 |
Устройство и работа измерительных преобразователей
|
|
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Владимирский государственный университет
Имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(ВлГУ)
Институт машиностроения и автомобильного транспорта
Кафедра «Автоматизация технологических процессов»
Лабораторная работа №2
по дисциплине «Технические измерения и приборы»
на тему:
«Изучение приборов для измерения давления»
Выполнил:
ст. гр. ЗА-114
Гаранов П.А.
Проверил:
доц. Назаров А.А.
Владимир 2017
Цель работы: изучение принципа действия и устройства преобразователей Сапфир – 22 ДИ. Проведение поверки преобразователя.
Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ
Назначение
Преобразователи предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра – давления избыточного в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.
Преобразователи относятся к изделиям ГСП. Преобразователи являются сейсмостойкими, выдерживают сейсмические нагрузки в 9 баллов на высоте 20 м. Преобразователи предназначены для работы с вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления, работающими от стандартного входного сигнала 0-5 или 4-20 мА постоянного тока.
Электрическое питание преобразователей осуществляется от источника питания постоянного тока напряжением (36±0,72) В. степень защиты преобразователей от воздействия пыли и воды IP – 2 по ГОСТ 14254-80. По устойчивости к механическим воздействиям преобразователь соответствует виброустойчивому исполнению 2 по ГОСТ 17167-71. Вероятность безотказной работы не менее 0.97 за 2000 ч. средний срок службы не менее 12 лет [1].
|
|
|
Устройство и работа измерительных преобразователей
Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного устройства.
Измеряемое давление воздействует на мембрану тензопреобразователя измерительного блока, вызывает линейную деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя.
Электронное устройство датчика преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал.
Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами («кремний на сапфире»), прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.
Схема преобразователей Сапфир – 22 ДИ моделей 2150, 2160, 2170 представлена на рис.1.
Мембранный тензопреобразователь 1 размещен внутри основания 2. Внутренняя полость 3 тензопреобразователя заполнена кремнийорганической жидкостью и отделена от измеряемой среды металлической гофрированной мембраной 4, которая приварена к основанию 2 по наружному контуру. В камеру 5 фланца 6 подается измеряемое давление. Фланец уплотнен прокладкой 7. Полость 8 сообщена с окружающей средой. Измеряемое давление воздействует на металлическую мембрану 4 и через жидкость действует на мембрану тензопреобразователя. В результате мембрана тензопреобразователя прогибается, что вызывает изменение сопротивления тензорезисторов.
Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 9.
|
|
|
Схема преобразователей Сапфир – 22 ДИ моделей 2151, 2161, 2171 представлена на рис.2.
Мембранный тензопреобразователь 1 размещен внутри корпуса 2. Измеряемое давление подается в камеру 3 и воздействует на мембрану тензопреобразователя, вызывая ее прогиб и изменение сопротивления тензорезисторов. Полость 4 сообщена с окружающей атмосферой.
Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 6.
Наименование преобразователя, модель, пределы измерений, пределы допускаемой основной погрешности преобразователей Сапфир – 22 ДИ, указаны в табл.1.
Таблица 1
| Наименование преобразователя | Модель | Верхний предел измерений, Мпа (кгс/см2) | Предел допускаемой основной погрешности, ± γ % |
| Преобразователь измерительный избыточного давления | 0,4 (4,0) 0,6 (6,0) 1,0 (10) 1,6 (16) 2,5 (25) | 0,25; 0,5 | |
| 4,0 (40) 6,0 (60) 10,0 (100) 16 (160) | 0,25; 0,5 | ||
| 25 (250) 40 (400) 60 (600) 100 (1000) | 0,25; 0,5 | ||
| 0,4 (4,0) 0,6 (6,0) 1,0 (10) 1,6 (16) 2,5 (25) | 0,25; 0,5 | ||
| 4,0 (40) 6,0 (60) 10,0 (100) 16 (160) | 0,25; 0,5 | ||
| 25 (250) 40 (400) 60 (600) 100 (1000) | 0,25; 0,5 |
Каждый преобразователь имеет корректор «нуля» и корректор диапазона. Корректор «нуля» позволяет устанавливать значение выходного сигнала, соответствующее нижнему предельному значению измеряемого параметра. Корректор диапазона позволяет устанавливать верхнее предельное значение и может быть перенастроен на любой верхний предел измерений, указанный для данной модели (табл.1).
Зависимость между выходным сигналом и измеряемым параметром для преобразователей с возрастающей характеристикой выходного сигнала 4-20 мА определяется по формуле:
где Ip - расчетное значение выходного сигнала, соответствующее измеряемому параметру Р, мА;
Р – значение измеряемого параметра МПа или кгс/см2;
Рmax – верхний предел измерений, Мпа или кгс/см2;
Imax – верхнее предельное значение выходного сигнала, мА;
Io – нижнее предельное значение выходного сигнала, мА.
Расчетные значения выходного сигнала (Up), выраженные в напряжении постоянного тока определяют по формуле:
где Rоб – значение образцового сопротивления, Ом.
Проведение поверки
Условия поверки
|
|
|
При проведении внешнего осмотра должно быть установлено соответствие преобразователей следующим требованиям:
1) проверяемые преобразователи не должны иметь повреждений, препятствующих их применению;
2) при периодической проверке преобразователь должен иметь паспорт или документ его заменяющий;
3) маркировка преобразователей должна соответствовать данным, указанным в паспорте;
4) температура окружающего воздуха (23±2)0С;
5) относительная влажность окружающего воздуха от 30 до 80 %.
Работоспособность преобразователя проверяют, изменяя измеряемое давление от нижнего предельного значения до верхнего. При этом должно наблюдаться изменение выходного сигнала.
Определение герметичности преобразователей «Сапфир – 22 ДИ» производят при подаче в измерительную камеру избыточного давления, соответственно равных верхнему пределу измерений.
Преобразователь считают герметичным, если после перекрытия канала, подводящего давление, и после трехминутной выдержки под давлением (разряжением) указанным выше, в течение последующих 2 мин. не наблюдается изменение выходного сигнала. При арбитражных поверках время выдержки должно быть соответственно 15 и 10 мин. [2].
2.2. Определение основной погрешности и вариации выходного сигнала
Основную погрешность определяют следующими способами:
1) по образцовому прибору на входе преобразователя устанавливают измеряемый параметр, равный номинальному, а по другому образцовому прибору измеряют выходной сигнал преобразователя;
2) по образцовому прибору на выходе преобразователя устанавливают расчетное значение выходного сигнала, соответствующее номинальному значению измеряемого параметра, а по другому образцовому прибору измеряют действительное значение измеряемого параметра;
3) сравнением выходных сигналов проверяемого и образцового преобразователей.
При проведении поверки применяются следующие средства:
1) манометр грузопоршневой МП-60 I и II разряда (ГОСТ 8291-83), с пределом допускаемой основной погрешности 0,05% от измеряемого давления в диапазоне измерений от 0,6 до 6 МПа;
|
|
|
2) магазин сопротивлений Р33 (ГОСТ 23737-79), класс точности 0.2, сопротивление до 99999,9 Ом;
3) цифровой вольтметр Щ4313, класс точности 0,015, верхний предел измерений 5 В;
4) блок питания 22 БП-36, обеспечивающий напряжение постоянного тока (36±0,72) В.
Схема включения приборов для измерения выходного сигнала для проведения поверки преобразователей приведена на рис.3 и 4.
 |
Рис.3. Схема включения преобразователя с предельными значениями выходного сигнала 4 и 20 мА при измерении выходного сигнала в мА:
ПР – преобразователь «Сапфир – 22 ДИ»;
П – источник питания постоянного тока (22 БП-36);
R1 – магазин сопротивлений Р33;
ИП – вольтметр цифровой Щ4313;
Р – измеряемое давление.
 |
Рис.4. Схема включения преобразователя с предельными значениями выходного сигнала 4 и 20 мА при измерении выходного сигнала по падению напряжения на образцовом сопротивлении:
R2 – магазин сопротивлений Р4831;
остальное – тоже, что и на рис.3.
При выборе образцовых средств для определения погрешности проверяемого преобразователя должны быть соблюдены следующие условия:
1) при определении значений выходного сигнала в мА
где Δр – предел допускаемой абсолютной погрешности образцового прибора, контролирующего входной параметр при давлении или разряжении, равном верхнему пределу измерений поверяемого преобразователя, в тех же единицах, что и Рmax;
Рmax – верхний предел измерений поверяемого преобразователя; МПа (кгс/см2);
Δ1 - предел допускаемой абсолютной погрешности образцового прибора, контролирующего выходной сигнал при верхнем предельном значении выходного сигнала поверяемого преобразователя, мА;
Imax – верхнее предельное значение выходного сигнала, мА;
Io – нижнее предельное значение выходного сигнала, мА (I0=0 – для преобразователей с выходными сигналами 0-5 и 0-20 мА; I0=4 мА - для преобразователей с выходными сигналами 4 и 20 мА);
γ – предел допускаемой основной погрешности проверяемого преобразователя, %;
С – коэффициент равный ¼. [2].
2) при определении значений выходного сигнала в мВ по падению напряжения на образцовом сопротивлении
где Δu – предел допускаемой абсолютной погрешности образцового прибора, контролирующего выходной сигнал при верхнем предельном значении выходного сигнала поверяемого преобразователя, в тех же единицах, что и Umax;
Umax и Uo – соответственно верхнее и нижнее предельное значение выходного сигнала, определяемые по формулам:
ΔR – предел допускаемой абсолютной погрешности образцового сопротивления Rоб;
Rоб – значение образцового сопротивления, Ом (от 100 до 1000 Ом – для преобразователей с предельными значениями выходного сигнала 0 и 20 или 4 и 20 мА).
|
|
|
Основную погрешность преобразователя определяют сравнением действительных значений выходного сигнала с расчетными, определенными по формуле (1).
В процессе поверки определяются следующие виды погрешностей:
1) абсолютная – разность между действительными значениями выходного сигнала Ii (мА) и расчетными значениями Ip:
2) относительная – абсолютная погрешность в % к расчетному значению выходного сигнала
3) приведенная – абсолютная погрешность в % от разности между верхним и нижним значениями выходного сигнала
Вычисления проводят с точностью до второго знака после запятой.
Приведенная погрешность преобразователя при периодической поверке не должна превышать предела допускаемой основной погрешности поверяемого преобразователя γп (табл.1).
Основную погрешность определяют не менее чем на пяти значениях измеряемой величины, достаточно равномерно распределенных в диапазоне измерения, в том числе при значениях измеряемой величины, соответствующих нижнему и верхнему предельным значениям выходного сигнала.
Основную погрешность определяют при значении измеряемой величины, полученной при приближении к нему как от меньших значений, так и от больших к меньшим (при прямом и обратном ходе).
Перед поверкой при обратном ходе преобразователь выдерживают в течение 5 минут под воздействием верхнего предельного значения измеряемого параметра, соответствующего предельному значению выходного сигнала.
Вариация выходного сигнала определяется как разность между значениями выходного сигнала, соответствующими одному и тому же значению измеряемого параметра, полученными при прямом и обратном ходе.
где I1 и I2 – действительные значения выходного сигнала соответственно при прямом и обратном ходе, мА.
Вариация выходного сигнала в % от нормирующего значения вычисляют по формуле:
Вариация выходного сигнала, определяемая при каждом поверяемом значении измеряемого параметра, кроме значений, соответствующих нижнему и верхнему пределах измерений, не должна превышать значения, указанного в ГОСТ 22520-84 и ТУ 25-7431.001-86.
Дополнительная погрешность преобразователей, вызванная изменением температуры окружающего воздуха, выраженная в процентах от диапазона изменения выходного сигнала на каждые 10 0С не превышает значений γ, определяемых формулой
где γt – принимает значения:
±0,25% для преобразователей со значением |γ|, равным 0,25;
±0,45% для преобразователей со значением |γ|, равным 0,5;
±0,65% для преобразователей со значением |γ|, равным 1,0;
Рmax – максимальный верхний предел измерений для данной модели преобразователя;
Рi – действительное значение верхнего предела измерений.
|
|
|
