Информационные технологии и автоматизация в металлургии. Лабораторный практикум

где RT и RK – сопротивления термобатареи и компенсационной ка- тушки соответственно.

Ток I создает разность потенциалов на катушке:

При повышении температуры корпуса телескопа т. э. д. с. Ε уменьшается, a RK возрастает. Если сопротивление RK подобрано та- ким образом, что изменение Ε равно изменению знаменателя (1 + RT/RK), то нагрев корпуса телескопа до 100 °С не повлияет на по- казания измерительного прибора (U). Благодаря этому не надо под- ключать компенсационные провода. В случае, когда возможно нагре- вание корпуса телескопа свыше 100 °С, его помещают в водоохлаж- даемую рубашку, предусмотренную в комплекте пирометра «Рапир».

Компенсация влияния изменения температуры корпуса телескопа до 200 °С осуществляется также с помощью перекрытия части теп- лового потока от излучателя биметаллическими пластинами, которые при повышении температуры корпуса деформируются, тем самым увеличивая поток энергии, падающей на термобатарею. Температура ее горячих спаев соответственно возрастает, что компенсирует по- грешность измерения, обусловленную нагревом холодных спаев.

Вразличных интервалах температур используются телескопы с объективами из различных оптических материалов: для 400...1500 и 600...2000 °С из оптического кварца; для 900...2000 и 1200...2500 °С

из стекла К-8. Соответственно имеются четыре стандартные градуи- ровки телескопов Тера-50, РК-15 (Р – радиационный, К – кварцевое стекло, 15 – верхний предел измерения температуры 1500 °С); РК-20; РС-20 (С – стекло К-8); РС-25. Показатель визирования телескопов ТЕРА-50 равен 1/20, т.е. на расстоянии 1000 мм от телескопа диаметр излучателя должен быть не менее 50 мм.

Вкачестве вторичных приборов с радиационными пирометрами используются автоматические электронные потенциометры и милли- вольтметры. Для работы с ними пирометры снабжаются панелью с эквивалентными и уравнительными сопротивлениями типа ПУЭС. Шкалы автоматических потенциометров имеют те же градуировки, что и телескоп. Чувствительность и пределы измерения потенцио- метра корректируются с помощью реостата (20...40 Ом), включаемо- го в его измерительную схему и влияющего на приведенное сопро- тивление реохорда.

31

Для измерения температуры применяют также пирометр полного излучения ПИРС-019, который состоит из телескопа и фотоусилите- ля, работающего в комплекте с самопишущим потенциометром с пределами измерения 0...10 мВ.

Телескоп состоит из объектива (сферического зеркала), фокуси- рующего излучение объекта на приемник излучения, и визирной сис- темы. Помимо зеркального объектива, телескоп имеет линзовый объ- ектив. Приемник излучения представляет собой термобатарею из двух хромель-константановых термопар, выполненных в виде фоль- ги. Предусмотрена автоматическая компенсация отклонений в пока- заниях, вызванных изменениями температуры окружающей среды от 5 до 50 °С. Входное отверстие телескопа закрыто защитной пленкой, прозрачной для инфракрасного излучения, и металлической решет- кой. Для охлаждения корпуса телескопа используется специальный водяной охладитель.

Диапазон измеряемых температур составляет 20...300 °С с под-

диапазонами: 20...100; 40...150; 50...200; 100...300 °С. Основная до-

пустимая погрешность по этим поддиапазонам составляет соответст- венно ±2; ±2,5; ±3,0 и ±4,5 °С. Инерционность измерений не превы- шает 2 с.

2.3. Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд для выполнения работы (рис. 2.6) состоит из ВК1 – выключатель, предназначен для включения/отключения лабо- раторного стенда к напряжению сети ~220 В; П1 – пирометр «ТЕХНО-АС» С-700.1)» предназначен для бесконтактного измерения нагретого тела; ИР1 – измеритель-регулятор ОМЕН ТРМ-1 с УОИ (устройством отображения информации), предназначен для измере- ния, регулирования и отображения на ЖК дисплее технологического параметра – температуры нагретого тела; БП1 – блок питания пиро- метра; L1 – лампа накала имитирует нагретое тело; R1 – реостат, предназначен для регулирования силы тока проходящего через нить накала.

32

3.Краткое описание методики проведения лабораторной работы.

4.Экспериментальные данные в табличном и графическом виде;

5.Выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1.Свойства характеризующие информацию.

2.Определение качества информации.

3.Показатели качества информации, определяющие возможность

иэффективность ее использования.

4.Определение количества информации.

5.Определение телемеханики.

6.Специфические особенности телемеханики.

7.Определение телеуправления.

8.Определение телеизмерения.

9.Определение Пункта Управления.

10.Определение контролируемого пункта.

11.Определение телесигнализации.

12.Определение телеизмерения.

13.Определение телерегулирования.

14.Определение достоверности телерегулирования.

15.Что описывается уравнением Планка?

16.Каковы основные методы определения температуры нагретых тел?

17.Основные типы пирометров?

18.Диапазон измерения температуры фотоэлектрическим пиро- метром типа ФЭП-4?

19.Схема оптического пирометра типа «Проминь»?

20.Блок схема цветового пирометра?

21.Устройство радиационного пирометра ТЕРА-50?

34

Лабораторная работа №3 ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРВИЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ

ОТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ

СПОМОЩЬЮ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И РАСХОДА

3.1. Цель работы

Ознакомится с устройством и приобрести практические навыки получения информации о технологическом процессе с помощью ти- повых технических средств автоматики контроля давления и расхода.

3.2. Теоретическая часть

Исследования и оценка задач автоматизации в различных отрас- лях промышленности показывают что в настоящее время только в группе датчиков имеется потенциальный спрос на приборы для из- мерения более 2000 физических величин, а это с учетом известных методов измерений, диапазонов значений измеряемых величин и ус- ловий эксплуатации может привести к необходимости изготовления нескольких десятков тысяч модификаций датчиков. Так как даже простейшая локальная система регулирования кроме датчика вклю- чает в себя ряд других устройств, то индивидуальный подход к раз- работке средств для АСУ ТП, приводящий к неоправданному много- образию этих средств, нецелесообразен.

Следовательно, одна из главнейших задач, решаемых комплекса-

ми ГСП, состоит в создании ограниченной номенклатуры унифи-

цированных устройств, способных максимально удовлетворять по- требности предприятий.

Сокращение номенклатуры средств автоматизации достигается объединением их в отдельные функциональные группы путем сведе- ния функций этих устройств к ограниченному числу типовых функ- ций. Оптимизация состава каждой группы обеспечивается разработ- кой параметрических рядов изделий. В основу ряда заложены более узкая специализация выполняемых функций (типизация инструмен- тальных методик измерения или метода преобразования информа- ции), ограничения по видам и параметрам сигналов, несущих ин- формацию о контролируемой величине или команде управления, ог- раничения по техническим параметрам изделий, пределам измере-

35

ний, классам точности, параметрам питания и т. д. и, наконец, уни- фикация конструктивного исполнения изделий. Существенное со- кращение числа различных функциональных устройств достигается обеспечением их совместимости в автоматизированных системах управления. Концепция совместимости, включающая в себя требова-

ния информационного, энергетического, конструктивного, метроло- гического, эксплуатационного сопряжений между изделиями ГСП,

основана на последовательной унификации и стандартизации свойств и характеристик изделий.

Применительно к информационным связям термин унификация означает введение ограничений, налагаемых на сигналы, несущие све- дения о контролируемой величине или команде. Унифицируются ви- ды носителей нормированной информации (электрические сигналы, коды и согласование входов и выходов; вещественные с механическим носителем на перфокартах, перфолентах, бланках для записи и печати, с магнитными носителями). Определяется также способ представле- ния информации в изделиях ГСП аналоговый и дискретный.

Конструктивная совместимость изделий предусматривает прежде всего унификацию присоединительных размеров отдельных узлов, деталей, модулей, введение типовых конструктивов, создание единой элементной базы, разработку общих принципов конструирования приборов. При конструировании устройств ГСП принят блочно-мо-

дульный принцип построения изделий. Применение этого принци-

па делает приборы более универсальными, позволяет использовать при их создании рациональный минимум конструктивных элементов (сокращается количество наименований деталей). Вместе с тем воз- можность простой и легкой замены отдельных узлов позволяет мо- дернизировать эти приборы в процессе эксплуатации, повышает их ремонтопригодность и расширяет круг решаемых ими задач (путем различных сочетаний функциональных звеньев и введением специа- лизированных деталей). Блочно-модульное построение приборов по- зволяет широко применять при их изготовлении современную техно- логию и максимально использовать кооперацию и специализацию предприятий.

Стандартизируются также общие технические требования к изде- лиям ГСП и условиям их работы в автоматизированных системах управления. Ввиду многообразия производств и технологических процессов важное место отводится разделению приборов и устройств по группам условий эксплуатации.

36

По защищенности от воздействия окружающей среды изделия ГСП подразделяются на следующие исполнения:

•обыкновенное;

•пылезащищенное;

•взрывозащищенное;

•герметическое;

•водозащищенное;

•защищенное от агрессивной среды.

В зависимости от предполагаемых механических воздействий

предусматривается два вида исполнения:

•обыкновенное;

•виброустойчивое.

Нормируются метрологические характеристики изделий (виды погрешностей, методы нормирования погрешностей отдельных уст- ройств, погрешностей совокупности звеньев и систем, классы точно- сти и методы аттестации). Этим достигается метрологическая со- вместимость.

Основные требования к изделиям ГСП, обеспечивающие их со- вместимость в автоматизированных системах управления, представ- лены на схеме двумя группами: группой устройств преобразования информации для передачи по каналам связи и группой устройств преобразования и передачи команд управления.

Датчики давления

За единицу давления в Си принято давление, называемое паска- лем (Па). Оно создается силой в 1 ньютон, равномерно распределен- ной по поверхности в 1 м2. Эта небольшая величина пригодна для измерения очень малых давлений. Для измерения средних и высоких давлений целесообразно применять кратные единицы: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа) и др.

При измерении давления в движущихся средах различают: пол- ное, статическое и динамическое давление. Статическое – это дав- ление, зависящее от запаса потенциальной энергии газовой (жидко- стной) среды, и определяется через статический напор. Оно может быть избыточным или вакуумметрическим, в частном случае оно равно атмосферному.

Динамическое – это давление, обусловленное скоростью движе- ния потока газа (жидкости). Определяется оно через скоростной (ди- намический) напор по формуле

37

pд = ρW 2 2 ,

где pд – динамическое давление;

ρ – плотность движущегося вещества; W – скорость движущегося потока.

Полное давление pп движущейся среды слагается из статического pст и динамического pд давлений:

pп = pст + pд .

В дальнейшем под термином «давление» подразумевается стати- ческое давление.

Приборы для измерения давления можно разделить на следующие основные группы: 1) жидкостные, в которых измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости соответствующей вы- соты; 2) деформационные, в которых измеряемое давление определя- ется по величине деформации различных упругих чувствительных элементов или по развиваемой ими силе; 3) грузопоршневые, в кото- рых измеряемое или воспроизводимое давление уравновешивается давлением, создаваемым массой поршня и грузов; 4) электрические, действие которых основано на изменении электрических свойств не- которых материалов при воздействии на них давления.

По наименованию приборы для измерения давления подразделя- ются на барометры (для измерения атмосферного давления); мано- метры (для измерения избыточного давления); вакуумметры (для из- мерения вакуумметрического давления); мановакуумметры (для из- мерения избыточного и вакуумметрического давления); манометры абсолютного давления (для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля); дифференциальные манометры для измерения разности (перепада) давления.

Манометры, вакуумметры и дифференциальные манометры, предназначенные для измерения небольших давлений, разрежений и разности давлений газовых сред (до 40 кПа), называют соответствен- но напоромерами, тягомерами и тягонапоромерами.

Приборы, предназначенные для высокоточных измерений малых давлений (обычно не превышающих 4,0 кПа), называют микромано- метрами.

Деформационные приборы широко применяют для измерения давления и его перепада благодаря их портативности, простоте и большому диапазону измерения – от нескольких Паскалей до тысячи

38

мегапаскалей. Принцип действия данных устройств основан на урав- новешивании силы, создаваемой давлением или вакуумом контроли- руемой среды на чувствительный элемент, силами упругих деформа- ций различного рода упругих элементов. Эта деформация в виде ли- нейных или угловых перемещений передается показывающей или самопишущей части прибора, а также может быть преобразована в электрический или пневматический сигнал для дистанционной пере- дачи его на измерительный (вторичный) прибор или другие средства контроля или регулирования.

В деформационных приборах в качестве чувствительных элемен- тов используют одновитковые трубчатые пружины (рис. 3.1, а), мно- говитковые трубчатые пружины (рис. 3.1, б), упругие мембраны (рис. 3.1, в), упругие мембранные коробки (рис. 3.1, г), двойные уп- ругие мембранные коробки (рис. 3.1, д), пружинно-мембранные с гибкой (вялой) мембраной (рис. 3.1, е), сильфонные (рис. 3.1, ж) и пружинно-сильфонные (рис. 3.1, з).

Рис. 3.1. Деформационные чувствительные элементы

Для изготовления мембран, сильфонов и трубчатых пружин необ- ходим материал с высокой упругостью, антикоррозионностыо, малой зависимостью параметров от изменения температуры, который также должен хорошо поддаваться технологической обработке, пайке и сварке. Указанным требованиям отвечают бронза, латунь и хромони- келевые сплавы.

39

Статическая характеристика упругого элемента представляет со- бой зависимость деформации K от приложенного давления р, т.е. K = f(р). В большинстве случаев эта зависимость имеет нелинейный характер, причем кривая нагружения не совпадает с кривой, соответ- ствующей разгружению. Кроме того, при снятии нагрузки, т.е. при р = 0, имеет место остаточный сигнал вследствие продолжающейся деформации материала. Это объясняется наличием гистерезиса мате- риала, из которого изготовлен упругий чувствительный элемент.

Внешний вид промышленного манометра с упругим чувствитель- ным элементом марки dTRANS p02 представлен на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Принципиальная схема промышленного манометра с упругим чувствительным элементом марки dTRANS p02

Датчики расхода

При измерении расхода жидкости пара и газа используются рас- ходомеры переменного перепада давления, действие которых осно- вано на падении давления в сужающем устройстве постоянного се- чения. Разность статических давлений до и после сужающего уст- ройства (перепад давления) измеряется дифференциальным мано- метром и служит мерой расхода. В качестве сужающих устройств используются диафрагмы и сопла: наиболее распространены диа- фрагмы (рис. 3.3). Поток, проходя через отверстие диафрагмы, сжи- мается, причем наибольшее сжатие его происходит вследствие инер- ции после прохождения диафрагмы в сечении П-П. Затем по мере расширения струи давление в трубопроводе повышается, но не дос-

40