Статические и динамические характеристики, типы погрешностей,

ПРИЛОЖЕНИЕ П1 29

УДК 681.142.2

Компьютерная версия

Редакционно-издательским советом МГУДТ

Утверждено в качестве учебного пособия

Краткий лекционный курс

Часть 1

ТЕХНИКА

МЕТРОЛОГИЯ и ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ

А.В.КОЧЕРОВ

КАФЕДРА АВТОМАТИКИ

ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Часть 2

МЕТРОЛОГИЯ и ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ

Кочеров Анатолий Васильевич, к.т.н., проф.

Краткий лекционный курс

Учебное пособие по дисциплине

«Метрология и измерительная техника»

для студентов бакалавриата по направлению 220400

«Управление в технических системах»

Компьютерная верстка Кочеров А.В.

Технический редактор Киреев Д.А.

Ответственный за выпуск Морозов Р.В.

Бумага офсетная. Печать на ризографе.

Усл. печ. л._1.1__ Тираж 50 экз. Заказ № _________

Информационно-издательский центр МГУДТ

115998, Москва, ул. Садовническая, 33

Тел./факс: (095)506-72-71

е-mail: rfrost@yandex.ru

Отпечатано в ИИЦ MГУДТ

Учебное пособие по дисциплине

«Метрология и измерительная техника»

для студентов бакалавриата по направлению 220400

«Управление в технических системах»

К75

Куратор РИС Козлов А.С.

Работа рассмотрена на заседании кафедры автоматики и рекомендована к печати.

Зав.кафедрой А.В.Кочеров.

Автор: А.В.Кочеров, к.т.н.

Рецензент: профессор А.Г.Бурмистров, д.т.н.

К75 Кочеров А.В. Метрология и измерительная техника, часть1

Краткий лекционный курс:

учебное пособие – М.:ИИЦ МГУДТ. 2012 – 26 стр.

Представлен теоретический материал, необходимый студентам бакалавриата МГУДТ по направлению 220400 по указанной дисциплине.

Рассмотрены вопросы стандартизации измерительных преобразователей различных типов, методики исследования основных датчиков и приборов для измерения температуры, давления, уровня, влажности материалов

и воздуха, рН растворов.

УДК 681.142.2

ã Московский государственный университет

дизайна и технологии, 2012

- 3 -

ОГЛАВЛЕНИЕ: стр.

(с учетом 17 рисунков, выполненных в системе AutoCAD 2003)

1..Введение: терминология, классификации приборов, 5

статические и динамические характеристики, типы погрешностей,

стандартизация и сертификация, диапазон, класс точности.

2.Измерение температуры.Реперные точки. Термометры 8

расширения.Манометрические термометры. Термометры

сопротивления проволочные: основные градуировки, инерционность,

класс точности, схемы подключения.

3.Полупроводниковые терморезисторы (ПТР): 9

температурная и вольт-амперная характеристики, дстоинства и

недостатки, особенности подключения.

4.Термоэлектрические преобразователи (термопары): 11

основные градуировки, инерционность, класс точности,

компенсация эдс свободных концов.

5.Оптические пирометры: основные законы, АЧТ и реальные 12

объекты, яркостная и радиационная температуры, конструкция

радиационного пирометра. Методика лабораторных работ №№ 1,2,3.

6.Вторичные приборы для стандартных датчиков 14

температуры.Милливольтметр, логометр. Методика лабораторной

работы №4.

7.Автоматический мост (АМ): измерительная схема, 14

основы расчета, переградуировка АМ на новый диапазон.

Методика лабораторной работы №6.

8.Компенсационный метод измерения эдс. 18

Автоматический потенциометр (АП): измерительная схема,

основы расчета, переградуировка АП на новый диапазон.

Методика лабораторной работы №5.

9.Примеры задач измерения температуры в 20

производственных объектах легкой промышленности: пресса,

вальцы, каландр, экструдер, сушильные камеры и т.д.

10.Основы статистической обработки экспериментальных 20

данных.Ограничения.Дисперсия, СКО. Распределения: нормальное,

Стьюдента и Пирсона. Расчет доверительных границ при заданной

надежности Р. Линейное преобразование. Пример расчета.

11.Погрешности косвенных измерений: произведение двух 22

переменных, ограничения, общий случай произвольной функции.

Примеры оценки погрешности косвенных измерений.

12.Структурные схемы измерительных приборов. Расчет суммарной 23

чувствительности для 3х основных схем. Суммарная погрешность

последовательной цепочки приборов.

13.Измерение давления: размерности, основные методы. 24

Измерение уровня: основные методы. Примеры задач измерения давления,

уровня в производственных объектах легкой промышленности.

- 4 -

14.Измерение влажности материалов: формы содержания 25

влаги в материалах, основные методы измерения, погрешности.

Особенности измерения влажности материалов в производственных

объектах легкой промышленности: жидкостные операции в кожевенном

и меховом производстве, сушильные установки.

15.Измерение влажности газов: размерности, основные методы 25

измерения, вывод основной формулы психрометрического гигрометра,

измерительная схема автоматического психрометра

Особенности измерения влажности газов в производственных

объектах легкой промышленности: сушильные установки, системы

кондиционирования.

16.Измерение рН растворов: размерность, буферные растворы, 27

конструкция датчика, уравнение Нернста, статическая характеристика

датчика рН, особенности построения измерительной схемы

вторичного прибора рН-метра.

Особенности измерения рН растворов в производственных

объектах легкой промышленности: кожевенное и меховое производства,

системы очистки производственных стоков.

Вывод формулы для расчета погрешности

косвенных измерений

ПРИЛОЖЕНИЕ П2 31

К оценке динамических характеристик датчиков

температуры

ПРИЛОЖЕНИЕ П3 33

Основные положения и терминология

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 34

.

- 5 -

1. Введение: терминология, классификации приборов,

стандартизация и сертификация, диапазон, класс точности.

Рис.1. Структурная схема типовой локальной системы автоматизации:

Здесь ПИП (Д)- первичный измерительный преобразователь (датчик),

ВП – вторичный прибор с дистанционным устройством передачи данных,

АР-автоматический регулятор, ИУ- исполнительное устройство.

Предметом настоящей дисциплины являются теоретические и практические

задачи, которые встречаются при эксплуатации измерительной системы,

в которую, как минимум, входят два блока: датчик Д и вторичный прибор ВП.

Выходная контролируемая переменная Y1 преобразуется датчиком Д

в переменную Y2 (как правило, электрический сигнал) и далее прибор ВП

преобразует переменнуюY2 в Y3, который поступает на автоматический

регулятор АР.

Рис.2 Пример статической характеристики измерительного преобразователя

- 6 –

Здесь Хi – входной сигнал, например, температура , Mi – экспериментальные

значения выходного сигнала ИП, Hi – модель статической характеристики ИП.

При экспериментальной оценке статической характеристики ИП каждая точка

Mi определяется после окончания переходных процессов.

Линейная характеристика (модель) ИП:

(1)

где а0, а1 – коэффициенты модели.

В общем случае экспериментальные точки и адекватная модель не совпадают.

Динамические характеристики: переходный процесс, частотные характеристики

В общем случае динамические характеристики (модели) ИП аппроксимируются

дифференциальными уравнениями или передаточными функциями (ПФ) W(p).

При изменении входных сигналов Xi в узком диапазоне принимают принцип

линейности W(p), и для описания динамики ИП используют типовые ПФ,

например, ПФ апериодического звена 1го порядка с запаздыванием

(см.приложение П2-динамХ):

(2)

k- статический коэффициент передачи (усиления) , k=а1;

T1 – постоянная времени модели 1го порядка, τ –запаздывание.

Величина Т1 определяет инерционность ИП, а именно - переходный процесс

в ИП заканчивается за время: t_П ≈ 3*Т1.

Экспериментальная оценка статических и динамических характеристик.

Метод Орманса (метод характерных точек).

(3)

Рис.3. Экспериментальная переходная характеристика нагрева Y_i и

её модель Ym1_i по Ормансу

- 7 -

Соответствующая аналитическая модель переходного процесса нагрева Ym1_i:

, (4)

при t_i ≤ τ Ym1_i=0

Для охлаждения соответствующая модель переходного процесса Ym1_i:

, (5)

при t_i ≤ τ Ym1_i=1

Качество модели определяется величиной дисперсии D или СКО σ:

, σ= , (6)

где n – количество экспериментальных точек Y_i.

Чем меньше D, σ тем выше качество модели.

Более сложные модели:

динамическая модель 2го порядка:

, (7)

динамическая модель 3го порядка:

, (8)

Соответствующие переходные процессы (для нагрева):

модель второго порядка (Т1≠Т2):

, (9)

модель третьего порядка (разные постоянные времени Т1, Т2, Т3):

,(10)

модель 2го или 3го порядка с кратными корнями (равные постоянные времени Т):

, (11)

Соответствующая переходная характеристика (для нагрева):

- 8 -

, (12)

Переходные характеристики этих моделей для охлаждения получаются

исключением «1» в начале формул (9), (10) и (12).

Графически эти переходные характеристики суть “S”-образные кривые с точкой

перегиба. Для моделей с кратными корнями имеются следующие соотношения:

для модели второго порядка (j=2):

абсцисса точки перегиба t_П=T,ордината:y_П=0.264 ;

для модели третьего порядка (j=3): (13)

абсцисса точки перегиба t_П=2T,ордината:y_П=0.323.

Стандартизация: ГОСТы в метрологии (РМГ 29 – 99), государственная система

обеспечения единства измерений (ГСОЕИ), ГСП, нормированные сигналы

[0-5]mA, [0-10]B и т..д.; нормированное питание, нормированные разъемы,

габариты приборов и т.д. (см. приложение ТЕРМИН).

Основные принципы, по которым производится классификация приборов:

1)название измеряемой переменной (температура, давление, уровень и т.д.);

2)метрологическое назначение измерительных преобразователей: датчик,

нормирующий преобразователь, преобразователь энергии (пневмоэлектри-

ческий, электропневматический), вторичный прибор, преобразователь

аналог-код или код-аналог; промышленные, контрольные, образцовые;

3)физический метод работы ИП: термоэлектрический, индуктивный и т.д.;

4)по виду входного и выходного сигналов: аналоговый, дискретный.

5)по виду используемой энергии: электрические, пневматические, гидравлические.

Типы погрешностей: методические и инструментальные; статические и

динамические; основная и дополнительные; систематические и случайные;

абсолютная Δх, относительная ε=Δх /Х и приведенная относительная погрешности

γ= (Δх /Х_к)*100, %

здесь Х_к – нормированное значение, обычно это диапазон прибора;

аддитивные и мультипликативные погрешности; погрешность линейности.

Диапазон измерен, двойная шкала прибора, класс точности g, поверка приборов

(см. приложение ПОГР.). Сертификация продукции.

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 914; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!