датчики. 125-130 ЭЛЕКТРОННЫЕ ДАТЧИКИ. Электронные датчики

• Название: Электронные датчики
• Анкор: датчики
• Дата: 29.03.2023
• Размер: 61 Kb.
• Имя файла: 125-130 ЭЛЕКТРОННЫЕ ДАТЧИКИ.doc
• Тип: Документы; #1022608

ЭЛЕКТРОННЫЕ ДАТЧИКИ
Датчики давления и разности давлений
Датчики давления и разности давлений (далее - преобразователи) представлены следующими типами:

• 
  модель Сапфир 22М
  
• 
  модель Метран 22М
  
• 
  модель 50DPP, 50DPF фирмы
  
• 
  модель фирмы WIKA
  
• 
  модель фирмы YOKOGAWA
  

Преобразователи предназначены для непрерывного или дискретного измерения абсолютного, избыточного давлений, давления разрежения, и разности давлений в унифицированный токовый сигнал.

Преобразователи указанных типов позволяют измерять давление в диапазоне от –0,1 МПа абсолютного давления до 1000 МПа избыточного давления.

Предел допускаемой основной погрешности измерения от 0,2 % (фирма YOKOGAWA) до 1,0 % (Сапфир 22М датчик 2184 избыточное давление до 1000 МПа).

Дополнительная погрешность, вызванная изменением окружающей температуры, у моделей разного поколения отличается довольно существенно. Так дополнительная температурная погрешность преобразователя Сапфир 22М-ДД модель 2430 (наиболее распространенная на ОАО “Каустик ”) с пределом измерения от 6,3 КПа до 40 КПа составляет 0,93 % (максимальная !!!) на каждые 10 С при допускаемой основной погрешности 0,5% и текущим пределом измерения 6,3 КПа. Современный преобразователь фирмы YOKOGAWA имеет дополнительную температурную погрешность 0,083 % на каждые 10 С при допускаемой основной погрешности 0,2 %. Такой высокий показатель обеспечивается наличием встроенного в измерительный блок полупроводникового датчика температуры (диод, транзистор (свойство p-n перехода)). Измерительная микропроцессорная система преобразователя корректирует температурную погрешность измерительного блока в соответствии с сигналом датчика температуры.

Измерение давления основано на физических свойствах некоторых материалов:

• 
  изменения электрического сопротивления при деформации – тензоэффект.
  
• 
  возникновение разницы потенциалов при деформации – прямой пьезоэффект.
  

Состав и работа преобразователя

на основе модели Сапфир 22М

Измерительная часть преобразователя – чувствительный элемент, состоящий из пластины монокристаллического сапфира с кремниевыми тензорезисторами (полупроводниковый тензорезистор). Пластина прочно соединена с металлической мембраной тензопреобразователя. Внутренняя полость заполнена кремнийорганической жидкостью, передающей внешнее воздействие от разделительной гофрированной мембраны на мембрану тензопреобразователя. Результатом является изменение сопротивления тензорезисторов. Тензорезисторы измерительного блока соединены по мостовой схеме, питание тензомоста осуществляется источником тока (генератором тока) с номинальным напряжением питания 6В (см. блок схему). Сигнал рассогласования с измерительного тензомоста, в зависимости от типа датчика до 250 мВ, поступает на вход дифференциального каскада обеспечивающего высокую термостабильность усилителя, усиливается до нормализованного уровня. В состав усилителя входят следующие блоки компенсации погрешности:

• 
  компенсации нелинейности тензомоста
  
• 
  компенсация температурной погрешности диапазона (электронной части)
  
• 
  компенсация температурной погрешности нуля (электронной части)
  

Преобразователь напряжение-ток формирует выходной унифицированный токовый сигнал 0-5мА , 0-20мА и 4-20мА, а также содержит элементы настройки диапазона и нуля. Напряжение питания преобразователя 24В или 36В постоянного тока. При напряжении питания 24В максимальное сопротивление нагрузки не более 500 Ом.

Схема структурных соединений блоков представлена на Рис.1

Рис. 1 Структурная блок схема преобразователей типа

Сапфир 22М, Метран 22М, 50DPP, 50DPF, WIKA тип
Датчики фирмы YOKOGAWA тип представляют собой высокоточные измерительные преобразователи давления в унифицированный выходной сигнал 4-20мА, и что важно поддерживают один из сетевых протоколов HART , который позволяет создать автоматизированную систему управления и сбора информации на уровне лаборатории, цеха, предприятия. Сетевой протокол HART использует последовательный двунаправленный асинхронный способ передачи данных по двухпроводной линии связи, используя, для повышения помехозащищенности на линии, частотную модуляцию сигнала. Скорость передачи регламентирована 19,2 Кбод/сек.

Структурная схема преобразователя представлена на Рис. 2 .



Рис.2 Структурная блок схема преобразователя

тип фирмы YOKOGAWA

Краткое назначение блоков схемы:

• 
  Измерительный блок состоит из:
  

• 
  измерительного преобразователя
  
• 
  датчика температуры
  
• 
  АЦП
  

• 
  Процессорной системы на базе микроконтроллера:
  

• 
  микроконтроллер
  
• 
  контроллер HART
  
• 
  ЦАП
  

Измерительный преобразователь используя либо тензоэффект либо прямой пьезоэффект, формирует линейный выходной сигнал пропорционально измеряемому давлению. Датчик температуры отслеживает температуру измерительного блока , для дальнейшей коррекции . АЦП преобразует аналоговый сигнал измерительного преобразователя и сигнала с датчика температуры в цифровой код. Далее код с АЦП читает микроконтроллер и выполняет лианеризацию измерительного преобразователя. Управление всеми узлами преобразователя осуществляет микроконтроллер. Для формирования выходного токового сигнала 4-20 мА используется ЦАП. Контроллер HART осуществляет связь с удаленным терминалом по последовательному каналу.

Приборы для измерения расхода

Приборы для измерения объемного расхода (далее – расходомеры) используемые на ОАО “Каустик” представлены следующими типами :

• 
  Индукционный - модель ВИР с вторичным прибором КСД-3.
  
• 
  Электромагнитный – модель ИР-51 с датчиком ПРИ.
  
• 
  Ультразвуковой – модель Расход –7 и Акустрон.
  
• 
  Расходомеры фирмы KROHNE – модель MFM 2081 и MFM 3081 используют физический эффект называемый силой Кориолиса.
  

Принцип действия индукционного расходомера основан на физическом эффекте – взаимной индукции, т.е. при наличии двух контуров (катушек индуктивности), расположенных рядом, переменный ток , протекающий по одному из контуров , создает переменное магнитное поле, вызывающее появление э.д.с. индукции в другом контуре. При наличии ферромагнетиков (например, сердечник из электротехнического железа) и разном количестве витков в обмотках, взаимодействие контуров друг с другом будет различным и постоянным, т.к. изменится напряженность магнитного поля и магнитный поток через сердечник (в результате получим трансформатор).

Рис.3 Датчик индукционного расходомера –

измерительный дифференциальный трансформатор.

Изменяя длину сердечника из ферромагнетика с постоянным поперечным сечением (уменьшая), изменится (увеличится) магнитный поток через поперечное сечение сердечника, и как следствие изменится (увеличится) значение э.д.с. индукции во вторичном контуре, с точки зрения практики получим измерительный дифференциальный трансформатор.

Принцип действия электромагнитного расходомера основан на физическом эффекте названном электромагнитная индукция – в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает индуцируемый электрический ток и э.д.с. индукции. При прохождении электропроводной жидкости через однородное магнитное поле в ней, как в движущемся проводнике, возникает э.д.с. индукции, пропорциональная средней скорости потока жидкости.


Рис.4 Электромагнитный датчик ПРИ расходомера ИР-51.
Принцип действия ультразвуковых расходомеров класса Расход-7 и Акустрон основан на эффекте Доплера для волн, распространяющихся в среде (газ, жидкость). Эффект Доплера заключается в следующем: если приемник и (или) передатчик движутся относительно среды распространения сигнала номинальной частоты f , то частота сигнала воспринимаемого приемником будет отличатся от частоты сигнала генерируемого передатчиком на величину f, которая зависит от скорости перемещения приемника и (или) передатчика сигнала и направления перемещения (отдаление или сближение).

Датчик ультразвуковых расходомеров представляет собой два пьезоэлектрических преобразователя (ППЭ) расположенных на противоположных стенках трубы с измеряемой средой и направленных навстречу друг другу. Первый датчик формирует сигнал, совпадающий с направлением движения среды – ППЭ по потоку, второй датчик соответственно против направления движения среды – ППЭ против потока. В момент генерации импульса ППЭ по потоку амплитудой 60В второй датчик подключается схемой управления на приемный тракт измерительной схемы. Время прохождения ультразвукового импульса по потоку фиксируется. Соответственно, в момент генерации импульса ППЭ против потока первый датчик коммутируется на приемный тракт измерительной схемы и время прохождения ультразвукового импульса против потока также фиксируется. Разница времени прохождения ультразвуковых импульсов по потоку и против потока – измеренная искомая задержка, определяющая скорость перемещения среды в трубопроводе. При известных остальных параметрах легко определить текущий расход.
Расходомеры фирмы KROHNE – модель MFM 2081 и MFM 3081 используют физический эффект называемый силой Кориолиса. Сила вводится для учета влияния вращения подвижной системы отсчета на относительное движение материальной точки.

Физический эффект состоит в том, что во вращающейся системе отсчета материальная точка, движущаяся параллельно оси этого вращения, отклоняется по направлению, перпендикулярному к ее относительной скорости или оказывает давление на тело, препятствующее такому отклонению. В системах где присутствует сила Кориолиса возникает ускорение Кориолиса – как следствие изменения относительной скорости движения материальной точки при переносном движении и переносной скорости при относительном движении материальной точки. Переносное движение – движение всех точек подвижной системы относительно условно неподвижной. Собственно принцип действия расходомеров фирмы KROHNE и основан на кориолисовом ускорении.

На Рис 5 видно, что на участке CD частицы протекающей среды будут ускорятся, на участке EF напротив тормозится. В результате трубка деформируется (DD^\ EE^\ FF^\) как показано на рисунке. Трубка со средой не обязательно вращается на 360⁰ , ее достаточно вращать по неполной круговой орбите.

Расходомеры данного типа позволяют измерять расход независимо от плотности, давления, температуры, вязкости и поведения измеряемой среды. Наличие воздушных пузырьков и малых твердых частиц не влияет на точность измерения расхода, в отличии от расходомеров использующих ультразвуковой принцип измерения.



Рис. 5 Рисунок поясняющий принцип работы

датчика кориолисовых расходомеров.