Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Загрузка...

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Метрологические характеристики измерительных преобразователей

Пример

Основные характеристики датчиков

Статическая характеристика – зависимость выходной величины Хвых от входной Хвх в установившемся режиме.

Хвых = f(Хвх)

Коэффициент передачи – статический, динамический и относительный.

Статический коэффициент передачи Кст – отношение величины Хвых к входной Хвх:

Кст = Хвых/ Хвх

Зависимость Хвых / Хвх = k (в установившемся режиме – линейная зависимость диапазона выходного сигнала к диапазону входного сигнала). k = tg α = δy / Δx - коэффициент передачи измерительного преобразователя.

Если на выходе и входе – одинаковые единицы, то k – коэффициент усиления.

Статический коэффициент передачи тока для схемы транзистора ОБ обозначается α и определяется:

статический коэффициент передачи тока базы или статический коэффициент усиления по току β.

Динамическая характеристика – характеризует работу элемента в динамическом режиме, т.е. при быстром измерении Хвх. Эта зависимость Хвых от времени τ.

Хвых = f(τ) – переходная характеристика.

Порог чувствительности – наименьшее значение входной величины Хвх, при которой резко меняется значение выходной величины.

Задача. Термоэлектродвижущая сила Е (ТЭДС) термопары типа К изменяется от 8.138 мВ до 12,209 мВ при изменении темпера­туры горячего спая t от 200 °С до 300 °С и постоянной температуре холодного спая. Определите чувствительность термопары.

Решение. Чувствительность термопары равна

Ко всей измерительной цепи и к каждому преобразователю в отдельности предъявляются определенные требования: точ­ность измерения или преобразования, заданная зависимость выходного сигнала от входного, чувствительность преобразова­телей, мощность выходного сигнала и др. Для соответствия этим требованиям каждый измерительный преобразователь и вся измерительная цепь должны обладать заданными метрологическими характеристиками.

Погрешности измерительных преобразователей. Любой технологический параметр невозможно измерить абсолютно точно. Это объясняется несовершенством измерительных преобразователей, воздействием на процесс измерения различных внешних возмущений и другими факторами. Поэтому всякое измерение производится с погрешностью, под которой понимают отклонение результата измерения от истинного значения измеряемого параметра.

Погрешность измерения—основная метрологическая характеристика измерительных преобразователей и измерительной цепи.

Различают случайные, грубые и систематические погреш­ности.

Случайные погрешности изменяются случайным образом при многократных измерениях одного и того же параметра. Они принципиально не могут быть устранены или учтены при из­мерениях.



Грубые погрешности возникают вследствие неправильной организации процесса измерения (например, из-за неправильной эксплуатации измерительных преобразователей, неправиль­ного отсчета показаний, выхода из строя какого-либо элемента измерительной цепи и т. п.). Такие погрешности могут быть обнаружены и устранены.

Кроме того, бывают погрешности, которые закономерно из­меняются или остаются постоянными при многократных изме­рениях одного и того же параметра. Это систематические по­грешности. Они вызваны недостатками методов измерений и конструкций измерительных преобразователей. Систематические погрешности могут быть вычислены и, следовательно, учтены в результатах измерений.

Для получения достоверной количественной информации о параметрах химико-технологических процессов необходимо выбрать соответствующие метод измерения и средство измерений. Выбор метода измерения и типа первичного измерительного преобразователя определяется конкретными условиями измерения (измеряемой средой, ее параметрами, местом измерения, особенностями технологического процесса и т.д.) и требованиями, предъявляемыми к точности измерения и к функциям, выполняемым средствами измерений (например, передача показаний на расстояние, передача сигнала измерительной информации на вход компьютера или контроллера). Важное значение для выбора средств измерений имеет их сопряжение с другими элементами системы управления.

Для обмена информацией между элементами системы управления часто применяются унифицированный сигнал постоянного тока от 0 мА до 5 мА или 4 мА до20 мА и унифицированный пневматический сигнал от 0,02 МПА до 0.1 МПа.

Рис.7 Диапазоны выходных сигналов

Погрешность измерения технологического параметра можно условно разбить на следующие составляющие: погрешность восприятия первичным измерительным преобразователем измеряемого параметра, погрешность передачи сигнала (информации), погрешности средств измерений.
По способу выражения погрешности подразделяют на абсолютную, относительную и приведенную. Абсолютная погрешность измерительного прибора — разность меж­ду показаниями измерительного прибора А и истинным значением измеряемой физической величины Аи :

Если истинное значение измеряемой величины неизвестно, вместо него используют действительное значение измеряемой величины. Под действительным значением физической величины понимают её значение, найденное экспериментально и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него А. В этом случае абсолютная погрешность измерительного прибора определяется выражением:

Абсолютная погрешность измерительного прибора выражается в единицах измеряемой физической величины и имеет знак.

Относительная погрешность измерительного прибора выражается отношением абсолютной погрешности к истинному значению измеренной физической величины или, если оно неизвестно, к действительному значению измеренной физической величины:

Приведённая погрешность измерительного прибора - отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению

римечание. Нормирующим значением называют условно принятое значение, постоянное во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Для измерительных приборов, нижний предел измерения которых выше нуля, нормирующее значение принимается равным верхнему пределу измерения ; если же нижний предел измерения равен нулю, или ниже нуля, то нормирующее значение принимается равным диапазону измерений.

Приведённую погрешность обычно выражают в процентах.

В зависимости от условий, в которых проводились измерения, различают основную и дополнительную погрешности средства из­мерений.

Основная погрешность средства измерений — погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях.

В процессе измерения возможны отклонения условии измерения и параметров окружающей среды от нормальных условий и тогда возникают дополнительные погрешности средства измерений за счет влия­ющих величин.

Дополнительная погрешность средства измерений — составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от ее нормального значения или вследствие ее выхода за пре­делы нормальной области значении.

В зависимости от характера изменения измеряемой величины во времени в процессе измерения различают статические и динамические погрешности средства измерений.

Статическая погрешность средства измерении — погрешность средства измерении, применяемого при измерении физической вели­чины, принимаемое за неизменную.

Динамическая погрешность средства измерений возникает при измерении изменяющейся (в процессе измерений) физической величи­ны и обусловлена запаздыванием изменений показании.

Наиболее значительными бывают динамические погрешности восприятия измеряемого параметра первичным измерительным преобразователем, определяемые не только конструкцией измерительного преобразователя, но также условиями измерения и особенностями их установки, подключения и т.д. Например, при измерении температу­ры одним из основных факторов являются условия теплообмена меж­ду первичным измерительным преобразователем и измеряемой средой, а условия теплообмена, в свою очередь, зависят от рода измеряемой среды (газ, жидкость, пар), ее параметров (температуры, давления, скорости движения), расположения первичного измерительного пре­образователя) по отношению к потоку.

Систематическая погрешность - погрешность, величина которой остается постоянной от измерения к измерению и которая может быть обнаружена с помощью поверки или калибровки и затем скомпенсирована. Примером является погрешность нелинейности термопары, которая компенсируются с помощью таблиц поправок в контроллере измерительного модуля.

Систематические погрешности обычно изменяются с течением времени (дрейфуют), что делает необходимым периодическую калибровку измерительных приборов. Эти изменения вызваны процессами старения и износа элементов измерительных устройств.

Класс точности — обобщенная характеристика средства измере­ний, определяемая пределами допускаемых основной и дополнитель­ных погрешностей, а также другими свойствами средства измерений, влияющими на их точность.

Класс точности многих измерительных приборов обозначают чис­лами, совпадающими со значением допускаемой основной приведен­ной погрешности.

где КТ — число, обозначающее класс точности; - максимальная допускаемая основная абсолютная погрешность.

Примечание. Класс точности средств измерении конкретного типа устанавливают в стандартах, технических требованиях (условиях) или дру­гих нормативных документах.

Чувствительность средств измерений (измерительного прибора) S— отношение изменения сигнала на выходе средства измерений , к вызвавшему его изменению измеряемой величины.

Пример. Определить пределы допускаемой основной абсолют­ной погрешности измерительного прибора класса точности 0.5 с диа­пазоном измерений от 25 мВ до 50 мВ.

Решение. Число, обозначающее класс точности средства измере­ний, совпадает с максимальной допустимой основной приведенной погрешностью показаний, откуда следует

Нормирующее значение для измерительного прибора с за­данными пределами измерения принимается равным диапазону изме­рений .

Следовательно, пределы основной абсолютной погрешности из­мерений определяем по формуле

Любой измерительный преобразователь подвержен влиянию внешней среды. Она искажает выходной сигнал. Это может быть температура, давление и влажность окружающей среды, напряжение источника питания, вибрация и т.д.

Поэтому для каждого измерительного прибора регламентируются нормальные условия эксплуатации. Погрешность при его эксплуатации при нормальных условиях – основная, возникающие при отклонении от нормальных условий – дополнительная погрешность.

Все это ведёт к затруднению сравнения различных измерительных преобразователей по точности.

Поэтому класс точности – это допустимая приведенная погрешность (в %) при нормальных условиях эксплуатации.

Классы точности: 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Чувствительность – характеризует способность измерительного преобразователя изменять малые сигналы. Чем меньше сигналы может измерять, тем чувствительнее прибор. Милливольтметр (мB) может измерять тысячные доли Вольта, обычный вольтметр - нет.

Но! Чем чувствительнее прибор, тем больше погрешность, при уменьшении диапазона не удается снизить абсолютную погрешность.

Поэтому для каждой конкретной конструкции существует порог чувствительности – минимально возможный диапазон измерений, при котором абсолютная погрешность равна этому диапазону и приведенная погрешность 100%. Порог чувствительности ограничивает измерение малых сигналов.

Аналоговый вход (измерение) называется переменной процесса "PV". Она длжна точно отражать с высокой точностью параметр процесса, которым стараются управлять.

Пример. Нужно установить температуру + или – 1 градус , тогда мы типично стремимся по меньшей мере к 1/10 градуса). Если аналоговый вход 12-бит, и температурный диапазон для датчика от 0 до 4000 С, то наша «теоретическая» точность д. б. рассчитана

Теоретическая, т.к. предполагается, что нет шума и ошибки в выбранном датчике, соединениях, аналоговом преобразователе.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
| Метрологические характеристики измерительных преобразователей

Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 557; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ip: 54.145.113.2
Генерация страницы за: 0.007 сек.