Проектирование измерительной системы измерения расхода

Рисунок 3 - Расположение дифманометра относительно сужающего устройства.

Из условия задания  на курсовой проект (измерение расхода  природного газа с коррекцией по давлению) следует, что в качестве первичных преобразователей применяются дифференциальный манометр-расходомер Сапфир-22М-ДД и манометр

Сапфир-22М-ДИ, с которых  сигнал идёт на микроконтроллер, а с  него – на вторичный прибор ДИСК-250.

С Сапфира-22М-ДД будет  поступать сигнал об изменении расхода, а с Сапфира-22М-ДИ – об изменении давления. Следовательно формула расчёта расхода сухого

газа примет вид: или       

          .         

В случае влажного газа: или        

          .          

     Устройство  и работа Сапфир-22М-ДД 

Манометры дифференциальные «Сапфир» предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения разности

давлений среды в  унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Принцип действия дифманометра основан на использовании деформации чувствительного элемента прибора под воздействием на него перепадом давления.

                                                                             

    

    

                            Рисунок 4 - Сапфир-22М-ДД                           

Датчик состоит из преобразователя давления (в дальнейшем – измерительный блок) и электронного преобразователя.

Измеряемый параметр подается в камеру измерительного блока  и вызывает деформацию чувствительного элемента мембраны. Деформация мембраны передается тензопреобразователю и вызывает изменение сопротивления его тензорезисторов,

соединенных в мостовую схему. Изменение сопротивлений  приводит к разбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал, возникающий при разбалансе мостовой схемы, поступает в электронный преобразователь и преобразуется в токовый

выходной сигнал, пропорциональный величине измеряемого параметра.

Чувствительным элементом  тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.

Мембранный тензопреобразователь 4 размещён внутри корпуса 8 и отделён  отизмеряемой среды металлическими гофрированными мембранами.

7. Внутренние

полости 6 и 10 заполнены  кремнийорганической жидкостью. Фланцы 9 уплотнены прокладками 3. Измеряемая разность давлений воздействует на мембраны 7 и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя, вызывая

изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передаётся из измерительного блока в электронное устройство 1 по проводам через гермоввод 2.

Электронный преобразователь  смонтирован на трёх платах внутри корпуса, закрытого с двух сторон свинчивающимися крышками. Схема преобразователя имеет устройства плавной и ступенчатой регулировки «нуля» и диапазона выходного сигнала (плавная настройка выполняется переменными резисторами, грубая –

ступенчато путём перестановки перемычек электронной схемы преобразователя).

    

Устройство и работа ДИСК-250

 

В основу работы прибора  положен принцип электромехани­ческого  следящего уравновешивания. Входной сигнал от датчика предварительно усиливается и лишь после этого производится уравновешивание его сигналом компенсирующего элемента (реохорда).

В приборе ДИСК-250 входной  сигнал от датчика Д поступает  во входное устройство ВхУ, где он нормализуется по нижнему пределу измерения для удобства его дальнейшей обработки. Кроме того, входное устройство содержит источник тока для питания термопреобразователей сопротивления или для питания

медного резистора температурной  компенсации изменения термо-э.д.с. холодных спаев термоэлектрических преобразователей.

Затем входной сигнал поступает на усилитель УВС с жесткой отрицательной обратной связью, где сигнал нормализуется по верхнему пределу измерения.

Таким образом с выхода УВС снимается сигнал, нормализованный  по нижнему и верхнему пределам измерений (при изменении входных сигналов от нижнего до верхнего пределов измерения выходной сигнал усилителя УВС в приборах изменяется в пределах от минус 0,5 до минус 8,5 В).

                             

                              Рисунок 5 - ДИСК-250                             

С предварительного усилителя  ПУ УВС снимается сигнал, изменяющийся в пределах от 0 до плюс 4 В при изменении входных сигналов от нижнего до верхнего пределов измерений.

Сигнал с реохорда Р, преобразованный усилителем УР в  на­пряжение, изменяющееся от плюс 0,5 до плюс 8,5 В, сравнивается на входе усилителя

небаланса УН с сигналом УВС. Работа прибора происходит следующим  образом.

При изменении значения измеряемого параметра на входе  усилителя УН появляется сигнал небаланса, который усиливается этим усилителем и управляет работой двигателя ДВ, который, в свою очередь, перемещает движок реохорда Р до тех пор, пока сигнал с усилителя УР не станет равным (по абсолют­ной величине) сигналу с усилителя УВС. Таким образом, каждому значению измеряемого параметра соответствует определенное положение движка реохорда и связанного с ним указателя прибора (на схеме не показан).

Сопротивление обмотки  реохорда для всех градуировочных характеристик  и диапазона измерений одинаково и составляет приблизительно 940 Ом±10 %.

Сигнал с предварительного усилителя ПУ поступает на устройство преобразования Пр входного сигнала в выходной электрический унифицированный сигнал от 0 до 5 или от 4 до 20 мА, а в приборах с ПИ-регулирующим устройством — и на пропорционально-интегральное регулирующее устройство ПИРУ.

Сигнал с усилителя УВС поступает на входы усилителей выходных устройств РН, РВ, СН, СВ:

РН, РВ — трехпозиционное  регулирующее устройство с заданием установок на регулирование «меньше» и «больше»;

СН, СВ — трехпозиционное  сигнализирующее устройство с заданием установок по сигнализации «меньше» и «больше».

Питание всех функциональных узлов осуществляется от ис­точника

стабилизированного напряжения ИП.

Подключение первичных преобразователей к прибору осуществляется с помощью колодки Х6 и зависит от типа датчика.

Катушка В6, намотанная медной проволокой, применяется в приборах с входными сигналами от преобразователей термоэлектрических типа ТХК, ТХА, ТПП.

Сопротивление катушки  Р6 при 0° С равно 5 Ом.

Входное устройство ВхУ, усилители УВС, УР, УН, а также  устройство сигнализации о выходе измеряемого параметра за нижний допустимый предел измерения (сигнализация «меньше» или СН), и преобразователь «напряжение —ток» (устройство ПР) расположен на плате А1 усилителя канала измерения (УКИ).

На плате А2 усилителя  выходных устройств (УВУ — в приборе ДИСК-250, УВУ-И— в приборе ДИСК-250И) расположено трехпозиционное регулирующее устройство РН — РВ и устройство сигнализаций о выходе измеряемого параметра за верхний

допустимый предел измерения (сигнализация «больше» или СВ).

В приборе с ПИ-регулирующим устройством на плате АЗ расположено пропорционально-интегральное регулирующее устройство ПИРУ, а также устройство

сигнализации СВ.

Обмотка возбуждения  синхронного двигателя М2 подключается к сети 220 В через фазосдвигающий делитель, состоящий из двух конденсаторов С4 и СЗ, а в приборе ДИСК-250И и через разделительный трансформатор Т2.

Параллельно обмотке  управления двигателя М2 подсоединены конденсаторы С1 и С4, образующие с ней резонансный контур, настроенный на частоту 50 Гц.

Синхронный двигатель  М1 подключается к сети 220 В и ис­пользуется  в качестве привода диаграммного диска.

Резисторы В2...Н5 и кнопки 31...34 используются для задания уставок «меньше» и «больше» сигнализации и регулирования. Кнопки 32 и 83 при одновременном нажатии используются также для контроля исправности прибора. При этом напряжение минус 9,09 В, поделенное пополам резисторной сборкой 033,

подается на вход микросхемы 029, и указатель прибора

останавливается на контрольной  отметке шкалы с точностью + 3 мм, что свидетельствует об исправности цепи питания ±9,09 В, цепей реохорда и усилителя небаланса.

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Выбор и описание работы температурного комплекта

 

     Устройство  и работа КСП4

В качестве вторичного температурного прибора необходимо взять КСП4. Заданный диапазон измерения температуры: -50- 100°С.

Для КСП4 температурным  преобразователем является термопара ТХК-0806 градуировки XK (L) с пределом измерения 0..400°С. Хромель-копелевая термопара гр. ХК развивает наибольшую ТЭДС среди стандартных термопар, но имеет нелинейную характеристику. Высокая термоЭДС позволяет применять в комплекте с термопарами гр. ХК узкопредельные измерительные приборы, обладающие повышенной чувствительностью.

                             

                      Рисунок 6 - Электрическая схема  КСП4                     

     Усилители.  Усилитель в измерительной цепи  представляет собой отдельный блок, расположенный на задней стенке кронштейна прибора. Описание работы усилителей приведено в соответствующей инструкции, прилагаемой к прибору.

     Реохорд  и элементы измерительной схемы.  Ответственным узлом в приборе является съемный линейный реохорд.

Основные элементы реохорда — рабочая спираль и токоотвод.

Рабочая спираль представляет собой калиброванное сопротивление, намотанное с постоянным шагом проволокой из сплава ПдВ-20 (палладий-вольфрам) на основание из проволоки ПЭВ-2. Натяжение рабочей спирали и токоотвода обеспечивается

пружинами.

Резисторы измерительной  схемы прибора выполнены в  виде катушек из стабилизированной манганиновой проволоки. Панель с катушками измерительной схемы укреплена на корпусе реохорда. Катушки измерительной схемы закрыты стальным экраном.

     Двигатели.  Синхронный электродвигатель СД-54, расположенный на внутренней стенке кронштейна, представляет собой реактивный конденсаторный двигатель с асинхронным запуском. Электродвигатель имеет встроенный редуктор.

Для приведения измерительной  схемы прибора и равновесие служит реверсивный асинхронный двигатель Д-32, конденсаторного типа, с короткозамкнутым ротором,

в котором сеть подключается к контактам 1,3; управляющая обмотка  — к контактам 2,4. В корпус двигателя встроен редуктор. Двигатель расположен на задней стенке кронштейна.

     Источник  питания стабилизированный. Источник  питания стабилизированный типа СН-1М представляет собой отдельный блок, расположенный в нижней части кронштейна. Он осуществляет питание измерительной цепи потенциометра КСП-4 с

постоянной нагрузкой.

Технические данные и  описание работы СН-1М приведены  в соответствующей инструкции, прилагаемой к прибору.

     Расчёт  схемы температурного комплекта

Для расчета температурного комплекта нам необходимо рассчитать  катушки КСП4. Т. к. мы работаем со стандартным сигналом 0-5 мА, то минимальное напряжение с схеме будет 0 мВ, а максимальное 10 мВ (т.к. мы снимаем сигнал с

калиброванного резистора R = 2Ом).

Стандартные значения резисторов:

Rр=400 Ом;

Rэкв=90 Oм;

rн, rп = 2,5 Ом;

R1 = 5 Ом;

Ток в верхней ветви  равен i1 = 3 мА, а в нижней ветви i2 = 2 мА.

Сопротивление Rc:

    

    

Сопротивление резистора  Rш:

    

Сопротивление резистора  начала шкалы Rн со шлейфом rн 

найдем из условия  равновесия схемы в начале шкалы:

      - учет нерабочих участков реохорда в начале и конце шкалы

    

    

    

Тогда:

    

    

    

Для нахождения сопротивления  резистора конца шкалы Rп составим условие равновесия схемы для конца шкалы:

    

   

   

С другой стороны:

     

       

      

    

    

X=12,468

    

Окончательно:

    

     Приравняв  падения напряжения в нижней  и верхней ветвях схемы, получим:

    

откуда

    

    

    

    

Расчет балластного  резистора Rрт производим по формуле

    

Где Rвн=1000Ом- внешняя  нагрузка источника питания ИПС, а Rизм 

общее сопротивление  измерительной схемы

       

Где 

       

    

    

Получаем

    

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                           Заключение

 

Данный курсовой проект позволяет закрепить теоретические  знания, полученные в курсе «Технологические измерения и приборы» и приобрести практические навыки в проектировании систем для измерения расхода, температуры с применением ЭВМ.

Полученные при расчётах результаты вполне соответствуют условиям, поставленным в задании к курсовому проекту.

В достижении заданной точности не малую роль играет применение ЭВМ.

    

 

 

 

 

 

 

 

 

                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                          Список использованной литературы

 

1. Регламентирующие материалы:  РД-50-2/3-80, ГОСТ 12815-80, ГОСТ 5632-72.

2. Маковский В.А., Шевцов  Е.К., ... . Технологические измерения  в

металлургии. К, Техника, 1978, -197 c.

3. Г.М. Глинков, В.А.  Маковский. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов. М; Металлургия,