Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермский государственный технический университет»

Кафедра «Автоматизация технологических процессов и производств»

Исследование работы коммуникатора матран-650 в комплекте с интеллектуальным датчиком давления метран-100

Методические указания к лабораторной работе

Издательство

Пермского государственного технического университета

2010

Составитель д-р техн. Наук, проф. М.К. Хубеев, Сташков с.И., Орехов м.С.

УДК 621.5

А

Рецензент

канд. техн. наук, проф. каф. АТП Б.Г. Стафейчук

(Пермский государственный технический университет)

Исследование работы коммуникатора матран-650 в комплекте с интеллектуальным датчиком давлени метран-100:

А

метод. указания к лаб. занятиям / cост. М.К. Хубеев, С.И. Сташков, М.С. Орехов. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. – 20 с.

Приведен материал, необходимый для выполнения лабораторных работ по дисциплинам «Технологические измерения и приборы» и «Системы управления химико-технологическими процессами». Содержание методических указаний соответствует требованиям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Автоматизация технологических процессов», «Компьютерные системы управления качеством», «Технология неорганических веществ», «Химическая технология топлива», «Химическая технология и биотехнология», «Машины и аппараты химических производств» очной и заочной форм обучения.

УДК 621.5

© ГОУ ВПО

«Пермский государственный

технический университет», 2010

Введение

В настоящем методическом указании к лабораторной работе рассмотрены устройство и принцип работы датчика давления Метран-100 и коммуникатора Метран-650. Изложены практические рекомендации по конфигурированию, калибровке и наладке датчика разности давлений Метран-100-ДД модели 1422 при помощи коммуникатора Метран-650.

1. Теоретические сведения

1.1. Датчик давления Метран-100

1.1.1. Общие данные

Датчик Метран-100 (в дальнейшем датчик), представленный на рис. 1, предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин – давления избыточного, абсолютного, разряжения, давления-разряжения, разности давлений (Метран-100-ДД модель 1422), гидростатического давления нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи, цифровой сигнал на базе интерфейса RS-485 с протоколом обмена ICP или Modbus.

Рис. 1. Датчик давления Метран-100

Датчик предназначен для работы со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления, воспринимающими стандартные сигналы постоянного тока 0-5 или 0-20 или 4-20 мА, цифрового сигнала на базе HART-протокола и цифрового сигнала на базе интерфейса RS-485 с протоколом обмена ICP или Modbus.

Датчик с HART-протоколом может передавать информацию об измеряемой величине в цифровом виде по двухпроводной линии связи вместе с сигналом постоянного тока 4-20 мА. Таким образом, по двухпроводной связи передается два типа сигналов – аналоговый сигнал 4-20 мА и цифровой сигнал на базе протокола HART, который накладывается на аналоговый выход сигнала датчика, не оказывая на него влияния. Этот цифровой сигнал может приниматься и обрабатываться любым устройством, поддерживающим протокол HART. Цифровой выход используется для связи датчика с портативным ручным HART-коммуникатором или с персональным компьютером через стандартный последовательный порт и дополнительный HART-модем. Может выполняться настройка датчика, выбор его основных параметров, перестройка диапазонов измерений, корректировка «нуля» и ряд других операций. HART-протокол допускает в системе наличие двух управляющих устройств: системы управления и ручного коммуникатора. Эти два управляющих устройства имеют разные адреса и, следовательно, Метран-100 может распознать и выполнить команды каждого из них.

Датчики Метран-100 имеют линейно-возрастающую или линейно-убывающую зависимость аналогового выходного сигнала от входной измеряемой величины (давления).

Датчики разности давлений Метран-100-ДД, предназначенные для измерения расхода жидкости, газа или пара по величине переменного перепада давления на сужающем устройстве трубопровода, могут иметь зависимость аналогового выходного сигнала, пропорциональную квадратному корню из значений входной измеряемой величины – перепада давления.

Номинальная статическая характеристика датчика с линейно-возрастающей зависимостью аналогового выходного сигнала от входной измеряемой величины соответствует виду

где I – текущее значение сигнала;

Р – значение измеряемой величины (разность давлений);

Iв, Iн – соответственно верхнее и нижнее предельные значения выходного сигнала, равные

Iн = 4мА, Iв = 20мА – для датчиков с выходным сигналом 4-20мА;

Iн = 0, Iв = 5мА – для датчиков с выходным сигналом 0-5мА;

Iн = 0, Iв = 20мА – для датчиков с выходным сигналом 0-20мА;

Рв, Рн – соответственно верхний и нижний предел измерений.

Номинальная статическая характеристика датчика с линейно-убывающей зависимостью аналогового выходного сигнала от входной измеряемой величины соответствует виду

Номинальная статическая характеристика датчика с функцией преобразования входной измеряемой величины по закону квадратного корня соответствует виду

где ΔР – входная измеряемая величина – перепад давления.

На начальном участке характеристики при значениях давления от Рв представлена кусочно-линейная зависимость в соответствии с рис. 2.

Рис. 2. Функция преобразования входной величины по закону квадратного корня

1.1.2. Устройство и работа датчика

Датчик состоит из преобразователя давления (в дальнейшем – сенсорный блок) и электронного преобразователя. Датчик имеет унифицированный электронный преобразователь.

Измеряемая входная величина подается в камеру сенсорного блока и преобразуется в деформацию чувствительного элемента (тензопреобразователя), вызывая при этом изменение электрического сопротивления его тензорезисторов. Электронный преобразователь датчика преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.

Конструкция датчика Метран-100-ДД модели 1422 представлена на рис. 3. Измерительная мембрана 1 приварена по наружному контуру к основанию датчика 2, на котором установлен тензопреобразователь 3, измерительная мембрана и тензопреобразователь защищены от контакта с рабочей средой при помощи двух разделительных мембран 4 и 5, межмембранные полости 6 и 7 заполнены кремнийорганической жидкостью. Наружные фланцы 8 и 9 образуют рабочие камеры датчика 10 и 11, герметизированные при помощи прокладок 12. Под воздействием разности давлений в рабочих камерах датчика происходит перемещение жесткого центра измерительной мембраны, которое передается через гибкую связь 13 к упругому элементу тензопреобразователя, вызывая изменение сопротивлений его тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается через гермоввод 14 по проводам 15 в электронный преобразователь 16.

Рис. 3. Устройство датчика Метран-100 модель 1422 1 – измерительная мембрана; 2 – основанию датчика; 3 – тензопреобразователь; 4, 5 – разделительные мембраны; 6, 7 – межмембранные полости; 8, 9 – наружные фланцы; 10, 11 – рабочие камеры датчика; 12 – прокладки; 13 – гибкая связь; 14 – гермоввод; 15 – провода; 16 – электронный преобразователь.

1.1.3. Вентильный блок

Вентильный блок на рис. 4 предназначен для подключения датчиков разности давления Метран-100-ДД к импульсным линиям и уравнивания давлений в измерительных камерах датчика для периодического контроля установки выходного сигнала, соответствующего нулевому значению измеряемого перепада давления.

Рис. 4. Вентильный блок БВН04

В конструкции вентильного блока предусмотрены два изолирующих вентиля, показанные на рис. 5; они обеспечивают отсечку каждой из двух импульсных линий в отдельности и уравнивающий вентиль для уравнивания давлений в измерительных камерах датчика.

Рис. 5. Схема подключения БВ к датчику разности давлений 1, 3, – изолирующие вентили; 2 – уравнивающий вентиль.