Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Автоматическое управление расходом, давлением и уровнем жидкости. Учебное пособие
.pdf
31
ления внутри коробки она деформируется (раздувается). Деформация донышка ко-
робки служит мерой измерения давления (разрежения).
У вялых мембран, изготовленных из эластичных тканей или резины, изме-
ряемое давление Р, воздействующее на мембрану, уравновешивается усилием со
стороны плоской или винтовой противодействующей пружины, закрепленной од-
ним концом на корпусе прибора. Отклонение другого конца пружины служит ме-
рой измеряемого давления. Для измерения и записи давлений от 0,25 до 5,0
кгс/см
2
применяют гармониковые мембраны (сильфоны). Ход дна сильфона прямо
пропорционален приложенному давлению Р (рисунок 2.1, г). Для увеличения про-
тиводействующего усилия внутрь сильфона помещают винтовую пружину. Вслед-
ствие этого измеряемое давление или разрежение уравновешивается силой упругой
деформации сильфона и винтовой пружины.
Наибольшее распространение в лабораторных и промышленных условиях
получили манометры (вакуумметры) с трубчатой пружиной (рисунок 2.1, а), Труб-
чатая пружина представляет собой полую трубку овального или эллиптического
сечения, согнутую по дуге окружности на угол γ = 270°. Один конец трубки за-
крыт, второй закреплен в штуцере, в который подается измеряемое давление. При
увеличении давления трубка стремится разогнуться, угол γ становится меньше и
закрытый конец трубки перемещается. Перемещение конца трубки служит мерой
давления внутри нее. Для передачи перемещения свободного конца трубки к указа-
тельной стрелке прибора применяют секторный или рычажный механизм. Эти ма-
нометры применяются в широком диапазоне давлений – от 0,6 до 10 000 кгс/см2 и
выше.
В механических самопишущих манометрах, где требуются более высокая
чувствительность и больший ход чувствительного элемента, применяют многовитковые (4–6 витков) геликоидальные трубчатые пружины (рисунок 2.1, б). Ана-
логично одновитковой трубчатой пружине один конец ее прикреплен к штуцеру,
другой закрыт и посредством рычажного механизма соединен с осью, на котором
укреплено записывающее устройство. Манометры этого типа выпускаются на пре-
32
делы от 6 до 160 кгс/см
2
. Класс точности манометров с геликоидальной пружиной
1,5 или 2,5.
Конструкция деформационного датчика давления применяемого в лабораторном стенде представлена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Датчик давления деформационного типа
Преобразователь выполнен в цилиндрическом корпусе 3, в нижней части ко-
торого расположен штуцер 4, предназначенный для присоединения к линии изме-
ряемого давления. На корпусе датчика установлена приборная часть 2 электриче-
ского соединителя. В кабельной части 1 соединителя производится подсоединение
проводов внешних электрических цепей с помощью винтовых зажимов (клемм) без
применения пайки. Во входном отверстии 5 приемной полости штуцера преобразо-
вателя предусмотрена резьба для установки гидравлического дросселя, предназна-
ченного для предотвращения повреждения мембраны чувствительного элемента
преобразователя в случае возникновения гидроудара. В штуцере преобразователя
размещен чувствительный элемент 6.
33
В качестве чувствительного элемента применен тензопреобразователь, на
котором размещена тензочувствительная схема из четырех тензорезисторов, со-
единенных в мост Уинстона. Под действием давления измеряемой среды мембрана
чувствительного элемента прогибается. Тензорезисторы, деформируясь, изменяют
свое сопротивление. В результате происходит разбаланс моста пропорционально
измеряемому давлению. Разбаланс в виде электрического сигнала преобразуется
электронным блоком, расположенным в корпусе преобразователя, в выходной
унифицированный сигнал постоянного тока 4 ... 20 мА. В применяемом тензопре-
образователе имеется термокомпенсация, что обеспечивает относительно высокую
температурную стабильность его характеристик. К преобразователю давления при-
соединяется вторичный электронный прибор, измеряющий сигнал с преобразова-
теля и переводящий его в значения давления.
2.2 Пьезорезистивные датчики давления
Внутреннее устройство датчика показано на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 – Конструкция преобразователя давления
Датчик работает следующим образом: давление через защитный слой кремнийсодержащего геля передается на чувствительный элемент датчика - кремниевый интегральный преобразователь давления (ИПД), представляющий собой мем-
34
брану из монокристаллического кремния с диффузионными пьезорезисторами,
подключенными в мост Уинстона.
Чувствительным элементом служит кристалл ИПД, установленный на диэлектрическое основание с использованием легкоплавкого стекла или методом
анодного сращивания. На этом же кристалле выполнена интегральная микросхема
усилителя сигнала с пьезорезисторов. Провода внутренней разводки также находятся в слое кремнийсодержащего геля, обеспечивающего их изоляцию, и предназначены для электропитания усилителя сигнала и передачи выходного сигнала.
В том случае, если датчики предназначены для измерения давления агрессивных сред, то вместо защитного геля применяется металлическая мембрана, пространство между которой и датчиком заполняется силиконовым маслом.
К преобразователю давления присоединяется вторичный электронный прибор, измеряющий сигнал с преобразователя и переводящий его в значения давления. Приборы могут быть скомпонованы в едином корпусе или смонтированы по
отдельности.
2.3 Стеклянные жидкостные приборы
Стеклянные жидкостные приборы широко применяются в лабораториях, в
промышленности и при поверке. Простейшим прибором для измерения давления,
вакуума (разрежения или разности давлений) является стеклянный двухтрубный
U-образный жидкостный манометр (рисунок 2.4, а).
Стеклянные трубки прибора заполнены рабочей (затворной) жидкостью, в
качестве которой могут быть использованы вода, ртуть, спирт, масло и т. д. Мано-
метр может быть также однотрубным (чашечным, рисунок 2.4, б) и с наклонной
трубкой (микроманометр рисунок 2.4, в).
Погрешность показаний стандартных U-образных манометров не превыша-
ет ±2%. Верхний предел измерения установлен в 100, 160, 250, 400, 600, 1000 мм. В
этом случае приведенная погрешность измерения лежит в интервале от 2 (для пре-
дела измерения 100 мм) до 0,2% (для предела измерения 1000 мм). Отсчет необхо-
35
димо производить по двум уровням. Нельзя отсчитывать показания по одной труб-
ке и результат умножать на два.
а – U-образный двухтрубный; б – чашечный однотрубный,
в – микроманометр с наклонной трубкой
Рисунок 2.4 – Схемы трубных манометров
Стеклянные однотрубные манометры имеют верхний предел измерения
160, 400, 600 и 1000 мм. Приведенная погрешность находится в пределах от 0,4 до
0,025%.
Микроманометры с наклонной трубкой выпускаются многопредельными:
у них угол наклона трубки можно устанавливать на нескольких значениях. Пре-
делы измерения микроманометров составляют от 60 до 240 мм при приведенной
погрешности 0,6 или 1,0%.
2.4 Грузопоршневые манометры
Грузопоршневые манометрические приборы могут использоваться как рабо-
чие эталоны давления для поверки различных типов манометров, вакуумметров,
мановакуумметров и др., так и в качестве самостоятельных измерителей давления
36
от достаточно больших разрежений до избыточных в тысячи мегапаскалей. Воз-
можность определения и площади торца поршня измерительной колонки, и массы
уравновешивающих грузов с малой погрешностью обеспечивает класс точности
этих приборов в пределах 0,05-0,02. Данный показатель некоторых зарубежных
устройств достигает значения 0,0015.
Принцип работы грузопоршневого манометра основан на удержании ци-
линдра в поршне в определенном положении, когда с разных сторон на этот пор-
шень воздействуют измеряемое давление и калиброванные грузы. По массе данных
грузов судят о величине измеряемого давления.
2.5 Контроль давления в емкости с помощью реле давления,
реализованного на измерителе-регуляторе типа TPM1 и датчике давления,
управление подачей жидкости дискретной задвижкой
Цель работы: экспериментальная настройка реле давления, реализованного
на измерителе-регуляторе типа TPM1 и датчике давления, для управления дискретной задвижкой с целью поддержания давления жидкости в емкости; определение ошибки контроля давления.
Для управления используется измеритель-регулятор 12 (рисунок 1.3) с релейным выходом. Данную работу следует выполнять с использованием ПЭВМ
(ноутбука) для регистрации параметров переходного процесса.
2.5.1 Порядок проведения работы
Шаг 1. Включить электропитание стенда тумблером «Питание системы
управления».
Шаг 2. Включить ноутбук, дождаться загрузки операционной системы, запустить программу «АУ-РДУЖ измерения».
Шаг 3. В диалоговом окне программы выбрать пункт меню «Режим работы»
- «Регистрация и дискретное управление».
37
Шаг 4. В диалоговом окне программы выбрать «Динамический режим измерений», шаг сбора данных установить равным 0,4 с. В качестве отображаемых на
графике параметров выбрать зависимость давления в контрольной емкости, состояние реле давления и дискретной задвижки от времени.
Шаг 5. У становить переключатели «Управление пропорциональной задвижкой», «Управление пропорциональным клапаном» и «Управление преобразователем частоты» в положение «Ручное», переключатель «Управление дискретной задвижкой» в положение «Открыто». Установить потенциометрами управляющий
сигнал величиной 100 для преобразователя частоты, 0 для пропорционального клапана и пропорциональной задвижки. Подождать 30-40 секунд для выхода пропорциональной задвижки в заданное положение.
Шаг 6. Открыть краны КР1, КР4, КР5. Закрыть кран КР2, КР3, КР6, КР7.
Шаг 7. Включить тумблером «Насос» питание частотного преобразователя.
На панели частотного преобразователя нажать кнопку «Auto Оn».
Шаг 8. Постепенно закрывать кран КР5 до положения, при котором давление
жидкости в емкости ЕМ2 станет равным 140-150 кПа.
Шаг 9. Установить переключатель «Управление дискретной задвижкой» в
положение «ТРМ по давлению».
Шаг 10. У становить на ТРМ «Измеритель давления с управляемым релейным выходом» значение уставки Р
= 100, гистерезис ΔР = 40, параметр a1-1 =
УСТ
01;
a1-6 = 0. При этом давление жидкости в емкости должно начать изменяться в пере-
делах от 60 до 140 кПа.
Шаг 11. В диалоговом окне программы нажать кнопку «Запуск измерения»,
дождаться завершения 10 полных циклов регулирования, нажать кнопку «Остановка измерения». Сохранить данные и графики на жесткий диск.
Шаг 12. Повернуть рукоятку крана КР5 на 5°-10° в сторону закрытия.
Шаг 13. В диалоговом окне программы нажать кнопку «Запуск измерения»,
дождаться завершения 10 полных циклов регулирования, нажать кнопку «Остановка измерения». Сохранить данные и графики на жесткий диск.
38
Шаг 14. Установить переключатель «Управление дискретной задвижкой» в
№
Р
С
, кПа
ΔР, кПа
Δ
В
, кПа
Δ
Н
, кПа
положение «Открыто». Открыть кран КР5.
Шаг 15. Повторить действия шагов 8-14 для величины гистерезиса ΔР,
настраиваемой на реле давления равной 20 кПа и 10 кПа.
Шаг 16. Выключить приводной электродвигатель насоса H1 нажав на панели
частотного преобразователя нажать кнопку «Off/Reset».
Шаг 17. По полученным данным определить ошибки регулирования:
превышение ΔВ давлением жидкости величины Р
меньше, чем величина Р
- ΔР. Записать полученные результаты в таблицу 2.1.
УСТ
Таблица 2.1 - Результаты измерений
Шаг 18. Сделать выводы о влиянии величины гистерезиса ΔР на ошибку
регулирования.
Шаг 19. Выключить питание преобразователя частоты тумблером «Насос».
Шаг 20. Закрыть диалоговое окно программы «АУ-РДУЖ измерения».
Шаг 21. Выключить питание системы управления стенда.
+ ΔР и снижение давления ΔН
УСТ
2.6 Контроль давления в емкости с помощью аналогового датчика
давления, управление подачей жидкости клапаном с аналоговым управлением и регулятором TPM1 ОВЕН
Цель работы: экспериментальная настройка измерителя-регулятора типа
TPM1 для управления пропорциональным клапаном с целью поддержания посто-
янного давления жидкости в емкости; анализ переходных процессов.
Данную работу следует выполнять с использованием ПЭВМ (ноутбука) для
регистрации параметров переходного процесса.
39
2.6.1 Порядок проведения работы
Шаг 1. Включить электропитание стенда тумблером «Питание системы
управления».
Шаг 2. Включить ноутбук, дождаться загрузки операционной системы,
запустить программу «АУ-РДУЖ измерения».
Шаг 3. В диалоговом окне программы выбрать пункт меню «Режим работы»
- «Регистрация и аналоговое управление».
Шаг 4. В диалоговом окне программы выбрать «Динамический режим
измерений», шаг сбора данных установить равным 0,4 с. В качестве отображаемых
на графике параметров выбрать зависимость давления в контрольной емкости от
времени.
Шаг 5. Установить переключатели «Управление пропорциональной задвижкой», «Управление пропорциональным клапаном» и «Управление преобразователем частоты» в положение «Ручное», переключатель «Управление дискретной
задвижкой» в положение «Закрыто». Установить потенциометрами управляющий
сигнал величиной 100 для преобразователя частоты и пропорционального клапана,
0 для пропорциональной задвижки. Подождать 30-40 с для выхода пропорциональной задвижки в заданное положение.
Шаг 6. Открыть краны КР1, КР4, КР5. Закрыть кран КР2, КРЗ, КР6, КР7.
Шаг 7. Включить тумблером «Насос» питание частотного преобразователя.
На панели частотного преобразователя нажать кнопку «Auto On».
Шаг 8. Постепенно закрывать кран КР5 до положения, при котором давление
жидкости в емкости ЕМ2 станет равным 140-150 кПа.
Шаг 9. Установить на ТРМ «Измеритель давления с управляемым
аналоговым выходом» следующие значения:
- тип закона регулирования - параметр а1-1 = 5;
- значение уставки давления Р
- величину зоны пропорциональности Δ = 30. Записать значения параметров в
таблицу 2.2.
Шаг 10. В диалоговом окне программы нажать кнопку «Запуск измерения».
из диапазона 80-120 кПа;
УСТ
40
Шаг 11. Перевести переключатель вида управления пропорциональным
КР5
Р
УСТ
, кПа
Δ, кПа
Р
Ф
, кПа
е
СТ
, кПа
е
ДИН
, кПа
t
УСТ
, с
Управление пропорциональным клапаном
клапаном в режим «По давлению». При этом начнется регулирование сигнала на
клапан от ТРМ.
Шаг 12. Дождаться установившегося значения давления Р
жидкости в
Ф
емкости, записать в таблицу 2.2. В диалоговом окне программы нажать кнопку
«Остановка измерения». Сохранить полученные графики и данные в файл.
Шаг 13. Определить величину статической е
время выхода на установившееся значение t
и записать в таблицу 2.2.
УСТ
и динамической е
СТ
ошибки,
ДИН
Шаг 14. В диалоговом окне программы нажать кнопку «Запуск измерения».
Шаг 15. Повернуть рукоятку крана КР5 на 5°-10° в сторону закрытия.
Шаг 16. Дождаться установившегося значения давления Р
жидкости в
Ф
емкости, записать в таблицу 2.2. В диалоговом окне программы нажать кнопку
«Остановка измерения». Сохранить полученные графики и данные в файл.
Таблица 2.2 - Результаты измерений
Шаг 17. Определить величину статической еСТ и динамической е
время выхода на установившееся значение t
и записать в таблицу 2.2.
УСТ
ошибки,
ДИН
Шаг 18. Открыть кран КР5.
Шаг 19. Перевести переключатель вида управления пропорциональным
клапаном в режим «Ручной». Задать значение сигнала равным 100.
Шаг 20. Повторить действия по шагам 8-19 для значений величины зоны
пропорциональности Δ = 20; 15; 10 (установившийся режим может получиться не
для всех настроек).
Шаг 21. Выключить приводной электродвигатель насоса H1 нажав на панели
частотного преобразователя нажать кнопку «Off/Reset».
Шаг 22. Выключить питание преобразователя частоты тумблером «Насос».
Шаг 23. Закрыть диалоговое окно программы «АУ-РДУЖ измерения».
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]