|
|
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СХЕМ С ДАТЧИКАМИ ТЕМПЕРАТУРЫСтр 1 из 4Следующая ⇒ ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СХЕМ С ДАТЧИКАМИ ТЕМПЕРАТУРЫ Общие сведения При измерении технологических параметров основными являются методы непосредственной оценки и сравнения с мерой. Метод непосредственной оценки заключается в оценке значения физической величины непосредственно по счётному устройству средства измерения (рис. 1.1, а). Метод сравнения с мерой основанный на сравнении измеряемой величины с мерой. Мера – это такой элемент измерительной цепи, предназначенный для частичного или полного уравновешивания измеряемого параметра. В дифференциальном (разностном) методе разность между величиной меры Xм и измеряемой величиной X преобразуется в показания измерительного прибора (рис. 1.1, б). При нулевом (компенсационном) методе измеряемая величина полностью уравновешивается величиной переменной меры, что определяется индикатором нуля ИН (рис. 1.1, в). Показанием прибора здесь является величина переменной меры.
Рис. 1.1. Структурная схема методов измерения: ИЦ - измерительная цепь; ИН - индикатор нуля; С - сумматор; М – мера Измерение температуры манометрическим термометром Манометрические термометры состоят из термобаллона и измерительного прибора давления (манометра), соединенных между собой капилляром, длина которого достигает 60 м. Термобаллон размещается в среде, где измеряется температура. Температура среды воздействует на физическое состояние вещества внутри баллона, что приводит к смене давления. Это давление через капиллярную трубку передается на расстояние и фиксируется манометром. В качестве чувствительных веществ используют газы, жидкость и газожидкостную смесь. Диапазон измеряемых температур от –50 С до 600°С. Класс точности примерно 1,5. Измерение температуры термометрами сопротивления Термометры сопротивления (ТС) имеют свойство изменять электрическое сопротивление под воздействием температуры. Металлические ТС изготавливаются из меди и платины. Зависимость электрического сопротивления от температуры Т принимается линейной в виде Уравновешенные мосты Для измерения электрического сопротивления используют уравновешенные мосты, которые по форме представления измерительной информации бывают аналоговые и цифровые. Аналоговые превращают измеряемую величину в другую физическую величину, которая является аналогом измеряемой. Например, передвижение стрелки измерительного прибора относительно его шкалы. Цифровые мосты преобразуют измеряемую величину в сигнал, закодированый в цифровую форму.
Рис. 1.2. Схема уравновешенного моста Равновесию моста (рис. 1.2) соответствует равенство Автоматический уравновешенный аналоговый мост предназначен для непрерывного измерения, записи и регулирования температуры при работе в комплекте с соответствующим ему ТС (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Автоматический уравновешенный мост Мост состоит из собственно уравновешенного моста с реохордом Rp, усилителя У и реверсивного электродвигателя М. Электродвигатель кинематически соединён с ползунком реохорда R p и стрелкой. Автоматический мост представляет собой астатическую систему слежения. Выходное напряжение моста усиливается и подается на электродвигатель М. Вал двигателя передвигает одновременно ползунок реохорда Rp и стрелку, которая преобразует это передвижение в показания прибора. В промышленных мостах используют трёхпроводную систему соединения прибора с измеряемым резистором RТ. Такая система позволяет уменьшить влияние сопротивления соединительных проводов R Л1, R Л2, R Л3 на показания прибора. Структурная схема цифрового моста (ЦМ) показана на рис. 1.4. Неравновесное напряжение с мостовой измерительной цепи МИЦ подается на устройство сравнения УС, которое в процессе уравновешивания МИЦ на каждом такте дает на управляющее устройство УУ информацию о знаке этого напряжения. Код, полученный УУ после уравновешивания, отображает значение измеряемой величины на цифровом отсчётном устройстве ЦОУ и может использоваться для введения итога в ЭВМ.
Схема МИЦ показана на рис. 1.5. Измеряемой величиной является температура Т, ее воспринимает R Т, который соединен с МИЦ трёхпроводной линией связи R Л1, R Л2, R Л3. Каждому значению R Т соответствует определенная комбинация замкнутых ключей преобразователя кода в проводимость ПКП, при которой мост уравновешивается.
Рис. 1.5. Мостовая измерительная цепь цифрового моста Весь процесс происходит за несколько тактов, которые задает генератор импульсов Г (рис. 1.4). В каждом такте на выходе УУ определяется код, который поступает на ПКП. При достижении равновесия МИЦ код отображается на ЦАП. Общие сведения Расход – это количество вещества, которое проходит через данное сечение в единицу времени. В состав каждого расходомера входит устройство, которое непосредственно измеряет расход и преобразует его в другую, более удобную для измерения и дистанционной передачи величину. В производстве чаще всего используются следующие виды расходомеров: переменного перепада давления; постоянного перепада давления; электромагнитные (индукционные); тахометрические (турбинные, шариковые), тепловые. Каждый из перечисленных типов имеет характерные положительные качества и недостатки. Поэтому при выборе расходомера необходимо учитывать требования к погрешности измерения, физические свойства веществ, условия эксплуатации. 2.2. Расходомерыпеременного перепада давления Эти расходомеры получили широкое распространение из-за простоты и надежности конструкции при достаточной точности. Измерение расхода методом переменного давления основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, которое протекает через сужение в трубопроводе. Сужающими устройствами служат нормальные диафрагмы и сопла (рис. 2.1).
Рис. 2.1.Сужающие устройства: а – стандартная диафрагма; б - стандартное сопло; в - сопло Вентури Сужение течения начинается до диафрагмы, затем на некотором расстоянии за ней. Благодаря действию сил инерции, течение постепенно расширяется до полного сечения трубопровода (рис. 2.2). Перед диафрагмой и за ней образовываются зоны с вихревым движением. Давление потока около стенки трубопровода несколько возрастает из-за подпора перед диафрагмой и снижается до минимума за диафрагмой в наиболее узком сечении потока II-II. Далее по мере расширения потока давление течения около стенки опять повышается, но не достигает прежнего значения. Остаточная потеря давления
Рис. 2.2. Характер течения и график распределения статического давления Р вдоль трубопровода при установке диафрагмы. Перепад давления на сужающем устройстве зависит от расхода вещества и может служить мерой этого расхода. Для измерения перепада давления используют дифманометры. Уравнение для объемного расхода вещества в нормальных условиях имеет вид
где a – коэффициент расхода; e – поправочный множитель на расширение измеряемой среды (для жидкостей e = 1); d – диаметр отверстия диафрагмы; Δ Р – перепад давления на сужающем устройстве; r – плотность сужаемого вещества. МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Общие сведения Измерительные преобразователи (ИП) механических величин применяются как самостоятельные приспособления для контроля положения объектов и их частей в процессе движения, так и преобразовательные элементы в других устройствах для измерения линейных и угловых перемещений. ИП механических величин можно разделить на дискретные и непрерывные. Дискретные ИП используют для контроля конечных или промежуточных положений подвижных объектов или их частей. Непрерывные ИП используют для непрерывного контроля перемещений. Среди них различают ИП линейного (поступательного) и углового (вращательного) перемещения. Указанные ИП имеют различные статические характеристики. Статическая характеристика определяет функциональную зависимость выходной величины Y от входной Х в установленном режиме, т. е. после истечения времени, когда изменения информации, массы, энергии в звене прекратились. Аналитически статическую характеристику можно обозначить как Y= f(X). В зависимости от вида функции f, ИП делятся на линейные и нелинейные. К линейным относятся ИП, в которых статическая характеристика имеет вид Y= KX (рис. 3.1, а). Это уравнения прямой линии, которая выходит из начала координат. Величину K называют коэффициентом передачи ИП. В метрологии эту величину называют коэффициентом чувствительности. При нелинейной характеристике коэффициент K меняется в значительных пределах и определяется как K =∆Y /∆X для соответствующего рабочего пункта А (рис. 3.1, б). Для каждого преобразователя существует порог чувствительности ∆0 -это минимальное значение входной величины, которая может быть измеренная с помощью данного преобразователя. Максимальное значение входной величины, которое можно измерять с помощью преобразователя с нормированной погрешность, называется границей преобразования. Отношения границы преобразования Xм к порогу чувствительности называют диапазоном измерения
Дискретные ИП имеют, как правило, релейную статическую характеристику (рис. 3.1, в, г). У них при некотором значении плавно изменяемой входящей величины Х происходит резкое, скачкообразно изменение выходной величины Y. Причем из-за наличия в дискретных ИП зоны неоднозначности наблюдается неоднозначность хода характеристики. При непрерывном увеличении и уменьшении входной величины Х скачкообразно изменение выходного Y происходит при разных значениях Х. В первом случае при Х = Хср (срабатывания) Y скачком меняется Во втором случае при Х = Хотп (отпускания) Y меняется от Такие статические характеристики называются релейными. Они могут быть нереверсивными, если при уменьшении или увеличении Х величина Y не меняет знак или направление (рис. 3.1, в), и реверсивными, в которых при изменении направления Х меняется знак Y (рис. 3.1, г). Для статических характеристик релейной ВП можно определить коэффициент и зону возврата К элементам с релейной характеристикой относятся различные контактные и бесконтактные конечные выключатели, электромагнитные и пневматические реле, контактные измерители уровня, температуры и др. Общие сведения Система автоматического регулирования состоит из регулируемого объекта (РО), в котором происходит автоматизируемый процесс, и внешнего в отношениях к объекту инструмента, который называют автоматическим регулятором (АР) или просто регулятораом (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Схема системы автоматического регулирования От источника питания в регулируемый объект подводится энергия (вещество), которая в объекте превращается и в виде, удобном для использования, подается потребителю. Поступление энергии или вещества (регулируемое окружение) можно менять регулирующим органом (РО). Когда приток регулируемого окружения в РО равен его расходу, то система находиться в равновесии, а регулируемая величина, которая характеризует процесс в РО, сохраняет постоянное значение в течение времени. При нарушении равновесия между притоком и расходом энергии (вещества) в объект, регулируемая величина начнет меняться. Для восстановления равновесия необходимо или изменить приток энергии перестановкой регулирующего органа, или изменить ее побочный расход. Для автоматизации этой операции к регулировочному органу (РО) необходимо присоединить автоматический регулятор (АР) (рис. 4.1). Регулятор, у которого регулировочное воздействие равно одной из двух крайних величин, называется двухпозиционным. При этом регулирующий орган устанавливается в одно из двух положений (включено-выключено; больше-меньше; открытый-закрытый и т. д.). Чтобы понять работу позиционных регуляторов, рассмотрим следующий пример. В регулируемый объект (рис. 4.2), которым является емкость 1, по трубе 2 подается жидкость, а по трубе 10 она подаётся к потребителю. На поверхности жидкости плавает поплавок 6, который штоком 5 соединен с подвижным контактом 7. Он при передвижении может замыкаться с неподвижными контактами 8 и 9. При поднимании уровня жидкости выше желаемого, контакты 7 и 8 замкнутся, и под напряжением будет нижняя обмотка В исполнительного механизма 4. Регулирующий орган 3 закрывается полностью и остается в таком состоянии. При снижении уровня ниже желаемого значения, контакт 7 замкнется с контактом 9, и под напряжением будет обмотка А исполнительного механизма 4, регулирующий орган 3 откроется и останется на месте.
Рис. 4.2. Переходной процесс СА с двухпозиционным регулятором В рассмотренном примере позиционное регулирование осуществляется контактами 7, 8 и 9. Входной величиной надо считать отклонение уровня жидкости L от желаемого значения
Рис. 4.3. Статические характеристики двухпозиционных регуляторов: а - с зоной нечувствительности; б - без зоны нечувствительности Из рисунка видно, что в точках 2 и 3 клапан полностью открыт mmax, а в точках 1 и 4 он полностью закрыт (mmin). Отсюда следует, что в границах зоны нечувствительности Dн никаких изменений в контактах 7, 8 и 9 и в положении исполнительного механизма не происходит. Это облегчает работу механических инструментов и во многих случаях устраняет режим беспрерывных колебаний. Закон регулирования с зоной нечувствительности Dн имеет вид Такой закон регулирования изображён на рис. 4.2, а установкой зазоров между контактами 7, 8 и 7, 9. В этом случае зазор между контактами 8 и 9 соответствует величине Dн. Поведение такой системы в динамике будет существенно зависеть от конструкции исполнительного механизма 4 и регулирующего органа 3. Прикладной характер переходного процесса показан на рис. 4.2. Процесс изменения уровня (рис. 4.2, б) носит колебательный характер. Каждый раз, когда уровень достигает значения (Lж -Dн/2 ), регулировочный орган полностью открывается. В итоге приток Qп жидкости на входе в емкость будет максимальной, больше расхода. Уровень увеличивается. При достижении уровня значения L= Lж + Dн/2 замкнуться контакты 7, 8 и клапан закроется, Qп =0 (рис. 4.2, в). Нижний график рис. 4.2, г отображает положение клапана 3. Когда он открыт, то жидкость поступает в объект, при закрытом клапане жидкость в объект не поступает. Таким образом, регулирующий орган при беспрерывном изменении уровня может занимать только два устойчивых положения: открытый - закрытый. По графику рис. 4.2, г можно найти время включения Т1, время исключения Т2 и период регулирования Т = Т1 + Т2. По графику рис. 4.2, б определяют амплитуду положительного DL+ и амплитуду отрицательного DL- отклонений уровня от желаемого Lж значения (рис. 4.2, б). График на рис. 4.2, в отображает состояние притока и расхода жидкости в процессе двухпозиционного регулирования. Автоматические регуляторы Чтобы достичь необходимых качественных показателей системы, надо иметь возможность изменять параметры частей ее элементов. Таким элементом является автоматический регулятор (АР), который формирует свой выходной сигнал Закон регулирования – это математическая зависимость
Для изменения амплитуды входного сигнала используется пропорциональный закон регулирования (П-закон),
Для реализации отставания по фазе сигнала пользуются интегральным законом регулирования (И-закон)
где Ті – время интегрирования; Т – интервал времени. Для опережения по фазе сигнала используют дифференциальный закон,
где Тд – время дифференцирования. Коэффициенты Kпр, Ті, Тд называют параметрами настройки регуляторов. Регуляторы могут объединять элементарные законы. Так были созданы пропорционально-интегральный (ПИ):
и пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) законы регулирования:
Значения коэффициентов определяют специальными методами с учетом технологических требований к системе.
Управляемое воздействие в цифровой САУ определяется по запрограммированному алгоритму вычислительным устройством ВУ цифрового регулятора ЦР. Входными величинами устройства сравнения УС служат дискретные значения заданного воздействия z [n·To] и выходного параметра ОУ y [n·To], которые получаются на выходе аналого-цифровых преобразователей (АЦП) с аналоговых сигналов z(t) и y(t) соответственно. Информация обрабатывается ВУ в дискретные моменты времени через равные интервалы Т0, которые называют интервалами управления. Работа элементов ЦР синхронизируется таймером регулируемого времени. ВУ вырабатывает новую последовательность чисел U [n·To], которая преобразуется в непрерывные сигналы u(t) для воздействия на ОУ через исполнительное устройства ИУ. Алгоритм цифрового типового регулятора рассмотрим путем перехода от модели аналогового ПИД-закона регулирования. Как и в аналоговом регуляторе, пропорциональная составляющая выходного сигнала соответствует изменению величины входного сигнала в тот же момент времени
В цифровых регуляторах интеграл от непрерывной функции
Тогда ПИД-закон регулирования для k-го интервала цифрового регулятора будет иметь вид
Общие сведения САУ технологическим оборудованием очень разнообразны. Однако есть общие принципы их построения, знание которых значительно облегчает анализ и эксплуатацию таких схем. К ним относятся: кнопочное управление, методы построения блокировки, сигнализация и т. д. Кнопочное управление работой САУ часто осуществляется посредством кнопок, размещенных на пульте управления. При нажатии кнопки замыкается или размыкается цепь обмотки соответствующего релейного элемента, а при отпускании - возвращается в исходное положение. Кнопка включения имеет замыкающий контакт и устанавливается в цепь питания обмотки реле. Чтобы после ее отпускания реле оставалось в рабочем состоянии, используется самоблокировка (рис. 6.1, а).
Блокировка исключает возможность нарушения нормального порядка включения или эксплуатации САУ. Наиболее распространенными являются самоблокировка, взаимная и последовательная блокировки. Самоблокировка заключается в использовании замыкающего контакта KV1.1 включаемого реле KV1 для дублирования контактов пусковой кнопки SB1. После срабатывания реле, независимо от положения кнопки SB1, сохраняется цепь питания его обмотки. При необходимости управлять включением и выключением реле из разных мест на каждом из них устанавливают кнопки включения и выключения (рис. 6.1, б). Все пусковые кнопки (SB1, SB2, SB3) включаются между собой параллельно, а все кнопки остановки (SB4, SB5, SB6) – последовательно. При этом самоблокировка строится по общему принципу. Последовательная блокировка обеспечивает только один определенный порядок включения схемы (рис. 6.1, в). При последовательной блокировке цепь обмотки включаемого реле должна проходить через замыкающий контакт того реле, раньше которого включение не должно срабатывать, это значит, что предыдущее по ходу включения реле KV1 должно своим замыкающим контактом KV1.1 разрешить включение следующего KV2 и т.д. Взаимная блокировка исключает возможность одновременного срабатывания двух или нескольких реле (рис. 6.1, г). Например, нельзя допустить одновременное срабатывание двух реле, которые включают электродвигатель для вращения в разные стороны. Для осуществления взаимной блокировки в цепь первого реле KV1 включается последовательно размыкающий контакт KV2.1 второго реле KV2, одновременно с которым первое реле KV1 не должно работать. Для ограничения передвижения механизма, или его остановки в любой промежуточной или конечной точке пути используют блокировки ограничения пути перемещения. Их выполняют посредством конечных выключателей (рис. 3.2). Примеры использования такой блокировки показаны на рис. 6.2. Буквами SQ обозначены конечные выключатели на схемах управления. В первой схеме остановленный выключателем SQ механизм нельзя снова пустить в том же направлении нажатием кнопки SB2. Во второй схеме это можно сделать.
Используя рассмотренные выше основные блокировки, можно составить более сложные схемы управления оборудованием. Такие схемы можно реализовать на релейно-контактных электромагнитных технических средствах или на программированных логичных контроллерах (ПЛК). Исследуем эти схемы. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СХЕМ С ДАТЧИКАМИ ТЕМПЕРАТУРЫ Общие сведения При измерении технологических параметров основными являются методы непосредственной оценки и сравнения с мерой. Метод непосредственной оценки заключается в оценке значения физической величины непосредственно по счётному устройству средства измерения (рис. 1.1, а). Метод сравнения с мерой основанный на сравнении измеряемой величины с мерой. Мера – это такой элемент измерительной цепи, предназначенный для частичного или полного уравновешивания измеряемого параметра. В дифференциальном (разностном) методе разность между величиной меры Xм и измеряемой величиной X преобразуется в показания измерительного прибора (рис. 1.1, б). При нулевом (компенсационном) методе измеряемая величина полностью уравновешивается величиной переменной меры, что определяется индикатором нуля ИН (рис. 1.1, в). Показанием прибора здесь является величина переменной меры.
Рис. 1.1. Структурная схема методов измерения: ИЦ - измерительная цепь; ИН - индикатор нуля; С - сумматор; М – мера   Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
, где 
- сопротивление проводника при начальной температуре; 
- температурный коэффициент проводника. Диапазон измеряемых температур составляет для разных датчиков от -180 С до 650 С.
.В этом случае разность потенциалов между точками В и D соответствует нулю. При изменении температуры величина электрического сопротивления термометра изменится и мост разбалансируется. Равновесие моста обеспечивается изменением величины сопротивления реохорда. Момент равновесия определяют по нулю шкалы прибора НП моста.
Рис. 1.4. Структурная схема цифрового моста
объясняется потерями энергии на трение и завихрения.
,
.
.
.
, которое через поплавок 6 и шток 5 передается на контакт 7. Выходной величиной служит напряжение в обмотке А, что соответствует mmax, и в обмотке В, что соответствует mmin. Статическая характеристика двухпозиционного регулятора показана на рис. 4.3. В зависимости от регулируемой переменной L показано положение регулировочного органа (клапана) m.
в соответствии с законами управления. В качестве входного сигнала АР выступает ошибка управления ∆(t) между фактическим значением y и задаваемым значением z выходного параметра системы. Автоматические регуляторы позволяют влиять на амплитуду и фазу входного сигнала, что выражается соответствующими математическими зависимостями, которые были названы типовыми законами регулирования.
заменяют суммой прямоугольников 
а дифференциал – отношениями
