Методы анализа делятся на физические и финансово-экономические.

Физический анализ оперирует с физическими (натуральными) величинами и имеет целью определение характеристик эффективности энергоиспользования и включает следующие мероприятия.

1. Определяется состав объектов и их подразделения, по которым проводится анализ.

2. Производится обследование предполагаемых мест расположения узлов учета. Определяются места установки узлов учета, необходимость реконструкции трубопроводов, электропроводки. Уточняется применимость того или иного метода измерения. При выборе метода измерения необходимо учитывать геометрические размеры трубопроводов и характер потребления энергоносителя. Выбранный метод измерения должен иметь соответствующую нормативную базу (ГОСТ).

3. Определяется распределение всей потребляемой объектами энергии по отдельным видам энергоресурсов и энергоносителей, для чего данные по энергопотреблению приводятся к единой системе измерения.

4. Выявляются факторы, влияющие на потребление энергии. Например, для систем отопления таким фактором является наружная температура, для систем передачи и преобразования энергии – выходная мощность и т.д.

5. Вычисляется удельное энергопотребление по отдельным видам энергоресурсов и объектам (например, отношение энергопотребления к численности сотрудников).

6. Значение полученного удельного энергопотребления сравнивается с нормативными значениями, после чего делается вывод об эффективности использования энергетических ресурсов как по отдельным объектам, так и по организации в целом. Нормативные значения могут быть заданы, рассчитаны или взяты из зарубежных данных.

7. Определяются прямые потери различных энергоносителей за счет утечек, недогрузки, простоев, неправильной эксплуатации и других нарушений.

8. Выявляются наиболее неблагоприятные объекты с точки зрения эффективности использования энергетических ресурсов.

9. Осуществляется выполнение метрологических схем и расчетов проектируемых узлов. Эта работа должна быть выполнена сразу же после окончания обследования. На этом этапе выбираются конкретные типы приборов, определяется их класс точности и пределы измерения.

Финансово-экономический анализ проводится для того, чтобы дать экономическое обоснование выводам, полученным на основании физического анализа. Вычисляется распределение затрат на энергоресурсы по всем объектам энергопотребления и видам энергоресурсов. Оцениваются прямые потери в денежном выражении. Финансово-экономические критерии имеют решающее значение при анализе энергосберегающих рекомендаций, разработке проектов создания и модернизации АСКУЭ. АСКУЭ может охватывать как отдельные виды энергоснабжения (тепло, газ, электричество), так и систему энергоснабжения в целом.

4. ФОРМИРОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ
ИНФОРМАЦИИ

4.1. Информационные сигналы

В АСКУЭ применяется огромное разнообразие источников первичной измерительной информации: измерители давления, температуры, расхода энергоносителя и т.д., работа которых основана на различных физических принципах. Большинство этих приборов выдает информацию, отображающую измеряемую величину, в виде электрических сигналов, характеризующихся рядом параметров, часть из которых можно классифицировать в соответствии с требованиями к информационному обеспечению АСКУЭ (рис. 4.1).

Некоторые виды сигналов показаны на рис. 4.2. Аналоговый сигнал (рис. 4.2, а) является непрерывным во времени и пространстве параметром. Квантованный сигнал может быть дискретным по амплитуде (D u), частоте (D f), фазе (D j), времени (D T) или по двум и более параметрам.

Сигнал, квантованный по измеряемому параметру c шагом D u в соответствии с выражением

, (4.1)

называется двоичным цифровым кодом. В (4.1) n – разрядность двоичного кода; U _max – максимальное значение параметра U.

 

 

Текущее значение кода параметра с округлением до целого числа

. (4.2)

Различают параллельный и последовательный во времени коды. При передаче параллельного кода сигнал каждого разряда (0 или 1) имеет свой физический или параметрический канал (рис. 4.2, б).

 

Р и с. 4.1. Классификация информационных сигналов АСКУЭ

а

б

в

Р и с. 4.2. Типы выходных сигналов измерительных преобразователей:
а – аналоговый; б – параллельный четырехразрядный цифровой код
(DТ – период следования посылок); в – частотно-импульсный сигнал последовательного
двоичного кода (Т0 – длительность посылки)

Разряды последовательного кода передаются по одному физическому каналу начиная с младшего кода и заканчивая старшим (или наоборот). При этом информационный параметр принимает два (0 и 1) или три (0, 1, отсутствие сигнала) значения. Существуют многоуровневые двоичные коды, в которых цифрам 0 и 1 могут соответствовать более двух значений информационного параметра. На рис. 4.2, в показан последовательный двоичный код, в котором передача сигнала в каждой кодовой посылке начинается с младшего разряда. При этом цифрам 1 и 0 соответствуют частоты колебаний f₁ и f₂.

Каждый из источников информации в силу особенностей физических явлений, положенных в основу их функционирования, имеет свой выходной сигнал, изменяющийся по одному из параметров пропорционально измеряемой величине. Чтобы избежать разнообразия сигналов, которое может привести к рассогласованию и сбоям в работе смежной аппаратуры, применяют методы и устройства нормирования сигналов по току, напряжению, частоте, фазе, длительности и периоду следования импульсов. Принятые нормы прописаны соответствующими стандартами [74-77]. На уровне первичных источников измерительной информации (измерительных преобразователей) функции унификации выполняют встроенные или вынесенные одно– и многоканальные нормирующие преобразователи (рис. 4.3).

 

Р и с. 4.3. Пример формирования унифицированных сигналов
из выходного сигнала датчика давления

Задача нормирующих преобразователей состоит в том, чтобы преобразовать различные сигналы первичных преобразователей (термопар, электрических термометров сопротивления, датчиков влажности, давления, расхода и проч.) в унифицированные сигналы. В АСКУЭ унифицированные сигналы применяются для связи датчиков с вычислителями, контроллерами и устройствами сбора информации. Унифицированные сигналы постоянного и импульсного тока имеют амплитудные диапазоны по току: 0-5 мА, 0-10 мА, 4-20 мА, по напряжению 0-1 В, 0-10 В. Сигналы переменного тока 0-2 В имеют частоты 4-8 кГц.

Унифицированные сигналы могут быть аналоговыми и цифровыми. В первом случае значения сигналов I_min = 4 мА, I_max =20 мА соответствуют краям диапазона изменения измеряемой величины. В источниках цифровой информации значение I_min приравнивается, например, к пороговому уровню логического «0», а I_maх – к предельному уровню логической «1».

При передаче информации по линии связи может применяться модуляция несущей частоты информационным сигналом. В первую очередь это связано с особенностями распространения радиоволн. Другие причины – необходимость переноса спектра сигнала из области низких частот в зону более высоких, отстройка от помех, использование одного канала для передачи нескольких сообщений. При этом необходимо учитывать случайный характер изменения измеряемого параметра, что является причиной расширения спектра. Спектральная ширина сигнала зависит также от тактовой частоты дискретизации, метода кодирования и характеристик передатчика.

4.2. Измерительные преобразователи

Основу нижнего уровня АСКУЭ составляют измерительные преобразователи с аналоговыми, частотными, импульсными или цифровыми выходами, осуществляющие непрерывно или с минимальным интервалом усреднения измерение параметров энергоучета по точкам учета [76, 77]. К аппаратуре нижнего уровня причисляют также счетчики и вычислители расхода энергоносителей и потребления энергии, имеющие выход на оборудование среднего уровня или непосредственно на ПК верхнего уровня. Поскольку в процессе получения контрольно-измерительной информации ключевая роль отводится датчикам, то целесообразно рассмотреть состав, принцип действия и функциональное назначение измерительных преобразователей (ИП).

Измерительные преобразователи – средство измерений, преобразующее измеряемую физическую величину в другую физическую величину с целью получения измерительной информации, ее последующей передачи, обработки или регистрации. В отличие от измерительного прибора сигнал на выходе ИП не поддаётся непосредственному восприятию наблюдателя в процессе измерения. Обязательное условие преобразования – сохранение в выходной величине информации о количественном значении измеряемой величины. Измерительное преобразование – единственный способ построения любых измерительных устройств – счетчиков потребления электроэнергии, воды, тепла, газа и др.

Структурная схема ИП показана на рис. 4.4. Чувствительными элементами ИП, обеспечивающими непосредственное получение измерительной информации на нижнем уровне АСКУЭ в точках учета расхода энергии и энергоресурсов, являются первичные измерительные преобразователи (ПИП) или иначе – датчики, сенсоры [74, 77, 80, 150]. Первичный измерительный преобразователь может быть законченным измерительным преобразователем или входить в конструктивно-функциональное объединение с вторичным (промежуточным, нормирующим) измерительным преобразователем (ВИП).

Р и с. 4.4. Структурная схема измерительного преобразователя

Вторичный измерительный преобразователь в основном выполняет функции нормирования, коррекции и преобразования выходных сигналов ПИП в сигналы, предназначенные для передачи, обработки или регистрации в других структурных элементах АСКУЭ. Вторичный измерительный преобразователь часто используется для получения нормированного электрического сигнала, если первичный является полностью механическим. Например, первичный измерительный преобразователь является преобразователем скорости движения газа по трубопроводу в скорость вращения крыльчатки измерительного преобразователя. Тогда в состав вторичного входит преобразователь параметров вращения в электрический сигнал.

Преобразователи для АСКУЭ имеют широкий ряд признаков, по которым, не претендуя на полноту, их можно классифицировать (рис. 4.5).

По виду используемой энергии в АСКУЭ практически применяются только электрические преобразователи. При этом учету подвергаются как активные параметры, связанные с измерением тепла, энергоносителей, электрических характеристик, так и пассивные. К пассивным относятся преобразования, требующие дополнительного источника энергии. Например, измерение сопротивления электрической изоляции требует внешнего источника тока. Преобразователи, характеризующие процесс, относятся к группе приборов, измеряющих спектральные характеристики, корреляционные функции и т.п.

Преобразователи неэлектрических величин в неэлектрические используются в основном в качестве механических ПИП с естественным выходным сигналом при измерении расхода воды и газа.

Преобразователи неэлектрических величин в электрические – самая многочисленная и распространенная группа датчиков в системах тепло-, водо– и газоснабжения. Их использование обусловлено, в первую очередь, тем, что электрические сигналы можно просто и быстро передавать на большие расстояния, а электрические величины легко, быстро и точно преобразовать в цифровой код. Преобразователи электрических величин в электрические чаще всего используются при измерении параметров электроснабжения. До сих пор еще используются преобразователи электрических величин в неэлектрические – в индукционных электросчетчиках с механическим подсчетом числа оборотов диска.

 

Р и с. 4.5. Классификация измерительных преобразователей

Форма выходных сигналов датчиков определяется их предназначением. В электрической и тепловой части обнаруживаются различия по подключению устройств связи с объектом. Аналоговые сигналы в электрической части могут подаваться как от преобразователей, имеющих унифицированный выход (0-5 мА, 4-20 мА,...), так и непосредственно от измерительных трансформаторов тока и напряжения
(1 А, 5 А, 100 В) с кратностью тока при аварии до 60. Для систем контроля и управления тепловых и электрических сетей используются различные приборы и программно-технические комплексы. Так, фирма ASEA Brown Bovery (ABB) для тепловой части поставляет системы Procontrol-P, Master, а для электрической части – S.P.I.D.E.R. Фирма Siemens, соответственно, – Teleperm ME(MI, XP) и LSA [76]. При наличии специализированных многоканальных преобразователей в составе счетчиков, вычислителей и контроллеров можно использовать простые и дешевые датчики с естественными, параметрическими, генераторными, частотными или фазовыми выходными сигналами. Вместе с тем в настоящее время в АСКУЭ наблюдается устойчивый переход от использования датчиков с аналоговыми и импульсными выходными сигналами к ИП с цифровым выходом последовательного или параллельного порта.

Статическая характеристика измерительного преобразователя, или функция преобразования, – функциональная зависимость между входной х и выходной у величинами в установившемся режиме. Наиболее часто встречаемые статические характеристики датчиков представлены на рис. 4.6. Статическая характеристика может быть линейной, нелинейной, квантованной, гистерезисной и т.д. При этом необходимо отличать нелинейность как требуемую функциональную зависимость, например, экспоненциальную, логарифмическую, ступенчатую, – от нелинейности в качестве погрешности.

В общем случае уравнение преобразования для линейной статической характеристики имеет вид

, (4.3)

где К= К_s = – коэффициент преобразования или чувствительность; А и В – постоянные.

Чувствительность может выражаться в абсолютных или в относительных единицах. Порог чувствительности (К_{s пор}) – минимальное значение входного сигнала х, вызывающее заметное изменение выходного сигнала у.

г

Р и с. 4.6. Типовые статические характеристики преобразователей:
а – линейная (1 – идеальная; 2 – реальная); б – смещенные (1 – по оси х, 2 – по оси у):
в – нелинейная; г – квантованная (1 – идеальная; 2 – реальная,
3 – функция полной погрешности преобразования)

Если А=В=0, то график уравнения проходит через начало координат и ИП не имеет выходного сигнала холостого хода у0 и зоны нечувствительности [0, х0] (рис. 4.6, а). При В > 0 (А < 0) характеристика смещена относительно начала координат по оси абсцисс на величину выходного сигнала холостого хода у0 = B (рис. 4.6, б, прямая 1). При В < 0 (А > 0) характеристика имеет зону нечувствительности [0, х0], при изменении х в пределах которой у =0 (рис. 4.6, б, прямая 2). Для нелинейных характеристик (рис. 4.6, в) используют дифференциальный коэффициент преобразования, под которым понимают предел отношения выходной величины у к входной величине х, определяемый углом a наклона касательной к характеристике в рабочей точке:

= tga. (4.4)

Если на нелинейной характеристике выделить линейный участок, в пределах которого работает преобразователь, то разность между верхним и нижним значениями входного (выходного) сигнала определяет рабочий диапазон ∆р его изменения, а их отношение – динамический диапазон ∆дн (рис. 4.6, в):

∆_рх =х_к-х_н ; ∆_днх =х_к / х_н;

∆_ру =у_к-у_н ; ∆_дну =у_к / у_н . (4.5)

Идеальная функция квантования в цифровых ИП определяется выражением (рис. 4.6, г, линия 1)

, (4.6)

где К_s – номинальная функция преобразования (обычно К_s =1); Int[ A ] – функция, определяющая целую часть числа; при А³0, при А<0.

4.3. Интеллектуальные датчики,
счетчики и вычислители

В АСКЭУ находят применение измерительные преобразователи, как автономные, так и интегрированные, в счетчики электрической энергии, расходов газа, тепла и т.д. При этом во все большей степени наблюдается расширение функций ИП, вплоть до решения интеллектуальных задач, связанных с логико-арифметической и программной обработкой измерительной информации [75, 79, 150].

В интеллектуальном измерительном преобразователе (рис. 4.7), который иногда называют интеллектуальным датчиком (ИД), вторичный преобразователь комплектуется из программируемого микропроцессора (МП) с оперативным (ОЗУ) и постоянным (ПЗУ) запоминающими устройствами, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), сетевого контроллера связи (СКС) с типовыми полевыми сетями (ПС).

Преобразователи имеют ряд вариантов исполнения, рассчитанных на различные свойства измеряемой и окружающей сред. Получают распространение многопараметрические (мультисенсорные) датчики, в которых к одному вторичному преобразователю через коммутатор (К) подключается ряд сенсоров, воспринимающих различные или однотипные величины. Например, интеллектуальный датчик расхода газа может состоять из трех сенсоров (ПИП): перепада давления на сужении, абсолютного давления и температуры в месте сужения. По измеренным параметрам преобразователь вычисляет значение расхода газа. Многозонные (многоточечные) датчики температуры имеют в своем составе до десяти и более термочувствительных элементов.

 

Р и с. 4.7. Структурная схема многосенсорного
интеллектуального датчика

Кроме обычных функций восприятия искомой величины и преобразования сигнала ИД выполняют ряд других функций, существенно расширяющих их возможности и улучшающих их технические характеристики.

Интеллектуальные ИП обеспечивают:

− передачу в систему текущего значения измеряемой величины и добавочных сигналов о выходе его за пределы заданных норм;

− уменьшение искажений измерительной информации на пути от датчика к контроллеру;

− увеличение надежности измерения благодаря самодиагностике датчиков;

− хранение значений измеряемой величины за заданный длительный интервал времени;

− дистанционный выбор диапазона измерения датчика;

− возможность программирования датчика для реализации алгоритмов измерения.

Стоимость интеллектуальных измерительных преобразователей превышает стоимость обычных преобразователей. Однако по своим возможностям они приближаются к специализированным контроллерам, счетчикам и вычислителям, нередко превосходя их по функциональным возможностям. Это создает возможность для минимизации состава и исключения из классической схемы АСКУЭ аппаратуры среднего уровня.

Счетчики нижнего уровня представляют собой совокупность измерительных преобразователей и вычислителя.

Вычислитель – это электронный прибор для расчета расхода конкретного вида энергоносителя или потребляемой энергии. Он должен получать информацию о нескольких параметрах и на их основе производить соответствующие расчеты. Все современные вычислители отличаются друг от друга только объемами архивов, числом обслуживаемых ИП, удобством эксплуатации и ценой. Обычно работа вычислителей организуется по единому алгоритму, и влияние типа вычислителя на точность счетчика незначительно. Многие измерительные приборы, позиционируемые как корректоры, сумматоры, специализированные контроллеры и т.п., в принципе, выполняют в полном или частичном объеме функции вычислителя.

Счетчики являются специализированными измерительными приборами, которые, будучи зачастую гораздо проще в функциональных возможностях, имеют средства визуализации информации (табло, индикатор), а также могут настраиваться «вручную» непосредственно на месте установки. Счетчик либо конструктивно объединен с ПИП (расходомер, индукционный счетчик электроэнергии), либо подключается напрямую или через адаптер к одному и более вынесенным первичным преобразователям (например, к датчикам расхода, давления и температуры при вычислении потребления тепла).

Для современных интеллектуальных счетчиков энергии характерны следующие особенности:

− наличие одного или нескольких микропроцессоров;

− наличие локального дисплея;

− высокая точность измерения в сочетании с достаточно большим настраиваемым диапазоном измерения;

− возможность подключения переносного пульта для настройки и считывания информации со счетчика (например, через оптопорт);

− модульный принцип построения, облегчающий построение АСКУЭ и последовательную модернизацию счетчика на протяжении его жизненного цикла;

− наличие развитой системы внешних интерфейсов: «токовая петля», ИРПС, RS -232, RS– 422\ 485, числоимпульсный выход и т.д.;

− реализация многотарифного режима измерения параметров;

− многоуровневая система защиты от несанкционированного доступа (механические и электронные пломбы, система паролей, фиксация каждого нарушения штатного режима работы);

 

Р и с. 4.8. Структурная схема счетчика газа

− удобство и простота метрологической поверки, автоматическая регулировка нуля;

− устойчивость к механическим, электромагнитным и климатическим воздействиям;

− возможность синхронизации таймеров узла учета с таймером сервера АСКУЭ.

В качестве примера рассмотрим структурную схему счетчика расхода газа (рис. 4.8).

Аналоговые сигналы с ПИП расхода 1 и частотные сигналы с ПИП плотности 2 через усилители 3 и 4 поступают на преобразователи «аналог-код» 6 и «частота-код» 7 соответственно. Клавиатура 5 предназначена для ввода настроечных данных. Цифровые коды параметров и настройки поступают через внутренние системные шины на микропроцессор (МП) 8, выполняющий функции вычислителя. Выход МП подключен к регистру 9 для связи с УСПД (контроллером среднего уровня). Кроме того, через двоично-десятич-ный преобразователь 10 и цифро-аналоговый преобразователь 11 микропроцессор соединен с индикатором 12 и информационным каналом для передачи унифицированных сигналов.

4.4. Погрешность и класс точности
средств измерения

Погрешности средств измерения (СИ) определяются особенностями метода измерения и различием идеальной и реальной функций преобразования. Условная классификация погрешностей СИ приведена на рис. 4.9. Например, погрешность преобразования в идеальном цифровом ИП является методической и определяется размером кванта q.

Инструментальная погрешность является следствием несовершенства технических средств.

При этом выделяют основныеидополнительные погрешности.

Основная погрешность (абсолютная погрешность измерения) датчика – максимальная разность между измеренным значением выходного сигнала у_р и его действительным значением, измеренным более точным измерительным устройством. Она имеет свой знак и размерность измеряемой величины [78].

= ± (у_р—у_и). (4.7)

Абсолютная погрешность измерения показывает численное значение погрешности измерения, но не дает качественной оценки процесса измерения. Например, термометром температура измеряется с погрешностью ±5 ºС; это большая погрешность или маленькая? Если речь идет об измерении температуры перегретого пара, которая имеет величину порядка 500-550 ºС, то мы измеряем температуру достаточно точно, а если речь идет об измерении комнатной температуры, которая имеет значение порядка 18-22 ºС, то точность измерения оставляет желать лучшего. По абсолютной погрешности измерения невозможно оценить качество измерения двух различных параметров. Так, для вычисления расхода тепла теплосчетчиком измеряется температура среды и давление. Каждый из датчиков имеет свою абсолютную погрешность измерения. Но сопоставить их между собой мы не можем и не можем сказать, какой датчик необходимо заменить в первую очередь, если мы хотим уменьшить погрешность в измерении количества тепла.

 

Р и с. 4.9. Классификация погрешностей ИП

Относительной погрешностью измерения называется отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины, выраженное в процентах:

(4.8)

Относительная погрешность – величина безразмерная; рассчитав её в случае измерения расхода тепла, мы легко определим по ней, какой параметр измеряется с большей погрешностью.

Если же для первого примера с измерением температуры мы рассчитаем относительную погрешность, то увидим, что в случае измерения температуры пара она имеет величину 1-0,91%, а в случае измерения температуры воздуха – 27,8-22,7%.

Относительная приведенная погрешность g равна отношению абсолютной погрешности измерения D в диапазоне измеряемой величины к какому-то нормированному значению у _к , выраженное в процентах:

(4.9)

Обычно в качестве нормированного значения принимается диапазон измеряемой величины прибором или датчиком. Нормированное значение определяется как алгебраическая разность между максимальным и минимальным значением измеряемой данным устройством величины.

Систематической погрешностью D_с называется такая погрешность, которая при повторных измерениях остается неизменной или изменяется по определённому закону. Её природа хорошо изучена, и результат измерения может быть уточнен путем введения поправки. Наиболее часто приходится иметь дело с систематическими погрешностями – инструментальными и погрешностями вследствие внешних причин.

Инструментальные систематические погрешности возникают вследствие неправильной технологии или несовершенства изготовления устройства информации, в частности, из-за неточностей изготовления шкалы, а также вследствие износа и старения устройства.

Возможны систематические погрешности из-за неправильной установки приборов или за счет влияния на результат измерения окружающей температуры, атмосферного давления, влажности воздуха, внешних магнитных и электрических полей. Погрешность прибора заводом-изготовителем определяется при вполне определенных значениях, влияющих на погрешность параметров, поэтому при изменении этих параметров изменяется погрешность измерительного устройства. Если влияющие параметры находятся в области нормальных значений параметров, то возникающая погрешность вследствие внешних причин является основной погрешностью измерения.

Случайными называются погрешности, принимающие при повторных измерениях взаимно несвязанные, положительные или отрицательные значения. Часто они возникают по ряду причин, суммарное воздействие которых, комбинируясь случайным образом, создает результирующие погрешности.Составляющая случайной погрешности характеризуется разбросом своих значений x_i около некоторого среднего значения и описывается среднеквадратическим отклонением (С.К.О.):

. (4.10)

Субъективные погрешности возникают либо по вине наблюдателя, либо из-за неправильности работы устройств информации. Они существенно превышают систематические или случайные погрешности измерений. В процессе измерения их необходимо исключать.

Полную погрешность обычно записывают формулами

или . (4.11)

Дополнительной называют погрешность, которая возникает при отклонении одной из влияющих величин за пределы, установленные для нормальной области их значений, например, при недопустимо высокой температуре среды и т.д. Величина дополнительной погрешности измерения лимитируется величиной основной погрешности измерения. Дополнительная погрешность свойственна средству измерения, когда лишь один из влияющих параметров выходит за область нормальных значений. Если за область нормальных значений выходит более одного влияющего параметра, то оценить величину дополнительной погрешности невозможно.

Если сигналы изменяются достаточно медленно, то СИ может выдавать неискаженную информацию в масштабе реального времени в соответствии со статической характеристикой. В реальных условиях датчикам часто приходится работать с быстроменяющимися во времени процессами, т.е. в динамическом режиме. В этих условиях начинают проявляться искажения формы выходного сигнала из-за естественной задержки в инерционных и апериодических звеньях. Электрические и тепловые процессы имеют различные временные характеристики, особенно в части переходных процессов. Соответственно, в электрической части необходимо применять такие преобразователи и устройства ввода сигналов, которые успевали бы отслеживать изменение параметров режима. Так, в устройствах релейной защиты электрической сети период квантования каждого аналогового сигнала находится в пределах 0,5…1,5 мс. По той же причине в электрической части ужесточаются требования к точности поддержания шкалы отсчета в системе единого времени – 1…10 мс, в то время как для тепловой части достаточно 500 мс.

В общем случае динамическая погрешность определяется разностью между значениями выходных сигналов при динамическом y(T) и статическом y_ст режимах:

. (4.12)

В системах измерения, выполняющих операции суммирования, интегрирования, усреднения, задержка является функциональной и не влияет на форму выходного сигнала, определяемую инерционными свойствами ПИП.

В зависимости от специфики применения датчиков погрешности нормируются своим абсолютным или относительным значением. Относительная погрешность как сумма систематической и случайной составляющих определяет класс точности преобразователя или построенного на его основе измерительного прибора. В связи с большим разнообразием средств измерений ГОСТ 8.401-80 назначает несколько способов определения и три основных вида классов точности [78, 81-85]. Обязательным является раздельное нормирование основной и дополнительной погрешностей.

Наиболее широкое распространение получило нормирование класса точности по приведенной погрешности измерения.

Классом точности называют обобщенную характеристику средств измерения, определяемую пределами основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на их точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности принимают численно равным основной максимально допустимой приведённой погрешности, выраженной в процентах:

, %, (4.13)

где А =1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; n =1; 0; -1; -2; …. – унифицированные числовые ряды.

Для цифровых измерительных преобразователей применяют более сложную формулу, учитывающую аддитивную (суммируемую) с и мультипликативную (изменяющую функцию преобразования) d составляющие:

, (4.14)

где c и d определяются как А в (4.13); у ₀ – номинальная или средняя величина. Физически величина с – погрешность в начале диапазона (), d – погрешность в конце диапазона (). Например, класс точности 0,02/0,01 означает, что приведенное значение относительной погрешности к началу диапазона измерения равно g_н =0,02%, а к концу – g_к =0,01%.

На нижнем уровне АСКУЭ текущие телеметрические измерения (AI – Analog Input) используют для получения количественной оценки характеристик энергоучета, например, температуры, напряжения, тока, давления и пр. Важным параметром телеизмерений является точность, которая во многом зависит от разрешающей способности АЦП. Современные системы оснащают 10...14-разрядными АЦП, погрешность измерений составляет 0,25...0,1%, что позволяет достичь точности измерений 0,25...0,1%. Достовер ность телесигнализации (отсутствие искажений данных при передаче по каналам связи) обеспечивается за счет улучшения качества линий связи и структурной избыточности – введения в посылки кодов защиты. Обычно в посылке передают контрольную сумму данных. Наиболее надежными являются полиномиальные контрольные суммы.

4.5. Метрологическое обеспечение
измерительных приборов

Все измерительные приборы АСКУЭ входят в зону метрологического обеспечения (МО), под которым понимается установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для обеспечения единства и требуемого качества измерений [82]. Функции МО возлагаются на метрологические службы и организации различного назначения и уровня. Государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений в России осуществляет Комитет РФ по стандартизации и метрологии – Госстандарт. В его ведении находятся Государственная метрологическая служба (ГМС), Государственная служба времени и частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ), Государственная служба стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО), Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД).

Государственная метрологическая служба объединяет метрологические центры, НИИ, центры испытания, которые осуществляют государственный контроль и надзор путем калибровки, поверки, оценки состояния и правильности применения отечественных и импортируемых средств измерений (СИ) в соответствии с нормативными и метрологическими документами. Среди других функций ГМС – государственные испытания, в результате которых происходит утверждение типа СИ как прибора, пригодного для серийного выпуска или соответствующего ранее утвержденному типу. На такой тип СИ выдается сертификат и он заносится в Государственный реестр СИ.

При выпуске, ввозе, ремонте и периодически в процессе эксплуатации СИ должны подвергаться метрологической экспертизе и поверке на предмет пригодности к применению по ряду показателей – точности, стабильности, назначенному ресурсу работы и др. При поверке используются поверочные и калибровочные стенды, эталоны, образцовые СИ и т.д. Измерительный прибор с истекшим ресурсом работы или не прошедший своевременную поверку к эксплуатации не допускается. В документах на поверенные СИ ставятся соответствующие отметки, а сами СИ пломбируются. Поверку и калибровку осуществляют специализированные центры и лаборатории, находящиеся в подчинении ГМС

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: