Метрологическое обоснование выбора элементов измерительной системы: Методические указания к лабораторной работе

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Кузбасский государственный технический университет"

Кафедра информационных и автоматизированных

производственных систем

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА

ЭЛЕМЕНТОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Методические указания к лабораторной работе

 по курсу "Информационно-измерительные системы"

 для студентов специальности 071900 "Информационные

 системы и технологии"

Составитель Д.Е. Турчин

Утверждено на заседании кафедры

Протокол № 2 от 09.11.2006

Рекомендовано к печати

учебно-методической комиссией

специальности 071900

Протокол № 178 от 09.11.2006

Электронная копия находится

в библиотеке главного корпуса

ГУ КузГТУ

Кемерово 2006

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы – приобрести умение производить выбор набора измерительных преобразователей для измерительной системы на основе оценки предельной допускаемой погрешности измерения этой системы.

2 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

2.1 Оценка погрешностей измерительных систем

Технические измерения выполняются однократно с помощью рабочих средств измерения, отградуированных в соответствующих единицах измерения. Однократный отсчет показаний по шкале измерительного прибора принимается за окончательный результат измерения данной величины.

Достоверность результата измерения можно оценить, если известна точность измерений. На практике для характеристики точности измерений пользуются понятием погрешности измерений, отражающим отклонение результата измерений от действительного значения измеряемой физической величины.

При технических измерениях, как правило, применяются измерительные системы, состоящие из нескольких измерительных преобразователей (ИП). Простейшая измерительная система может быть представлена как последовательное соединение следующих преобразователей (рис. 1):

1)  первичный измерительный преобразователь (датчик);

2)  линия связи;

3)  вторичный измерительный прибор.

Рис. 1 Функциональная схема простейшей измерительной системы

Следовательно, при оценке погрешности измерительной системы необходимо оценить погрешность измерения каждого из ее элементов.

Существует два метода оценки погрешности измерительной системы ε_ИС. В первом методе производится оценка пределов погрешности измерительной системы по пределам погрешностей элементов, входящих в систему, т. е. фактически определяется максимальное значение погрешности измерительной системы. Эта погрешность оценивается как корень квадратный из суммы квадратов пределов допускаемой погрешности каждого преобразователя, входящего в измерительную систему:

где ε₁, ε₂,…, ε_N – относительные предельные допускаемые погрешности, равные:

где Δх – абсолютная погрешность измерения физической величины х.

Этот метод достаточно строг, если предельные допускаемые погрешности ε₁, ε₂,…, ε_N независимы и их значения соответствуют одинаковым доверительным вероятностям при однотипных законах распределения.

Второй, вероятностно-статистический метод оценки погрешностей, является более строгим и корректным, но достаточно сложным.

2.2 Методика выбора и метрологические характеристики измерительных преобразователей

При выборе датчиков для измерения технологических параметров следует учитывать ряд факторов, из которых наиболее существенные следующие:

• допустимая для измерительной системы погрешность, определяющая класс точности датчика;

• пределы измерения датчика, в рамках которых гарантирована определенная точность измерения;

• влияние физических параметров измеряемой и окружающей среды (давления, температуры, влажности, вибраций и др.) на нормальную работу датчика;

• расстояние, на которое может быть передана информация, полученная с помощью датчика;

• возможность применения датчика с точки зрения пожаро- и взрывобезопасности.

Выбор датчика осуществляют в два этапа. На первом этапе выбирают разновидность датчика, например, для измерения температуры – термопреобразователь сопротивления, термопара или манометрический термометр.

На втором этапе определяют технические характеристики выбранной разновидности датчика, например, терморезистор медный, номинальная статическая характеристика (НСХ) 100М, тип ТСМ-1088, модель метран-206-100М.

Информация о технических характеристиках и области применения датчиков приводится в инструкциях предприятий-изготовителей. Основные сведения о датчиках температуры, производимых концерном «Метран» (г. Челябинск), представлены в таблице П.1.

В том случае, когда измеряемая или окружающая среда могут оказать разрушающее воздействие на датчик (например, вследствие абразивных свойств среды, слишком высокого давления, присутствия химически активных веществ и др.), необходимо защитить датчик с помощью специальной защитной гильзы. Характеристики некоторых защитных гильз представлены в табл. П.3.

Значения и формулы пределов допускаемых отклонений термо-ЭДС для некоторых термоэлектрических датчиков приведены в таблице 2.1, а номинальные статические характеристики – в таблице 2.2.

Таблица 2.1

Пределы допускаемых отклонений термо-ЭДС от номинальной статической характеристики для термоэлектрических датчиков (t – температура рабочего спая)

Тип термоэлектрического датчика	Отклонение термо-ЭДС; ±ΔE, мВ		Диапазон измерения
	t ≤ 300°С	t > 300°С
ХК	0.14+0.2·10-3·t	0.2+5.2·10-4(t-300)	300-800
ХА	0.14	0.14+2.2·10-4(t-300)	300-1300
ПП	0.008	0.008+2.69·10-5(t-300)	300-1600

Таблица 2.2

Номинальная статическая характеристика преобразования термоэлектрических датчиков при температуре свободных спаев равной 0°С

Температура рабочего конца, °С	Термо-ЭДС, мВ
	ХК	ХА	ПП
-50	-3.110	-1.889	─
0	0.000	0.000	0.000
20	1.303	0.798	0.113
50	3.350	2.022	0.297
100	6.898	4.095	0.644
200	14.570	8.137	1.436
300	22.880	12.207	2.314
400	31.480	16.396	3.250
500	40.270	20.640	4.216
600	49.090	24.902	5.218
700	57.820	29.128	6.253
800	66.420	33.277	7.317