1.9. Прннципы выбора технических средств.

Для осуществления процесса измерений, т.е. количествен­ного опреде­ления характеристик объекта деятельности (технического уст­ройства или аг­регата, технологического процесса, продукции, сырья и т.д.), необходимы технические и методические средства измерений адекватные поставленной задаче. Выбор этих средств представляет непростую комплексную задачу, в которой присутствуют взаимосвязанные научно-техническая, экономическая и организационная составляющие. Обычно эта задача решается в несколько этапов, причем каждый последующий этап может вызвать необходимость корректировки решений, принятых на более ранних стадиях.

Для решения научно-технической составляющей этой задачи необходимо выполнить следующую последовательность действий.

На первом этапе должны быть разработаны технические требования к средствам измерений. Для этого необходимо:

• Определить задачу измерений. Т.е. установить физические величины, кото­рые наиболее точно характеризуют интересующие нас свойства объ­екта, и определить степень достоверности, с которой эти величины должны измеряться. Обычно эти характеристики задаются техническими параметрами объекта измерения.

• Определить условия измерений, т.е. провести анализ условий, в которых должны выполняться измерения. Это один из наиболее ответственных этапов выбора измерительных средств, который включает:

• анализ особенностей технологического оборудования и технологиче­ского процесса, совместно с которым должны работать средства изме­рений,

• анализ условий их эксплуатации

• анализ условий окружающей среды

• анализ потенциальных источников шумов и помех.

• анализ требований производственной безопасности

• Определить требования к средствам измерений, которые накладывает имею­щаяся (при модернизации) или проектируемая система управления, в том числе используемые конструктивные, аппаратные, программные и другие стандарты.

• Определить требования к экономическим показателям оборудования.

• Сформулировать требуемые условия для проведения измерений, обра­ботки результатов и ошибок измерений, оценки точности измерений, до­кументирования и архивация результатов измерений.

На основании полученной и обработанной информации формулируются тех­нические требования к методам и средствам измерений. Эти требования в том числе должны включать:

1. Диапазон изменения измеряемого технологического параметра - физической величины.

   • При этом следует учитывать какой диапазон значения параметра соответствуют нормальному (рабочему) режиму и каковы могут быть предельно допустимые максимальные и минимальные значения параметра.

2. Допустимые величины абсолютной и относительной погрешности измере­ний во всем диапазоне измерений, а также в рабочем и предельно допустимых режимах.

3. Величину предельной допустимой нормальной погрешности средств из­мерения.

4. Требования к быстродействию средств измерений. Нужно обязательно принимать во внимание несколько обстоятельств.

   • В нормальном рабочем режиме быстродействие средства измерений должно минимум в 2-5 раз превышать быстродействие системы управления объектом

   • При измерении параметров, критичных с точки зрения безопасности работы объекта, необходимо учитывать с какой максимальной скоростью может изменяться величина измеряемого параметра в критических условиях.

   • Быстродействие средств измерений определяется не только быстродействием первичного и вторичных измерительных преобразователей, но скоростью передачи информации в систему управления. Нужно, к примеру, учитывать, что аналоговый унифицированный сигнал передается в режиме реального времени, скорость передача цифровой информации по последовательному интерфейсу в реальности RS-485 имеет ограничение на уровне порядка 500 байт/с, скорость передачи информации в сетях зависти не только от типа интерфейса, но и от архитектуры самой сети

5. Условия проведения измерений – наличие неблагоприятный факторов в месте установки элементов средства измерений (химическая актив­ность, температура, влажность, запыленность рабочей и окружающей среды, источники вибраций и электромагнитных шумов и помех и т.п.)

6. Условия эксплуатации и показатели надежности оборудования – требова­ния к электропитанию, наличию систем сжатого газа, пыле, и вла­гозащиты, долго­вечности, периодичности технического обслуживания и др.

7. Условия монтажа элементов средства измерения, их взаимное пространст­венное расположение, предполагаемые или имеющиеся сред­ства и стандарты информационного обмена, требования к конструктив­ному оформлению средств измерений

8. Требования к конструктивной, энергетической и информационной совмес­тимости.

На втором этапе исходя из технических требований определяются прин­ципы, методы и технические средства измерений, которые соответствуют выработанным техническим требованиям и наиболее адекватны задаче измере­ний и условиям, в которых эти измерения должны осуществляться. При этом необходимо принимать во внимание и анализировать технические , экономические и организационные фак­торы.

• Как правило, для измерений какой-либо физической величины могут быть применены различные методы измерений, а каждый из методов может быть реализован с использованием разнообразного по своим ха­рактеристикам и конструктивному исполнению оборудования. Однако далеко не все из них могут быть использованы в конкретных усло­виях. Каждый метод, каждый тип измерительного прибора имеет свой диапа­зон применений. Так различные методы имеют разную методическую и инструментальную погрешность, разную чувствительность к усло­виям эксплуатации, разные стандарты исполнения, разные требования к монтажу в составе технологического оборудования и т.п.

• С точки зрения экономики достоверность и. точность применяемых мето­дов и средств измерений должны обеспе­чивать оптимальное соот­ветствие выбранным критериям решения задачи из­мерений. Т.е. вы­бранные техниче­ские средства должны обеспечить оптимальное каче­ство измерений

Недостаточная точность измерений приводит к увеличению ошибок кон­троля и к экономическим потерям. Завышенная точность измерений тре­бует дополнительных затрат на при­обретение более дорогих средств измере­ний, увеличение времени из­мерений, повышенной квалифика­ции персонала.

• Требования к точности измерений являются не только физиче­скими, техническими и метрологическими, но и экономиче­скими и и орга­низационными требованиями.

• Выбранные технические средства должны соответствовать существую­щим стандартам предприятия и стратегии его технического развития.

• Необходимо, чтобы выбранное средство измерений было включено в Государственный реестр средств измерений. В виде исключения использование измерительных средств, которые не включены в этот реестр возможно только в случае, когда измеряемая величина используется для контроля технологических параметров, не влияющих на качество продукции и безопасность производства.

Особое внимание должно быть уделено вопросам аппаратной и программной совместимости средств измерения с другими сред­ствами автоматизации. При этом необходимо учитывать не только сегодняшние требования к средствам и методам измере­ний, но и краткосрочную и среднесрочную перспективу их разви­тия в общем контексте развития средств автоматизации предпри­ятия.

Следует учитывать, что со временем требования к за­даче измерений могут измениться, как правило в сторону их ужесточения. Выбор измерительных средств должен учи­тывать эту возможность.

На третьем этапе проверяется наличие условий для обеспечения нормальной эксплуатации выбранных средств измерения в условиях данного производства или предприятия. Это означает, что:

• На предприятии должна существовать система метрологической поддержки выбранных средств измерений, т.е. наличие организационных структур, способных осуществить работы по привязке средств измерений к соответст­вую­щим метрологическим процедурам и эталонам, включая возможность периодиче­ской поверки и калибровки средств измерений.

• При закупке оборудования и его монтаже необходимо предусмотреть наличие комплекса вспомога­тельных устройств и принадлежностей – источников элек­тропитания, соединительных кабелей, адаптеров, линий и интерфейсов связи, сетевого оборудовании и программного обеспечения, необходимых для функционирования средств измерения в составе систем управления. Следует очень внимательно относится к определению комплектности приобретаемого обо­рудования – наличие кабелей, адаптеров, во подключения средств измерения, источ­ников электропитания, согласующих устройств и т.п.

При выборе измерительного оборудования, как и любого другого, кроме технических и экономических соображений необходимо принимать во вни­мание организационные и коммерческие аспекты.

Средства измерений с практически одинаковыми техническими и экс­плуатационными показателями могут производиться и поставляться множе­ством фирм. В такой ситуации выбор в пользу той или иной марки и модели прибора очень часто определяется не только техническими или экономиче­скими соображениями, сколько организационными. Необходимо учитывать научно-технический уровень и квалификацию персонала поставщика, а также:

• долговременную техническую политику предполагаемых поставщиков и производителей,

• наработанные кооперационные связи предприятия,

• наличие у поставщика развитой системы технической поддержки, включая систему обучения персонала, гарантийного и сервисного обслуживания.

• наличие на предприятии опыта работы с оборудованием той или иной фирмы (поставщиком или производителем).

Если речь идет о сложных наукоемких измерительных системах, то указанные соображения могут играть определяющую роль при окончательном выборе средств измерений.

Контрольные вопросы

1. Определите различие между понятиями «шум» и «помеха».

2. Что может являеться потенциальным источником шумов в средствах измерений.

3. Какие причины могут вызывать помехи при проведении измерений в производственных условиях.

4. С какими физическими процессами связано появление «белого» шума.

5. Как зависит интенсивность шума от температуры.

6. Разъясните понятие «отношение сигнал/шум».

7. Назовите основные методические способы повышения отношения сигнал/шум в измерительных системах

8. Определите понятие «синфазная помеха»

9. Разъясните метод синхронного детектирования

10. Перечислите основные аппаратные способы подавления шумов и помех.

11. Разъясните, каким образом использование дифференциальных измерительных схем может снизить уровень шумов и помех.

12. Поясните, в чем состоят основные правила заземления средств измерений.