книги из ГПНТБ / Кондрашкова Г.А. Технологические измерения и приборы целлюлозно-бумажной промышленности учеб. пособие

Пневмоэлектрический преобразователь. Ои служит для преоб­ разования стандартного пневматического сигнала в электрический (О—5 мА). Примером такого преобразователя является преобра­ зователь типа ПЭ-55М. Он содержит манометрическую трубчатую одновитковую пружину, которая перемещает коромысло магнито­ электрического гальванометра с алюминиевым флажком относи­ тельно катушки индуктивности сеточного LC-контура и изменяет анодный ток высокочастотного генератора.

Выпрямленный анодный ток протекает по обмотке обратной связи, укрепленной на коромысле гальванометра (она располо­ жена в поле постоянного магнита), и, взаимодействуя с магнитным полем, создает уравновешивающий момент. Выходной ток изме­ няется от 0 до 5 мА [27, 36].

Как было указано, дистанционная передача между передающим и приемным устройствами содержит линию связи.

Линия связи электрической дистанционной передачи представ­ ляет собой телефонный многожильный кабель длиной 5—10 км или специальный кабель, обеспечивающий малые утечки энергии. Такой кабель используется для передачи сигналов на большие рас­ стояния с высокой точностью.

В пневматической линии связи дистанционной передачи сигнал передается по трубопроводу диаметром 6—12 мм. Трубопровод на­ ходится в специальной защитной металлической оплетке. Предель­ ное расстояние передачи пневматического сигнала составляет 300 м.

На приемном конце связи дистанционных передач расположены соответствующие вторичные приборы (преобразователи) или в си­ стеме управления непосредственно регулирующие устройства.

Все многообразие вторичных приборов может быть представ­ лено блок-схемой, приведенной на рис. 3-6. По назначению вторич­ ные приборы можно разбить на две группы: приборы промышлен­ ного назначения и приборы для научных исследований.

Приборы промышленного назначения выполняют узкоспециали­ зированные функции. В силу большого разнообразия этих функ­ ций указанные приборы имеют различные встроенные устройства и, следовательно, конструктивные исполнения. Совершенствование промышленных приборов систем автоматического контроля, регу­ лирования и управления идет по линии упрощения схемных и кон­ структивных решений, что позволяет увеличить их надежность и улучшить качество.

Вторичные приборы, предназначенные для научных исследова­ ний, отличаются от промышленных улучшенными техническими и метрологическими характеристиками. В них, как правило, преду­ сматривается возможность регистрации нескольких величин (двух­ координатная запись, запись с помощью многоперьевых самопис­ цев и т. д.).

Выпускаемые в настоящее время вторичные приборы можно разделить по роду измеряемой величины. Такое деление условно, так как однотипные приборы могут использоваться для измерения различных величин и наоборот.

70

Классификация вторичных приборов по остальным признакам может быть выполнена в соответствии с общей схемой классифи­ кации измерительных устройств. Требования по конструктивному исполнению, габариту и условиям эксплуатации оговариваются в ГОСТ на отдельные виды вторичных приборов.

Новые серии вторичных приборов, выпускаемые нашей промыш­ ленностью, разработаны в рамках системы ГСП и в соответствии

стребованиями ГОСТ для этой системы.

§2. ВТОРИЧНЫЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Вряде отраслей промышленности, особенно в химической, цел­ люлозно-бумажной и др., наиболее широко используются пневма­ тические элементы автоматики и измерительной техники (пневма­

тическая ветвь ГСП).

Пневматические датчики и пневматические выходные измери­ тельные преобразователи любых измерительных устройств имеют стандартные выходной сигнал и питание (см. табл. 2-3).

Все пневматические преобразователи, датчики и вторичные при­ боры содержат преобразователь типа сопло — заслонка, принципи­ альная схема устройства которого представлена на рис. 3-7,а. Воздух, очищенный от пыли, масла и влаги, от источника питания, под постоянным давлением Pt поступает через дроссель постоян­ ного сопротивления в проточную камеру. Из последней сжатый воздух через сопло 1, прикрываемое заслонкой 2, вытекает в атмо­ сферу, при этом сопло с заслонкой образуют управляемый дрос­ сель (переменное регулируемое сопротивление).

Положение заслонки 2, перемещающейся под воздействием из­ меряемого параметра X относительно сопла 1, определяет проход­ ное сечение и величину давления Р2 в проточной камере. Проточ­

ном приборе (рис. 3-7,6) (в приемном устройстве).

В схеме, показанной на рис. 3-7, а, входным сигналом пневмо­ преобразователя является перемещение X заслонки относительно сопла: величина этого перемещения обычно очень мала и состав­ ляет 0,02—0,05 мм. Преобразовать с высокой точностью значение измеряемой величины в столь незначительное перемещение за­ слонки трудно, поэтому в реальных условиях схема усложняется.

Измеряемая величина с помощью чувствительного элемента сначала преобразуется в пропорциональное механическое переме­ щение, изменяющееся обычно в пределах нескольких миллиметров, или в усилие, изменяющееся обычно в пределах нескольких грам­ мов или килограммов. Дальнейшее преобразование такого значи­ тельного перемещения (или усилия) в пропорциональный пневма­ тический сигнал чаще осуществляется компенсационным методом. Режим компенсации усилия предпочтительнее [62].

На работу пневмопреобразователей, выполненных по компенса­ ционным схемам, сравнительно мало влияет изменение давления

72

питающего воздуха Л (в пределах ±10%), что является сущест­ венным их достоинством.

Для показаний и записи измерений в таких комплектах исполь­ зуются вторичные пневматические приборы, входящие в систему ГСП.

Принципиальная схема устройства вторичного пневматического прибора типа ПВ4.2 приведена на рис. 3-7, б. При изменении вход­ ного давления происходит пере­ мещение дна сильфона 1 и изме­ нение зазора между соплом 2 и заслонкой 4, расположенной на конце рычага 3. Это приводит к изменению давления воздуха в линии сопла и силового элемента 7, чашечная мембрана которого перемещает рычаг 6. Последний

v V W y W W N K

5

Рис. 3-7

с помощью лавсановой нити 8 и пружины 5 связан с рычагом 3, благодаря чему входное усилие на рычаге 3 уравновешивается усилием от давления линии обратной связи. С питью 8 связан ука­ затель 9.

Другие вторичные приборы серии ПВ отличаются от рассмот­ ренных количеством показываемых и записываемых одновременно или периодически измеряемых параметров и наличием вспомога­ тельных устройств.

Выпускаются различные модификации показывающих приборов типов ППВ и ПВ1, ПВ2, ПВЗ [57]. Например, ППВ1.2 — показы­ вающий с круглой шкалой; ППВ 1.3 — показывающий со световым отсчетом, ППВ1.5 — показывающий с пневматическим задатчиком и переключателем шкал для дистанционной установки давления

73

задания на исполнительном механизме и показания его по шкале прибора и т. д.

Приборы типа РПВ и ПВ4, ПВ5, ПВ6, ПВ7, ПВ10 являются приборами, показывающими и регистрирующими на ленточной диаграмме один или два измеряемых параметра. Для этого, напри­ мер, приборы РПВ4 и ПВ10.1 имеют соответственно два или три аналогичных описанному измерительных механизма.

Регистрирующие приборы типа ПВ имеют различный привод лентопротяжных механизмов для перемещения диаграммной бу­ маги: электрический, тогда в обозначении приборов появляется индекс Э, и пневматический, ему соответствует индекс П, напри­ мер ПВ4-ЗЭ и ПВ4.3П, соответственно.

Новый вторичный пневматический самопишущий прибор типа ПВ44 предназначен для периодической регистрации 15 измеряемых величин со временем обегания 90 с. Класс точности 1,0, шкала про­ градуирована в процентах.

Непосредственно к пневматическому регулятору может быть подключен прибор типа ПВ10.1.

Основная погрешность приборов составляет ±0,6% и ±1% от диапазона измерения. Шкалы и диаграммы могут быть выражены либо именованными числами (в соответствии с измеряемой вели­ чиной), либо процентами. Остальные технические характеристики соответствуют общим требованиям для приборов системы ГСП.

§ 3. ВТОРИЧНЫЕ АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Аналоговые устройства, используемые в измерительных комп­ лектах для технологических измерений в ЦБП с унифицированными датчиками, делятся на приборы непосредственной оценки (милли­ амперметры, милливольтметры, логометры) и приборы уравнове­ шивающего преобразования (дифференциально-трансформаторные приборы, мосты, потенциометры).

тивных модификаций. Различают механизмы с подвижной катуш­ кой и с подвижным магнитом; те и другие бывают с внешним и с внутрирайонным магнитом, с креплениями подвижной системы на кернах-подпятниках, на растяжниках и подвесах.

На рис. 3-8 приведено устройство магнитоэлектрических меха­ низмов' с рамкой 1, укрепленной на растяжках 4 с внутрирайонным магнитом 2 и внешним кольцом 3 из магнитомягкой стали, являю­ щимся магнитопроводом. Установка стрелки на нуль производится корректором при помощи рычажка 5, действующего на пружину 7. Ограничители 6 служат для предохранения растяжек от обрыва при транспортировке и трясках.

Выражение для вращающего момента рамки определяется как

74

ствующего момента W на угол поворота рамки Mnv=Wa. Поэтому при статическом равновесии уравне­ ние шкалы имеет вид.

подвижной части, поэтому для обеспе­ чения ее правильного отклонения необходимо при включении при­

бора соблюдать указанную на приборе полярность.

Успокоение у магнитоэлектрических механизмов — магнитоин­ дукционного типа. Специального устройства для этой цели не тре­ буется, так как при движении рамки в поле постоянного магнита в витках рамки, а также в ее металлическом каркасе индуктиру­ ются токи, в результате взаимодействия которых с полем магнита создается момент успокоения. Для определения момента успокое­ ния найдем э. д. с., возникающую в рамке и каркасе при их дви­ жении в поле постоянного магнита:

Токи, протекающие по цепи рамки и короткозамкнутому каркасу, равны:

75

Подбором величины сопротивлений гѵ и гк можно обеспечить требуемый коэффициент успокоения рі + рг, в основном за счет вы­ бора Гк, так как гк< г р+ гвп.

Магнитоэлектрические приборы используются чрезвычайно ши­ роко, так как относятся к числу наиболее чувствительных и точ­ ных приборов. Высокая чувствительность приводит к малому по­ треблению энергии приборами (до нескольких микроватт), что особеннно важно при работе с маломощными датчиками, напри­ мер с термопарами.

Погрешность технических магнитоэлектрических миллиампер­ вольтметров может доходить до ± (0,14-0,2) %. Это объясняется рядом причин. Наличие равномерной шкалы уменьшает погреш­ ность градуировки и отсчета. Благодаря сильному собственному магнитному полю (порядка 0,2—0,3 Тл) влияние посторонних по­ лей на показания приборов весьма незначительно. Внешние элек­ трические поля на работу приборов практически не влияют. Погрешности из-за изменения магнитного потока и удельного про­ тиводействующего момента под действием температуры отчасти взаимно компенсируются. Кроме того, используются специальные измерительные цепи температурной коррекции [64].

К недостаткам магнитоэлектрических приборов следует отне­ сти невысокую перегрузочную способность. Перегрузка обычно ве­ дет к перегоранию токоподводящих пружинок, которые использу­ ются для создания противодействующего момента.

Существенным ограничением для применения магнитоэлектри­ ческих приборов является возможность измерения лишь в цепях постоянного тока. Однако это ограничение снимается преобразова­ нием переменного тока в постоянный. Если в качестве преобразо­ вателей используются термопреобразователи, то такие приборы называются термоэлектрическими. Если применяются выпрямители, то создаются выпрямительные приборы [4, 64].

Отмечается также, что магнитоэлектрические приборы более сложны по конструкции по сравнению с другими электромехани­ ческими механизмами, например электромагнитными. Если же сравнивать магнитоэлектрические приборы с автоматическими электронными аналоговыми и тем более цифровыми приборами, то следует отметить их сравнительную простоту, надежность и низ­

лизаторов), преобразующих неэлектрическую измеряемую величину

76

в малое напряжение постоянного тока, используются м а г н и т о ­ э л е к т р и ч е с к и е м и л л и в о л ь т м е т р ы . Они получили назва­

При использовании этих приборов совместно с термоэлектри­ ческими термометрами (термопарами) следует иметь в виду, что угол поворота рамки пропорционален току, протекающему в изме­ рительной цепи согласно выражению (3.2). В связи с этим при из­ мерении э. д. с. термопары показания прибора зависят от постоян­ ства сопротивления измерительной цепи:

где Я™— сопротивление термопары;

Rup — сопротивление соединительных проводников; RBX— входное сопротивление милливольтметра.

77

Градуировка приборов, работающих с тем или иным типом тер­ мопары, указанной на шкале, выполняется при вполне определен­ ном значении сопротивления внешней цепи. Это значение во избежаниие дополнительных погрешностей от изменения температуры окружающей среды должно точно выдерживаться при монтаже пи­ рометрического милливольтметра. Градуировочная величина внеш­ него сопротивления, обозначаемого RBн, стандартизуется и указы­ вается на шкале и в паспорте прибора. Для обеспечения RBn заданного значения при сопротивлении линии гл используется доба­ вочное манганиновое сопротивление гд, т. е. І?вн= /"л + Гд.

Для работы в комплекте с термометрами электрического со-

двух величин. В отличие от обычных магнитоэлектрических прибо­ ров, где противодействующий момент создается пружиной, в маг­ нитоэлектрических логометрах (рис. 3-9, а) противодействующий момент 7ИПр создается рамкой 2 (с сопротивлением катушки R2) с такими же конструктивными данными, что и в рамке 1 (с сопро­ тивлением катушки Ri), создающей вращающий моментМвѵ. Вели­ чина индукции магнитного поля постоянного магнита по углу по­ ворота для обеих рамок различна. Это достигается выбором кон­ фигурации радиального зазора (или специальной конструкцией магнитов і[4]) и взаимным расположением катушек. Таким образом,

Мвр = НіВі(а),

М ц р ~ k I 2B 2 (ос).

При равенстве моментов МВр = ѵИПр наступает равновесие под­ вижной системы

78

Тогда угол поворота оказывается пропорциональным отноше­

или величинам, с ними связанным. При измерении сопротивлений

токи в рамках логометра определяются в соответствии с рис. 3-9, а в виде

тогда

а д

Из выражения (3.6) следует, что показания логометра не зави­ сят от напряжения источника питания (практически это отмечается в пределах измерения питающего напряжения ±20%) и при по­ стоянных сопротивлениях элементов измерительных цепей опре­ деляются только значением измеряемого сопротивления Rx-

В схемах включения логометра в комплекте с термометром электрического сопротивления между ним и прибором находится линия дистанционной передачи, сопротивление которой может ме­ няться под действием температуры окружающей среды. Такое изменение вносит неопределенность в показания прибором измеряе­ мой температуры. Для уменьшения этой погрешности наиболее ра­ ционально использовать трехпроводную схему подключения термо­ метра электрического сопротивления (см. рис. 3-9,6). Тогда первый

79