Цель работы

Ознакомиться с устройством и принципом действия грузопоршневых и пружинных приборов для измерения давления, датчика давления Метран-150 модели 150TG, а также методикой их поверки.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рисунок 1) представляет собой поверочный грузопоршневой манометр МП-60 (далее пресс), на котором установлены рабочий эталон манометра (образцовый манометр) и датчик давления Метран - 150 модели 150TG с цифровым индикатором (жидкокристаллическим дисплеем) для представления значений измеренного давления в цифровой форме в каких-либо единицах физической величины, например в МПа. Через HART-модем датчик давления подключен к компьютеру с установленной на нем программой HART-Master.

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки

Порядок выполнения работы

1 Ознакомиться с работой датчика давления Метран-150.

2 Ознакомиться с работой программы HART-Master.

3 Выполнить поверку датчика давления Метран-150 с помощью грузопоршневого манометра и рабочего эталона пружинных манометров.

4 Обработать результаты экспериментов и определить соответствие приведенной погрешности поверяемого датчика паспортной характеристике.

5 Построить градуировочную характеристику зависимости унифицированного токового сигнала I_вых от входного давления Р_вх.

6 Сделать выводы по работе.

Методические указания к выполнению работы

К пункту 2

Подключить датчик к HART-модему, а модем – к компьютеру. Убедиться в наличии согласующего сопротивления. Включить блок питания датчика в сеть.

Включить компьютер и открыть программу HART-Master. На мониторе появится главное окно программы (рисунок 2), в котором отображаются:

• заголовок программы (поз. 1), который содержит имя выбранного коммуникационного порта;

• меню программы (поз. 2), которое содержит команды настройки и управления программой;

• закладки (поз. 3), на которых пользователь может найти команды для управления подключенными устройствами.

1 — заголовок программы; 2 — меню программы; 3 — закладки; 4 — ответ датчика; 5 — строка состояния; 6 — статус датчика; 7, 8 — индикация состояния связи с устройством

Рисунок 2 – Главное окно программы

Поля 4 и 6 служат для индикации текущего состояния устройства.

Возможные состояния датчика (окно «Статус датчика», поз. 6):

• ОК;

• первичная переменная вне диапазона;

• аналоговый выход ограничен;

• аналоговый выход зафиксирован;

• доступен дополнительный статус (пользователь может посмотреть дополнительную диагностическую информацию);

• холодный старт (выполнена первая команда после включения датчика);

• конфигурация изменена (предыдущие команды изменили конфигурацию устройства);

• устройство неисправно.

В окне «Ответ датчика» (поз. 4) отображаются результаты выполнения команд (возможные варианты перечислены ниже):

• ошибок нет;

• неправильный выбор параметра;

• параметр слишком велик;

• параметр слишком мал;

• для выполнения команды не хватает данных;

• специфическая ошибка при выполнении команды;

• защита записи (устройство находится в режиме защиты записи);

• устройство занято (для выполнения команды устройству требуется дополнительное время);

• команда не реализована.

Состояние связи контролируется индикаторами (поз. 7, 8), которые отображают процесс передачи/приема команд.

Во время связи с устройством могут возникать ошибки передачи/приема информации (ошибки связи), которые отображаются с помощью появляющихся предупреждений:

• переполнение приёмного буфера (buffer overflow) (длина сообщения больше приемного буфера устройства);

• ошибка контрольной суммы (checksum error) (контрольная сумма не соответствует приемному сообщению);

• ошибка фрагментации (framing error) (при передаче были пропущены один или более START, PARITY, ЭТОРбиты);

• ошибка переполнения (overrun error) (необработанные байты сообщения были перезаписаны байтами нового сообщения);

• ошибка чётности (parity error) (байт четности не соответствует байту контрольной суммы).

Нажать закладку «Сеть». Программа переходит в режим «Работа с сетью HART–устройств».

При работе в двухпроводной системе связи с одним подчиненным устройством первичная переменная может быть считана как аналоговая величина или по цифровому каналу. Подчиненное устройство имеет фиксированный адрес опроса, равный нулю.

В двухпроводной системе связи два и более HART-устройства могут быть соединены вместе через один канал передачи. В такой системе каждое устройство должно иметь свой уникальный адрес. HART-протокол позволяет адресовать на одной паре проводов до 15 HART-устройств. Аналоговые сигналы в этом режиме использовать нельзя, поскольку они будут просто складываться друг с другом в общем контуре. В этом случае каждое устройство устанавливает свой аналоговый выход на фиксированный уровень токового сигнала 4 мА (только питание). Идентификация устройства в сети HART-устройств осуществляется по уникальному адресу опроса, который может принимать значения от 1 до 15. Присвоение ненулевого адреса опроса фиксирует выходной аналоговый сигнал на уровне 4 мА.

Работа с сетью HART-устройств осуществляется в главном окне программы, закладка «Сеть» (рисунок 3).

1 — список HART устройств в сети; 2 — команда «Опросить сеть»; 3 — команда «Присвоить адрес опроса»; 4 — идентификатор датчика, 5 — информация об устройстве

Рисунок 3 — Окно программы «Работа с сетью HART–устройств»

Основным элементом здесь является список HART-устройств (поз. 1). В нем отображаются найденные устройства (формат обозначения устройства показан на рисунке 4), и осуществляется выбор текущего устройства.

Также здесь отображается информация об устройстве (рисунок 3, поз. 5).

Рисунок 4 — Запись устройства в списке HART–устройств

Далее производится поиск устройств в сети с помощью команды «Опросить сеть» (рисунок 3, поз. 2), которая осуществляет последовательный опрос устройств, подключенных к сети, начиная с адреса опроса 0 и до 15. Найденные устройства отображаются в списке устройств (рисунок 3, поз. 1). При нахождении устройства по адресу опроса 0 программа прекращает опрос, т.к. нулевой адрес опроса подразумевает наличие только одного устройства в сети. Прервать процесс опроса можно в любой момент с помощью команды «Остановить».

Для выбора текущего устройства в списке подключенных устройств необходимо с помощью мыши или клавиатуры переместить указатель на нужное устройство. Программа автоматически считает идентификатор устройства, информацию об устройстве и запустит самотестирование устройства.

Информация о датчике отображается в главном окне программы, закладка «Информация о датчике» (рисунок 5).

Чтение переменных процесса происходит в этом же окне. Первичная переменная устройства представляет собой основную переменную прибора. Первичной переменной для датчика Метран-150 является давление.

Выбрать команду «Начать считывание» (рисунок 5, поз. 2). Программа начнет периодическое считывание текущего значения первичной переменной, процента от диапазона и токового выхода. Чтобы остановить периодическое считывание, выберите команду «Остановить». Для вывода величины в отдельном окне (как показано на рисунке 6) нажмите на кнопку (рисунок 5, поз. 1). Для возврата в обычный режим выберите команду «Выход».

Для чтения информации о текущем диапазоне измерений выберите команду «Прочитать» (рисунок 5, поз. 5). Программа отобразит значения верхнего и нижнего пределов измерений в текущих единицах измерения.

Вкладка «График» вкладки «Регистратор» содержит график переменных (рисунок 7).

График существует для визуального отображения информации. На графике отображается следующая информация:

• наименование текущего устройства (поз. 1), выбранного на вкладке «Выбор устройств»;

• список переменных, значения которых отображаются в виде графика (поз. 4);

• время измерения значений переменных в формате чч:мм (поз. 7);

• значение измеряемой величины (поз. 3) в текущих единицах измерения;

• график значений переменных, считанных с выбранного устройства (поз. 6).

1 — показать соответствующую величину в отдельном окне; 2 — начать/остановить периодическое считывание переменных процесса; 3 — график токового выхода; 4 — считать дополнительную информацию о датчике; 5 — считать информацию о текущем диапазоне измерений

Рисунок 5 — Окно программы «Информация о датчике»

Рисунок 6 – Окно программы «Текущее значение давления»

1 — наименование текущего устройства; 2 — область отображения графиков переменных; 3 — значение измеряемой переменной; 4 — список отображаемых переменных; 5 — меню списка возможных переменных, отображаемых на экране; 6 — график переменной; 7 — время измерения

Рисунок 7 – Окно программы «График измерительного процесса»

Для выбора переменных, которые будут отображаться в графике, необходимо выполнить следующие действия. Правой кнопкой мыши вызывают контекстное меню (рисунок 7, поз. 5), в котором отображается список возможных переменных. Наличие галочки около имени указывает на то, что переменная отображается в виде графика. Удалить/установить галочку можно с помощью клика мыши.

К пункту 3

При поверке датчика Метран-150 давление создается грузопоршневым манометром МП-60 (рисунок 8).

Закрыть вентиль 13 и открыть вентили 12, 14 и 15. После этого, вращая штурвал против часовой стрелки, заполнить полость манометра маслом. Затем закрыть вентиль 15 и, вращая штурвал по часовой стрелке, поднять давление в гидравлической линии.

Внимание! Недопустимо создавать давление в гидравлической линии более верхнего предела измерения рабочего эталона манометра!

1 – колонка; 2 – поршень; 3 – тарелка; 4 - конт­рольные грузы; 5 - горизонтальный канал; 6 и 7 – штуцеры; 8 - бачок с рабочей жидкостью; 9 - цилиндр; 10 – поршень; 11 - штурвал; 12 – 15 - вен­тили; 16 и 17 – образцовый и поверяемый манометры

Рисунок 8 – Схема грузопоршневого манометра

Если при ходе поршня до крайней точки давление поднялось недостаточно (это свидетельствует о наличии воздуха во внутренней полости чувствительных элементов приборов и в гидравлической линии), операции повторить.

Устанавливать вращением штурвала на рабочем эталоне манометра значения давления от 0 до максимального значения с постоянным шагом изменения (это значение и шаг задаются преподавателем). В каждой поверочной точке снять показания значения давления и унифицированного выходного токового сигнала поверяемого датчика (они отображаются на экране монитора) и занести данные в таблицу 1. После снятия данных на максимальном значении увеличить давление еще на шаг, выдержать в таком состоянии 5 минут и повторить эксперимент при обратном ходе, т.е. при монотонном уменьшении давления.

Таблица 1 – Результаты эксперимента

Показания рабочего эталона манометра, Хд, МПа	Показания поверяемого датчика, Хи, МПа		Значение унифицированного токового сигнала, мА		Абсолютная погрешность, МПа		Приведенная погрешность, %	Размах, МПа
	ПХ	ОХ	ПХ	ОХ	ПХ	ОХ
0
…
…
Примечание: ПХ – прямой ход; ОХ – обратный ход.

К пункту 4

Абсолютная погрешность определяется для прямого и обратного хода как разность между соответствующими показаниями датчика и показаниями рабочего эталона манометра:

(1)

Приведенная погрешность определяется для максимального (по модулю) значения абсолютной погрешности:

, (2)

где Р_в и Р_н - верхний и нижний предел измерения датчика соответственно.

По полученным данным определяют наибольшую приведенную погрешность поверяемого датчика. Ее значение не должно превышать предела допускаемой основной погрешности поверяемого датчика γ_п .

Установленные пределы измерения датчика Метран-150 уточняются у преподавателя, предел допускаемой основной погрешности составляет 0,075%.

Размах является оценкой устойчивости показаний поверяемого датчика и определяется как разность показаний датчика при прямом и обратном ходе, соответствующих одному и тому же действительному значению измеряемого давления:

. (3)