книги из ГПНТБ / Петунин А.Н. Измерение параметров газового потока. (Приборы для измерения давления, температуры и скорости)

установленной последовательности осуществляет система опроса и управления. Пуск, реверс и остановка электродвигателя при­ вода производятся с помощью релейной схемы управления 17. Релейная схема и сам двигатель питаются от сети постоянного тока 24 В; полная потребляемая мощность 350 Вт. После урав­ новешивания всех элементов двигатель автоматически реверси­ руется, приводит всю систему в исходное положение и останав­ ливается.

Технические характеристики манометра ЭЦПМ

1.7.3.Многоточечные манометры

ссиловой компенсацией на упругой мембране

На принципе динамической компенсации созданы также ма­ нометры, в которых осуществляется силовая компенсация не на упругом рычаге, а на упругой мембране, разделяющей измеряе­ мое и компенсирующее давления.

Непременным элементом таких манометров является мемб­ ранный контактный датчик давления, одна из возможных конст­ рукций которого приведена на рис. 1.69. Мембрана датчика за­ жата между половинами корпуса. По обе стороны мембраны об­ разуются полости, в одну из которых подается измеряемое дав­ ление, а в другую компенсирующее. В нейтральном положении мембрана не нагружена и замыкает сигнальную электрическую цепь. При поступлении в датчик измеряемого давления мембрана прогибается, разрывает контакт и садится на перфорированный ограничитель, защищающий мембрану от перегрузок. При по­ даче в датчик компенсирующего давления мембрана начинает разгружаться и при равенстве давлений, действующих на мем­ брану с обеих сторон, она вновь принимает нейтральное поло­ жение и замыкает контакты. Величина компенсирующего давле­ ния, соответствующая этому моменту, определяется или по из­ вестному закону изменения компенсирующего давления, или специально измеряется каким-либо точным манометром.

103

На рис. 1.70 приведена схема многоточечного манометра с мембранными датчиками [39]. В этом манометре компенсирую­ щее давление вырабатывается задатчиком 8, системой компрес-

Компенсирующее

давление

Рис. 1.69. Мембранный контактный датчик дав­ ления

соров 4 и регулятором давления 7. Манометр имеет привод, вра­ щающий два ходовых винта. Один перемещает вдоль бумаги каретку 5 с электроконтактными перьями, число которых равно числу датчиков. Каждое перо включено последовательно с кон­ тактным устройством соответствующего датчика.

Pi Н

104

поршень и изменяет уровень ртути в сосуде. При этом изменя­ ется эффективный вес второго железного поршня, который пла­ вает во втором колене U-образного сосуда и управляет измене­ нием компенсирующего давления в камере регулятора 7, питаю­ щей датчики. Таким образом, при перемещении каретки из одного крайнего положения в другое пропорционально перемеще­ нию в заданных пределах изменяется компенсирующее давле­ ние. Положение пера на бумаге определяет величину давления. Если измеряемое давление больше компенсирующего, мембрана датчика своим серебряным жестким центром замыкает два се­ ребряных контакта и цепь, управляющую работой электроконтактных перьев. Каждое перо чертит на токочувствительной бу­ маге, чернеющей при прохождении тока, линию, длина которой пропорциональна давлению, измеряемому датчиком. По мере увеличения компенсирующего давления в разное время в каж­ дом из датчиков наступает равенство между рабочим и компен­ сирующим давлением. Мембрана разрывает контакты, обесточи­ вает цепи перьев, и они перестают чертить по бумаге. Давления, записанные датчиками, сравниваются с давлением в некоторой характерной точке потока (им может быть статическое давление на стенке газового канала). С этой целью это давление подается в датчик 2, контакты которого управляют работой двух перьев, расположенных по краям токочувствительной бумаги. Горизон­ тальная линия, соединяющая вершины записей этих датчиков, является нулевой линией диаграммы.

Манометр рассчитан на измерение в тридцати точках газово­ го потока малой скорости давлений в диапазоне от 650 до 900 мм вод. ст. с предельной погрешностью ±0,4% .

С П И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы К Г Л . I

1.Агейкин Д . И. и др. Датчики контроля и регулирования. М., «Машино­

строение», 1965, 928 с.

2.Андреева Л. Е. Упругие элементы приборов. М., Машгиз, 1962, 456 с.

3.Андрианов К. А. Полимеры с неорганическими главными цепями мо­ лекул. М., Изд-во АН СССР, 1962, 327 с.

4.Бурдун Г. Д. Единицы физических величин. М., Государственное изда­

тельство стандартов, 1962, 166 с.

5.Астабатьян С. Т. Микроманометр типа ЦАГИ.— «Точная индустрия»,

1932, № 7, с. 29—30.

6. Барский Б. А. Бесконтактные автоматические весовые элементы.— В кн.:

«Промышленная аэродинамика», вып. 19, Измерение воздушных потоков, М., Оборонгиз, 1960, с. 68—73.

9. Белик Н. И. Приборы для измерения малых разностей давлений газов.

Теория, метод исследований и поверка. М., Машгиз, 1957, 227 с.

10. Боднер В. А. Авиационные приборы. М., «Машиностроение», 1969,

467с.

11.Браславский Д. А. Приборы и датчики летательных аппаратов. М.,

«Машиностроение», 1970, 392 с.

105

12.Браславский Д. А. и др. Расчет и конструкции авиационных прибо­ ров. М., Оборонгиз, 1954, 583 с.

13.Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и

жидкостей. М., Физматгиз, 1963, 708 с.

14.Глушков Р. Н., Зверев А. Д. Групповой жидкостной манометр. Автор­ ское свидетельство № 460882,— «Бюллетень изобретений и товарных знаков», 1964, № 5, с. 62.

15.Горлин С. М. Экспериментальная аэромеханика. М., «Высшая шко­

ла», 1970, 423 с.

16. Горлин С. М., Слезингер И. И. Аэромеханические измерения. Методы

иприборы. М., «Наука», 1964, 720 с.

17.Гороновский И. Т. и др. Краткий справочник по химии. Киев, «Науко-

20.Дубов Б. С. Многокомпонентные механические весы.— «Труды ЦАГИ», вып. 1270, М., изд-во БНИ ЦАГИ, 1970, 127 с.

21.Жоховский М. К. Теория и расчет приборов с неуплотненным порш­

нем. М., Издательство стандартов, 1966, 331 с.

22.Жоховский М. К. Техника измерения давления и разрежения. М., Машгиз, 1950, 184 с.

23.Жукова Л. А. и др. Измерение малых перепадов в разреженных га­

зах.— Изв. АН СССР, ОТН, Механика и машиностроение, № 6, М., 1961, с. 174—177.

24.Инструкция по монтажу и эксплуатации группового регистрирующего манометра ГРМ-2. М., Изд. завода «Контрольприбор». 1960, 32 с.

25.Кац С. М. Циферблатные весы с автоматическим уравновешиванием

измеряемого усилия. Авторское свидетельство № 80378.— «Бюллетень изобре­ тений», 1950, № 5, с. 66.

26.Кэй Дж. и Лебл Т. Таблицы химических и физических постоянных. М„ ГИФМЛ, 1962, 247 с.

27.Мельников П. А. Редуктор к манометрам. Авторское свидетельство

№103451. — «Бюллетень изобретений», 1956, № 6, с. 63.

28. Млодзиевский А. Б., Молекулярная физика. М.-Л., ГИТТЛ, 1941,

272с.

29.Овчинников В. Н. Весы с передвижной гирей. Авторское свидетельст­ во № 102616,— «Бюллетень изобретений», 1956, № 2, с. 30.

30.Овчинников В. Н. Манометрические весы маятникового типа. Автор­

ипара. М., Издательство стандартов, 1967, 416 с.

32.Петунии А. Н. Методы и техника измерений параметров газового по­

тока. М., «Машиностроение», 1972, 332 с.

33.Попов С. Г. Измерение воздушных потоков. М„ ОГИЗ, Гостехиздат,

1947, 296 с.

34.Прасолов Р. С. и др. Оценка погрешностей термопарных манометри­

ческих преобразователей ЛТ-2,— «Измерительная техника», 1968, № 7, с. 14—16.

35.Феодосьев В. И. Упругие элементы точного приборостроения. М., Обо­ ронгиз, 1949, 342 с.

36.Чернов Н. Н. Электроконтактный батарейный манометр. Авторское свидетельство № 96675, 1962.

37.Чернов Н. Н. и др. Многоточечный манометр с динамической компен­ сацией и дистанционной регистрацией. Авторское свидетельство № 155113,— «Бюллетень изобретений и товарных знаков», 1963, № 11, с. 85.

38.Betz A. Micromanometer, Handbuh der Experimental Physik, IV, p. 1,

1931.

106

Г л а в а II

у с т р о й с тв а с б о р а , п р е о б р а зо в а н и я

и в ы ч и с л и тел ьн о й о б р а б о т ки

и зм е р и те л ь н о й и н ф о р м а ц и и

2.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Характерной особенностью современных научных экспери­ ментальных исследований является большой объем информации, переработка которой в сжатые сроки невозможна без примене­ ния автоматизированных устройств сбора, преобразования и вычисления. Кроме того, обилие информации часто сочетается с малой продолжительностью времени действия источника инфор­ мации, вследствие чего обычные измерительные приборы не в состоянии надежно воспринимать и перерабатывать информа­ цию.

К средствам измерения и обработки экспериментальных дан­ ных при научных исследованиях предъявляются следующие основные требования [16]:

—количество точек измерения может достигать нескольких

тысяч;

—частоты изменения основных параметров могут лежать в пределах от долей герца до 106. . . 107 Гц;

■— погрешность измерения не должна превышать 0,5%, а для некоторых исследований 0,1 .. . 0,2%;

—скорость обработки результатов измерений должна обес­ печивать получение первичных данных в темпе проведения экс­ перимента.

Совокупности этих требований не удовлетворяют ни распро­ страненные светолучевые и электронные осциллографические приборы, ни приборы со статической компенсацией типа автома­ тических мостов или потенциометров. Выполнение этих требо­ ваний невозможно обеспечить такими способами сбора и обра­ ботки измерительной информации, как визуальное считывание, фоторегистрация, запись на лентах самописцев.

108

В связи с этим при интенсивном развитии в послевоенные годы научных исследований в различных областях науки и тех­ ники встал вопрос о переходе от старых методов регистрации и обработки измерительной информации, связанных с применени­ ем большого количества ручного труда и субъективных оценок результатов измерений, к применению регистрирующих уст­ ройств, допускающих объединение с автоматическими системами сбора и преобразования информации. Такие комплексные реги­ стрирующие устройства, являющиеся более высокой, по сравне­ нию с обычными визуальными и регистрирующими приборами, ступенью развития измерительной техники, получили название Измерительных информационных систем (ИИС).

Как указано в работе [17], ИИС воспринимают непосредст­ венно от исследуемого объекта информацию о различных физи­ ческих параметрах, осуществляют ее измерение, выполняют про­ стейшие, ограниченные по объему, математические и логические операции, производят накопление, хранение и выдачу информа­ ции потребителю. Сбор и преобразование информации присущи только измерительным информационным системам; обработка и хранение информации частично или полностью могут быть воз­ ложены на универсальные электронные цифровые вычислитель­ ные машины (ЭЦВМ) общего назначения. Если на ЕШС возла­ гается функция обработки, она реализуется в виде специализи­ рованной аналоговой или дискретной вычислительной машины непрерывного действия, представляющей собой комплекс эле­ ментов измерительной и вычислительной техники, взаимно до­ полняющих друг друга. В этом случае в ИИС информационные и вычислительные функции органически связаны и подчинены решению конкретных измерительных задач научных исследова­ ний или технологического контроля.

Разделение функций сбора и преобразования информации от функций ее обработки и хранения имеет место при большом объеме измерений и вычислений. В этом случае используются, как правило, только дискретные способы машинного счета, осу­ ществляющие регистрацию результатов измерения в цифровой форме. Применение дискретного счета становится возможным после преобразования с помощью аналого-цифровых преобразо­ вателей (АЦП) электрических сигналов датчиков (тока, напря­ жения, частоты) в цифровую форму. По сравнению с аналоговой формой цифровая форма регистрации имеет ряд преимуществ. В ней отсутствует собственно погрешность регистрации со всеми ее составляющими; в 20 ... 50 раз снижается погрешность вос­ произведения быстропеременного процесса на носителе инфор­ мации; отпадает необходимость расшифровки и обработки аналоговых кривых для получения результата в цифровом виде.

При цифровой форме представления информации на носите­ ле записи фиксируются ряды п-значных чисел, которые представ­

109

ляют собой результаты вычислений или служат ординатами из­ меряемого переменного параметра.

Объединение ИИС с универсальными ЭЦВМ привело к соз­ данию централизованных измерительно-вычислительных систем (ЦИВС) [1]. В таких системах измерительно-информационные и вычислительные функции четко разграничены между ИИС, осуществляющей сбор и преобразование информации, и маши­ ной, использующей эту информацию в вычислениях.

В таких системах представляется возможным наиболее пол­ но использовать вычислительные функции машины, возло­ жив на нее обслуживание нескольких ИИС, связанных с раз­ личными экспериментальными объектами.

Современные ИИС имеют различную структуру, зависящую от назначения, условий эксплуатации и применяемых в системе элементов. Общим для всех систем является централизация из­ мерений путем программного опроса датчиков одним или не­ сколькими коммутаторами. Быстродействие систем обеспечива­ ется широким применением средств электроники. К основным функциям измерительных информационных систем относятся:

—выдача результатов измерений в ЭЦВМ по прямым ли­ ниям связи, на перфоратор, в различного вида устройства памя­ ти или на визуальные и регистрирующие аналоговые приборы;

—визуальная индикация результатов измерений в процессе эксперимента по вызову экспериментатора или научного работ­ ника;

—частичная или полная (в аналоговых машинах) обработ­ ка результатов измерений по заданной программе;

—автоматическое регулирование процесса эксперимента по заданной программе;

—выдача сигналов аварийной защиты при приближении ава­ рийных режимов, звуковая и световая сигнализация о них;

—коррекция программы эксперимента в процессе его прове­ дения в. зависимости от получаемых результатов.

По назначению ИИС делятся на три основные группы:

—измерительные системы для испытания сложных объ­

ектов;

—системы централизованного контроля технологических процессов;

—измерительные системы технической диагностики, выраба­ тывающие по результатам ряда измерений некоторые обобщен­ ные суждения о состоянии объекта.

Наибольшее распространение получили первые два типа си­ стем. Системы технической диагностики являются узко специа­ лизированными, тесно связанными с объектом контроля.

Развитие аналоговой и дискретной вычислительной техники идет параллельно. Обе разновидности дополняют друг друга и имеют области преимущественного и оптимального применения. Отличительная особенность аналоговых вычислительных уст­

110

ботки в виде цифровых таблиц или графиков. В тех случаях, когда непосредственной связи между объектом и ЭЦВМ нет или машина, размещенная в вычислительном центре, занята обслу­ живанием других объектов, или, наконец, когда быстродействие машины не соответствует объему поступающей в нее информа­ ции, приходится прибегать к средствам накопления и запомина-

Рис. 2.1. Блок-схема измерительно-вычислительной системы па базе ЭЦВМ:

1—датчики физических величин; 2—групповые усилители; 3—коммутирующее устройство; 4—устройство самоконтроля; 5—аналого-цифровой преобразователь; 6—блоки питания; 7 — мнемосхемы устройства интегрального представления; <5 — комбинированные ана­ лого-цифровые устройства: 9—'индикаторные (отсчетные) цифровые устройства; 10—циф­ ровое регистрирующее устройство; 11—‘устройства графического представления (эпюрографы, самописцы); 12—логические устройств?; 13—цифро-аналоговые преобразователи; /4—запоминающее устройство; 15—программирующее устройство; 16—автоматическое счи­ тывающее устройство с перфолент (или перфокарт); 17—автоматическое считывающее устройство с графиков: 18—графопостроитель; 19—автоматическая печатающая машина,

20-^перфоратор; 21—устройство памяти; 22—юсциллографическое цифровое регистрирую­ щее устройство

ния информации и обрабатывать ее после проведения измере­ ний. В этом случае результаты обработки становятся доступны­ ми для изучения и анализа спустя некоторое время.

На рис. 2.1 приведена блок-схема централизованной измери­ тельно-вычислительной системы на базе универсальной ЭЦВМ. Она включает в себя следующие элементы:

—датчики, преобразующие различного рода физические ве­ личины (давления, температуры, деформации и пр.) в электри­ ческий сигнал;

—усилители, предназначенные для предварительного усиле­ ния входных сигналов перед их измерением;

112