Методические указания СПЕЦ. ЧАСТЬ. Методические указания по подготовке к экзамену на повышение квалификации Электромеханик по средствам автоматики и приборам технологического оборудования
 Скачать 1.09 Mb.
|
Схема подключения термопары Подключение потенциометра или гальванометра непосредственно к проводникам. Подключение с помощью компенсационных проводов; Подключение обычными медными проводами к термопаре, имеющей унифицированный выход. Точность измеренияТочность зависит от вида термопары, диапазона измеряемых температур, чистоты материала, электрических шумов, коррозии, свойств спая и процесса изготовления. Термопарам присуждается класс допуска (стандартный или специальный), устанавливающий доверительный интервал измерений. Быстродействие измеренияБыстродействие обуславливается способностью первичного преобразователя быстро реагировать на скачки температуры и следующим за ними потоком входных сигналов измерительного прибора. Факторы, увеличивающие быстродействие: Правильная установка и расчет длины первичного преобразователя; При использовании преобразователя с защитной гильзой необходимо уменьшить массу узла, подобрав меньший диаметр гильз; Сведение к минимуму воздушного зазора между первичным преобразователем и защитной гильзой; Использование подпружиненного первичного преобразователя и заполнения пустот в гильзе теплопроводящим наполнителем; Быстро движущаяся среда или среда с большей плотностью (жидкость). Проверка работоспособности термопарыДля проверки работоспособности подключают специальный измерительный прибор (тестер, гальванометр или потенциометр) или измеряют напряжение на выходе милливольтметром. При наличии колебаний стрелки или цифрового индикатора термопара является исправной, в противном случае устройство подлежит замене.  Причины выхода из строя термопары: Неиспользование защитного экранирующего устройства; Изменение химического состава электродов; Окислительные процессы, развивающиеся при высоких температурах; Поломка контрольно-измерительного прибора и т.д. Преимущества и недостатки использования термопарДостоинствами использования данного устройства можно назвать: Большой температурный диапазон измерений; Высокая точность; Простота и надежность. К недостаткам следует отнести: Осуществление постоянного контроля холодного спая, поверки и калибровки контрольной аппаратуры; Структурные изменения металлов при изготовлении прибора; Зависимость от состава атмосферы, затраты на герметизацию; Погрешность измерений из-за воздействия электромагнитных волн. 1.6 Микропроцессор персонального компьютера: функции, структура и технические характеристики. Микропроцессор — это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией. Микропроцессор выполняет следующие основные функции: 1.чтение и дешифрацию команд из основной памяти; 2.чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств; 3.прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств; 4.обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств; 5.выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера. В состав микропроцессора входят следующие устройства. 1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией. 2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции: ◦формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций; ◦формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера; ◦получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов. 3. Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины. Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. 4. Интерфейсная система микропроцессора предназначена для связи с другими устройствами компьютера. Включает в себя: ◦внутренний интерфейс микропроцессора; ◦буферные запоминающие регистры; ◦схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной. (Порт ввода-вывода — это аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к микропроцессору , другое устройство.)  Важнейшими характеристиками микропроцессора являются: 1.тактовая частота. Характеризует быстродействие компьютера. Режим работы процессора задается микросхемой, называемой генератором тактовых импульсов. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций выполняет микропроцессор за одну секунду. Тактовая частота измеряется в МГц; 2.разрядность процессора — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которым одновременно может выполняться машинная операция. Чем больше разрядность процессора, тем больше информации он может обрабатывать в единицу времени и тем больше, при прочих равных условиях, производительность компьютера. 1.7 Датчики измерения расхода: принципы измерения, примеры применения, достоинства и недостатки. Расходомер представляет собой прибор для измерения количества израсходованного (пройденного через трубопровод) рабочего вещества, жидкости или газа. Поскольку сжимаемые и несжимаемые вещества имеют свою специфику измерения, то и устройства в этом сегменте различаются по принципам действия. Каждая категория рассчитана на работу в среде с определенными эксплуатационными характеристиками, отличается особыми параметрами, имеет свои преимущества и недостатки. Электромагнитные расходомеры В основе таких приборов – закон Фарадея (электромагнитной индукции). Электродвижущая сила формируется под воздействием воды или другой проводящей жидкости, проходящей через магнитное поле. Получается, что жидкость течет между полюсами магнита, создавая ЭДС, а прибор фиксирует напряжение между 2 электродами, тем самым измеряя объем потока. Этот прибор работает с минимальными погрешностями при условии транспортировки очищенных жидкостей и никак не тормозит поток. Преимущества электромагнитных расходомеров −В поперечном сечении нет движущихся и неподвижных деталей, что позволяет сохранить скорость транспортировки жидкости. −Измерения можно производить в большом динамическом диапазоне. Недостатки −Если в жидкости будут магнитные и токопроводящие осадки, загрязнения, то прибор будет работать с искажениями. Ультразвуковые расходомеры Расходомеры этого типа дополнены передатчиками УЗ-сигналов. Скорость прохождения сигнала от передатчика до приемника будет меняться каждый раз при движении жидкости. Если ультразвуковой сигнал идет по направления потока, то время уменьшается, если против – увеличивается. По разности времени прохождения сигнала по потоку и против него и рассчитывается объемный расход жидкости. Как правило, такие устройства комплектуются аналоговым выходом и микропроцессорным блоком управления, а все отображаемые данные выводятся на LED-дисплей. Достоинства ультразвуковых расходомеров −Устойчивость к вибрациям и ударам. −Стабильный долговечный корпус. −Подходят для нефтеперерабатывающей промышленности и систем охлаждения. −Выполняют замеры расхода воды и жидкостей, подобных воде по физическим свойствам. −Работают в среднем динамическом диапазоне измерений. −Могут монтироваться на трубопроводы больших диаметров. Недостатки −Повышенная чувствительность к вибрациям. −Восприимчивость к осадкам, поглощающим либо отражающим ультразвук. −Чувствительность к перекосам потока. Тахометрические расходомеры В расходомерах тахометрического типа основным измерительным элементом служит крыльчатка или турбина (располагаются перпендикулярно или параллельно проходящему потоку соответственно). В процессе замеряются скорость вращения и количество оборотов, сделанных в потоке. Преимущества −Подходят для измерения расхода жидкости, пара и газа. −Простые и дешевые модели. −Легко монтируются на трубопроводы малых диаметров и часто используются в бытовых условиях. −Работают без источника питания, электроподключение не требуется. Недостатки −Для трубопровода большого диаметра (то есть в промышленном учете) тахометрические расходомеры будут слишком дорогими из-за повышенной металлоемкости, а также чересчур громоздкими. −Создают гидравлическое сопротивление потоку и в случае с большими диаметрами могут стать причиной «блокировки» или выйти из строя из-за механических поломок. −Невысокая надежность для промышленных измерений, малый динамический диапазон. −Недостаточная точность учета: на результаты влияют примеси и посторонние предметы в потоке. −Срок эксплуатации недостаточно высокий: подходит для бытовых условий, но не для промышленности. Кориолисовы расходомеры В основе действия – эффект Кориолиса: U-образные трубки подвергаются колебаниям при движении, а вибрационные колебания, в свою очередь, вызывают закручивание вещества. Величина сдвига фаз зависит от массового расхода жидкости или пара. Расход измеряется с учетом образуемого угла закручивания. Чаще всего такие расходомеры применяются для жидкостных сред, в том числе для красок, лаков, жидких полимеров. Преимущества −Массовый расход измеряется напрямую. −Осадки или загрязнения, растворенные в жидкости, не влияют на результаты измерений. −Препятствий во внутреннем сечении нет, система работает стабильно. −Подходят для измерения всех типов жидкости, вне зависимости от их электрической проводимости. Недостатки −Дороговизна, сложные технологические компоненты. −Необходимость высокоточного монтажа. −Точность проведения замеров может изменяться при сильных вибрациях. Вихревые расходомеры В таких приборах проводится измерение частоты колебаний, возникающих в потоке газа или жидкости в момент обхождения препятствий. Обтекание приводит к образованию вихрей (собственно, поэтому этот тип устройств и получил свое название), а величина изменения завихрений позволяет вычислить силу потока. Преимущества −Подходят для измерения расхода газов, технического воздуха. −Движущихся частей в конструкции нет. Недостатки −В сечении есть механические препятствия, мешающие движению среды. −При загрязнении тела обтекания точность измерения существенно снижается. −Прибор чувствителен к изменениям температуры. −Возникновение вибраций влияет на результаты. −Измерения возможны в малом динамическом диапазоне. Вихревые расходомеры измеряют частоту колебаний, которые возникают в потоке жидкости или газа, когда они обтекают препятствия. При обтекании препятствий образуется вихрь, от которого приборы и получили свое название. Расходомеры перепада давления В основе принципа действия таких приборов – измерение перепада давления, возникающего в момент прохождения жидкостного или газового потока через сужающееся приспособления (шайбу, сопло). В этом месте меняется скорость потока, а давление возрастает. Замеры в точке прохождения препятствия производятся с использованием дифференциального датчика давления. Преимущества −Движущиеся части в приборе отсутствуют. Недостатки −Измерения возможны в малом динамическом диапазоне. −Любые осадки на сужающем устройстве приводят к значительным погрешностям. −Механические препятствия в сечении снижают надежность конструкции. 1.8 Датчики измерения давления: принципы измерения, технические характеристики и схема подключения. Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газа, пара). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код. Принципы реализации[править | править код] Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент — приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных над конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала. Основными отличиями одних приборов от других являются пределы измерений, динамические и частотные диапазоны, точность регистрации давления, допустимые условия эксплуатации, массогабаритные характеристики, которые зависят от принципа преобразования давления в электрический сигнал: тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, ионизационный, пьезоэлектрический и другие. Тензометрический метод Чувствительные элементы датчиков базируются на принципе изменения сопротивления при деформации тензорезисторов, приклеенных к упругому элементу, который деформируется под действием давления. Пьезорезистивный метод Основан на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного сопротивления полупроводника при деформировании давлением. Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются так называемые Low cost — решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем. Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений используется преобразователь давления в герметичном металло-стеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды посредством кремнийорганической жидкости. Ёмкостный метод "Сердцем" датчика давления является ёмкостная ячейка. Ёмкостный метод основан на зависимости изменения электрической ёмкости между обкладками конденсатора и измерительной мембраны от подаваемого давления. Основным преимуществом ёмкостного метода является защита от перегрузок (изм. мембрана при перегрузке ложится на стенки «обкладки» конденсатора, длительное время не подвергаясь деформации, при снятии перегрузки мембрана восстанавливает исходную форму, при этом дополнительная калибровка сенсора не требуется), также обеспечивается высокая стабильность метрологических характеристик, уменьшение влияния температурной погрешности за счет малого объема заполняющей жидкости непосредственно в ячейке. Резонансный метод В основе метода лежит изменение резонансной частоты колеблющегося упругого элемента при деформировании его силой или давлением. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора. К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, невозможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний прибора. Индуктивный метод Основан на регистрации вихревых токов (токов Фуко). Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном. Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенному давлению. Ионизационный метод В основе лежит принцип регистрации потока ионизированных частиц. Аналогом являются ламповые диоды. Лампа оснащена двумя электродами: катодом и анодом, — а также нагревателем. В некоторых лампах последний отсутствует, что связано с использованием более совершенных материалов для электродов. Преимуществом таких ламп является возможность регистрировать низкое давление — вплоть до глубокого вакуума с высокой точностью. Однако следует строго учитывать, что подобные приборы нельзя эксплуатировать, если давление в камере близко к атмосферному. Поэтому подобные преобразователи необходимо сочетать с другими датчиками давления, например, емкостными. Зависимость сигнала от давления является логарифмической. Пьезоэлектрический метод В основе лежит прямой пьезоэлектрический эффект, при котором пьезоэлемент генерирует электрический сигнал, пропорциональный действующей на него силе или давлению. Пьезоэлектрические датчики используются для измерения быстроменяющихся акустических и импульсных давлений, обладают широкими динамическими и частотными диапазонами, имеют малую массу и габариты, высокую надежность и могут использоваться в жестких условиях эксплуатации. Регистрация сигналов датчиков давления Сигналы с датчиков давления могут быть как медленноменяющимися, так и быстропеременными. В первом случае их спектр лежит в области низких частот. Для того, чтобы с высокой точностью оцифровать такой сигнал, необходимо подавить высокочастотную часть спектра, полностью состоящую из помех. Это особенно актуально в промышленных условиях. Специально для ввода медленноменяющихся сигналов используются интегрирующие АЦП. Они проводят измерение не мгновенного значения сигнала (которое изменяется под действием помех), а интегрируют сигнальную функцию за заданный промежуток времени, который заведомо меньше постоянной времени процессов, происходящих в контролируемой среде, но заведомо больше периода самой низкочастотной помехи. Интегрирующие АЦП выпускают многие зарубежные фирмы (Texas Instruments, Analog Devices и др). Для измерения переменных давлений применяют датчики с аналоговым выходным сигналом, например, 0—20, 4—20 мА и 0—5, 0,4—2 В. Пьезоэлектрические датчики применяются для измерения быстропеременных процессов в диапазоне частот от единиц Гц до сотен кГц. Отличие от манометра В отличие от датчика давления, манометр — прибор, предназначенный для измерения (а не просто преобразования) давления. В манометре от давления зависят показания прибора, которые могут быть считаны с его шкалы, дисплея или аналогичного устройства. |