Оценка качества измерений. Расчет погрешностей измерений. Классификация приборов контроля расхода. Принцип действия деформационного мембранного манометра.

Задание 1

Оценка качества измерений. Расчет погрешностей измерений.

По ГОСТ 16263—70 качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений, а также разме­ром допускаемых погрешностей.

Точность — это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям всех видов.

Достоверность измерений характеризует степень доверия к результатам измерений.

Под правильностью измерений понимают качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешно­стей в результатах измерений.

Сходимость — это качество измерении, отражающее близость результатов измерений, выполняемых в одинаковых усло­виях.

Воспроизводимость—это такое качество измерений, которое
отражает близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в различных местах, разными методами и средствами).

Погрешность измерения есть отклонение результатов изменения от истинного значения измеряемой величины. По форме числового выражения погрешности измерении подразделяются на абсолютные и относительные. Абсолютной называется по-1 грешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. Она определяется выражением

? = Х - Х₀ (1.1)

Где X— результат измерении; Х₀ — истинное значение измеряемой величины

Поскольку истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, на практике пользуются лишь приближенной оценкой абсолютной погрешности измерения, определяемой вы­ражением

? = Х - Х_д, (1.2)

где X_д — действительное значение измеряемой величины, которое с погрешно­стью ее определения принимают за истинное значение.

Относительной погрешностью измерения ? называют отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины

? = ? / Х_д (1.3)

Систематической погрешностью называется составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или законо­мерно изменяемая при повторных измерениях одной и той же величины.

Случайной погрешностью называется составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом при по­вторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности можно обнаружить только при многократных измерениях. Они являются результатом случайных изменений многочисленных условий измерений, учет которых практически неосуществим.

Иногда, в результатах наблюдений может появиться погрешность, существенно превышающая ожидаемую при данных усло­виях - это так называемая грубая погрешность. Результаты наблюдений, содержащие грубые погрешности, при обработке исключают, используя различные критерии, в соответствии с ГОСТ 11.002—72.

Для оценки метрологических характеристик средств измерений в отечественном приборостроении используют классы точности. ГОСТ 8.401—80 регламентирует способы назначения классов точности в зависимости от способа выражения пределов допускаемых погрешностей средств измерений. Этим стандартом предусмотрено выражение предельно допускаемых по­грешностей средств измерений в виде абсолютных, относитель­ных и приведенных погрешностей.

Абсолютная погрешность должна быть выражена как

? = ± а, (1.4)

где ? - предел допускаемой абсолютной погрешности, выраженной в единицах величины на входе (выходе), либо условно в делениях шкалы; а именно положительное число, выраженное в тех же единицах.

Относительная погрешность выражается формулой

? = ?*100/Х*= ± С, (1.5)

где ? - предел допускаемой относительной погрешности, %; X - интервал измерений прибора.

Приведенную погрешность определяют по формуле

? = ?*100/Х_N (1/6)

где ? — предел допускаемой приведенной погрешности, %; Х_N — нормирующее значение, которое при установлении приведенной погрешности принимают равным: конечному значению шкалы прибора. Если нулевая отметка находится на краю или вне шкалы; сумме конечных значений шкалы прибора (без учета знаков), если нулевая отметка находится внутри шкалы; номинальному значе­нию измеряемой величины, если таковое установлено; длине шкалы, если шка­ла неравномерная (логарифмическая или гиперболическая). В этом случае погрешность и длина шкалы выражаются в одних и тех же единицах.

Средствам измерений, пределы допускаемых погрешностей
которых выражаются в единицах измеряемой величины или в
делениях шкалы (абсолютная погрешность), должны быть присвоены классы точности, обозначаемые порядковыми номерами, причем средствам измерений с большим значением допускаемых погрешностей должны соответствовать большие порядковые номера.

Средствам измерений, пределы допускаемых погрешностей которых выражены как относительные или приведенные погрешности, должны быть присвоены классы точности, выбираемые из ряда чисел: (1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6)10, где n = 0.1 - -1.

Класс точности устанавливают при выпуске прибора, градуируя его по образцовому прибору в нормальных условиях. Показание образцового прибора принимают за истинное значе­ние измеряемой величины.

Чтобы уменьшить относительную погрешность, нужно выбирать верхний предел шкалы измерительного прибора таким, чтобы ожидаемое значение из­меряемой величины (показание) находилось в последней трети (или полови­не) ее.

Абсолютной погрешностью меры ? называют разность между номинальным ее значением и истинным (действительным) значением воспроизводимой ею величины

? = Х_н - Хд, (1.7)

где Х_н — номинальное значение меры; Хд — действительное значение меры.

Абсолютная погрешность измерительного прибора ?Х_н — это разность между показанием прибора и истинным (действительным) значением измеряемой величины

?Х_н = Х_n –Х_д (1.8)

где Х_n — показания прибора; Х_д — действительное значение измеряемой величины.

За действительное значение измеряемой величины принимаем показания образцового прибора, если его погрешность в четыре — пять раз меньше погрешности поверяемого.

Если же погрешность образцового прибора только в 2—3 раза меньше погрешности поверяемого, то за действительное значение измеряемой величи­ны принимают показания образцового прибора плюс поправка по свидетель­ству на данное значение.

Относительная погрешность меры или измерительного прибора ?_п — это отношение абсолютной погрешности меры или измерительного прибора к истинному (действительному) значе­нию воспроизводимой или измеряемой величины. Относительная погрешность меры пли измерительного прибора может быть выражена как (в %)

?_п = ± (?Х_п/Х_n) (1.9)

Приведенная погрешность ? ( измерительного прибора — это отношение погрешности измерительного прибора к нормирую­щему значению. Нормирующее значение Х_N— это условно при­нятое значение, равное или верхнему пределу измерений, или находится в интервале измерений или в интервале длины шка­лы. Приведенную погрешность обычно выражают как (в %)

? = ?Х_п/Х_n (1.10)

Основная погрешность средства измерений — это погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях, которые обычно определены в нормативно-технических документах на данное средство измерений.

Под дополнительными погрешностями понимают изменение погрешности средств измерений вследствие отклонения влияю­щих величин от нормальных значений или выхода за пределы нормальной области значений.

Погрешности средств измерений, являющиеся определенными неслучайными функциями каких-либо факторов, относят к систематическим погрешностям. Они остаются постоянными или закономерно изменяются. Например, причиной систематической Погрешности измерительного прибора может служить неточное нанесение отметок шкалы.

Случайная погрешность средства измерений - составляющая погрешности, изменяющаяся случайным образом.

При определении модели основной погрешности следует учитывать и погрешности, вызываемые такими явлениями, как трение, люфт, гистерезис и т. п. Погрешность, порождаемую этими
явлениями, называют погрешностью средства измерения вследствие вариации.

Задание 2

Классификация приборов контроля расхода

В зависимости от требований, предъявляемым к расходомерам, ротаметрам, счетчикам (точность, диапазон, быстродействие и т.д.) было разработано несколько видов устройств. Выбирая расходомер, необходимо учитывать:

• свойства измеряемого вещества

• параметры измеряемой среды

• необходимую точность измерения

• сложность прибора

• условия, в которых эксплуатируется прибор и периодичность его поверки.

Примерно расходомеры, ротаметры и счетчики подразделяются на группы:

1. Приборы с гидродинамическим способом измерения:

• расходомеры переменного перепада давления

• расходомеры переменного уровня

• расходомеры обтекания

• вихревые расходомеры

• парциальные расходомеры.

2. Расходомеры с постоянно движущимся телом:

• тахометрические расходомеры

• силовые (в т.ч. вибрационные) расходомеры.

3. Приборы, сконструированные на основе различных физических явлений:

• ядерно-магнитные расходомеры

• тепловые расходомеры

• электромагнитные расходомеры

• ионизационные расходомеры

• акустические расходомеры

• оптические расходомеры.

4. Приборы, основанные на измерении особыми методами:

• концентрационные расходомеры

• корреляционные расходомеры

• меточные расходомеры.

Группа 1: здесь используются расходомеры с сужающими устройствами (СУ), то есть приборы переменного перепада давления. Ротаметры и поплавковые приборы используются при измерении малых расходов жидкостей и газов. Это так называемые расходомеры обтекания. В перспективе все большее место станут занимать вихревые расходомеры.

Группа 2: это тахометрические расходомеры - шариковые, турбинные, камерные (роторные, овально-колесные и др.). Овально-колесные расходомеры применяются как счетчики газа, счетчики нефтепродуктов и других вязких жидкостей.

Группа 3: это электромагнитные расходомеры (измерение расхода электропроводящих жидкостей, расходомеры ультразвуковые (измерение расхода жидкостей и некоторых газов). При измерении малых расходов используют тепловые расходомеры жидкостей и газов.

Группа 4: это расходомеры концентрационные и меточные, которые используются при однократных измерениях (проверка расходомеров). При измерении 2-х фазных сред используют корреляционные расходомеры.

Классификация расходомеров переменного перепада давления

Расходомеры переменного перепада давления это измерительная система, работающая по принципу зависимости расхода от перепада давления, которое появляется в трубопроводе за счет установленного в нем преобразователя расхода или установленного на трубопроводе колена.

Измерительная система состоит:

• преобразователь расхода

• линия связи

• дифманометр

При передаче значений расхода на удаленные от точки измерения пункты контроля в систему измерения дополнительно могут входить:

• преобразователь механического перемещения движущейся части дифманометра в электрический или пневматический сигнал

• линия связи — соединительные трубки (электрические провода)

• измерительный прибор.

В измерительная система расходомера может дополнительно оснащаться устройствами контроля уплотнительной жидкости, датчиками давления, датчиками температуры и различными вычислительными устройствами.

При оснащении измерительной системы расхода интегратором со счетным механизмом появляется возможность измерять объем (массу) вещества.

В зависимости от преобразователя расхода, расходомеры переменного перепада давления делятся на:

• расходомеры с напорными устройствами

• расходомеры с сужающими устройствами

• ударно-струйные расходомеры

• расходомеры с гидравлическим сопротивлением

• расходомеры центробежные

• расходомеры с напорными усилителями.

Расходомеры с напорным устройством работают по принципу возникающего перепада давления в зависимости от расхода вещества (жидкости или газа) в результате преобразования кинетической энергии некоторой части потока в потенциальную энергию. Пример преобразователя расходомера с напорным устройством — трубка Пито вместе с трубкой для отбора статического давления. Преобразователи с напорным устройством могут быть конструктивно по исполнению нескольких типов:

-раздельное исполнение

-комбинированное исполнение, то есть трубка Пито дифференциальная, которая создает перепад давления в зависимости от местной скорости потока

-преобразователи с осредняющими напорными трубками по радиусу (диаметру), а при больших деформациях потока — по двум диаметрам

-кольцевая вставка для усреднения давления по кольцевой площади

-напорное поворотное крыло 2-мя отверстиями, ориентированными к потоку под различными углами.

Расходомеры с СУ работают по принципу измерения перепада давления, появляющегося в сужающем устройстве результате преобразования некоторой части потенциальной энергии в кинетическую энергию.

Они бывают нескольких видов в зависимости от конструкции диафрагмы или сопла:

-стандартные диафрагмы

-стандартные сопла

-сегментная диафрагма

-эксцентричная диафрагма

-кольцевая диафрагма

-двойная

-с входным конусом

-с двойным конусом

-сопло полукруга

-сопло четверть круга

-комбинированное сопло

-цилиндрическое сопло

-диафрагма с изменяющейся площадью отверстия для компенсации влияния изменения давления и температуры

-сопло Вентури

-труба Вентури

-труба Далла

-двойное сопло Вентури.

Расходомеры с СУ получили большое применение в промышленных системах для измерения расхода газа, жидкости и пара.

Расходомеры ударно-струйные работают на принципе зависимости расхода жидкости, газа или пара от перепада давления, получающегося при ударе струи, которая вытекая из суженных отверстий трубки, создает давление во внутренней полости сильфона, где давление равно давлению уходящей жидкости. Такие расходомеры применяют для изменения малых потоков жидкости и газа.

Расходомеры с гидравлическим сопротивлением работают по принципу измерения перепада давления, которое создает это сопротивление. Здесь создают ламинарный режим потока, чтобы перепад давления был пропорционален расходу жидкости, газа или пара. Используются для измерения малых расходов.

Преобразователями здесь служат:

- реометр (капиллярная трубка)

-пакет реометров (капиллярных трубок).

Для больших расходов применяют преобразователи с шариковой набивкой.

Центробежные расходомеры сконструированы на принципе измерения расхода в зависимости от перепада давления, которое образуется в закругленном элементе трубки под влиянием центробежных сил появляющихся в потоке.

Преобразователем расхода в центробежных расходомерах служат:

-колено

-кольцевой участок трубы.

Расходомеры с напорным усилителем это комбинированные устройства с преобразователем расхода, сочетающим сужающее и напорное устройство. Перепад давления является результатом местного преобразования кинетической энергии потока газа и частичного преобразования потенциальной энергии в кинетическую энергию. Это может быть сочетание трубки Пито и диафрагмы, или сочетание трубки Вентури и трубки Пито, или просто сдвоенная трубка Вентури. Напорные усилители используются, когда измеряют газовые потоки небольших скоростей и, если мал перепад давления, который создается одной дифференциальной трубкой Пито.

Задание 3

Принцип действия деформационного мембранного манометра

Рисунок 3.6 Деформационный мембранный манометр

Мембранный манометр (рис. 3.6). Упругим элементом мано­метра является гофрированная мембрана 3, края которой за­жаты между фланцами чашек 1 и 7. Чашка имеет ниппель 2, которым манометр присоединяют к измеряемому давлению. Верхняя чашка 7 представляет собой одно целое с корпусом манометра 5. В центре мембраны 3 закреплена стойка 4, шарнирно соединенная с поводком 6. Последний соединен с секто­ром зубчато-секторного передаточного механизма.

Наиболее удобны мембранные манометры для измерения давления вязких жидкостей или химически агрессивных сред.

Задание 4

Обозначить прибор: прибор контроля температуры, регистрирующий, с автоматическим регулированием и сигнализацией повышения температуры выше нормы.

Рисунок 1 Обозначение прибора

Н

Задание 5

Описать прибор и его функции:

Рисунок 2 Обозначение прибора

Прибор контроля перепада давления, регистрирующий, показывающий, установленный на щите

Список использованной литературы

1. Шкатов Е. Ф Основы автоматизации технологических процессов химических производств. учебник для техникумов./Е. Ф. Шкатов, В. В. Шувалов -М.: Химия, 1988. 304 с.:ил.

2. Шувалов В. В. Автоматизация химических процессов в химической промышленности/В. В. Шувалов, Г. А. Огаджанов, В. А. Голубятников.-М.:Химия, 1991.-480с.

3. Конспект.