Газовые манометрические термометры. 2 страница

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 9Следующая ⇒

Переходные процессы, показанные на рис. 1.9, д, е, характерны для случаев, когда дифференциальное уравнение, описывающее динамику измерительного устройства, имеет порядок более чем второй. В этих случаях принято рассматривать измерительные устройства как совокупность нескольких, соединенных последовательно типовых динамических звеньев. Например, измерительное устройство с переходным процессом, показанным на рис. 1.9, д, можно рассматривать как соединение звена чистого запаздывания со временем запаздывания τ_з и апериодического звена с постоянной времени Т (для графического определения значений τ_з и Т достаточно провести касательную к точке перегиба А на рис. 1.9, д). Измерительное устройство с переходным процессом, показанным на рис. 1.9, е, можно рассматривать как соединение звена чистого запаздывания и колебательного звена.

Для всех измерительных устройств важным является время установления выходного сигнала (или показаний) Т _п (см. рис. 1.9), которое также называют временем реакции. Оно определяет собой отрезок времени, необходимый для завершения переходного процесса при скачкообразном изменении входного сигнала.

Так как, в основном, все рассмотренные переходные процессы (см. рис. 1.9) теоретически заканчиваются только при бесконечном значении времени, то за время реакции Т _п обычно принимают время, за которое выходной сигнал измерительного устройства, приближаясь к новому установившемуся значению, входит в некоторую зону, отличающуюся от этого значения на ±5% от изменения выходного сигнала, соответствующего данному скачкообразному входному сигналу.

Значение времени реакции может быть приближенно определено через постоянную времени измерительного устройства из соотношения

Т _п = (3 5) T. (1.34)

Нормирование метрологических характеристик измерительных устройств

Все рассмотренные характеристики измерительных устройств принято называть метрологическими, так как они влияют на точность осуществляемых с помощью этих устройств измерений. Средства измерений, в том числе и измерительные устройства, допускаются к применению только в том случае, если установлены нормы – нормированы их метрологические характеристики. Сведения о последних приводятся в технической документации на средства измерений.

Для удобства использования, анализа и нормирования метрологических характеристик средств измерений их удобно классифицировать на группы, приведенные в табл. 1.3.

Посредством нормирования метрологических характеристик обеспечивается взаимозаменяемость средств измерений и единство измерений в государственном масштабе. Реальные значения метрологических характеристик средств измерений определяются при их изготовлении, а затем периодически проверяются в процессе эксплуатации. При наличии отклонений хотя бы одной нормированной метрологической характеристики от нормы средство измерений регулируется, подвергается ремонту или бракуется и изымается из обращения.

Таблица 1.3.

Метрологические характеристики измерительных устройств

Группа метрологических характеристик	Метрологические характеристики
Характеристики, предназначенные для определения результата измерений	Функция преобразования, коэффициент преобразования, цена деления, чувствительность, диапазон измерений, верхний и нижний пределы измерений, диапазон показаний, конечное и начальное значения шкалы
Характеристики погрешности	Систематическая погрешность, случайная погрешность, основная погрешность, динамическая погрешность, порог чувствительности, мультипликативная погрешность, аддитивная погрешность, погрешности линейности, вариация, абсолютная, относительная и приведенная погрешности
Характеристики чувствительности к влияющим ветчинам	Функции влияния, дополнительная погрешность, изменение показаний, изменение коэффициента преобразований, значения неинформативного параметра выходного, сигнала
Динамические характеристики	Дифференциальное уравнение, передаточная функция, комплексная частотная функция, переходная характеристика, импульсная переходная характеристика, амплитудно-фазовая характеристика, постоянная времени, время реакции, амплитудно-частотная характеристика, фазочастотная характеристика, полоса пропускания и др.
Характеристики взаимодействия с подключаемыми средствами измерения	Входной импеданс, выходной импеданс

Выбор нормируемых метрологических характеристик из числа приведенных в табл. 1.3 зависит от вида средства измерений и осуществляется в процессе разработки, освоения производства и аттестации средства измерений данного типоразмера.

Общий подход при нормировании метрологических характеристик состоит в том, что для всех нормируемых функций и значений устанавливаются номинальные функции и номинальные значения и пределы допустимых отклонений (например, номинальная функция преобразования, номинальная функция влияния, номинальное значение информативного параметра на выходе, номинальное значение постоянной времени и т.п.). Для остальных характеристик устанавливаются пределы допустимых значений (например, пределы допускаемой основной погрешности, пределы допускаемой вариации и т.п.).

Определенную специфику имеет нормирование характеристик, определяющих точность измерений, выполняемых с помощью данного средства измерений (основная и дополнительная погрешности, размах, вариация).

Основная погрешность устройства для технологических измерений нормируется путем установления, предела допускаемой абсолютной, относительной или приведенной погрешности:

Δ = ± а, (1.61)

b = 100 Δ/ X = ± c, (1.62)

γ = 100 Δ/ X_N = ± y, (1.63)

где Х – входной сигнал измерительного устройства.

Нормирующее значение X_N в выражении (1.63) принимают равным диапазону измерений (для многих измерительных устройств, в том числе для большинства устройств, используемых для технологических измерений), конечному значению шкалы, длине шкалы, если последняя имеет резко изменяющееся деление.

Способ задания пределов допускаемой основной погрешности для измерительных приборов и преобразователей определяется зависимостью их погрешности от значения измеряемой величины и требованиями простоты. Если у измерительных устройств данного типоразмера после соответствующей их регулировки погрешность практически не зависит от значения измеряемой величины, т.е. является аддитивной, то предел допускаемой основной погрешности нормируется абсолютной погрешностью, определяемой по формуле (1.61), либо приведенной погрешностью, определяемой по формуле (1.63).

Если погрешность измерительных устройств данного типоразмера является мультипликативной и пропорциональна значению измеряемой величины то предел допускаемой основной погрешности удобно нормировать через относительную погрешность, определяемую по формуле (1.62), так как норма определяется одним числом:

(1.64)

Значение предела относительной или приведенной погрешности определяется из ряда предпочтительных чисел:

[1; 1,5 (1,6); 2; 2,5 (3); 4; 5; 6] 10 ⁿ. (1.65)

Числа 1,6 и 3 допускаются к применению, но не рекомендуются. Значение n принимается равным: +1, 0, –1, –2 и т.д. Причем при одном значении n допускается устанавливать не более пяти различных пределов допускаемой погрешности для измерительных устройств конкретного вида.

При нормировании основной погрешности учитывается тот факт, что положение реальной функции преобразования в пределах полосы, определяемой пределом допускаемой основной погрешности, изменяется за счет действия влияющих величин, что вызывает случайную погрешность, определяемую размахом R. Обычно допускаемое значение размаха принимается меньшим половины предела допускаемой погрешности:

R 0,5Δ. (1.66)

Для нормирования вариации измерительных устройств выражают ее абсолютным или приведенным значением. Значение же предел допускаемой вариации принимается в виде дольного (кратного) значения предела допускаемой основной погрешности обычно из следующих соотношений:

(1.67)

(1.68)

Так как значение вариации всегда меньше удвоенного значения основной погрешности, то для некоторых измерительных устройств вариация не нормируется.

Дополнительная погрешность нормируется в тех случаях, когда при измерении влияющих величин в рабочей области основная погрешность превышает установленный для нее предел. Дополнительная погрешность нормируется: в виде постоянного значения Δ_доп для всей рабочей области влияющей величины или по отдельным интервалам этой области; путем указания отношения предела допускаемой дополнительной погрешности, принятой для регламентируемого интервала влияющей величины, к значению этого интервала, т.е. Δ_доп/Δξ (Δξ – регламентируемый интервал влияющей величины ξ); путем указания зависимости предела допускаемой дополнительной погрешности от влияющей величины, т. е. Δ_доп = Е (ξ).

Пределы допускаемой дополнительной погрешности, как правило, устанавливают в виде дольного (кратного) значения предела допускаемой основной погрешности.

Измерительные устройства принято разделять на классы точности.

В настоящее время класс точности К трактуется как обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений.

Связь между пределами основной и дополнительной погрешностей, а также с другими свойствами средств измерений обычно регламентируется соответствующими стандартами на отдельные виды средств измерений.

Классы точности не устанавливаются только для тех средств измерений, для которых отдельно нормируется систематическая и случайная составляющие погрешности, а также для средств измерений, для которых нормируется и имеет существенное значение динамическая погрешность.

Обозначение классов точности К производится в зависимости от способов задания пределов допускаемой основной погрешности. Если последняя выражается приведенной (1.63) или относительной (1.62) погрешностью, применяются соответственно следующие обозначения: 1,5 и (обозначения приведены для класса точности 1,5). В рассмотренных (наиболее распространенных) случаях обозначение класса точности дает информацию о пределе допускаемой погрешности. Числовые значения для классов выбирают из приведенного ряда (1.65).

Для измерительных приборов и преобразователей, применяемых для технологических измерений, как правило, нормальные условия эксплуатации выбирают такими, что в большинстве случаев исключается необходимость нормирования дополнительной погрешности. Поэтому класс точности однозначно определяет точность этих средств измерений.

Вопрос 4

В метрологии средства измерений принято классифицировать по виду, принципу действия и метрологическому назначению.

Различают следующие виды средств измерений: меры, измерительные устройства; измерительные установки и измерительные системы (рис. 1.7).

Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Самым многочисленным видом средств измерений являются измерительные устройства, применяемые самостоятельно или в составе измерительных установок и измерительных систем.

По роду измеряемой величины измерительные устройства подразделяют на амперметры – для измерения тока, термометры – для измерения температуры, манометры – для измерения давления, концентраторы – для измерения концентрации веществ и т.п.

По степени защиты измерительные устройства бывают в нормальном (обыкновенном), пыле-, водо-, взрывозащищенном, герметичном и т.д. исполнении.

Измерительные приборы подразделяют по характеру применения на стационарные (щитовые), корпус которых приспособлен для жесткого крепления на месте установки, и переносные, корпус которых не предназначен для жесткого крепления.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенных в одном месте. Измерительные установки обычно используются в научных исследованиях, осуществляемых в различных лабораториях, при контроле качества и в метрологических службах для определения метрологических свойств средств измерений.

Измерительная система – совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления. В настоящее время измерительные системы часто рассматриваются как один из классов так называемых информационно-измерительных систем.

Информационно-измерительная система (ИИС) – совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств, служащая либо для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки в целях представления потребителю (в том числе ввода в АСУ) в требуемом виде, либо для автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации.

Кроме рассмотренной классификации средств измерений по виду существенной является классификация по принципу действия.

Принципом действия средства измерений называют физический принцип, положенный в основу построения средств измерения данного вида. Принцип действия обычно находит отражение в названии средства измерений, например: термоэлектрический термометр, деформационный манометр, электромагнитный расходомер и т.п.

В силу того, что для средств измерений различных величин классификация по принципу действия является специфичной, при дальнейшем изложении она будет приводиться для каждой величины.

И, наконец, существенной с позиций метрологии является классификация средств измерений по метрологическому назначению, в соответствии с которой принято различать образцовые и рабочие средства измерений.

Рабочее средство измерений – средство, применяемое для измерений, не связанных с передачей размера единиц. Рабочие средства измерений – это все громадное многообразие измерительных приборов, преобразователей, измерительных установок и систем, применяемых во всех областях деятельности человека.

Образцовое средство измерений – мера, измерительный прибор, измерительный преобразователь, служащее для поверки по нему других (как рабочих, так и образцовых меньшей точности) средств измерений и утвержденное в качестве образцового.

Вопрос 5

Большое значение при измерениях имеет правильная организация их процесса. Любое измерение требует от оператора понимания и четкости выполнения всей совокупности операций, направленных на исключение или уменьшение влияния погрешностей на результат измерения.

Сложность значительной части измерений, в том числе обработки их результатов, а также частоту повторения измерений обусловливают необходимость разработки методик выполнения измерении.

МВИ – совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с известной погрешностью.

Измерение – действие, состоящее из ряда этапов. Первым этапом любого измерения является постановка измерительной задачи. Он включает в себя:

· сбор данных об условиях измерения и исследуемой ФВ, т.е. накопление априорной информации об объекте измерения и ее анализ;

· формирование модели объекта и определение измеряемой величины, что является наиболее важным, особенно при решении сложных измерительных задач. Измеряемая величина определяется с помощью принятой модели как ее параметр или характеристика. В простых случаях, т.е. при измерениях невысокой точности, модель объекта в явном виде не выделяется, а пороговое несоответствие пренебрежимо мало;

· постановку измерительной задачи на основе принятой модели объекта измерения;

· выбор конкретных величин, посредством которых будет находиться значение измеряемой величины;

· формулирование уравнения измерения.

Вторым этапом процесса измерения является планирование измерения. В общем случае оно выполняется в следующей последовательности:

· выбор методов измерений непосредственно измеряемых величин и возможных типов СИ;

· априорная оценка погрешности измерения;

· определение требований к метрологическим характеристикам СИ и условиям измерений;

· выбор СИ в соответствии с указанными требованиями;

· выбор параметров измерительной процедуры (числа наблюдений для каждой измеряемой величины, моментов времени и точек выполнения наблюдении);

· подготовка СИ к выполнению экспериментальных операций;

· обеспечение требуемых условий измерений или создание возможности их контроля.

Эти первые два этапа, являющиеся подготовкой к измерениям, имеют принципиальную важность, поскольку определяют конкретное содержание следующих этапов измерения. Подготовка проводится на основе априорной информации. Качество подготовки зависит от того, в какой мере она была использована. Эффективная подготовка является необходимым, но недостаточным условием достижения цели измерения. Ошибки, допущенные при подготовке измерений, с трудом обнаруживаются и корректируются на последующих этапах.

Третий, главный этап измерения – измерительный эксперимент. В узком смысле он является отдельным измерением. В общем случае последовательность действий во время этого этапа следующая:

· взаимодействие средств и объекта измерений;

· преобразование сигнала измерительной информации;

· воспроизведение сигнала заданного размера;

· сравнение сигналов и регистрация результата.

Последний этап измерения – обработка экспериментальных данных. В общем случае она осуществляется в последовательности, которая отражает логику решения измерительной задачи:

· предварительный анализ информации, полученной на предыдущих этапах измерения;

· вычисление и внесение возможных поправок на систематические погрешности;

· формулирование и анализ математической задачи обработки данных;

· построение или уточнение возможных алгоритмов обработки данных, т.е. алгоритмов вычисления результата измерения и показателей его погрешности;

· анализ возможных алгоритмов обработки и выбор одного из них на основании известных свойств алгоритмов, априорных данных и предварительного анализа экспериментальных данных;

· проведение вычислений согласно принятому алгоритму, в итоге которых получают значения измеряемой величины и погрешностей измерений;

· анализ и интерпретация полученных результатов;

· запись результата измерений и показателей погрешности в соответствии с установленной формой представления.

Некоторые пункты данной последовательности могут отсутствовать при реализации конкретной процедуры обработки результатов измерений.

Задача обработки данных подчинена цели измерения и после выбора СИ однозначно вытекает из измерительной задачи и, следовательно, является вторичной.

Перечисленные выше этапы существенно различаются по выполняемым операциям и их трудоемкости. В конкретных случаях соотношение и значимость каждого из этапов заметно варьирует. Для многих технических измерений вся процедура измерения сводится к экспериментальному этапу, поскольку анализ и планирование, включая априорное оценивание погрешности, выбор нужных методов и средств измерений осуществляются предварительно, а обработка данных измерений, как правило, минимизируется.

Выделение этапов измерения имеет непосредственное практическое значение – способствует своевременному осознанному выполнению всех действий и оптимальной реализации измерений. Это в свою очередь позволяет избежать серьезных методических ошибок, связанных с переносом проблем одного этапа на другой.

Вопрос 6

Настоящий Закон устанавливает правовые основы обеспечения единства измерений в Российской Федерации, регулирует отношения государственных органов управления Российской Федерации с юридическими и физическими лицами по вопросам выпуска, эксплуатации, ремонта, продажи и импорта средств измерений и направлен на защиту прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики Российской Федерации от отрицательных последствии недостоверных результатов измерений.

Регулирование отношений, связанных с обеспечением единства измерений в Российской Федерации в соответствии с Конституцией Российской Федерации осуществляется настоящим Законом и принимаемыми в соответствии с ним актами законодательства Российской Федерации.

В соответствии с настоящим Законом и другими актами законодательства Российской Федерации Госстандарт России утверждает нормативные документы по обеспечению единства измерений, устанавливающие метрологические правила и нормы и имеющие обязательную силу на территории Российской Федерации.

Государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений в Российской Федерации осуществляет Комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт России).

К компетенции Госстандарта России относятся:

- межрегиональная и межотраслевая координация деятельности по обеспечению единства измерений в Российской Федерации;

- представление Правительству Российской Федерации предложений по единицам величин, допускаемым к применению;

- установление правил создания, утверждения, хранения и применения эталонов единиц величин;

- определение общих метрологических требований к средствам, методам и результатам измерений;

- осуществление государственного метрологического контроля и надзора;

- осуществление контроля за соблюдением условий международных договоров Российской Федерации о признании результатов испытаний и поверки средств измерений;

- руководство деятельностью Государственной метрологической службы и иных государственных служб обеспечения единства измерений;

- участие в деятельности международных организаций по вопросам обеспечения единства измерений.

Допускается утверждение нормативных документов по обеспечению единства измерений Госстандартом России и заинтересованными государственными органами управления Российской Федерации, несущими ответственность за применение указанных документов в порученных им сферах управления.

Вопрос 7

Государственная метрологическая служба России (ГМС) представляет собой совокупность государственных метрологических органов и создается для управления деятельностью по обеспечению единства измерений. Общее руководство ГМС осуществляет Госстандарт РФ. Метрологические службы государственных органов управления и юридических лиц организуют свою деятельность на основе положений Законов «Об обеспечении единства измерений», «О стандартизации», «О сертификации продукции и услуг», а также постановлений Правительства РФ, административных актов субъектов федерации, областей и городов, нормативных документов Государственной системы обеспечения единства измерений и постановлений Госстандарта РФ.

В соответствии с Положением о Госстандарте РФ, на него возложено решение ряда основных задач метрологического обеспечения.

Решая эти задачи, Госстандарт РФ определяет основные направления развития метрологического обеспечения, охватывающие разработку межотраслевых программ метрологического обеспечения, разработку научно-методических, технико-экономических, правовых и организационных основ метрологического обеспечения на всех уровнях.

Госстандарт РФ проводит работы, направленные на установление единых требований к метрологическим характеристикам средств измерений, выпуск новых типов средств измерений, осуществление контроля за качеством продукции приборостроения, установление единого порядка передачи размеров, единиц физических величин от государственных эталонов к рабочим средствам измерений. Совершенствование эталонов единиц физических величин также входит в круг работ, которые закреплены за Госстандартом РФ. Комитет принимает решения, связанные с установлением единиц физических величин, допускаемых к применению в стране, а также проводит работы по развитию и совершенствованию Государственной системы обеспечения единства измерений.

Вышеуказанные работы, международное сотрудничество в области метрологии, установление общих требований к стандартным образцам состава и свойств веществ и материалов и их аттестация, руководство работой Государственной службы стандартных данных, а также научно-техническая информация в области метрологического обеспечения – таковы далеко не все аспекты деятельности Госстандарта РФ и его метрологических органов в решении задач, стоящих перед метрологической службой страны. Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта России и включает:

государственные научные метрологические центры;

органы Государственной метрологической службы на территории республик в составе РФ, автономной области, автономных округов, краев, областей, городов Москвы и Санкт-Петербурга.

Центры стандартизации и метрологии проводят свою работу в соответствии с возложенными на них задачами, решение которых направлено на обеспечение единства и достоверности измерений и на внедрение в научные исследования и производство современных методов и средств измерений. Большая ответственность возлагается на центры стандартизации и метрологии в связи с работами по передаче размеров единиц физических величин от рабочих эталонов к исходным образцам средствам измерений высшего разряда лабораторий государственной и ведомственных метрологических служб. Это требует метрологических работ высокого класса.

Одним из направлений в деятельности центров является государственный надзор за метрологическим обеспечением производства. Так как его уровень зависит от степени развития ведомственных метрологических служб, то центры оказывают всяческую поддержку метрологическим службам предприятий, осуществляют необходимое методическое руководство.

Центры проводят научно-исследовательские проектно-конструкторские работы, направленные на совершенствование метрологического обеспечения. Таким образом, все территориальные органы осуществляют на закрепленной за ними территории функции и права Госстандарта, проводя единую техническую политику в области метрологии и измерительного дела, направленную на ускорение научно-технического прогресса, совершенствования производства и управления, улучшения качества продукции.

Сферы распространения государственного метрологического контроля и надзора, распространяются на:

- здравоохранения, ветеринарию, охрану окружающей среды, обеспечение безопасности труда;

- торговые операции, государственные учетные операции, банковские, налоговые, таможенные и почтовые операции;

- обеспечение обороны государства;

- геодезические и гидрометеорологические работы;

- обязательную сертификацию продукции и услуг;

- государственные учетные операции;

- измерения, проводимые по поручению органов суда, прокуратуры, арбитражного суда и т.д.

Ведомственная метрологическая служба – государственные органы управления РФ, а также предприятия, организации, учреждения, являющиеся юридическими лицами, создают в необходимых случаях в установленном порядке метрологические службы для выполнения работ по обеспечению единства и требуемой точности измерений и для осуществления метрологического контроля и надзора.

Права и обязанности метрологических служб определяются положениями о них, утверждаемыми руководителями государственных органов управления РФ или юридических лиц в порядке, устанавливаемом Правительством РФ.

Ведомственная метрологическая служба, является частью единой метрологической службы страны, возглавляемая Госстандартом РФ, осуществляет комплекс работ по обеспечению единства и требуемой точности измерений, выполняемых на предприятиях и направленных на ускорение технического процесса, повышение эффективности производства и улучшение качества выпускаемой продукции.

Дата добавления: 2016-01-04; просмотров: 32; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!