Глава 4. Методы и средства формирования информации о состоянии технологических объектов (процессов)

К средствам формирования информации о технологическом процессе, как объекте управления, относятся устройства, непо­средственно взаимодействующие с ним и формирующие выходной сигнал, функционально связанный с измеряемым параметром. Эти устройства формирования информации (первичные преобразовате­ли) обычно устанавливаются непосредственно на контролируемом объекте и в зависимости от вида измеряемых параметров подраз­деляются на 5 основных групп:

• средства измерения теплоэнергетических параметров, к ко­торым относятся температура, давление, разряжение, перепад давлений, уровень, расход, а также электроэнергетические (сила тока, напряжение, мощность и другие);

• средства формирования информации о физических свойст­вах вещества и качестве готовой продукции;

• средства формирования информации о составе и свойствах вещества;

• средства измерения масс, сил, а также весоизмерительные и весодозирующие устройства;.

• средства измерения кинематических величин, в том числе количества изделий, циклов.

4.1. Методы и средства измерений температуры

Температура — физическая величина, характеризующая сред­нюю кинетическую энергию хаотического движения молекул ве­щества. Техническое средство, используемое для измерений тем­пературы, называют термометром. Методы и средства измерения (СИ) температуры делятся на контактные и бесконтактные.

145

Контактные СИ температуры основаны на непосредственном контакте измерительного преобразователя (ИП) с контролируемой средой. Контактные термометры подразделяются на термометры расширения, электрические и специальные. В свою очередь, тер­мометры расширения разделяются на жидкостные, биметалличе­ские, дилатометрические ' и манометрические. К электрическим термометрам следует отнести термометры сопротивления (терморе­зисторы) и термоэлектрические. К специальным . относят различ­ные индикаторы температуры. Основные характеристики СИ тем­пературы приведены в табл. 4.1.

10- 4869Таблица 4.1 Вид СИ Параметр

Терморезисторные

Термоэлектрические

Манометрические

Оптические

Дилатометрические

Биметаллические

Величина, характеризующая температуру

Величина со­противления чувствительного элемента

Величина тер- мо-ЭДС в спае металлов

Величина дав­ления в замк­нутом объеме

Величины фо- то-ЭДС, фото­сопротивления, яркости свече­ния эталона

Величина изме­нения длины твердого тела

Размер дефор­мации пластин из разнородных металлов

Диапазон измерения, °С

-260 * 600

-50 н- 1950

-50 - 600

20 * 6000

-30 ч- 100

-30 50

Класс точности или погреш­ность:

верхний предел

Класс 0,25

0,1 мВ для /<300° С

1,0

1,0

1,0

0,5°С

нижний предел

Класс 0,5

0,1±0,006 (f- 300) мВ для />300° О

2,0

2,0

2,0

1,0°С

Основные характеристики средств измерения температуры

Измерительные преобразователи на основе терморезисторных и термоэлектрических принципов просты по конструкции и име­ют высокую надежность. Однако их выходной сигнал невелик по величине и без дополнительного усиления не может быть пере­дан на большое расстояние до нескольких десятков метров.

Терморезисторные преобразователи температуры предназначе­ны для измерения малых и средних величин температур и рабо­тают в комплекте с логометрами и мостовыми схемами.

Измерительные преобразователи температуры модульные ИПМ-0196/МО, Ml, М2 обеспечивают непрерывное преобразо­вание сигналов термопреобразователей сопротивления (50М, 100М, 50П, 100П по ГОСТ 50353-92 или РТ100 по DIN 43760) в унифицированный сигнал постоянного тока 0+5 мА или 4+20 мА. ИПМ предназначены для использования в системах регулирова­ния и управления технологическими процессами. Входные сигна­лы — от термопреобразователей сопротивления ТСМ и ТСП. Вы­ходные сигналы — унифицированные сигналы постоянного тока 0+5 мА или 4+20мА. Имеется гальваническая развязка выходных и входных цепей и возможность контроля текущего параметра. Изделия монтируются на металлической рейке толщиной 30 мм. Производитель НПП «Элемер». Технические характеристики при­ведены в табл. 4.2.

ю*

147

Таблица 4.2

Технические характеристики преобразователей температуры Диапазон преобразования температуры, °С	Класс точности	Тип первичного преобразования	Шифр исполнения изделия
—50...+50	0,25	(50,100)(M,n),Ptl00	ИМП-0196/М(0,1,2)-(0,05,420)
-25...+25	0,5	(50,100)(M,n),Pt 100	ИМП-0196/М(0,1,2)-(0,05,420)
0...+ 100	0,25	(50,100)(M,n),Ptl00	ИМП-0196/М(0,1,2)-(0,05,420)
0...+500	0,25	50П, 100n,Ptl00	ИМП-0196/М(0,1,2)-(0,05,420)
0...+200	0,5	TXA	ИМП-0196/М(0,1,2)-(0,05,420)
0...+300	0,5	TXK	ИМП-0196/М(0,1,2)-(0,05,420)
0...+400	0,5	TXK	ИМП-0196/М(0,1,2)-(0,05,420)
0...+600	0,5	TXA	ИМП-0196/М(0,1,2)-(0,05,420)

Все модули характеризуются линейной зависимостью выходного токового сигнала от преобразуемой физической величины. По чис­лу преобразуемых входных сигналов все модули одноканальные. Подключение внешних цепей осуществляется с помощью клем- мных колодок по трехпроводной схеме. Сопротивление каждого провода не должно превышать для ИПМ-0196/М(1,2) 10 Ом.

Термоэлектрические преобразователи температуры (термопары) предназначены для измерения температур и работают в комплекте с милливольтметрами и потенциометрами. Тип входного сигна­ла — напряжение термопары (мВ), напряжение (В), ток (мА). Диа­пазоны входного сигнала: ±15мВ, ±50мВ, ±100мВ, ±500мВ, ±1В, ±2,5В, ±20мА. Типы термопар и диапазоны измерения темпера­туры: J (О—760°С); К (О—1000°С); Т (100-400°С); Е (0-1400°С); К (500— 1800°С). Основная погрешность измерения: не хуже ±0,05%. Напряжение питания от 10 до 30 В (постоянное неста- билизированное).

Первичные преобразователи термоэлектрические типа ТХК-0395, ТХК-9206, ТХК-9419 применяются для измерения тем­пературы пищевых продуктов. Диапазон измерения —40 + +200°С. Номинальная статическая характеристика — L. Класс допуска по ГОСТ Р 50431—92. Для измерения температуры газообразных и жидких сред применяются преобразователи термоэлектрические типа ТХА-0192, ТХА-1192, ТХА-0292, ТХА-0192С, ТХА-0193, ТХА-1393, ТХА-1293. Диапазон измерения -40 + +800°С. Номи­нальная статическая характеристика — К. Класс допуска по ГОСТ Р 50431—92 ...2. Количество чувствительных элементов 1 или 2. Производитель ОАО Челябинский завод «Теплоприбрр».

Для измерения температуры различных сред применяются из­мерительные преобразователи с выходным унифицированным сиг­налом типа Метран-200Т и Метран-200Т-Ех. Диапазон измерения —50 ++180°С. Номинальная статическая характеристика — CulOO. Основная погрешность измерения: 0,25; 0,5; 1,0. Напряжение пи­тания 120 или 200 В. Выходной сигнал: 0—5 мА; 4—20 мА. Произ­водитель: ОАО Челябинский завод «Теплоприбор».

Преобразователи Метран-900Т и Метран-900Т-Ех применяются для измерения температуры различных сред. Диапазон измере­ния: 0...+ 1200°С. Номинальная статическая характеристика: Pt 100 и К. Основная погрешность измерения: 0,25; 0,5. Напря­жение питания: 120 или 200 В. Выходной сигнал: 4—20 мА. Про­изводитель: ОАО Челябинский завод «Теплоприбор».

Интеллектуальный датчик температуры предназначен для пре­образования температуры от первичного измерительного преобра­зователя на основе медного и платинового преобразователя в цифровой код, подключается к шине M-BUS до датчиков. Диа­пазон измерения: в зависимости от вида чувствительного элемен­та меняется при перепрограммировании. Номинальная статиче­ская характеристика: 50П, 100П (-200...+500°С); 50М, 100М (-50...+180°С); В(0...+ 1600°С); L(0...600°C); К(0...+1200°С). Основ­ная погрешность измерения: 0,1, 0,2, 0,3%. Выходной сигнал в мА: цифровой в стандарте M-BUS, подключается к шине М-ВЦ8. Производитель: ОАО Челябинский завод «Теплоприбор».

АДАМ-4011 — модуль аналогового ввода сигнала термопары. Подсистема аналогового ввода. Количество и тип каналов анало­гового ввода: 1 дифференциальный. Тип входного сигнала: на­пряжение термопары (мВ), напряжение (В), ток (мА). Диапазон входного сигнала: ±15мВ, ±50мВ, ±100 мВ, ±1В, ±2,5В, ±20мА. Типы термопар и диапазоны измерения температуры: J(0—760°С); К(0-1000°С); Т(—100—+400°С); Е(0-1400°С); К(500-1750°С); S(500—1750°С); В(500-1800°С). Напряжение изоляции 500 В по­стоянного тока. Время аналого-цифрового преобразования 100 мс. Основная погрешность измерения: не хуже ±0,05%.

АДАМ-4013 — модуль ввода сигнала термосопротивления. Под­система аналогового ввода. Типы поддерживаемых термометров сопротивления: Pt, №. Диапазон входного сигнала: ±15мВ, ±50мВ, ±100мВ, ±500мВ, +1В, ±2,5 В, ±20мА. Типы термометров и диа­пазоны измерения температуры: Pt (—100—100°С, а = 0,00385); Pt(0-100°C, а = 0,00385); Pt (0-200°С, а = 0,00385); Pt (0-600°С, а = 0,00385); Pt (-100-100°С, а = 0,003916); Pt (0-100°С, а = = 0,003916); Pt (0—200°С, а = 0,003916); Pt (0-600°С, а = 0,003916); Ni (—80—100°С); Ni (0-100°С). Напряжение изоляции 3000 В по­стоянного тока. Время аналого-цифрового преобразования 100 мс. Варианты подключения: 2,3,4 — проводное. Основная погреш­ность: не хуже ±0Jd5%.

АДАМ-5018 — 7-канальный модуль ввода сигналов термопар. Количество и тип каналов аналогового ввода: 7 дифференциаль­ных. Остальные технические характеристики аналогичны модулю АДАМ-4011.

АДАМ-5013 — 3-канальный модуль ввода сигналов термосо­противления. Количество каналов 3. Остальные технические ха­рактеристики аналогичны модулю АДАМ-4013.

Манометрические преобразователи температуры формируют на выходе унифицированный сигнал, удобный для записи и управления, а также дистанционного измерения температуры без использования дополнительной энергии на расстояние до 60 м. Они просты по конструктивному исполнению, надежны в экс­плуатации, с равномерной шкалой, взрывобезопасны и нечувст­вительны к внешним магнитным полям.

Бесконтактные СИ температуры основаны на использовании электромагнитных и ультразвуковых явлений. Они позволяют контролировать температуру потоков продукции и не искажают температурное поле.

Вышеперечисленные аналоговые преобразователи температуры для совместимости со средствами микропроцессорной техники требуют наличия на выходе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) для преобразования аналогового сигнала этих преобразо­вателей, функционально связанного с измеряемой величиной, в цифровую форму.

Это можно осуществить посредством модулей ввода аналого­вых сигналов серий АДАМ-4000 и АДАМ-5000, т. е. АДАМ-4012, АДАМ-4017, АДАМ-5017, АДАМ-5017Н. Применяя интеллекту­альные преобразователи серий АДАМ, такие как АДАМ-4011, АДАМ-4011Д, АДАМ-4013, АДАМ-5013, АДАМ-5018, на выходе можно получить сигнал, пропорциональный величине температу­ры, в цифровой форме.