Ассистент Акульбекова Б. Т.

Карагандинский государственный индустриальный университет

Особенности применения измерительных приборов в системе автоматики

Метрология- это наука, занимающаяся изучением и определением методов измерений и единиц измерения. Возможное рабочее описание термина «измерение», согласующегося с нашей интуицией, звучит так: «измерение – это получение информации». Одним из наиболее существенных аспектов измерения является сбор информации; измерения проводят для того, чтобы что-то узнать об объекте измерения, то есть об измеряемой величине. Это означает, что результат измерения должен описывать то состояние или то явление в окружающем нас мире, которое мы измеряем. Между этим состоянием или явлением и результатом измерения должно существовать то или иное соотношение. Хотя получение информации очевидно, оно является лишь необходимым, но недостаточным для определения измерения: когда кто-то читает учебник, он накапливает информацию, но не выполняет измерения. Второй аспект измерения состоит в том, что оно должно быть избирательным.
Оно может снабдить нас сведениями только о том, что мы хотим измерить (об
измеряемой величине), но ничего не говорит ни об одном из многих других состояний или явлений вокруг нас. Это обстоятельство тоже необходимо, но не достаточно для определения измерения. Любуясь картиной в пустой комнате, где нет ничего другого, вы получите информацию только об одной картине, но это не будет измерением. Третьей, и также необходимой стороной дела, является тот факт, что измерение должно быть объективным. Исход измерения не должен зависеть от наблюдателя. Любой наблюдатель должен извлекать из измерения одну и ту же информацию и приходить к одним и тем же выводам. Но это почти невозможно, если наблюдатель будет пользоваться только своими собственными органами чувств. Наблюдения, выполненные с помощью наших органов чувств, в очень большой степени субъективны.
Например, наше восприятие температуры сильно зависит от ощущения тепла или холода, предшествующие измерению. В этом легко убедится, пытаясь определить рукой температуру кувшина с водой. Если сначала окунуть руку в холодную воду, то вода в кувшине покажется сравнительно теплой, а если сперва опустить руку в теплую воду, то вода в кувшине покажется относительно холодной. Помимо субъективности восприятия человек-наблюдатель испытывает также затруднение оттого, что
существует много состояний и явлений в окружающем нас реальном мире, которые мы либо вовсе не ощущаем (например, магнитные поля), либо воспринимаем лишь качественно (например, очень низкие температуры или движение с большой скоростью). Таким образом, чтобы гарантировать объективность измерения, мы должны воспользоваться теми или иными приспособлениями (средствами, приборами). Назначение этих приборов состоит в том, чтобы преобразовать наблюдаемое
состояние или явление в другое состояние или явление, которое наблюдатель уже не сможет истолковать неверно. Другими словами, прибор преобразует исходное наблюдение к такому виду, в котором оно доступно любому наблюдателю и относительно которого между наблюдателями не может быть разногласия. Поэтому желательно, чтобы результат измерения на выходе прибора можно было воспринимать объективно, например как число на алфавитно-цифровом дисплее, а не в виде субъективной оценки таких характеристик, как цвет и т. п. В дальнейшем будем полагать, по определению, что измерение – это получение с помощью измерительных систем (приборов) информации в форме результата измерения, отражающего характеристику, состояние или явление окружающего нас мира (объект
измерения). В этом контексте измерительная система должна гарантировать
требуемые наглядность описания, избирательность и объективность измерения. Можно провести различие между двумя типами информации: так называемой структурной информацией, то есть информацией о состоянии, структуре или природе определенной характеристики, и так называемой метрической информацией, то есть информацией о величине, амплитуде или интенсивности определенной характеристики. Говорят, что приобретение структурной информации происходит в результате качественного
измерения, а приобретение метрической информации — в результате количественного измерения. Если природа характеристики, которая должна быть измерена, еще не известна, необходимо сначала определить ее путем проведения качественного измерения. И только затем можно выполнить количественное измерение величины
соответствующей характеристики. Если, например, мы хотим измерить способность домашнего голубя определять
направление, необходимо сначала понять, какое физическое явление использует голубь, чтобы найти дорогу: солнечный свет, звезды, магнитное или даже гравитационное поле Земли. Только затем можно перейти к проведению количественного измерения способности голубя определять направление. С помощью качественного измерения устанавливают природу того, что должно
быть измерено; качественное измерение обеспечивает нас информацией, необходимой для того, чтобы выбрать приборы для проведения количественного измерения. Однако почти во всех случаях у нас уже имеется эта структурная информация и нам нужно выполнить только количественные измерения.
Сравнительно простое измерение, такое как проверка давления в шинах
автомобиля, можно описать. У нас есть гипотеза: мы опасаемся, что давление в шинах слишком мало (или велико); в противном случае нам не надо было бы его проверять. Выполнив измерение, мы узнаем, лежит ли на самом деле давление в тех пределах, которые указаны изготовителем. Если это не так, то мы изменяем давление и снова измеряем его, пока оно не станет нужным.
Отсюда видно, что измерения образуют существенное звено между эмпирическим миром с одной стороны и нашим отвлеченным представлением о нем с другой. Именно измерения удерживают наше представление об окружающем мире от того, чтобы становиться сном, служа звеном между действительностью и нашим восприятием ее. Без измерений мы обладали бы лишь философским видением (как это было у древних
греков). Кроме того, перед лицом различных представлений мы были бы не способны проверить, какое из них справедливо. Каждый мог бы замкнуться в своем собственном восприятии, лишенный возможности когда-либо достичь общепринятого понимания, в отличие от того, что мы имеем теперь. Поэтому без измерений наше общество могло бы застрять на том уровне развития, которого оно достигло во времена алхимиков, астрологов и колдунов.

Потенциометры. Принцип действия. Основной особенностью потенциометра является то, что в нем развиваемая термоэлектрическим термометром термо-э.д.с. уравновешивается (компенсируется) равным ей по величине, но обратным по знаку напряжением от источника тока, расположенного в приборе, которое затем измеряется с большой точностью. Потенциометры являются наиболее совершенными вторичными приборами для работы с термоэлектрическими термометрами. Благодаря высокой точности они широко применяются при промышленных и лабораторных измерениях. Стремление использовать весьма совершенный компенсационный метод для промышленных измерений привело к созданию автоматических электронных показывающих и самопишущих потенциометров (ГОСТ 7164-71. Потенциометры и уравновешивающие мосты автоматические ГСП.), в которых компенсация термо-э.д.с., развиваемой термоэлектрическим термометром, производится с помощью уравновешивающего устройства, связанного с реверсивным микродвигателем. Приборы бывают одно- и многоточечными и могут иметь встроенное сигнализирующее устройство. Класс точности потенциометров 0,25 – 1. Термометры сопротивления. Для измерения температуры широкое применение получили термометры сопротивления, действие которых основано на изменении электрического сопротивления металлических проводников в зависимости от температуры. Металлы, как известно, увеличивают при нагреве свое сопротивление. Следовательно, зная зависимость сопротивления проводника от температуры и определяя это сопротивление при помощи электроизмерительного прибора, можно судить о температуре проводника. Термометр сопротивления, чувствительный элемент которого состоит из тонкой спиральной проволоки (обмотки), изолированной и помещенной в металлический защитный чехол с головкой для подключения соединительных проводов, является первичным измерительным преобразователем, питаемым от постоянного источника тока. В качестве вторичных приборов, работающих с термометрами сопротивления, применяются уравновешенные и неуравновешенные измерительные мосты и магнитоэлектрические логометры. Основные свойства термометров сопротивления. Конечный предел измерения проволочных термометров сопротивления, обусловленный стойкостью их при нагреве, равен 650 ⁰С. Достоинствами термометров сопротивления являются: высокая точность измерений, возможность получения приборов с безнулевой шкалой на узкий диапазон температур, легкость осуществления автоматической записи и дистанционной передачи показаний и возможность присоединения к одному вторичному прибору при помощи переключателя нескольких однотипных термометров. К недостаткам этих приборов относится потребность в постороннем источнике тока. Металлы, применяемые для изготовления обмотки термометров сопротивления, должны обладать:

· устойчивостью при нагревании, в частности однозначностью зависимости сопротивления от температуры и стойкостью проводника против коррозии, обеспечивающими надежность измерения;

· высоким и по возможности постоянным температурным коэффициентом электрического сопротивления, дающим высокую чувствительности прибора и линейное изменение сопротивления проводника от температуры;

· большим удельным сопротивлением, позволяющим изготовлять термометры малых размеров;

· воспроизводимостью степени чистоты металла при отдельных его плавках, обеспечивающей взаимозаменяемость термометров.

Важнейшей характеристикой автоматических измерительных приборов является точность их работы, которая определяется величиной допустимой основной погрешности прибора.

Измерение физических величин является одним из способов познания окружающего нас мира и основным средством контроля различных технологических процессов. Роль и значение измерений как объективного фактора изучения природы в свое время отметил великий русский ученый Д.И. Менделеев, который считал их основой научных исследований. Действительно, значение метрологии в развитии науки и техники исключительно велико, и в настоящее время без измерений не может обойтись почти ни одна область знаний. НТП также неразрывно связан с развитием и совершенствованием метрологии.