Технические измерения и приборы

Перечисленные системы передачи  информации получают  название в соответствии с типом преобразователя. Первичные измерительные преобразователи (ПИП) систем передачи информации ГСП обычно построены на блочно–модульном принципе, что позволяет большое число технологических параметров легко и с достаточной  точностью преобразовать  в усилие или линейное (угловое) перемещение. Преобразование усилия в унифицированный  пневматический  или электрический сигнал осуществляется, как правило, промежуточными преобразователями, работа которых основана на принципе компенсации сил. Широко распространены преобразователи типа “сила-давления” (пневмосиловые) и “сила-ток” (электросиловые), а также “перемещение-ток» (магнитомодуляционные с компенсацией магнитных потоков).

ПИП в ГСП конструктивно  выполняются в виде блока, включающего чувствительный элемент, к которому непосредственно подводится измеряемый технологический параметр и один из вышеуказанных промежуточных преобразователей.

4.1 Пневматическая система передачи измерительной информации

Основным элементом  в пневматических преобразователях является преобразователь “сопло-заслонка”. Передача информации  в пневматических системах осуществляется посредством пластмассовой или металлической  трубки с внутренним диаметром  4–10 мм на расстоянии    до 300 мм, а при использовании специального усилителя мощности  – до 600м. С увеличением расстояния точность  системы передачи  измерительной информации уменьшается.

 

 

Рисунок 5–  Принципиальная схема пневматической системы передачи информации

 

На схеме (рисунок 5) ПИП I и приемник информации  IV соединены между собой каналом связи. ПИП получает информацию  от объекта и осуществляет преобразование измеряемого параметра в унифицированный сигнал (пневматический) Рвых. ПИП состоит из чувствительного элемента II и преобразователя “сила-давление III. Преобразователь III включает в себя  корректор нуля - пружину 1; рычаг 2; сильфон обратной связи 3; пневмосопротивление – преобразователь “сопло-заслонка”  4; пневматический усилитель  мощности 7. Преобразователь ‘‘сопло-заслонка” является индикатором перемещения рычага 2. Питание сопла осуществляется через усилитель 7 из линии выходного сигнала через  постоянное пневмосопротивление11. Потому давление в камере Б всегда меньше, чем в камерах А и В на одно и то же значение, которое определяется натяжением пружин 9.

 При отклонении  измеряемого параметра от заданного  значения изменяется сила Rx,  что   приводит к перемещению рычага 2 относительно точки опоры 0. Одновременно с рычагом перемещается  и укрепленная на нем заслонка   5 относительно сопла 6 .Зазор   между  соплом и заслонкой изменяется  и становится равным  h₁(рисунок 6) , а рычаг 1 занимает положение, которому  соответствует новое значение давления на выходе сопла. 

Сигнал давления после усиления подается в сильфон отрицательной обратной связи и в канал связи к приемнику  информации  IV  .Под действием измененного давления сильфон3. начинает деформироваться и под действием усилия Roc отодвигается заслонка от сопла. Изменение Рвых происходит  до тех пор, пока не наступает равновесие системы. Рычаг 1 при этом занимает положение, при котором расстояние между соплом и заслонкой станет равным h₂, которое меньше  расстояния h на Δh. В новом состоянии равновесия положение рычага уже отличается от начального, но перемещения рычага, определяющие ход заслонки, очень малы. Ход заслонки относительно сопла составляет 0,01 – 0,02мм. Сопло представляет собой тонкостенную   трубку, ограниченную двумя дросселями  d₁ и d₂ с диаметрами соответственно 0,2 и 0,4 мм. Дроссель d₁    имеет постоянное сечение, а d₂ – ”переменное”, так как его проходное сечение зависит  от положения  заслонки  относительно сопла. В линии сопла давление воздуха  0,14МПа. Дроссель постоянного сечения обеспечивает  постоянный приток воздуха в линию сопла  и перепад давления на нем остается постоянным всегда (4000–6500Па), что увеличивает крутизну статической характеристики  преобразователя “сопло–заслонка” (рисунок 7).

Рисунок 6– Принципиальная схема преобразователя «сопло-заслонка»

 

 

Рисунок 7– Статическая характеристика преобразователя «сопло-заслонка»

 

      Диаметры  дросселей очень малы и это  устраняет влияние струи воздуха  на положение заслонки (реактивное  действие). Диаметры дросселей различны для повышения чувствительности преобразователя. Статическая характеристика преобразователя “сопло-заслонка” имеет нелинейный вид (рисунок 7). Для ее линеаризации ограничивается ход заслонки с помощью узла отрицательной обратной связи. Уравнение статической характеристики преобразователь  “сила-давление” может быть  получено из следующего выражения (равновесие рычага 2):

                                R_x × ℓ₁ = R_ос × ℓ₂                                                      (4.1)

где  R_x – усилие, развиваемое чувствительным элементом;

       R_ос– усилие, развиваемое сильфоном обратной связи;  

       ℓ₁ и ℓ₂ – плечи рычага 2.

                               R_ос = F_эф × Р_вых                                                     (4.2)

 тогда:                       

                             Р_вых =                                                         (4.3)

 

где  F_эф – эффективная площадь сильфона  обратной связи.

При  R_x = 0 корректором нуля 1 проводится настройка нулевого сигнала преобразователя. Тогда:

                               P_вых =                                             (4.4)

4.2 МСП ПВ 10

 

 

1. Текущее значение параметра;
2. Заданное значение параметра;
3. Выходное значение от прибора на исполнительном механизме;

РЗ – ручной задатчик;

Р – ручной режим работы;

А – автоматический режим работы;

АП – автоматически - программный режим работы.

Станция управления предназначена  для обеспечения работы контура  регулирования в трех режимах: ручном, автоматическом, автоматически - программном.

В ручном режиме выходной сигнал от вторичного прибора задается задатчиком, а при автоматическом и автоматически - программном выходной сигнал формируется автоматическим регулятором.

Z

 

 

 ИУ

 

 

 

 

 

 

 

                                    в автоматическом режиме от  регулятора

 

Рисунок 8– Одноконтурная система автоматического регулирования в ручном режиме

 

ПЗ– программный задатчик в автоматически - программном режиме.

При работе в автоматическом режиме сигнал задания устанавливается для регулятора ручным задатчиком прибора ПВ-10, в программном режиме – программным задатчиком.

На станции управления одновременно могут быть включены только 2 кнопки, одна из кнопок – РА ли РП и одна из кнопок ВКЛ или ОТКЛ.

В ручном режиме нажаты кнопки Р и ОТКЛ.

В автоматическом режиме – кнопки А и ВКЛ.

В автоматически - программном режиме – кнопки АП и ВКЛ.

При переходе из одного режима в другой необходимо соблюдать определенную последовательность переключения кнопок, чтобы предотвратить резкий толчок воздуха в линии исполнительного механизма.

В ручном режиме HP соединяется с исполнительным механизмом.

Переход из ручного режима в автоматический.

1. Нажимается кнопка А; при этом задатчик отключается от исполнительного механизма
2. Рукояткой HP устанавливаем давление задания (на средней шкале) равное текущему положению значения измеряемого параметра;
3. Нажимается кнопка ВКЛ, при этом выход регулятора соединяется с исполнительным механизмом и его шкалой на приборе (правая шкала); Задание от PЗ поступает на регулятор и на шкалу задания прибора ПВ-10 (средняя шкала).

Переход из автоматического  режима в программный.

1. Нажимается кнопка ОТКЛ; при этом регулятор отключается;
2. Нажимается кнопка АП, по шкале задания вторичного прибора (средняя шкала) наблюдаем показания программного задатчика и в момент, когда давление программы сравняется с давлением от PЗ нажимаем кнопку ВКЛ;

РЗ отключен от регулятора и от шкалы прибора, регулятор управляет исполнительным устройством по программе от программного задатчика.

Переход из программного режима в автоматический.

1. Нажимается кнопка ОТКЛ; при этом регулятор отключается;
2. Нажимается кнопка А;
3. РЗ устанавливается давление равное давлению на программном задатчике в момент его отключения;
4. Нажимается кнопка ВКЛ, регулятор включается, и контур работает в автоматическом режиме.

Переход из автоматического  режима в ручной.

1. Нажимается кнопка ОТКЛ; при этом регулятор и ручной задатчик отключается от исполнительного механизма;
2. По шкале задания (по средней шкале) PЗ устанавливаем давление равное давлению на шкале клапана;
3. Нажимается кнопка Р, при этом задатчик соединяется с исполнительным механизмом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

В настоящем время  в нашей стране допускается применение двух температурных шкал: абсолютной термодинамической и международной практической.

Температура по обеим  шкалам может быть выражена в единицах Кельвина (К)  и в градусах Цельсия (⁰С) в зависимости от положения нуля по шкале.

Температуру измеряют двумя основными способами – контактным и бесконтактным.

Контактный способ измерения  основан на прямом контакте термометра с контролируемым объектом. При измерении температуры этим способом добиваются состояния теплового равновесия термометра и объекта. Этот способ широко применяется, так как  обеспечивается высокая точность и надежность измерений, возможность передачи показаний на расстоянии и так далее.

Недостатки: искажение  поля объекта, не всегда возможно осуществить контакт среды и термометра и тому подобное.

Бесконтактный метод  основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой лучеиспусканием от объекта и воспринимаемой на расстоянии термометром – приемником (пирометром). Они основаны на восприятии изменения интенсивности излучения нагретых тел.

К пирометрам излучения  относятся пирометры частичного излучения (оптические), предназначенные  для измерения температуры от 400 ºС до 5000 ºС.

Пирометры полного излучения  с пределами от 100 ºС до 2500 ºС и  пирометры спектрального излучения (цветовые) с диапазоном от 500 ºС до 2800 ºС.

При изменении температуры  пирометрами частичного и полного  излучения необходимо вводить поправку на степень черноты тела, температура которого измеряется.

Пирометры излучения  применяются для измерения температуры  тел, нагретых до видимого свечения.

Приборы контактные в  промышленности применяются наиболее широко: в зависимости от физических свойств, на которых основано действие контрольных приборов различных термометров расширения, манометрических, механических, термоэлектрических преобразователей, термопреобразователей сопротивления.

5.1 Термометры расширения

Их действие основано на изменении объема жидкости в жидкостных термометрах или на изменении линейных размеров твердых тел деформационных термометров при изменении температуры.

Жидкостные стеклянные термометры имеют различные коэффициенты теплового расширения термоме6трического вещества (ртуть, спирт) и оболочки (из термометрического стекла, кварца) в которой находится это вещество.

Жидкостные термометры используются в промышленности и в лабораторных исследованиях при измерении температур в диапазоне от -200 ºС до +600 ºС с высокой точностью. Класс точности может составлять 0,01.

Достоинства: простота, высокая  точность измерения.

Недостатки: невозможность  регистрации и передачи показаний на расстояния; значительная тепловая инерция; невозможность ремонта.

В деформационных термометрах чувствительные элементы выполнены из твердых тел с различными коэффициентами линейного расширения.

К деформационным термометрам  относятся дилатометрические и биметаллические термометры.

 

Рисунок 9– Дилатометрический термометр

 

Дилатометрический термометр состоит из трубки 2, закрытой с одного конца и изготовленная из материала с большим коэффициентом линейного расширения (латунь, алюминий, медь) и стержня 1, изготовленного из материала с малым коэффициентом линейного расширения (кварц, фарфор, инвар). Стержень 1 вставлен в трубку 2 и прижимается к ее дну пружиной 4 через рычаг 3. Трубка со  стержнем помещается в среду, температуру которой измеряют. При изменении температуры среды линейные изменения трубки и стержня будут различными. При увеличении температуры трубка удлинится, а стержень практически не изменит своих размеров, при этом стержень перемещается относительно трубки и рычаг 3 со стрелкой поворачивается.