Системы мер и единицы измерения

Системы мер и единицы измерения

С началом индустриализации назрела насущная необходимость в более точных методах измерения и самих мерах. Одним из первых шагов в этом направлении стала заключенная в 1875 году в Париже Метрическая конвенция, заложившая основу для стандартизации на международном уровне. (Международный прототип метра до сих пор хранится в Париже).

Распространенная раньше система технических мер базировалась на трех основных единицах: Длина (м), Время (с), Сила (кгс). Все остальные единицы являлись производными от этих трех.

Поскольку эта система мер обладала целым рядом слабостей, с января 1978 года на основании рекомендаций Международной организации по стандартизации (ISO) была на законодательном уровне принята Международная система единиц.

В ее состав среди прочих входят и три базовые единицы (единицы СИ): Длина, Время и Масса.

Единица силы является производной и имеет теперь новое наименование - ньютон.

С введением системы СИ бывшие ранее в употреблении многочисленные единицы, например:

• ккал - для измерения количества теплоты;

• кгс - для измерения силы;

• ат - для измерения давления и т. д.

были заменены новыми международными единицами.

Международная система единиц (система СИ)

В соответствии с потребностями науки и техники были введены особые производные единицы, которые нередко получали свое собственное обозначение (единица измерения).

Производные единицы

Влияния, наблюдаемые в процессе измерения

Измерение физических величин во всех отношениях представляет собой сложную задачу, отвечающую очень высоким требованиям. Со строго научной точки зрения не существует ни одного измерения, которое бы не испытывало на себе посторонних влияний.

Если, например, мы будем считывать показания термометров, встроенных в систему отопления на входе и выходе, и предположим, что вот теперь-то мы имеем дело с истинными температурами, характеризующими состояние рабочей среды, с нашей стороны то это будет колоссальным заблуждением.

Четко представить себе эту взаимосвязь между измеряемыми и влияющими величинами можно, если обратиться к более подробному рассмотрению.

При взгляде на этот рисунок становится ясно, измеряется не непосредственно температура воды, а температура контактной среды (масло), которая является местом стыка между измерительным участком и измерительным устройством.

В нашем случае вода (рабочая среда), трубка, погружной патрон и масло представляют собой элементы измерительного участка. Чувствительным элементом является расширенная нижняя часть термометра, капиллярная трубка служит передающим элементом, а верхний конец ртутного столбика вместе со шкалой представляет собой индикатор температуры. Все вместе они образуют измерительное устройство.

Измерительный отрезок

Измерительными участками являются системы или их части, через которые можно влиять на измеряемую величину. Они не являются участками в геометрическом смысле. Согласно определению, к измерительному участку относятся и влияющие факторы, которые извне оказывают воздействие на измеряемую величину.

Четко определить измерительный участок можно только после того, как будет известно:

• как работает система;

• что является целью измерения;

• почему и как следует измерять данный параметр;

• по каким критериям его интерпретировать.

При этом одновременно становится ясно:

чем точнее наше знание функций и задач системы, тем точнее удается определить измерительный участок.

Измерительное устройство

Как правило, для измерительного устройства используют понятие измерительного инструмента и рассматривают его как единственный прибор, который регистрирует только одну-единственную измеряемую величину, передает ее дальше и выводит на индикатор. Однако в более узком смысле любое измерительное устройство состоит из различных отдельных элементов, которые, каждый сам по себе, могут регистрировать (принимать) измеряемые величины, могут преобразовывать, перерабатывать и передавать дальше сигналы (входные и выходные).

Наиболее важными влияющими факторами, оказывающими влияние на измерения, обычно выполняемые на инженерных сетях зданий, являются:

• температура;

• температура;

• влажность;

• давление воздуха;

• силы деформации;

• пространственное расположение;

• поля помех;

• вспомогательная энергия;

• напряжение помех;

• тепловые переходные сопротивления;

• полное сопротивление нагрузки.

Таким образом, любое измерение не сводится только к считыванию результатов. В его основе лежит целая система и прежде всего правильная оценка результатов измерения. При этом процесс оценки облегчается, если задать себе вопрос о том, какие влияющие факторы (возмущающие воздействия) имеют место и какова значимость каждого из них.

Наиболее типичные вопросы:

• Какое место для проведения измерений будет самым правильным?

• Следует ли учитывать влияющие факторы (возмущающие воздействия)?

• Какой момент будет самым правильным для проведения контрольных измерений?

Характеристика передачи

Реакция на единичное воздействие

Любая измерительная система, ее измерительный участок или измерительное устройство передают физические величины. Под термином "передача" следует понимать описание

В каком отношении к входной величине находится значение на выходе?

При этом нас будет интересовать как статическая, так и динамическая (временнáя) характеристика измеряемой величины. Если статическая характеристика дает представление об условиях передачи (например, какое отклонение стрелки в мм на блоке индикации вызовет изменение температуры на датчике на 1K?), то динамическая характеристика показывает, как изменяется во времени значение на выходе по сравнению с входной величиной.

Самым простым способом для описания динамической характеристики является так называемая реакция на единичное воздействие. Она показывает, как поведет себя выходная величина XA, если скачкообразно изменится входная величина XE на произвольное значение ΔXE.

Такое изменение входной величины получило название скачкообразной функции.

Если графически представить выходную величину в зависимости от времени, то мы получим характеристику передачи, или реакцию на единичное воздействие.

Эта реакция на единичное воздействие позволяет оценить рассматриваемую систему с точки зрения ее динамической характеристики.

Реакция на единичное воздействие является неотъемлемым элементом для классифицирования регулируемости или определения степени сложности регулирования прежде всего в технике автоматического регулирования.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Прежде чем переходить к регулированию или управлению, необходимо научиться измерять.

В измерительной технике реакция на единичное воздействие дает представление о том, почему и как изменяется результат измерения. Кроме того, данная характеристика показывает, каким образом осуществляется передача и перенос величин, помогая при оценке и интерпретации отдельных реакций.

В системах управления и регулирования статические и динамические процессы в большинстве случаев очень сложны. Главным критерием в данных рассуждениях всегда является фактор времени, т. е. величина и характер замедления, приводящего к стабильному конечному состоянию. Такие временные задержки создаются так называемыми накопительными или замедляющими звеньями.

На практике в системах инженерного обеспечения зданий (HLK) чаще всего встречаются следующие виды передачи:

1. Передача без задержки времени.

2. Передача с запаздыванием.

3. Передача с выдержкой времени:

- при наличии только одного накопительного звена;
- при наличии нескольких накопительных звеньев.

Передача без задержки времени

Если исполнительный элемент внезапно раскрывается на какой-то определенный шаг ΔY (скачкообразная функция), то возникающий при этом в датчике "объемный ток" дает одновременно изменение измеряемой величины ΔX. Передача осуществляется без задержки.

Передача с запаздыванием

Если исполнительный элемент внезапно изменяется на какой-то определенный шаг ΔY, то без задержки изменяется и температура смешанной воды в клапане. Исполнительный элемент и измерительный датчик температуры находятся друг от друга на определенном расстоянии, которое должна преодолеть смешанная вода, прежде чем измерительный датчик зафиксирует изменение ΔX. Время, уходящее на преодоление этого расстояния, обозначают как время запаздывания Tt.

Передача при наличии только одного накопительного звена

Если нагревательный элемент переключается с повышением на одну ступень, то температура воды будет повышаться по экспоненциальной функции. Из-за первоначально большой разности температур между нагревательным элементом и водой кривая температуры поначалу пойдет очень круто вверх. В результате того, что эта разница постепенно будет уменьшаться, скорость увеличения будет постепенно снижаться. Если провести касательную к кривой в точке, где она будет иметь наибольшую крутизну, то мы получим постоянную времени (TS).

Постоянная времени TS - это то самое время, которое потребовалось бы выходной величине XA для того, чтобы измениться на 100% при неизменной скорости. Либо TS - это отрезок времени, за который измеряемая величина X достигнет значения, равного 63, 2 % максимально возможного увеличения.

Дальнейший ход переходной функции подчиняется той же зависимости, что и в первой части.

Возрастание происходит через равные промежутки времени (TS) каждый раз на один и тот же процент от оставшейся доли всего переходного процесса.

1 TS = 63, 2% от ΔX

2 TS = 63, 2% от ΔX1 = 87% от ΔX

3 TS = 63, 2% от ΔX2 = 95% от ΔX

4 TS = 63, 2% от ΔX3 = 98% от ΔX

5 TS = 63, 2% от ΔX4 = 99% от ΔX

Постоянная времени TS показывает, что изменения в первой пятой части полного переходного процесса происходят с крутым подъемом. Затем до выхода на конечное значение подъем происходит все медленнее, пока приблизительно через промежуток, равный пяти TS, не примет почти не прекратятся. Это необходимо учитывать при каждом новом измерении.

Это явление основано на том, что с течением времени разность между мгновенным значением и 100 % измеряемой величины также постоянно уменьшается. Тем самым снижается и усилие передачи. По этой причине обязательно необходимы знания по измерительной технике, касающиеся отдельных элементов измерительного устройства.

Передача при наличии нескольких накопительных звеньев

Внезапное изменение исполнительного элемента калорифера на величину DY приводит к тому, что значения на измерительном датчике(температура воздуха в помещении) поначалу возрастают лишь по очень пологой кривой и скорость изменения совсем не велика.

По мере того, как возрастает температура воздушных масс в помещении, а также непосредственно замыкающих данное пространство поверхностей стен, постепенно начинает увеличиваться и температура на датчике. Скорость возрастания температуры в помещении увеличивается, пока не достигнет точки перегиба функции передачи и не начнет снова снижаться.

Проведя касательную через точку перегиба кривой, получим на оси времени с одной стороны промежуток времени с постоянными времени переходного процесса Tg, а с другой - интервал вплоть до включения скачкообразной функции времени задержки Tu.

За время, равное пяти постоянным времени переходного процесса, температура воздуха в помещении практически достигнет своего максимального значения (99%). Чем больше число накопительных звеньев, тем более пологой будет переходная характеристика в качестве реакции на скачкообразное воздействие.

Только если четко представлять себе весь механизм передачи, можно оценивать результаты измерения или судить о работе контура регулирования.

Измерительные датчики

Измерительные датчики регистрируют состояние измеряемой величины (регулируемого параметра) либо какого-то влияющего фактора и формируют выходное значение, которое можно обрабатывать дальше с помощью подключенного регулирующего устройства.

Все измерительные датчики подразделяются на две основные группы:

• Пассивные измерительные датчики

• Активные измерительные датчики

Пассивные измерительные датчики

Они не требуют вспомогательной энергии и выдают непосредственно выходной сигнал аналогичный измеряемой величине, но в виде другой физической величины.

Пассивные измерительные датчики, как правило, нельзя подключать одновременно к нескольким приборам или устройствам.

Активные измерительные датчики

Они состоят из пассивного датчика и включенного за ним измерительного преобразователя, который преобразует пассивный сигнал в нормированный сигнал напряжения (например, 0... 10 В) или тока (например, 0... 20 мА или 4... 20 мА). Такие сигналы легко передаются и поддаются дальнейшей обработке. Измерительному преобразователю требуется вспомогательная энергия.

Активные измерительные датчики можно подключать одновременно к нескольким приборам или устройствам.

Любой пассивный датчик можно превратить в активный с нормированным выходным сигналом, если дооснастить его подходящим измерительным преобразователем.

Одновременно при преобразовании измеряемой величины можно линеаризировать выходной сигнал.

Практически современный рынок предлагает соответствующий измерительный датчик для решения любой проблемы измерения.

При инженерном оснащении зданий наиболее часто регистрируемыми величинами, позволяющими решать задачи по измерению, управлению и регулированию, являются следующие параметры:

• Температура;

• Влажность (относительная и абсолютная);

• Давление и разность давлений;

• Уровень;

• Расход.

Данные физические величины, их зависимости и методы регистрации значений рассматриваются в следующем разделе.

Температура

Общие положения

Температурный датчик или термометр всегда показывает собственную температуру. Таким образом, измерение температуры состоит в том, чтобы на температурном датчике создать ту температуру, которую и требуется измерить.

Для этого необходимо, чтобы обеспечивался хороший теплообмен со средой или телом, температуры которой или которого требуется измерить. Температурный датчик должен быть защищен от посторонних источников тепла (например, от лучистой энергии).

Кроме того, необходимо, чтобы прошло достаточно времени, прежде чем на температурном датчике установится состояние равновесия с измеряемым телом.

По истечении времени, равного пяти постоянным времени переходного процесса в измерительном участке, на температурном датчикесостояние равновесия установится приблизительно на 99 %. В зависимости от измерительного участка и типа датчика это время составляет от 0, 1 секунд до 10 минут.

Время переходного процесса Tg определяется следующими факторами:

• плотность среды (вода или воздух);

• масса температурного датчика (с погружным патроном или без него), а также

• способ теплопередачи:

- конвекция
- теплопроводность
- тепловое излучение

Для наглядности ниже приводятся схемы:

Таким образом, выбор подходящего температурного датчика определяется видом среды, требуемой точностью измерения и типомдатчика (например, активный или пассивный).

После того как выбран датчик, остается лишь оптимизировать измерительный участок за счет правильного размещения и монтажа, т. е. свести к минимуму время переходного процесса (Tg).

Определение температуры

Шкала Цельсия

Исторически она определяется точкой таяния льда и точкой кипения воды при нормальном давлении (на высоте уровня моря), равном 101, 3 кПа. Промежуток, заключенный между этими двумя точками, разделен на 100 делений ценой 1 градус.

Кельвин

Является одной из основных единиц в системе СИ, которая определяется исходя из закона расширения идеального газа. Эта единица не имеет отрицательных значений.

Шкала Кельвина заключена между точкой таяния льда со значением 273, 16K и точкой кипения воды со значением 373, 16К.

Интервал температуры в 1K соответствует 1 градусу Цельсия.

Системой СИ предусматривается, что разность температур всегда указывается в кельвинах (K).

Пример:

Если в замкнутой системе отопления вода нагревается с 45 градусов Цельсия до 57 градусов Цельсия, то это соответствует повышению температуры, равному

ΔJ или Δt = 57° - 45° = 12K

Температура является единицей измерения, с помощью которой можно измерить тепловые параметры какого-либо материала.

Регистрация температуры

Термометр

Термометр представляет собой прибор, который показывает температуру своего термочувствительного элемента (датчика).

Он будет показывать правильную температуру измеряемой среды только в том случае, если его чувствительный элемент имеет с этой средой хороший тепловой контакт и исключаются возмущающие воздействия.

Термостат

Для группы приборов речь идет о 2 позиционных регуляторах, которые работают без привлечения вспомогательной энергии и всегда держат наготове один контактный выход.

Температурный датчик

При этом имеется в виду термочувствительный элемент, датчик, который формирует аналоговый сигнал и передает его в измерительное, регулирующее или управляющее устройство. Как уже говорилось, речь может идти об активном или о пассивном датчике.

Принципы измерения

Были разработаны самые различные способы для регистрации изменений, вызванных в материале влиянием тепловой энергии.

Основные методы сводятся к следующим:

1. Расширение материала

• Термальные системы, наполнитель:

-жидкость;

-газ;

-пар.

• Биметаллические системы, конструкция:

-стержень;

-спираль.

2. Электрические свойства материала

• Сопротивление:

-платиновый элемент;

-никелевый элемент;

-элемент из сплава Balco;

-терморезистивный датчик

• Термонапряжение.

3. Прочие свойства материала

• Тепловое излучение:

-пирометр;

-радиометр.

Механические температурные датчики

Биметаллические термометры

Исходя из того, что почти каждый материал обладает свойством под воздействием изменений температуры испытывать специфические, пропорциональные изменения длины, теоретически можно было бы почти любой из них использовать для измерения температуры.

Изменение длины = Разность температур × Коэффициент расширения

в [α = м/мK]

Примеры коэффициентов расширения для наиболее широко распространенных материалов:

Латунь α = 19, 0 × 10-6 м/мK

Инвар α = 0, 15 × 10-6 м/мK (64% Fe, 36% Ni)

Если теперь в одной точке соединить между собой два металла с разными коэффициентами расширения, то, применив соответствующую систему рычагов, можно изготовить стержневой биметаллический термометр, в основе действия которого будет лежать продольное расширение.

Если эти два металла соединить между собой по всей длине, то мы получим биметаллическую пластинку, которая с повышением температуры будет изгибаться в ту сторону, с которой находится металл, имеющий более низкий коэффициент расширения.

Если требуется большее усилие или изменение длины пути, то биметаллическая пластинка скручивается в пружину.

В практике применяются биметаллические элементы самой разной формы. Они используются как в термометрах с индикатором, так и в простых термостатах (двухпозиционные регуляторы типа ВКЛ - ВЫКЛ).

Термальные системы

Эти приборы представляют собой закрытую систему, состоящую из чувствительного элемента, капиллярной трубки и органа, создающего давление. Вся система заполнена какой-то рабочей средой. В специальных случаях чувствительный элемент и капиллярная трубка могут отсутствовать. В этой ситуации орган, создающий давление, сам берет на себя выполнение функции чувствительного элемента.

Серьезный недостаток такой конструкции связан с массой чувствительного элемента (аккумулятор тепла), вследствие чего они обладают большой постоянной времени, если только в конструкций не будет оптимизировано соотношение между массой и площадью поверхности. С другой стороны, датчики этого типа великолепно зарекомендовали себя в качестве автоматических термостатов защиты в замкнутых системах отопления или в качестве противоморозных термостатов в системах вентиляции, если только во главу угла не ставится малая постоянная времени. Данные системы различаются в зависимости от вида наполнителя

• Жидкость → Испарение

• Газ

• Ртуть

• Жидкость, способная к расширению

Электрический способ измерения температуры

В данном методе для измерения температуры используется зависимость электрического сопротивления от температуры.

Необходимо различать два типа терморезистивных датчиков, а именно:

• Проволочные резисторы и

• Полупроводниковые резисторы. (Терморезисторы).

Датчики сопротивления (металлическая проволока)

Они изготавливаются из:

• никеля

• платины

• сплава Balco (медно-никелевый сплав)

Чувствительный элемент в своем простейшем виде представляет собой намотанную на механический носитель (стеклянное тело, пластмассовую пластинку и т. п.) очень тонкую реостатную проволочку, длина которой подгоняется для получения величины сопротивления в калибровочной точке.

Конструкция может быть очень компактной либо иметь исполнение с учетом необходимой длины для проведения измерений в вентиляционных каналах или трубопроводах. Так, например, для проведения усредненных измерений могут поставляться датчики из сплава Balco с активными измерительными элементами длиной 7 м.

Калибровочные величины

Температурный коэффициент имеет положительное значение, т. е. при подъеме температуры сопротивление увеличивается (сокращенное обозначение - ПТК ).

Во избежание искажения результатов измерения сопротивление соединительной линии по сравнению с сопротивлением датчика должно быть настолько малым, чтобы им можно было пренебречь.

Для систем измерения, регулирования и управления во время запуска в эксплуатацию рекомендуется согласовать величину сопротивления всей линии с допусками на конкретный чувствительный элемент.

Терморезистивные датчики (полупроводниковые резисторы)

Терморезисторы изготавливаются из различных окислов металлов и имеют форму либо диска, либо капли. В зависимости от исходного материала такие резистивные датчики с температурной зависимостью обладают либо положительным, либо отрицательным температурным коэффициентом. Коротко их именуют ПТК- или, соответственно, ОТК-датчики.

В зависимости от типа и диапазона коэффициент передачи составляет от 100 до 400° Ом / K. Благодаря этому при последующем преобразовании сигнала требуются лишь незначительные затраты по усилению, что позволяет создавать достаточно дешевые приборы.

Термоэлементы

В термоэлементах используется температурная зависимость гальванического напряжения, которое создается в точках соприкосновения (в местах спаев) двух различных металлов.

Гальваническое напряжение зависит от разности температур между местами спаев "теплый спай" - "холодный спай". "Теплопоглощающий спай" в большинстве случаев будет находиться в резервуаре с ледяной водой (0°C), а "теплый спай" - в измеряемой среде.

Стандартными термоэлементами являются:

• Медь – Константан от -200 до +400°C, 42 мкВ/ K

• Железо – Константан от -200 до +600°C, 52 мкВ / K

• Никель Хром-Никель до + 1300°C, 40 мкВ / K

Указания по монтажу

Место проведения измерений задает, насколько это возможно, оптимальное место для монтажа, а монтаж наиболее оптимально учитывает регулируемую величину и возможные влияния помех.

Цель, к которой следует стремиться, - это разместить датчик так, чтобы он мог в кратчайшее время воспринимать температуру среды (регулируемую величину), не испытывая при этом возмущающих воздействий.

Постоянная времени T для любого датчика в общем и целом определяется следующей зависимостью:

Таким образом, хороший датчик должен иметь максимально большую площадь поверхности, соприкасающейся со средой. При этом массадатчика должна быть минимальной. (Например, в открытом контуре горячей воды погружной патрон ND25 отсутствует).

Для того чтобы в кратчайшее время передавалось большое количество тепла, необходимо следить за тем, чтобы коэффициент теплопередачи был максимально высоким. (Его можно повысить, например, нанеся специальную теплопроводящую пасту на рабочую поверхность накладного датчика или обеспечив достаточную скорость протекания воздуха в случае комнатного датчика).

Влияние различных мешающих факторов следует исключить, насколько это возможно, например, смонтировав датчик на холодной поверхности теплоизлучающей наружной стены. К сожалению, совсем от него избавиться невозможно.

Каждая из зон системы, в которых требуется измерение температуры, отличается своими особенностями и имеет свои источники опасности, связанные с сильным влиянием мешающих факторов. Знание их помогает избежать лишних ошибок.

Температура наружного воздуха (погодные датчики)

В технике инженерного обеспечения зданий (HLK) температура наружного воздуха измеряется в основном с целью определения и корректировки установочных значений. Это касается как групп отопления, так и температуры в помещениях.

Для определения наружной температуры в конкретный момент времени никаких специальных требований к постоянной времени датчикане предъявляется. Скорее всего датчик должен обладать большой массой, чтобы обеспечивалась температурная характеристика аналогичная той, которая имеет место на фасаде.

Резких изменений наружной температуры почти никогда не наблюдается.

Датчики должны монтироваться на высоте, составляющей половину высоты фасада или зоны, но не ниже 2, 5 м над уровнем улицы. Кроме того, к ним должен обеспечиваться доступ, не требующий использования специальных вспомогательных средств (например, пожарных лестниц).

Труба, в которой прокладываются ведущие к датчику провода, должна быть герметичной, чтобы, с одной стороны, не было утечки теплого воздуха из внутренних помещений здания, а с другой - чтобы через розетки поток холодного воздуха не проникал внутрь здания.

Говоря очень абстрактно, датчик не должен испытывать влияния тепла от посторонних источников, например:

• над окном или дверью;

• вблизи вытяжной решетки;

• под каким-нибудь выступом здания (застой теплого воздуха, например, под маркизой, балконом или двускатной крышей);

• рядом с дымовыми трубами или стенами камина;

Географическая ориентация с точки зрения диффузного излучения играет определенную роль и должна соответствовать ориентации групп отопления.

Температура в помещениях

Комнатная температура представляет собой параметр, который очень существенно влияет на степень температурного комфорта, а также на объем энергопотребления всей системы инженерного обеспечения.

Поэтому она является важной измеряемой и регулируемой величиной, определяющей режим всего здания.

Однако с точки зрения измерительной техники она не является однозначным параметром, т. к. она складывается из усредненных температур поверхности и непосредственно температуры в помещении.

Следовательно, с этой точки зрения место измерения всегда представляет собой известный компромисс:

• Оно должно располагаться на уровне головы, приблизительно на высоте 1, 5 м над полом.

• Оно должно быть удалено от самой холодной поверхности (например, окна) на расстояние не менее 2, 5 м.

• Оно должно по возможности лежать на пути потока механической циркуляции воздуха.

• Оно не должно быть ничем закрыто и подвергаться воздействию со стороны посторонних источников тепла.

Коварным источником ошибок является холодный или теплый сквозняк, который, проникая в трубу с упрятанными в ней проводами, влияет на результат измерения, если труба недостаточно хорошо загерметизирована.

Если первоначально было найдено идеальное с точки обдува зрения место измерения, то впоследствии из-за каких-то изменений в организации данного пространства (планировка, количество людей и т. п.) ситуация может коренным образом измениться. Поэтому при поступлении претензий в отношении работы систем, находившихся в эксплуатации и ранее, рекомендуется проверить, правильно ли выбрано место для измерения комнатной температуры.

Чем менее благоприятно место, выбранное для установки измерительного датчика, тем больше время задержки Tu и тем короче время переходного процесса. В результате отношение Tu / Tg увеличивается, что делает необходимым более интенсивное регулирующее воздействие.

Датчик морозозащиты

В силу своего свойства быть активным по всей длине капиллярной трубки на отрезке ок. 10 см датчик давления пара особенно хорошо подходит для использования в качестве датчика морозозащиты (сигнализатор предельного значения) или термостата. Замеры температуры производятся на самом холодном участке в пределах общей температурной картины.

Для того чтобы и при отключенной системе можно было с достаточной степенью надежности измерить долю поступающего холодного воздуха, капилляр должен быть натянут на горизонтально, причем в нижней части канала плотнее, чем в верхнем поперечном сечении канала.

Температура внутри канала

В системах вентиляции измерения температуры осуществляются преимущественно внутри вентиляционных каналов. Здесь измеряемая величина менее критична по сравнению с тем, что мы наблюдаем при измерении комнатной температуры, поэтому при возникновении определенных сложностей нередко контроль комнатной температуры заменяют на контроль температуры отводимого воздуха.

Внутри каналов наибольшую проблему представляет слоистая структура температуры. Такие температурные слои возникают главным образом после того, как воздух пройдет через смесительные камеры или теплообменники с сильно различающейся температурой поверхности, однако и после прохождения через скрубберы также может наблюдаться это неприятное явление.

Для того чтобы ошибка измерения не была слишком большой, датчик должен измерять среднее значение температуры для всех слоев по всему поперечному сечению канала.

В каналах небольшого сечения для этой цели достаточно установить датчик-щуп, активная длина которого соответствовала бы величине поперечноо сечения канала. В каналах сечением больше ок. 1 м2, предпочтительнее капиллярные датчики с равномерным распределением капиллярности по всему поперечному сечению, чтобы среднее значение температуры в капиллярах на самом деле соответствовало среднему значению температуры слоев.

Резистивные датчики, у которых измерительный резистор помещен внутрь капилляра, всегда дают усредненное значение, т. к. они активны по всей длине.

Напротив, у термальных датчиков активная длина зависит от вида наполнителя.

Приложение

Понятия и термины, применяемые в измерительной технике

В измерительной технике, чтобы облегчить понимание и иметь возможность с помощью однозначных основных терминов описывать отдельные процессы измерения, таковые были введены и частично стандартизованы основные термины.

Некоторые из этих терминов мы приводим ниже.

Измерение

Определение измеряемого значения, представляющего собой какую-то физическую величину, иначе измеряемую величину, путем опосредованного или непосредственного сравнения с известной эталонной величиной.

Измеряемая величина

Физическая величина, значение которой необходимо установить путем измерения.

Измеряемое значение (Результат измерения)

Значение, полученное как отражение измеряемой величины и представленное на выходе (например, на шкале индикатора). Оно выдается в виде произведения определенного численного значения и единицы измерения для данной измеряемой величины.

Место (проведения) измерения

Место, в котором располагается приемное устройство, регистрирующее измеряемое значение и преобразующее его в измеряемый сигнал, удобный для дальнейшей обработки.

Момент измерения

Момент, в который измеряемая физическая величина регистрируется в месте измерения.

Принцип измерения

Наименование физического явления, положенного в основу измерения.

Рабочий метод, по которому проводится измерение.

Пример:

• Термоэлектрический эффект при измерении температуры.

• Перепад давления в месте измерительной диафрагмы при измерениях расхода.

• Упругая деформация измерительной мембраны для измерения давления или усилия.

Метод измерения

Специальный вид использования принципа измерения; способ преобразования, служащий для целей измерения (механический, электрический, электронный, аналоговый или цифровой метод измерения).

Ошибка измерения

Ошибка = Измеряемое значение - Истинное значение

Ошибка измерения представляет собой разность между измеренным фактическим значением какой-то измеряемой величины (измеряемое значение) и ее истинным значением.

Во многих случаях не всегда бывает ясно, что считать ошибкой измерения. Обычно как ошибка измерения трактуется неожиданный заранее результат измерения, либо в качестве ошибки измерения признается отклонение по сравнению со значением, полученным в ходе контрольного измерения.

Неправильный результат не обязательно представляет собой ошибку измерения.

Ошибка измерения имеет место лишь тогда, когда причиной ее является измерительное устройство. Неправильные результаты измерений, причина которых кроется в особенностях измерительного участка или ложной интерпретации (считывании показаний, обработке), не являются ошибками измерения.

Следующие ошибки в работе измерительной системы (измерительный участок и измерительное устройство) приводят к неправильному результату измерения:

• Концептуальная ошибка;

• Ошибка при монтаже;

• Ошибка системы;

• Ошибка интерпретации;

• Ошибка при оценке результата;

• Поведенческая ошибка Человек;

• Ошибка в планировании.

Пример:

При измерении температуры с помощью резистивного датчика, например PT100 , сопротивление линии передачи включается в измеряемое значение, каковым является величина сопротивления. Это сопротивление провода можно скомпенсировать как постоянную величину (ошибки) на устройстве вывода (например, на измерительном мосте регуляторе). Если, кроме того, линия передачи испытывает сильные температурные колебания, а ее сопротивление достаточно велико, то такое изменение сопротивления в результате температурного воздействия уже невозможно скомпенсировать с помощью какой-то постоянной величины. Здесь может помочь только подключение по трехпроводной схеме.

Допуск

Допуск - это не ошибка измерения, а допустимое предельное значение для отклонения от жестко установленных заданных значений. Если отклонения выходят за верхнюю или нижнюю границу допуска, то такое отклонение классифицируется как ошибка.

Допуски могут задаваться либо в абсолютном (K, бар и т. п.), либо в относительном выражении (%).