постоянной емкости и др.).
Стандартный образец — мера для воспроизведения величин, ха-
рактеризующих свойства или состав веществ и материалов (например, образцы
свойств нефтей и нефтепродуктов и т. д.)
Образцовое вещество — образцовая мера в виде вещества с известными
свойствами, воспроизводимыми при совпадении условий приготовления,
указанных в утвержденной спецификации (например, «чистая» вода, «чистые»
газы и т. д.).
Многозначная мера — мера, воспроизводящая ряд одноименных величин
различного размера (например, миллиметровая линейка, конденсатор
переменной емкости и т. д.).
Аналоговый измерительный прибор — измерительный прибор, показания
которого являются непрерывной функцией измеряемой величины.
Цифровой измерительный прибор — измерительный прибор, ав-
томатически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной
информации, показания которого представлены в цифровой форме.
Показывающий измерительный прибор — измерительный прибор,
допускающий только отсчитывание показаний. Показывающий прибор может
быть аналоговым или цифровым.
Регистрирующий измерительный прибор — измерительный прибор, в
котором предусмотрена регистрация показаний.
Самопишущий измерительный прибор — регистрирующий измерительный
прибор, в котором предусмотрена запись показаний в форме диаграммы.
Самопишущие приборы обычно бывают аналоговыми.
Печатающий измерительный прибор — регистрирующий измерительный
прибор, в котором предусмотрено печатание показаний в цифровой форме.
Печатающие приборы обычно бывают цифровыми.
Суммирующий измерительный прибор — измерительный прибор,
показания которого функционально связаны с суммой двух или нескольких
величин, подводимых к нему по различным каналам.
Интегрирующий измерительный прибор — измерительный прибор, в
котором подводимая величина подвергается интегрированию по времени или
по другой независимой переменной.
Первичный измерительный преобразователь (или датчик) — из-
мерительный преобразователь, к которому подведена измеряемая величина.
Промежуточный измерительный преобразователь — измерительный
преобразователь, занимающий в измерительной цепи место после первого.
Передающий измерительный преобразователь — измерительный
преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала
измерительной информации.
444
Масштабный измерительный преобразователь — измерительный
преобразователь, предназначенный для изменения величины в заданное число
раз (по существу это усилитель сигнала измерительной информации).
Функциональный измерительный преобразователь — измерительный
преобразователь, предназначенный для формирования сигнала измерительной
информации, связанного с измеряемой величиной некоторой заданной
функцией.
Система автоматического контроля — ИИС, предназначенная для
установления соответствия между значениями контролируемых параметров и
соответствующими заданными нормами.
Система технической диагностики — ИИС, предназначенная для
выявления причин неправильного функционирования технических объектов.
Система распознавания образов — ИИС, предназначенная для
установления соответствия между распознаваемым объектом и заданным
образом.
Входной сигнал — сигнал, поступающий на вход измерительного
устройства.
Выходной сигнал — сигнал, получаемый на выходе измерительного
устройства.
Информативный параметр входного сигнала измерительного устройства
— параметр входного сигнала, функционально связанный с измеряемой
величиной и используемый для передачи ее значения (для промежуточных
измерительных преобразователей и вторичных приборов) или являющийся
самой измеряемой величиной (для первичных преобразователей и приборов).
Информативный параметр выходного сигнала измерительного устройства
— параметр выходного сигнала, функционально связанный с информативным
параметром входного сигнала и используемый для передачи или индикации
значения информационного параметра входного сигнала.
Неинформативный параметр входного сигнала измерительного
устройства — параметр входного сигнала, не используемый для передачи
значения измеряемой величины.
Неинформативный параметр выходного сигнала измерительного
устройства — параметр выходного сигнала, не используемый для передачи или
индикации значения информативного параметра входного сигнала.
Функция влияния — зависимость изменения какой-либо метрологической
характеристики средств измерений от изменений влияющей величины или
совокупности влияющих величин.
Статическая погрешность средства измерения (в том числе из-
мерительного устройства) — погрешность, возникающая при использовании его
для измерения постоянной величины.
Погрешность средства измерений (в том числе измерительного
устройства) в динамическом режиме — погрешность, возникающая при
использовании его для измерения переменной во времени ве-
445
личины. (Для определения этой погрешности необходимо осуществить
сравнение выходного сигнала данного средства измерений, т. е. такого
устройства, у которого переходная характеристика имеет вид, показанный на
рис. 2.5, б.)
Динамическая погрешность средства измерений (измерительного
устройства) — разность между погрешностью средства измерений в
динамическом режиме и его статической погрешностью, соответствующей
значению величины в данный момент времени.
Дрейф нуля измерительного устройства — медленное изменение значения
выходного сигнала при нулевом значении входного сигнала. (Дрейф нуля
связан с нестабильностью элементов измерительного устройства.)
Шум — случайные колебания, которые присутствуют в выходном сигнале
измерительного устройства. (Причинами шума являются молекулярные,
электронные, ионные и другие процессы в лампах, транзисторах, резисторах,
детекторах заряженных частиц и молекул и других элементах измерительных
устройств.)
Фон — периодические колебания, которые присутствуют в выходном
сигнале измерительного устройства. (Причиной фона часто является наличие
электромагнитной или электростатической связи узлов измерительного
устройства с общегородской сетью, являющейся источником питания.)
Точность средства измерений — качество средства измерений, от-
ражающее близость к нулю его погрешности.
Сходимость показаний средства измерений — качество средства
измерений, отражающее близкость к нулю его случайной погрешности.
Блок — самостоятельная часть средства измерений, выполняющая
определенную функцию и конструктивно размещаемая чаще всего в одном
корпусе с другими блоками.
Модуль — типовая легкосъемная часть блока или средства измерений,
объединяющая ряд деталей соответствующего назначения в общей
функциональной схеме.
Эксперимент или экспериментальное исследование (от лат. ех-perimentum
— проба, опыт) — метод познания, с помощью которого исследуются
реальные явления действительности, реальные функциональные связи между
параметрами, характеризующими состояние изучаемого объекта. (В точных
науках и технике эксперимент неразрывно связан с проведением различных
измерений, т. е. он может быть назван измерительным экспериментом.)
Аналого-цифровой преобразователь — измерительное устройство,
служащее для преобразования аналоговой величины (ток, напряжение) на
входе в дискретную величину на выходе преобразователя, представленную в
виде некоторого цифрового кода.
Цифроаналоговый преобразователь — измерительное устройство,
предназначенное для преобразования входной величины, представленной
числовым кодом, в эквивалентное значение какой-либо непрерывной
физической величины. Код обычно представлен в дво-
446
ичной или двоично-десятичной системе счисления. Выходная величина обычно
представляет собой напряжение (ток).
Частотно-цифровой преобразователь — измерительное устройство,
служащее для преобразования частоты обычно гармонических колебаний в
некоторый цифровой код.
Приложение 2
Коэффициенты распределения Стьюдента
Вероятность
k = n-1 0,5 0,9 0,95 0,99
1 1,00 6,31 12,70 63,70
2 0,82 2,92 4,30 9,92
3 0,77 2,35 3,18 5,84
4 0,74 2,13 2,78 4,60
5 0,73 2,02 2,57 4,03
6 0,72 1,94 2,45 3,71
7 0,71 1,90 2,37 3,50
8 0,71 1,86 2,31 3,36
9 0,70 1,83 2,26 3,25
11 0,70 1,80 2,20 3,10
13 0,69 1,77 2,16 3,01
15 0,69 1,75 2,13 2,95
17 0,69 1,74 2,11 2,90
19 0,69 1,73 2,09 2,86
Приложение 3
Соотношение единиц давления
Наименование
единиц
Па бар кгс/см
2
кгс/м
2
(мм вод. ст.)
атм
Паскаль 1 10
-
5
1.01972·10
-
5
1,01972·10
-
1
9,86922·10
-
6
Бар 10
5
1 1,01972 9,80665·10 9,80665·10
-
1
Килограмм-
c
ила на
квадратный
сантиметр
9,80665·10
4
9,80665·10
-
4
1 10
4
9,67840·10
-
1
Атмосфера
физическая
1,01325·10
s
1,01325 1,03323 1,03323·10
4
1
Миллиметр
ртутного столба
(торр)
133,322 1,33322·10
-
3
1,35951·10
-
3
13,5951 760
447
Приложение 4a
Выражения, описывающие оценку среднеквадратического отклонения (СКО)
результата косвенного измерения для распространенных функций
Функция
Оценка абсолютного СКО
(
)
YS
~
Оценка относительного СКО
(
)
Y
~
δ
X
1
+ X
2
(
)
(
)
2
2
1
2
~
~
XSXS +±
(
)
(
)
[
]
(
)
2
212
2
1
2
~~~~
XXXSXS ++±
X
1
X
2
(
)
(
)
2
22
11
22
2
~
~
~
~
XSXXSX +±
(
)
[
]
(
)
[
]
(
)
(
)
2
2
1
2
2
22
2
11
~~~~~~
XXXXSXXS δδ +±=+±
X
1
/X
2
(
)
(
)
[
]
4
22
22
11
22
2
~
~
~
~
~
XXSXXSX +±
(
)
[
]
(
)
[
]
(
)
(
)
2
2
1
2
2
22
2
11
~~~~~~
XXXXSXXS δδ +±=+±
X
n
(
)
XSXn
n
~
~
1−
±
(
)
( )
Xn
X
XS
n
~
~
~
δ±=±
448
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кулаков М. В. Технологические измерения и приборы для химических производств. —
М.: Машиностроение, 1983.
2. Исакович Р. Я. Технологические измерения и приборы. — М.: Недра, 1979.
3. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. — М.: Энергия, 1978.
4. Кондрашкова Г. А. Технологические измерения и приборы в целлюлозно-бумажной
промышленности. — М.: Лесная промышленность, 1981.
5. Майзель М. М., Смирнов С. М. Технологические измерения и приборы легкой
промышленности. — М.: Машиностроение, 1971.
6. Иванова Т. М., Кузнецов И. Д., Чистяков В. С. Теплотехнические измерения и
приборы. — М .: Энергоатомиздат, 1984.
7. Чистяков С. Ф., Радун Д. В. Теплотехнические измерения и приборы.— М.: Энергия,
1972.
8. Хофман Д. Техника измерения и обеспечения качества. — М.: Энергоатомиздат, 1983.
9. Бурдун Г. Д., Марков Б. Н. Основы метрологии. — М.: Изд-во стандартов, 1985.
10. Рабинович С. Г. Погрешности измерений. — Л.: Энергия, 1978.
11. ГОСТ 8.009—84. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.
12. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации/Под
ред. Г. И. Ковалерова.—М.: ЦНИИТЭИ приборостроения, 1981.
13. Гонек Н. Ф. Манометры. — Л.: Машиностроение, 1979.
14. Кремлевский. П. П. Расходомеры и счетчики количества. — Л.: Машиностроение,
1975.
15. Фремке А. В. Телеизмерения. — М.: Высшая школа, 1975.
16. Климовицкий М. Д., Копелович А. П. Автоматический контроль и регулирование в
черной металлургии. — М.: Металлургия, 1967.
17. РД-50-213—80. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными
сужающими устройствами. — М.: Изд-во стандартов, 1982.
18. РД-50-411—83. Методические указания. Расход жидкостей и газов. Методика
выполнения измерений с помощью специальных сужающих устройств.— М.: Изд-во
стандартов, 1984.
19. Автоматизация и средства контроля производственных процессов в нефтяной и
химической промышленности: Справочник. Т. 4. — М.: Недра, 1973. >
20. Кивилис С. С. Плотномеры. — М.: Энергия, 1980.
21. Ваня Я. Анализаторы газов и жидкостей. — М.: Энергия, 1970.
22. Фарзане Н. Г., Илясов Л. В., Азим-заде А. Ю. Автоматические детекторы газов и
жидкостей. — М.: Энергоатомиздат, 1983.
23. Чельцов А. В. Измерительные устройства для контроля качества нефтепродуктов.—
Л.: Химия, 1981.
24. Берлинер М. А. Измерения влажности. — М.: Энергия, 1973.
25. Никольский Б. П., Матерова Е. А. Ионоселективные электроды. — Л.: Химия, 1980.
26. Тхоржевский В. П. Автоматический анализ газов и жидкостей на химических
предприятиях. — М.: Химия, 1976.
27. Липавский В. И., Березкин В. Г. Автоматические газовые потоковые хромографы. —
М.: Химия, 1982.
28.ГОСТ 8.207—76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы
обработки результатов наблюдений. Основные положения.
449
29. РД-50-555—85. Методические указания. Измерения косвенные. Определение
результатов измерений и оценка их погрешностей.
30. Земельман М. А. Автоматическая коррекция погрешностей измерительных
устройств.— М.: Изд-во стандартов, 1972.
31. Куликовский К- А., Купер В. Я. Методы и средства измерений. — М.:
Энергоатомиздат, 1986.
32. Meлик-Шахназаров А. М., Маркатун М. Г., Дмитриев В. Д. Измерительные приборы
со встроенными микропроцессорами. — М.: Энергоатомиздат, 1985.
33. Государственные эталоны и общесоюзные поверочные схемы. — М.: Изд-во
стандартов, 1978.
34.Илясов Л. В. Эвапорографические и диффузионные методы автоматического анализа
веществ. — М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1979.
450
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автоматизация производственных
процессов 7
Алгоритм управления 11, 441
Анализатор автоматический 264
— полуавтоматический 264
— жидкости диэлькометрический 311
— многопараметрический 355
— октанового числа 393
— пламенный 349
— потенциометрический 335
— степени отгона 389
— температуры вспышки 391
— температуры выкипания 388
— термохимический 328
— хроматографический 369, 376
Барометр 97
Блок 65, 444
Вакуумметр 97
Вариация 53, 56, 58
Величина измеряемая 15
— физическая 13
— — влияющая 16
Вероятность безотказной работы 62
— доверительная 29, 75
Вещество 260
— анализируемое 260
Вискозиметр 283
Время реакции 45
Газоанализатор 266
— гальванический 345
— деполяризационный 347
— конденсационный 309
— кулонометрический 348
— многопараметрический 355
— хроматографический 369
Гигростат 437
Градуировка 416
Давление абсолютное 95
— барометрическое 95
— избыточное 95
Датчик 8, 442
Детектор 369, 373, 377, 405
Деформация остаточная 106
Диапазон измерений 37, 39
— показаний 37, 39
Дифманометр поплавковый 98
— колокольный 100
— мембранный 117, 119
— сильфонный 110
Дозатор 372
Дрейф нуля измерительного устройства
51, 444
Единица давления 95
— температуры 147
— уровня 242
— расхода 205
— количества 205
— концентрации 261
Единообразие средств измерений
414
Единство измерений 13
Задатчик давления автоматический
423
Значение физической величины 15
— — — действительное 16
— — — истинное 16
Измерение 15
Измерения контрольно-поверочные 17
— косвенные 19
— максимально возможной точности 17
— обыкновенные 19
— прямые 19
— совместные 20
— совокупные 19
— статистические 19
— теплотехнические 6
— технологические 6
— физико-химические 7
— электрические 6
Импеданс входной 41
— выходной 41
Интенсивность потока отказов 62
Интервал доверительный 29
Интерфейс 399, 400
Калориметр 291
Качество продукции 259
Класс точности 58