Реферат 

       Пояснительная записка  к курсовому проекту 42с., 7 рис., 19 табл., 4 источника, 4 прил.

       РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЯ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ, ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА, СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ, СТАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КАНАЛ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ

       Иллюстративная часть  на 2-х листах формата А3.

       Объектом исследования данного курсового проекта является некоторый условный объект.

       Целью работы является проведение обработки результатов  наблюдений основных физических величин, характеризующих функционирование условного объекта; выбор средств  измерений для создания ИИС; разработка измерительной информационной системы; определение и исследование характеристик отдельных средств измерений, входящих в состав ИИС.

       Курсовая работа проводится под четким контролем  руководителя проекта.

       В итоге работы должны быть получены данные по обработке  результатов наблюдения физических величин: температуры воды, температуры продукта, давления воды, расхода воды.

записка

       Содержание 

       Нормативные ссылки…………………………………………………….….7

       Введение ……………………………………………………………………..8

       1 Обработка результатов  наблюдений физических величин……………..9

       1.1 Обработка результатов  наблюдений температуры воды……………..9

       1.1.1 Исключение аномальных результатов наблюдения………………...9

       1.1.2 Проверка гипотезы о нормальном распределении случайной

    величины………………………………………………………………………….....10

       1.1.3 Построение гистограммы результатов наблюдений……………….11

       1.1.4 Построение дифференциальной функции нормального

распределения……………………………………………………………………….13

       1.1.5 Построение кумулятивной кривой………………………………….14

       1.1.6 Построение графика интегральной функции распределения……..15

       1.1.7 Определение границ доверительного интервала и интервальной

оценки………………………………………………………………………………..16

       1.2 Обработка результатов  наблюдений температуры продукта……….18

       1.2.1 Математическая модель статики……………………………………18

       1.2.2 Расчет границ  доверительного интервала………………………….20

       1.3 Обработка результатов  наблюдений давления воды…………….…..22

       1.4 Обработка результатов  наблюдений расхода воды…….…………....25

       2 Разработка измерительной  информационной системы………………..26

       2.1 Техническое задание на разработку ИИС…………………………….26

       1.2.1 Математическая  модель статики…………………………………….26

       1.2.2 Расчет границ доверительного интервала…………………………..26

       2.2 Выбор средств  измерений……………………………………………..26

       2.3 Разработка схемы  автоматизации условного объекта……………….27

       3 Определение и  исследование характеристик средств  измерений, 

входящих  в состав ИИС……………………….……………………………………29

       3.1 Расчет пределов  систематической погрешности измерения 

температуры воды…………………………………………………………………..29

       3.2 Построение статических  характеристик средств измерений

температуры воды………………………………………………….……………….32

       3.3 Расчет надежности  комплекта для измерения температуры  воды.....32 

       3.4 Построение статических характеристик  средств измерений расхода воды…………...………………………………………………………………...…...33

       3.5 Определение метрологических  характеристик измерительных 

каналов измерительной информационной системы……………………………...35

       3.5.1 АЧХ канала  измерения температуры воды…….…………………..35

       3.5.2 ФЧХ канала  измерения температуры воды…….…………………..35

       3.5.3 АФХ канала  измерения температуры воды….……………………..36

       Заключение…………………………………………………………………43

       Список использованных источников……………………………………..44

       Нормативные ссылки 

       В методических указаниях по выполнению курсового проекта использованы ссылки на следующие нормативные документы:

       ГОСТ  Р 8.563-96.ГСИ. Методики выполнения измерений.

       ГОСТ Р 8.585-2001.ГСИ. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования.

       ГОСТ 8.207-76.ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения.

       ГОСТ 21.404-85 СПДС. Автоматизация технологических  процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах.

       ГОСТ 34.602-89 Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы.

       ГОСТ  Р 8.625-2006.ГСИ. Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний.

       МИ 2093-90.ГСИ. Рекомендация. Измерения косвенные. Определение результатов измерений и оценивание их погрешностей.

       Р 50-77-88 ЕСКД. Правила выполнения диаграмм. 

       Введение 

       В век информационных технологий, когда автоматика доминирует над ручными измерениями и  выигрывает в точности и времени, возникает потребность в обучении и подготовки высоко квалифицированных специалистов, которые самостоятельно смогут разрабатывать и внедрять ИИС на предприятиях и объектах.

       Данный курсовой проект позволяет разобраться и  освоиться в информационно-измерительных системах. Научится оперировать понятиями и способами расчета основных технических величин, таких как измерение температуры, расхода жидкости, измерения давления.

       Целью разработки информационно-измерительной  системы является обеспечение условного  объекта комплексом технических  средств для измерения физических величин и передачи измерительной информации на вход измерительно-вычислительного комплекса для обработки.

       Изначальные данные для создания курсового проекта  были получены у руководителя курсового  проекта. Дополнительные средства измерений  выбирались самостоятельно. Все самостоятельно выбранные средства измерений используются в реально автоматизируемых объектах.

       Основанием для  расчетов курсового проектирования являются исходные данные согласно варианту 2145042, взятые из приложений КП.

       1 Обработка результатов наблюдений физических величин. 

1. Обработка результатов наблюдений температуры  воды.

       При выполнении обследования условного объекта переход от значений результатов наблюдений температуры  воды, выраженных в градусах Цельсия, проведем на основании номинальной  статической характеристики (НСХ) преобразования типа L по ГОСТ Р 8.585-2001.ГСИ, предварительно рассчитав значение термоЭДС в милливольтах для каждого результата наблюдения в выборке по формуле

        ,       

        ,                                                            (1.1)

где      - значение термоЭДС при искомой температуре, мВ;

- показания  потенциометра ПП-63 для каждого  значения результата                                    наблюдения, мВ;

 - значение термоЭДС при температуре в помещении, равной 20^oC, мВ.

       При подстановке  в формулу (1.1) значений результатов  наблюдений температуры воды в милливольтах и переходе от милливольт к градусам Цельсия по полученным результатам наблюдений температуры в градусах Цельсия составим таблицу 1.1. 

    Таблица1.1 – Результаты наблюдений температуры воды

       1.1.1 Исключение аномальных  результатов наблюдения.

      Средняя температура воды рассчитывается по формуле 

        , где     n - количество результатов наблюдений в выборке для определенного значения температуры;

         n – объем выборки, равный 22;

        - значение результата наблюдения по номеру наблюдения в выборке.

        = 42.114 °С.

       Для исключения анормальных результатов наблюдений вычислим СКО результатов наблюдений по формуле

         ,                           

        =1.069 °С.

       Выявление аномальных результатов наблюдения проведем для  крайних значений ряда , . Рассчитаем для них h₁ и h₂ по формулам (1.2) и (1.3)

        ,              (1.2)

        .              (1.3)

       Соответственно h₁=1.791 °С, h₂=2.326 °С.

       Табличное представление  предельного параметра h=2,827. Так как h₁ и h₂ меньше предельного параметра h, то результаты наблюдений не аномальны. 

       1.1.2 Проверка гипотезы  о нормальном распределении случайной

Величины. 

       Проверим гипотезу о нормальном распределении случайной  величины результатов наблюдения с использованием составного критерия по ГОСТ 8.207-76.ГСИ.

       Гипотеза о нормальности по критерию 1 не отвергается, если выполняется неравенство;

        ,              

где       q1 – уровень значимости критерия 1; 

 – квантиль  распределения, соответствующий  вероятности  , и

       объему выборки, равному 22;

 – квантиль распределения,  соответствующего вероятности  , и объему выборки, равному 22.

При расчете принимаем q₁=0,02.

       Смещенная оценка СКО  результатов наблюдения рассчитывается по формуле 

        ,                                                                  

        =1.044 °С.

       Квантиль распределения  d находится по формуле

        , 

       d=0,805.

       По таблице Л.1 приложения Л для объема выборки n = 22 определяются квантили =0,8981 и =0,6968.

        0,6968 ≤ 0,805 ≤ 0,8981

        Поскольку выполняется неравенство, то гипотеза о нормальном распределении по критерию 1 не отвергается.

       Гипотеза о нормальности по критерию 2 не отвергается, если число разностей , окажется не более чем m, где – квантиль нормированной функции Лапласа, соответствующая вероятности , по таблице Л.2 приложения Л определяем значение m и V для q₂=0,02. По таблице из стандарта ГОСТ 8.207-76.ГСИ определяем параметры m=2 и V=0,97, = 0,485. Из таблицы М.2 значений функции распределения Лапласа для вероятности определяется =2,17. Тогда =2,319. Ни одна из разностей не превышает полученное значение. Следовательно, гипотеза о нормальности распределения результатов наблюдений не отвергается.

       1.1.3 Построение гистограммы результатов  наблюдений

       Для записи статистического ряда в виде таблицы структурируем результаты наблюдений n S разряды, количество разрядов может быть выбрано по эмпирической формуле:

        , где n-объем выборки.                                          (1.4)                                                   

       С учетом того, что  n=22 получим по формуле (1.4) S=5. Тогда значение длины разряда L находится по формуле:

        ,

       L = 0,88 °С.

       Таким образом, диапазон значений разбивается на пять равных интервалов. Далее определяем количество результатов наблюдений m_j, приходящееся на каждый интервал, частоту P_j(θ^*_в) и оценку плотности распределения f^*_j(θ^*_в) по формулам (1.5) и (1.6)

        ,                                                                                                               (1.5)

        .                                                                                                      (1.6)

       Статистический ряд  результатов наблюдений приведен в  таблице 1.2.

       Полигон накопления частот строим, соединяя прямыми линиями  середины верхних оснований каждого столбца гистограммы. Полигон и гистограмма приведены на третьем листе графической части. 

Таблица 1.2 -  Статистический ряд результатов наблюдений

       Рисунок 1.1 – Гистограмма и полигон накопления частот 

       1.1.4 Сглаживание статистического ряда 

       Сглаживание статистического  ряда результатов наблюдений проведем, используя теоретическую плавную  кривую дифференциальной функции нормального распределения. Дифференциальная функция нормального распределения находится по формуле

        ,

где  t_wj – значения на границах и посередине разряда.

       Значения дифференциальной функции нормального распределения приведены в таблице 1.3. 

Таблица 1.3 - Значения дифференциальной функции распределения

       Кривая  дифференциальной функции нормального  распределения изображена на рисунке 1.2.

       Рисунок 1.2 - Кривая дифференциальной функции нормального

       распределения 

       1.1.5 Построение кумулятивной  кривой 

       Для построения кумулятивной кривой по горизонтальной оси необходимо отложить значение границы разрядов и на каждом разряде построить прямоугольник высотой

        .                                                                                              (1.7)

       Найденные значения по формуле (1.7) записаны в таблице 1.4, а сама кумулятивная кривая изображена на рисунке 1.3. 

Таблица 1.4 –  Статистический ряд распределения  значений кумулятивной кривой

       Рисунок 1.3 – Кумулятивная кривая 

       1.1.6 Построение графика  интегральной функции распределения 

       График интегральной функции распределения нужно построить с использованием таблицы нормированной функции Лапласа. Сначала задаем значением на границе разряда θ^*_в,j. Затем рассчитываем соответствующие значения новой переменной Zj по формуле

        .

       Интегральная функция  распределения F^*(Z_j) имеет вид

       F^*(Z_j) = Ф(Z_j) + 0,5,

где     Ф(Z_j) – нормированная функция распределения Лапласа.

       Полученные результаты приведены в таблице 1.5. 

Таблица 1.5 – Значения интегральной функции  распределения

       Интегральная функция  распределения изображена на рисунке 1.4.

       Рисунок 1.4 – Интегральная функция распределения 

       1.1.7 Определение границ  доверительного интервала и интервальной  оценки 

       Определение границ доверительного интервала результата измерений температуры воды проводим с учетом требований ГОСТ 8.207. В соответствии с этим стандартом граница доверительного интервала вычисляется по формуле

        ,

    где      K_w– коэффициент распределения Стьюдента.

1.2 Обработка результатов наблюдений температуры продукта 

1.2.1 Математическая модель статики 

Структурная схема измерительного канала изображена на рисунке 2.1 

       Рисунок 2.1 – Структурная  схема измерительного канала 

       В измерительный  канал входит термопреобразователь сопротивления типа ТСП/1 – 1088 (с  НСХ 50П), нормирующий преобразователь  Ш79 с линейной статической характеристикой, диапазоном измерения (-70…+180) °C и унифицированным выходным токовым сигналом, образцовый резистор Р33 и потенциометр типа ПП – 63.

       Получим расчетную  формулу, связывающую температуру  продукта с измеряемым напряжением  U и устанавливаемым сопротивлением R

        .

       Зависимость сопротивления  термопреобразователя ТСП/1 – 1088 находится по формуле

       R_t= R₀(1+А t_Р+В t²_Р),                                                                                

где      А, В – коэффициенты. А = 3,96847×10 ^{– 3} °С^-1 , B = –5,847×10 ^{– 7} °С^–2;

           R₀ – сопротивление датчика при температуре t = 0 °С, R₀ = 50 Ом.

       Значения выходного  токового сигнала нормирующего преобразователя  Ш79 зависят от сопротивления R_t термопреобразователя ТСП/1 – 1088

       I_SH = S_SH×(R_t – R_tmin),                                                                                    (1.8)

где      S_SH – чувствительность преобразователя, мА/Ом;

     R_t – текущее значение сопротивления, Ом;

R_tmin – начальное значение сопротивления, соответствующее нижнему пределу измерений, Ом.

                     Чувствительность преобразователя  рассчитывается по формуле 

где       DI_SH – диапазон изменения выходного сигнала Ш79, DI_SH = 5 мА.

DR_t – разность максимального R_tmax и минимального R_tmin значений сопротивления датчика, R_tmax =84,77 Ом и R_tmin =35,94 Ом.

       В результате имеем

       Соответственно по формуле (1.8) получим значение выходного сигнала

       I_SH=0,1024(R_t – 35,94).           

       Для магазина сопротивлений  Р33 величина выходного напряжения соответствует

       U=RI_SH ,              

где R – значение образцового резистора, равное 10 Ом.

       Следовательно

       U=0,1024(R_t-35,94).        

       Для потенциометра  ПП – 63 имеем следующую статическую  характеристику

       N=U,              

       Рассмотрим совместно  математические модели статики отдельных  элементов, исключая промежуточные переменные R_t и I_SH, получаем квадратное уравнение вида

        ,        

       Откуда температура  продукта выражается по формуле

        .                                         (1.9)

       Подставляя значения U результатов наблюдения в (1.9) находим соответствующую температуру продукта, выраженную в градусах Цельсия. Полученные значения температуры приведены в таблице 1.6. 

Таблица 1.6 – Результаты наблюдений температуры продукта t_р

       Для полученной выборки объема n=5 рассчитываем среднее арифметическое значение и получаем результат измерения температуры продукта t_п.

        ,            

       t_р=17,975 °C. 

       1.2.2 Расчет границ доверительного интервала 

       Чтобы рассчитать границы  доверительного интервала необходимо определить значения СКО ( σ[t_р] ) и число степеней свободы f_р температуры продукта t_р.

       СКО находим по формуле

        ,                                       (1.10)

где  s_U – СКО значений результатов наблюдений, выраженных в милливольтах; 
s_R – СКО значений сопротивления образцового резистора, Ом; 
m_U – среднее значение результатов наблюдений в милливольтах; 
m_R – среднее значение сопротивления образцового резистора, 10 Ом.

       m_U находим из выражения

       ,

где m₁ – число результатов наблюдений.

       m_U=18,04 мВ,  

        ,

       s_U = 0,051 мВ.   

       Произведем расчет относительной  погрешности магазина сопротивлений Р33.

        ,  

где R_К – максимальное сопротивление магазина, R_К=99999,9 Ом;

R = 10 Ом.

В результате получим δ=±0,26 %.

       Абсолютная погрешность  магазина сопротивлений рассчитывается

        ,             

       Δ=0,026 Ом.            

       СКО значений сопротивлений  рассчитывается по формуле

        ,             

       σ_R=0,015 Ом.            

       Получим СКО значений температуры продукта по формуле (1.10)

        =0,227 °С.

       Число степеней свободы  рассчитаем по формуле

        ,         

где       b1 и b2 – соответственно производные и ;

       b1= ,

       b2= .

 m_i – количество результатов наблюдений для аргументов, m_i=5.

       f_р = 7,18.

       По таблице распределения Стьюдента, К_w= 2,36.

       Границы доверительного интервала рассчитываем по формуле

        ,            

       ε_w = ±0,537 °С.

       Тогда интервальная оценка температуры продукта t_p

       t_p=(17,975±0,537) °С, Р_дов=0,95.            

       1.3 Обработка результатов наблюдений  давления воды 

       Для проверки равноточности  для каждой выборки нужно рассчитать среднее выборочное и СКО. Среднее  выборочное рассчитаем по формуле

        ,    

где       j - номер выборки;

        - объем j-выборки;                 

        - значение  результатов наблюдений в выборке,  кПа. 

        Таблица 1.7 - Результаты наблюдений давления воды

       Для технического манометра  получили результат P₁ = 459,2 кПа.

       Для образцового  – P₂ = 456 кПа.

       Среднее квадратичное отклонение находится в соответствии с формулой

                                                                         (1.11)

       Подставляя в (1.11) полученные результаты P_i получим соответствующие СКО для результатов наблюдений технического и образцового манометров.

       σ[Р₁]=1,53 кПа,

       σ[Р₂]=0,45 кПа.

       Для проверки равноточности  двух выборок используем критерий Романовского. Рассчитаем значение параметра R по формуле

                                                                                                                              (1.12)

       Параметр  θ рассчитываем из выражения

    где      - дисперсия для каждой выборки.

       Дисперсию найдем по формуле

        ,

       D[P₁]=2,34 кПа²,

       D[P₂]=0,2 кПа²,

        ,

       σ(q)=1,41.                                                                                                   (1.13)

       Получаем 

       q = 5,85.                                                                                                      (1.14)

       Подставляя полученные значения (1.13) и (1.14) в (1.12), рассчитаем параметр R.

       R = 3,43.

       По критерию Романовского наблюдения считаются равноточными, если R < 3. В нашем случае наблюдения неравноточные. Поэтому результат измерений находим как среднее взвешенное результатов измерений для отдельных выборок, то есть

                                                                                                        (1.15)

где      g₁, g₂- весовые коэффициенты.

       Зная, что g₁ + g₂ = 1, находим параметр с.

       с = 0,184 .                                                                                        (1.16)

       С учетом полученного  результата (1.16) получаем весовые коэффициенты.

       g₁=0,08, g₂=0,92.

       Подставляя результаты весовых коэффициентов и полученные ранее значения Р₁ и Р₂ в (1.15), получим значение давления воды Р_w.

       Р_w = 456,25 кПа.

       Для нахождения границ доверительного интервала  найдем число степеней свободы по формуле

        ,

где  g₁, g₂ – весовые коэффициенты;

 s₁=s[P₁], s₂=s[P₂];

       m_i – количество результатов наблюдений для аргументов, m_i=5.

       Получаем f = 4, тогда по таблице распределения Стьюдента определяем коэффициент распределения Стьюдента К_w = 2,78.

       Границы доверительного интервала рассчитываем по формуле

        ,

       σ[Р_w] рассчитывается по формуле

        , 

       σ[Р_w]=0,429 кПа.

       Тогда границы доверительного интервала

       ε_w = ±1,05 кПа.

       Интервальная оценка измерений давления записывается по формуле

         кПа; Р_дов=0,95,

       Р_w=(456,25 ± 1,05) кПа, Р_дов=0,95. 

       1.4 Обработка результатов наблюдений  расхода воды 

       СКО результатов  измерений определим по формуле

где       - объем выборки;

        - значение  результатов наблюдения в выборке,  м³/ч;

        - среднее  выборочное значение, м³/ч.

       Значение параметров и отображены в таблице 1.8. 

      Таблица 1.8 – Результаты наблюдения расхода воды

       Значение среднего выборочного  определим по формуле

       В результате получим

       Q_o = 15,34 м³/ч,

       σ[Q_o] = 0,051 м³/ч.

       Определим границы  доверительного интервала из формулы

        .

       В следствии того, что число степеней свободы на единицу меньше объема выборки, по табличным данным получаем коэффициент распределения Стьюдента

       К_w = 2,78.

       Тогда границы доверительного интервала

        м³/ч.

       В результате интервальную оценку результатов наблюдений расхода  воды запишем как

         м³/ч, Р_дов=0,95,

         м³/ч, Р_дов =0,95.

       2 Разработка измерительной информационной  системы 

       2.1 Техническое задание  на разработку ИИС 

       Техническое задание  на основе требований стандарта ГОСТ 34.602. 

       2.1.1 Общие сведения 

       Наименование системы  - ИИС на основе аппаратуры ПО “ОВЕН”. 

       2.1.2 Назначение и цели создания системы 

       Назначение ИИС  – использование в качестве локальной  подсистемы автоматизированного контроля в интегрированной автоматизированной системе управления предприятия.

       Целью разработки ИИС  является обеспечение условного  объекта комплексом технических средств для измерения физических величин и передачи измерительной информации на вход измерительного вычислительного комплекса для обработки. 

       2.1.3 Характеристика  объекта автоматизации 

       Условный объект автоматизации характеризуется  следующими значениями основных физических величин: температура воды, температура продукта, давление воды, расход воды.

       ИИС должна иметь  щитовые приборы и передавать на вход ИВК информацию о значениях следующих величин: температура воды, температура продукта, давление воды, расход воды, уровня воды, кислотности воды, относительной влажности воздуха.

       ИИС должна обеспечить возможность комплексной обработки  результатов измерений и характеристик измерительной системы. 

       2.2 Выбор средств  измерений для схемы автоматизации 

       Выбор средств измерений  проводится с учетом следующей дополнительной информации о предельных значений, измеряемых величин:

       ИИС должна обеспечивать возможность компьютерной обработки результатов измерений и определения характеристик измерительной системы

       - температуры воды (42,14± 10,51) ⁰С;

       - температуры продукта (17,97±4,49 ) ⁰С;

       - давления воды (456,25±114,06) кПа;

       - расхода воды (15,34±3,84) м³/ч;

       - уровня воды 2 м;

       - кислотности воды 7 рН;

       - плотности воды 992,2 кг/м³;

       - относительной влажности  воздуха 96 %.

       Для измерения температуры  воды в измерительный канал включен  преобразователь _ДТПЛ поз. 1а., подключенный термоэлектродным проводом к нормирующему преобразователю Ш78 поз. 1б, выходной сигнал которого подаётся на вход 1 канала измерительного прибора УКТ38-Щ4.АТ (поз. 1в)., подключенного к ПК через адаптер сети АС-2 поз. 1г.

       Для измерения давления воды используется пневматический преобразователь МПЭ-МИ поз. 2а, выходной сигнал которого подаётся на вход 2 канала измерительного прибора УКТ38-Щ4.АТ (поз. 1в), подключенного к ПК через адаптер сети АС-2 поз. 1г.

       Для измерения расхода воды используется камерная диафрагма ДКС поз. 3а, соединённая с преобразователем давления типа 13ДД11 поз. 3б, выходной сигнал которого подаётся на пневматический блок извлечения квадратного корня ППФ1.17-М1 поз. 3в, далее на пневмоэлектрический преобразователь ППЭ-2 поз. 3г, выходной сигнал которого подаётся на вход 3 канала измерительного прибора УКТ38-Щ4.АТ (поз. 1в), подключенного к ПК через адаптер сети АС-2 поз. 1г.

       Измерение кислотности  воды производится погружной электродной  системой ДПг-4М поз. 4а, сигнал которой через нормирующий преобразователь П215 поз. 4б подаётся на вход 4 канала измерительного прибора УКТ38-Щ4.АТ (поз. 1в), подключенного к ПК через адаптер сети АС-2 поз. 1г.

       Измерение уровня воды производится уровнемером САПФИР-22ДУ ВН поз. 5а, выходной сигнал которого подаётся на вход 5 канала измерительного прибора УКТ38-Щ4.АТ (поз. 1в), подключенного к ПК через адаптер сети АС-2 поз. 1г. 

       3 Определение и  исследование характеристик средств  измерений, 

входящих  в состав ИИС 

       3.1 Расчет пределов систематической погрешности измерения температуры воды проводится при использовании комплекта, изображенного на рисунке

Рисунок 3.1 – Структурная схема измерительного комплекта  

       Рассчитаем ожидаемое  значение абсолютной систематической  погрешности по формуле

        ,                                                                    (3.1)

где       - инструментальная составляющая погрешности, мА;

             - личная составляющая погрешности, мА;

        - методическая  составляющая погрешности, мА.

       Расчет проводится для показания вторичного прибора  N₁, соответствующего номинальному значению температуры воды, которое было получено расчетным путем

        ,

        .

       Инструментальную  относительную погрешность рассчитаем по формуле

        ,

где  - относительная погрешность термопреобразователя типа ТПЛ;

        - относительная  погрешность нормирующего преобразователя  Ш 78;

        - относительная  погрешность измерительного прибора  УКТ-38.

       Для расчета относительных  погрешностей нужно учесть способы  нормирования разных средств измерений

         °С,

        %,

        %.

       Относительные погрешности  рассчитываются по формулам (3.2), (3.3) и (3.4)

        ,               (3.2)

где   - максимальное значение выходного сигнала измерительного

            прибора УКТ-38, мА.

        ,               (3.3)

где   - максимальное значение выходного сигнала нормирующего преобразователя Ш-78, мА;

  - сигнал, соответствующий и равный сигналу  , мА.

        ,                (3.4)

где   - действительное значение температуры, °С.

       Чтобы найти действительное значение температуры, рассчитаем значение ЭДС , соответствующее току , по формуле

        ,

где   - чувствительность нормирующего преобразователя Ш-78.

       В свою очередь чувствительность преобразователя находится по формуле

        ,

         мА/мВ,

       E₁=3,146 мВ. 

       По  таблице НСХП типа L и значению  E₁ найдем

        =47,697 °С.

       Подставим полученные значения в формулы (3.2), (3.3), (3.4) и получим относительные погрешности

       d_укт=0,03,

       d_ш78=0,06,

       d_тпс=0,052.

       В результате инструментальная относительная  погрешность

       d_и=0,093.

       Рассчитаем инструментальную составляющую погрешности по формуле

        , 

       D_и=0,178 мА.

       Методическая  погрешность рассчитывается по формуле

         ,

        = -5,561 °С.

       Тогда, переходя от градусов Цельсия к мА получим

        = -0,111 мА.

       Личную составляющую погрешности определяем как равную половине цены деления прибора. При  этом под ценой деления цифрового  прибора понимаем значение младшего десятичного разряда от счетного устройства

         мА.

       Подставляя результаты полученных составляющих погрешности  в формулу (3.1) получим абсолютную систематическую погрешность измерений температуры воды.

       D_w =(±0,086 + 0,111) мА .

       Рассчитаем  границы доверительного интервала

        ,

        .

       Тогда результат измерений представляем в виде

       N₁=0,84 мА;  D_l = 0,197 мА;  D_h = 0,025 мА;  P_дов = 0,95. 

       3.2 Построение статических характеристик  средств измерений 

температуры воды 

       Построим на листе  №2 иллюстративное части курсового проекта статические характеристики средств измерений температуры воды.

       Приведем эти статические  характеристики в табличной форме. 

 Таблица  3.1 – Статическая характеристика  ТПЛ

        Таблица 3.2 – Статическая характеристика  Ш 78

        Таблица 3.3 – Статическая характеристика  УКТ38

       3.3 Расчет показателей  надежности комплекта для измерения  температуры воды 

       Расчет надежности комплекта для измерения температуры  сводится к определению вероятности  безотказной работы комплекта за 1000 часов и его среднего времени  безотказной работы.

       Для трех элементов  комплекта известны интенсивности  отказов l

        - для ТПЛ      l_ТПЛ =15×10^-6 1/ч;

        - для Ш78      l_Ш78 =70×10^-6 1/ч;

       - для УКТ38   l_УКТ =105×10^-6 1/ч.

       Для соединительного  термоэлектродного провода на 1 м длины интенсивность отказа

       l_пр =0,1×10^-6 1/ч.

    Длину проводов примем равной  L = 230м ,тогда  l_пр = 23,0×10^-6× 1/ч.

       Закон распределения случайной величины времени безотказной работы

принимается экспоненциальным, т.е. для каждого  элемента вероятность безотказной работы определяется следующим выражением

        ,

       Тогда вероятность  отказа всего комплекта рассчитается по формуле

        ,

      где    l_комп - интенсивность отказа всего комплекта, рассчитывается по формуле

       l_комп = l_ТПЛ + l_Ш78 + l_УКТ38 + l_пр,

       В результате получим

       Р_комп = 0,824^.10^-4.

       Тогда среднее время  безотказной работы находится по формуле

        ,

       Т_ср = 4695 ч^-1 ≈ 196 сут^-1. 

       Заключение 

       Курсовой проект способствовал реализации практических задач по выполнению обработки результатов наблюдений, связанных с обследованием условного объекта контроля, разработке измерительной информационной системы (ИИС) на основе полученных результатов измерений, определению и исследованию характеристик входящих в нее средств измерений.

       Результатом курсового  проектирования стала измерительная  информационная система, обеспечивающая условный объект комплексом технических средств измерений физических величин и передачи измерительной информации на вход измерительного вычислительного комплекса для последующей обработки.

       Разработанная система, в соответствии с заданием, снабжена требуемым метрологическим обеспечением. Метрологическое обеспечение включает в себя методику измерений температуры  воды и инструкцию по поверке преобразователя перепада давления, входящего в канал измерения расхода воды. 
 

       Список  использованных источников 

       1 Чистяков, В.С. Краткий  справочник по теплотехническим  измерениям [Текст] / В. С. Чистяков. – М. : Энергоатомиздат, 1990. – 320 с.

       2 Метрология и  измерения. Принципы и средства  измерений теплотехнических величин: Учебное пособие [Текст] /В. В. Осокин; Кубанский государственный  технологический университет. Краснодар. 1994. - 92 с.

       3 Фарзане, Н.Г. Технологические измерения и приборы [Текст] /Н. Г. Фарзане, Л. В. Илясов, А. Ю. Азим-Заде. – М.: Высшая школа, 1989. - 456 с.

       4 АРК Энегосервис. Контрольно-измерительные приборы и автоматика [Электронный ресурс]: –.– Режим доступа.: http://arc-energo.spb.ru