книги / Теплотехнические измерения и приборы

Рассмотренный пневмоэлектрический преобразователь ППЭ-6 работает в комплекте с вторичными приборами дифференциальнотрансформаторной системы типа КПД1, КСД2 и др. Измерительные схемы дистанционной передачи с использованием дифференциально­ трансформаторных преобразователей рассмотрены в § 8-4.

В основу построения пневмоэлектрических преобразователей компенсационного типа положен принцип компенсации усилий. Преобразователи этого типа представляют собой измерительные устройства с отрицательной обратной связью, аналогичные рас­ смотренным выше.

8-13. Нормирующие измерительные преобразователи

Нормирующие измерительные преобразователи предназначены для преобразования выходного сигнала первичных преобразовате­ лей (стандартных термоэлектрических термометров и термометров сопротивления) и выходного сигнала переменного тока измери­ тельных устройств (дифманометров, манометров и других приборов) в унифицированный сигнал по­ стоянного тока. Нормирующие преобразователи, применяемые для преобразования выходного сигнала первичных преобразова­ телей, называют также промежу­ точными.

Преобразователи для работы в комплекте с термоэлектрически­ ми термометрами. Рассмотрим нормирующий преобразователь ПТ-ТП-68, разработанный ВТИ совместно с московским опытным заводом «Энергоприбор».

На рис. 8-13-1 показана упрощенная схема нормирующего пре­ образователя типа ПТ-ТП-68 для линейного преобразования термо- э. д. с. термометра Е (t, t0) в сигнал постоянного тока 0—5 мА при сопротивлении внешней нагрузки Ru = 2,5 кОм. Преобразова­ тель состоит из корректирующего моста М/(, усилителя с токовым выходом / вых, устройства обратной связи, состоящего из усилителя обратной связи УОС и резистора /?0>с. Резисторы корректирую­ щего моста MK Riy R2и R3выполнены из манганина, а резистор Rht1 который обычно располагают в непосредственной близости от сво­ бодных концов термоэлектродных проводов, — из меди.

Преобразователь типа ПТ-ТП-68 выполнен по статической автокомпенсационной схеме. Входной сигнал термоэлектрического тер­ мометра, скорректированной напряжением Uab, снимаемым с вер­ шин моста ab [Ux = Е (t, ^0) + Vab\ сравнивается с напряжением обратной связи Uox. Некомпенсированный сигнал А и = Ux —

— £/0.с усиливается усилителем с токовым выходом. Выходной

ток ^вых поступает во внешнюю цепь Rn и через делитель (на рис. 8-13-1 делитель не показан) подается в усилитель УОСустройст­ ва обратной связи. Токи на выходе и входе усилителя устройства обратной связи строго пропорциональны между собой. Выходной

коэффициент передачи преобразователя равен k = l/k0XR0C, а его стабильность определяется стабильностью kox и

Принципиальная электрическая схема нормирующего преобразователя типа ПТ-ТП-68 представлена на рис. 8-13-2. Преобразователь состоит из следующих узлов: корректирующего моста М К , усилителя постоянного тока, устрой­ ства обратной связи УМ-2 и /?0. с и силового трансформатора Т р .

Корректирующий мост М К служит для автоматического введения поправки на изменение термо-э. д. с. термометра, вызываемого изменением температуры свободных его концов t0 и компенсации (подавления) начальной термо-э. д. с. термометра в преобразователях с безнулевым началом преобразования входного сигнала. Мост состоит из двух балластных и двух активных плеч. Балластные плечи моста содержат манганиновые резисторы и / ? 12. Первое активное плечо имеет четыре манганиновых постоянных резистора и один регулируемый R s — «корректор нуля». С помощью резисторов R * , R i0 подбирается необходимое напря­ жение на вершинах моста £/н. к для компенсации начальной термо-э. д. с. термо­ метра в преобразователях с безнулевым началом преобразования. Резисторы R G, R 1 определяютдиапазон действия корректора нуля R 8. Другое активное плечо включает в себя в рабочем состоянии м'едный резистор R 2 для получения коррек­ тирующего напряжения U ay на вершинах моста при изменении термо-э. д. с. термометра, вызванном изменением температуры свободных концов термоэлект­ родных проводов. Включенные в это плечо манганиновые резисторы R% и R 4 определяют необходимое влияние медного резистора R 2 на и аь. В режиме конт­ роля и при проверке преобразователя вместо медного резистора R 2 подключается контрольный манганиновый резистор Т?5. Номинальное значение сопротивления резистора R b равно сопротивлению R 2 при 0°С. Номинальное расчетное значение сопротивления R 2 соответствуеттемпературе 30° С. Для обеспечения большей точ­ ности суммарное сопротивление термоэлектрического термометра, термоэлектрод­ ных проводов, соединяющих термометр с преобразователем, и подгоночной катуш­ ки R i должно составлять 75 Ом.

Питание моста осуществляется от стабилизированного источника (обмотка I V силового трансформатора Т р , диод Д7, конденсатор Съ стабилитроны Д ъ Д 2 с ограничивающими их ток резисторами R 10 и Я17).

Значение тока питания моста устанавливается манганиновым резистором R fA

имедным R 16,"осуществляющим компенсацию температурного изменения напря­ жения стабилизации стабилитрона Д±.

Усилитель преобразователя состоит из двух каскадов: магнитного УМ-1

иполупроводникового, выполненного на одном кремниевом транзисторе T i. Магнитный усилитель УМ-1 выполнен по двухтактной двухполупериодной схеме

цированный сигнал постоянного тока 0—5 мА представлена на рис. 8-13-3. Преобразователь, выполненный по статической автокомпенсационной схеме, со­

постоянного тока U, снимаемое с вершин ab. Питание схемы мо ста осуществляется от стабили­

зированного источника. Балла­ стные резисторы плеч моста /?1э R2 и R3 выполнены из манга­ нина. Термометр сопротивления RTприсоединен к измерительно­ му мосту по трехпроводной схеме.

Принципиальная электрическая схема усилителя с токовым выходом и усилителя устройства обратной связи преобразователя типа ПТ-ТС-68 в ос­ новном аналогична схеме преобразова­ теля типа ПТ-ТП-68. Отличается она только тем, что в усилителе преобра­ зователя ПТ-ТС-68 резистор /?24отсут­ ствует, и цепь между точками х и х ' разомкнута, а манганиновый резистор Я% включен в цепь обмотки управле­ ния Wy усилителя УМ-2 между точка­

ми у и у ' (см. рис. 8-13-2). Электрическая схема измеритель­

ного моста нормирующего преобразо­ вателя типа ПТ-ТС-68, подключаемая

Рис. 8-13-4. Электрическая схема из­ мерительного моста нормирующего преобразователя типа ПТ-ТС-68.

кточкам А и В усилителя УМ-1 и устройстваобратной связи (рис. 8-13-2), показа­ на на рис. 8-13-4. Мост состоит из двух балластных и двух активных плеч. Бал­ ластные плечи моста образованы манганиновыми резисторами Я ц и Я12.

Одно из активных плеч имеет четыре постоянных манганиновых резистора Яо. R it Я?» Ro и один регулируемый Яь — «корректор нуля». Резисторы #0 и /?7 определяютдиапазон действия корректора нуля Яб. Второе активное плечо,содер-

жит термометр сопротивления R T и резисторы R i и R%. С помощью резисторов R i, R% и R 9 осуществляется начальное смещение нуля.

Сопротивление каждого провода, соединяющего термометр R T с преобразо­ вателем, подгоняется с помощью катушек R lt R 2 и R3 до заданного значения R Jl = 5 Ом.

Питание измерительного моста осуществляется от стабилизированного источ­ ника (обмотка I V силового трансформатора, диод Д7, конденсатор Ci, стабили­ троны M i, Д 2 с ограничивающими их ток резисторами R Ù и /?24). Значение тока питания моста устанавливается резисторами Я10, R u , Я15. Rio- При этом медный резистор R 16 осуществляет компенсацию температурного изменения напряжения стабилизации стабилитрона Д г .

Класс точности преобразователей ПТ-ТС-68—0,6. Подробные технические характеристики преобразователей ПТ-ТС-68 и ПТ-ТП-68 приведены в заводской инструкции по эксплуатации.

Преобразователи напряжения переменного тока в постоянный ток. Выше отмечалось, что передача сигнала измерительной инфор­ мации постоянным током по сравнению с переменным имеет сущест­ венное преимущество при автоматизации технологических процес­ сов и особенно при применении информационно-вычислительных машин. В соответствии с этим с целью использования в автомати­ зированных системах управления некоторых широко применяемых первичных и других приборов с выходным сигналом переменного тока были созданы в качестве дополнительных блоков нормирую­ щие преобразователи для преобразования сигнала измерительной информации этих приборов в унифицированный сигнал постоянно­ го тока. Это позволяет осуществлять связь измерительных устройств с выходным сигналом переменного тока с вторичными приборами постоянного тока, измерительными блоками регуляторов и инфор­ мационно-вычислительными машинами.

Однако применение в измерительных цепях дополнительных нормирующих преобразователей увеличивает погрешность и умень­ шает надежность измерительной системы. Поэтому при создании автоматизированных систем управления технологическими про­ цессами на ТЭС, АЭС и других отраслях промышленности необхо­ димо применять измерительные устройства с выходными сигна­ лами, не требующие использования дополнительных преобразова­ телей для согласования рода энергии выходных и входных сигналов средств измерений.

о ----------------- Р А З Д Е Л Ч Е Т В Е Р Т Ы Й ------------ -----(

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ЕДИНИЦЫ ДАВЛЕНИЯ

Широкое использование давления в научных исследованиях и в различных отраслях промышленности вызывает необходи­ мость применения большого числа средств измерения давления и разности давлений, различных по принципу их действия, устрой­ ству, назначению и точности. При измерении давления нас могут интересовать а б с о л ю т н о е , и з б ы т о ч н о е и в а к у у м - м е т р и ч е с к о е д а в л е н и я . Абсолютное давление необхо­ димо знать в тех случаях, когда влияние атмосферного давления исключить нельзя, как, например, при изучении вопросов состоя­ ния рабочих тел, при определении температуры кипения различных жидкостей и в других подобных случаях.

При контроле технологических процессов и при проведении научных исследований в большинстве случаев приходится иметь дело с измерением избыточного и вакуумметрического давлений, а также с измерением разности давлений.

Под термином а б с с г л ю т н о е д а в л е н и е подразумева­ ется полное давление, под которым находится жидкость, газ или пар. Оно равно сумме давлений избыточного р„ и атмосферного ра:

(разрежение или вакуум) подразумевается разность между атмосфер­ ным давлением и абсолютным давлением, меньшим атмосферного:

Рв “ Ра Р«

Прибор, измеряющий атмосферное давление, называют б а р о ­ м е т р о м , отсюда атмосферное давление — барометрическим. При­

Прибор, измеряющий избыточное или вакуумметрическое давле­

малое избыточное давление (например, давление воздуха, подавае­ мого в топку котла) и разрежение газа (например, в газоходе котла), называется соответственно н а п о р о м.е р о м и т я г о ­

(например, в топке котла) — т я г о н а п о р о м ером. Прибор, изме­ ряющий очень малые давления (ниже и выше барометрического) и незначительные разности давлений, называют м и к р о м а н о -

Единицы давления. Из числа допускаемых к применению в СССР

единиц давления предпочтительной является единица международ­ ной системы (СИ) паскаль (Па). Паскаль — давление силы в один ньютон на площадь в один квадратный метр (Н/м2). При приме­ нении этой единицы давления могут использоваться приставки, установленные ГОСТ 7663-55, для образования наименований крат­ ных и дольных единиц лишь для выражения значения давления, полученного как окончательное в результате измерения или рас­ чета, с целью сокращения числа значащих цифр в записываемом числе (например, 2,94 МПа вместо 2 940 000 Па).

Для применения допускаются также единица давления системы МКГСС килограмм-сила на квадратный метр (кгс*м“2) и внесистем­ ные единицы давления: килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс-см”2), которую часто называют технической атмосферой (ат), миллиметр водяного столба (мм вод. ст.) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). При измерении давления жидкостным столбом

ного) столба особенно удобно в тех случаях, когда пользуются техническими жидкостными приборами с видимым мениском (гл. 9). Следует также отметить, что в настоящее время в СССР выпускае­ мые приборы для измерения давления и разности давлений (гл. 10— 12) градуируются в единицах давления килограмм-сила на квад­ ратный метр (или сантиметр).

Кроме указанных выше единиц давления применяют физическую атмосферу, равную нормальному давлению атмосферного воздуха 760 мм рт. ст. при 0°С и нормальном ускорении свободного паде­ ния (760 мм рт. ст. = 101,325 кПа = 1,0332 кгс-см'2).

В физической и технической литературе до введения единицы давления системы СИ пользовались единицей давления системы СГС: дина на квадратный сантиметр (1 дин •см”2 = 0,1 Па) и внесистемной единицей давления бар (1 бар = = 105Па = 10,197 •103кгс •м”2= 1,0197 кгс •см”2). В настоящее время эти еди­ ницы давления не рекомендуются к применению.

В английской системе мер за единицу давления принимают давление в один английский фунт (0,4536 кгс) на площадь в один квадратный дюйм (6,452 см2).

Соотношения между применяемыми единицами давления приве­ дены в табл. 9-1.

Таблица 9-1

Соотношение между единицами давления

Они применяются в качестве манометров (напоромеров) для изме­ рения избыточного давления воздуха и неагрессивных газов до

тах технологического оборудования. Приборы этого типа приме­ няют в качестве контрольных и образцовых манометров и вакуум­ метров для поверки рабочих приборов, рассчитанных на те же диапазоны измерения давления, разрежения или разности давлений.

На рис. 9-1-1 показана схема U-образного (двухтрубного) манометра. Он состоит из U-образной стеклянной трубки, запол­ няемой примерно до половины своей высоты рабочей жидкостью,

и шкалы, позволяющей производить отсчет уровней в обоих коле­ нах. Измеряемое давление, разрежение или разность давлений уравновешивается и измеряется столбом h рабочей жидкости, определяемым как сумма столбов hx и h2 в обоих коленах. При этом устраняется погрешность из-за некоторого возможного раз­ личия сечений обоих колен U-образной трубки.

В качестве рабочей жидкости обычно применяют воду или ртуть, а иногда и другие жидкости. Внутренний диаметр стеклян­ ной трубки для изготовления U-образного прибора должен быть не менее 8—10 мм и по возможности одинаков по всей ее длине. При малом диаметре трубки капиллярные свойства воды не поз­ воляют применять ее в качестве рабочей жидкости в приборах этого типа. В этом случае в качестве рабочей жидкости рекомен­ дуется применять спирт.

При применении U-образный манометр должен устанавливаться вертикально по отвесу.

Для измерения избыточного давления в объекте правое колено трубки прибора соединяют с объектом, а левое оставляют откры­ тым (сообщенным с атмосферой); при измерении разрежения — левое колено прибора соединяют с объектом, а правое— остав­ ляют открытым. При измерении разности давлений большее давле­ ние подводится к правому, а меньшее — к левому колену трубки прибора.

Обычно с помощью U-образного прибора давление, разрежение или разность давлений измеряют в миллиметрах водяного или ртутного столба. Результат измерения может быть выражен не в мил­ лиметрах столба рабочей жидкости, а в паскалях по формуле

где g — местное ускорение свободного падения, м/с2; h — разность

Для перевода значения давления, выраженного в Па, в значе­

ние, выраженное в кгс/м2, необходимо полученный результат умно­ жить на 0,102.

Если отсчет высоты столба h рабочей жидкости по U-образному прибору производят невооруженным глазом, то при цене деления шкалы в 1 мм при отсчете в двух коленах пределы допускаемой основной погрешности измерения давления, разрежения или раз­ ности давлений не превышают ± 2 мм столба рабочей жидкости (при этом учитывается и погрешность самой шкалы). Значения плотности рабочих жидкостей, наиболее часто применяемых в этих приборах (вода, ртуть), могут быть взяты из таблиц с погреш­ ностью, не превышающей 0,005%. При этом необходимо быть уверенным в чистоте взятых жидкостей. Таким образом, практи­