Для выполнения процессов дозирования используются средства измерений. Средства измерения — технические средства, приборы и оборудование, имеющие нормированные метрологические свойства. Средства измерения делятся на два класса:

• Образцовые средства измерения и дозирования — это измерительные приборы или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых. Они служат для контроля правильности работы рабочих измерительных средств — приборов, находящихся в производственном процессе и лаборатории. Образцовые средства измерения периодически поверяют по эталонам.
• Рабочие средства измерения и дозирования — это измерительные приборы или преобразователи, применяемые для измерений в течение рабочего процесса дозирования.

В зависимости от использованных физических принципов измерения существуют:

• электрические;
• пневматические;
• оптические;
• фотоэлектрические;
• другие средства измерения.

Весовое оборудование, применяемое в процессах дозирования, характеризуется следующими параметрами:

• наибольший предел взвешивания (НПВ) — максимальная масса взвешиваемого компонента, при которой возможна точность измерения в пределах допустимой ошибки взвешивания. При попытке взвесить объем тяжелее НПВ прибор покажет неправильный вес, выдаст сообщение об ошибке или сломается;
• наименьший предел взвешивания (НмПВ) — ограничение на минимальную массу, которую весы могут измерить в пределах допустимой ошибки взвешивания;
• шкала весов — диапазон между НПВ и НмПВ;
• цена деления шкалы весов — отрезок на числовой оси, равный наименьшему пределу взвешивания.

Метрологические показатели процесса дозирования

Средства дозирования характеризуются следующими метрологическими показателями:

• деление шкалы прибора дозирования — промежуток между 2 соседними отметками шкалы;
• цена деления шкалы — разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы;
• диапазон измерений — область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы допустимые погрешности средства измерения;
• предел допустимой погрешности средства дозирования — наибольшая (без учета знака) погрешность средства дозирования, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению;
• стабильность средства дозирования — свойство, отражающее постоянство во времени его метрологических показателей;
• точность средств дозирования — качество средств измерения, характеризующее близость к нулю их погрешностей;
• чувствительность средства дозирования — отношение изменения сигнала на выходе измерительного средства к вызвавшему его изменению измеряемой величины.

Средства дозирования характеризуются измеренным значением и погрешностью. Измеренное значение показывает интервал, в котором находится неизвестное истинное значение меры. Класс точности прибора показывает значение допускаемой погрешности в процентах от предела измерения (или суммы пределов для приборов дозирования, нуль которых находится внутри шкалы).

ГОСТ на средства дозирования предусматривает 8 классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 4,0. Погрешность показывает интервал, в котором находится истинное значение измеряемой величины, если стрелка прибора совпадает со штрихом шкалы. Зная класс точности прибора и максимальное деление на его шкале, можно найти погрешность измерения, равную произведению данных значений, деленную на 100.

Поправка — величина, которая должна быть алгебраически прибавлена к показанию измерительного прибора системы дозирования или к номинальному значению меры, чтобы исключить систематические погрешности и получить значение измеряемой величины, более близкое их истинным значениям.

Погрешности процесса дозирования

По характеру проявления различают погрешности: случайные и систематические. Систематическая — это составляющая погрешности измерения, которая
остаётся постоянной при повторных измерениях. При взвешивании одного и того же компонента в процессе дозирования она может быть вызвана следующими причинами: неправильной установкой или сборкой весового оборудования, неправильным изготовлением (заводской брак), недостаточно точной подгонкой параметров взвешивания, усталостными изменениями упругих частей весов (их естественным старением) и другими факторами.

Систематические погрешности внешне себя никак не проявляют. Они обнаруживаются, например, при проверке нуля шкалы или чувствительности весов во время государственной поверки (проверки правильности показаний прибора по
эталонным мерам или средствам измерения).

Случайная — это составляющая погрешности, изменяющаяся случайным образом при повторных взвешиваниях одного и того же объема компонента. Случайная погрешность чаще всего связана с квалификацией оператора, метеорологическими условиями и другими факторами, изменяющимися в момент измерения.

Методы дозирования

Метод дозирования — это совокупность правил и приемов использования средств измерений, позволяющая решить задачу компонентного дозирования. Существуют прямые и косвенные методы дозирования. При прямых измерениях значение измеряемой величины находят непосредственно из опытных данных. При косвенных измерениях искомое значение величины находят вычислением по известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, например, измерение концентрации действующего вещества по расходу реагента. Разновидностью косвенного метода является метод сравнения.

Метод сравнения — метод измерений, основанный на использовании
рабочей меры и измерительного прибора сравнения. В данном случае сравнивают полученный результат измерения с испытанием в тех же условиях рабочего стандартного образца, например, измерение оптической плотности испытуемого раствора и раствора рабочего стандартного образца при количественном анализе. Для реализации задачи операции дозирования применяются два основных способа дозирования: по массе, по объему.

Дозирование по массе

Дозирование по массе — технологическая стадия дозирования общей массы компонентов. Для измерения массы дозируемых компонентов используют весовое оборудование.

Дозирование по массе основано на использовании физических законов взвешивания, которое обеспечивается соответствием основных метрологических характеристик весов и соблюдением правил эксплуатации весоизмерительных приборов.

Правила дозирования по массе

При дозировании по массе для обеспечения верного дозирования первостепенное значение имеет правильный выбор весового и дозирующего оборудования. Недопустимо переходить за пределы минимальной и максимальной нагрузок, указанных в паспортах. Наибольшую верность дозирования на одних и тех же весах обеспечивает дозирование объемов, близких к максимальной нагрузке весов. По мере увеличения нагрузки при взвешивании на одних и тех же весах возрастает значение абсолютной погрешности (чувствительность весов
уменьшается). Поэтому ориентиром правильности выбранных весов может служить величина относительной ошибки дозирования.

Правильные показания весы дают только при температуре их градуировки, обычно при 20°С, и при отсутствии движения потока воздуха. Большое влияние на точность дозирования оказывает чистота весового оборудования. Проверка правильности работы весов и возможности их использования для дозирования проводится метрологической службой не реже одного раза в год.

Метрологические характеристики весового оборудования дозирующих систем

Для обеспечения точного дозирования, независимо от конструкции дозаторов, весы должны соответствовать четырем основным метрологическим характеристикам: устойчивость, верность, чувствительность, постоянство показаний.

Устойчивость — это способность дозирующего оборудования, выведенного из состояния равновесия, возвращаться в состояние равновесия. Устойчивые весы обеспечивают быстроту дозирования по массе. Необходимая устойчивость весов обеспечена техническими характеристиками дозирующего оборудования.

Верность- способность дозирующего оборудования показывать правильное соотношение между массой взвешиваемого компонента и массой эталонного образца.

Постоянство показаний — это способность показывать одинаковые результаты при многократных определениях массы дозируемых компонентов в одних и тех же условиях. Постоянство показаний нарушается при увеличении трения в подвижных контактах при непараллельности граней механического оборудования. Причиной непостоянства показаний (при отсутствии заводской неисправности) является неаккуратное обращение с весами, несоблюдение правил дозирования. Для проверки постоянства показаний взвешивают последовательно один и тот же дозируемый компонент пять раз. Определяют среднее значение, минимальное и максимальное. Вычисляют разницу между максимальным результатом и средним результатом. Эта разница не должна превышать допустимую погрешность для взвешивания данной массы на весах данного типоразмера.

Чувствительность — способность дозирующего оборудования реагировать на минимальную разницу в массе груза и разновеса, лежащих на чашках весов. Величина допустимой погрешности различна в зависимости от типа весов и состояния их нагрузки. По мере увеличения нагрузки весов возрастает значение абсолютной погрешности (чувствительность весов снижается). Поэтому ориентиром правильности выбранных весов может служить величина относительной ошибки взвешивания.

Абсолютная чувствительность — масса дозируемого компонента, выводящая дозирующее оборудование из равновесия. Относительная чувствительность (точность дозирования) определяется отношением перегруза, вызвавшего стандартное отклонение, к грузу, массу которого определяют, выраженным в процентах.

Проверку чувствительности проводят для весов в трех диапазонах взвешивания:

• для ненагруженных весов;
• с грузом, соответствующим 1/10 максимальной нагрузки;
• с грузом, соответствующим предельной нагрузке.

Дозирующее оборудование считается чувствительными, если при нахождении весов в состоянии равновесия при нагрузках, равных максимальной и 1/10 максимальной, а также при ненагруженных весах, груз, соответствующий величине допустимой погрешности, выведет весы из состояния равновесия. Допустимая погрешность — это абсолютная погрешность, которая определяется конструкцией дозирующего оборудования и зависит от нагрузки. Допустимая погрешность — наибольшая (без учета знака) погрешность весов, при которой они могут быть признаны годными и допущенными к применению.

Относительная погрешность — отношение абсолютной погрешности к массе взвешиваемого груза в процентах. ГОСТом для каждого вида весового оборудования установлены значения допустимой (абсолютной) погрешности, которые указаны в технических паспортах весов.

Дозирование по объему

В промышленной практике наряду с дозированием по массе широко при-
меняют дозирование по объему. Дозирование по объему — технологическая операция, заключающаяся в отмеривании определенного объема жидкости или сыпучего продукта при соблюдении заданной точности.

Дозирование по объему является менее точным способом по сравнению с дозированием по массе. На точность дозирования влияет ряд объективных и субъективных факторов:

• температура дозируемой жидкости и окружающей среды при калибровке прибора и при дозировании;
• свойства жидкости (вязкость, поверхностное натяжение, плотность);
• диаметр и чистота измерительного прибора;
• время и скорость вытекания жидкости.

Для дозирования жидкостей могут использоваться различные дозаторы. Дозирующие установки предназначены для объемного дозирования жидкостей. Питающий сосуд имеет крышку, позволяющую подавать в него жидкость под вакуумом и дозировать ее с повышенной точностью при постоянной скорости истечения. Дозатор обеспечивает автоматическую отсечку требуемой дозы посредством регулируемой по высоте воздушной трубки с поплавковым клапаном. В настоящее время в нашей стране и за рубежом выпускают дозаторы жидкостей нового поколения из бесцветного или светозащитного стекла с визуальным и автоматическим (в том числе и электронным) контролем, с предохранительными клапанами и другими современными устройствами и приспособлениями.