Автоматические системы регулирования

Агрегатирование является эффективным средством унификации и достижения микроэлектроники направлена в первую очередь на повышение эффективности ГСП в условиях широкого внедрения АСУ различных уровней и особенно АСУТП. Агрегатированные комплексы, таким образом, рассматриваются как подсистемы ГСП, полностью отвечающие общим системным принципам ГСП и имеющие согласованную с ней общую функциональную направленность.

Унификация сигналов измерительной информации (определяемая соответствующими стандартами) обеспечивает передачу и обмен информацией, а  также дистанционную связь между  устройствами управления, передачу результатов  измерений от средств получения информации к устройствам контроля и управления, а также управляющих сигналов на исполнительные механизмы.

Из электрических сигналов наибольшее распространение получили унифицированные сигналы постоянного  тока и напряжения. Они используются как для передачи информации от средств получения информации к устройствам, так и для обмена информацией между устройствами управления.

 

2. Элементы  метрологии и техники измерений

2.1 метрология

1. Метрология

1.1 1 Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

К основным проблемам  метрологии относятся:

• Общая теория измерений;
• Единицы физических величин и их системы;
• Методы и средства измерений;
• Основы обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений;
• Эталоны и образцовые средства измерений;
• Методы передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

 

2. Физические  величины.

2.1 2 Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам (физическим системам, их состояниям и происходящим в них процессам), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Индивидуальность в количественном отношении следует понимать в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное количество раз больше или меньше, чем другого. Например: длинна, масса, электрическое сопротивление и др.

2.2 3 Размер физической величины – количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «физическая величина».

2.3 4 Значение физической величины – оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Отвлеченное число, входящее в значение физической величины, называется числовым значением. Пример: 12кг. – значение массы тела.

 

3. Единицы  физических величин.

3.1 5 Единица физической величины – физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное 1. Единицы некоторой величины могут различаются по своему размеру, например: метр, фут и дюйм, являясь единицами длинны, имеют различный размер: 1 фут = 0,3048 м., 1 дюйм = 25,4*10^-3м.

 

4. Измерения.

4.1 6 Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

4.2 7 Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Например: измерения массы на циферблатных или равноплечных весах, температуры термометром, длинны с помощью линейных мер.

4.3 8 Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемых прямым измерениям. Например: нахождение плотности однородного тела по его массе и геометрическим размерам; нахождения удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и плотности поперечного сечения.

4.8 9 Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения. Например: измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта; измерения массы взвешиванием (использование силы тяжести, пропорциональной массе); измерение расхода газа или жидкости по перепаду давления в сужающем устройстве.

4.9 10 Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений. п. 4.9

4.10 11 Метод непосредственной оценки – метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия. Например: измерение давления пружинным манометром, массы на циферблатных весах, силы электрического тока амперметром.

4.11 12 Метод сравнения с мерой – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. Например: измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями; измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с э.д.с. нормального элемента.

4.13 13 Дифференциальный метод – метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой. Например: измерения, выполняемые при проверке мер длинны сравнением с образцовой мерой на компараторе.

4.14 14 Нулевой метод – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Например: измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.

4.12 19 Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами. Например: измерение массы на равноплечных весах с помещением измеряемой массы и уравновешивающих ее гирь на 2^х-чашках весов.

4.15 16 Метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Например: взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов.

4.16 17 Метод совпадений – метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

 

5. Виды средств  измерений

5.1 18 Средство измерений – техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.

5.2 19 Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например: гиря – мера массы; измерительный регистр – мера электрического сопротивления; кварцевый генератор – мера частоты электрических колебаний.

5.6 20 Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

5.7 21 Аналоговый измерительный прибор – измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины.

5.8 22 Цифровой измерительный прибор – измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

5.9 23 Показывающий измерительный прибор – измерительный прибор, допускающий только отсчитывание показаний.

5.10 24 Регистрирующий измерительный прибор - измерительный прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний.

5.11 25 Самопишущий измерительный прибор - регистрирующий измерительный прибор, в котором предусмотрена запись показаний в форме диаграммы.

5.12 26 Печатающий измерительный прибор - регистрирующий измерительный прибор, в котором предусмотрено печатание показаний в цифровой форме.

5.13 27 Измерительный прибор прямого действия – измерительный прибор, в котором предусмотрено одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении, т.е. без применения обратной связи. Например: амперметр, манометр, ртутно-стеклянный термометр.

5.14 28 Измерительный прибор сравнения – измерительный прибор, предназначенный для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно. Например: равноплечие весы, электроизмерительный потенциометр.

5.15 29 Интегрирующий измерительный прибор – измерительный прибор, в котором подводимая величина подвергается интегрированию по времени или по другой независимой переменной. Например: электрический счетчик, планиметр.

5.16 30 Суммирующий измерительный прибор – измерительный прибор, показания которого функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к нему по различным каналам. Например: ваттметр для измерений суммы мощностей нескольких электрических генераторов.

 

Преобразователи.

5.17 31 Измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

5.18 32 Первичный измерительный преобразователь – измерительный преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, т.е. первый в измерительной цепи. Например: термопара в цепи термоэлектрического термометра, сужающее устройство расходометра.

5.19 33 Промежуточный измерительный преобразователь – измерительный преобразователь, занимающий в измерительной цепи место после первичного.

5.20 34 Передающий измерительный преобразователь – измерительный преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации.

 

Измерение температур.

В зависимости от принципа действия промышленные приборы для  измерения температуры делятся  на следующие группы:

1) Манометрические термометры, основанные на использовании зависимости давления вещества при постоянном объёме от изменения температуры.

2) Термометры сопротивления, основанные на изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников при изменении их температуры.

3) Термоэлектрические термометры, основанные на зависимости термоэлектродвижущей силы термопары от температуры.

4) Пирометры излучения, из которых наибольшее распространение получили:

1. Яркостные (оптические), основанные на измерении яркости нагретого тела;
2. Цветовые (пирометры спектрального соотношения), основанные на измерении распределения энергии в спектре теплового излучения тела;
3. Рационные, основанные на измерении мощности излучения нагретого тела;

 

Манометрические термометры

Манометрический термометр (рис. 1) состоит из термобаллона 1,

капиллярной трубки 2 и манометра 3. Термобаллон 1 погружается в среду  с измеряемой температурой. При изменении  температуры изменяется давление рабочего вещества. По капилляру это давление передаётся на трубчатую манометрическую  пружину, от которой через передаточный механизм приводится в действие стрелка или перо прибора.

Рис.1. Манометрический  термометр

В зависимости от вида рабочего (термометрического) вещества, заполняющего термосистему, манометрические  термометры делятся на газовые, жидкостные и конденсационные.

В газовых манометрических термометрах в качестве рабочего вещества используется обычно азот. Приделы измерения от -200 до 600°C. Шкала приборов равномерная. Длина капиллярной трубки составляет 1,6 – 40 м.

В жидкостных манометрических термометрах термосистема заполнена силиконовыми жидкостями. Вследствие возможности возникновения дополнительной температурной погрешности длина капилляра этих термометров меньше, чем газовых и составляет 0,6 – 10 м. Приделы измерения от -50 до 300° С.

В конденсационных манометрических термометрах рабочим веществом являются низкокипящие органические жидкости (ацетон, оррион, хлористый метил и др.). Термобаллон конденсационных термометров на 2/3 заполнен рабочей жидкостью, над которой находится образующийся из неё насыщенный пар. Длина капилляра достигает 25 м. Предел измерения от -25 до 300° С. Конденсационные термометры имеют неравномерную (сжатую в начале) шкалу, что обусловлено нелинейной зависимостью давления насыщенного пара от его температуры.

Достоинствами манометрических термометров всех видов являются взрыво - и пожаробезопастность, простота конструкции и обслуживания, возможность дистанционного измерения и автоматической записи температуры. К их недостаткам относятся невысокая точность измерения, большие размеры термобалона (длина до 500 мм, диаметр до 20 мм), значительная инерционность. 

 

Термометры  сопротивления.

Омическое сопротивление  проводников и полупроводников  представляет некоторую функцию  их температуры, т.е. R = ƒ(T°C) вид этой функции зависит от природы материала. Измеряя сопротивление нагретого проводника или полупроводника одним из известных методов и зная вид функции R = ƒ(T°C) для данного материала, можно определить его температуру, а следовательно, и температуру пространства или среды, в которую он помещён. При увеличении температуры сопротивления ряда чистых металлов возрастает, а полупроводников снижается.