- •Технические измерения и приборы
- •Введение
- •Измеряемые и регулируемые величины
- •1. Государственная система приборов
- •1.1. Основные понятия и определения гсп
- •1.2. Принципы построения гсп
- •1.3. Классификация средств измерения и автоматизации гсп
- •1.3.1. Функциональные группы изделий гсп
- •1.3.2. Примеры агрегатных комплексов
- •1.4. Основные ветви системы
- •Контрольные вопросы
- •2. Общие характеристики средств измерения
- •2.1. Классификация средств измерения
- •2.1.1. Классификация компонентов измерительных устройств
- •2.2. Типовые структурные схемы измерительных устройств
- •2.2.1. Структурные схемы средств измерения неэлектрических величин
- •2.2.2. Структурные схемы измерительных систем
- •2.3. Статические характеристики и параметры измерительных устройств
- •2.4. Динамические характеристики измерительных устройств
- •2.5. Погрешности средств измерений
- •2.6. Нормирование метрологических характеристик средств измерений
- •2.6.1. Нормирование метрологических характеристик измерительных устройств
- •2.6.2. Нормирование метрологических характеристик измерительных систем
- •Контрольные вопросы
- •3. Измерительные информационные системы
- •3.1. Основные понятия об измерительных информационных системах
- •3.1.1. Поколения измерительных информационных систем
- •3.1.2. Классификация иис
- •3.1.3. Требования, предъявляемые к иис
- •3.1.4. Основные компоненты иис
- •3.2. Виды информационно-измерительных систем
- •3.2.1. Измерительные системы
- •3.2.1.1. Многоканальные ис
- •3.2.1.2. Сканирующие ис
- •3.2.1.3. Ис параллельно-последовательного действия (многоточечные)
- •3.2.2. Системы автоматического контроля
- •3.2.3. Системы технической диагностики
- •3.2.4. Система телеизмерения
- •3.2.5. Перспективы развития иис
- •Контрольные вопросы
- •4. Электрические измерения и приборы
- •4.1. Аналоговые средства измерений
- •4.1.1. Электромеханические приборы
- •4.1.1.1. Приборы магнитоэлектрической системы
- •4.1.1.2. Гальванометры
- •4.1.1.3. Приборы электромагнитной системы
- •4.1.2. Компенсаторы постоянного тока
- •4.1.3. Электронные аналоговые вольтметры
- •4.2. Цифровые электронные вольтметры
- •4.2.1. Цифровой вольтметр с глин
- •4.2.2. Времяимпульсный цифровой вольтметр двойного интегрирования
- •4.3. Измерение параметров элементов электрических цепей
- •4.3.1. Метод вольтметра-амперметра
- •4.3.2. Метод непосредственной оценки
- •4.3.2.1. Электромеханические омметры
- •4.3.2.2. Электронные омметры
- •4.3.3. Компенсационный метод измерения сопротивлений
- •4.3.4. Метод дискретного счета
- •4.4. Электронно-счетный частотомер
- •Контрольные вопросы
- •5. Передающие преобразователи неэлектрических величин
- •5.1. Дифференциально-трансформаторные преобразователи
- •5.2. Передающие преобразователи с магнитной компенсацией
- •5.3. Электросиловые преобразователи
- •5.4. Измерительные тензопреобразователи
- •Контрольные вопросы
- •6. Измерение температур
- •6.1. Практические температурные шкалы
- •Средства измерения температур
- •6.2. Термометры расширения
- •6.2.1. Стеклянные жидкостные термометры
- •Технические электроконтактные термометры
- •6.2.2. Манометрические термометры
- •6.2.2.1. Газовые манометрические термометры
- •6.2.2.2. Жидкостные манометрические термометры
- •6.2.2.3. Конденсационные манометрические термометры
- •6.3. Термоэлектрические термометры
- •6.3.1. Характеристики материалов для термоэлектрических преобразователей
- •6.3.2. Конструкция термоэлектрических термометров
- •6.3.3. Удлиняющие термоэлектродные провода
- •6.4. Термометры сопротивления
- •6.4.1. Медные термометры сопротивления
- •6.4.2. Никелевые термометры сопротивления
- •6.4.3. Платиновые термометры сопротивления
- •6.4.4. Неметаллические термометры сопротивления
- •6.4.5. Устройство термометров сопротивления
- •6.4.6. Способы подключения термометров сопротивления
- •6.4.6.1. Двухпроводная схема подключения
- •6.4.6.2. Трехпроводная схема подключения
- •6.4.6.3. Четырехпроводная схема подключения
- •6.5. Динамическая характеристика термопреобразователей
- •6.6. Промышленные термопреобразователи
- •6.6.1. Преобразователи термоэлектрические тха «Метран-201» и тхк «Метран-202»
- •6.6.2. Термопреобразователи сопротивления медные взрывозащищенные тсм «Метран-253» (50м) и тсм «Метран-254» (100м)
- •6.6.3. Термопреобразователи сопротивления платиновые тсп «Метран-245»; «Метран-246»
- •6.6.4. Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом тхау «Метран-271», тсму «Метран-274», тспу «Метран-276»
- •6.6.5. Термопреобразователи микропроцессорные тхау «Метран-271мп», тсму «Метран-274мп», тспу «Метран-276мп»
- •6.6.6. Интеллектуальные преобразователи температуры «Метран-281», «Метран-286»
- •Контрольные вопросы
- •7. Измерение давления
- •7.1. Классификация манометров
- •7.1.1. По виду измеряемого давления
- •7.1.2. По принципу преобразования измеряемого давления
- •7.2. Деформационные манометры
- •7.2.1. Трубчато-пружинные манометры
- •7.2.2. Электроконтактные манометры
- •7.2.3. Манометры с дтп
- •7.2.4. Манометры с компенсацией магнитных потоков
- •7.2.5. Преобразователи давления с силовой компенсацией
- •7.2.6. Сильфонные манометры и дифманометры
- •7.2.7. Мембранные манометры и дифманометры
- •7.3. Пьезоэлектрические манометры
- •7.4. Манометры с тензопреобразователями
- •7.5. Методика измерения давления и разности давлений
- •Контрольные вопросы
- •8. Измерение уровня
- •8.1. Уровнемеры с визуальным отсчетом
- •8.2. Гидростатические уровнемеры
- •8.3. Поплавковые и буйковые уровнемеры
- •8.4. Емкостные уровнемеры
- •8.5. Индуктивные уровнемеры
- •8.6. Ультразвуковые уровнемеры
- •Контрольные вопросы
- •9. Измерение расхода
- •9.3. Измерение расхода по переменному перепаду давления
- •9.3.1. Расходомеры с сужающими устройствами
- •9.3.2. Измерение расхода по переменному перепаду давления в осредняющей напорной трубке
- •9.4. Расходомеры постоянного перепада
- •9.4.1. Ротаметры
- •9.4.2. Тахометрические расходомеры
- •9.4.3. Электромагнитные расходомеры
- •9.9. Схема расходомера с электромагнитом
- •9.4.4. Ультразвуковые расходомеры
- •9.4.5. Вихревые расходомеры
- •9.4.6. Вихреакустические расходомеры
- •9.12. Схема проточной части расходомера «Метран 300 пр»
- •9.4.7. Массовые кориолисовые расходомеры и плотномеры
- •9.5. Обзор имеющихся расходомеров
- •Контрольные вопросы
- •10. Измерение положения, скорости, ускорения
- •10.2. Фотоэлектрические преобразователи положения
- •10.3. Кодовые датчики положения
- •10.4.3. Импульсные датчики скорости
- •10.5. Инерционные датчики ускорения, скорости, положения
- •Контрольные вопросы
- •11. Метрологическое обеспечение измерений
- •11.1. Передача размера единиц измерения
- •11.2. Регулировка, градуировка и поверка средств измерений
- •11.3. Метрологическое обеспечение средств измерений давления
- •Грузопоршневые манометры
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Список литературы
1.3.2. Примеры агрегатных комплексов
Агрегатный комплекс средств контроля и регулирования (АСКР)
Функциональный состав. Центральные устройства обработки информации (аналого-цифрового преобразования, программной обработки цифровой информации). Устройства преобразования информации в аналоговой форме. Устройства уплотнения информации и передачи ее по каналам связи. Устройства связи с оператором. Установки непрерывного избирательного контроля и позиционного регулирования, многоточечной цифровой регистрации, централизованного контроля и многоканального регулирования.
Области применения. Централизованный контроль и управление работой перекачивающих агрегатов для магистральных газопроводов, турбо- и гидрогенераторов, циклических агрегатов текстильных производств, процессов выращивания моно- и поликристаллов, регулирование термоконстантных помещений.
Микропроцессорные средства диспетчеризации, автоматики, телемеханики (Микро-ДАТ)
Выполняемые функции. Сбор, хранение и первичная обработка технологической информации. Прямое цифровое регулирование, цифровая коррекция уставок локальных регуляторов. Программно-логическое управление. Ручной ввод и отображение технологической информации. Активное устройство связи УВМ с объектом и оперативным персоналом. Управление исполнительными устройствами объекта.
Области применения. Распределенные АСУ ТП в черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, в энергетике, машиностроении и приборостроении. В непромышленной сфере: коммунальное хозяйство, транспорт, контроль окружающей среды.
Агрегатный комплекс средств электроизмерительной техники (АСЭТ)
Функциональный состав. Устройства сбора и преобразования информации. Коммутаторы. Аналого-цифровые преобразователи. Преобразователи цифровых кодов. Цифро-аналоговые преобразователи. Устройства измерения: показывающие и регулирующие. Устройства представления информации аналоговые, цифровые, показывающие, регистрирующие.
Области применения. Системы управления. Научные исследования. Испытательные и проверочные работы. Техническая диагностика
Агрегатный комплекс щитовых пневматических средств регулирования «Старт»
Функциональный состав. Регулирующие аналоговые и позиционные устройства. Функциональные блоки, вспомогательные устройства.
Области применения. Технологические процессы с агрессивной и пожароопасной средой с преимущественной реализацией локальных систем контроля и регулирования.
Агрегатный комплекс средств гидравлического контроля и регулирования (АСГР)
Функциональный состав. Гидравлические аналоговые и дискретные элементы. Гидравлические датчики и регуляторы. Гидравлические поршневые исполнительные механизмы.
Области применения. Локальные системы регулирования при необходимости реализовывать большие перестановочные усилия в исполнительных устройствах
1.4. Основные ветви системы
Обмен информацией устройств ГСП, входящих в системы измерения и автоматизации, осуществляется посредством сигналов связи и интерфейсов.
В аналоговых системах контроля и регулирования используют непрерывные измерительные сигналы (например, ток, напряжение, световой поток, давление), несущие количественную информацию об измеряемой физической величине, на основе которой осуществляется управление объектом.
В цифровых системах контроля и регулирования применяется кодирование сигнала. В дальнейшем сигнал используют в цифровой форме, что позволяет существенно снизить вероятность потери содержащейся в нем информации.
Одновременно с формированием измерительной информации сигналы связи обеспечивают дистанционную связь ТС системы.
По характеру носители информационных сигналов ГСП подразделяют на две группы (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Классификация носителей информационных сигналов связи изделий ГСП
Энергетические носители сигналов предназначены для формирования измерительной информации и дистанционной связи технических средств.
Для этой цели в ГСП предусмотрено три вида энергии: электрическая (наиболее распространенная), пневматическая и гидравлическая. В зависимости от вида энергии устройства ГСП подразделяется на три ветви: электрическую, пневматическую и гидравлическую. Пневматическая ветвь применяются в особых условиях эксплуатации систем, например во взрывоопасных производствах. Гидравлическая ветвь используется для получения больших перестановочных усилий.
Вещественные носители используются для хранения и представления информации.
Наибольшее распространение в системах автоматизации получили электрические сигналы связи, обладающие такими преимуществами, как высокая скорость их передачи, дешевизна и простота прокладки линий связи, возможность передачи сигналов на значительные расстояния, универсальность и доступность источников энергии. Факторами, ограничивающими использование электрических сигналов, в ряде случаев могут быть опасность пожара и взрыва, недостаточная помехозащищенность.
Пример унифицированных аналоговых сигналов ГСП приведен в табл. 1.2
Таблица 1.2. Вид унифицированных аналоговых сигналов ГСП
Вид сигнала |
Физическая величина |
Значение сигнала |
Электрический |
Постоянный ток |
0÷5; 0÷ ±5; 0÷20; 4÷20 мА |
Постоянное напряжение |
0÷10; 0÷ ±10; 0÷20; мВ; 0÷1; 0÷ ±1; 0÷10 В |
|
Переменное напряжение |
–1÷0÷1; 0÷2 В |
|
Частота |
2÷4; 2÷8 кГц |
|
Пневматический |
Давление |
0,2÷1 кгс/см2 (0,02÷0,1 МПа) |
Гидравлический |
Давление |
0,1÷6,4 МПа |
Наибольшее распространение из электрических сигналов нашли унифицированные сигналы постоянного тока и напряжения. Они используются как для передачи информации от датчиков к устройствам управления и от них к исполнительным устройствам, так и для обмена информацией устройств управления.
Частотные сигналы используются главным образом в телемеханической аппаратуре.
В первичных преобразователях теплоэнергетических параметров применяется также сигнал взаимной индуктивности, например 0÷10 мГн.
Импульсные (дискретные) сигналы используются для передачи информации о состоянии двухпозиционных устройств и передачи командных сигналов типа «включить – выключить».
Кодированные сигналы используют для обмена информацией между цифровыми устройствами обработки информации, между датчиками и устройствами ввода, между блоками вывода и исполнительными устройствами, имеющими цифровой интерфейс.