Лекция 1 -Введение в контрольно-измерительные приборы

1.

Казахский университет технологии и бизнеса
им. К.Кулажанова
Факультет “Инжиниринга и информационных технологий”
Кафедра “Компьютерная инженерия и автоматизация”
Наименование курса:
«Контрольно –измерительные приборы автоматики»
Магистр, сеньор –лектор
Жармаганбетова Г.М.
Астана, 2025

2.

Введение в контрольноизмерительные приборы
(КИП)
Лекция 1. Основы теории и практики применения контрольно-измерительных
приборов в системах автоматизации

3.

ЦЕЛЬ ЛЕКЦИИ
Цель и задачи изучения
Основная цель
Задачи обучения
Сформировать фундаментальное понимание роли контрольно-
Изучить классификацию и функции КИП
измерительных приборов в современных системах автоматизации
Освоить основные характеристики приборов
и их практического применения
Понять требования к эксплуатации
Рассмотреть практические примеры

4.

План лекции
01
Понятие КИП и их роль
Определение и значение в автоматизации
02
Функции и классификация
Назначение и принципы действия
03
Характеристики приборов
Точность, чувствительность, диапазон
04
Эксплуатация и применение
Требования и промышленные примеры
05
Исторический обзор
Развитие технологий измерения

5.

РАЗДЕЛ 1
Понятие КИП и их роль в автоматизации
Контрольно-измерительные приборы (КИП) — это технические устройства, предназначенные для измерения, контроля и регистрации
физических величин технологических процессов. Они являются неотъемлемой частью любой автоматизированной системы управления.
Мониторинг
Безопасность
Оптимизация
Документирование
Непрерывное наблюдение за
Предотвращение аварийных
Повышение эффективности
Регистрация данных для
параметрами процесса
ситуаций и защита
производственных процессов
анализа и отчетности
оборудования

6.

Роль КИП в современной промышленности
КИП образуют нервную систему промышленных предприятий,
обеспечивая точный контроль технологических параметров. Без них
невозможно эффективное управление производством, соблюдение
стандартов качества и требований безопасности.
Современные системы автоматизации используют КИП для:
Сбора данных о состоянии технологического процесса
Формирования управляющих воздействий
Обеспечения обратной связи в системах регулирования
Диагностики неисправностей оборудования
Оптимизации энергопотребления
Ключевая роль КИП
КИП преобразуют физические величины в информацию,
необходимую для принятия решений человеком или
автоматической системой управления
Точность измерений напрямую влияет на качество продукции и
безопасность производства

7.

РАЗДЕЛ 2
Основные функции КИП
Измерение
Контроль
Регистрация
Регулирование
Определение численного
Сравнение измеренных
Фиксация и
Автоматическое
значения физической
значений с установленными
документирование
поддержание заданных
величины (температуры,
нормами и допусками,
показаний в виде графиков,
параметров путем
давления, расхода, уровня и
сигнализация о выходе за
таблиц или цифровых
воздействия на
др.) с заданной точностью
пределы
записей для последующего
исполнительные механизмы
анализа
Сигнализация
Оповещение оператора о
критических состояниях,
авариях или необходимости
вмешательства

8.

РАЗДЕЛ 3
Классификация КИП по назначению
Основные группы по назначению
Измерительные приборы — для
определения значений величин
Контрольные приборы — для проверки
соответствия нормам
Регистрирующие приборы — для
документирования данных
Регулирующие приборы — для
Приборы различаются по выполняемым функциям и роли в технологическом процессе
автоматического управления
Сигнализирующие приборы — для
оповещения об отклонениях

9.

Детальная классификация измерительных приборов
Категория
Тип прибора
Примеры применения
По измеряемой величине
Термометры, манометры, расходомеры,
Измерение температуры, давления, расхода
уровнемеры
жидкости, уровня в резервуаре
Показывающие, самопишущие, цифровые
Визуальный отсчет, графическая запись, цифровая
По способу представления
индикация
По месту установки
Местные, щитовые, переносные
На оборудовании, на пульте управления, для
периодических измерений
По источнику питания
Автономные, с внешним питанием
Батарейные, от сети 220В, от промышленной сети
24В
По способу связи
Проводные, беспроводные
Передача сигнала по кабелю или по радиоканалу

10.

РАЗДЕЛ 4
Классификация КИП по принципу действия
Механические
Электрические
Пневматические
Акустические
Используют физические свойства
материалов: деформацию, расширение,
изменение объема. Примеры: манометры
с трубкой Бурдона, биметаллические
термометры
Основаны на изменении электрических
параметров: сопротивления, емкости,
индуктивности. Примеры: термопары,
термосопротивления, индуктивные
датчики
Работают на сжатом воздухе,
преобразуют давление в механическое
перемещение. Примеры: пневматические
регуляторы, исполнительные
механизмы
Используют ультразвуковые волны для
бесконтактного измерения. Примеры:
ультразвуковые уровнемеры,
расходомеры
Оптические
Радиоволновые
Применяют принципы оптики и
фотометрии. Примеры: оптические
пирометры, лазерные дальномеры,
фотоэлектрические датчики
Основаны на отражении радиоволн.
Примеры: радарные уровнемеры,
микроволновые датчики движения

11.

Сравнение принципов действия КИП
Выбор принципа действия
Выбор типа прибора зависит от многих
факторов:
Требуемая точность измерений
Условия эксплуатации (температура,
влажность, взрывоопасность)
Характеристики измеряемой среды
Бюджет проекта
Простота обслуживания
Электрические и цифровые приборы
постепенно вытесняют механические
Точность (%)
Надежность (%)
Стоимость (относ.)
благодаря высокой точности и возможности
интеграции в автоматизированные системы

12.

РАЗДЕЛ 5
Основные характеристики
КИП
Метрологические и технические характеристики определяют качество измерений
и область применения приборов. Правильный выбор характеристик критически
важен для обеспечения требуемых параметров технологического процесса.
Точность
Диапазон
Степень приближения
Чувствительнос
ть
показаний к
Минимальное
значений от минимума
истинному значению
изменение величины,
до максимума
вызывающее отклик
Область измеряемых

13.

Детальный анализ характеристик
Точность измерений
Диапазон измерений
Класс точности — обобщенная характеристика, выражаемая
Нижний предел — минимальное значение, которое может измерить
пределами допускаемых погрешностей. Обозначается числами: 0.1,
прибор
0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 4.0
Абсолютная погрешность — разность между измеренным и
истинным значением, выражается в единицах измеряемой величины
Относительная погрешность — отношение абсолютной
погрешности к истинному значению, выражается в процентах
Верхний предел — максимальное значение шкалы прибора
Рабочий диапазон — область, в которой погрешность не превышает
установленных пределов
Важно! Прибор следует выбирать так, чтобы рабочие
значения измеряемой величины находились в средней
части диапазона (от 30% до 70% шкалы)
Чувствительность прибора
Определяется как отношение изменения выходного сигнала к
изменению входной величины. Высокая чувствительность позволяет
регистрировать малые изменения параметров

14.

Дополнительные характеристики КИП
Быстродействие
Стабильность
Способность сохранять
Температурная
устойчивость
Защита от внешних
воздействий
Время реакции прибора на
изменение измеряемой
метрологические
Диапазон температур
Степень защиты корпуса от
величины. Критично для
характеристики во времени
окружающей среды, при
пыли и влаги (IP20, IP54,
систем быстрого
при неизменных условиях
которых сохраняется
IP65, IP68)
регулирования
заданная точность
Межповерочный интервал
Период времени между обязательными поверками прибора (обычно 1-4 года)

15.

РАЗДЕЛ 6
Требования к эксплуатации КИП
Монтаж и установка
Соблюдение требований по
ориентации
Защита от вибраций
Доступность для обслуживания
Калибровка
Правильная эксплуатация КИП обеспечивает точность измерений и долговечность
приборов
Периодическая поверка
Настройка нуля и диапазона
Документирование результатов

16.

Правила эксплуатации и обслуживания
Соблюдение правил эксплуатации гарантирует надежную работу КИП и предотвращает аварийные ситуации
Аспект эксплуатации
Основные требования
Условия среды
Поддержание температуры, влажности и запыленности в допустимых пределах. Защита от
агрессивных сред и электромагнитных помех
Техническое обслуживание
Регулярная очистка, проверка герметичности соединений, контроль изоляции, смазка
подвижных частей
Поверка и калибровка
Проведение в сроки, установленные нормативными документами. Использование эталонных
средств измерений
Документация
Ведение журналов обслуживания, регистрация отказов, хранение паспортов и свидетельств о
поверке
Ремонт
Выполнение только квалифицированным персоналом с использованием оригинальных
запчастей
Утилизация
Списание по окончании срока службы с соблюдением экологических норм

17.

РАЗДЕЛ 7
Примеры применения КИП в промышленных
системах
Нефтехимия
Энергетика
Фармацевтика
Водоподготовка
Контроль температуры и
Мониторинг параметров пара,
Прецизионное дозирование
Измерение pH и проводимости,
давления в реакторах, измерение
контроль вибрации турбин,
компонентов, контроль чистоты
контроль уровня в резервуарах,
расхода сырья, анализ состава
измерение электрических
помещений, мониторинг
учет расхода воды, анализ
продуктов перегонки
величин, система защиты
стерильности, регистрация
качества
оборудования
параметров

18.

РАЗДЕЛ 8
История развития контрольно-измерительных приборов
XVII-XVIII века
1
Появление первых механических приборов: термометр Фаренгейта (1724),
ртутный барометр Торричелли. Основа метрологии
2
Начало XX века
Внедрение пневматических систем регулирования, стандартизация
сигналов, развитие измерительной техники для авиации
1990-2000 годы
Цифровая эра. Микропроцессорные приборы, промышленные сети
(Profibus, Modbus), интеллектуальные датчики
3
4
5
6
XIX век
Промышленная революция. Изобретение манометра Бурдона (1849),
развитие электрических измерений, появление пирометров
1950-1980 годы
Электронная революция. Появление транзисторных преобразователей,
унификация сигналов 4-20 мА, развитие телеметрии
XXI век
Индустрия 4.0. Беспроводные технологии, IoT-датчики, облачные системы
мониторинга, искусственный интеллект в диагностике

19.

Современные тенденции развития КИП
Направления развития
Миниатюризация — уменьшение размеров
при сохранении функциональности
Интеграция — объединение нескольких
функций в одном устройстве
Интеллектуализация — встроенная
диагностика и самокалибровка
Сетевые технологии — Industrial Ethernet,
беспроводные протоколы
Энергоэффективность — автономное
питание, энергосбережение
Кибербезопасность — защита от
Цифровые приборы (%)
Беспроводные (%)
Smart-датчики (%)
несанкционированного доступа

20.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ключевые выводы лекции
1
2
3
4
5
Фундаментальная роль КИП
Контрольно-измерительные приборы являются основой любой системы автоматизации, обеспечивая точный контроль технологических процессов и
безопасность производства
Многообразие решений
Существует множество типов КИП, различающихся по назначению, принципу действия и характеристикам, что позволяет подобрать оптимальное решение для
любой задачи
Важность характеристик
Точность, чувствительность и диапазон измерений определяют качество работы системы. Правильный выбор характеристик критичен для эффективности
производства
Культура эксплуатации
Соблюдение требований к установке, обслуживанию и поверке приборов гарантирует их долговечность и надежность показаний
Непрерывное развитие
Технологии КИП постоянно совершенствуются: цифровизация, беспроводные сети, интеллектуальные датчики открывают новые возможности для
автоматизации

21.

ПРОВЕРКА ЗНАНИЙ
Контрольные вопросы
1 Определите понятие КИП и объясните их роль в современных системах автоматизации
2 Перечислите основные функции контрольно-измерительных приборов
3 Какие существуют типы классификации КИП? Приведите примеры для каждого типа
4 Опишите основные принципы действия измерительных приборов и их сравнительные преимущества
5 Что такое класс точности прибора? Как выбрать прибор с необходимой точностью для конкретной задачи?
6 Объясните понятия чувствительности и диапазона измерений. Почему важно правильно выбирать диапазон?
7 Какие требования предъявляются к монтажу и эксплуатации КИП?
8 Приведите примеры применения КИП в различных отраслях промышленности
9 Опишите основные этапы исторического развития контрольно-измерительных приборов
10 Какие современные тенденции наблюдаются в развитии технологий КИП?