Выбор и обоснование СИ, схема передачи информации

 

Качество измерений зависит от правильности выбора средств измерений. При этом учитывается ряд факторов:

.   измеряемая физическая величина;

2. метод измерения, реализуемый в среде измерений;

.   диапазон и погрешность СИ;

.   условия проведения измерений;

.   допускаемая погрешность измерений;

.   стоимость средства измерений;

.   простота их эксплуатации;

.   ресурсы средств измерений;

.   потери из-за погрешностей измерений (брак I и II рода).

Основными характеристиками средств измерений являются их погрешности. Их рассматривают в первую очередь.

Три основные принципа выбора точности средств измерений:

Экономический подход - учитывает почти все показатели. При этом необходимо иметь в виду:

·   повышение точности измерений позволяет точнее регулировать производственный процесс;

·   более точные измерения позволяют сократить допуск на изделия;

·   повышение точности измерений приводит к уменьшению доли необнаруженного и ложного брака.

С ростом погрешности измерений потери растут, в то время как затраты на измерения снижаются.

Экономически оптимальная точность измерений технологического параметра соответствует минимуму суммы потерь из-за погрешности измерений и затрат на измерения, включая затраты на метрологическое обслуживание средств измерений. Оптимальная точность измерений соответствует среднеквадратической оценке (СКО) погрешности.

Зависимость потерь от погрешности измерений и зависимость затрат на измерения определяются на практике не точно, что вызывает неопределенность соответствующей характеристики оптимальной погрешности измерений.

Работы по оптимизации точности измерений завершаются разработкой мероприятий по приближению точности измерений к оптимальной и оценке экономического эффекта от их реализации. Мероприятия состоят в основном из совершенствования методик измерений и из совершенствования метрологического обслуживания и приборного парка. На завершающей стадии работ по оптимизации точности измерений основные вопросы должны решаться квалифицированным экспертом.

Вероятностный подход заключается в выборе точности средств измерений по заданному допуску на контролируемый параметр изделия и заданным значением брака контроля I и II рода (необнаруженный и ложный брак).

Если контроль осуществляется абсолютно точными средствами измерений, все изделия, находящиеся в поле допуска, были бы признаны годными, а изделия, у которых измеряемый параметр превышает допуск, были признаны непригодными. Из-за существования погрешности измерений при контроле часть негодных изделий будет признана годными (брак контроля II рода), а часть годных изделий - негодными (брак контроля I рода). На брак контроля влияет рассеивание действительных значений контролируемого параметра, установленный допуск на контролируемый параметр, закон распределения погрешностей измерений и рассечения действительного значения контролируемого параметра. Директивный подход позволяет установить соотношение между допуском на контролируемый параметр и предельно допускаемой погрешностью измерений.

В настоящем курсовом проекте выбраны следующие средства измерения:

Для измерения расхода - ДМ3583М и КСД3;

Для измерения давления - МЕТРАН-150 и ДИСК-250;

Для измерения температуры - ТСМ и КСМ4;

Для измерения уровня - ДМ3583М и КСД3;

Дифманометры ДМ-3583М (рисунок 1) работают в комплекте со вторичными взаимозаменяемыми приборами дифтрансформаторной системы типа КСД2, КСДЗ, КВД1 и др.

Взаимозаменяемость дифманометров обеспечивает возможность совместной работы одного вторичного прибора с несколькими дифманометрами при периодическом их подключении, а также замену вышедшего из строя дифманометра без тарировки комплекта.

Принцип действия дифманометра обеих моделей основан на деформации чувствительного элемента при воздействии на него перепада давления, вследствие чего перемещается плунжер дифтрансформаторного преобразователя, жестко связанный с чувствительным элементом.

 

Рисунок 1 - Дифманометр мембранный ДМ-3583М

 

Перемещение плунжера, в свою очередь, преобразуется в пропорциональное значение взаимной индуктивности между первичной обмоткой возбуждения и двумя секциями вторичной обмотки, включенных встречно.

Чувствительным элементом дифманометра является мембранный блок, состоящий из мембранных коробок, ввернутых с обеих сторон в перегородку. Перегородка зажата между двумя крышками с помощью стяжной муфты образует две рабочих камеры дифманометра - плюсовую (нижняя) н минусовую (верхняя).

Каждая из мембранных коробок спарена из двух или четырех мембран, профили которых совпадают. Внутренние полости мембранных коробок сообщаются между собой. Через ниппель обе полости заполняются водным раствором этиленгликоля, после чего ниппель заваривается.

В плюсовую камеру дифманометра, через штуцер подается давление р₁, в минусовую, через штуцер - давление р₂, причем р₁> р₂, вследствие чего в камерах дифманометра создается перепад давления.

Под воздействием перепада давления в камерах, нижняя мембранная коробка сжимается, и жидкость из нее перетекает в верхнюю коробку, раздувая ее, что вызывает перемещение плунжера дифтрансформаторного преобразователя и приводит, в свою очередь, к изменению взаимной индуктивности между его первичной и вторичной цепями.

Деформация чувствительного элемента происходит до тех пор, пока силы, вызванные перепадом давления, уравновесятся - упругими силами мембранных коробок. В зависимости от предельного номинального перепада давления в приборе устанавливаются мембранные коробки определенной жесткости.

При, воздействии односторонней перегрузки коробка не повредится, так как обе мембраны сложатся по профилю, вытеснив всю жидкость во вторую коробку. При этом деформация мембраны останется в пределах упругости.

С ниппелем верхней мембранной коробки связан плунжер дифтрансформаторного преобразователя. Плунжер находится внутри разделительной трубки, т.е. полости минусовой камеры.

На разделительную трубку насажена катушка дифтрансформаторного преобразователя, который резьбовым переходником сопрягается с траверсой и стопорится контргайкой.

Для защиты траверсы от случайных механических ударов, изменяющих показания прибора, служат щитки.

Катушка закрыта колпаком, на котором крепится штепсельный разъем.

На дифманометре ДМ-3583М применяется дифтрансформатор, состоящий из первичной, компенсационной и вторичной обмоток, размещенных на общем каркасе и закрытых экраном. Экран состоит из неподвижного корпуса и подвижного колпачка.

Данная конструкция экрана позволяет обеспечить настройку дифманометра с минимальной нелинейностью выходной характеристики, что достигается плавным перемещением колпачка вдоль оси катушки.

При положении колпачка, обеспечивающем минимальную нелинейность выходной характеристики дифманометра, он фиксируется винтами.

Для настройки пределов измерения выходных сигналов, служит переменное сопротивление R1 - потенциометр.

Для крепления дифманометра на месте монтажа предусмотрено основание с отверстиями под болты.

Автоматические показывающие регистрирующие одноканальные приборы КСД1, КСД2, КСД3 (рисунок 2) с дифференциально-трансформаторной измерительной схемой предназначены для измерения, регистрации и регулирования (при наличии регулирующего устройства) давления, расхода, уровня жидкости и других величин, при измерении которых используются дифференциально-трансформаторные индуктивные датчики, которые преобразовывают измеряемые неэлектрические величины в электрический параметр - комплексную взаимную индуктивность 0-10 mH, 10-0-10 mH.

 

Рисунок 2 - Автоматический показывающий регистрирующий одноканальный прибор КСД3

Климатическое исполнение приборов УХЛ 4.1 (температура: от +5 до +50°С при влажности не более 80%).

Приборы могут иметь: линейную шкалу для уровня, давления и т.п.; квадратичную шкалу для расхода.

Ø Время оборота диска: 24 часа

Ø Быстродействие, с: 5; 16

Ø Питание, потребляемая мощность: 220В, 50Гц, не более 35ВА

Ø Габаритные размеры, мм: 320х320х395

Датчики давления МЕТРАН-150 (рисунок 3) предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин давления избыточного, абсолютного, разности давлений, гидростатического давления нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи и цифровой сигнал на базе HART-протокола.

Датчики МЕТРАН-150 предназначены для преобразования давления рабочих сред: жидкости, пара, газа в унифицированный токовый выходной сигнал и цифровой сигнал на базе HART-протокола.

Датчики разности давлений могут использоваться в устройствах, предназначенных для преобразования значения уровня жидкости, расхода жидкости, пара или газа в унифицированный токовый выходной сигнал и цифровой сигнал на базе HART-протокола. Датчики предназначены для работы во взрывобезопасных и взрывоопасных условиях. Взрывозащищенные датчики имеют вид взрывозащиты " взрывонепроницаемая оболочка" и вид взрывозащиты " искробезопасная электрическая цепь".

 

Рисунок 3 - Датчики давления МЕТРАН-150

Взрывозащищенные датчики предназначены для установки и работы во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок согласно НД, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных условиях.

Средний срок службы преобразователя - 8 лет. Средняя наработка на отказ - 50 000 ч.

Приборы регистрирующие ДИСК-250 (рисунок 4) применяются для снятия показаний от термопар, термопреобразователей сопротивления (напряжения, тока), от тензорезисторов, от пирометров радиационных с целью измерения, регистрации, сигнализации и регулирования параметров технических процессов (температуры, давления, уровня, расхода и прочее) на различных этапах производства во многих отраслях промышленности, таких, например, как металлургия, энергетика, химическая и нефтехимическая промышленность, нефтеперерабатывающая, пищевая и многие другие виды промышленности, где необходимы надежные и точные показывающе-регистрирующие аналоговые приборы.

Приборы серии ДИСК-250 имеют отлично видимую шкалу кругового типа и светодиодную индикацию состояний - включения прибора, обрыва датчика, выхода отслеживаемого параметра за пределы установки. Линия регистрации процесса непрерывна на диаграммном диске. ДИСК-250 используется как универсальный прибор для измерения, регистрации, сигнализации и регулирования нужного параметра техпроцесса. Также приборы серии ДИСК-20 отличаются простотой эксплуатации и ремонтопригодностью в российских условиях.

 

Рисунок 4 - Прибор регистрирующий ДИСК-250

 

Питание: переменный ток частотой (50±1) или (60±1, 2) Гц, напряжение (220 ⁺²²/_-33) В или (240 ⁺²⁴/_-36) В.

Потребляемая мощность: не более 25 В*А.

Хорошо видимая издалека круговая шкала.

Светодиодная индикация:

включения прибора;

обрыва датчика;

выхода контролируемого параметра за пределы уставок.

Непрерывная линия регистрации на диаграммном диске.

Универсальность - измерение, регистрация, сигнализация и регулирование.

Простота эксплуатации и ремонта.

Габаритные размеры - 320 x 320 x 195 мм.

Монтаж - щитовой (вырез 304^{+1, 5} х 304^{+1, 5} мм).

Термопреобразователи сопротивления ( рисунок 5) (термометры сопротивления: ТСМ, ТСП, ТСН, Pt100 и др.). Термопреобразователи предназначены для непрерывного измерения температуры различных рабочих сред (пар, газ, вода, сыпучие материалы, химические реагенты и т.п.), не агрессивных к материалу корпуса датчика.

Модели датчиков с резьбовым креплением выпускаются в стандартном исполнении с метрической резьбой.

Основные критерииправильного выбора термопреобразователей:

·   Соответствие измеряемых температур рабочим диапазонам измерений датчиков температуры;

 

Рисунок 5 - Термопреобразователь сопротивления ТСМ

·   Соответствие прочности корпуса датчика условиям эксплуатации;

·   Правильный выбор длины погружаемой части датчика и длины соединительного кабеля;

·   Необходимость взрывозащищенного исполнения для работы на взрывопожароопасных участках;

Принцип работы термопреобразователей сопротивления (ТСМ, ТСП, ТСН, Pt100 и др.) основан на зависимости электрического сопротивления металлов от температуры. Чувствительный элемент термопреобразователя - катушка из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенная в защитную гильзу (арматуру).

Термопреобразователи сопротивления характеризуются двумя параметрами: R - сопротивление датчика при 0°С и W100 - отношение сопротивления датчика при 100°С к его сопротивлению при 0°С. (По новому ГОСТ-у на термопреобразователи сопротивления (ГОСТ Р 8.625-2006), в документации вместо W100 теперь используется параметр " а" (альфа) - отношение разницы сопротивлений датчика, измеренных при температуре 100 и 0°С, к его сопротивлению, измеренному при 0°С (R), деленное на 100°С).

Подключения термопреобразователей (термометров) сопротивления к вторичным приборам (измерителям-регуляторам температуры) обычно осуществляется медным проводом по трехпроводной схеме, которая позволяет уменьшить погрешность измерения, возникающую при изменении сопротивления проводов (например, при изменении их температуры). К одному из выводов терморезистора подсоединяются два провода, а третий подключается к другому выводу.

При этом необходимо соблюдать условие равенства сопротивлений всех трех проводов.

Термопреобразователи сопротивления могут подключаться к прибору с использованием двухпроводной линии, но при этом отсутствует компенсация сопротивления соединительных проводов и поэтому будет наблюдаться некоторая зависимость показаний прибора от колебаний температуры проводов.

Уравновешенные мосты КСМ4 (рисунок 6) предназначены для измерения, записи и регулирования (при наличии регулирующего устройства) температуры и других величин, изменение которых может быть преобразовано в изменение напряжения постоянного тока или активного сопротивления.

Приборы автоматические следящего уравновешивания КСМ4, КСМ4И, КСП4, КСП4И, КСУ4 Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), предназначены для измерения силы и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, преобразованных в указанные выше электрические сигналы и активное сопротивление [2].

 

Рисунок 6 - Уравновешенный мост КСМ4

Выбирая тот или иной прибор по функциональному признаку, необходимо простоту и дешевизну аппаратуры сочетать с требованиями контроля и регулирования данного параметра. Наиболее важные параметры следует контролировать самопишущими приборами, более сложными и дорогими, чем показывающие приборы. Регулируемые параметры технологического процесса необходимо, как правило также контролировать самопишущими приборами, что имеет значение для корректировки настройки регуляторов.

При выборе вторичных приборов для совместной работы с однотипными датчиками одной градуировки и с одинаковыми пределами измерения следует учитывать, приборы КСП, КСМ, КСД выпускаются с числом точек 3, 6, 12. В многоточечных приборах имеется переключатель, автоматически и поочередно подключающий датчик к измерительной схеме. Печатающее устройство, расположенное на каретке, отпечатывает на диаграмме точки с порядковым номером датчика. Запись производится многоцветная.

При выборе вида унифицированного сигнала канала связи от датчика до вторичного прибора принимается во внимание длина канала связи. При длине 300 м можно применять любой унифицированный сигнал, если автоматизируемый технологический процесс не является пожаро - и взрывоопасным. При пожаро- и взрывоопасности и расстоянии не более 300 м целесообразно использовать пневматические средства автоматизации, например регуляторы и приборы системы " Старт", применение которых к тому же обходится примерно на 30% дешевле, чем электрических. При расстоянии, превышающем 300 м, целесообразнее использовать электрические средства автоматизации в соответствующем исполнении. Они характеризуются гораздо меньшим запаздыванием и превосходят пневматические средства по точности измерения (класс точности большинства пневматических приборов - 1, 0, электрических - 0, 5). Кроме того, применение электрических средств упрощает внедрение вычислительных машин.

Выбирая датчики и вторичные приборы для совместной работы, следует обращать внимание на согласование выходного сигнала датчика и входного сигнала вторичного прибора [1].

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: