Измерение давления, расхода и уровня
 Скачать 184.06 Kb.
|
ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ, РАСХОДА И УРОВНЯПервичный преобразователь устанавливается около места измерения. Он (или его часть) непосредственно контактирует с контролируемой средой и предназначен для преобразования измеряемой величины в сигнал другой физической природы (обычно электрический, реже — пневматический), удобный для передачи по линии связи к вторичному прибору, устанавливаемому на щите управления. Наиболее перспективными являются преобразователи с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 0—5, 0—20 и 4—20 мА, применяются также преобразователи с выходным сигналом напряжения постоянного тока (наиболее распространенные диапазоны его изменения 0—10, 0—5 В), частотным электрическим выходным сигналом (обычно с диапазоном изменения частоты 4—8 кГц).Рис. 1. Схема измерительного комплекта для измерения давления Принцип действия их основан на зависимости взаимной индуктивности между обмоткой возбуждения и вторичной обмоткой от положения сердечника. Преобразователь представляет собой трансформатор (рис. 2), имеющий обмотку возбуждения 3 и две секции / и 2 вторичной обмотки, включенные встречно, дифференциально (отсюда название — дифференциально-трансформаторный). Рис. 2. Схема невзаимозаменяемого дифференциально-трансформаторного преобразователя где Iв —ток возбуждения; f—его частота.где М —взаимная индуктивность между обмоткой возбуждения и вторичной обмоткой преобразователя. В среднем положении сердечника (когда он поровну перекрывает обе секции) потоки Ф2 и Ф1, а следовательно, и взаимные индуктивности М1 и М2 равны между собой, т. е. Μ=0 и Е=0. При смещении сердечника от среднего положения вверх ЭДС Ε будет увеличиваться. При смещении сердечника от среднего положения вниз ЭДС также будет увеличиваться (по модулю), но фаза ее будет обратной. Из-за допусков, принятых при изготовлении, обычно оказывается, что ЭДС Ε вторичной обмотки для различных экземпляров ДТП различна при одинаковых перемещениях . Очевидно, что это вызывает невзаимозаменяемость ДТП. Для унификации выходных сигналов (строго определенной для всех преобразователей зависимости выходного сигнала от входного) в цепь вторичной обмотки введен делитель, (рис. 3). Смещением движка резистора можно добиться одинаковой зависимости . Обычно выражается через взаимную индуктивность между обмоткой возбуждения и выходной цепью, а не между обмоткой возбуждения и вторичной обмоткой. Рис. 3. Схема взаимозаменяемого дифференциально-трансформаторного преобразователя В приборах с взаимозаменяемыми ДТП при начальном значении измеряемой величины плунжер устанавливается в среднем положении и с ее увеличением перемещается вверх, т. е. при изменении измеряемой величины в пределах диапазона измерения фаза выходного сигнала не изменяется. В реальных дифференциально-трансформаторных преобразователях, как и во всех трансформаторах, существуют магнитные потери. Значения этих величин должны находиться в определенных пределах. Схема дистанционной передачи с использованием унифицированных ДТП представлена на рис. 5. Вторичный прибор содержит дифференциально-трансформаторный преобразователь, сердечник, которого перемещается профилированным кулачком (линейным или квадратичным), поворачиваемым реверсивным двигателем РД. Двигатель управляется усилителем УС, подключенным между обмотками ДТП первичного преобразователя и вторичного прибора. Рис. 5. Схема дистанционной передачи показаний с использованием взаимозаменяемых ДТП В схему прибора включен корректор нуля , состоящий из обмотки ДО, намотанной поверх вторичной обмотки ДТП, и регулируемого резистора Дифференциально - трансформаторный преобразователь первичного преобразователя обычно называется передающим преобразователем, ДТП вторичного прибора — компенсирующим преобразователем. При рассмотрении действия схемы будем считать, что сигнал корректора нуля равен нулю. Вторичные обмотки ДТП передающего и компенсирующего преобразователей включены встречно и, следовательно, на вход усилителя поступает сигнал, равный разности выходных напряжений преобразователей: Существует несколько типов взаимозаменяемых вторичных приборов с дифференцально-трансформаторной схемой, различающихся размерами, типом кулачка, видом диаграммы. Однако все они имеют измерительную схему, аналогичную изображенной на рис, 5. Квадратичный кулачок используется только во вторичных приборах-расходомерах, для которых положение указателя пропорционально квадратному корню из перемещения сердечника передающего преобразователя. В приборах-уровнемерах, перепадомерах, манометрах устанавливаются линейные кулачки, т.е. имеется линейная зависимость между положением указателя и перемещением сердечника передающего первичного преобразователя. Особенностью таких преобразователей является то, что при нулевом значении измеряемой величины сердечник находится не в среднем положении (как у взаимозаменяемых ДТП), а в крайнем нижнем, в большей степени перекрывая секцию 2. При значении измеряемой величины, соответствующем верхнему пределу измерения, сердечник находится в крайнем верхнем положении, в большей степени перекрывая секцию 1. В обоих случаях выходной сигнал максимален по значению, но фазы его противоположны. Кроме того, у таких преобразователей отсутствует выходной делитель напряжения, в силу чего статические характеристики отдельных экземпляров преобразователей не совпадают. Это вызывает необходимость индивидуальной градуировки измерительного комплекта, состоящего из первичного преобразователя и вторичного прибора, снабженных невзаимозаменяемыми преобразователями. При замене, например, первичного измерительного преобразователя необходимо перенастраивать кинематическую схему вторичного прибора. Дифференциально - трансформаторные преобразователи просты по устройству, надежды в работе. Из-за компенсационного принципа действия система дистанционной передачи показаний с их использованием имеет малую погрешность от изменения напряжения питания и активного сопротивления линии связи (если оно не превышает 5 Ом). Однако им присущи и недостатки. Так, к первичному преобразователю с ДТП можно подключать одновременно только один вторичный прибор. При использовании ДТП с управляющими машинами необходимо применение промежуточных нормирующих преобразователей, преобразующих сигнал 0—10 мГн в сигнал 0—5 мА. Кроме того, система дистанционной передачи с ДТП, как и все системы передач на переменном токе, подвержена влиянию внешних магнитных полей и соседних линий связи (например, при совместной прокладке их в одном кабеле). Результатом такого влияния может быть значительная дополнительная погрешность. Следует также отметить, что в системах передач на переменном токе накладываются ограничения на емкость между каждой парой проводов, так как их чрезмерное увеличение также приводит к появлению дополнительной погрешности. Указанных недостатков лишены преобразователи с магнитной компенсацией с передачей сигналов на постоянном токе. Ферродинамические преобразователи применяются для преобразования угловых перемещений в унифицированный выходной электрический сигнал. Они могут быть использованы в качестве передающих в том случае, если значение измеряемой величины может быть преобразовано в пропорциональное угловое перемещение подвижного элемента преобразователя — рамки. В то же время используемые в приборах теплотехнического контроля чувствительные элементы преобразуют измеряемую величину либо в линейное перемещение, либо в усилие (за исключением кольцевого дифманометра, преобразующего перепад давления в угол поворота подвижного кольца). Поэтому использование ферродинамических преобразователей обычно сопряжено с необходимостью использования кинематических устройств, преобразующих линейное перемещение чувствительного элемента в угловое. В силу этого ферродинамические преобразователи не нашли широкого применения в качестве передающих. Наибольшее распространение они получили в металлургии как средства измерения, которые одновременно могут выполнять простейшие арифметические операции в измерительных устройствах, использующих косвенный метод измерения (например, в тепломерах). Однако в связи с широким применением вычислительных машин и микропроцессоров все вычислительные операции оказывается целесообразным выполнять с помощью более точных ЭВМ. Принцип действия ферродинамических преобразователей основан на зависимости взаимной индуктивности между обмоткой возбуждения и рамкой от угла поворота последней, что приводит к зависимости наводимой в ней ЭДС от угла поворота. Взаимозаменяемый ферродинамический преобразователь типа ПФ (рис. 6) содержит магнитопровод 1, на центральной части которого расположена обмотка возбуждения 2. Катушка возбуждения питается переменным током (64 или 320 мА в зависимости от модификации преобразователя). На нее может быть намотана обмотка смещения, включаемая последовательно с рамкой. Центральная ветвь магнитопровода имеет цилиндрическую выточку, в которой расположен неподвижный сердечник 3, вокруг которого в зазоре 4 может поворачиваться рамка 5 (поворот рамки осуществляется чувствительным элементом первичного преобразователя). Между башмаком 6 и плунжером 7 имеется воздушный зазор 8, который может изменяться при вращении плунжера 7. При этом будет меняться магнитный поток в центральной ветви магнитопровода. Рис. 6. Схема устройства взаимозаменяемого преобразователя типа ПФ Выходным сигналом ферродинамический преобразователей считается взаимна индуктивность. В ферродинамической системе дистанционной передачи в качестве вторичных приборов используются миниатюрные показывающие приборы типа ВФП или самопишущие типа ВФС. Класс этих приборов по показаниям 1. В самопишущих приборах используется прямолинейная шкала длиной 100 мм (ширина поля записи также 100 мм), показывающие приборы имеют шкалу в форме дуги длиной 270мм. Эти приборы могут быть снабжены выходными преобразователями, либо устройствами для сигнализации или регулирования. Ферродинамические преобразователи обладают теми же недостатками, что и дифференциально-трансформаторные. |