Введение. 
Технические измерения и приборы

Развитие общества, его деятельность всегда были связаны с измерениями. Научно-технический прогресс во многом обусловлен появлением новых процессов, технических устройств, автоматизированных систем управления и контроля различного назначения. Вместе с тем, непрерывно повышаются требования к качеству и надёжности функционирования объектов, систем, устройств, и чем они становятся сложнее, тем труднее получить высокие показатели качества и надёжности. Общеизвестно, что невозможно достичь этих показателей без проведения измерений нескольких десятков, сотен и тысяч параметров и характеристик объектов измерений.

Система измерений в современных условиях должна обеспечивать не только их точность и единство, но также и своевременность. В технологических процессах измерения зачастую должны проводиться за доли секунды, в режиме реального времени.

Современное состояние технических измерений и их развитие предъявляют повышенные требования к уровню подготовки инженеров в области автоматизации. В соответствии с общими требованиями к подготовке инженера (квалификационной характеристикой) студенты должны:

• — изучить основные принципы, методы и средства измерений технических величин;
• — научиться метрологически и технически правильно выбирать измерительную аппаратуру;
• — уметь проводить измерения, обрабатывать их результаты и оценивать достигнутую точность;
• — ознакомиться с положениями «Государственной системы обеспечения единства измерений» и «Государственной системы приборов и средств автоматизации», перспективными направлениями и тенденциями развития метрологии и технических измерений.

Измерительная техника непрерывно совершенствуется в соответствии с повышением требований к достоверности, быстродействию. Она всё более усложняется и автоматизируется. Это требует от тех, кто проводит измерения, глубоких знаний основ метрологии и измерительной техники, практических навыков в использовании средств измерений.

Измерения — основной познавательный процесс в науке и технике, с помощью которого значения неизвестных величин становятся известными путём сравнения с однородными, известными значениями величин. По мере развития общества роль измерений непрерывно возрастала и, вероятно, будет возрастать и в дальнейшем, поскольку измерения обеспечивают все информационные потребности общества, связанные с количественными оценками. Их развитие гармонично увязывается с развитием компьютерной техники.

В результате изучения дисциплины и первого тома учебника студент доложен:

знать

• • основы метрологии;
• • понятие об измерении и его видах;
• • погрешности измерений;
• • принцип действия и структуру средсгва измерений, их классификацию;
• • методы измерения таких физико-механических величин, как линейные размеры, площадь и объём, углы, шероховатость, масса и вес тела, твёрдость материала изделий, а также температура, давление, расход, уровень, влажность, плотность и вязкость;

уметь

• • правильно выбирать средства измерений для контроля конкретных физических параметров, грамотно их эксплуатировать;
• • создавать на основе средств измерений системы автоматического контроля, регулирования и управления;
• • рассчитать погрешность измерения в реальных условиях эксплуатации;

владеть

• • методами поверки и калибровки средств измерений;
• • методами математического моделирования средств измерений, навыками работы с ними, обработки результатов измерений;
• • методами определения погрешности измерений.

В первой главе учебника кратко изложены основные понятия метрологии, приведена классификация методов, средств и погрешностей измерений Во второй-девятой главах представлены методы и средства измерений В десятой главе рассмотрены аналоговые и цифровые вторичные приборы.

Все производства различных отраслей промышленности в зависимости от характера технологического процесса разделяют на две группы: с непрерывным и с дискретным (штучным) технологическим процессом. К первой группе относят производства таких отраслей промышленности, как химическая, металлургическая, нефтехимическая, газоперерабатывающая, теплоэнергетическая и т. п., ко второй — машиностроение, приборостроение, радиоэлектронная, пищевая и др.

Приближённое представление о том, какие параметры и в каком относительном количестве измеряют на производствах с непрерывным и дискретным характером технологических процессов, даёт табл. 1.

Таблица 1

Измерение параметров непрерывных и дискретных технологических процессов

Из таблицы следует, что на производствах с непрерывным характером технологического процесса измерение температуры, давления, уровня и расхода вещества составляет 81% от общего числа всех измерений, а на производствах с дискретным характером технологического процесса — 20%.

Следует отметить, что каждые 10 лет точность измерений в мире увеличивается в среднем в 3−10 раз, появляются новые технологии, основанные на всё более точных измерениях (нанои фемтотехнологии), поэтому в развитых странах измерениям уделяется большое внимание.

Процесс (от лаг. processus — продвижение) — это последовательная смена явлений, состояний в развитии чего-нибудь; совокупность последовательных действий для достижения какого-либо результата.

Параметр состояния — физическая величина, имеющая объективную меру и характеризующая макроскопическое состояние системы: температура, давление, уровень, плотность, концентрация компонентов и т. п.

Измерение линейных и угловых величин, твёрдости материалов и т. п. относят к физико-механическим измерениям; давления, температуры, расхода и уровня — к теплотехническим; измерение состава и физико-химических свойств вещества — к физико-химическим, а измерение электрических величин — к электрическим измерениям. Таким образом, для химико-технологических процессов проводят теплотехнические, физико-химические и электрические измерения.

В производствах с непрерывными технологическими процессами, в том числе с химико-технологическими, над исходными веществами (реагентами, сырьём) осуществляют различные технологические операции в аппаратах, связанных технологическими линиями. Эти операции направлены на изменение физико-химических свойств состава или состояния исходных веществ и получение готового продукта заданной номенклатуры и качества.

Современные химико-технологические производства характеризуются сложностью, значительной мощностью технологических машин и аппаратов, а также большим числом различных параметров, от которых зависит протекание химико-технологического процесса. Всё это определяет тот непреложный факт, что проведение современных технологических процессов невозможно без их автоматического управления.

Автоматическое управление процессом предусматривает три стадии:

• — автоматический контроль параметров производства;
• — регулирование, управление, блокировка и сигнализация с помощью вычислительных машин, которые выдают регулирующее воздействие;

реализация регулирующего воздействия с помощью исполнительных механизмов.

Учебник посвящен первому этапу автоматического управления — автоматическому измерению технологических параметров.