![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов
.pdfЕсли сердечник катушки Д Т 2 вторичного прибора находится в среднем положении, то разность э. д. с. во вторичных обмотках этой катушки также равна нулю
At/ 2 = е3 — е4 = 0.
При одинаковых параметрах катушек напряжение на входе рав но нулю
AU = A Ux — AU2 = 0
и система находится в покое.
Рис. Ѵ.1. Схема дифференциально-трансформаторной системы передачи показаний
При смещении сердечника катушки ДТХпервичного прибора от среднего положения изменится распределение магнитных потоков во вторичных обмотках, и индуктируемые в них э. д. с. не будут равны друг другу. Во вторичной цепи измерительной схемы возник нет напряжение
А U = AUX— AU2.
Величина этого напряжения является функцией линейного пе ремещения сердечника катушки Д Ти а фаза — функцией направ ления перемещения сердечника от среднего положения.
Напряжение AU усиливается ЭУ и поступает на обмотку управ ления электродвигателя, который кулачком К перемещает сердечник катушки Д Т 2вторичного прибора до тех пор, пока не сравняется на пряжение, индуктируемое в обеих обмотках вторичных катушек. Одновременно переместятся перо и стрелка прибора, связанные с выходным валом электродвигателя РД. Таким образом, каждому положению сердечника катушки ДТХпервичного прибора соответст вует определенное положение сердечника катушки Д Т 2 вторичного прибора.
80
§ V.2. ФЕРРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Ферродинамическая система передачи показаний предназначе на для передачи величины, измеряемой первичным прибором с ферродинамическим преобразователем, на вторичный прибор. Ферродинамические преобразователи преобразуют угловые перемещения в пропорциональные изменения э. д. с. переменного тока. Действие ферродинамической системы основано на компенсации э. д. с., раз виваемой первичным прибором, э. д. с. ферродинамического преоб разователя вторичного прибора.
Система (рис. Ѵ.2) состоит из ферродинамического преобразова теля 1 первичного прибора, линий связи 2, ферродинамического пре образователя 3 вторичного прибора, электронного усилителя 4 и реверсивного электродвигателя 5'’вторичного прибора.
Рамка ферродинамического преобразователя первичного при бора механически связана с измерительной системой чувстви тельного элемента 4. Угол поворота рамки преобразователя а х, а следовательно, и развиваемая им э. д. с. Ег пропорциональны изме нению контролируемого параметра. Рамка ферродинамического преобразователя 3 вторичного прибора механически связана с элект родвигателем, поворачивающим ее на угол а 2, при котором преобра зователь вторичного прибора развивает э. д. с. Е2. Рамки преобразо вателя первичного прибора и преобразователя вторичного прибора соединены последовательно, но так, что развиваемые ими э. д. с. на правлены навстречу, поэтому на вход электронного усилителя и по дается разность этих э. д. с. АЕ = Е1 — Е2. Если АЕ = 0, ,то систе ма находится в равновесии. При изменении величины измеряемого параметра изменяется угол ах и э. д. с. Ег. Равновесие системы на-
81
рушается, и э. д. с. АЕ поступает на вход электронного усилителя, а затем после усиления — на электродвигатель, перемещающий рам ку преобразователя вторичного прибора. Перемещение происходит до момента равенства углов поворота рамок аг и а 2и, следовательно, равенства э. д. с. Е2 и Еѵ
§ Ѵ.З. ТОКОВАЯ СИСТЕМА
Электрическая токовая система приборов и средств автоматиза ции представляет собой группу взаимно сочетающихся приборов и устройств, при помощи которых производят автоматическое регу лирование и контроль технологических процессов. В этой системе принят единый унифицированный электрический токовый сигнал О—5 и 0—20 мА для передачи информации, что позволяет использо вать совместно с системой первичных приборов и регуляторов раз-
Рис. Ѵ.З. Схема включения токового преобразо
вателя
личные электронные машины централизованного контроля и управ ления. В этой системе все приборы можно разделить на две основные группы:
1) первичные приборы, преобразующие измеряемый параметр
вунифицированный токовый сигнал (0—5 или 0—20 мА);
2)вторичные приборы и устройства, которые в свою очередь можно разделить на приборы контроля и автоматические регуля торы.
Вторичные токовые приборы и устройства подключают к первич ному прибору с унифицированным токовым сигналом последователь но (рис. Ѵ.З), а вторичные приборы для измерения напряжения (по
тенциометры) — параллельно нагрузочному сопротивлению R n. Первичные токовые преобразователи отличаются большой даль ностью передачи сигналов (до 10 км). В качестве первичных приборов, работающих с регуляторами электрической ветви ГСП, можно ис пользовать термопары, термометры сопротивления, а также маномет ры, дифманометры и т. д., снабженные трансформаторными, индук ционными или ферродинамическими преобразователями.
82
§V.4. ЭЛЕКТРОННЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ КОМПЕНСАТОРЫ
Вкачестве вторичных приборов, работающих в рассмотренных выше системах передач, используют приборы, называемые автома
тическими компенсаторами. В технологическом контроле широко применяют различные компенсаторы, в которых при помощи элект ромеханической следящей системы уравновешиваются напряжения, сопротивления и индуктивности. Несмотря на различие по виду из-
Рис. V.4. Измерительная схема |
Рис. V.5. Измерительная схема |
прибора КСП-3 |
моста КСМ-3 |
меряемых величин и по назначению, приборы этих групп имеют сход ное конструктивное решение. В современных компенсаторах преду сматривают модификации, рассчитанные на работу с преобразовате лями унифицированного сигнала постоянного тока (миллиампермет ры и милливольтметры), что значительно расширяет область приме нения автоматических компенсаторов.
Электронные автоматические потенциометры предназначены для непрерывного измерения, записи и регулирования малых напряже ний или других величин, преобразованных в напряжения. На рис. V.4 показана измерительная схема потенциометра КСП-3 с при соединенной к нему термопарой 777. При измерениях в схеме срав ниваются Е х и компенсирующее напряжение U CD, снимаемое с то чек С и D моста. При неизменных сопротивлениях моста и постоян ном Е напряжение U CD зависит только от положения движка 1 рео хорда. Если Е х и U C D отличаются между собой, к электронному
83
усилителю поступает сигнал рассогласования АU = Ех — UCD в форме сигнала постоянного тока. В усилителе сигнал постоянного тока преобразуется вибропреобразователем в сигнал переменного тока, а затем усиливается по напряжению и мощности. С выхода усилителя сигнал поступает на управляющую обмотку реверсивного двигателя, вследствие чего двигатель начинает вращаться. Направ ление вращения двигателя зависит от знака рассогласования. Ось двигателя при помощи зубчатых передач и гибкой нити связана с движком реохорда и с указывающей и записывающей системами.
Вращение двигателя прекращается при |
достижении положения, |
в котором UCD = Ех- В момент равновесия |
стрелки прибора указы |
вают температуру рабочего спая термопары. |
Мостовая схема состоит из верхней и нижней ветвей. В верхнюю часть включены реохорды и резисторы RH, R m, R 6 (все резисторы из мерительной схемы, за исключением R M, выполняют из манганино вой проволоки). Сопротивление обмотки реохорда R v для всех моди фикаций автоматического потенциометра КСП-3 одинаково и состав ляет приблизительно 130 Ом. Токосъемник 2 реохорда имеет сопро тивление такое же, как и обмотка реохорда, а для уменьшения наво док от магнитных полей он закорочен. Обмотка реохорда шунти руется резистором Rm. Соотношение сопротивлений RH, Rm и R6 определяет потенциал движка в начале и конце реохорда. Величи ны этих сопротивлений подбирают с учетом градуировки и измери тельного диапазона прибора. Падение напряжения на реохорде к расчетному значению подгоняют при помощи подгоночных сопро тивлений г при наладке прибора, а также по мере изнашивания реохорда.
В нижнюю ветвь включены резисторы RM и R K, составляющие цепь автоматической компенсации при изменении температуры сво бодных концов термопары. Резистор R M, изготовленный из медной проволоки, устанавливают на входной панели в том же месте, где присоединяют концы термопары. Поэтому свободные концы термо пары и резистор RMнаходятся в условиях одной и той же темпера туры. При повышении температуры окружающей среды одновремен но возрастают т. э. д. с. в месте подсоединения свободных концов термопары и происходит падение напряжения на сопротивлений RM. Эти изменения в сигнале, поступающем к усилителю, взаимно компенсируются.
Резисторы R 0и Rn используют при градуировке и контроле рабо ты прибора. При градуировке вместо резистора R Mвключают резис тор R 0, выполненный из манганиновой проволоки. Сопротивление резистора R 0 равно сопротивлению медного резистора R Mпри 0° С, что позволяет градуировать прибор непосредственно по градуиро вочным таблицам термопары без поправки на температуру окружаю щего воздуха. В рабочем режиме резистор R 0 закорочен. При конт роле исправности прибора вход термопары закорачивают, а парал лельно резистору RKвключают резистор Rn. В исправном приборе стрелка устанавливается против цветного индекса.
84
Для уменьшения влияния наводок от электромагнитных полей на компенсационных проводах и электродах термопару к измери тельной схеме присоединяют через двухзвенный фильтр # фСф. Пи тание мостовой схемы производится от стабилизированного источ ника питания 3 через резистор R.
Электронные автоматические мосты предназначены для непре рывного измерения, записи и регулирования электрического сопро тивления или других величин, преобразованных в изменение со противления.
На рис. V.5 показана измерительная схема моста КСМ-3 с при соединенным к нему термометром сопротивления R t. При изменении сопротивления термометра R t возникает напряжение в диагонали CD. Это напряжение подается к электронному усилителю и через него к реверсивному двигателю РД. В результате двигатель начи нает вращаться; направление его вращения зависит от знака раз баланса. Ось реверсивного двигателя связана с движком 1 реохорда и с указывающей системой 2. Двигатель останавливается при дости жении в мостовой схеме равновесия. В момент равновесия стрелка прибора указывает температуру контролируемой среды. Сопротив ления резисторов R a, R 6, R B и Rm выбирают в соответствии с тре буемой градуировкой и измерительным диапазоном прибора. Изме рительная схема автоматического моста питается переменным током 6,3 В или постоянным током 1,5 В. Электрический термометр сопро тивления R t присоединяют к прибору по трехили двухпроводной схеме.
В мостах КСМ-3 предусмотрен контроль исправности прибора, для чего при помощи тумблера закорачивают вход термометра со противления, а параллельно резистору R 6 включают резистор Rn. В исправном приборе при контроле стрелка должна устанавливать ся против цветного индекса. Резисторы Rx и Д2 служат для подгонки сопротивления линии 3 до стандартной величины (5 Ом). Сопротив ления г предназначены для установки шкалы прибора.
Индуктивные дифференциально-трансформаторные и ферродинамические вторичные приборы предназначены для непрерывного из мерения, записи и регулирования различных неэлектрических ве личин, преобразованных при помощи встроенных в первичные при боры преобразователей. Указанные вторичные приборы широко применяют для контроля и регулирования расхода, уровня, давле ния, перепада давления и т. п.
На рис. V.6 показана электрическая схема Б вторичного прибо ра КСД-3 , к которому присоединен первичный прибор А с диффе ренциально-трансформаторным индуктивным преобразователем. Перемещение плунжера 1 в катушке преобразователя осуществляет ся чувствительным элементом 2 и зависит от величины измеряемо го параметра. Во вторичный прибор встроена аналогичная катушка, плунжер 3 которой вместе с указывающей и записывающей система ми 4 прибора перемещается реверсивным двигателем РД при помо щи лекала 5. Обмотки катушек преобразователя и вторичного при-
85
бора включены встречно. Первичные обмотки I катушек соединены последовательно и получают питание от трансформатора усилителя. Вторичные обмотки II катушек состоят из двух встречно включен ных секций. В них индуктируются переменные напряжения, ампли туды и фазы которых зависят от положений плунжеров в катушках. При рассогласованных положениях плунжеров индуктируемые во вторичных катушках напряжения будут различными. Разность
напряжений вторичных |
обмоток через |
делители R 3 и R 4 подается |
к усилителю, а затем к |
реверсивному |
двигателю. Двигатель вра |
щается до того момента, пока разность напряжения вторичных об моток катушек преобразователя и вторичного прибора не станет
Рис. Ѵ.б. Электрическая схема прибора К.СД-3
равной нулю. Таким образом, каждому значению измеряемого па раметра соответствуют определенные положения плунжера и измери тельной системы вторичного прибора.
Для облегчения установки нулевого положения вторичного при бора в его катушке предусмотрена дополнительная обмотка III, включаемая последовательно в цепь вторичных обмоток при помощи кнопки К. Обмотка I I I шунтируется переменным резистором. Знак и величина корректирующего напряжения, снимаемого с об мотки III, зависят от положения движка этого резистора. Делители на выходах вторичных обмоток предназначены для подстройки. В цепь делителя вторичного прибора дополнительно включен ре зистор R 2 из медной проволоки, предназначенный для температур ной компенсации изменения сопротивления цепи вторичных обмоток катушек. Напряжение рассогласования на вход усилителя подается через интегрирующую ячейку R bC. Введение подстроечных эле ментов во вторичную цепь делает индуктивные катушки взаимоза меняемыми. В результате оказалось возможной раздельная постав ка преобразователей и вторичных приборов и работа одного вто ричного прибора с группой преобразователей.
86
Рис. V.7. Общий вид приборов
а — КП-1; б - К С - 1 и КС-2; в — КС-3; г — КС-4; д — КВ-І
ч
Во вторичном приборе КСФ-2 в качестве компенсирующего эле мента использован ферродинамический преобразователь. Вторич ный прибор может работать в комплекте с первичными приборами, имеющими на выходе ферродинамический или дифференциальнотрансформаторный преобразователь.
Положение рамки преобразователя первичного прибора харак теризует величину измеряемого параметра. Рамка преобразователя вторичного прибора перемещается профильным лекалом от реверсив ного двигателя. Обмотки возбуждения первичного и вторичного приборов включены последовательно и присоединены к обмотке трансформатора. Величина индуктируемого напряжения в подвиж ной рамке преобразователя зависит от ее углового положения. В слу чае рассогласования в угловых положениях рамок от усилителя к реверсивному двигателю поступает управляющий сигнал, и рамка преобразователя вращается. При достижении равновесия каждой величине измеряемого параметра соответствует вполне определен ное положение рамки, а также записывающей и указывающей си стемы вторичного прибора.
В настоящее время приборостроительная промышленность вы пускает автоматические компенсаторы типов КП-1, КС-1, КС-2, КС-3, КС-4, КВ-1 (рис. Ѵ.7).
Приборы типа КС-1 (потенциометры КСП-1, мосты КСМ-1) — это миниатюрные показывающие и регистрирующие одноточечные приборы с ленточной диаграммой. Размер приборов 160 X 200Х Х500 мм. Приборы типа КС-2 (потенциометры КСП-2, мосты КСМ-2, миллиамперметры и милливольтметры КСУ-2, индуктивные вторичные приборы КСД-2) также являются показывающими и ре гистрирующими приборами; их ленточная диаграмма рассчитана на 1, 3, 6 или 12 точек измерения. Размер приборов 240x320x482 мм. Приборы типа КС-3 (потенциометры КСП-3, мосты КСМ-3, индуктив ные вторичные приборы КСД-3 и КСФ-3) являются одноточечными показывающими и регистрирующими приборами с записью на дис ковой диаграмме диаметром 250 мм. Приборы типа КС-4 (потенцио метры КСП-4) — показывающие и регистрирующие приборы с лен точной диаграммой на 1, 3, 6 или 12 точек измерения. Размер при боров 400x400x367 мм. Приборы типа КВ-1 (потенциометры КВП-1, мосты КВМ-1, миллиамперметры КВУ-1, индуктивные вторичные приборы КВД-1) являются показывающими приборами на 1, 6 и 12 точек измерения. Конструктивная особенность приборов типа КВ-1 — применение вращающегося цилиндрического циферблата, перемещающегося относительно неподвижного указателя.
Основная допустимая погрешность показаний для приборов КС-4 ±0,25% , а погрешность записи ±0,5% диапазона измере ний, для потенциометров и мостов других типов ±0,5% и ±1 % соот ветственно, для индуктивных вторичных приборов основная 0,6— 1 % (меньшая величина для ферродинамических и частотных прибо ров) и 1—1,6%.
Г Л А В А VI
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МАТЕРИАЛОВ
На заводах промышленности строительных материалов применя ют приборы для определения состава и качества сырья, полуфабрика тов и готовой продукции. Принцип действия промышленных измери телей качественных показателей основан на измерении физико-хи мических величин, характеризующих состав или качество материа лов.
Измерители качественных показателей по виду измеряемой вели чины можно разделить на следующие основные группы:
1)газоанализаторы, определяющие содержание какого-либо га за в газовой смеси;
2)измерители плотности;
3)измерители концентрации водных растворов;
4)измерители влажности;
5)измерители вязкости;
6)измерители цветности и* прозрачности;
7)измерители концентрации водородных ионов.
§ѴІ.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА И СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
Газоанализаторами называют приборы, определяющие состав газовых смесей. При их помощи контролируют процесс горения (га
зоанализаторы для определения |
содержания С02, 0 2), анализи |
|
руют состав |
промышленных горючих газов (газоанализаторы для |
|
определения |
С02, СО + Н2, СО, |
Н2, H2S), контролируют состав |
различных газовых смесей (газоанализаторы для определения 0 2, S02 и др.), определяют содержание ядовитых и взрывоопасных при месей в воздухе производственных помещений.
Промышленность изготовляет переносные неавтоматические га зоанализаторы, применяемые в лабораториях при контрольных из мерениях и поверке стационарных автоматических газоанализато ров, и стационарные автоматические газоанализаторы, используе мые для промышленного контроля.
По принципу действия газоанализаторы делят на следующие группы:
1) химические, для определения процентного содержания отдель ных компонентов (газов) в газовой смеси поглощением их определен ными химическими реактивами;
89