Туяхов И.А. Практическая метрология

Подождите немного. Документ загружается.

ПРАКТИЧЕСКАЯ

МЕТРОЛОГИЯ

ИЗМЕРЕНИЯ

260

составе ИИС ЭВМ информации к ЭВМ может поступать непосредст-

венно от устройств обработки или хранения (пунктирные линии на

рисунке 10.1).

В существующих ИИС с помощью ЭВМ производится также

расчет технико-экономических показателей объекта, осуществляется

контроль нахождения тех или иных параметров в заданных пределах,

ведется по определенным алгоритмам обработка измерительной ин-

формации с целью диагностики технических ситуаций и анализа со-

стояния объекта и его элементов, производится регистрация аварий-

ных ситуаций.

Физические величины, измеряемые и контролируемые с помо-

щью ИИС, отличаются большим разнообразием. Для того, чтобы ИИС

были универсальными, т.е. пригодными для измерения и контроля

разнообразных величин, необходимо, чтобы они были представлены

унифицированными электрическими сигналами.

В ИИС применяют следующие унифицированные сигналы:

- непрерывные сигналы в виде постоянных и переменных то-

ков и напряжений, параметры которых являются информа-

тивными параметрами. Диапазоны измерения параметров не-

которых непрерывных унифицированных сигналов нормиро-

ваны государственными стандартами. Эти сигналы называют

нормативными. Приведение (нормирование) параметров сиг-

налов к определенному уровню осуществляется так называе-

мыми нормирующими измерительными преобразователями;

- импульсные сигналы в виде серии импульсов постоянного

тока, параметры которых (амплитуда, частота, длительность

импульсов) являются информативными параметрами;

- кодово-импульсные сигналы, например, в виде импульсов по-

стоянного тока или напряжения, комбинации которых пере-

дают значения кодированых измеряемых величин.

Применение тех или иных унифицированных сигналов зависит от

требуемых характеристик ИИС, вида канала связи, формы представ-

ления измерительной информации (аналоговая или цифровая), ис-

пользуемой элементарной базы и др.

ПРАКТИЧЕСКАЯ

МЕТРОЛОГИЯ

ИЗМЕРЕНИЯ

261

10.2 Измерительные системы

К измерительным системам относят системы, в которых преобла-

дает функция измерения, а функции обработки и хранения незначи-

тельны или отсутствуют совсем. На вход измерительной системы по-

ступает множество величин, изменяющихся во времени и распреде-

ленных в пространстве, а на выходе получают результаты измерений в

виде именованных чисел или отношений измеряемых величин.

Для всех измерительных систем основной для построения явля-

ется наличие воспринимающих элементов – первичных измеритель-

ных преобразователей (датчиков), элементов сравнения, мер и элемен-

тов выдачи результата. В зависимости от вида и числа различных эле-

ментов в структуре измерительных систем их делят на многокомпо-

нентные, сканирующие, мультипликационные и многоточечные.

Многоканальные измерительные системы представляют собой

один из самых распространенных видов и содержат полный набор

элементов (от датчиков до выдачи результатов). Такие системы обла-

дают наиболее высокой надежностью, наиболее высоким быстродей-

ствием и возможностью индивидуального подбора средств измерений

к измеряемым величинам, что исключает иногда необходимость уни-

фикации сигналов. Недостаток таких систем – повышенная сложность

и стоимость.

Сканирующие измерительные системы выполняют последова-

тельно во времени измерения множество величин с помощью одного

канала измерения и содержат один набор элементов и так называемое

сканирующее устройство. Это устройство перемещает датчик, назы-

ваемый сканирующим датчиком, в пространстве внутри или возле

объекта. Траектория движения датчика может быть заранее запро-

граммирована либо может изменяться в зависимости от полученной в

процессе сканирования информации.

Сканирующие измерительные системы применяют в случае, ко-

гда измеряемая величина распределена в пространстве, например, по-

ле температур поверхности слитка, поле давлений в рабочем про-

странстве какого-либо объекта, поле концентраций веществ в объекте

и т.д. С помощью сканирующих систем получают количественную

оценку значений измеряемых параметров в заданных точках и опре-

деляют экстремальные значения параметров. Недостатком измери-

тельных систем является относительно малое быстродействие из-за

ПРАКТИЧЕСКАЯ

МЕТРОЛОГИЯ

ИЗМЕРЕНИЯ

262

последовательного выполнения операций измерения для всех изме-

ряемых величин.

Мультиплицированные измерительные системы или системы с

общей мерой позволяют в течение одного цикла измерения известной

величины выполнить сравнение ее со всеми известными величинами,

т.е. определить (измерить) множество величин без применения ком-

мутирующих узлов. Такие системы чаще всего используются в радио-

технике и электронике и имеют меньшее число элементов по сравне-

нию с другими системами. Недостатком мультиплицированых изме-

рительных систем является большое число элементов сравнения, рав-

ное числу измеряемых величин.

Многоточечные измерительные системы применяются в сложных

объектах с большим числом измеряемых величин. Число измеритель-

ных каналов в таких системах может достигать нескольких тысяч.

Многократное последовательное использование отдельных узлов из-

мерительного тракта приводит к последовательно-параллельному

принципу действия таких систем и к минимальной сложности. Для

переключения отдельных узлов, работающих параллельно и последо-

вательно во времени, применяются измерительные коммутаторы, к

которым поступают аналоговые сигналы от всех датчиков, установ-

ленных в объекте. Коммутаторы могут быть одноступенчатые и мно-

гоступенчатые, а число ступеней коммутации зависит от числа датчи-

ков.

Достоинством многоточечных измерительных систем является

меньшее количество оборудования по сравнению с многоканальными

системами. Недостатком этих систем является пониженное быстро-

действие при большом числе опрашиваемых датчиков и некоторое

снижение точности за счет дополнительной погрешности в самих

коммутирующих устройствах.

10.3 Телеизмерительные системы

В различных областях науки и техники возникает необходимость

осуществлять измерения на объектах, находящихся на значительном

расстоянии от стационарных средств измерения и последующей обра-

ботки (например с помощью ЭВМ) информации. Такая необходимость

возникает при измерении параметров объектов, рассредоточенных по

площади (несколько районных котельных с общим диспетчерским

ПРАКТИЧЕСКАЯ

МЕТРОЛОГИЯ

ИЗМЕРЕНИЯ

263

пунктом, нефте- и газопромыслы, объекты атомной энергетики и др.).

В таких случаях наиболее удобным и экономически целесообразным

является применение телеизмерительной системы.

Отличие телеизмерительной системы от измерительной системы

ближнего действия заключается в наличии специального канала связи.

Под каналом связи понимают совокупность технических средств, необ-

ходимых для передачи информации от различных источников. Разли-

чают проводные линии связи, радиолинии и оптические линии связи.

Для передачи информации от нескольких источников по одной

линии связи применяют различные принципы разделения каналов.

Наиболее часто используют временное и частотное разделение каналов.

При временном разделении происходит последовательная переда-

ча по линии связи значений нескольких измеряемых величин, а разде-

ление измерительных каналов производится с помощью коммутаторов.

При частотном разделении возможна одновременная передача по

линии связи значений нескольких измеряемых величин. Для передачи

каждой величины используют определенную полосу частот.

В зависимости от дальности передачи информации, от требуемой

точности и других факторов телеметрические системы делят на токо-

вые, частотные, время-импульсные и цифровые.

В токовых системах величина измеряемого параметра передается

по проводным линиям связи постоянным током (0 – 5мА), вырабаты-

ваемым преобразователем. На принимающей стороне устанавливают

измерительные коммутаторы, а принимающие приборы, кроме того,

снабжают блоками памяти для хранения показания до очередного под-

ключения коммутатора. Дальность действия токовых систем ограничи-

вается погрешностью, вносимой непостоянством параметров линии

связи (сопротивление приборов и изоляции между проводами). Даль-

ность действия токовых телеизмерительных систем составляет 7…20

км по воздушным линиям связи и 20…25 км по кабельным линиям.

В частотных системах величина измеряемого параметра переда-

ется по линиям связи частотой синусоидального тока или частотой

импульсов постоянного тока. Переданный по линии связи частотный

сигнал преобразуется приемником либо в аналоговый сигнал, либо в

код для выдачи результата измерения в цифровой форме. В настоящее

время частотные системы широко распространены как системы даль-

него действия (несколько сотен километров). Число одновременно

передаваемых измеряемых величин не превышает 18 из-за возникаю-

ПРАКТИЧЕСКАЯ

МЕТРОЛОГИЯ

ИЗМЕРЕНИЯ

264

щих помех в соседних частотных каналах.

В телеизмерительных системах, использующих время-импульсные

сигналы, величина измеряемого параметра передается по линиям связи

длительностью импульсов постоянного тока или интервалами между

импульсами. На передающей стороне используется измерительный

коммутатор и время-импульсный преобразователь, т.е. преобразователь

унифицированного напряжения во временный интервал. На прини-

мающей стороне система содержит преобразователь временного сигна-

ла в код, кодовый переключатель, регистры, которые запоминают коды

каждого сигнала и узел выдачи результатов. Время-импульсные систе-

мы относят к системам дальнего действия, а с радиоканалом дальность

действия составляет сотни и даже тысячи километров.

В цифровых телеизмерительных системах значение измеряемой

величины передается по линиям связи кодовой комбинацией в виде

комбинации импульсов. Наиболее часто применяется двоичный код,

который на принимающей стороне преобразуется в единично-

десятичный код, более удобный для цифрового воспроизведения изме-

ряемой величины. Существенными достоинствами цифровых телеизме-

рительных систем являются высокие метрологические характеристики,

возможность работы по различным каналам связи, высокая помехоза-

щищенность и возможность вывода информации на ЭВМ. Недостаток

таких систем в относительной сложности аппаратурного исполнения.

10.4 Принцип построения функциональных схем контроля и

управления технологическим объектом

Проектирование любого объекта сопровождается разработкой

функциональной схемы контроля и управления, которая является тех-

ническим документом, входящим в общую принципиальную схему

управления. На функциональной схеме указываются места отбора сиг-

налов (места установки чувствительных элементов), размещение изме-

рительных (вторичных) приборов с указанием выполняемых ими функ-

ций, а также регуляторов, сигнализаторов и других средств управления

объектом, включая средства телемеханики и вычислительной техники.

Прилагаемая к функциональной схеме спецификация, содержащая в

соответствии с указанными позициями на схеме развернутые характе-

ристики используемых средств контроля и регулирования, служит ос-

новой для составления заявочных ведомостей на приборы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ

МЕТРОЛОГИЯ

ИЗМЕРЕНИЯ

265

На функциональной схеме упрощенно изображают технологиче-

ский объект и располагают приборы и средства автоматизации в ус-

ловных изображениях с указанием связей между ними.

Основные условные изображения приборов и средств автомати-

зации (ГОСТ 21.404–85) приведены в таблице 10.1.

Таблица 10.1 – Условные обозначения приборов и средств

автоматизации

НаименованиеОбозначение

Первичный измерительный преобразователь

(чувствительный элемент), измерительный при-

бор, регулятор, устанавливаемый по месту:

– базовое обозначение

– допускаемое обозначение

∅

Прибор, устанавливаемый на щите

Исполнительный механизм

или

Регулирующий орган

Лампа сигнальная

Звонок электрический

∅

Гудок электрический

∅

Для обозначения измеряемых и регулируемых величин и функ-

циональных признаков приборов приняты прописные буквы латин-

ского алфавита (таблица 10.2)

ПРАКТИЧЕСКАЯ

МЕТРОЛОГИЯ

ИЗМЕРЕНИЯ

266

Таблица 10.2 – Буквенные условные обозначения

Измеряемая величинаФункции, выполняемые прибором

Обозначение

Особое значение

первой буквы

Дополнительное

значение первой

буквы

Отображение

информации

Формирование

выходного

сигнала

Дополнительное

значение

123456

A–––––– Сигнализация ––––––

B Резервная буква ––––––––––––

C––––––––– Регулирование –––

D ПлотностьРазность, перепад –––––––––

Любая электриче-

ская величина

–––––––––

Чувствительный

элемент

F Расход

Соотношение,

доля, дробь

–––––––––

Размер, положе-

ние, перемещение

––––––––––––

Ручное

воздействие

–––––––––

Верхний предел

величины

I–––––– Показание ––––––

ПРАКТИЧЕСКАЯ МЕТРОЛОГИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ

266

ПРАКТИЧЕСКАЯ

МЕТРОЛОГИЯ

ИЗМЕРЕНИЯ

267

Продолжение таблицы 10.2

J–––

Автоматическое

переключение

–––––––––

Время, временная

программа

–––––––––

Станция

управления

L Уровень ––––––––––––

M Влажность ––––––––––––

O, N Резервные буквы ––––––––––––

P Давление, вакуум ––––––––––––

Качество, состав,

концентрация

Интегрирование,

суммирование

–––––––––

R Радиоактивность ––– Регистрация ––––––

S Скорость, частота –––

Сигнализация,

включение,

пер

ключение

––––––

T Температура –––––––––

Дистанционная

передача

Несколько разно-

родных величин

–––––––––

V Вязкость –––––––––

W Масса –––––––––

Y–––––– Преобразование –––

ПРАКТИЧЕСКАЯ МЕТРОЛОГИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ

267

ПРАКТИЧЕСКАЯ

МЕТРОЛОГИЯ

ИЗМЕРЕНИЯ

268

Буквенные условные обозначения проставляются в верхней части

окружности при следующем порядке расположения букв: первая бук-

ва – основная измеряемая величина, вторая буква – уточняющее (если

необходимо) значение первой величины, третья и так далее (или вто-

рая) – обозначение функционального признака прибора. Если в при-

боре несколько функциональных признаков, то они располагаются в

следующей последовательности: IRCSA – показание, регистрация,

регулирование, переключение, сигнализация. В ряде случаев для кон-

кретизации измеряемой величины, например, концентрации вещества,

около окружности (справа) указывается наименование или символ из-

меряемой величины: рН, О

, СО и т.д.

Ниже приведены примеры построения условных обозначений для

приборов измерения и регулирования следующих физических величин:

Т – температура:

– первичный измерительный преобразователь (чувствитель-

ный элемент (термопара, термометр сопротивления и др.);

– прибор для измерения температуры, показывающий, ус-

тановленный по месту (жидкостный термометр, мано-

метрический термометр и др.);

TIR

– прибор для измерения температуры одноточечный, пока-

зывающий и регистрирующий, установленный на щите

(потенциометр, мост, логометр и др.);

TRJ

– прибор для измерения температуры, регистрирующий

многоточечный;

TRC

– прибор для измерения температуры, регистрирующий с

регулирующим устройством (потенциометр с двухпози-

ционным регулированием и др.);

– регулятор температуры;

– сигнализатор температуры;

– бесшкальный прибор с дистанционной передачей

показаний.

ПРАКТИЧЕСКАЯ

МЕТРОЛОГИЯ

ИЗМЕРЕНИЯ

269

Р – давление, разрежение:

– электрический датчик давления (тензо– или пьезопре-

образователь);

– дистанционная передача сигнала давления;

– прибор для измерения давления (разряжения), показы-

вающий (показывающий манометр, тягомер, напоро-

мер, вакууметр);

PDI

– прибор для измерения перепада давления, показываю-

щий (дифманометр);

PIR

– прибор для измерения давления, показывающий, реги-

стрирующий;

– регулятор давления

F – расход:

– первичный измерительный преобразователь (чувстви-

тельный элемент) для измерения расхода (диафрагма.

сопло, труба Вентури);

– регулятор расхода;

FIR

– прибор для измерения расхода, показывающий, регист-

рирующий;

FQIS

– прибор для измерения расхода, показывающий, интег-

рирующий, с устройством для выдачи сигнала после

прохождения заданного количества вещества;

– прибор для дистанционной передачи сигнала от датчи-

ка расхода

L – уровень:

– первичный измерительный преобразователь для изме-

рения уровня.

LIA

– прибор для измерения уровня, показывающий с кон-

тактным устройством для выдачи сигнала по верхнему

и нижнему значению уровня.