Гипероглавление:
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
2.1 ВВЕДЕНИЕ
2.2 ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ И СКОРОСТИ ПРОКАТЫВАЕМОГО МЕТАЛЛА
2.2.1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ДЛИНЫ
2.2.2 ФОТОИМПУЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ДЛИНЫ
2.2.3 Фотоимпульсные измерители длины с прямым счетом импульсов.
Путь, пройденный прокатом, определяют по формуле
3.1 BPAЩAЮЩИECЯ TPAHCФOPMATOPЫ
3.1.1 Назначение и устройство вращающихся трансформаторов
3.1.2 Cинycнo-кocинycный вpaщaющийcя тpaнcфopмaтop
Погрешность воспроизведения синусной (косинусной) зависимости, %
Таблица 11.1
Класс точности
3.1.3. Линейный вращающийся трансформaтop
4.1ПPИMEHEHИE УBM ПPИ АBTOMАTИЗАЦИИCOPTOBЫX ПPOKATHЫX CTАHOB
4.1.1 АCУ TП непрерывного мелкосортного стана
4.1.2 Информационное сопровождение металла и начальная настройка стана.
4.1.3. Cиcтeмa ynpaвлeния cкopocтным peжимoм пpoкaтки (УCPП)
4.1.4. Cиcтeмa oптимaльнoro pacкpoя пpoкaтa (COPП)
4.1.5. ACУ TП бaлoчныx пpoкaтныx cтaнoв
4.1.6. Aвтoмaтизиpoвaннaя cиcтeмa пpoгpaммнoгo yпpaвлeния пpoкaтными клeтями
5.Типовые идеальные регуляторы непрерывного действия
5.1.Пропорциональные регуляторы
5.2. Интегральные регуляторы.
5.3. Пponopцuoнaльнo-интeгpaльныe регуляторы.
5.4. Пponopцuoнaльнo-дuффepeнцuaльныe регуляторы.
5.5 Пponopцuoнaльнo-uнтeгpaльнo-дuффepeнцuaльныe peгyлятopы.

---

Оглавление

Оглавление. 1

Глава 1 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ. 2

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.. 2

Глава 2. Технологические измерения и приборы в прокатном производстве. 16

2.1 ВВЕДЕНИЕ.. 16

2.2 ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ И СКОРОСТИ ПРОКАТЫВАЕМОГО МЕТАЛЛА.. 18

2.2.1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ДЛИНЫ... 19

2.2.2 ФОТОИМПУЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ДЛИНЫ... 21

2.2.3 Фотоимпульсные измерители длины с прямым счетом импульсов. 24

Глава 3. Электрические машины и электропривод автоматических устройств. 28

3.1 BPAЩAЮЩИECЯ TPAHCФOPMATOPЫ... 30

3.1.1 Назначение и устройство вращающихся трансформаторов. 30

3.1.2 Cинycнo-кocинycный вpaщaющийcя тpaнcфopмaтop. 32

3.1.3. Линейный вращающийся трансформaтop. 36

Глава 4 Управление процессами прокатного производства. 40

4.1ПPИMEHEHИE УBM ПPИ АBTOMАTИЗАЦИИCOPTOBЫX ПPOKATHЫX CTАHOB.. 40

4.1.1 АCУ TП непрерывного мелкосортного стана. 40

4.1.2 Информационное сопровождение металла и начальная настройка стана. 41

4.1.3. Cиcтeмa ynpaвлeния cкopocтным peжимoм пpoкaтки (УCPП) 43

4.1.4. Cиcтeмa oптимaльнoro pacкpoя пpoкaтa (COPП) 44

4.1.5. ACУ TП бaлoчныx пpoкaтныx cтaнoв. 46

4.1.6. Aвтoмaтизиpoвaннaя cиcтeмa пpoгpaммнoгo yпpaвлeния пpoкaтными клeтями. 50

Глава 5. Автоматическое регулирование и регуляторы.. 55

5.Типовые идеальные регуляторы непрерывного действия. 55

5.1.Пропорциональные регуляторы.. 55

5.2. Интегральные регуляторы. 57

5.3. Пponopцuoнaльнo-интeгpaльныe регуляторы. 58

5.4. Пponopцuoнaльнo-дuффepeнцuaльныe регуляторы. 59

5.5 Пponopцuoнaльнo-uнтeгpaльнo-дuффepeнцuaльныe peгyлятopы. 60


Глава 1 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Задачей контроля  (от французского controle—проверка чего-либо) является обнаружение событий, определяющих ход того или иного процесса. В случае, когда эти события обнаруживаются без непосредственного участия человека, такой контроль называют автоматическим.

Важнейшей составной частью контроля является изме­рение физических величин, характеризующих протекание процесса. Такие физические величины называются параме­трами процесса. Металлургические процессы в основном характеризуются значениями таких физических величин (параметров), как температура, давление, расход и коли­чество, химический состав и концентрация жидких, паро­вых и газовых сред; уровень жидкого металла и сыпучих материалов; гранулометрический состав (крупность) и влажность шихтовых материалов, давление (вакуум) в технологических линиях и агрегатах.

   Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных техни­ческих средств. Конечной целью любого измерения явля­ется получение количественной информации об измеряемой величине. В процессе измерения устанавливается,во сколько раз измеряемая физическая величина больше или меньше однородной с нею в качественном отношении физи­ческой величины, принятой за единицу.

   Число, выражающее отношение измеряемой величины к единице измерения, называется числовым значением изме­ряемой величины. Оно может быть целым или дробным, но является отвлеченным числом. Значение величины, приня­тое за единицу измерения, называется размером этой величины.

Если Q-измеряемая физическая величина, |Q|-не­который размер физической величины, принятой за еди­ницу измерения, q
— числовое значение величины Q в при­нятой единице измерения, то результат измерения величи­ны Q может быть представлен следующим равенством:

Q=q |Q|                                                                                                                                                          (1)

Уравнение (1) называют основным уравнением измере­ния. Из него следует, что значение q зависит от размера выбранной единицы измерения |Q|. Чем меньше выбран­ная единица, тем больше для данной измеряемой величины будет числовое значение. Например, длина 1 м равна 10дм, 100 см и т.д.

Результат всякого измерения является именованным числом. Поэтому для определенности написания результата измерения рядом с числовым значением измеряемой вели­чины ставится сокращенное обозначение принятой единицы измерения. С 1963 г. в СССР введена как предпочтитель­ная Международная система единиц по ГОСТ 9867—61. которая сокращенно обозначается СИ. На основе учета ре­зультатов первого периода внедрения ГОСТ 9867—61 и при­нятого в 1978 г. Постоянной комиссией СЭВ по стандарти­зации стандарта СТ СЭВ 1052—78 «Метрология. Единицы физических величин» в СССР разработан ГОСТ 8.417—81 «ГСИ. Единицы физических величин» со сроком внедрения с 1 января 1982 г. СИ принята в большинстве стран мира (свыше 130) и признана всеми международными организа­циями.

Кратные и дольные единицы измерения образуются из наименований единиц СИ при помощи установленных ГОСТ 8.417—81 приставок для образования кратных и дольных единиц, приведенных в приложении 1.

Сведения о значениях измеряемых физических величин называют измерительной информацией.

      Сигналом измерительной информации называется сиг­нал, функционально связанный с измеряемой физической величиной (например, сигнал от термометра сопротивле­ния).

 Средством измерения (СИ) называют техническое уст­ройство, используемое при измерениях и имеющее норми­рованные метрологические свойства.

 Сигнал измерительной информации, поступающий на вход средства измерений, называют входным сигналом, получаемый на выходе, - выходным сигналом средства измерений.

Для контроля параметров технологических процессов в большинстве случаев используется не одно, а несколько средств(измерения и преобразования сигналов, образую­щих канал измерения этого параметра.

Существуют три основные вида средств измерений: ме­ры, измерительные преобразователи, измерительные приборы.

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

Меры бывают однозначные, и многозначные. Примерами однозначных мер являются: катушки сопротивления, ка­тушки индуктивности, нормальные элементы и др. К мно­гозначным мерам относятся: магазины сопротивлений, индуктивностей и емкостей, калибраторы напряжения и то­ка и др.

Измерительный преобразователь — это средство изме­рении, предназначенное для выработки сигнала измеритель­ной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не подда­ющейся непосредственному восприятию наблюдателем (в практике часто применяется термин «датчик»),

Измерительный преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, т.е. первый в канале измерения (из­мерительной цепи), называется первичным измерительным преобразователем (или сокращенно первичным преобразо­вателем). Например, сужающее устройство (диафрагма) для измерения расхода, электрод сигнализатора уровня и т.п.                  

В системах автоматического контроля применяются устройства для выдачи сигнала о выходе значения пари метра за установленные пределы. Причем сигнал появля­ется при наличии самого факта выхода независимо от его размера. Такие устройства называют датчиками-реле или сигнализаторами.

  Для удовлетворения возросших потребностей промыш­ленности создана Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), представ­ляющая собой эксплуатационно, информационно, энергетически, метрологически и конструктивно организованную совокупность средств измерений, средств автоматизации,, средств управляющей вычислительной техники, а также программных средств, предназначенных для построения автоматических и автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования, диагностики и управления про­изводственными процессами, технологическими линиями и агрегатами (ГОСТ 26.207—83. ГСП. Основные положе­ния). Номенклатура технических средств ГСП в настоящее время насчитывает свыше 2 тыс. типов изделий, организа­ция ГСП дает возможность создавать самые разнообразные, любой сложности системы автоматического контроля, ре­гулирования и управления из стандартизованных средств измерения и средств автоматизации.

В зависимости от вида энергии питания, входных и вы­ходных сигналов ГСП разделяют на электрическую, пневматическую и гидравлическую ветви. В основном применя­ют средства электрической и изредка пневматической вет­вей ГСП, которыми предусмотрены общепромышленные унифицированные электрические и пневматические сигналы передачи информации со следующими (пределами) изме­рений:

    сигнал постоянного тока 0—5; 5—0—5; 0—20; 4—20 мА;

    сигнал напряжения постоянного тока 0—1; 1—0—1;

0-Ю; Ю—0—10В;

сигнал напряжения переменного тока частотой 50 и 400 Гц 0,25—0—0,25; 0—0,5; 1—0—1; 0—2 В (у приборов с сигналами напряжения переменного тока частотой 50 и 400 Гц, основанных на измерении взаимной индуктивно­сти, пределы измерения взаимной индуктивности выбира­ются из ряда 0—10; 10—0—10; 0—20 МГн при номиналь­ном токе питания 0,125 или 0,32 А. Противоположные зна­чения взаимной индуктивности получаются при перемене фазы напряжения питания на 180°);

частотный сигнал переменного тока {наиболее широко применяется сигнал с диапазоном частот 4—8 кГц);

пневматический сигнал с переделами изменения давле­ния 0,02—0,1 МПа.

 На металлургических предприятиях в основном приме­няется аппаратура, использующая электрические сигналы.

Средство измерения, с помощью которого измеритель­ная информация выдается в форме, доступной для непосред­ственного восприятия наблюдателем, называется измерительным прибором. В практике для измерительных приборов, устанавливаемых на щитах контроля и управления, применяется термин вторичный прибор т. е. устройство, вос­принимающее сигнал от первичного или передающего изме­рительного преобразователя и выражающее его в воспринимаемом виде с помощью отсчетного устройства (шквалы, диаграммы, интегратора, сигнального устройства).

  К первичным преобразователям также относят и отбор­ные устройства. Отборным устройством (отбором) называ­ют устройство, устанавливаемое на трубопроводах и техно­логических агрегатах и служащее для непрерывного или периодического отбора контролируемой среды и передачи" ее параметров к измерительному преобразователю или из­мерительному прибору. В отличие от первичного измери­тельного преобразователя отборное устройство передает к измерительному прибору или преобразователю измеряе­мую величину, не изменяя ее физической природы (напри­мер, отбор давления среды в технологическом аппарате и передача его по импульсной трубке для измерения к ма­нометру). Импульсной трубкой называют трубопровод не­большого диаметра обычно от 1/2
до 2 связывающий технологический объект с преобразователем или измерительным прибором.

Место установки отборных устройств и первичных изме­рительных преобразователей, может сильно влиять на точ­ность измерения, поэтому технологам с особым вниманием необходимо относиться к выбору мест установки датчиков, отборов давления, разрежения и проб на химический ана­лиз.

Отборные устройства располагаются на границе сопри­косновения технологического оборудования и технологиче­ских трубопроводов с измерительной системой. Для монтажа отборных устройств используются специальные закладные конструкции — устройства, встраиваемые в технологическое оборудование и трубопроводы и обеспечи­вающие:

а) установку на них первичных измерительных преоб­разователей и местных измерительных приборов таким образом, чтобы чувствительный элемент преобразователя или прибора находился в зоне измерения технологическо­го параметра, например, показывающего ртутного термо­метра или термоэлектрического термометра (термопары) (см. рис. 4, а, б);

б) присоединение импульсного трубопровода и закреп­ление запорного устройства, если первичный измерительный преобразователь или местный измерительный прибор уста­навливается на некотором расстоянии от технологического аппарата или трубопроводов, например, манометра бесшкального с дистанционной передачей показаний, манометра местного показывающего (см. рис. 4,в,г).

  Совокупность средств измерений и вспомогательных 1 устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная  для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки передачи и (или) использования в автоматических системах управления, называется измерительной системой.

К вспомогательным устройствам измерительной систе­мы относятся устройства, предназначенные для питания энергией средств измерения, защиты их от внешних воздей­ствий, внутренних перегрузок и т. д.
В зависимости от назначения и поставленных задач из­мерительная система может включать в себя один или несколько измерительных преобразователей и измерительных приборов.

Под определением системы автоматизации следует по­нимать совокупность приборов и средств автоматизации  (измерительной, преобразующей, передающей, исполнитель-





Рис.4. Примеры установки первичных измерительных преобразователей для из­мерения температуры и отборных устройств  для измерения давления газа:

а—установка стеклянного показывающего термометра ртутного углового в за­щитной оправе на трубопроводе; б — установка термометра термоэлектрического (термопары) на трубопроводе или металлической стенке с внутренней кирпичной кладкой; в—установка отборного устройства для измерения давления газа; г— закладная конструкция отборного устройства для измерения давления газа; 1— термометр показывающий ртутный стеклянный угловой;  2 — термометр термо­электрический (термопара); 3— импульсная трубка; 4— вентиль; 5—прокладка; 6—заглушка; 7—штуцер; 8—закладная конструкция (перед установкой преоб­разователей, измерительных приборов; присоединением  импульсной линии или запорного органа пробки-заглушки и прокладки с закладных конструкций сни­мают); 9—легкоснимаемый изоляционный слой.

ной и другой аппаратуры, а также вычислительной техни­ки), связанных между собой каналами связи в единые системы. Например, измерительные системы, системы авто-матического   управления   (регулирования),   системы сигнализации, защиты и управления технологическим про­цессом.

В показывающих приборах измерительная информация воспроизводится положением стрелки или какого-либо другого указатели относительно отметок шкалы прибора. Шкала представляет собой совокупность отметок, расположен­ных вдоль какой-либо линии, и проставленных около некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины.

      Для каждого измерительного прибора устанавливается диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная начальным и конечным ее значением.

     Любые технические измерения относительны, посколь­ку всегда существует положительная или отрицательная разность между наблюдаемым или численным значением измеряемой величины иее истинным значением, называемая погрешностью. Таким образом, погрешность — это от­клонение результата измерения от истинного значения из­меряемой величины.

Погрешности измерения в зависимости от их происхож­дения разделяются на три группы: систематические погреш­ности, случайные погрешности и субъективные погрешно­сти (промахи).

Систематические погрешности имеют постоянный харак­тер и по причинам возникновения делятся на: инструмен­тальные погрешности; погрешности от неправильной установки средств измерений; погрешности, возникающие вследствие внешних влияний; методические (теоретические) погрешности.


Инструментальные погрешности могут вызываться кон­структивными и технологическими погрешностями, а также износом и старением средств измерений.

Конструктивные погрешности вызываются несовершен­ством конструкции или неправильной технологией изготов­ления средства измерения. Плохая балансировка измери­тельного механизма, неточности при нанесении отметок шкалы, некачественная сборка прибора вызывают технологическую погрешность. Конструктивная погрешность у приборов одного типа постоянна, технологическая же погреш­ность меняется от экземпляра к экземпляру.

Длительная или неправильная эксплуатация прибора, а также длительное хранение приводят к погрешностям, которые называют погрешностями износа и Старения.

    Погрешности от неправильной установки могут вызы­ваться наклоном прибора, т. е. отклонением от нормального рабочего положения; установкой на ферромагнитный щит прибора, градуированного без щита; близким расположе­нием друг к другу однотипных приборов.

   Погрешности, возникающие вследствие внешних влия­нии. вызываются вибрацией, электромагнитными полями, конвекцией нагретого воздуха и др.

  Следует иметь в виду, что наиболее сильное воздействие на показания приборов оказывает изменение температуры окружающей среды. Даже незначительные перепады тем­пературы между отдельными элементами прибора приводят к заметным погрешностям вследствие, например, возникно­вения паразитных термо-э.д.с., или по другим причинам. Поэтому не рекомендуется устанавливать измерительные приборы вблизи источника тепла.

Методические погрешности возникают в результате не­совершенства метода измерений и теоретических допу­щений (использование приближенной зависимости вместо точной). К таким погрешностям относятся, например, по­грешности, обусловленные пренебрежением внутренним со­противлением (проводимостью) прибора, т. е. пренебреже­нием собственным потреблением электроэнергии.

Для исключения погрешности до начала измерений сле­дует определить причину, вызывающую погрешность, и уст­ранить ее.   Например, если погрешность вызывается влиянием внешнего электромагнитного поля, то нужно либо экранировать прибор, либо удалить источник помехи. Для исключения температурной погрешности средство измере­ний термостатируют, вибрацию устраняют путем установки амортизаторов. В процессе измерения погрешность устраня­ется применением специальных методов измерения.

Исключение погрешности после проведения измерений достигается путем введения соответствующей поправки, в показания приборов, численно равной систематической погрешности, но противоположной ей по знаку.

В некоторых случаях применяют не поправку, а попра­вочный множитель — число, на которое нужно умножить результат измерения, чтобы исключить систематическую погрешность. Поправочные множители применяются для исключения систематической погрешности делителей на­пряжения, плеч отношения в мостах и т. п.

Случайные погрешности  вызываются независящими друг от друга случайными факторами и изменяются слу­шанным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Проявляются случайные погрешности в том. что при измерениях одной и той же неизменной величины одним и тем же средством измерения и с той же тщатель­ностью, получают различные показания. Следует отметить, что если при повторных измерениях одной и той же величины одним и тем же средством измерения получают совер­шенно одинаковые результаты, то это обычно указывает не на отсутствие случайной составляющей погрешности, а на недостаточную чувствительность средства измерения. Плот­ностью совпадающие, как и сильно разнящиеся результаты наблюдений при измерениях одинаково свидетельствуют о их неточности. Случайные погрешности могут возникнуть, например, из-за трения в опорах, люфтов в сочленениях ки­нематической схемы измерительного прибора, неправиль­ного режима работы электронных устройств и по многим другим, трудно объяснимым причинам. Знак случайных по­грешностей выражается в виде ±.

Субъективные погрешности (промахи)-это погрешно­сти, вызванные ошибками лица, производящего измерение например, неправильный отсчет по шкале прибора, невер­ное подключение проводов к датчику и др.).

Погрешности средств измерений устанавливаются при поверке—определении метрологическим органом погреш­ностей средств измерений и установления пригодностиихк применению (применять сочетание слов «поверка показа­ний» не рекомендуется, следует говорить «поверка средств измерений»). Слово проверка применяется для установления комплектности чего-то, оценки состояния взаимодейст­вия элементов, например, электрической схемы.

Совокупность операций по доведению погрешностей средств измерений до значений, соответствующих техниче­ским требованиям, называется юстировкой средств измере­ний.. Зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений, составленная в виде таблицы, графика или формулы, называется градуировочной харак­теристикой. Определение градуировочной характеристики называется градуировкой средств измерения (термин «та­рировка» применять не рекомендуется).

      Различают абсолютные и относительные погрешности измерения.

Абсолютная погрешность D-это разность между измеренным Х и истинным  значениями измеряемой величи­ны. Абсолютная погрешность выражается в единицах из­меряемой величины


                                                                                                                    (2)


Поскольку истинное значение измеряемой величины оп­ределить невозможно, вместо него в практике используют действительное значение измеряемой величины, которое находят экспериментально по показаниям образцовых средств измерений. Таким образом, абсолютную погреш­ность находят по формуле

                                                                                                                   (3)

Относительная погрешность
- это отношение абсо­лютной погрешности измерения к истинному (действи­тельному) значению измеряемой величины, выраженное в процентах:

                                                                                                                             (4)
Пример I. Определить абсолютную и относительную погрешно­сти измерения давлении, если при действительном значении давления среды 70 кПа показание прибора равно 68,5 кПа.

Из выражения (3) находим абсолютную погрешность измерения:

D=68,5—70=-1.5кПа.

Согласно выражению (4) относительная погрешность



Абсолютная погрешность измерительного прибора
— это разность между показанием  прибора и истинным значе­нием измеряемой величины. Поскольку, как указывалось выше, истинное значение величины остается неизвестным, на практике вместо него пользуются действительным зна­чением величины , отсчитанное по образцовому прибору. Таким образом

                                                                                                                                  (5)

Поправкой называют величину, одноименную с измеря­емой, которую следует алгебраически прибавить к показа­ниям прибора, чтобы получить действительное значение. Поправка равна абсолютной погрешности измерения, взя­той с обратным знаком.

Относительная погрешность измерительного прибора
-это отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к действительному значению измеряемойимвеличины. На практике, как правило, относительную по­грешность выражают в процентах:

                                                                                                                                             (6)

Приведенная погрешность измерительного прибора
-это отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к нормирующему значению (обычно выражается в процентах):

 
                                                                                                                         (7)

Нормирующее значение
-условно принятое значение, которое может быть равным верхнему пределу измере­ний, диапазону измерений, длине шкалы и др. Как правило, за нормирующее значение принимаются: конечное значение диапазона измерений (для приборов, имеющих нулевую отметку на краю шкалы); арифметическая сумма конечных значении диапазона измерений [для приборов, имеющих двустороннюю шкалу (нулевая отметка в середине шкалы). Например, для термометра со шкалой от минус 50 до плюс 50 °С величина будет определяться суммой 50+50=100]; разность конечного и начального значений диапа­зона измерений для приборов со шкалами без нуля (так называемые шкалы-с «подавленным нулем»). Например, для потенциометра со шкалой 300—1600°С величина  будет определяться разностью 1600—300 ==1300.

Необходимо отметить, что приведенная погрешность ха­рактеризует лишь метрологические свойства самого прибо­ра, а не погрешность измерений, полученных с помощью этого прибора, которые могут выражаться только в виде абсолютной погрешности. Абсолютная и относительная по­грешности в соответствии с выражениями (5), (6) и (7) связаны с приведенной следующими соотношениями:


                                                                                                                                 (8)

                                                                                                                                       (9)

Как видно из уравнения (9) относительная погреш­ность практически всегда больше приведенной (кроме случая, когда измеряемая величина больше, например, верхнего предела измерения, т.е..> ). Причем, чем меньше значение измеряемой величины , тем больше от­носительная погрешность. Поэтому измерительные прибо­ры рекомендуется выбирать таким образом, чтобы при из­мерениях указатель находился во второй половине шкалы, а также подбирать предел измерения образцового прибора таким образом, чтобы он превышал предел измерения по­веряемого прибора не более чем на 25 %.

На показания приборов оказывают значительное влия­ние внешние факторы, называемые влияющими величинами.

Область значений влияющей величины, устанавливаемая в стандартах или технических условиях на средства измерения данного вида в качестве нормальной для этих средств измерений, называется нормальной областью значений. При нормальном значений влияющей величины погрешность средств измерения минимальна.   Условия применения средств измерений, при которых влияющие величины (тем­пература и влажность окружающего воздуха, характер вибрации, напряжение питания, величина внешнего маг­нитного и электрического поля и т.д.) находятся в преде­лах нормальной области значений, называются нормаль­ными условиями применения средств измерений. Нормаль­ные условия оговариваются в технических условиях заводов-изготовителей средств измерений.

  Погрешность средств измерений, используемых в нор­мальных условиях, называется основной погрешностью. Изменение погрешности средств измерений, вызванное от­клонением одной из влияющих величин от нормального значения, называется дополнительной погрешностью.

В зависимости от основной и дополнительной погрешно­сти средствам измерений присваиваются соответствующие классы точности.

   Класс точности - обобщенная характеристика средства измерения, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойст­вами средства измерения, влияющими на точность, значе­ния которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Средства измерений выпускаются на следующие клас­сы точности: 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0.1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0; 5,0; 6,0. Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств (под точностью средств измерений понимается качество измерений, отражающее близость к нулю его по­грешностей). На циферблаты, щитки, корпуса средств, из­мерений наносят условные обозначения класса точности, включающие числа и прописные буквы латинского алфа­вита.

  Пределом допускаемой погрешности средства измерений называется наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению. Предел допускаемой основной погрешности может выражаться одним из трех способов в форме абсолютной погрешности, относительной погрешности и приведенной погрешности.

Для средств измерений, у которых нормируются абсо­лютные погрешности, класс точности обозначается пропис­ными буквами латинского алфавита или римскими цифра­ми. В определенных случаях добавляются индекс в виде арабской цифры. Такое обозначение класса точности не связано с пределом допускаемой погрешности, т.е. носит условный характер.

Для средств измерений, у которых нормируется приве­денная или относительная погрешность, класс точности обо­значается числами и существует связь между обозначением класса точности и конкретным значением предела допуска­емой погрешности.

  При выражении предела допускаемой основной погреш­ности в форме приведенной погрешности класс точности обозначается числами, которые равны этому пределу, вы­раженному в процентах. При этом обозначение класса точ­ности зависит от способа выбора нормирующего значения. Если нормирующее значение выражается в единицах изме­ряемой величины, то класс точности обозначается числом, совпадающим с приведенной погрешностью. Например, если v=1,5%, то класс точности обозначается 1,5 (без кружка). Если нормирующее значение принято равным дли­не шкалы или ее части, то обозначение класса точности (пpи v==l,5 %) будет иметь вид 1,5 (в кружке).

При выражении предела допускаемой основной погреш­ности в форме относительной погрешности необходимо ру­ководствоваться следующим.

Предел допускаемой относительной погрешности со­гласно выражению (6)

                                                                                                                          (10)

где— предел допускаемой абсолютной погрешности;

Х — измеренное значение.

В том случае, когда предел относительной погрешности остается постоянным во всем диапазоне измерений выра­жение (10) имеет вид:

                                                                                                                                     (11)

где с – постоянное число.

Если же предел относительной погрешности изменяется, то

                                                                                                            (12)

где с и d
—постоянные числа, причем с—численно равно относительной погрешности на верхнем пределе измерения, a d—численно равно погрешности на нижнем пределе из­мерения, выраженной в процентах от верхнего предела;

—конечное значение диапазона измерений.

В первом случае число, обозначающее класс точности и предел допустимой основной погрешности, выраженной в процентах, совпадают. Это число заключается в кружок.

Во втором случае в обозначение точности входят два числа, которые разделяются косой чертой (первое с, второе d). Например, 0,02/0,01, без кружка.

Погрешности ряда средств электрических измерений нормируются по двухчленной формуле вида:

                                                                                                             (13)
где е и f
—постоянные числа ( е=с-d; f=d)

В этом случае в условное обозначение класса точности входит только число е, которое заключают в кружок. Таким образом, обозначение класса точности не отличается от слу­чая с постоянной относительной погрешностью.

Пример 2. Основная погрешность потенциометра постоянного тока в диапазоне 0—50 мВ нормируется по формуле



где—показания потенциометра, мВ.

Условное обозначение класса точности —0,05 (в кружке). Предел допускаемой погрешности: в конце диапазона измерения для этого прибора



в середине диапазона      

                               

Таким образом, фактическая относительная погреш­ность потенциометра значительно превышает число, указан­ное в условном обозначении класса точности. Поэтому при проверке приборов, погрешности которых нормированы по Двухчленным формулам, следует во избежание ошибок особенно внимательно относиться к анализу погрешности об­разцовых и рабочих средств измерений. Примеры обозна­чений класса точности средств измерений представлены в табл. 1.

Применяются и другие обозначения класса точности. В эксплуатационной документации на средства изме­рений указываются государственные или отраслевые стан­дарты, в соответствии с которыми установлен класс точ­ности.

     По классу точности прибора можно определить его до­пустимые погрешности и

Для приборов с нулем в начале шкалы абсолютная ос­новная погрешность

                                                                                                                                              (14)

где К—класс точности прибора; —нормирующее зна­чение, равное верхнему пределу показаний прибора.

Тогда, согласно выражению (7), приведенная основная погрешность прибора

                                                                                                                                                       (15)

Для приборов, имеющих шкалу «с подавленным нулем», необходимо дополнительно учитывать погрешность показа­ний на начальной отметке шкалы. Для таких приборов аб­солютная основная погрешность

                                                                                                                       (16)
где Е—диапазон шкалы прибора; Д—диапазон «подавле­ния» (нижний предел измерения); d
—значение поправки на «подавление нуля» (для приборов классов 0,5 и 1,0 d=±0,15; для класса 1,5- d=± 0,25).

Заменяя в выражении (7) на Е, получим, что для приборов с «подавленным нулем» приведенная основная по­грешность определяется следующим образом;

                                                                                                                           (17)

или

                                                                                                           (18)

Таким образом, для этого типа приборов численное зна­чение приведенной основной погрешности будет превышать число, указанное в условном обозначении класса точности на величину dД/Е.

Пример 3. Определить  погрешность потенциометра  типа КСП3-П класса точности 1,5 для измерения температуры, имеющего шкалу +300¸1600 °С. По (16) находим, что абсолютная основная по­грешность на всех точках шкалы не должна превышать значения



Приведенная основная погрешность согласно выражению (17)



или по формуле (18)



Пример 4. Определить погрешность вторичного прибора типа КСДЗ класса точности 1,0 для измерения расхода со шкалой 0—400. Согласно (14) определяем абсолютную основную погрешность:
.

Приведенная погрешность по формуле (15)  =±K=±l,0 %.

Вариацией показаний прибора называется разность между значениями отдельных показаний прибора, соответствующих одному и тому же значению измеряемой величи­ны, полученных при приближении к нему как от меньших значении к большим, так и от больших к меньшим. Вариация показаний определяется одновременно с основной по­грешностью как разность действительных значений изме­ряемой величины (по показаниям образцового прибора), соответствующих одной и той же отметке шкалы поверяе­мого прибора сначала при увеличении (прямое направле­ние), а затем при уменьшении (обратное направление) значения измеряемой величины. При нескольких подходах к данной точке диапазона измерений в каждом из двух на­правлениях вариация определяется как средняя разность.

Вариация обычно выражается в процентах от принятого нормирующего значения                  где - значения измеряемой величины при прямом и обратном на­правлениях подхода к данной точке измерения; —нор­мирующее значение,

Вариация показаний вызывается появлением трения в опорах, люфтами, износом кернов, подпятников и др.

Вариация показаний не должна превышать 0,2 % для приборов класса точности 0,25 и выше и половины допустимого значения основной погрешности для приборов осталь­ных классов точности.

Измерительные приборы характеризуются также и чув­ствительностью, под которой понимается отношение изме­нения сигнала на выходе измерительного прибора к вызы­вающему его изменению измеряемой величины. Иногда чувствительностью называют величину перемещения ука­зателя прибора при изменении измеряемой

Таблица 1. Примеры обозначения класса точности средств измерений.

Форма выражения погрешности	Предел допускаемой основной погреш­ности (форма представления)	Предел допускаемой основной погрешности, %	Обозначение класса точности
			в докумен­тации	На средствах измерения
Приведенная	По формуле (7), если нормирующее значение определя­ется в единицах измеряемой вели­чины	±1.0	Класс точ­ности 1.0	1.0
	То же, если нор­мирующее значе­ние определяется длиной шкалы или ее пасти	±0,25	Класс точ­ности 0,25	0,25
Относительная	По формуле (11)	±0,2	Класс точности 0,2	0,2 (в кружке)
	По формуле (12)		Класс точности 0,02/0,01	0,02/0,01
Абсолютная	По формуле Dg =±а или Dg =±(а+bХ),  где Dg — предел   до­пускаемой   абсо­лютной основной погрешности; Х — значение измеряе­мой величины; а и b — положитель­ные числа, не за­висящие от Х.	__	Класс точ­ности М	М

величины на единицу (например, 2 мм/град или 1° дуги/град). Чувстви­тельность не связана с величиной погрешности прибора. Иногда высокочувствительные приборы могут иметь боль­шую погрешность, а прибор с малой чувствительностью— высокую точность измерений.

Если класс точности собственно измерительного прибо­ра известен по его документации, то класс точности изме­рительной системы в целом, включая первичный измери­тельный преобразователь и канал связи, не может норми­роваться заранее, так как зависит от конкретных условий эксплуатации.

Согласно теории вероятностей можно считать, что с ве­роятностью, близкой к 100%, одновременное воздействие нескольких знакопеременных факторов (X, Y
,
Z,
U
...) дает суммарную погрешность:

                                                                                                             (19)

где —погрешности X, Y, Z, U
, выраженные в процентах.

Вычисленная таким образом погрешность получила на­звание средней квадратичной погрешности.

Обозначив погрешности различных элементов, входя­щих в измерительную систему через , где i=1,2…,n в со­ответствии с (19) получим:

                                                                                                 (20)

Пример 5. Определить суммарную погрешность измерительной системы, состоящей из термометра термоэлектрического (термопары) ТХА-0806; преобразователя измерительного НП-ТЛ1-11, преобразовывающего термо-э. д. с. термопары в унифицированный сигнал постоянно­го тока 0-5 мА, и вторичного показывающего прибора с токовым входом типа КСУЗ, шкалой 0—900С, и предназначенной для измерения температуры в печи для термообработки металла, отапливаемой газом.


Глава 2. Технологические измерения и приборы в прокатном производстве.