1.5.Общие рекомендации по выбору и применению измерительных преобразователей давления

1. Выбор первичных (измерительных преобразователей давления или цифровых манометров с унифицирован­ным электрическим сигналом) средств измерения давления и вторичных средств АСУ ТП или АСКУЭ предпри­ятия должен производиться не случай­ным, фрагментарным, а системным образом в рамках единого и полного проекта, учитывающего как существу­ющее, ранее смонтированное оборудо­вание, так и установку нового.

2. Выбор первичных средств измере­ния давления должен осуществляться в зависимости от их применения для коммерческого или технического учета энергоносителей, а также от их исполь­зования для измерения давления в рас­четных или технологических целях. В случае коммерческого учета следует выбирать приборы более высокого класса по точности, надежности и ста­бильности, чем в случае технического и тем более технологического контро­ля.

3. Выбор или модернизация первич­ных средств измерения давления дол­жен обязательно выполняться с учетом их совместимости (информационной, электрической, сетевой) с устройства­ми среднего уровня АСУ ТП или АСКУЭ (контроллерами, многофунк­циональными преобразователями).

4. Выбор первичных средств измере­ния давления должен производиться с учетом соответствия их характеристик конкретным задачам, условиям и осо­бенностям эксплуатации (вид среды, предполагаемый диапазон давления и температуры, требуемая точность, на­личие дестабилизирующих факторов, необходимый тип выходного сигнала и т.п.). Следует особое внимание уделять анализу характеристик надёжности и помнить, что самый дорогой путь – это выбор устройства по минимальной стоимости.

5. Монтаж первичных средств изме­рения давления должен производиться с учетом всех дестабилизирующих фак­торов и с использованием, если необ­ходимо, дополнительных средств: вен­тильных блоков, разделителей мемб­ранных, сосудов уравнительных, со­единительных трубок и т.д.

2. Практическая часть Цель экспериментальных исследований:

1. Определение характеристик тензорезистивного датчика низких давлений (ДНД);

2. Приобретение практических навыков в проведении экспериментальных исследований, а также в обработке, оформлении и анализе их результатов.

Задание на практическую часть:

1) Провести экспериментальные исследования по определению выходной характеристики ДНД (в статической постановке, т.е. при многократных измерениях);

2) Оформить таблицы результатов экспериментов;

3) Провести статистическую обработку результатов экспериментов, определить значения случайных составляющих погрешностей ДНД (математическое ожидание и дисперсию результатов измерений);

4) Построить графики зависимостей:

- выходной (статической) характеристики ДНД по данным эксперимента, по результатам математической обработки;

- погрешностей измерения (разность между экспериментальными данными и расчетной характеристикой М[U]=f(Δp));

- графики выходной характеристики представить на объединенном рисунке с графиком относительной погрешности.

Описание экспериментальной установки:

Стенд для изучения тензорезистивных датчиков низких давлений представлен на рис.2.1.

Рис. 2.1. Функциональная схема для экспериментальных исследований

тензорезистивных датчиков давления, где ТНДД – тензорезистивный датчик низких перепадов давлений

I – элементы и устройства задачи измеряемой величины (перепад давления). Это насос (п.1) и задатчик перепада давления (трубка Флейша) (п.2);

II – приборы воспроизведения и регистрации измеряемой величины (Δр);

III – объект исследования тензорезистивный ДНД.

Программа и методика проведения эксперимента:

1.Произвести внешний осмотр стенда и убедиться в соответствии его внешнего вида описанию в методических указаниях, а также проверить герметизацию пневмоканалов сообщающихся с ДНД и микроманометром;

2. Произвести снятие характеристики U_Δp= f(Δp), для этого :

2.1. Подключить к трубке Флейша (п.2 рис 2.1.) тензодатчик низких давлений (п.5) и микроманометр (п.3) при помощи тройника;

2.2. Плавно изменяя перепад давления на трубке Флейша (п.2) по показаниям на микроманометре (п.3), снять 9-10 точек во всем диапазоне перепада давления (измерения повторить 5 раз в прямом и обратном направлении);

2.3. Данные эксперимента занести в табл.1;

2.4. Вычислить математическое ожидание и дисперсию;

2.5. Построить график зависимости U_p=f(p) по средним значениям.

3. Сделать вывод о стабильности и линейности характеристики тензодатчика низких давлений с целью определения предпочтительного диапазона измерения при предельных погрешностях.

Результаты эксперимента при исследовании трубке Флейша

Таблица №1.

	Число изм.		№ тарируемой точки выходной величины
			1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Измеряемые величины	Δp, мм сп.ст.		140	125	110	95	80	65	50	35	20	5
	Δp, Па		420	375	330	285	240	195	150	105	60	25
Выходные величины	I	Up, B	7,5	6,23	5,16	4,1	2,34	1,83	0,86	-0,15	-0,44	-0,5
	II	Up, B	7,5	6,37	5,35	4,25	3,13	2,07	0,94	-0,15	-0,5	-0,54
	III	Up, B	7,43	6,28	5,20	4,02	3,02	1,87	0,85	-0,15	-0,49	-0,54
	IV	Up, B	7,43	6,28	5,31	4,22	3,10	2,08	0,8	-0,23	-0,52	-0,55
	V	Up, B	7,40	6,30	5,30	4,15	3,09	2,06	0,27	-0,18	-0,53	-0,55
Расчетные величины	М[U], В		6	6,02	5,2	4,14	2,9	1,9	0,7	-0,17	-0,49	-0,5
	D2, В2		0	0,0104	0,013	0,017	0,018	0,145	0,012	-0,011	-0,010	-0,013

Для трубки Флейша к=0.3

Обработка результатов эксперимента по приемникам потока

1) Вычисление математического ожидания и дисперсии для экспериментальных данных по трубке Флейша по формулам 2.1 и 2.2 соответственно.

	(2.1)
	(2.2)

2) Вычисление коэффициентов математической модели.

Определение коэффициентов a и b по формулам 2.3, 2.4 соответственно.

	(2.3)
	(2.4)

Получаем следующую линейную зависимость: U=0,023 Δp + 1,76.

Результаты обработки:

Δp,Па	420	375	330	285	240	195	150	105	60	25
Uтеор, В	4,98	4,63	4,29	3,94	3,63	3,25	2,91	2,5	2,22	1,87
Uэксп,В	6	6,02	5,2	4,14	2,9	1,9	0,7	-0,17	-0,49	-0,5
	-0,2	-0,3	-0,2	-0,05	0,2	0,4	0,75	1	1,2	1,26
	0,042	0,048	0,047	0,043	0,03	0,02	0,014	-0,0048	-0,22	-0,1

Таблица №2

3. Построение графика относительной погрешности исследуемого тензодатчика низких давлений δ=f(Δp):

Рис 1. График относительной погрешности исследуемого тензодатчика низких давлений δ=f(Δp)

4 Построение графика чувствительности для исследуемого тензодатчика низких давлений S= f (Δp):

Рис.2 График чувствительности для исследуемого тензодатчика низких давлений

S= f (Δp)

5. Построение функции преобразования U=f(Δp)

Рис.3 График функции преобразования U=f(Δp)

Выводы:

1. В ходе проделанного эксперимента лабораторной работы на тему исследования тензорезистивного датчика низких давлений были сняты характеристики тензорезистивного датчика низких давлений. ( табл.№1)

2. Проанализировав полученные экспериментальные данные определили математическое ожидание и дисперсию для трубки, Флейша, в диапазоне измерения Δp=(25-420)Па.

3. По полученным экспериментальным данным построили функции преобразования U=f(Δp) (рис.3) для трубки Флейша в диапазоне измерения Δp=(25-420)Па. По функциям преобразования, построенной экспериментально видно, что зависимости почти линейны.

4. Обработав данные опыта (табл. №1) в диапазоне измерения Δp=(25-420)Па методом наименьших квадратов, получили математическую модель следующего вида:

Для трубки Флейша: U=0,023 Δp + 1,76.

5. По полученным данным построили функции преобразования U=f(Δp) (рис.3) для трубки Флейша в диапазоне измерения Δp=(25-420)Па методом наименьших квадратов.

6. Нашли максимальные относительные погрешности для напряжения U по трубке Флейша, равную 0,08% в диапазоне измерения Δp=(25-420)Па и построили график зависимости. (рис.2.3)

7. Определили максимальную чувствительность для эксперимента Smax=0,048 В/Па в диапазоне измерения Δp=(25-420)Па и построли график зависимости S= f(Δp). (рис.2)

G_m

Δр, Па