книги из ГПНТБ / Кондрашкова Г.А. Технологические измерения и приборы целлюлозно-бумажной промышленности учеб. пособие

Г. А. Кондрашкова

Технологические

ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ целлюлознобумажной

промышленности

\

Допущено Министерством высшего и среднего спе­ циального образования РСФСР в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений

Издательство

„ЛЕСНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ“ М о с к в а 1 9 7 4

УДК 676: 53.084

Технологические измерения и приборы целлюлознобумажной промышленности. К о н д р а ш к о в а Г. Л„ «Лесная промышленность», 1974, 344.

В учебном пособии описываются методы и средства измерений технологических величин целлюлозно-бумаж­ ного производства. Освещаются вопросы анализа и син­ теза измерительных устройств с учетом их метрологиче­ ских характеристик, структурных и функциональных особенностей. Анализ и синтез производятся исходя из специфики использования измерительных устройств в измерительных и информационно-управляющих систе­ мах. Рассматриваются современные средства для техни­ ческих измерений общих и специальных технологических величин для целлюлозно-бумажной промышленности. Излагаются физические основы, принципы действия средств измерения, приводятся метрологические харак­ теристики, указываются их область применения и осо­ бенности эксплуатации. В работе даны основные сведе­ ния по информационным измерительным системам и по теории надежности измерителньых устройств.

Таблиц 16, иллюстраций 160, библиография — 64 на­ звания.

Официальные рецензенты: кафедра автоматизации производственных процессов Московского лесотехниче­ ского института и доцент кафедры информационно-из­ мерительной техники Ленинградского политехнического института им. М. И. Калинина канд. техп. наук

Спектр С. Д.

© Издательство «Лесная промышленность», 1974 г.

Введение

Значение измерений. Современная научно-техническая револю­ ция отличается широким внедрением автоматического управления во все отрасли производства.

рования производства в целом. Основными средствами получения информации, поступающей в системы автоматического управления, являются измерительные устройства. Степень оптимизации произ­ водства при управлении в значительной мере зависит от метроло­ гических характеристик используемых средств измерения. В этой связи измерительные устройства оказываются исключительно вы­ годной сферой вложения средств. Они обеспечивают прибыль в 5 раз большую, чем капиталовложения в производственные мощности.

Современное целлюлозно-бумажное производство характери­ зуется сложностью сопровождающих его технологических процес­ сов (в ряде случаев повышенной их скоростью); высокой чувстви­ тельностью качества продукции к нарушению установленного тех­ нологического режима; вредностью, пожаро- и взрывоопасностью сред в технологическом оборудовании. Управление таким произ­ водством невозможно осуществить без комплексной автоматиза­ ции. Это объясняет необходимость и эффективность применения средств информационной измерительной техники в целлюлозно-бу­ мажной промышленности (ЦБП).

Научные исследования, разработка новых машин и аппаратов, исследование новых технологических процессов также немыслимы без использования разнообразных, подчас уникальных средств для измерения различных физических величин.

При внедрении измерительной техники необходимо оценивать стоимость и степень значимости каждого конкретного измерения. Стоимость измерения определяется стоимостью применения срав­ ниваемых устройств для измерения различных информативных ве­ личин, характеризующих более или менее адекватно исследуемый процесс. Причем в стоимость входит стоимость разработок, произ­ водство установок и обслуживания при эксплуатации сравнивае­ мых вариантов средств измерения. Степень значимости для срав­ ниваемых вариантов характеризуется такими показателями, как увеличение производительности, улучшение качества продукции,

4

снижение себестоимости, а также обеспечение безопасности, облег­ чение труда и т. п.

При выборе сравниваемых решений предпочтение должно от­ даваться наиболее значимым и наименее дорогим вариантам. В рассмотренном аспекте выбор средств измерения обеспечивает максимальный экономический эффект промышленного производ­ ства в целом.

Понятие и содержание измерения. Под измерением понимают процесс приема и преобразования информации об измеряемой ве­ личине с целью получения количественного результата сравнения ее с принятой шкалой или единицей измерения в форме наиболее удобной для дальнейшего использования человеком или машиной.

Такое определение понятия измерения позволяет:

а) подчеркнуть сущность измерительного преобразования, ко­ торое с физической точки зрения означает, что измеряемая вели­ чина не может быть определена сама по себе, а может быть вос­ принята только вместе с тем физическим процессом, в котором она проявляется;

б) представить любое измерительное устройство как последо­ вательную цепь измерительных преобразователей, образующих ка­ нал преобразования измеряемой величины в результате измерения; в) определить цель измерения, которая отличает процесс при­ ема и преобразования информации об измеряемой величине от других процессов приема и преобразования информации, напри­

мер от связи, телевидения и т. д.; г) устранить спор о различии устройств выявления, контроля

иизмерения указанием на разнообразие форм представления ре­ зультата.

Сэтих позиций становится очевидным, что содержание измере­ ния органически связано с объектом измерения, с условиями из­ мерения, характером измеряемой величины, средствами измерения

иметодами их использования.

Цель измерения — получение результата измерения в заданной форме с определенной погрешностью, что тесно связано с перечис­ ленными аспектами измерительного процесса. Действительно, для получения информации об измеряемой величине необходим обмен энергией между объектом измерения и измерительным устройст­ вом. Этот момент процесса измерения — один из самых ответст­ венных при решении измерительной задачи. Вторжение средств измерения в исследуемую среду не должно нарушать свойств этой среды, в противном случае в процессе измерения будет получена искаженная информация. Вместе с тем функционирование приме­ няемых измерительных устройств не должно подвергаться воздей­ ствию побочных, •посторонних факторов, называемых влияющими величинами или неинформативными параметрами входных вели­ чин. Наряду с этим при постановке измерений необходимо учиты­ вать распределение самой измеряемой величины в пространстве и во времени, ее связь с характером исследуемого процесса и окру­ жающими условиями. Под средствами измерения понимают техни­

5

ческие средства, используемые во всей их совокупности или ча­ стично для целей измерения.

Непосредственно цепь измерительных преобразований иссле­ дуемой величины осуществляется с помощью измерительных пре­ образователей, которые являются основными средствами измере­ ния и входят в состав как измерительных приборов, так и измери­ тельных систем.

Под измерительным устройством понимают такое устройство, функцией которого является преобразование величины, подаваемой на его вход, в выходную величину (сигнал), несущую информацию о количественном значении измеряемой величины. Частным слу­ чаем такой величины (сигнала) может являться число. Таким об­ разом, к измерительным устройствам относятся первичные измери-

Измеряемые величины и измерительные сигналы

Измерительные сигналы

6

тельные преобразователи, датчики, промежуточные измерительные преобразователи, измерительные приборы и т. п. Сложные инфор­ мационно-измерительные комплексы, получившие название инфор­ мационных измерительных систем, развиваются также на основе использования средств измерения с привлечением устройств авто­ матики и вычислительной техники.

С помощью измерительных устройств входные физические ве­ личины преобразуются в промежуточные и выходные физические величины, называемые измерительными сигналами. Последние слу­ жат для передачи, преобразования и дальнейшего использования измерительной информации в приемных устройствах (регистрато­ рах, машинах и т. и.).

Все многообразие измеряемых величин может быть представ­ лено измерительными сигналами нескольких видов (табл.). В табл, приведены измеряемые величины и измерительные сигналы. Кре­ стом X отмечены те преобразования величин и сигналов, которые реализуются с помощью известных измерительных преобразовате­ лей. Измерительные сигналы можно разделить на четыре группы.

В первую группу (графы 1—3) входят сигналы, связанные с представлением измеряемых величин в той или другой форме пе­ ремещения. Сюда относится перемещение твердых тел, например стрелки, пера самописца, упругих элементов и т. и. Перемещение жидкостей используется во всевозможных гидравлических прибо­ рах и устройствах. Наконец, для обеспечения малого (слабого) воздействия на объект измерения применяют перемещение свето­ вых лучей. Перемещение световых и электронных указателей ча­ сто встречается в современных быстродействующих измерительных устройствах.

Ко второй группе (графы 4, 5) относятся сигналы в виде меха­ нической силы или давления. Механическая сила распространена в измерительных устройствах с силовой компенсацией. Давление широко применяется для передачи и преобразования сигналов в пневматических и гидравлических системах измерения и автома­ тического управления.

В третью группу (графы 6, 7) входят сигналы в виде элек­ трических аналоговых величин, в которые преобразуются всевоз­ можные электрические и неэлектрические величины, подлежащие измерению. Сюда относятся значения тока, напряжения и их со­ отношения на постоянном и переменном токе. Эти сигналы наи­ более распространены в информационных и управляющих си­

стемах.

Четвертую группу (графы S— 10) составляют электрические дискретные сигналы. Эти сигналы получают путем различной дис­ кретной модуляции измеряемых величин. Основные преимущества дискретных сигналов заключаются в высокой точности и помехо­ устойчивости при передаче результатов измерений на значитель­ ные расстояния.

Измерения проводятся различными методами. Совокупность от­ дельных преобразований информации об измеряемой величине, не­

7

Глава 1

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИЗМЕРЕНИЙ

§ 1. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЙ. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ (СИ)

В задачу метрологии — науки об измерениях — входит поддер­ жание единства и достоверности измерений в науке и технике. Это требует разработки теории, методов, аппаратуры и практики пере­ дачи принятых единиц измерения во всевозможных конкретных из­ мерительных задачах.

Действительно, всякое измерение физической величины есть сравнение измеряемой величины с другой того же рода величиной, принятой за единицу измерения.

Уравнение, где измеряемая величина X, равна Х = пх, является основным уравнением измерения; правая часть называется резуль­ татом измерения и состоит из отвлеченного числа п и наименован­ ной единицы измерения х.

В каждой системе единиц различают основные и производные величины.

Произвольно выбранные единицы измерения, на основе которых построена данная система единиц, называются основными. Все ос­ тальные единицы, которые выражаются через основные по мате­ матическим формулам связи между соответствующими физиче­ скими величинами, называются производными.

Количество основных единиц определяется необходимостью вы­ разить через них все производные единицы физических величин. Каждая единица измерения должна воспроизводиться в виде эталона.

Числовые значения выбираемых основных и производных еди­ ниц должны быть удобными для практических целей, а их эталоны должны оставаться неизменными во времени.

Совокупность единиц измерения, охватывающая все или только некоторые областиизмерений {механические,- тепловые,-электриче­ ские. и т. д.) я образованная -так, что соотношения между ними (за исключением основных) определяются уравнениями связи, в кото­ рых значения физических величин приняты равными единице,- на­ зывается системой единиц. В зависимости от того, какиеединицы

9