R_R_S_S_R_R_R_RiRyoS_R_R_R_R_S_R_S_R_S_R_S_R_1

влияния температура на сигнал измерительной информации предусмотрен блок температурной компенсации 8. Контроль за работой электрической схемы осуществляется блоком контроля 7. Исключение влияния различного рода помех на работу промежуточного преобразователя достигается с помощью помехозащищенного устройства 6.

В работе изучается уровнемер Probe фирмы Milltronics, «Sonic-

Intelligence».

Прибор Probe – ультразвуковой датчик уровня, объединяющий первичный ультразвуковой преобразоваттель и электронный блок в одном приборе.

Для компенсации погрешности измерений, возникающих при колебаниях ттемпературы, Probe имеет встроенный датчик температуры. Первичный преобразователь излучает ультразвуковые колебания, которые отражаются от поверхности измеряемого материала и считываются преобразователем как эхо.

Эхо-сигнал обрабатывается прибором Probe по запотентован-

ным технологиям фирмы Milltronics «Sonic Intelligence». Это позволя-

ет уверенно различать шум и истинный эхо-сигнал. Время прохождения импульса до материала и обратно с учетом температурной компенсации преобразуется в электронном блоке в расстояние, отображаемое на дисплее, в токовый выход, а также может использоваться для активизации реле.

Прибор Probe имеет возможность цифровой связи для сбора данных и дистанционного управления при помощи Hart-протокола.

Питание 18 30 В постоянного тока, выход 4 20 мА.

10.5. Методика поверки уровнемера буйкового типа

1.Закрепить динамометр на конце рычага 11.

2.Установить давление питания 1,4 кг/см2.

3.Произвести поверку уровнемера. Поверка уровнемера производится путем установления на динамометре начальной нагрузки равной 2 кгс, имитирующей начальный вес буйка. Далее, увеличивая нагрузку на 0,5 кгс, довести нагрузку на динамометре до верхнего значения равного 5 кгс. Проделать измерения при обратном ходе.

4.Результаты измерений занести в таблицу 1.

83

10.6. Методика поверки уровнемера емкостного типа

1.Включить унифицирующий преобразователь.

2.Установить магазин емкостей на нуль.

3.Произвести поверку уровнемера в диапазоне емкостей от 0 до

10 5 мкФ. Поверка производится в прямом и обратном ходе. 4. Результаты измерений занести в таблицу 2.

84

Порядок проведения измерений по поверке ультразвукового уровнемера

1.Включить блок питания, убедившись в правильно установленном напряжении (24 В).

2.Провести калибровку Probe на расстояниях 0,25–1 м:

выходной токовый сигнал 4 мА – должен соответствовать уровню 0,25 м, а сигнал 20 мА – уровню 1 м. Проверить пропорциональность показаний в точках 0,5 и 0,75 м.

Провести калибровку обратно пропорционально уровню: 4 мА – 1м, 20 мА – 0,25 м

и аналогично проверить соответствие в точках 0,5 и 0,75 м. Измерением уровня с помощью линейки определить абсолют-

ную погрешность показаний:

Метрологические характеристики Probe:

диапазон измерений 0,25 5 м;

угол луча 10 ;

выходной сигнал 4-20 мА;

погрешность 0,25% верхнего предела измерений. Сделать вывод о применимости.

Определение основной погрешности и вариации выходного сигнала

Относительная погрешность и вариацию определяют в токах диапазона измерения (уровня), соответствующих нижнему и верхнему предельным значениям и 4-5-ти значениям при прямом и обратном ходе. Определение относительной погрешности производится путем сравнения действительных значений выходного сигнала с табличными. За абсолютную погрешность принимают наибольшую из полученных значений погрешности.

Относительная погрешность определяется по формуле:

δ PÄ Pòàáë 100%

PÄ

85

где PÄ значение выходного сигнала, полученного в ходе лаборатор-

ной работы; Pòàáë действительное значение выходного сигнала. Вариация определяется по формуле:

где S1 действительное значение выходного сигнала, соответствую-

щее поверямой величине при прямом ходе; S действительное значения выходного сигнала, соответствующее поверяемой величине при прямом ходе.

Содержание отчета

1.Краткое содержание работы, технические и метрологические характеристики средств измерения и поверки, принципиальные схемы уровнемеров.

2.Экспериментальные данные по определению абсолютной погрешности уровнемеров и вариации.

3.Статические зависимости выходного сигнала от входного.

86

Лабораторная работа № 11 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ РОДА СИГНАЛОВ

Цель работы: ознакомление с принципом действия и конструкцией пневмоэлектрических и электропневматических преобразователей; определение их метрологических характеристик.

11.1. Общие сведения

Преобразователь пневмоэлектрический типа ПЭ-55М, преобразующий унифицированный пневматический непрерывный сигнал (от 0,02 МПа до 0,1 Мпа) в унифицированный электрический непрерывный сигнал (от 0 до 5 мА), предназначен для связи пневматических аналоговых приборов и устройств с электрическими машинами и электрическими приборами.

Конструктивно прибор оформлен в виде отдельного герметизированного блока и состоит из следующих основных узлов: манометрической пружины (I), блока гальванометра (II) и электронного блока (III),собранного на плате.

Электрическая принципиальная схема прибора приведена на рис. 11.1.

Рис. 11.1

87

Данный ПЭП работает по принципу компенсации моментов сил. Преобразуемый пневматический сигнал Рвх поступает в трубчатую пружину 1 (рис.1), которая под действием давления раскручивается. Ее свободный конец перемещается вверх и растягивает пружину 2. Растяжение последней вызывает появление усилия R1, которое передается рычагу 3. Сила R1 создает на рычаге 3 момент М1, который стремится повернуть рычаг 3 вокруг точки O. На конце рычага укреплен металлический флажок 4, который при повороте рычага приближается к плоской катушке 5. Перемещение рычага изменяет параметры резонансного контура (L1,С1) генератора, собранного на транзисторе Т1, вследствие чего изменяется степень связи между контурами (L1, C1) и (L2, C2). При этом изменяется величина постоянной составляющей сигнала на резисторе R2. Постоянное напряжение усиливается при помощи мостового усилительного каскада, состоящего из транзистора Т2 и резисторов R6, R10, R11.

Гальванометр работает следующим образом: в диагональ моста последовательно включается нагрузка R8 и катушка отрицательной обратной связи L4, укрепленная на рычаге и находящаяся в поле постоянного магнита. При протекании по катушке постоянного тока вокруг нее возникает постоянное по направлению электромагнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянного магнита 7. При этом на катушку L4, соединенную с рычагом 3, действует сила Rос. Эта сила создает на рычаге вращающий момент М2 , направленный противоположно моменту М1. Перемещение рычага 3 происходит до тех пор, пока моменты М1 и М2 не станут равны. Между силой R1 и измеряемым давлением Рвх, а так же между силой Rос и током I имеет место зависимость

R1 = k1 ·p Rос =k2·I,

где k2 – коэффициент преобразования трубчатой пружины 1; k2 коэффициент преобразования магнитоэлектрического преобразователя элемента, состоящего из катушки L4 и магнита 7.

Так как М1 = М2, то I k P , где

k AO k2 – коэффициент преобразования ПЭП.

OK k1

Резисторы R8, R9 позволяют регулировать глубину обратной связи, изменяя тем самым диапазон действия прибора.

88

Прибор снабжен корректором нуля R5, т. е. перемещением ручки потенциометра сводим ток в цепи к нулю.

Питание усилительного каскада и генератора осуществляется от собственного выпрямителя стабилизированного стабилитронами D1 и D2, причем стабилитрон D2, включен одновременно в цепь эмиттера транзистора Т2, что необходимо для компенсации начального уровня постоянного напряжения на резисторе R2.

Преобразователь имеет следующие технические характеристи-

ки:

–класс точности – 1,0.

–вариация выходного сигнала прибора не превышает половины предела основной допускаемой погрешности.

–прибор выдерживает воздействие вибрации частотой до 25Гц с амплитудой не более 0,1 мм.

–электрическое питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 + 22 В частотой 50 + 1 Гц.

–сопротивление нагрузки с учетом линии связи – от 0 до 2.5

кОм.

–потребляемая мощность – не более 3ВА.

Преобразователь электропневматический типа ЭПП необхо-

дим в тех случаях, когда в пневматическую систему управления требуется ввести информацию о технологических параметрах, поступающую от измерительных преобразователей с унифицированным токовым сигналом, а также когда автоматическая система управления электрическая, а ее командный сигнал посылается на пневматический исполнительный механизм. Широкое распространение получили электропневматические преобразователи (ЭПП), работа которых основана на принципе компенсации усилий (рис. 2).

Рис. 2. Схемы пневмоэлектрического и электропневматического преобразователей

89

В ЭПП, построенном на этом принципе, входной унифицированный сигнал Iвх поступает на катушку 2 магнитоэлектрического преобразовательного элемента, и образованное при этом ее электромагнитное поле взаимодействует с полем постоянного магнита 1. В результате создается усилие

R1 B l n Iâõ ,

где B – магнитная индукция, l и n – параметры катушки.

Усилие перемещает катушку в кольцевом зазоре магнита и поворачивает рычаг 3 вокруг точки О опоры 8. При этом заслонка 5, расположенная на рычаге 3, меняет свое положение относительно сопла 6, что изменяет давление Рвых на выходе пневмоусилителя 7. Давление Рвых поступает на сильфон 9 обратной связи и создает компенсирующее усилие Roc. Движение рычага продолжается до тех пор, пока моменты, создаваемые на рычаге 3 силами R1 и Roc, не станут равными.

В состоянии равновесия справедливо равенство

Pâû õ B l n l1 Iâû õ k Iâû õ , Fýô l2

где k коэффициент преобразования ЭПП, Fэф – эффективная площадь сильфона.

Установка начального уровня выходного сигнала преобразователя осуществляется с помощью пружины 4.

Классы точности электропневматического преобразователя 1,0 и

1,5.

Описание лабораторного стенда

Поверка преобразователей осуществляется с помощью лабораторного стенда, схема показана на рис. 11.3.

Лабораторный стенд состоит из основного комплекта приборов:

1, 2, 3, 7, 10, 12 и дублирующего –4, 5, 6, 8, 9, 11. 1,5 – пневмоэлектрические преобразователи;

2,6 – электропневматические преобразователи;

7,8 – миллиапермерметры;

9,10 – регуляторы входного давления;

11,12 – задатчики тока;

13 – лампа;

90

14 – предохранитель;

15 – тумблер включения сети “200 B”

Для поверки ПЭ-55М необходимо собрать схему 4, а для поверки ЭПП-схему 5.

Рис. 11.3. Схема лабораторного стенда

Порядок выполнения работы

Ознакомиться с принципом действия и конструкцией преобразователей; устройством лабораторного стенда, схемами поверки приборов.

1. Поверка ПЭ-55М.

Манометр

Рис. 11.4. Схема поверки ПЭ-55М

1.1.Разбить диапазон измерения на 5 равномерно распределенных контрольных точек, которые должны соответствовать, расчетным значениям выходного сигнала (см. табл. 1).

1.2.С помощью регулятора 9 последовательно установить давления соответствующие расчетным точкам. Входной сигнал контролировать с помощью манометра 4. Величину прямого и обратного хода. Результаты записать в табл. 1.

1.3.Рассчитать абсолютную и относительную приведенную погрешности.

91

1.5. Определить вариацию показаний ,как наибольшую разность между значениями показаний выходных сигналов, соответствующих одному и тому же значению измеряемого давления, полученных при прямом и обратном ходе:

2.1.Разбить диапазон входного сигнала на 5 равномерно распределенных точек, которые должны соответствовать 0, 20, 40, 60 и 100% от диапазона.

2.2.С помощью задатчика тока 12 установить последовательно значения тока ,соответствующие расчетным точкам.

2.3Величина выходного давления определяется по манометру 3.

92