6 Выбор и описание технических и метрологческих характеристик структурных элементов измерительного комплекса, их функциональное назначение

6.1 Сужающие устройство (cтандартная диафрагма)

Стандартные диафрагмы могут применяться без индивидуальной градуировки на трубопроводах диаметром не менее 50 мм при модулях диафрагмы в пределах m = 0,05  0,7.

Диафрагмы изготавливаются из стали 12Х18Н10Т, 12Х17 и из стали 20. Из этих же сталей изготавливаются корпуса камер.

- длина прямого участка трубопровода до СУ 10160 мм;

- длины прямого участка трубопровода после СУ 2880 мм;

- модуль m=0,188.

6.2 Дифференциальный манометр

Для измерения давления широко применяются приборы на основе полупроводниковых преобразователей "Сапфир-22", в которых для преобразования измеряемого давления в электрический сигнал используется сапфировая мембрана с напыленными на нее кремниевыми резисторами. В данном КП используется Сапфир-22М-ДД модели 2450 – разности двух давлений (Приложение Б).

Преобразователи предназначены для работы со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления, работающими от стандартного нормированного выходного сигнала 0-5 или 0-20 или 4-20 мА постоянного тока.

Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного устройства.

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

Технические характеристики:

-выходной сигнал: 4-20мА;

-электрическое питание от 15 до 42;

-нагрузочное сопротивление датчиков при напряжении питания 36 В не более 1,0 кОм ;

-потребляемая мощность, не более 0,8 ВА;

-материал – углеродистая сталь с покрытием;

-масса – не более 6 кг;

-межповерочный интервал – 3 года;

-гарантийные обязательства:

* гарантийный срок хранения 6 месяцев со дня реализации;

* гарантийный срок эксплуатации 36 месяцев со дня ввода в эксплуатации.

Метрологические характеристики:

-верхний предел измерений (диапазон) – 0,4 МПа;

-предельно допускаемое рабочее избыточное давление – 16 МПа;

-предел допустимой основной погрешности – γ=±0,5%;

-зона нечувствительности не превышает 0,05%;

-статическая характеристика

,

где – расчетное значение выходного сигнала;

– значение измеряемого перепада давлений;

– верхний предел измерения давления;

– максимальное значение выходного сигнала;

– минимальное значение выходного сигнала.

6.3 Блок извлечения корня

Блок извлечения корня БИК предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами совместно с дифференциальными манометрами и обеспечивает питание датчика дифференциального давления и преобразование значения перепада давления, измеряемого дифманометром, в сигнал, пропорциональный расходу измеряемой среды. Работает от стандартного входного сигнала 0—5 мА или 4—20 мА постоянного тока.

В основе операции извлечения корня лежит принцип преобразования сигнала путем двойной модуляции (импульсной и амплитудной) с последующей фильтрацией импульсного сигнала активным фильтром.

БИК конструктивно состоит из корпуса, шасси и функциональных узлов. Функциональные узлы объединены в отдельные модули. Каждый модуль представляет собой плату, оканчивающуюся печатными ламелями, предназначенными для вставки в разъемы, расположенные на общей коммутационной плате.

Конструктивно узлы БИК-1 объединены в модули в виде элементов А1, А2, А3, А4:

- узел 5 входит в А3 представляющий модуль МНТ;

• узел 6 входит в А2 в виде модуля МПП;

• узлы 7,8,9 входят в А4 в виде модуля МПР,

где МИК - модуль извлечения корня;

МНТ - модуль напряжение-ток;

МПП - модуль питания преобразователя;

МПР - модуль питания кондуктивного разделителя.

Корпус прибора имеет крепления к щиту при монтаже на объектах.

На шасси одноканального БИК крепятся: общая коммутационная плата, планка с одним силовым трансформатором, кронштейн с двумя предохранителями, направляющие, предназначенные для установки плат модулей. Блок схема БИК приведена на рис. 5.3.1.

Рис. 5.3.1. Блок схема блока извлечения корня БИК:

1 - резистивный преобразователь; 2 - двухвходовый амплитудный модулятор;

3 - фильтр; 4 - широтно-импульсный модулятор; 5 - преобразователь напряжения в ток; 6 - стабилизатор напряжения; 7 - генератор; 8 - стабилизатор; 9 - выпрямитель

Технические характеристики:

-Входной сигнал, мА  0-5 ; 4-20  

-Выходной сигнал, мА  0-5; 0-20; 4-20

-Пределы допустимой основной приведенной погрешности, %  ±1; ±0,5; ±0,25

-Выходное стабилизированное напряжение постоянного тока источника питания,В 36

-Питание: 

-напряжение ,В 220,240

-частота ,Гц 50,60

Габаритные размеры вариантов исполнений, мм  80 х 160 х 358  

-Масса, кг   4,2

Питание блока осуществляется в зависимости от исполнения от сети переменного тока напряжением В или частотой 50±1 Гц.

Мощность, потребляемая блоком, не должна превышать 10…13 ВА, в зависимости от исполнений.

Выходное сопротивление блока для сигнала:- не более 200 Ом для сигнала 4…20 мА.

Выходная цепь блока обеспечивает формирование унифицированных сигналов постоянного тока 4…20 мА.

Блок обеспечивает работу с нагрузкой, имеющей активное сопротивление не более 1 кОм для сигналов 4…20 .

Напряжение холостого хода и ток короткого замыкания на искробезопасном входе блока не должны превышать соответственно 24 В и 120 мА.

Источники питания имеют защиту от короткого замыкания и перегрузок по каждому каналу:

- Ток срабатывания защиты - не более 60 мА;

- Ток короткого замыкания - не более 30 мА.

Предел основной погрешности, выраженный в процентах, от диапазона изменения выходного сигнала соответствует значениям, лежащих в пределах от 0,25 до 1,0 %.

Вероятность безотказной работы блока составляет не менее 0,98 за 2000 часов.

Средний срок службы 10 лет. Средняя наработка на отказ 100000 часов. Блок извлечения корня БИК обеспечивает формирование унифицированного выходного сигнала, связанного с входным сигналом зависимостью:

,

где: I_вых - выходной сигнал, мА;

I_вых.min - нижнее предельное значение выходного сигнала, мА;

ΔI_вых - диапазон изменения выходного сигнала, мА;

ΔI_вх - диапазон изменения входного сигнала, мА

I_вх - текущее значение входного сигнала, мА;

I_вх.min - нижнее предельное значение входного сигнала, мА.

Метрологические характеристики:

- пределы допустимой основной приведенной погрешности: ± 0,25 %; ± 1;

- вариация показаний не превышает ±0,2%;

- входное сопротивление не более 200 Ом для сигналов 4-20мА;

- емкость 0,6мкФ;

- пульсация выходного согнала постоянного тока не более ±0,6%;

- пульсация выходного сигнала напряжения не более ±0,2%.

6.4 КСУ

ВП предназначены для измерения и регистрации силы и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, переобразованных в электрические сигналы силы и напряжения постоянного тока или в активное сопротивление.

Для данной работы, по принципу действия был выбран прибор КСУ − ВП компенсирующий самопишущий для унифицированных сигналов.

Потенциометры КСУ для измерения силы и напряжения постоянного тока.

Принцип работы КСУ:

Для измерения непрерывных электрических сигналов постоянного тока 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА, и 0-10 В используется измерительная схема потенциометра для измерения напряжения постоянного тока.

Для измерения силы тока на вход потенциометра включено сопротивление R14. Ток от датчика непрерывных электрических сигналов, протекая по сопротивлению R14, создает падение напряжения, которое сравнивается с падением напряжения на реохорде.

Для измерения непрерывного электрического сигнала постоянного тока 0-10 В на входе прибора устанавливается делитель напряжения R15, R16 таким образом, чтобы на прибор подавалось напряжение 100 мВ.

Технические характеристики:

По количеству контролируемых каналов приборы изготовляются одноканальные.

Показания приборов отсчитываются по шкале при помощи указателя и записываются на диаграммной ленте.

Номинальное сопротивление при 0^оС – 10 Ом.

Метрологические характеристики:

Быстродействие не превышает 2,5 – 10 с.

Пределы измерения 0–5 мА. Цена деления – 0,05 мА.

Входное сопротивление не более 3 Ом.

Пределы допускаемой основной погрешности приборов, выраженный в процентах от нормирующего значения, равен:

± 0,5 – по показаниям;

± 1,0 – по регистрации показаний;

± 1,5 – по сигнализации;

± 1,0 – по передаче показаний.

Предел допускаемого значения вариации приборов, выраженный в процентах от нормирующего значения, не превышает половины абсолютного значения предела допускаемой основной погрешности по показаниям.

6.5 КСП

КСП- компенсирующий самопишущий с потенциометрической схемой. Автоматический электронный потенциометр применяется для измерения, записи, сигнализации и автоматического регулирования температуры.

Автоматические электронные потенциометры бывают следующих типов:

КСП1 – показывающие, с записью на прямоугольной диаграмме, одноточечные и многоточечные (ширина диаграммы 100 мм; размеры корпуса: высота 200 мм; ширина 160 мм; глубина 500 мм; масса 12,5 кг, потребляемая мощность 16 Вт);

КСП2 – показывающие, с записью на прямоугольной диаграмме, одноточечные и многоточечные (ширина диаграммы 160 мм; размеры корпуса: высота 320 мм; ширина 240 мм; глубина 492 мм; масса 20 кг, потребляемая мощность 30 Вт);

КСП3 - показывающие, с записью на дисковой диаграмме, диаметром 250 мм в полярных координатах, одноточечные (размеры корпуса: высота 320 мм; ширина 320 мм; глубина 395 мм; масса 16 кг, потребляемая мощность 35 Вт);

КСП4 – показывающие, с записью на прямоугольной складывающейся диаграмме шириной 250 мм, одноточечные и многоточечные (размеры корпуса: высота 400 мм; ширина 400 мм; глубина 377 мм; масса 24 кг, потребляемая мощность 28 – 30 Вт);

Рис.6.1- Принципиальная схема автоматического потенциометра типа КСП

В измерительную схему включены реохорды R_р, сравнительный резистор R_с и переменный резистор R_рт для регулировки рабочего тока.

Кроме того в измерительную схему дополнительно включены следующие резисторы R_ш - шунтирующий резистор, ограничивающий ток через реохорд; R_н и R_к - резисторы, определяющие начальное и конечное значения шкалы (диапазон измерений); r_н и r_к- выполнены в виде спиралей для подгонки резисторов R_н и R_к; R_м - медный резистор для автоматической компенсации влияния температуры свободных концов термометра.

Он расположен рядом со свободными концами термометра (удлиняющих проводов) на зажимах потенциометра; R_а - балластный резистор, ограничивающий ток в измерительной схеме; R_т - балластный резистор, ограничивающий ток в цепи источника питания.

В качестве нулевого индикатора служит электронный усилитель постоянного тока ЭУ, включенный в диагональ "ав" измерительной схемы, к выходу которого подключен асинхронный реверсивный микродвигатель РД.

Питание схемы производится от источника стабилизированного питания постоянного тока ИПС или другого стабилизированного источника, включенного в диагональ "сd".

Диаграммная лента движется от синхронного микродвигателя СД. Работа прибора осуществляется следующим образом. При изменении температуры t от термометра на вход усилителя подается напряжение, вызванное разбалансом измерительной схемы. Это напряжение в усилителе преобразуется в напряжение переменного тока, усиливается и подается на реверсивный двигатель, который перемещает движок реохорда, а вместе с ним указательную стрелку, пока не наступит новое состояние равновесия измерительной схемы прибора. Шкала потенциометра отградуирована в градусах Цельсия.