методические указания для проведения практических работ для специальности "монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)"
учебно-методическое пособие

Департамент внутренней и кадровой политики Белгородской области

Областное государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

«ШЕБЕКИНСКИЙ ТЕХНИКУМ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТРАНСПОРТА»

УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора (по УМР)

________________

«___»__________2019 г.

Методические указания к выполнению практических работ

по учебной дисциплине

МДК 02.01 Эксплуатация промышленного оборудования

15.02.01 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)

Составитель преподаватель  ________________   В.В.Братчин

Рассмотрен на заседании цикловой комиссии

“___” _______  2019 года.

 Протокол №____

Председатель ЦК      ________

  (подпись)

Шебекино, 2019

ТЕМАТИКА ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

Практическая работа  № 1.

«Изучение конструкции и принципа действия измерительного прибора.».

 Цель работы: Изучение электроизмерительных приборов, используемых в лабораторных работах. Получение представлений о характеристиках стрелочных измерительных приборов. Получение навыков работы с цифровыми измерительными приборами.

 Оборудование: Лабораторный стенд, четыре резистора, соединительные провода, источник тока.

Теоретическая часть.

Электроизмерительным прибором называется устройство, предназначенное для измерения электрической величины, например, напряжения, тока, сопротивления, мощности и т. д.

По принципу действия и конструктивным особенностям приборы бывают: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические, индукционные, вибрационные и другие. На шкале электроизмерительных приборов нанесены условные обозначения, определяющие систему прибора, его техническую характеристику.

Отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины называют погрешностью измерения.

Точность измерения — качество измерения, отражающее близость его результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малой погрешности.

Погрешность измерительного прибора — разность между показаниями прибора и истинным значением измеряемой величины.

Результат измерения — значение величины, найденное путем ее измерения.

Наиболее существенным признаком для классификации электроизмерительной аппаратуры является измеряемая или воспроизводимая физическая величина, в соответствии с этим приборы подразделяются на ряд видов:

-амперметры — для измерения  силы электрического тока- прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора.

В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют.  Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.

-вольтметры — для измерения электрического напряжения; измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

-мультиметры (иначе тестеры, авометры) - комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе включает функции вольтметра, амперметра и омметра. Иногда выполняется мультиметр в виде токоизмерительных клещей. Существуют цифровые и аналоговые мультиметры.

Основные режимы измерений

-ACV (англ. alternating current voltage — напряжение переменного тока) — измерение переменного напряжения.

-DCV (англ. direct current voltage — напряжение постоянного тока) — измерение постоянного напряжения.

-DCA (англ. direct current amperage — сила постоянного тока) — измерение постоянного тока.

-Ω — измерение электрического сопротивления.

Для обеспечения надёжной длительной работы измерительных приборов соблюдайте следующие правила:

-Не превышайте допустимых перегрузочных значений, указанных в заводской инструкции для каждого рода работы

-Когда порядок измеряемой величины неизвестен, устанавливайте переключатель пределов измерения на наибольшую величину.

-Перед тем, как повернуть переключатель для смены рода работы (не для изменения предела

    измерения!), отключайте щупы от проверяемой цепи.

-Не измеряйте сопротивление в цепи, к которой подведено напряжение.

-Не измеряйте ёмкость конденсаторов, не убедившись, что они разряжены.

До подключения измерительного прибора к цепи необходимо выполнить следующие операции:

-выбор измеряемой величины: - V, ~ V, - A, ~ A или Ω (Ом);

-выбор диапазона измерений соответственно ожидаемому результату измерений;

-правильное подсоединение зажимов измерительного прибора к исследуемой цепи.

Ход работы.

1) Изучение паспортных характеристик стрелочных электроизмерительных приборов.

Для этого внимательно рассмотрите лицевые панели стрелочных амперметров и заполните таблицу 1:  

1.1 Система измерительного механизма  может быть индуктивной или цифровой

1.2  Для определения цены деления необходимо

        Найти ближайшие деления обозначенные цифрами    

        Найти их разность R

        Посчитать количество делений между цифрами  N

        Определить цену деления через отношение .

    1.3 Абсолютная погрешность определяется как половина цены деления:.

2) Ознакомиться с лицевой панелью мультиметра. Подготовьте мультиметр для измерения постоянного напряжения. Включить источник постоянного напряжения. Измерить значения для различных выходных напряжений на клеммах. Результаты измерений занесите в таблицу 2:

3) Подготовьте мультиметр для измерения сопротивлений резисторов. Измерить значения сопротивлений резисторов. Результаты измерений занесите в таблицу 3:

4) Контрольные вопросы:

1. Что такое предел измерения?___________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Что такое абсолютная и относительная погрешности измерения?_____________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________Что характеризует класс точности прибора?____________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. В какой части шкалы измерения точнее и почему?__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________  

5)Вывод ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________                                                      

Практическая работа  № 2

ПОВЕРКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА

Цель работы: выполнить анализ организационных и проверочных мероприятий метрологической проверки средств измерений.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ:

Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (другими уполномоченными органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям.

1. Средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, подвергаются поверке органами Государственной метрологической службы при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту и эксплуатации.

Эталоны органов Государственной метрологической службы, а также средства измерений, ими не поверяемые, подвергаются поверке государственными научными метрологическими центрами.

2. По решению Госстандарта России право поверки средств измерений может быть предоставлено аккредитованным метрологическим службам юридических лиц. Деятельность этих метрологических служб осуществляется в соответствии с действующим законодательством и нормативными документами по обеспечению единства измерений Госстандарта России.

3. Поверочная деятельность, осуществляемая аккредитованными метрологическими службами юридических лиц, контролируется органами Государственной метрологической службы по месту расположения этих юридических лиц.

4. Поверка средств измерений осуществляется физическим лицом, аттестованным в качестве поверителя в порядке, устанавливаемом Госстандартом России.

5. Поверка производится в соответствии с нормативными документами, утверждаемыми по результатам испытаний по утверждению типа средства измерений.

6. Результатом поверки является подтверждение пригодности средства измерений к применению или признание средства измерений непригодным к применению.

Если средство измерений по результатам поверки признано пригодным к применению, то на него или техническую документацию наносится поверительное клеймо или выдается "Свидетельство о поверке".

Форма "Свидетельства о поверке" приведена в приложении 1 и 1а.

Поверительные клейма наносят на средства измерений во всех случаях, когда конструкция средств измерений не препятствует этому и условия их эксплуатации обеспечивают сохранность поверительных клейм в течение всего межповерочного интервала.

Если особенности конструкции (или условия эксплуатации) средств измерений делают невозможным нанесение на них поверительных клейм, то поверительные клейма наносят на паспорт или формуляр средств измерений.

Если средство измерений по результатам поверки признано непригодным к применению, поверительное клеймо гасится, "Свидетельство о поверке" аннулируется, выписывается "Извещение о непригодности" или делается соответствующая запись в технической документации.

Форма "Извещения о непригодности" приведена в приложении 2.

В целях предотвращения доступа к узлам регулировки или элементам конструкции средств измерений, при наличии у средств измерений мест пломбирования, на средства измерений устанавливаются пломбы, несущие на себе поверительные клейма.

7. Ответственность за ненадлежащее выполнение поверочных работ и несоблюдение требований соответствующих нормативных документов несет орган Государственной метрологической службы или юридическое лицо, метрологической службой которого выполнены поверочные работы.

8. При выполнении поверочных работ на территории отдельного региона с выездом на место эксплуатации средств измерений орган исполнительной власти этого региона обязан оказывать поверителям содействие, в том числе:

предоставлять им соответствующие помещения; обеспечивать их соответствующим персоналом и транспортом; извещать всех владельцев и пользователей средств измерений о времени поверки.

2. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ПОВЕРКИ

2.1. Средства измерений подвергают первичной, периодической, внеочередной и инспекционной поверке.

2.2. Первичной поверке подлежат средства измерений утвержденных типов при выпуске из производства и ремонта, при ввозе по импорту.

Первичной поверке могут не подвергаться средства измерений при ввозе по импорту на основании заключенных международных соглашений (договоров) о признании результатов поверки, произведенной в зарубежных странах.

2.3. Первичной поверке подлежит, как правило, каждый экземпляр средств измерений.

Допускается выборочная поверка.

2.4. Первичную поверку органы Государственной метрологической службы могут производить на контрольно-поверочных пунктах, организуемых юридическими лицами, выпускающими и ремонтирующими средства измерений.

2.5. Периодической поверке подлежат средства измерений, находящиеся в эксплуатации или на хранении, через определенные межповерочные интервалы.

2.6. Конкретные перечни средств измерений, подлежащих поверке, составляют юридические и физические лица - владельцы средств измерений.

Перечни средств измерений, подлежащих поверке, направляют в органы Государственной метрологической службы.

Органы Государственной метрологической службы в процессе осуществления государственного надзора за соблюдением метрологических правил и норм контролируют правильность составления перечней средств измерений, подлежащих поверке.

Проверка электроизмерительных приборов. Целью поверки электроизмерительных приборов вообще является установление соответствия точности прибора классу точности, указанному на его шкале или установление класса точности прибора.

Для обозначения класса точности приборов служит величина основной погрешности прибора, выраженная в процентах. Основная погрешность равна приведенной погрешности прибора, определенной в нормальных рабочих условиях.

Приведенная погрешность Y есть выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности показания ΔА к номинальному значению прибора

Абсолютная погрешность есть разность между измеренным и действительным значением измеряемой величины: ΔА = Аизм – А

Абсолютная погрешность с обратным знаком является поправкой прибора. А = – ΔА.

Согласно ГОСТу 1845-59, измерительные приборы делятся, но восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4.

Поверка приборов производится методом непосредственного сравнения, заключающимся в сравнении показаний испытуемого прибора с показаниями образцового, погрешности которого известны.

Образцовая аппаратура должна обеспечивать точность измерения выше той, которую имеет проверяемый прибор.

Для получения надлежащей точности измерений, выбор измерения образцовых приборов должен быть сделан таким образом, чтобы стрелка прибора при отчете не находилась в первой трети шкалы.

ПОВЕРКА ВОЛЬТМЕТРА

При проверке вольтметра, как измеряемый, так и образцовый, включается параллельно, что обуславливает одинаковые напряжения на зажимах обоих вольтметров. Перед началом проверки необходимо убедиться, что стрелки прибора стоят на нулевом делении шкалы.

Поверка прибора производится в следующей последовательности:

по проверяемому прибору устанавливают напряжение с помощью латра, изменяя его плавно от 0 до номинального значения.

Поверка производится на каждой числовой отметке шкалы, у которой поставлено число, обозначающее значение измеряемой величины, и по образцовому прибору производят отчет действительного значения измеряемой величины (U1). Затем, дойдя до конца шкалы, делает поверку при убывающих значениях измеряемой величины от конца шкалы до 0 (U2). Абсолютная погрешность прибора определяется как среднее арифметическое двух поверок при возрастающем и убывающем напряжении

Δ U0 = Un – Uср

ПОВЕРКА АМПЕРМЕТРА.

При проверке амперметры, как измеряемый, так и образцовый, включается последовательно, так что по ним протекает один и тот же ток. Перед началом проверки необходимо убедиться, что стрелки прибора стоят на нулевом делении шкалы.

Поверка прибора производится в следующей последовательности:

по проверяемому прибору устанавливают силу тока (I1) с помощью латра, изменяя его плавно от 0 до номинального значения. Поверка производится на каждой числовой отметке шкалы, у которой поставлено число, обозначающее значение измеряемой величины, и по образцовому прибору производят отчет действительного значения измеряемой величины. Затем, дойдя до конца шкалы, делает поверку при убывающих значениях измеряемой величины (I2) от конца шкалы до 0. Абсолютная погрешность прибора определяется как среднее арифметическое двух поверок при возрастающей (II) и убывающей (12) силе тока.

Порядок выполнения работы:

1. Сформулируйте порядок организации и проведения поверки.
2. Сформулируйте порядок представления средств измерения на поверку в органы государственной метрологической службы.
3. Сформулируйте порядок поверки электроизмерительных приборов (амперметра, вольтметра).
4. Сделайте и запишите выводы.
5. Дайте ответы на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В каких случаях на средства измерения наносится поверительное клеймо?
2. Что такое межповерочный интервал?
3. С кем согласуется график поверки средств измерений?
4. Как осуществляется проверка вольтметра?
5. Как осуществляется проверка амперметра?

Практическая работа  № 3

Изучение конструкции и принципа действия прибора для измерения температуры

Цель работы:

1.Ознакомиться с конструкцией и принципом действия манометрического термометра.

2. Выполнить поверку манометрического термометра. Сделать вывод о соответствии прибора классу точности.

Материально-техническое оснащение:

1 Образцовый ртутный термометр ТТ.

2. Контрольный термометр TG.
3. Рабочий термометр ТКП 16 Сг ВЗТ4.
4. Термостат с подогревом.

Краткие теоретические сведения.

Принцип действия манометрических термометров основан на зависимости давления рабочего (термометрического) вещества в замкнутом объеме (термосистеме) от температуры. В соответствии с агрегатным состоянием рабочего вещества в термосистеме манометрические термометры подразделяют на газовые, жидкостные и конденсационные (парожидкостные).

Термосистема термометра (рисунок 1.1, а) состоит из термобаллона 1 капилляра 2 и манометрической пружины 3. Чувствительный элемент термометра (термобаллон) погружается в объект измерения, и термометрическое вещество в термобаллоне достигает температуры измеряемой среды. При изменении температуры рабочего вещества в термобаллоне изменяется давление, которое через капиллярную трубку передается на пружинный манометр, являющийся измерительным прибором манометрического термометра.

Термобаллон представляет собой цилиндр, изготовленный из латуни или специальных сталей, стойких к химическому воздействию измеряемой среды. Геометрические размеры термобаллона зависят от типа термометров и от задач измерения. Так, диаметр термобаллона находится в пределах 5—30 мм, а его длина 60—500 мм. Капилляр, соединяющий термобаллон с манометрической пружиной, представляет собой медную или стальную трубку с внутренним диаметром 0,1—0,5 мм. Длина капиллярной трубки в зависимости от эксплуатационных требований может быть от нескольких сантиметров до 60 м. Медные капилляры имеют стальную защитную оболочку, предохраняющую их от повреждений при монтаже и эксплуатации.

В зависимости от конструкции измерительной системы манометрические системы бывают показывающими, самопишущими, бесшкальными со встроенными датчиками для дистанционной передачи показаний на расстояние.

Газовые манометрические термометры. Они предназначены для измерения температуры от —150 до +600°С. Термометрическим веществом здесь служат гелий или азот. Для газовых манометрических термометров характерны большие размеры термобаллонов (диаметр 20—30 мм, а длина 250—500 мм) и, как следствие этого, их значительная инерционность.

 Погрешность от температуры окружающей среды часто компенсируют путем установки биметаллической пластины 4 (рис. 1.1, а), расположенной между манометрической пружиной и указателем.

При измерениях с повышенной точностью и при использовании длинных капилляров применяют дифференциальную систему, состоящую из основного манометрического термометра и компенсирующего (без термобаллона), капилляр которого примыкает к капилляру основного термометра. Таким образом, на указатель прибора действует разность перемещений двух манометрических пружин, что практически исключает температурную погрешность окружающей среды.

Жидкостные манометрические термометры. В качестве термометрического вещества здесь используется ртуть под давлением 10—15 МПа при комнатной температуре или толуол, ксилол, пропиловый спирт, силиконовые жидкости и т. п. при давлении 0,5-5 МПа. При ртутном заполнении диапазон измерений лежит в пределах —30—600°С, а для органических жидкостей 150—300°С. Ввиду того что жидкость практически несжимаема, объем термобаллона в жидкостных манометрических термометрах в отличие от газовых должен быть согласован со свойствами используемой манометрической пружины.

В жидкостных манометрических термометрах, как и в газовых, имеет место погрешность от изменения температуры окружающей среды. Для уменьшения этой погрешности принимаются те же меры, которые принимались для газовых термометров. Кроме того, для компенсации указанной      погрешности как для жидкостных, так и для газовых манометрических термометров, используют инварный компенсатор. Действие этого компенсатора основано на том, что в капиллярную трубку помещается проволока из инвара и рабочее вещество оказывается в кольцевом зазоре между проволокой и стенкой капилляра. Диаметр проволоки выбирают таким, чтобы при повышении температуры в капилляре приращение кольцевого зазора было тем же, что и приращение жидкости в зазоре.

Конденсационные манометрические термометры. В качестве термометрического вещества в этих термометрах используются легкокипящие жидкости, в частности пропан, этиловый эфир, ацетон, толуол, хлористый метил и т.п. В зависимости от используемого рабочего вещества диапазон измерений лежит в интервале от – 50 до 350°С. Специально изготовленные конденсационные термометры применяются для измерения сверхнизких температур, например при заполнении гелием для измерения температуры от 0,8 К. Термобаллон термометра (рисунок 1.1, б) заполнен конденсатом на 0,7-0,75 объема, над конденсатом находится насыщенный пар этой жидкости. Капилляр в этих термометрах опущен в термобаллон так, чтобы его открытый конец находился в жидкости и в том случае, когда при максимальной температуре в термобаллоне остается часть жидкости. Капилляр и манометрическая пружина заполняются обычно высококипящей жидкостью,которая служит для передачи давления от термобаллона к манометрической пружине.

Конденсационным термометрам присущи гидростатическая погрешность и погрешность от изменения барометрического давления. Первая из этих погрешностей компенсируется аналогично жидкостным манометрическим термометрам, а вторая имеет место лишь на начальном участке шкалы, когда давление в термосистеме невелико.

В настоящее время промышленностью выпускаются манометрические термометры с унифицированными пневматическим и электрическим (постоянного тока) выходными сигналами классов точности 1; 1,5; 2,5.                              

Важное достоинство этих термометров — возможность использования их на взрывоопасных объектах.

К их недостаткам относят необходимость частой поверки из-за возможной разгерметизации прибора и сложность ремонта, а также большие во многих случаях размеры термобаллона для газовых манометрических термометров.

Манометрические термометры, используемые в промышленности, имеют классы точности 1—4.

Методические указания:

Поверка манометрического термометра рабочего и контрольного проводится методом сравнения их показаний с показаниями образцового термометра в 5 точках равномерно расположенных по шкале и по реперным точкам 0°С и 100°С.

Для поверки 0°С термометры погружают в термостат с тающим льдом. Для поверки 100°С термометры погружают в термостат с кипящей водой. Выдерживают 3 минуты.

Расчетные формулы:

1. Абсолютная погрешность - это алгебраическая разность между
   показаниями поверяемого и образцового прибора:

                ∆Х = Хп – Хд

где Хп - показания оверяемого прибора;
                                                   Хд - показания образцового          прибора.

2. Приведенная погрешность - это отношение                        

абсолютной погрешности к пределу измерения выраженного в %

     Рисунок1.1

                                                γ=(∆Х/Nшк)*100%

Порядок выполнения работы:

1. Изучить конструкцию и принцип действия термометров.

2. Начертить схему манометрического термометра и пояснить элементы.
3. Вычислить погрешности измерения.
4. Результаты вычислений занести в таблицу 1.
5. Сделать вывод о годности поверяемых термометров, если К(ТТ)=1, К(ТКП)=1,5.

Таблица 1.1 Результаты измерений и вычислений

Вопросы для самоконтроля:

1. Достоинства и недостатки манометрических термометров.
2. Существующие классы точности манометрических термометров.
3. От чего зависит чувствительность манометрических термометров?
4. Принцип действия манометрических термометров.
5. Погрешности.

Практическая работа  №4

Изучение конструкции и принципа действия прибора для измерения давления

Цель работы:

1. Ознакомиться с принципом действия и конструкцией пружинных и грузопоршневых манометров.

2. Выполнить поверку пружинного манометра. Сделать вывод о соответствии поверяемого прибора классу точности.

Материально- техническое оснащение:

1. Грузопоршневой манометр 25 – 250 бар.

2. Манометр образцовый.

3. Манометр технический МТИ(К=2,5, Nшк=200 кгс/м3) .

Краткие теоретические сведения.

В трубчато-пружинном манометре упругим чувствительным элементом является трубчатая пружина. Схема устройства трубчато-пружинного манометра приведена па рисунке 1.1а

Упругий элемент этого прибора представляет собой согнутую по кругу полую трубку 5, имеющую в сечении форму эллипса или удлиненного овала. Один конец этой трубки впаян в держатель 11, второй конец заглушен пробкой 9. Держатель прикреплен к корпусу 4 манометра винтами и имеет выступающий из корпуса штуцер 1 с резьбой, посредством которого подсоединяют прибор к измеряемой среде. Внутри штуцера имеется канал, соединяющийся с внутренней полостью трубки 5. В верхней части держателя расположена площадка, на которой смонтирован передаточный механизм. Свободный конец трубки шарнирно соединен с поводком 10, второй конец которого также шарнирно связан с зубчатым сектором 8. Сектор может свободно вращаться вокруг оси, проходящей через его середину и фиксированной в отверстиях нижней и верхней пластин механизма 7.

Сектор 5 зубчатым зацеплением соединен с трибкой (маленькой шестерней), не видимой на рисунке. Трибка жестко сидит на оси, проходящей через те же пластины, что и ось сектора.

Чтобы избежать мертвого хода, к трибке присоединен упругий металлический волосок 6, другой конец которого крепится к какой-либо неподвижной части манометра. На ось трибки плотно насажена стрелка 2. Под действием давления трубка раскручивается и тянет поводок, который поворачивает сектор 8 вокруг оси. Поворачиваясь, сектор вращает трибку с насаженной на ее ось стрелкой, указывающей на шкале 3 величину измеряемого давления.

Манометр регулируют изменением длины поводка и перемещением точки его соединения с хвостовиком сектора. Трубчатая пружина при увеличении давления распрямляется по следующим причинам. С повышением давления пружина в поперечном сечении стремится раздуться (рисунок 1.1б). При этом малая ось эллипса увеличивается, в то время как длина пружины остается неизменной. Это вызывает раскручивание ее.

Рисунок 1.1 Трубчато-пружинный манометр

Грузопоршневые манометры — образцовые приборы которые могут создавать и измерять высокое давление (до 250 МПа) при по мощи поршня с грузами,  воздействующими на замкнутый объем жидкости.   Эти   приборы   обладают   высокой   чувствительностью и точностью. В основном они предназначены для градуировки и поверки различных видов деформационных манометров.

В цилиндрической колонке 1 металлического сосуда (рисунок  1.2) в котором находится масло, размещен вертикально стальной шлифованный поршень 2. Верхняя часть его скреплена с тарелкой 3 на которой можно размещать грузы 4, уравновешивающие воспринимаемое поршнем давление р. Давление при равновесном состоянии системы можно рассчитывать по уравнению р = qF-(G1 + G2), где F —рабочая площадь поршня; G1 G2 —масса соответственно поршня с тарелкой и грузов.

Образцовый грузопоршневой манометр (рисунок 1.3) состоит из винтового гидравлического пресса / с поршнем 2. Масло под давлением, проходя через игольчатые вентили 3, одновременно подводится к поверяемому прибору 4, поршню 5 с грузами 6 и образцовому прибору 7. Увеличивая и уменьшая давление масла в системе пресса, сравнивают показания этих приборов и определяют погрешности в показаниях поверяемого прибора при прямом и обратном ходе. При поверке манометров со шкалами до 1,6 МПа обычно используют калиброванные грузы. Если давление превышает 1,6 МПа, образцовые манометры применяют при отключенном грузовом устройстве.

Методические указания: Регулировку и поверку технических манометров осуществляют с использованием пресса (рисунок 1.4), т.е. грузопоршневого манометра (1). Пресс позволяет производить поверку технического манометра (2) по образцовому трубчатому манометру (3). Оба манометра устанавливаются в бобышки грузопоршневого. При поверке манометров с пределами шкалы 2,5 МПа для создания давления масла в корпусе прибора используют тарелку поршня (6) и грузы (4). При поверке манометров с пределами шкалы 2,5 – 25 МПа необходимое давление создают вращением маховика (10).

Рисунок 1.2. Принципиальная                  Рисунок 1.3. Схема образцового

схема грузопоршневого манометра        грузопоршневого манометра

Порядок выполнения работы:

1. Изучить и начертить схему лабораторной установки (рис. 1.4).
2. Ознакомиться с принципом действия пружинных манометров.
3. Изучить принцип действия и устройство грузопоршневого манометра.
4. Определить основные технические характеристики приборов.

5. Присоединить образцовый технический манометры к штуцерам на бобышках (3) грузопоршневого манометра.
6. Открыть вентиль (9) для стравливания воздуха.
7. Штурвал (10) пресса (1) прогнать в правую сторону для сброса воздуха из системы.
8. Прогнать штурвал влево – закачать масло в пресс.
9. Проделать эту операцию 2-3 раза для стравливания воздуха.
10. Закрыть вентиль (9) (штурвал должен быть в крайнем левом положении).
11. Определить годность поверяемого манометра.

Рисунок 1.4 - Схема лабораторной установки

/ - грузопорпшевой манометр или пресс; // - поверяемый технический манометр; ///-образцовый манометр; 1,6 - поршни; 2 - камеры корпуса; 3- бобышки; 4- тарелка с грузом; 5- чашка; 7– колонка;

8- воронка; 9- вентиль;10- маховик;11-двигатель; 12 - кнопка «ПУСК».

12. Показания образцового и технического манометров занести в таблицу
13. Определить абсолютную погрешность по формуле:

ΔР = Ри - Рд

14. Определить приведенную погрешность по формуле:

γ = (ΔР / Pmax) 100%,

где Pmax – предел измерения поверяемого технического манометра.

Вопросы для самоконтроля:

1. Определение погрешности, класса точности.
2. Принцип действия манометра с трубчатой пружиной.
3. В чем отличие технического манометра от электроконтактного?
4. Из какого материала изготавливается трубчатая пружина?
5. Какое давление измеряет манометр?

Таблица 1.1 Результаты измерений и вычислений

Практическая работа  №5

Изучение конструкции и принципа действия прибора для преобразования давления «Сапфир-22Д»

Цель работы:

1. Ознакомиться с принципом действия и конструкцией
   преобразователя давления «Сапфир-22ДД».
2. Выполнить поверку преобразователя. Сделать вывод о соответствии преобразователя классу точности

Материально-техническое оснащение:

1. Компрессор.
2. Редуктор - задатчик.
3. Преобразователь давления «Сапфир 22ДД».
4. Манометр МП2 - УУ2.
5. Поверочный стенд TRANSMITTER.

Краткие теоретические сведения

Измерительные преобразователи давления, оснащенные преобразовательными элементами тензорезисторного типа получили название тензорезисторных измерительных преобразователей давления. Преобразователи давления этого вида представляют собой деформационный чувствительный элемент, чаще всего мембрану, на которую наклеиваются или напыляются тензорезисторы. В основе принципа работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта , суть которого состоит в изменении сопротивления полупроводников при их деформации.

Совершенствование технологии изготовления полупроводниковых тензорезисторов создало возможность изготавливать тензорезисторы непосредственно на кристаллическом элементе, выполненном из кремния или сапфира

На рисунке 1.1 показана схема тензорезисторного измерительного преобразователя разности давления. Мембранный тензомодуль 4 представляет собой металлическую мембрану, к которой сверху припаяна сапфировая мембрана с напыленными четырьмя кремниевыми тензорезисторами, образующими плечи неравновесного моста. Тензомодуль закреплен на основании 2 и отделен от измеряемой среды двумя разделительными металлическими мембранами 1 и 3. Замкнутые полости между модулем и мембранами заполнены полиметилоксановой жидкостью. Измеряемая разность давления Р1 –Р2  воздействует на тензомодуль через указанные мембраны и жидкость. Через герметичные выводы 5 тензомодуль подключается к встроенному электронному устройству 6. С помощью этого устройства изменение сопротивления тензорезисторов преобразуется в унифицированный токовый выходной сигнал (0-5, 0-20 или 4-20 мА), который передается по искробезопасной двухпроводной линии дистанционной передачи к блоку питания 7.

Последний устанавливается во взрывоопасном помещении и обеспечивает питание первичного преобразователя по двухпроводной линии. По этой же линии одновременно передается выходной токовый сигнал. Наряду с указанной функцией блок питания повышает мощность выходного сигнала до уровня, необходимого для подключения внешней нагрузки Rн , и формирует заданный уровень выходного сигнала (0-5, 0-20 или 4-20 мА).

Методические указания:

Для выполнения работы используется установка, схема которой показана на рисунке 1.2.

Установка  рассчитана на давление не более 1КТ.

Поверка преобразователей «САПФИР» осуществляется по методическим указаниям МИ 333-83 и включает следующие операции: внешний осмотр, опробование, определение герметичности, определение основной погрешности.

Рисунок 1.1 Схема тензорезисторного преобразователя.

∆Х = Храсч – Хдейст.

γ =( ∆Х/Nшк)*100%

где    ∆Х - абсолютная погрешность в единицах измерения, тА

γ  -   приведенная погрешность, %.

Iр = (Р/Рмах) *(Iтаx – I0) + Io

где    Iр - расчетное значение тока;

I0 - нижнее значение выходного сигнала;

Imax - верхнее значение выходного сигнала;

Р - измеряемое давление;

Pmax -  верхний предел измерения.

Методика поверки:

1. Редуктором 1 уже выставлено давление не превышающее 1кг. - это мы видим по манометру 14.
2. Тумблером 7 включаем блок питания 9.
3. Если датчик с выходным сигналом 4—20 mА, то корректором «0» надо настроить его так чтобы на миллиамперметре он показывал 4mA.(это соответствует нулевому значению давления).
4.  Для настройки верхней точки выходного сигнала, нужно открыть вентиль 2 и набрать воздух в систему, после чего вентиль закрыть.

5.Вентилем 6 нужно сбросить давление до верхней точки измеряемого перепада.

6. Закрываем вентиль 3  и открываем вентиль 4.  Воздух поступает на образцовый манометр и «САПФИР».

7.Задатчиком   6  более   точно   выставляем   по  образцовому  манометру верхнюю точку измеряемого перепада.

8. Корректором («∆» -- диапазон) выставляем 20 шА.

9. Вентилем 6 сбрасываем воздух в атмосферу.

Пункты 4. — 9. повторяются до тех пор, пока при отсутствии давления будет 4 тА, а при максимальной точке измеряемого перепада 20 тА.

10. Зная, что выход у датчика линейный, заполняем таблицу, состоящую из пяти контрольных точек, где каждой из них соответствует свой токовый сигнал.
11. Аналогично пунктам 4-6 выполняем прямой ход датчика по всем
    точкам таблицы.
12. Достигнув последней точки, выполняем обратный ход, сбрасывая воздух до каждой предыдущей точки, используя при этом вентиль 6 и за датчик 5. 

Порядок выполнения работы:

1. Изучить конструкцию измерительного преобразователя «САПФИР».

2.Рассчитать давление, подаваемое на вход преобразователя соответствующее заданным поверяемым точкам его выходной характеристики.

3. Провести поверку для всех заданных точек при прямом и обратном ходе.
4. Рассчитать значение абсолютной погрешности.
5. Рассчитать значение приведенной погрешности.
6. Занести данные в таблицу 1.1
7. Подготовить отчет по проведенной работе.

Вопросы для самоконтроля:

1. Принцип действия тензопреобразователя давления.
2. Что представляет собой тензомодуль?
3. Какой выходной сигнал имеет «САПФИР»?
4. Какие еще электрические преобразователи давления вы знаете?
5. Какое давление измеряет «CAПФИР ДИ», «САПФИР ДД»?
6. Как в маркировке обозначается вид взрывозащиты преобразователя?
7. Погрешности.

Рисунок 1.2 Схема лабораторного стенда

Таблица 1.1 Результаты измерений и вычислений

Практическая работа  № 6

Изучение конструкции и принципа действия сигнализатора температуры

Цель работы:

1. Ознакомиться с принципом действия и конструкцией сигнализатора температуры СТ -136М.
2. Выполнить проверку работоспособности СТ - 136М.

Материально-техническое обеспечение: таблицы со справочными материалами, техническая документация, методические указания по выполнению работы; лабораторный стенд.

Ход занятия:

1. Изучить краткие теоретические сведения и техническую документацию.
2. Записать в виде опорного конспекта:

1. назначение и состав сигнализатора СТ-136М;

б)        функциональные возможности сигнализатора;

в)        обеспечение искробезопасности цепей термопреобразователя;

2. Выполнить проверку работоспособности сигнализатора в соответствии с заданием.

3.    По контрольным вопросам подготовиться к защите практической работы.

Контрольные вопросы:

1. Пояснить назначение и состав сигнализатора.
2. Пояснить по принципиальной электрической схеме работу канала сигнализации.
3. С какими датчиками работает сигнализатор?
4. Пояснить принцип действия датчиков.

5.    В каких случаях срабатывает звуковая сигнализация?

Краткие теоретические сведения

Для сигнализации предельных значений температуры на объектах подготовки и перекачки нефти используются различные сигнализаторы в комплекте с датчиками температуры.

Для контроля температуры в различных точках насосных агрегатов нефтеперекачивающих и кустовых насосных станций в качестве датчиков применяются термопреобразователи сопротивлений, сигналы с которых подаются на микропроцессорные управляющие устройства. Наряду с этим на некоторых объектах еще остаются в эксплуатации как средства автоматизации вторичные блоки сигнализации СТ-136М.

Сигнализатор температуры СТ-136М предназначен для контроля и сигнализации в восьми точках температуры подшипников насосного агрегата и нефти в корпусе насоса.

Сигнализатор состоит из одного блока питания БП-028 и восьми блоков сигнализации БС-038. К каждому блоку сигнализации может быть подключен один из термопреобразователей сопротивления с номинальной статической характеристикой преобразователя 50П, 100П, 50М и гр. 23 ГОСТ 6651-78.

Рисунок 1.1 Внешний вид сигнализатора СТ-136М

1 – блок сигнализации БС-038, 2 – блок питания БП-028, 3 – блочный каркас,

4 – дно, 5 –корпус.

Сигнализатор предназначен для установки только во взрывобезопасных установках.

В качестве контрольного прибора используется логометр типа Л-64 «И».

Сигнализатор рассчитан для эксплуатации при температуре окружающего воздуха от 0 до плюс 50°С и относительной влажности до 80% при плюс 35°С.

В основу принципа работы сигнализатора положен мостовой метод измерения температуры при помощи термопреобразователя.

Термопреобразователь подключается к мостовой измерительной схеме по трехпроводной линии.

Сигнализатор выполняет следующие функции:

• контролирует температуру в 8 точках и, при превышении заданной температуры в какой-либо точке, выдает сигнал на отключение агрегата;
• позволяет осуществить последовательный контроль работы всех узлов сигнализатора;
• обеспечивает защиту от ложных срабатываний при обрыве цепей термопреобразователя, а также при включении сигнализатора в сеть;
• выдает сигнал на включение звуковой сигнализации в случае отключения агрегата, обрыва цепи (цепей) любого из 8 термопреобразователей, и исчезновении напряжения питания сигнализатора.

Задание:

1. Начертить структурную и электрическую схему лабораторной установки.

2. Проверить исправность подключения всех элементов сигнализатора.

а)        на блоке питания БП-028 включить тумблер  «сеть» и тумблер «звуковая сигнализация»

б)        опробовать звуковую и световую сигнализацию с помощью переключателя 4 на рисунке 1.1

в)        проверить блоки сигнализации БС-038 (достаточно один блок) установив на магазине сопротивления 3 значение соответствующее текущему значению измеряемой температуры ниже предельной, и убедиться, что БС-038 не сработает.

г) на магазине сопротивления подобрать значение сопротивления соответствующее предельному значению температуры до срабатывания.

д)        измерить предельное значение температуры. Температуру измеряем логометром. нажав кнопку «отсчет» (удерживать кнопку) и определить расчетное значение температуры Тр по подобранному сопротивлению с помощью градуировочной таблицы.

е)        определить абсолютную погрешность:

∆Т=Тр-Тизм.

ж)        сбросить свет и звук кнопкой «сброс» на блоке БП-028.

3.        Проконтролировать срабатывание сигнализатора при обрыве  цепи термопреобразователя:

а)        на магазине сопротивления симмитировать обрыв цепи термопреобразователя.

б)        на любом блоке БС-038 переключить тумблер «логометр» (влево).

в)        проверить загорание лампы, неисправность термопреобразователя и включение звуковой сигнализации.

г)        привести схему в исходное состояние кнопкой " сброс "на БП-028.

4.        Проконтролировать текущие значения температуры:

а)        включить на первом блоке БП-038 тумблер «логометр» (влево).

б)        включить на блоке БП кнопку "отсчет" (держать).

в)        измерить логометром текущее значение температуры Тизм. правого датчика.

г)        сравнив измеренное значение с расчетным, соответствующим сопротивлению на магазине сопротивлений:

∆Т=Тр-Тизм

д)        последовательно осуществить контроль значений температур всех датчиков и записать в таблицу 1.1

5. Выполнить необходимые расчеты, заполнить таблицы, сделать вывод о работоспособности сигнализатора.

Таблица 1.1 Результаты измерений и вычислений

Рисунок. 1.1 Структурная схема лабораторного стенда.

1 - сигнализатор температуры СТ-136М;

2 - логометр Л - 64; 3 - магазин сопротивлений; 1 - система сигнализации.

Рисунок 1.2. Электрическая схема лабораторного стенда.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7

Изучение применения приборов технологического контроля на производстве 

Цель работы:

1.Ознакомиться с конструкцией и принцип действия счетчика ТОР.

2.Выполнить проверку работоспособности счетчика.

Материально-техническое обеспечение: техническая документация, методические указания по выполнению работы; лабораторный стенд.

Ход занятия:

3. Изучить краткие теоретические сведения и техническую документацию.
4. Записать в виде опорного конспекта:

  а)    назначение и принцип действия счетчика ТОР;

б)        схема конструкции счетчика.

2. Выполнить проверку работоспособности счетчика в соответствии с заданием.

3.    По контрольным вопросам подготовиться к защите практической работы.

Контрольные вопросы:

5. Пояснить назначение и состав счетчика.
6. Пояснить по схеме принцип действия счетчика.
7. Можно ли изменить частоту вращения  чувствительного элемента при одном и том же расходе?
8. Как осуществляется поверка ТОР?
9. Что является чувствительным элементом ТОР?
10. Каков выходной сигнал счетчика ТОР?

Краткие теоретические сведения.

По принципу действия скоростные расходомеры близки к турбомашинам. Конструктивно чувствительный элемент выполняется в виде турбинки или крыльчатки (вертушки) приводимой во вращение набегающим потоком. Между скоростью движения жидкости и частотой вращения турбинки (крыльчатки) имеется в определенных пределах прямая пропорциональность.

Тахометрический счетчик ТОР-1-80 состоит из следующих узлов: сварного корпуса , крыльчатки 3, обтекателя 2, экрана отражателя 4, зубчатого редуктора (понижающего) 5, магнитной муфты 6, перегородки из антимагнитной нержавеющей стали 7, механического счетчика 8, электромагнитного датчика, регулирующей лопатки 10 и диска с магнитами 12, воздействующими на магнитоуправляемый контакт МКВ-1 9.

Жидкость, поступающая через входной патрубок 1, вращает крыльчатку 3, затем при помощи отражателя 4 изменяет направление движения на 180 градусов и через окно обтекателя 2 поступает в выходной патрубок 11. Вал крыльчатки 'через понижающий редуктор 5 и магнитную муфту 6 вращает механический счетчик 8 установленный в корпусе, изолированном от скважинной жидкости немагнитной перегородкой 7. Механический счетчик снабжен шкалой с ценой деления 0,005м3 ,по которой визуально определяют количество прошедшей через расходомер жидкости.

На одной оси со стрелкой счетчика находится диск с двумя постоянными магнитами 12, которые при вращении периодически замыкают магнитоуправляемые контакты датчика 9 и выдают электрические сигналы, регистрируемы в блоке управления расходомера. Кроме того, с помощью индукционного датчика, который устанавливается против лопастей крыльчатки, выдаются электрические импульсы, пропорциональные скорости её вращения, которая регистрируется в блоке местной автоматики групповой замерной установки.

В приборе имеется устройство для измерения его градуированной характеристики, состоящей из лопатки 10 и регулирующего винта. Меняя положение лопатки, расположенной перед крыльчаткой можно соответственно изменить направление поступающего на лопасти крыльчатки потока и тем самым получать разные частоты вращения при одном и том же расходе.

Счетчик ТОР монтируется на трубопроводе с помощью специального быстросъемного хомутного соединения. Уплотнение достигается за счет торцевого резинового кольца. Счетчик устанавливается циферблатом вверх, отклонение корпуса от вертикали не более 5 градусов. Пропарка счетчика запрещается.

Рисунок 1.1 Схема счетчика ТОР

Турбинные счетчики выпускаются двух типоразмеров: ТОР-1-80, ТОР-1-50. С условным диаметром прохода: 80 и 50 мм.

Поверка расходомеров на производиться на установках:

1. ТПУ - турбопоршенвая установка. Принцип действия основан на сравнении, объема воды прошедшего через калиброванный участок трубопровода с показаниями поверяемого прибора.

2.ВЗУ - Весовая замерная установка. Принцип действия основан на сравнении, взвешенного на весах объема воды с показаниями поверяемого прибора.

З.По образцовому расходомеру. Принцип действия основан на сравнении показаний образцового прибора и поверяемого.

После поверки на прибор выписывается свидетельство о поверке. В свидетельстве указываются все характеристики, образцового прибора или установки и поверяемого прибора, а так же их заводские номера. Для нахождения абсолютной и относительной погрешности составляется таблица, в которую заносятся показания образцового и поверяемого приборов. Погрешности рассчитываются по формуле. Прибор считается годным к эксплуатации, если погрешность не превышает класса точности.

Задание:

1. Начертить структурную схему лабораторной установки.

2. Проверить исправность подключения всех элементов расходомера.

3. Подать питание на лабораторную установку.

4. Выполнить замеры показаний расходомера поверяемого и образцового с интервалом 1 мин.

5. Вычислить погрешности:

∆F= Vобр.-Vп.

δ= Vобр.-Vп./Vобр.* 100%

6. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 Результаты измерений и вычислений

Рисунок 1.2 Схема лабораторной установки

1 - емкость с водой, 2 - центробежный насос,        3 - образцовый расходомер, 4 - поверяемый прибор ТОР-80, 5 - электрические линии, 6 – водопроводы, 7 - счетчик импульсов образцового  расходомера, 8 - счетчик импульсов поверяемого расходомера,    9-  счетчик предварительного набора.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №8

Изучение устройства и правил выбора манометров

Цель работы: Изучение устройства, принципа работы и назначения манометров.

Теоретическое обоснование:

Пневматические исполнительные механизмы делятся на мембранные и поршневые.

Мембранные исполнительные механизмы имеют герметизированную полость, ограниченную подвижной мембраной, на которую давит пружина. При впуске сжатого воздуха полость расширяется, мембрана отодвигается, сжимая пружину. В мембрану вмонтирован конец рабочего штока, который непосредственно связан с регулирующим органом.

Усилие, создаваемое мембранным исполнительным механизмом, без учета трения может быть определено по формуле где усиление, создаваемое исполнительным механизмом; диаметр мембраны; давление сжатого воздуха; коэффициент упругости пружины (сила, необходимая для сжатия пружины на единицу длины); ход рабочего штока.

Мембранные исполнительные механизмы выпускаются с диаметром мембраны 80-500 мм и рабочим ходом штока 6-100 мм.

В игольчатом клапане с мембранным исполнительным механизмом при впуске сжатого воздуха через отверстие 1 в головке 2 мембрана 3 под его давлением пойдет вниз, сжимая пружину 4, рабочий шток механизма 5 опустится и прижмет игольчатый клапан 6 к седлу. Трубопровод будет перекрыт. При выпуске сжатого воздуха клапан откроется под действием пружины.

Мембранные исполнительные механизмы выпускаются отрегулированными на получение полного хода при изменении командного давления от 9,8 до 98 кПа.

Регулирующее устройство, как известно, формирует один из стандартных законов регулирования и состоит из элементов сравнения и формирующего устройства. Элемент сравнения в пневматических регуляторах выполняется в виде сборок мембран, а формирующее устройство – в виде узла «сопло-заслонка» и усилителя охваченного обратными связями

Клапан в открытом положении

Пневматический исполнительный механизм служит для преоб-разования командного пневматического сигнала с выхода регулирующего устройства в перемещение регулирующего органа. Наибольшее распространение получили мембранные исполнительные механизмы.

В качестве линии связи для передачи информации в пневматических регуляторах используют металлические или пластмассовые трубопроводы. По ним сигнал в виде избыточного давления сжатого воздуха, изменяющегося к регулирующему устройству и от этого устройства – к исполнительному механизму. Подобные линии связи пневмопроводы характеризуются существенно ограниченной скоростью передачи сигналов. Однако для довольно инерционных технологических процессов нефтяной и газовой промышленности эта скорость вполне достаточна. Протяженность пневматических линий связи заметно ограничена, обычно она не превышает 300 м.

Для пневматических регуляторов необходимо иметь особый источник питания систему подачи сжатого воздуха, осушенного и очищенного от пыли и масла, с хорошо стабилизированным давлением . В большинстве случаев для этой цели приходится создавать специальную систему воздухоснабжения, к качеству и надежности работы которой предъявляются достаточно жесткие требования.

Важная особенность пневматических регуляторов высокий уровень их эксплуатационной надежности. Они могут безотказно работать в тяжелых эксплуатационных условиях в течение длительного времени. В их состав не входят элементы с существенно ограниченным сроком службы. Для эксплуатации пневматических регуляторов не требуется высокой квалификации обслуживающего персонала.

Контрольные вопросы:

1. Как работает пневматический исполнительный механизм?

2. Преимущества пневматических приборов перед электрическими?

3. Какие недостатки имеют  пневматические устройства?

4. Какие пневматические приборы Вы ещё знаете?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №9

Способы измерения температуры.

Цель работы:

1.Ознакомиться с конструкцией и принцип действия счетчика СВУ.

2.Выполнить проверку работоспособности счетчика.

Материально-техническое обеспечение: техническая документация, методические указания по выполнению работы; лабораторный стенд.

Ход занятия:

1. Изучить краткие теоретические сведения и техническую документацию.
2. Записать в виде опорного конспекта:

а)  назначение и принцип действия счетчика СВУ;

б)        структурная схема счетчика.

2. Выполнить проверку работоспособности счетчика в соответствии с заданием.

3.    По контрольным вопросам подготовиться к защите практической работы.

Контрольные вопросы:

1. Назначение и состав счетчика СВУ.
2. Пояснить принцип действия датчика.
3. Каков выходной сигнал ДРС?
4. Сколько датчиков ДРС можно одновременно подключить к одному блоку БПИ?
5. Каковы функциональные возможности БПИ?

Краткие теоретические сведения.

Счетчик воды вихревой ультразвуковой СВУ предназначен для измерения объема воды, закачиваемой в нагнетательные скважины систем поддержания пластового давления нефтяных месторождениях. Счетчики эксплуатируются на кустах нагнетательных скважинах, кустовых насосных станциях КНС и на отдельных скважинах. Счетчик состоит из одного датчика ДРС и блока БПИ. Датчик ДРС предназначен для преобразования объема жидкости в выходной сигнал, представленный числом электрических импульсов с ценой импульса 0,001 м3 и может работать как в комплекте с блоком БПИ, так и отдельно от него в составе информационно-измерительных систем. Датчик ДРС могут устанавливаться в насосных блоках, кустовых насосных станциях (КНС), в блоках водораспределительных гребёнок (ВРГ), и на отдельных скважинах на открытом воздухе под навесом при температуре окружающего воздуха от -- 45 до +50°С и влажность до 98%.

Блок БПИ обеспечивает:

1. Дистанционное электрическое питание подключаемых датчиков ДРС.
2. Масштабирование и форматирование выходных сигналов датчиков
   ДРС по четырём независимым измерительным каналам с ценой
   импульса по каждому из каналов 0,1 м3.
3. Накопление информации об объёмах протекающей жидкости на
   шестиразрядных отчётных устройствах с ценой единицы младшего
   разряда 0,1м3, включённых на выходы каналов масштабирования.
4. Передача информации об объеме протекающей жидкости с выходом
   каналов масштабирования в систему телемеханики "ТМ 620, ТМ
   660Р", "ХАЗАР", ЭВМ, выборочную индикацию расхода по каждому
   контролируемому водоводу.
5. Индикация расхода по каждому из датчиков ДРС с помощью стрелочного индикатора.

БПИ и составные части датчика ДРС (потребителей ПР и ПНЦ) также являются функционально и конструктивно законченными составными частями датчика ДРС и обеспечивает взаимозаменяемость без дополнительной подстройки и проверки.

Устройство счётчика поясняется блок-схемой (рисунок 1.1). Счётчик состоит из датчика ДРС и блока БПИ, соединённых четырёхжильным кабелем К. Датчик ДРС преобразует объём измеряемой среды, проходящей через него, в пропорциональное число электрических импульсов с ценой одного импульса 10-3 м3 . Выходной числоимпульсный сигнал датчика ДРС поступают в блок БПИ выполняющий функции масштабирования, интегрирования и суммирования импульсной последовательности. Выходные сигналы блока БПИ также числоимпульсные с ценой импульса 0,1м3 по каналам масштабирования.

Устройство и работа датчика ДРС:

Набегающий поток образует за телом обтекания (ТО) вихревую дорожку, состоящую из двух цепочек вихрей, образующихся на верхней и нижний кромках ТО и перемещающихся вместе с потоком. Принцип действия датчика основан на регистрации каждого из вихрей путём "просвечивания" потока ультразвуковым лучом, направленным перпендикулярно оси ТО. После взаимодействия ультразвуковых колебаний с цепочкой вихрей сигнал, принятый пьезоприёмнииком, оказывается модулированным по фазе. Модулированный сигнал преобразуется с помощью ПНП и в виде прямоугольных импульсов подаётся на блок БПИ.

Задание:

1. Проверить исправность подключения всех элементов датчика.

2. Подать питание на лабораторную установку.

а)        включить тумблер "СЕТЬ", при этом должна загореться индикаторная лампочка на передней панели блока;

б) нажать рычаги гашения электромеханических счётчиков (ЭМС), при этом на всех шести разрядах у каждого счётчика должны появиться нули.

в)        нажать поочерёдно кнопки выбора блока БПИ и проконтролировать наличие расхода по соответствующему датчику ДРС по стрелочному индикатору. Тумблер "50-200" должен находиться в положение "50" для ДРС-50 и "200"для ДРС-200.

5. Контролировать выходной сигнал на счётчике.

Рисунок 1.1 Структурная схема СВУ

Д1Д2ДЗД4 - датчики ДРС; ПР - преобразователь расхода

ПНП- преобразователь нормирующий передающий

БПИ - преобразователь измерительный интегрирующий и

суммирующий БПИ - 04; К1,К2,КЗ,К4 - соединительный кабель

Практическая работа № 10

Изучение применения различных видов термопар на производстве

1 Цель работы

Привитие навыков изучения принципиальной схемы и принципа действия электронного сигнализатора уровня.

2 Перечень справочной литературы

2.1 Основы автоматизации технологических процессов пищевых производств / В.Ф. Яценко, В.А. Соколов, Л.Б. Сивакова и др. Под ред. В.А. Соколова.– М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.–400с.    с. 104…112.

2.2 Куприянов Б.В. Технологические измерения и КИП в пищевой промышленности.– М.: Пищевая промышленность, 1977.–280с.    с. 197…215.

2.3 Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности.– М.: Агропромиздат, 1985.–344с.    с. 155…171.

3 Краткие теоретические сведения

Емкостные уровнемеры. Если электрическая проводимость контролируемой среды настолько мала, что по электрическим свойствам ее можно отнести к диэлектрикам (изоляторам), то в этом случае наиболее эффективны приборы, принцип действия которых основан на измерении емкости среды.

Известно, что емкость между двумя неподвижными электродами определенной формы, находящимися на некотором расстоянии один от другого, будет зависеть только от диэлектрической проницаемости среды между этими электродами. Для воздуха эта величина приближенно может быть принята за единицу, а для всех других диэлектриков она больше единицы, и чем меньше диэлектрическая проницаемость вещества, тем больше его электрическая проводимость.

Емкостные уровнемеры можно разделить на две группы: мостовые и электронные.

В мостовых приборах контролируемая емкость включается в одно из плеч моста (приборы типов ИУ и ЭИУ). В резонансных приборах контролируемая емкость включается параллельно с индуктивностью и образует резонансный контур, настроенный на резонанс питающей частоты при определенной (начальной) емкости преобразователя, которая соответствует наличию или отсутствию контролируемой среды на заданном уровне. Изменение емкости преобразователя приводит к изменению собственной частоты колебания контура и срыву резонанса.

Емкостные приборы обладают большой чувствительностью и быстродействием, имеют малые габариты и массу. Работа их не зависит от величины начальной емкости. Это свойство дает возможность применять первичный преобразователь с покрытием электродов из фторопласта, поливинилхлорида, эмалей и др. Электроды с покрытием могут применяться в работе с химически агрессивными средами, где использование других контактных преобразователей невозможно.

Недостатками емкостных уровнемеров являются зависимость показаний от температуры, давления и других факторов, влияющих на величину диэлектрической проницаемости контролируемой среды; ограниченная длина соединительных проводов между преобразователем и вторичным прибором и необходимость использования в этой связи специального коаксиального кабеля.

Емкостный уровнемер (рис.3.1) предназначен для контроля одного заданного уровня различных жидких и сыпучих материалов. Он состоит из электронного блока и преобразователя Д, соединенных кабелем. Комплектно с прибором поставляются преобразователи 18 типоразмеров.

Схема представляет собой ламповый генератор высокочастотных колебаний, собранный на двойном триоде Л1 типа 6Н6П, в анодную цепь которого включена обмотка выходного реле Р типа МКУ. Лампа одновременно выполняет роль выпрямителя для реле. Так как оба триода лампы включены параллельно, то на схеме они условно изображены как один триод.

Основным управляющим звеном схемы является колебательный контур LC, включенный между сеткой и катодом лампы и состоящий из катушки переменной индуктивности L1 и конденсаторов C1 и С3. При настройке прибора параметры контура устанавливаются (в зависимости от условий монтажа и свойств контролируемой среды) так, чтобы при включении схемы и незамкнутой цепи электрода-преобразователя они соответствовали резонансу частоты колебаний генератора. В этом случае емкость цепи С2 электрического преобразователя среда – земля равна начальной. Эквивалентное сопротивление контура вследствие резонанса весьма мало, и на нем практически не будет никакого падения напряжения, а следовательно, и напряжение между сеткой и катодом будет близко к нулю. Лампа Л1 закрыта, реле Р отключено.

Когда между электродом преобразователя и стенкой резервуара (заземленный корпус которого является вторым электродом) появляется контролируемый материал, изменяются параметры левого по схеме плеча контура, так как емкость преобразователя и С2 включены параллельно конденсатору С1. В результате этого происходит срыв резонанса и увеличение эквивалентного сопротивления контура. На сетке лампы увеличивается положительное относительно катода напряжение, лампа открывается, и срабатывает реле Р. Схема предусматривает два режима

Рисунок 3.    Принципиальная схема электронного сигнализатора уровня

ЭСУ-1М.

работы прибора «на включение» и «на отключение» при достижении средой контролируемого уровня. Выбор режима осуществляется переключателем П в зависимости от того, какой уровень контролируется: верхний или нижний. При контроле нижнего уровня принцип работы схемы остается прежним с той лишь разницей, что резонанс устанавливается при наличии материала, а срыв - при его отсутствии. Лампой Л2, включенной на дополнительный отвод вторичной обмотки трансформатора Тр через контакт реле Р, осуществляется сигнализация наличия материала в бункере.

Конденсатор C5 выполняет роль фильтра для реле Р.

В тех случаях, когда корпус бункера не может быть использован  в качестве второго электрода, следует применять двухэлектродные преобразователи пластинчатого типа.

Рассмотренная схема легла в основу электронного сигнализатора уровня типа ЭСУ-1М, который комплектуется первичными преобразователями четырех модификаций ДЕ1 – ДЕ4.

Аналогичную с рассмотренной конструкцией имеют электронные сигнализаторы уровня типов: ЭСУ-3, ЭСУ-1К, МЭСУ-1, ЭСУ-2М, ЭСУ-2А,  ЭСУ-4.

4 Порядок проведения работы

4.1 Рассмотреть принципиальную схему электронного сигнализатора уровня ЭСУ-1М.

4.2 Ознакомиться с принципом действия электронных сигнализаторов уровня на примере ЭСУ-1М.

4.3 Выделить достоинства и недостатки электронных сигнализаторов уровня на примере ЭСУ-1М.

4.4 Сделать вывод об изученном материале.

5 Содержание отчета

5.1 Изобразить принципиальную схему электронного сигнализатора уровня ЭСУ-1М.

5.2 Описать принципиальную схему и принцип действия электронного сигнализатора уровня ЭСУ-1М.

5.3 Сделать вывод.

6 Контрольные вопросы

6.1 Приведите классификацию средств измерения уровня по принципу действия.

6.2 Приведите классификацию средств измерения уровня для сыпучих материалов.

6.3 Объясните принцип действия поплавковых уровнемеров.

6.4 Раскройте принцип действия гидростатических уровнемеров.

6.5 Поясните принцип действия кондуктометрических уровнемеров.

6.6 Расскажите кратко о принципе действия уровнемеров для сыпучих материалов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №11

Изучение различных видов приборов контроля уровня

Цель занятия:

1. Изучить устройство и принцип действия ультразвуковых уровнемеров .

2. Получить практические навыки использования системы контроля уровня в резервуарах.

Материально-техническое обеспечение: техническая документация, методические указания по выполнению работы.

Ход занятия:

1. Изучить краткие теоретические сведения.
2. По технической документации и методическим указаниям изучить состав и принцип работы уровнемеров.
3. Выписать основные назначение состав и основные характеристики уровнемеров.
4. Начертить рисунок, поясняющий состав уровнемеров.
5. Изложить принцип измерения.

Контрольные вопросы:

1. Назначение и функциональные возможности уровнемеров.
2. Каков тип выходных сигналов уровнемеров?
3. Можно ли использовать уровнемеры в качестве сигнализаторов уровня?
4. Можно ли применять уровнемеры во взрывопожароопасных зонах?
5. Сколько датчиков можно подключить к контроллеру?
6. Можно ли на контроллере проконтролировать текущее значение уровня?
7. Как определяется значение уровня?

Краткие теоретические сведения

Уровнемеры радиоволновые РДУ1 и ГАММА-РДУ1 (далее «уровнемеры») предназначены для непрерывного бесконтактного измерения уровня различных жидких, вязких, парящих, неоднородных, выпадающих в осадок, взрывоопасных продуктов, в том числе нефтепродукты и сыпучих кусковых материалов с размером гранул от 0 до 10 мм. в резервуарах.

Стойкость датчиков уровнемеров к агрессивным средам ограничена применяемыми в антеннах датчиков материалами.

Уровнемеры имеют в составе один или два датчика РДУ1 и различаются вторичными приборами. Могут обеспечивать цифровой обмен по последовательному интерфейсу RS-485 с ЭВМ верхнего уровня в формате протокола Modbus RTU.

Уровнемеры обеспечивают:

– индикацию измеренных уровней;

– управление внешними устройствами (четыре изолированных ключа с выходом типа «сухой контакт» и программируемыми привязками, порогами срабатывания и гистерезисами);

– формирование стандартных токовых сигналов, пропорциональных измеряемым параметрам (два канала с программируемой привязкой), для работы с самопишущими и другими устройствами регистрации;

– одновременное регулирование (позиционный или пропорциональный законы регулирования) по двум уровням, измеряемым подключенными к контроллеру датчиками.

Уровнемеры РДУ1 в зависимости от типа выходного сигнала поставляются в виде следующих комплектов:

– комплект РДУ1-0 (1, 2, 3)-ТВ включает в себя датчик уровня радиоволновый РДУ1 (далее «датчик»), обеспечивающий непосредственное измерение текущего значения уровня, и блок токового выхода искробезопасный БТВИ2 (далее «БТВИ2»). Комплект обеспечивает формирование токового сигнала 4…20 мА, в величине которого содержится информация о значении измеренного уровня;

– комплект РДУ1-0(1, 2, 3)-RS включает в себя датчик и блок интерфейса искробезопасный БИИ2 (далее «БИИ2»). Комплект имеет выходной сигнал в виде последовательного интерфейса RS-485 в формате протокола Modbus RTU.

Уровнемеры ГАММА-РДУ1 поставляются в виде комплектов, которые включают в себя один или два датчика уровня радиоволновых РДУ1, обеспечивающих непосредственное измерение текущих значений уровней, и контроллер ГАММА-12 (далее «контроллер»).

Датчики, входящие в состав уровнемеров, поставляются в исполнениях c различными антеннами:

– рупорной (РДУ1-0);

– параболической (РДУ1-1);

– диэлектрической (РДУ1-2);

– волноводом (РДУ1-3).

Датчики подключаются к вторичным приборам (блокам БТВИ2, БИИ2; контроллеру ГАММА-12) с помощью четырехпроводного экранированного кабеля.

Для работы на резервуарах с агрессивными средами (АС) и повышенным давлением (ПД) могут использоваться изолирующие окна.

Для исключения налипания парящих и пылящих продуктов на внутренние полости антенн могут использоваться защитные кожухи, выполненные в виде фторопластовой оболочки. Защитные кожухи поставляются по отдельному заказу. Необходимость и возможность установки защитного кожуха во взрывоопасной зоне определяется Заказчиком.

Для выноса антенны за пределы высоких установочных люков могут применяться до четырех волноводных удлинителей длиной 0,25 м каждый , поставляемые по отдельному заказу. Необходимость и возможность установки удлинителей и их количество определяются Заказчиком.

Номенклатура выпускаемых уровнемеров РДУ1 и ГАММА-РДУ1 определяется номенклатурой и количеством входящих в их состав датчиков, необходимой точностью измерения уровня, типом выходного сигнала (только для уровнемеров РДУ1) и конструктивными особенностями резервуара.

Основные технические характеристики и условия эксплуатации датчиков и вторичных приборов уровнемеров даны в таблице II.7.1(см. каталог).

Метрологические характеристики уровнемеров РДУ1 приведены в таблице II.7.2 (см. каталог).

Характеристики выходных сигналов блоков БТВИ2 и БИИ2:

- диапазон токового сигнала БТВИ2–– от 4 до 20 мА;

- тип интерфейса БИИ2–– RS-485;

Характеристики контроллера:

- число подключаемых датчиков – два;

- жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) со светодиодной подсветкой имеет две строки по 8 знакомест (матрица 5х7 точек, размер символа 2,96х5,56 мм) и обеспечивает вывод алфавитно-цифровой информации;

- контроллер имеет четыре светодиода, индицирующих текущее состояние ключей, пьезоэлектрический звонок и шесть светодиодов, индицирующих прием/передачу информации от датчиков и интерфейса RS-485;

- для программирования контроллера пользователю предоставляется трехкнопочная клавиатура. Все программируемые параметры и константы запоминаются в энергонезависимой памяти контроллера и сохраняются при отключении питания;

- тип интерфейса – RS-485;

- число выходных токовых сигналов – два;

-  выходные токовые сигналы 0…5 мА обеспечиваются контроллером на нагрузке не более 2 кОм, 0…20 мА и 4…20 мА – на нагрузке не более 450 Ом;

- пределы допускаемой абсолютной погрешности выходных токовых сигналов ± 20 мкА.

Электрические параметры и характеристики уровнемеров РДУ1:

- питание уровнемеров осуществляется от внешнего гальванически изолированного от силовой цепи стабилизированного источника питания;

- обмен информацией датчика с блоками ведется последовательным кодом в асинхронном полудуплексном режиме по внутреннему протоколу ЗАО «Альбатрос» версии 2.0. Скорость передачи составляет 2400 бит/с.

Электрические параметры и характеристики уровнемеров ГАММА-РДУ1:

- питание контроллера уровнемера осуществляется от сети переменного тока напряжением от 180 до 242 В, частотой (50 ± 1) Гц.

- обмен информацией датчиков с контроллером ведется последовательным кодом в асинхронном полудуплексном режиме по внутреннему протоколу ЗАО «Альбатрос» версии 2.0. Скорость передачи составляет 2400 бит/с.

Измерение дальности до продукта производится радиолокационным методом. Частотно-модулированный сигнал сверхвысокой частоты излучается в направлении к поверхности продукта (цели) и, отразившись от цели, принимается антенной датчика, входящего в состав уровнемера. Дальность до поверхности продукта пропорциональна разностной (дальномерной) частоте принятого и излучаемого сигналов и вычисляется по формуле:

LЦ = S·F,

где LЦ  – дальность до поверхности продукта, м;

F – дальномерная частота, Гц;

S – коэффициент пересчета, м/Гц.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 12

Выбор уровнемера

Цель работы:

1.Ознакомиться с конструкцией и принцип действия датчика УБ-П.

2.Выполнить проверку работоспособности датчика.

Материально-техническое обеспечение: техническая документация, методические указания по выполнению работы; лабораторный стенд.

Ход занятия:

5. Изучить краткие теоретические сведения и техническую документацию.
6. Записать в виде опорного конспекта:

2. назначение и принцип действия датчика УБ-П;

б)        схема конструкции датчика.

2. Выполнить проверку работоспособности датчика в соответствии с заданием.

3.    По контрольным вопросам подготовиться к защите практической работы.

Контрольные вопросы:

11. Пояснить назначение и состав датчика.
12. Пояснить по схеме принцип действия датчика.
13. Каким прибором измеряется выходной сигнал с датчика?
14. Как осуществляется настройка датчика?
15. Что является чувствительным элементом датчика?
16. Каков выходной сигнал датчика?

Краткие теоретические сведения.

Для измерения уровня жидкости в сосудах с высоким давлением применяют уровнемеры с буйковым чувствительным элементом, принцип действия которого основан на изменении силы тяжести буйка при изменении глубины погружения его в жидкость.

В состав ГСП входят буйковые уровнемеры с пневматическим преобразователем УБ-П и с электрически» преобразователем УБ-Э.

Приборы состоят из унифицированных пневмо- и электросиловых преобразователей и измерительной блока.

На рисунке 1.1 показан пневматический буйковый уровнемер типа УБ-П, в котором измерительный блок, так же как и в электрических буйковых уровнемерах типа УБ-Э, представляет собой рычажную систему с чувствительным элементом в виде буйка 3. Буек подвешен к рычагу 4 при помощи призмы 5. Вывод рычага 4 из полости рабочего давления уплотнен с помощью одногофровой металлической мембраны 1. Начальный вес буйка уравновешивается специальным грузом 7, навинченным на плечо дополнительного рычага 6. Основание 2 имеет фланец, который служит для крепления датчика к аппарату.

Рисунок 1.1 Буйковый уровнемер с пневмопреобразователем

Принцип действия датчика основан на пневматической силовой компенсации. Изменение уровня жидкости, в которую погружен буек 3, приводит к изменению усилия, приложенного к рычагу 4. Это усилие через тягу 8 передается рычагу пневмосилового преобразователя и автоматически уравновешивается усилием, развиваемым давлением сжатого воздуха в сильфоне 9 обратной связи преобразователя. Давление обратной связи одновременно является выходным сигналом датчика.

Наибольшее усилие рычаг 4 воспринимает в том случае, когда буек 3 не погружен в жидкость. Этому нулевому значению уровня соответствует выходной сигнал, равный 100 КПа. При увеличении уровня жидкости, в результате увеличения выталкивающей силы, усилие, приложенное к рычагу 4, уменьшается и при полном погружении буйка в жидкость выходной сигнал равен 20 КПа. Класс, точности прибора 1,0 п 1,5.

Задание:

1. Начертить структурную схему лабораторной установки.

2. Проверить исправность подключения всех элементов датчика.

3. Подать питание на лабораторную установку.

4. Выполнить настройку датчика по следующей методике:

Исходные данные:

- диаметр буйка d =14 мм;

- длина буйка H = 2 м;

- плотность нефти ρ= 0,85 кг\м3.

1. определить выталкивающую силу, действующую на буек погруженный в нефть:

F= mg,

где m - масса вытесненной жидкости;

      g – ускорение свободного падении, g= 9,81 м\с2

m=Vρ,

где V – объем вытесненной жидкости, V = πr2H.

2. включить компрессор сжатого воздуха;
3. подать питание Рпит= 1,4 кгс\см2 уровнемер 3 и измерить его техническим манометром МТ 2.
4. подвесит максимальный груз (по расчету) и при этом скорректировать минимальный выходной сигнал поверяемого уровнемера 0,2 кгс\см2 с помощью корректра нуля и измерить его образцовым манометром МТИ 4.
5. убрать вес выталкивающей силы и с помощью подвижной опоры настроить максимальный выходной сигнал.

6. Выполнить проверку уровнемера на средних точках при снятии 25,50 и 75% веса при уменьшении и при увеличении.
7. Измерить при этом выходной сигнал манометром МТИ 4.
8. Рассчитать погрешности:

∆Р = Рвых - Р′вых

γ = (∆Р\Ртах)*100%,

где Ртах – верхний предел прибора.

9.  Сделать вывод о соответствии датчика классу точности.
10. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 Результаты измерений и вычислений

Рисунок 1.2 Схема лабораторного стенда.

1 – редуктор, 2 – манометр МТ, 3 – преобразователь УБ-П, 4 – манометр МТИ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №13

Изучение применения уровнемера-дифманометра

Цель работы:

1.Изучить конструкцию и принцип действия сигнализатора загазованности СТМ-10.

2.Выполнить проверку работоспособности сигнализатора.

Материально-техническое обеспечение: техническая документация, методические указания по выполнению работы; лабораторный стенд.

Ход занятия:

7. Изучить краткие теоретические сведения и техническую документацию.
8. Записать в виде опорного конспекта:

а)   назначение и принцип действия сигнализатора;

б)        схема принципиальная электрическая датчика.

2. Выполнить проверку работоспособности сигнализатора в соответствии с заданием.

3.    По контрольным вопросам подготовиться к защите практической работы.

Контрольные вопросы:

1. Назначение сигнализатора СТМ – 10.
2. Из каких блоков состоит сигнализатор?
3. На чем основан принцип действия СТМ – 10?
4. В каких случаях срабатывает сигнализация?
5. Как производиться настройка и калибровка датчика?
6. Какие сигнализаторы загазованности Вы знаете?

Краткие теоретические сведения:  

Сигнализатор загазованности (в дальнейшем сигнализатор) общетехнического применения предназначен для непрерывного контроля довзрывоопасных концентраций в воздухе помещений и открытых пространств горючих газов, паров и их смесей в условиях макроклиматических районов с умеренным климатом или влажным тропическим воздухом.

Сигнализатор является автоматическим стационарным прибором, состоящим из блока сигнализации, блока питания и выносного датчика.

Блок сигнализации и питания выполнен в обыкновенном исполнении и должен быть установлен за пределами взрывоопасной зоны.

Условные обозначения составных частей сигнализатора:

а) МИП – модуль измерительного преобразователя;

б) МПОП – модуль преобразователя основного питания.

Диапазон сигнализатора по поверочному компоненту в процентах от концентраций, соответствующих нижнему концентрационному пределу распространения пламени (НКПР), 0 %– 50% . Проверочным компонентом в проверочной газовоздушной смеси (ПГС) для сигнализаторов является метан.

Диапазон настройки порогов срабатывания сигнализации (порог «1» и порог «2» - 5% – 50%  НКПР.

Принцип действия сигнализатора – термохимический, основанный на измерении теплового эффекта от окисления горючих газов и паров на каталитическом активном элементе датчика и дальнейшем преобразовании полученного сигнала в модуле МИП и выдачи о достижении сигнальной концентрации.

Каталитическое окисление происходит на измерительном элементе В1, включенным с компенсирующим элементом В2 в мостовую схему датчика.

Чувствительные элементы датчика: измерительный В1, компенсирующий В2 (рис. 1) припаяны к токопроводам 1, 2, 3, 4 и запрессованы в основании датчика из изоляционного материала.

Это основание вместе со стаканом образует полость, в котором находится чувствительный элемент датчика. Стакан проницаем для воздушных смесей и паров. Соединение стакана с корпусом неразъемное, выполненное склеиванием и имеющее дополнительное крепление с кожухом. Корпус, основание датчика и крышка образуют полость вводного отделения.

Рисунок 1.1 – Принципиальная электрическая схема датчика

В1 – элемент измерительный; В2 – элемент компенсирующий; Х1 – основание

В полость вводного отделения выходят токопроводы чувствительных элементов. К ним присоединяются с помощью винтов и шайб провода, соединяющие датчик с блоком сигнализации и питания.

При обрыве чувствительных элементов датчика, а также включение всякой другой сигнализации срабатывает световая сигнализация прерывистым свечением индикатора «ОТКАЗ» в МИП и срабатывает реле «ОТКАЗ».

При достижении концентрации уровня «С1» срабатывает световая сигнализация постоянным свечением индикатора «КОНЦЕНР» и срабатывает реле – «ПОРОГ 1».

При достижении концентрации уровня «С2» световая сигнализация постоянным свечением индикатора «КОНЦЕНТР» и срабатывает реле – «ПОРОГ 2».

На наружной стороне платы находится группа лепестков х1, х3, которые используются для подключения внешних цепей управления и сигнализации, а также проводов питания датчика.

На передней панели МИП установлены гнезда для контроля и настройки МИП:

«Uc» - для измерения сигнала концентрации;

«U» - для измерения некорректированного сигнала при замене датчика;

«Iд» - для измерения напряжения (в милливольтах), пропорционально току датчика (в миллиамперах) и равного: Uд = Iд;

«Uc1», «Uc2» - для измерения порогов «1», «2»;

«*» - общий контакт, относительно которого производятся все изменения.

Через отверстия в передней панели МИП имеется доступ к переменным резисторам  для:

а) регулирования порогов «1» и «2» / «С1» и «С2»;

б) корректирования «0» сигнализатора («Уст. 0»);

в) для настройки сигнализатора по поверочной смеси метан «Калибр»;

г) для подстройки устройства коррекции после замены датчика («*»).

МПОП конструктивно выполнен аналогично МИП. На переднюю панель выведены световой индикатор питания «СЕТЬ» и переключатель для его включения «СЕТЬ 220».

Задание:

1. Начертить структурную схему лабораторной установки.
2. Проверить исправность подключения всех элементов сигнализатора.
3. Включить сигнализатор в сеть с помощью вилки сетевого кабеля «СЕТЬ 220» в блоке питания и сигнализации.
4. Включить переключатель «СЕТЬ 220» сигнализатора, в МПОП должен загореться световой индикатор «СЕТЬ».
5. В сигнализаторе примерно в течение 30 сек. после включения питания:  

а) не должна гореть световая сигнализация «КОНЦЕНТР»;

б) не должно срабатывать реле «ПОРОГ 1» и «ПОРОГ 2»;

в) на гнезде «Uc» будет условный сигнал о включении питания (Uc=0) относительно «*», для этой проверки используется вольтметр (например, В7 – 38).

6. Прогреть сигнализатор в течении 10 мин. Проверка выполняется при наличии вольтметра. После нагрева сигнализатора, подсоединить вольтметр к гнезду «С» и «8». Напряжение должно быть равно Uc=0. По шкале вольтметра  0  можно установить с точностью ±1.

При концентрациях соответствующих порогу «1», срабатывает сигнализация: реле «ПОРОГ 1» и световая – начинает постоянно гореть индикатор «КОНЦЕНТР».

При концентрациях, соответствующих порогу «2», срабатывают сигнализации: реле «ПОРОГ 2» и световая – начинает мигать индикатор «КОНЦЕНТР» (реле «ПОРОГ 1» остается во включенном состоянии). Порог «1» (Uc1) устанавливается предприятием – потребителем. Он должен быть не ниже порога «2».

У всех сигнализаторов в случае контроля метановоздушной смеси сигнализация срабатывает при расчетной концентрации «С1» (в процентах НКПР), заданной напряжением Uc1 порога «1»: С1 = Uc1/10; С2 = Uc2/10.

При концентрациях, превышающих диапазон измерений (50% НКПР) срабатывает сигнализация о превышении диапазона измерений: цифровой индикатор начинает мигать, реле «ПОРОГ 1» и «ПОРОГ 2» остаются во включенном состоянии, «КОНЦЕНТР» будет мигать.

При замыкании входа дистанционного датчика срабатывает сигнализация превышения диапазона измерения.

При перегорании чувствительных элементов срабатывает сигнализация «ОТКАЗ»: начинает мигать световой индикатор «ОТКАЗ» в неисправном канале и должно включится реле «ОТКАЗ» (одно для всех каналов).

7. Проверить сигнализатор при воздействии чувствительного элемента датчика посредством термохимического эффекта.

 На панели МИП должны сработать световая сигнализация «КОНЦЕНТР» и реле «ПОРОГ 1» и «ПОРОГ 2».  

Рисунок 1.2 – Схема установки для проверки сигнализатора

1. Баллон с проверочной смесью. 2. Вентиль точной регулировки. 3. Ротаметр. 4. Трубка поливинилхлоридная. 5. Стакан. 6. Датчик. 7. Блок сигнализации и питания. 8. Вентиль баллона. 9. Задатчик.

Практическая работа № 14

Изучение применения уровнемера-дифманометра

1 Цель работы

Привитие навыков изучения регулирования в АСР регуляторами прямого действия.

2 Перечень справочной литературы

Основы автоматизации технологических процессов пищевых производств / В.Ф. Яценко, В.А. Соколов, Л.Б. Сивакова и др. Под ред. В.А. Соколова.– М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.–400с.    с. 166…171; 184…185.

3 Краткие теоретические сведения

Основной характеристикой регулятора независимо от конструкции и принципа действия является реализуемый закон регулирования. Наиболее распространены следующие виды регуляторов: позиционный (Пз-регуляторы), пропорциональный (П-регулятор), интегральный (И-регулятор), пропорционально-интегральный (ПИ-регулятор), пропорционально-дифференциальный (ПД-регулятор), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД-регулятор).

Пропорциональными называются регуляторы, у которых отклонение регулируемого параметра от заданного значения вызывает перемещение регулирующего органа на величину, прямо пропорциональную этому отклонению.

Рассмотрим устройство и работу пропорционального регулятора прямого действия (рис. 5.1). Регулируемое давление р подается в камеру К измерительного мембранно-пружинного механизма, в который входят мембрана 6 с жестким центром 5 и пружина 4. Шток 2 соединяет мембрану с затвором 1 регулирующего органа. Настройка регулятора на заданное значение давле-ния осуществляется вра-щающейся гайкой 3, изменяющей натяжение

Рисунок 5.1. Схема пропорционального                        пружины.

регулятора                                                Сверху на мембрану

регулятора действует давление р, которое подводится по трубке 7 в камеру К. Снизу действует сила деформации пружины 4. Если регулируемое давление имеет заданное значение, то силы, действующие на мембрану, равны и затвор регулирующего органа находится в покое.

Если на систему оказывается возмущающее воздействие, выражающееся в уменьшении расхода при неизменном притоке, регулируемое давление Р возрастет, мембрана будет прогибаться сильнее, но и пружина будет сжиматься плотнее, противодействуя прогибу. Как только сила противодействия пружины будет равна силе давления, движение подвижных частей прекратится, наступит новое равновесное состояние при возросшем значении регулируемого давления и другом положении затвора регулирующего органа. Тем самым достигается пропорциональность между регулируемой величиной и перемещением регулирующего органа.

Основным достоинством пропорциональных регуляторов является их быстродействие, т. е. малое время и высокая устойчивость процесса регулирования. Благодаря этим качествам П-регуляторы используют для работы с объектами без самовыравнивания.

Недостаток П-регулятора – низкая точность регулирования, т. е. после окончания переходного процесса П-регуляторы не обеспечивают точно заданного значения регулируемого параметра. Разность между установившимся и заданным значениями регулируемого параметра при использовании П-регулятора называется остаточным отклонением или статической ошибкой, которая зависит от величины настроечного параметра kр.

Интегральными называются регуляторы, у которых скорость перемещения регулирующего органа прямо пропорциональна отклонению регулируемого параметра от заданного значения.

Рассмотрим устройство и принцип работы интегрального регулятора прямого действия (рис. 5.2). На трубопроводе (управляемый объект) установлен регулятор давления. Если регулируемая величина – давление после регулятора – будет изменяться, то изменение давления через трубку 1 будет передаваться на мембрану 6 исполнительного механизма, связанную с регулирующим органом 4 с помощью штока 5. Шарнирно этот шток соединяется с рычагом 2, на котором укреплен груз 3, являющийся задающим устройством.

Регулируемое давление зависит от притока среды, т. е. от степени открытия регулирующего органа 4. Когда давление равно заданному значению, усилия, развиваемые мембраной 6 и грузом 3, равны и шток 5 неподвижен.

При увеличении или уменьшении давления против заданного шток и регулирующий орган будут перемещать-ся соответственно вниз или вверх до тех пор, пока регулируемое давление вновь

Рисунок 5.2. Схема интегрального     не станет равно заданному значению и

  регулятора.        силы, действующие на шток, не уравновесятся.

Это состояние равновесия может наступить при любом положении регулирующего клапана.

В интегральных регуляторах нет жесткой зависимости между отклонением регулируемого параметра и положением регулирующего органа. Они просты по устройству. Достоинством И-регуляторов является также то, что в установившемся режиме заданное значение регулируемого параметра ими поддерживается точно.

Недостатки И-регуляторов обусловлены их динамическими свойствами. При появлении хотя бы небольшого отклонения регулируемого параметра от заданного значения И-регулятор будет медленно перемещать регулирующий орган вплоть до положения его полного открытия или закрытия. Перемена направления движения регулирующего органа наступит лишь тогда, когда регулируемый параметр пройдет заданное значение. Это может привести к раскачиванию системы регулирования вместо ее успокоения и стабилизации. И-регуляторы могут использоваться только для работы с объектами, обладающими большим самовыравниванием.

Регуляторы прямого действия служат для регулирования отдельных параметров. Они применяются в тех случаях, когда для приведения в действие регулирующего органа не нужно больших усилий и чувствительный элемент обладает необходимой для этого мощностью. Регуляторы прямого действия дешевы, просты по конструкции, надежны в эксплуатации и не требуют высокой квалификации обслуживающего персонала. Их область применения ограничивается простейшими объектами регулирования с благоприятными динамическими свойствами.

Для примера рассмотрим регулятор давления прямого действия. Он представляет собой мембранный клапан, регулирующий давление «после себя» (типа 25ч10нж) и «до себя» (типа 25ч12нж, РД, РДУК-2 и др.). Регуляторы

Рисунок 5.3. Регулятор давления         давления «после себя» служат для регу-

прямого действия.            лирования давления среды за регулиру-

    ющим клапаном. В регуляторах «до се-

бя» импульс давления берется до клапана регулятора, где поддерживается постоянное давление.

Регулятор типа 25ч12нж изображен на рис. 5.3. Регулируемое давление по импульсной трубке через штуцер 2 переда-пси в камеру давления, действует на мембрану 1 и создает усилие на шток клапана 7, которое сравнивается с противодействующим усилием грузов 3 и 4. При отклонении регулируемого давления от заданного значения результирующее усилие перемещает затвор 5, изменяя проходное сечение клапана 6 и регулирующее воздействие до тех пор, пока давление вновь не станет равным заданному. Тогда подвижная система регулятора возвратится в состояние равновесия. Масса груза определяет диапазон настройки регулятора. Регулятор применяется для работы с паром, газом, воздухом при давлении 1568 кПа и температуре до 300°С. Пределы регулируемых давлений 15…1176 кПа. Диаметры условного прохода клапана 50, 80, 100, 150 мм.

Регуляторы давления применяются, например, для регулирования давления пара, подогревающего бензин при подаче его в экстракторы.

4 Порядок проведения работы

4.1 Рассмотреть принципиальные схемы пропорционального и интегрального регуляторов, регулятора давления.

4.2 Ознакомиться с принципом действия регуляторов прямого действия.

4.3 Выделить достоинства и недостатки регуляторов прямого действия.

4.4 Сделать вывод об изученном материале.

5 Содержание отчета

5.1 Изобразить принципиальные схемы пропорционального и интегрального регуляторов.

5.2 Описать принципиальные схемы пропорционального и интегрального регуляторов.

5.3 Сделать вывод.

6 Контрольные вопросы

6.1 Назовите основные законы регулирования. В чем их сущность?

6.2 Как подразделяются типы регуляторов в зависимости от реализуемых законов регулирования?

6.3 На какие основные звенья подразделяется структура регулятора?

6.4 Объясните принцип работы регулятора прямого действия.

6.5 Назовите достоинства и недостатки регуляторов прямого действия.