ELEKTRISKA MÄTNINGAR OCH INSTRUMENT

3.ett. Mätningarnas roll inom elektroteknik

Inom alla kunskapsområden är mätningar extremt viktiga, men de är särskilt viktiga inom elektroteknik.

En person känner mekaniska, termiska, ljusfenomen med hjälp av sina sinnesorgan. Vi kan, även om det är ungefärligt, uppskatta storleken på föremål, hastigheten på deras rörelse, ljusstyrkan hos lysande kroppar. Länge sedan så här studerade människor stjärnhimlen.

Men du och jag reagerar på exakt samma sätt på en ledare vars ström är 10 mA eller 1 MEN(dvs 100 gånger mer).

Vi ser formen på ledaren, dess färg, men våra sinnen tillåter oss inte att uppskatta storleken på strömmen. På samma sätt är vi helt likgiltiga för det magnetiska fält som skapas av spolen, det elektriska fältet mellan plattorna på kondensatorn. Medicin har etablerat en viss effekt av elektriska och magnetiska fält på människokroppen, men vi känner inte denna effekt, och omfattningen elektromagnetiskt fält vi kan inte utvärdera.

De enda undantagen är mycket starka fält. Men inte ens här kommer den obehagliga stickningen, som kan märkas när man går i ögat på en högspänningsledning, att ens ungefär uppskatta värdet elektrisk spänning i kö.

Allt detta tvingade fysiker och ingenjörer att använda elektriska mätinstrument från de första stegen i studier och tillämpning av elektricitet.

Instrument är ögon och öron hos en elektriker. Utan dem är han döv och blind och helt hjälplös. Miljontals elektro mätinstrument installeras i fabriker, forskningslaboratorier. Varje lägenhet har också en mätanordning - en elmätare.

Indikationer (signaler) av elektriska mätinstrument används för att utvärdera driften av olika elektriska enheter och tillståndet för elektrisk utrustning, i synnerhet tillståndet för isoleringen. Elektriska mätinstrument kännetecknas av hög känslighet, mätnoggrannhet, tillförlitlighet och enkel utförande.

Framgången med elektrisk instrumentering ledde till att andra industrier började använda dess tjänster. Elektriska metoder började användas för att bestämma dimensioner, hastigheter, massor och temperaturer. Det fanns till och med en oberoende disciplin" Elektriska mätningar är det inte elektriska mängder ”.

Avläsningarna av elektriska mätinstrument kan överföras över långa avstånd (telemetri), de kan användas för att direkt påverka produktionsprocesser (automatisk styrning); med deras hjälp spelas framsteg av kontrollerade processer in, till exempel genom inspelning på band etc.

Användningen av halvledarteknik har avsevärt utökat användningen av elektriska mätinstrument.

Att mäta vilken fysisk storhet som helst innebär att hitta dess värde empiriskt med hjälp av speciella tekniska medel.

Bänktester av den senaste utrustningen är otänkbara utan elektriska mätningar, alltså vid testning av en turbogenerator med en kapacitet på 1200 MW vid anläggningen i Electrosila gjordes mätningar vid dess 1500 punkter.

Utvecklingen av elektriska mätinstrument har lett till användningen av mikroelektronik i dem, vilket gör det möjligt att mäta fysiska storheter med ett fel på högst 0,005-0,0005%.

3.2. Grundläggande begrepp, termer och definitioner

Resultaten av teoretisk aktivitet utan verifiering genom experiment är opålitliga. Mätutrustning under experimentet ger resultat som indikerar kvaliteten och kvantiteten av produkter, riktigheten av genomförandet av tekniska processer, distribution, konsumtion och tillverkning. Samtidigt kan elektriska mätningar på grund av låg energiförbrukning, möjlighet att överföra mätvärden över avstånd, höghastighetsmätningar och transmission, samt hög precision och känslighet visade sig vara att föredra.

Elektriska mätningar och instrument, metoder och medel för att säkerställa deras enhet, sätt att uppnå den erforderliga noggrannheten - allt detta hänvisar till metrologi, och principerna och metoderna för att upprätta optimala normer och regler för interaktion - till standardisering.

I Ryska Federationen standardisering och metrologi kombineras i en enda public service- Statens standardkommitté. 1963 introducerades GOST 9867-61 internationella systemet enheter (SI) baserat på mätaren ( m), kilogram ( kg), sekunder ( från), ampere ( MEN), kelvin ( TILL) och candela ( CD).

Frågor om elektriska mätningar och instrument är lättare att uppfatta om innehållet i termer och definitioner är känt.

Metrologi- Vetenskapen om mätningar, metoder och medel för att säkerställa deras enhet, sätt att uppnå erforderlig noggrannhet.

Mått- att hitta värdet av en fysisk storhet empiriskt med hjälp av speciella tekniska medel.

Mätresultat- värdet av den fysiska kvantitet som hittats genom mätning.

Mäta- ett mätinstrument utformat för att reproducera en fysisk storhet given storlek(till exempel måttenheter för ljus - cd).

Mätgivare- ett mätinstrument för att generera en signal för mätinformation i en form som är lämplig för överföring, vidare transformation, bearbetning (eller lagring), men som inte är mottaglig för direkt uppfattning av en observatör. Den primära mätgivaren är en sensor.

Mätinstrument- ett mätinstrument utformat för att generera en signal med mätinformation i en form som är tillgänglig för direkt uppfattning av en observatör.

3.3. Mätmetoder. Mätfel

För olika uppmätta elektriska storheter finns mätinstrument, de så kallade åtgärderna. Till exempel är EMF-mått normala element, elektriska resistansmått är mätmotstånd, induktansmått är att mäta induktansspolar, åtgärder elektrisk kapacitans- fasta kondensatorer osv.

I praktiken att mäta olika fysiska kvantiteter tillämpa olika metoder. De senare, beroende på metoden för att erhålla resultatet, är indelade i hetero Och indirekt. På direkt mätning värdet på kvantiteten erhålls direkt från experimentdata. På indirekt mätning det önskade värdet av kvantiteten hittas genom att beräkna med hjälp av det kända förhållandet mellan denna kvantitet och de värden som erhålls på basis av direkta mätningar. Så du kan bestämma resistansen för en kretssektion genom att mäta strömmen som flyter genom den och den applicerade spänningen, följt av att beräkna detta motstånd från Ohms lag. De mest använda metoderna inom elektrisk mätutrustning är direkt mätning eftersom de vanligtvis är enklare och kräver mindre tid.

Används även inom elektroteknik jämförelsemetod, som baseras på en jämförelse av det uppmätta värdet med ett reproducerbart mått. Jämförelsemetoden kan vara kompensatorisk och överbryggande. Applikationsexempel ersättningsmetod spänning mäts genom att jämföra dess värde med EMF-värdet för ett normalt element. Ett exempel bryggmetodär en resistansmätning som använder en fyrarmad bryggkrets. Mätningar med kompensation och bryggmetoder är mycket exakta, men de kräver mer sofistikerad mätutrustning.

Grundläggande metrologiska egenskaper hos mätanordningar

Instrument för att övervaka parametrarna för tekniska processer

Vetenskapen behandlar frågor om teorin om mätningar, metoder för att säkerställa deras enhet och sätt att uppnå den erforderliga noggrannheten. metrologi.

Metrologi definierar mätning som en kognitiv process, som består i att hitta sambandet mellan det uppmätta värdet och ett annat värde, konventionellt accepterat som en måttenhet. Så, om k är ett uppmätt värde, a är en måttenhet, är a t numeriskt värde uppmätta värde i den accepterade enheten, alltså

k = det. (2.1)

Denna ekvation är den grundläggande mätekvationen.

I teorin om mätningar finns: direkta, indirekta, kumulativa och gemensamma mätningar.

Direkta mätningar, kännetecknad av likhet (2.1), består i en direkt jämförelse av den uppmätta storheten med en måttenhet med hjälp av ett mått eller en mätanordning med en skala uttryckt i dessa enheter. De flesta av de fysiska storheterna bestäms inte av direkta mätningar, utan genom beräkningar med hjälp av kända funktionella beroenden.

Mätningar där det önskade uppmätta värdet bestäms genom beräkningar baserade på resultaten av direkta mätningar förknippade med det önskade värdet genom ett känt funktionellt beroende kallas indirekta mätningar. I detta fall bestäms värdet på den uppmätta kvantiteten av formeln

Q = f(A,B,C, ...,), (2.2)

där A, B, C är de värden som erhålls från direkta mätningar. Exempel på indirekta mätningar är: bestämning av en kropps volym genom direkta mätningar av dess geometriska dimensioner, flödeshastigheten för ett ämne som strömmar i en rörledning, genom ett tryckfall över en gasspjäll etc.

Kumulativa mätningar kallas de där de önskade värdena av kvantiteter hittas med hjälp av ett ekvationssystem som erhålls genom direkta mätningar olika kombinationer dessa kvantiteter.

Fogmått kallas samtidiga mätningar av två eller flera olika storheter för att hitta sambandet mellan dem.

2.1. Mätinstruments egenskaper

I mätutrustningen ingår mått, mätinstrument och hjälpanordningar. Efter överenskommelse finns åtgärder och mätinstrument exemplarisk Och arbetare.

Exemplariska mått och mätinstrument används för att reproducera och lagra måttenheter, samt för att kalibrera och verifiera fungerande mätanordningar.

Arbetsmått och mätinstrument är avsedda för direkt eller indirekt jämförelse av uppmätta värden med motsvarande måttenheter eller mått och är indelade i två grupper - laboratorie- och tekniska. Laboratoriemått och mätinstrument kännetecknas av en specificerad noggrannhet och när de används ska mätresultatet korrigeras i enlighet med passdata och påverkan av yttre faktorer. För tekniska åtgärder och mätinstrument antas noggrannheten vara förutbestämd och mätresultatet, som anses korrekt inom gränserna för normaliserade metrologiska egenskaper fastställda av tekniska specifikationer eller statliga standarder, kräver inga korrigeringar.

I det allmänna fallet förstås en mätanordning som ett mätverktyg utformat för att generera mätinformationssignaler i en form som är tillgänglig för direkt perception av en observatör. Enligt metoden för att utfärda information kan mätinstrument vara som visar eller registrera sig, och i närvaro av signalanordningar - signalering.

Metrologiska egenskaper mätanordningar som avgör tillförlitligheten av den mottagna informationen, d.v.s. huvudfunktion mätinstrument, fungerar som huvudkriteriet för deras kvalitet. De standardiserade metrologiska egenskaperna hos mätinstrument inkluderar följande indikatorer:

1. Mätgränser(i form av en nominell statisk egenskap, lägsta pris uppdelning av den olikformiga skalan för mätanordningen, utgångskoden eller det nominella priset för måttenheten).

2. Mätnoggrannhetsstandarder(oexakthet i mätinstrument, dynamiska egenskaper, känslighet, stabilitet och variation av indikationer etc.).

3. Typer, sätt, uttryck och metoder för normalisering av fel.

4. Metoder för certifiering och testning.

Mätinstrumentets nominella statiska karaktäristik förstås som funktionellt beroende utsignal (förskjutning av läsanordningen etc.) från den uppmätta parametern A (utgångssignal) vid given yttre förhållanden och i systemets stabila tillstånd. Den statiska karakteristiken kommer endast att vara linjär om differentialkänsligheten S är konstant för hela driftsområdet för värdena A, när

S = = = const(2 3)

Minsta värdet X 0 för det uppmätta värdet, som kan orsaka den minsta märkbara rörelsen av pekaren eller förändring av utmatningsvärdet, kallas känslighetströskel.

Under instrumentkonstant avser antalet måttenheter som avläsningen måste multipliceras med (ett tal som bestäms av läsanordningens position) för att få en avläsning i vissa måttenheter. I de flesta mätinstrument är avläsningsanordningarna gjorda i form av en skala och en pekare. Skalan är en uppsättning märken placerade längs en linje. Början och slutet av skalan, motsvarande de nedre och övre gränserna för mätning, bestämmer mätområdet. Trögheten hos mätinstrument under övergången av en parameter från ett konstant värde till ett annat uppskattas av dynamiska egenskaper, såsom tidskonstanten, tiden för inställning av indikationer, etc. Viktiga funktioner mätanordningar är fel.

Mätfel enhet kallas skillnaden mellan mätresultatet X för en viss kvantitet och dess faktiska värde X 0:

A \u003d X - X 0, (2.4)

där A är huvud kvantitativ egenskap mätningar, kallade absolut fel. Relativt fel, lika med förhållandet mellan det absoluta felet till riktigt värde uppmätt värde, uttryckt i procent:

5 = 100/Ho

I detta avseende kan felen i mätanordningar klassificeras enligt följande:

statisk och dynamisk, beroende på förhållandena och driftsätten;

systematiskt, slumpmässigt och grovt, beroende på arten av deras manifestation och möjligheterna till eliminering.

statiskt fel kallas felet som uppstår vid ett konstant värde av den uppmätta kvantiteten och konstanta yttre förhållanden.

dynamiskt fel kallas det fel som uppstår när mätvärdet och yttre påverkan förändras.

Systematiska fel kallas konstant i storlek och tecken eller varierande enligt en viss fellag, som upprepas vid upprepade mätningar. Systematiska fel bestäms genom upprepade mätningar av samma kvantitet under konstanta andra förhållanden och elimineras med hjälp av justeringsanordningar eller genom att införa en korrigering med hjälp av speciella element. Systematiska fel delas in i progressiva och periodiska. Kontinuerligt ökande eller minskande fel kallas progressiva. Dessa inkluderar fel på grund av slitage på delar, kontakter etc. Periodiska fel är de som ändras i storlek och tecken och som uppstår under driften av mätanordningar.

Slumpmässiga felär fel som varierar i storlek och tecken på obestämd tid. De bestämmer noggrannheten hos mätanordningen. Slumpmässiga fel används för att utvärdera noggrannheten hos både själva mätanordningarna och mätmetoderna. På grund av slumpmässigt fel verkligt värde det uppmätta värdet är okänt, därför, vid beräkning av slumpmässiga fel, tas det uppmätta värdet som det aritmetiska medelvärdet X av de erhållna N mätningarna Xi,

2.1. Informationsegenskap mätprocess

Varje mätning kan betraktas som en kedja av transformationer av den uppmätta kvantiteten tills mätresultatet presenteras i den form som krävdes för att erhållas.

Mätningsprocessen kännetecknas av överföring av information om värdet av den uppmätta kvantiteten från en bärare till en annan, d.v.s. konvertera information om värdet av den uppmätta storheten till mätresultatet. Det betyder att i informationsaspekt mätning kan ses som processen att ta emot och omvandla information från den mängd som mäts för att erhålla ett kvantitativt resultat genom jämförelse med en accepterad skala eller måttenhet i den form som är lämpligast för vidare användning hennes man och maskin.

För att upprätta ett samband mellan mätningarnas noggrannhet och mängden information som erhålls under mätningar, används de grundläggande bestämmelserna i informationsteorin. Dock under termen information"förstå en uppsättning information om ett objekt, en process eller ett fenomen, i det allmänna fallet - om ett fysiskt system.

Uppgiften att inhämta information är att eliminera osäkerheten i våra idéer om tillståndet hos något fysiskt system och att etablera kvantitativa mönster förknippade med mottagande, bearbetning och lagring av information.

Således anses mottagandet av all information, inklusive mätning, av informationsteori som eliminering av viss osäkerhet, och mängden information betraktas som skillnaden mellan situationen före och efter mottagandet. det här meddelandet. För närvarande, enligt experter som utvecklar och använder informationsteori mätanordningar kommer användningen av informationsteoretiska metoder att ge en mer effektiv bedömning av apparaternas kvalitet.

2.2. Övervakning av mätutrustning

Säkerställande av enhetlighet i mätningar och upprätthållande av mätinstrument i korrekt skick inom alla sektorer av den nationella ekonomin utförs av en enda metrologisk tjänst i landet, som leds av Ryska federationens statliga standard och består av den statliga metrologiska tjänsten och den metrologiska avdelningen tjänster. Den statliga metrologiska tjänsten har ett antal forskningsinstitut och avdelningar för Ryska federationens statliga standard. De senare ansvarar för territoriella centra för metrologi och standardisering, interregionala, regionala (territoriella) och interdistriktslaboratorier för statlig övervakning av standarder och mätutrustning.

Huvuduppgifterna för den statliga metrologiska tjänsten är: - genomförande av statlig tillsyn av mätutrustning,

Utveckling av regulatoriska och tekniska dokument statligt system säkerställa enhetlighet av mätningar (GSI) och kontroll över deras genomförande,

Skapande och förbättring av referensbasen och parken av exemplariska mätinstrument,

GSI är en uppsättning regler, föreskrifter, krav och normer som fastställts av statliga standarder som bestämmer organisationen och arbetsmetoderna för att bedöma och säkerställa mätningarnas noggrannhet. Dessa standarder reglerar: enheter av fysiska kvantiteter, metoder och medel för att reproducera dessa enheter och överföra deras storlekar till fungerande mätinstrument, sätt att uttrycka de normaliserade metrologiska egenskaperna hos mätinstrument och indikatorer för mätresultatens noggrannhet; krav på mätningsförfarandet; förfarandet och metodiken för att genomföra statliga tester, verifiering och revision av mätinstrument.

Ett av huvuduppgifterna för den statliga mättekniska tjänsten är att säkerställa statlig tillsyn av mätutrustning. Följande är föremål för tillsyn: tillverkning, skick, drift och reparation av åtgärder och mätinstrument samt avdelningens mättekniska tjänsters verksamhet. Organ för Ryska federationens statliga standard har rätt att förbjuda utsläpp till omlopp av mätinstrument som inte uppfyller kraven i statliga standarder och specifikationer ta bort olämpliga åtgärder och mätinstrument ur cirkulation, utföra obligatorisk tillståndsverifiering av mätinstrument, utföra statliga provningar och attestering av nya mätinstrument.

Alla åtgärder och mätinstrument avsedda för serietillverkning och utsläpp till cirkulation är föremål för statliga tester. Under testprocessen fastställs enhetens överensstämmelse med kraven i den nationella ekonomin, toppmodern mätutrustning och kraven i standarder. Med positiva resultat av statliga tester av enheter tillåter Ryska federationens statliga standard att de produceras och släpps i omlopp och inkluderar dem i statsregistret.

För att säkerställa den erforderliga noggrannheten i mätningarna har en viss procedur för att organisera och genomföra verifiering av mätinstrument upprättats. Alla mätinstrument är föremål för statlig eller avdelningskontroll.

Den statliga verifieringen som utförs av systemet för Ryska federationens statliga standard är föremål för mätinstrument som används i organen för den statliga metrologiska tjänsten, de ursprungliga exemplariska instrumenten som används i organen för metrologiska avdelningar, såväl som fungerande mätinstrument som används för redovisning och ömsesidiga avräkningar, för att säkerställa säkerheten miljö och folkhälsa. Listan över fungerande mätinstrument som är föremål för obligatorisk statlig verifiering, och frekvensen av denna verifiering för enskilda grupper av instrument, fastställs av Ryska federationens statliga standard.

Avdelningskontroll utförs av organ för avdelningsmetrologiska tjänster för enskilda företag, organisationer och institutioner som har tillstånd från organen för Ryska federationens statliga standard att utföra verifieringsarbete. Alla mätinstrument som används i samhällsekonomin och som inte omfattas av statlig verifiering är föremål för denna verifiering. Verifiering av mätinstrument utförs i enlighet med kraven i statliga standarder, instruktioner och riktlinjer Ryska federationens Gosstandart till metoder och metoder för verifiering. Enheter som identifieras som ett resultat av verifiering som inte uppfyller deras noggrannhetsklass eller felaktiga är inte tillåtna för vidare användning förrän de identifierade bristerna har eliminerats. Apparater som erkänns som lämpliga stämplas eller certifikat utfärdas. Om det behövs, begränsa åtkomsten till enheternas mekanismer. Efter verifiering förseglas instrumentväskorna.

När de deltar i statliga kommissioner för godkännande av nyinstallerad och rekonstruerad teknisk utrustning för brand- och explosionsfarliga industrier med tillgång till automationsutrustning, måste brandskyddsarbetare vara uppmärksamma på efterlevnaden av kraven i de relevanta normativa dokument Statlig standard för verifiering av instrument och deras varumärke. Detta minskar risken för brand- och explosionssituationer vid anläggningarna och vid brand och explosion kommer anordningar som har genomgått verifiering objektivt att återspegla nödsituationen och förloppet av olyckan som ledde till branden.

ENHETER FÖR STYRNING AV PARAMETRAR FÖR TEKNISK

PROCESSER

3.1. Temperaturinstrumentering

För att mäta temperatur används en förändring i någon fysisk egenskap hos en kropp, som unikt beror på dess temperatur och är lätt mätbar.

Bland de egenskaper som ligger till grund för driften av anordningar för att mäta temperatur är: den volymetriska expansionen av kroppar, förändringen i trycket hos ett ämne i en sluten volym, förekomsten av termisk elektromotorisk kraft, förändring i det elektriska motståndet hos ledare och halvledare, intensiteten av strålning från uppvärmda kroppar, etc.

Beroende på de fysikaliska egenskaper som driften av temperaturmätinstrument baseras på, finns det:

1. Expansionstermometrar, byggda på principen att ändra volymen av en vätska eller de linjära dimensionerna av fasta ämnen med en förändring i temperatur. Används för mätning av temperatur från -190 till +500 0 С.

2. Manometriska termometrar baserade på förändringen i trycket hos en vätska, gas eller ånga i en sluten volym med en förändring i temperatur. De används för att mäta temperaturer från -120 till +600 0 С.

3. Termoelektriska pyrometrar (termoelement), vars funktionsprincip är baserad på förekomsten av en elektromotorisk kraft när temperaturen i en av korsningarna ändras sluten krets heterogena termoelektroder. Används för mätning av temperatur från -200 till +2000 0 С.

4. Resistanstermometrar baserade på förändringen i det elektriska motståndet hos en ledare eller halvledare med en temperaturförändring. Används för mätning av temperatur från -200 till +650 0 С.

5. Strålningspyrometrar som arbetar enligt principen att ändra strålningsintensiteten hos uppvärmda kroppar beroende på temperaturförändringar. De används för att mäta temperaturer från +600 till +6000 0 С.

3.2. Tryckinstrumentering

Trycket bestäms av förhållandet mellan en kraft som är jämnt fördelad över ett område och vinkelrätt mot detta, och storleken på detta område. Beroende på det uppmätta värdet är tryckmätningsinstrument indelade i:

tryckmätare - för att mäta medelstora och stora övertryck;

vakuummätare - för mätning av medelstor och stor sällsynthet;

tryck- och vakuummätare - för mätning av medelstora och stora tryck och sällsynthet;

tryckmätare - för att mäta små övertryck;

dragkraftsmätare - för att mäta liten sällsynthet;

tryckmätare - för att mäta små övertryck och

dammsugare;

differentialtrycksmätare - för att mäta skillnaden i tryckfall;

barometrar - för att mäta atmosfärstryck.

Enligt funktionsprincipen särskiljs följande enheter för att mäta tryck: vätska, fjäder, kolv, elektrisk radioaktiv.

flytande anordningar. I dessa enheter balanseras det uppmätta trycket eller sällsyntheten av det hydrostatiska trycket i arbetsvätskekolonnen, som används som kvicksilver, vatten, alkohol, etc.

Fjäderanordningar. Det uppmätta trycket eller sällsyntheten balanseras av krafterna av elastiskt motstånd hos olika känsliga element (rörfjäder, membran, bälg etc.), vars deformation, proportionell mot den uppmätta parametern, överförs med hjälp av ett system av spakar till enhetens pil eller penna.

Kolvmätare. Trycket bestäms av värdet på lasten som verkar på en kolv av ett visst område, som rör sig i en oljefylld cylinder; kolvtrycksmätare har höga noggrannhetsklasser lika med 0,02; 0,05; 0,2 .

Elektriska enheter. Driften av dessa enheter är baserad på mätning av de elektriska egenskaperna (motstånd, kapacitans, induktans, etc.) hos vissa material när de utsätts för yttre tryck.

Piezoelektriska enheter. Dessa enheter använder den piezoelektriska effekten, som består i förekomsten elektriska laddningar på ytan av vissa kristaller (kvarts, Rochelle-salt, turmalin) när en kraft appliceras på dem i en viss riktning.

radioaktiva anordningar. Trycket bestäms av förändringen i graden av jonisering eller graden av absorption av y-strålar med en förändring av ämnets densitet.

3.3. Nivåinstrument

Enligt funktionsprincipen är nivåmätare för vätskor uppdelade i pekglas, flytande, hydrostatiska, elektriska och radioaktiva.

Indikerings- eller nivåglas är ett vertikalt glasrör i vilket vätskan, som i kommunicerande kärl, är installerad på samma höjd som i apparaten. Indexglasögon används för lokal nivåmätning i enheter.

Flytnivåmätare. I dessa anordningar är det känsliga elementet en flottör med en lägre (flytande) eller högre (nedsänkbar) specifik vikt än vätskan. En förändring av vätskenivån i apparaten får flottören att röra sig, som med hjälp av ett system av spakar, stänger och kablar överförs till en pekare som rör sig längs en skala, eller till en sekundär anordning för avläsning, inspelning.

Hydrostatiska nivåmätare används för att mäta det hydrostatiska trycket i en vätskekolonn, vars nivå bestäms. Det finns hydrostatiska piezometriska och differentialnivåmätare. Effekten av hydrostatiska piezometriska nivåmätare är baserad på användningen av luft- eller gastryck som bubblar genom ett lager av vätska med en uppmätt nivå när den senare ändras.

Handlingen av hydrostatiska differentialnivåmätare är baserad på att bestämma nivån genom trycket i den uppmätta vätskekolonnen, som balanseras av trycket i en konstant vätskekolonn.

Elektriska nivåmätare. De mest använda nivåmätarna är kapacitiva och ohmska.

I elektriska kapacitiva nivåmätare är det känsliga elementet en kondensator, vars plattor är placerade på motsatta sidor av ett vertikalt dielektriskt rör anslutet till apparaten som kommunicerande kärl. Om en platta på kondensatorn är en elektrod, är den andra apparatens vägg. När vätskenivån ändras ändras kapacitansen för kondensatorn som ingår i en av armarna på AC-bryggan, och en signal som är proportionell mot värdet på den uppmätta nivån appliceras på ingången till den sekundära enheten.

Verkan hos elektriska ohmska nivåmätare som används för att bestämma nivån av elektriskt ledande vätskor är baserad på mätning av resistansen mellan elektroder av lämplig form införda i vätskan. I detta fall beror motståndet hos vätskeskiktet mellan elektroden och kroppen eller mellan två elektroder på höjden på vätskenivån i apparaten.

Radioaktiva nivåmätare. Mätningen av vätskenivån baseras på mätningen av intensiteten av absorptionen av y-partiklar när vätskenivån ändras.

3.4. Flödesinstrumentering

Volymflöde g är den volymetriska mängden av ämne V som strömmar genom rörledningens tvärsnitt per tidsenhet t,

där p är ämnets densitet, kg/m 3.

Instrument som är utformade för att mäta flöde kallas flödesmätare, och de som mäter mängden av ett ämne som strömmar genom tvärsnittet av en rörledning under en tidsperiod kallas räknare.

Enligt funktionsprincipen kan flödesmätarna delas in i flödesmätare med variabla och konstanta tryckfall, variabel nivå.

Variabel tryckfallsmätare. Driften av dessa anordningar är baserad på förekomsten av ett tryckfall på en konvergerande anordning med konstant tvärsnitt installerad inuti rörledningen. Skillnaden i statiska tryck före och efter den konvergerande anordningen (tryckskillnad), mätt med en differentialtrycksmätare, beror på flödeshastigheten för det strömmande ämnet och kan tjäna som ett mått på flödet.

Flödesmätare med konstant differenstryck (rotametrar). Funktionen hos dessa enheter är baserad på rörelsen av ett känsligt element (flotta) installerat i ett vertikalt koniskt rör; ett ämne matas genom det underifrån, vars flödeshastighet mäts. När flödeshastigheten för vätska, gas eller ånga ändras, rör sig flottören upp och rörets passageöppning ändras. Flottörens lyfthöjd är funktionellt relaterad till flödet. I detta fall förblir tryckfallet över flottören när den förflyttas längs rörets axel nästan konstant.

Flödesmätare med variabel nivå. Driften av dessa anordningar är baserad på en förändring i höjden av vätskenivån i kärlet med ett kontinuerligt flöde och fritt flöde av det från kärlet.

Det finns andra typer av flödesmätare, vars funktion är baserad på vissa fysiska lagar (förändringar i elektriska parametrar, värmeöverföring till flödet, en minskning av intensiteten av ultraljud eller radioaktiv strålning beroende på flödeshastigheten).

3.5. Automatisk balanserad bro

Den balanserade bryggan är designad för kontinuerlig temperaturmätning, registrering och reglering. Den fungerar i kombination med motståndstermometrar med standardkalibreringar, d.v.s. motsvarar den specificerade mätgränsen - graderingen av motståndstermometern. Detta innebär att varje enhet motsvarar en viss grupp motståndstermometrar av en enda kalibrering. Kärnan i driften av motståndstermometrar är baserad på beroendet av dess elektriska motstånd på temperaturen.

Den huvudsakliga mätkretsen för den aktuella anordningen är en brygga. Mätningar av icke-elektriska storheter elektriska metoder mycket utbredd inom elteknik och automation. Bromätkretsen har använts i mer än 100 år, och förmågan att mäta

Jämviktstillståndet innebär ett sådant förhållande mellan bryggresistanserna, vid vilket potentialskillnaden Ubd = 0 vid mätdiagonalens hörn och det inte finns någon utsignal i mätkretsen. Tillståndet U bd = 0 motsvarar likheten mellan spänningsfallen respektive i de intilliggande armarna, dvs.

Ui = U4 och U2 = U3. (3.1)

Ohms lag

Ui = I1R1; U2 = I1R2; U3 = I2R3; U4 = I2R4. (3.2)

Genom att ersätta spänningsfallens likhet (3.1) med deras värden uttryckta i termer av strömmar och resistanser (3.2), och dividera term för term, får vi:

I1R1/I1R2 = WI2R3 (3,3)

eller, efter att ha reducerat värdena för strömmarna I 1 och I 2 , har vi likheten:

R1R3 = R2R4, (3,4)

som kallas det klassiska jämviktstillståndet för bryggkretsen, läs som följer: "Om produkterna av resistanserna hos de motsatta armarna i bryggkretsen är lika med varandra, så finns det ingen potentialskillnad vid mätdiagonalens hörn ." Denna metod kallas nollresistansmätningsmetoden.

Det schematiska diagrammet för den balanserade bron visas i fig. 3.2.

Koppar eller platina motståndstermometer R t , elektrisk resistans som ska mätas ingår i en av armarna

brygga med anslutningsledningar har resistans R. De andra armarna på bryggan består av konstanta manganinresistanser Rmt och variabelt kalibrerat resistans av reokordet R p , också gjord av manangin. En diagonal på bron drivs av en konstant eller växelström, den andra innehåller en nollindikator. När bron är i jämvikt är jämställdheten uppfylld:

R\Rt = R2R4, (3,5)

varifrån vi, med hänsyn till reokordens motstånd, skriver:

(Rx+rx)Rt = (R2+r2)R4. (3.6)

I detta fall är potentialskillnaden mellan punkterna bd lika med noll, strömmen flyter inte genom nollgalvanometern och dess pil kommer att ställas in på noll. När temperaturen ändras kommer motståndstermometerns elektriska resistans att ändras och bryggan blir obalanserad. För att återställa balansen är det nödvändigt, vid konstanta motstånd Ri, R 2 och R 4, att ändra resistansvärdet för reokordet genom att flytta dess rörliga kontakt.

Således, om vi kalibrerar resistansen för reochordet, kan man genom positionen för dess skjutreglage när bron är i jämvikt bedöma värdet på motståndet R 1 och därför den uppmätta temperaturen.

Ris. 3.3. Schematiskt diagram av den elektroniska balansbryggan

elektrisk resistans. Mätbrygga, bestående av konstanta och variabla resistanser (R 1, R 2 och R 4) och drivs av spänning (6,3 V) från en av lindningarna krafttransformator, obalanser, och i diagonalen på bryggan mellan punkterna b och d kommer obalansspänningen U bd att visas. Den senare matas till ingången på en elektronisk förstärkare (EA), där den förstärks i spänning och effekt, sedan går den in i den reversibla RD-motorn och sätter sin rotor i rörelse. Roterande i en eller annan riktning, beroende på tecken på obalans, rotorn reversibel motor flyttar rheochord-reglaget R p, pilen och pennan som är mekaniskt anslutna till den längs enhetens skala tills mätbryggan kommer till ett jämviktstillstånd. Spänningen vid ingången till den elektroniska förstärkaren (EI) blir i detta fall lika med noll, RD-elmotorn kommer att stanna och enheten visar den uppmätta temperaturen.

Noggrannheten i avläsningarna av enheten beror på justeringen av motståndet hos ledningarna som ansluter motståndstermometern till den automatiska balansbryggan. För att justera motståndet för anslutningstrådarna till kalibreringsvärdet används motstånden R y och R "y, upp till 2,5 ohm vardera. Vid kalibrering av enheter antas motståndet för varje tråd som går från termometern till enheten vara ( 2,5 + 0,01) ohm. Om resistansen för varje tråd kommer att vara mindre än 2,5 ohm, ansluts ytterligare ett motstånd i serie till anslutningsledningen, vilket kompletterar resistansen för varje tråd till 2,5 ohm.

Under produktionsförhållanden kan motståndstermometern placeras på ett betydande avstånd från den sekundära enheten, med fluktuationer i mediets temperatur kommer värdet på deras motstånd att förändras, vilket kommer att leda till ett ytterligare fel i avläsningarna av den automatiska balansen bro. För att eliminera felet används ett tretrådskopplingsdiagram av motståndstermometern med sekundäranordningen, vilket består i att punkt c (Fig. 3.4) överförs direkt till motståndstermometern. Med denna koppling, motståndet

ledning R läggs till armen på mätbryggan, och motståndet

R till axel med konstant motstånd. Då kommer jämviktstillståndet för bryggkretsen att ha formen:

(Rl+rRl)(Rt+Rl)) = (R2+rR2+R^)R4. (3,7)

Den automatiska balansbryggans mätkrets kan också drivas av en torrcell likström eller från ett batteri med en spänning på 1,2-1,5 V. I detta fall elektronisk förstärkare Enheten måste ha en vibrationsgivare för att konvertera DC-obalanssignalen till AC för dess efterföljande förstärkning.

I detta avseende används balanserade DC-bryggor för eventuellt utseende i mätkretsen för olika pickuper (till exempel vid installation av en motståndstermometer i elektriska ugnar eller platser med stora magnetfält). Dessutom används DC-bryggor i de fall där, enligt driftsförhållandena för enheterna och brandsäkerhet de drivs av likströmskällor med låg effekt.

Strukturellt sett är en automatisk självregistrerande balansbrygga en stationär enhet, vars alla noder är placerade inuti stålkropp. Avläsningarna registreras på kartpapper som förflyttas av en synkronmotor.

Industrin producerar automatiska balansbryggor som visar och registrerar på ett skivdiagram, KCM2, KCM3, KCM4 bryggor som visar och spelar in på ett banddiagram, som visar bryggor med en roterande skala och andra modifieringar. Deras schematiska diagram liknar det övervägda schemat för en automatisk jämviktsbrygga och skiljer sig endast i utformningen av individuella noder.

Men ovanstående typ elektronisk anordning Det har också ett antal nackdelar:

litet temperaturmätområde (upp till 600 0 С);

motståndstermometer installerad i tekniska enheter måste placeras i produktens volym;

sekundär enhet inte har särskilda medel explosionsskydd och installeras endast i lokalerna för instrumentering och automation.

3.6. Automatisk potentiometer

Den automatiska potentiometern är utformad för att mäta, registrera och kontrollera temperaturen. Den fungerar i en uppsättning med standard kalibreringstermoelement, den används för att mäta temperaturer från -200 till + 2000 0 C. Som strukturmaterial för termoelementelektroder, järn-kopel, kopel-alumel, krom-alumel, platina-platina-rodium, etc. Beroendet av termoelektromotorisk kraft (TEMF) från temperaturförändringar är linjär.

I elektroniska potentiometrar används en potentiometrisk (kompensations) mätmetod som bygger på att balansera (kompensera) den uppmätta TEMF med en känd potentialskillnad bildad av hjälpkälla näring.

Från kretsschema(Fig. 3.5) kan man se att termoelementet är anslutet så att dess ström i sektionen Rad går i samma riktning som från strömkällan B, och potentialskillnaden mellan punkt A och eventuell mellanpunkt D är proportionell mot motstånd Rad.

Genom att flytta den rörliga kontakten D, förutsatt att Eju< Еб, можно найти такое его положение, при котором ток в цепи термопары будет равен 0, т.е. ТЭДС термопары может быть измерена значением падения напря­жения на участке сопротивления RAд. Схема такого вида широко использу­ется для измерения температуры в переносных приборах.

Nackdelen med det övervägda schemat är att TEDS beror på strömstyrkan i reochordkretsen.

Variation av arbetsströmmen i rheo-ackordkretsen kan införa fel i mätresultaten. Inställning av det erforderliga värdet för driftströmmen och övervakning av dess konstans utförs också med kompensationsmetoden (Fig. 3.6).

Kretsen har tre kretsar:

strömkälla krets (strömkälla B, installationsresistans, konstant motstånd, reochord med rörlig kontakt D);

krets av ett normalt element (normalt NE-element, konstant motstånd, IP-mätanordning);

termoelementkrets (TP-termoelement, IP-mätanordning, en del av det variabla motståndet i reochord).

I kontrollläget är omkopplaren inställd på läge K, vilket ansluter det normala elementet till ändarna av motståndet Rh.3 (EMK för strömförsörjningen B är riktad mot EMF för det normala elementet). Med en minskning av storleken på driftströmmen regleras den av ett inställningsmotstånd och ett läge uppnås där potentialskillnaden i ändarna av motståndet Rh.3 inte blir lika med EMF för ett normalt element. Strömmen i mätarkretsen blir noll. Om R ycT inte lyckas fastställa driftsströmmen, byts batteriet ut. I mätläget är omkopplaren inställd på läge och förbinder därmed termoelementet i serie med det normala elementet, reokordet vid punkt A och den rörliga kontakten D. Termoelementet TEDS kommer i detta fall att riktas i motsatt riktning källa emf B. Genom att flytta kontakt D, hitta en sådan position där potentialskillnaden mellan punkt A och Dreochord-kontakten är lika med termoelementets TEMF.

I enheter i GSP-serien, strömförsörjning mätkrets utförs av en stabiliserad källa, vilket förenklar design och drift.

06-01-2015

Mätinstrument (SI) kallas tekniska medel används för att mäta enheten för fysisk kvantitet (PV) i praktiken. För SI etableras normaliserade fel.

Mätinstrument klassificeras enligt följande kriterier:

TILL huvudtyper av mätinstrument inkluderar följande:

• referens;
• mäta;
• mätgivare;
• mätinstrument;
• mätinstallation;
• mätsystem.

mått, standard

mätaär ett mätinstrument som är designat för att reproducera en given storlek av en fysisk storhet. Till exempel är en vikt ett mått på massa, ett motstånd är ett mått på elektriskt motstånd.

Man skiljer mellan envärdiga och flervärdiga mått samt mängder och lager av mått.

Via enda mått endast en storlek återges. Ett exempel på ett sådant mått är en vikt. tvetydigåtgärder reproducerar flera storlekar av PV. Ett exempel på ett mått med flera värden är en millimeterlinjal, med vilken du kan uttrycka längden på ett föremål både i millimeter och i centimeter.

Mäter med högsta ordningen noggrannhet kallas standarder, mer om vilket du kan läsa i materialet "Mätinstrument i mätteknik".

Mätgivare

Under mätgivare MI avses, som omvandlar mätinformationssignalen till en form som är lämplig för dess överföring, efterföljande omvandling och sedan bearbetning och lagring, men signalen i denna form är inte avsedd för direkt uppfattning av observatören.

Denna signal matas in i indikeringsanordningen, från vilken denna direkta uppfattning sker. Av denna anledning ingår omvandlaren antingen i konstruktionen av mätanordningen eller används tillsammans med den.

Till exempel kan en omvandlare användas för att överföra data till en dators minne. Värdet som ska konverteras kallas ingångsvärdet, och resultatet av transformationen kallas utvärde. Den huvudsakliga metrologiska egenskapen hos givaren bestäms av förhållandet mellan dessa kvantiteter (ingång och utgång), som kallas "transformationsfunktionen".

Mätinstrument. Klassificering av mätinstrument

En mätanordning kallas SI, som, till skillnad från en givare, tjänar till att generera en signal i en form som är tillgänglig för direkt perception av en observatör.

Det finns olika klassificeringar av mätinstrument, dessa är:

• utnämning;
• konstruktiv anordning;
• grad av automatisering.

Syfte med mätinstrument

På grundval av detta särskiljs mätinstrument (IP):

• universell, används i kontroll- och mätlaboratorier av alla typer av industrier, och dessutom i butikerna för småskalig och enstycksproduktion;
• special, används för att mäta en eller flera parametrar för delar av en viss typ;
• för kontroll: acceptans (kaliber), aktiv (vid tillverkning av delar) eller statistisk.

Strukturell anordning

På grundval av detta särskiljs enheterna:

• mekanisk: bromsok, mikrometer, sonder, spakfästen, etc.;
• optisk: mikroskop, projektor, optimer, etc.;
• pneumatiska: längdmätare, eller rotametrar, etc.;
• elektriska: induktiva enheter, runda mätare, profiler, etc.

Grad av automatisering

På grundval av detta är enheterna:

• manuell åtgärd;
• mekaniserad;
• halvautomatisk;
• automatisk.

Mätuppställning

En mätinstallation är en uppsättning mätinstrument (mått, mätinstrument och givare) och hjälpanordningar kombinerade funktionellt. Syftet med komponenterna i mätinstallationen är att generera signaler i en form som är lämplig för direkt uppfattning av observatören. Själva mätuppställningen är placerad på ett ställe (testbänk).

Mätsystem

Mätsystemet är samma uppsättning, men dess ingående länkar är sammankopplade av kommunikationskanaler, som är placerade på olika punkter i det kontrollerade utrymmet. Mål mätsystem- mäta en eller flera PV som är karakteristiska för ett givet utrymme.

Mätinstrumentär ett mätmedel med vilket värdet av en fysisk storhet som hör till ett fast område erhålls. Apparatens design innehåller vanligtvis en anordning som omvandlar det uppmätta värdet med dess indikationer till en optimalt lättförståelig form.

I enlighet med metoden för att bestämma värdet på den uppmätta kvantiteten särskiljs följande:

1. mätinstrument för direkt verkan;
2. mätinstrument för jämförelse.

Direktverkande mätinstrument- dessa är apparater med hjälp av vilka det är möjligt att få värdet på den uppmätta storheten direkt på avläsningsanordningen.

Jämförelsemätinstrumentär en anordning med hjälp av vilken värdet av en uppmätt storhet erhålls genom jämförelse med en känd storhet som motsvarar dess mått.

Mätinstrument kan visa det uppmätta värdet på olika sätt. Fördela:

1. visning av mätinstrument;
2. inspelning av mätinstrument.

Läsanordning- en strukturellt isolerad del av mätinstrumentet, som är avsedd för avläsning av avläsningar. Läsanordningen kan representeras av en skala, pekare, display, etc.

Mätuppställning- detta är ett mätinstrument, som är en uppsättning mått, IP, mätinstrument, etc., som utför liknande funktioner, används för att mäta ett fast antal fysiska storheter och samlas på ett ställe. Om mätuppställningen används för produkttestning är det en testbänk.

Mätsystem- detta är ett mätinstrument, vilket är en kombination av mått, IP, mätinstrument etc., som utför liknande funktioner, placerade i olika delar av ett visst utrymme och avsett att mäta ett visst antal fysiska storheter i ett givet utrymme.

Arbetande mätinstrument (RSI)är de mätmedel som används för att utföra tekniska mätningar. Fungerande mätinstrument kan användas under olika förhållanden.

Standarderär mätinstrument med en hög grad noggrannhet som används i metrologiska studier för att förmedla information om storleken på en enhet. Mer exakta mätmetoder överför information om storleken på enheten, och så vidare, och bildar således en slags kedja, i varje nästa länk vars noggrannhet är något mindre än i den föregående.

Information om enhetens storlek överförs vid verifiering av mätinstrument. Verifiering av mätinstrument utförs för att godkänna deras lämplighet.

Mätinstrumentär ett mätmedel med vilket värdet av en fysisk storhet som hör till ett fast område erhålls. Apparatens design innehåller vanligtvis en anordning som omvandlar det uppmätta värdet med dess indikationer till en optimalt lättförståelig form.

I enlighet med metoden för att bestämma värdet på den uppmätta kvantiteten särskiljs följande:

1. mätinstrument för direkt verkan;
2. mätinstrument för jämförelse.

Direktverkande mätinstrument- dessa är apparater med hjälp av vilka det är möjligt att få värdet på den uppmätta storheten direkt på avläsningsanordningen.

Jämförelsemätinstrumentär en anordning med hjälp av vilken värdet av en uppmätt storhet erhålls genom jämförelse med en känd storhet som motsvarar dess mått.

Mätinstrument kan visa det uppmätta värdet på olika sätt. Fördela:

1. visning av mätinstrument;
2. inspelning av mätinstrument.

Läsanordning- en strukturellt isolerad del av mätinstrumentet, som är avsedd för avläsning av avläsningar. Läsanordningen kan representeras av en skala, pekare, display, etc.

Mätuppställning- detta är ett mätinstrument, som är en uppsättning mått, IP, mätinstrument, etc., som utför liknande funktioner, används för att mäta ett fast antal fysiska storheter och samlas på ett ställe. Om mätuppställningen används för produkttestning är det en testbänk.

Mätsystem- detta är ett mätinstrument, vilket är en kombination av mått, IP, mätinstrument etc., som utför liknande funktioner, placerade i olika delar av ett visst utrymme och avsett att mäta ett visst antal fysiska storheter i ett givet utrymme.

Arbetande mätinstrument (RSI)är de mätinstrument som används för att utföra tekniska mätningar. Fungerande mätinstrument kan användas under olika förhållanden.

Standarder- Det här är mätinstrument med hög noggrannhet som används i metrologiska studier för att överföra information om storleken på en enhet. Mer exakta mätmetoder överför information om storleken på enheten, och så vidare, och bildar således en slags kedja, i varje nästa länk vars noggrannhet är något mindre än i den föregående.

Information om enhetens storlek överförs vid verifiering av mätinstrument. Verifiering av mätinstrument utförs för att godkänna deras lämplighet.