Grundlegende Kenntnisse der Instrumentenautomatisierung

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Grundlegende Begriffe der Messtechnik I: Messung, Messfehler, direkte und indirekte Messung
1. Was ist ein Messfehler? Antwort: Der Unterschied zwischen dem gemessenen Wert und dem wahren Wert wird als Messfehler bezeichnet.
2. Was sind direkte und indirekte Messung? Antwort: Eine direkte Messung bedeutet, dass der zu messende Parameter direkt mit einer bestimmten Referenzgröße verglichen wird. Die indirekte Messung besteht darin, die direkt gemessenen Werte in eine bestimmte Formel einzusetzen, um den gewünschten Wert des zu messenden Parameters zu berechnen. 3. Was ist Messung? Antwort: Es handelt sich um den Prozess, bei dem das Signal des zu messenden Parameters in eine andere Form umgewandelt und übertragen wird, um es anschließend mit der entsprechenden Maßeinheit zu vergleichen. Das nennt man Messung. II. Messfehler, Schwankungen, Empfindlichkeit und Empfindlichkeitsgrenze. 1. Was sind die zulässige Fehlergrenze eines Messinstruments, seine Genauigkeit sowie sein Genauigkeitsgrad? Antwort: Die zulässige Fehlergrenze bezeichnet den maximalen Prozentsatzfehler, der unter den vorgeschriebenen normalen Bedingungen bei einem Messinstrument zulässig ist. Die Genauigkeit eines Messinstruments bezeichnet den Wert ohne den Prozentsatz (%), der die zulässige Abweichung angibt. Die Genauigkeitsklasse ist eine **einheitlich festgelegte Reihe von Standardprozentswerten. 2. Was ist die Abweichung eines Messinstruments? Antwort: Es handelt sich um den Unterschied zwischen den Messwerten, die mit demselben Instrument bei Messungen in entgegengesetzte Richtungen für einen bestimmten Parameter erzielt werden, sofern die äußeren Bedingungen unverändert bleiben. 3. Was sind die Empfindlichkeit und die Empfindlichkeitsgrenze eines Messinstruments? Antwort: Die Empfindlichkeit beschreibt, wie empfindlich ein Messinstrument auf Veränderungen des zu messenden Parameters reagiert. Die Empfindlichkeit wird durch das Verhältnis zwischen der Größe der Messwertänderung des Instruments und der Größe der Änderung des gemessenen Parameters dargestellt, die diese Veränderung verursacht. Die Empfindlichkeitsgrenze bezeichnet den kleinsten Wertänderung des zu messenden Parameters, der eine sichtbare Veränderung des Anzeigewerts des Messinstruments verursacht. 4. Was ist der dynamische Fehler eines Messsystems? Antwort: Es handelt sich dabei um die Differenz zwischen dem Anzeigewert des Messinstruments und dem tatsächlichen Wert des gemessenen Parameters, wenn dieser sich in einem veränderlichen Zustand befindet. Drei: Druck, technischer Atmosphärdendruck, physikalischer Atmosphärdendruck, relativer Druck, absoluter Druck. 1. Was ist Druck? Antwort: Druck ist eine Kraft, die senkrecht und gleichmäßig auf eine Fläche einwirkt. 2. Was ist der technische Atmosphärendruck? Antwort: Der technische Atmosphärendruck ist eine in der Industrie häufig verwendete Einheit. Er entspricht dem Druck, der entsteht, wenn 1 kg Kraft senkrecht und gleichmäßig auf eine Fläche von 1 Quadratzentimeter wirkt. Er wird in kgf/cm² ausgedrückt. 3. Was ist der physikalische Atmosphärendruck? Antwort: Der physikalische Atmosphärendruck entspricht der Kraft, die bei einer Quecksilbersäule mit einer Höhe von 760 mm auf eine Fläche wirkt, wobei die Dichte des Quecksilbers 13,5951 Gramm pro Kubikmeter und die Erdbeschleunigung 980,665 Zentimeter pro Sekundequadrat beträgt. Vier: Die Rolle des Senders in Systemen zur automatischen Überwachung und Regulierung besteht darin, verschiedene Prozessparameter – wie Druck, Differenzdruck, Temperatur, Durchfluss, Füllstand, Zusammensetzung usw. – in entsprechende, einheitliche Standardsignale umzuwandeln. Diese Signale werden anschließend an Anzeige- und Aufzeichnungsgeräte sowie an Rechner und Regler übertragen, damit sie dort angezeigt, aufgezeichnet und genutzt werden können. Je nach den zu messenden Parametern lassen sich Transmitter hauptsächlich in Differenzdrucktransmitter, Drucktransmitter, Temperaturtransmitter, Durchflussmesstransmitter usw. einteilen. Aufbau: Üblicherweise besteht er aus einem Eingangswandlerteil, einem Verstärker und einem Rückkopplungsteil. Der Eingangsumwandlungsteil enthält empfindliche Komponenten, deren Aufgabe es ist, die zu messenden Parameter wahrzunehmen und diese in einen bestimmten intermediären Analogwert umzuwandeln. Mittelgrößen können physikalische Größen wie Spannung, Stromstärke, Verschiebung und Kraft sein. Der Rückkopplungsbereich wandelt das Ausgangssignal des Transmitters in ein Rückkopplungssignal um. Der Verstärker vergrößert den Unterschied zwischen dem mittleren Analogwert und dem Rückkopplungswert und wandelt ihn in ein Standard-Ausgangssignal um. Messprinzipien und Bedienung gängiger Messgeräte 1. Messprinzip und Bedienung von Widerstandsthermometern. Prinzip: Nutzung des Prinzips der Temperaturmessung mit einem Thermistor, bei dem im bestimmten Temperaturbereich ein linearer Zusammenhang zwischen dem Widerstandswert und der Temperatur besteht. Häufige Wärmewiderstände sind: Platinwiderstände, Kupferwiderstände, Manganwiderstände und Kohlenstoffwiderstände. Bedienung: Bei der Messung des Übertragungswiderstandssignals wird für die Wärmewiderstände das Dreileitersystem verwendet. Dies dient dazu, während der Übertragung Messfehler zu verringern, die durch den Widerstand der Leiter entstehen können. Beim Prüfen des Widerstandswertes muss man darauf achten, welche beiden Leitungen gemeinsam genutzt werden. 2. Prinzip und Bedienung der Thermoelementmessung. Prinzip: Zwei verschiedene Metalle werden an einem Ende miteinander verbunden. Zwischen den anderen beiden Enden entsteht ein Potentialunterschied. In einem bestimmten Bereich besteht zwischen diesem Potentialunterschied und der Temperatur eine lineare Beziehung. Bedienung: Es wird ein Zweileitersystem verwendet; bei der Überprüfung sollte der Widerstandswert sehr gering sein. 3. Messprinzip und Bedienung des Drucksensors. Prinzip: Dünnschicht-Metall-Dehnungsmesselement. Anleitung: Achten Sie beim Verbinden der Kabel auf die Plus- und Minuspolen. Beim Gebrauch sollte die Handventil langsam geöffnet werden, um einen plötzlichen Druckstoß auf die Membranbox zu vermeiden. Zudem sollten die Anschlüsse der Geräte auf Lecks überprüft werden, um Messfehler zu verhindern. Beim Demontieren sollte zunächst die Handventil geschlossen werden. Nachdem sichergestellt ist, dass das Handventil geschlossen ist, darf der Transmitter langsam abgebaut werden. Dabei sollte der Transmitter bewegt werden, damit das verbleibende Gas entweichen kann. 4. Funktionsprinzip des Differenzdruck-Levelmessers. Prinzip: Die Membran des mit Silikonöl gefüllten Messkastens ist über zwei gekoppelte Anschlüsse miteinander verbunden. Der Differenzdruck erzeugt durch den Bedienhebel eine Kraft, die dazu führt, dass der Verdrehstab deformiert wird. Der Verdrehstab befindet sich in der Nähe von dünnen Dehnungswiderständen, die zu einem Wheatstone-Brückensystem angeordnet sind. Dadurch wird der Druckunterschied in ein gleichmäßiges Spannungssignal umgewandelt. Der elektronische Verstärker wandelt die Signale aus dem Messraum in ein zweidrahtiges 4–20 mA DC-Ausgangssignal um und kann außerdem einen Wheatstone-Brückenschaltkreis bereitstellen. Anleitung: Achten Sie beim Verbinden der Kabel auf die Plus- und Minuspolen. Beim Gebrauch sollte zunächst der Ausgleichsventil des Transmitters geöffnet werden. Anschließend sollten die Handventile der Hoch- und Niedrigdruckkammern geschlossen werden. Danach sollen die Handventile an den Druckleitungen der Hoch- und Niedrigdruckkammern langsam geöffnet werden. Schließlich sollten die Ausgleichsventile wieder geschlossen werden. Hinweise zur Verwendung von explosionsgeschützten Messgeräten. 1. Überprüfen Sie, ob auf dem Gehäuse des Instruments das EX-Zeichen vorhanden ist und ob das Explosionsschutzzeichen mit den Vorschriften bezüglich der gefährlichen Stoffe vor Ort übereinstimmt. 2. Sicherheitsübertragungseinheiten müssen mit einem Sicherheitsgitter ausgestattet sein, um in gefährlichen Umgebungen eingesetzt werden zu können. 3. Der Gehäuse der Anzeigegeräte muss gut geerdet sein. 4. In gefährlichen Situationen muss zuerst die Stromversorgung unterbrochen werden, bevor der Deckel geöffnet werden kann. 5. Die Spezifikationen für die Eingangskabel der intrinsisch sicheren Sender werden durch die vom Zertifizierungsorgan festgelegten Sicherheitsgrenzen bestimmt.