2. Порядок выполнения работы Установить значение емкости на магазине С = 0,1 мкФ. Учитывая, что индуктивность катушки L = 0,1 Гн, рассчитать по формуле (15) необходимое для получения колебательного звена значения сопротивления
R
.
29 Установить полученное значение R на магазине сопротивления. Собрать схему исследуемого звена по рис. 5. Для снятия частотных характеристик подключить к исследуемому звену необходимые приборы но схеме, изображенной на рисунке 1.7. Включить напряжение питания осциллографа и генератора сигналов и дать им прогреться в течение 10 мин. Установить значение частоты генератора по лимбу 300 Гц, и напряжение генератора равным 3 В. Ручками "Яркость" и "Фокус" осциллографа добиться нормальной яркости и резкости изображения на экране. Ручками "Смещение X" и "Смещение У" свестиизображение эллипса в центр экрана
10.Измерениячастоты на генераторе, произвести измерения угла сдвига фаз и выходит о напряжения звена, пользуясь вышеизложенными сведениями. Результаты измерений занести в таблицу По формулами) определить АЧХ и ФЧХ исследуемого звена. Результаты расчетов занести в таблицу. Рассчитать теоретические значения АЧХ, ЛАЧХ и ФЧХ по формулами) для тех же частоти занести в таблицу 2.1. Построить экспериментальные и теоретические графики АЧХ, ФЧХ, линованной бумаге.
14.Сравнить результаты экспериментального и теоретического определения частных характеристик. Повторить пункты 1
14 для апериодического звена го порядка. Для получения апериодического звена изменить значение сопротивления R на магазине в соответствии с (14).
30
Таблица 2.1 Результаты исследований Гц
300 500 700 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2500 3000 4000
U, В b, мм
B, мм
A=U
В
U
Г
L, дБ
Sin
=в
В
, град
А
теор
L
теор
φ
теор
, град
3. Содержание отчета В отчете необходимо представить схему исследуемого звена, схему лабораторной установки, таблицу экспериментальных данных и результатов расчета теоретических АЧХ, ФЧХ, ЛАЧХ и ЛФЧХ а также экспериментально полученные графики АЧХ, ФЧХ, ЛАЧХ, .ЛФЧХ и АФЧХ, совмещенные с соответствующими теоретически рассчитанными кривыми.
4. Контрольные вопросы Понятие динамического звена. Частотная передаточная функция.
3.АФЧХ. Способы построения. Определение АЧХ и ФЧХ. Их физический смысл. Методика экспериментального определения частотных характеристик. Сравнительная характеристика частотных свойств апериодического и колебательного звеньев.
31 Литература.
1. ГОСТ 8.417-2002 Единицы величины.
2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования.
М Наука, 1972 гл. Р.Я. Исаакович и др. Автоматизация производственных процессов нефтяной и газовой промышленности – М Недра, 1983 гл. ОП. Шишкин, АН. Парфенов. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов – М Недра, 1973 гл. Промышленные системы. Устройства уровнеметрии и средства автоматизации 2004. – М ЗАО Альбатрос, 2004 – 380 л.
32 Лабораторная работа №3 Изучение принципа действия и калибровка манометров, преобразователей давления и перепада давления Цель работы №3: Ознакомиться с принципом действия описанных манометров, преобразователей давления, произвести поверку манометра, заполнить таблицу 1, определить пересчетный коэффициент, сделать вывод о классе точности приборов используемых в лабораторной установке.
1. Теоретическая часть Давление является одним из параметров, характеризующим работу технологических объектов и ход технологических процессов нефтяной, газовой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслей промышленности. В процессе бурения нефтяных и газовых скважин необходимо наблюдать за давлением, при котором промывочная жидкость нагнетается в бурильные трубы. Давление на буфере фонтанной арматуры ив затрубном пространстве определяет режим эксплуатации фонтанной скважины. Давление, поддерживаемое в сепараторе, определяет глубину сепарации газа из газонефтяной смеси. Поддержанием давления на определенном уровне, при котором вода подается в нагнетательные скважины системы поддержания пластовых давлений, обеспечивается закачка воды в пласт. При управлении процессами переработки нефти и газа давление является одним из параметров, определяющих характер функционирования технологических объектов. Давление определяется силой, приходящейся на единицу поверхности. При определении величины давления принято различать абсолютное давление, или полное, и избыточное давление, или относительное. Такое различие в определении давления вызвано тем, что все процессы, происходящие в природе, находятся под воздействием атмосферного давления. Абсолютным давлением называется давление, отсчитываемое от абсолютного нуля. Оно равно сумме давлений атмосферного и избыточного. В
33 технике обычно измеряют избыточное давление. Это объясняется тем, что приборы, если они не изолированы от атмосферы, могут показывать только избыточное давление. В Международной системе единиц за единицу давления принят паскаль Па)
давление, которое испытывает м плоской поверхности под действием равномерно распределенной, перпендикулярной к этой поверхности силы в Н. Кратными единицами давления являются килопаскаль (кПа), мегапаскаль МПа) и др.
1.1. Назначение и классификация приборов По назначению все приборы для измерения давления можно разделить наследующие группы манометры избыточного давления для измерения разности между абсолютными атмосферным давлением манометры абсолютного давления для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля вакуумметры, предназначенные для измерения абсолютного давления ниже атмосферного разрежения мановакуумметры, предназначенные для измерения избыточного давления и разрежения дифференциальные манометры (дифманометры) для измерения разности двух давлений, ни одно из которых не является давлением окружающей среды барометры
манометры абсолютного давления, предназначенные для измерения давления атмосферы. По принципу действия приборы для измерения давления и разрежения можно разделить наследующие группы жидкостные манометры, в которых измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением столба жидкости грузопоршневые манометры, в которых измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением, создаваемым массами поршня и грузов деформационные манометры, в которых измеряемое давление или разность давлений определяется по деформации упругого чувствительного элемента или развиваемой им силе электрические манометры, действие которых основано на зависимости электрических параметров
34 манометрического преобразователя от измеряемого давления радиоактивные манометры, в которых измеряемое давление вызывает соответствующее изменение ионизации, производимой излучениями или рекомбинацией ионов. Жидкостные и поршневые манометры применяются преимущественно для проверки и градуировки приборов, а также при лабораторных исследованиях. Использование их в производственной практике весьма ограничено.
1.2. Деформационные манометры Преимуществом деформационных манометров являются портативность, надежность применения в условиях тряски, толчков и большой диапазон измерения
от десятков до десятков тысяч Па. По типу чувствительного элемента, применяемого в приборе, различают трубчато-пружинные, многовитковые (геликоидальные, мембранные, сильфонные и анероидные манометры. Для измерения давления широкое применение получили деформационные манометры, в качестве чувствительного элемента которых используются упругие элементы одновитковая трубчатая пружина, упругая мембрана, мембранная коробка, сильфон и вялая мембрана Деформационные приборы для измерения давления и разрежения в различных производственных процессах изготовляют как образцовые, таки рабочие.
1.3. Трубчато-пружинные манометры В трубчато-пружинном манометре упругим чувствительным элементом является трубчатая пружина. Схема устройства трубчато-пружинного манометра приведена на рисунке 1.3.1. 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
35 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 соединён 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. Рисунок 1.3.1 Схема устройства трубчато-пружинного манометра Сектор 8 зубчатым зацеплением соединен с трубкой (маленькой шестерней, невидимой на рисунке. Трубка жестко сидит на оси, проходящей через те же пластины, что и ось сектора. В зависимости от назначения пружинные манометры делятся на образцовые, контрольные и технические (общего назначения и специальные. По конструкции эти манометры мало отличаются друг от друга. Основное отличие этих манометров
качество упругого элемента (трубчатой пружины) и различная тщательность отделки деталей прибора. Образцовые манометры являются приборами го разряда и предназначены для поверки контрольных и технических манометров, а также
36 для точных измерений. Допустимая погрешность
0,2 и
0,35%. Чувствительность 0,04
0,05% от предельного значения шкалы. Шкала круговая, чаще в угловых градусах, иногда именованная. Контрольные манометры служат для поверки рабочих технических манометров на месте их установки (в рабочем состоянии, без монтажа. Допустимая погрешность этих манометров ±1,0%. Технические манометры общего назначения служат для измерения давлений нейтральных взрывобезопасных. Для сигнализации заданной величины контролируемого давления выпускаются контрольные манометры. В отличие от обычного показывающего манометра в этом приборе имеются два электрических контакта, которые замыкаются при определенных заданных величинах давления, передавая при
STOM по проводам соответствующий сигнал. Пределы, при
которых подаются сигналы, устанавливаются перемещением контактных стрелок с помощью двух головок, выведенных наружу через стекло и помещенных над осью вращения стрелки прибора. Электрическая часть контактных манометров может питаться постоянным или переменным током. Для безопасности корпус контактного манометра имеет особую клемму, которая должна быть соединена с землей.
1.4 Мембранные манометры В мембранном манометре упругим чувствительным элементом является мембрана (упругая пластина) или мембранная коробка. Устройство мембранного манометра показано на рисунке 1.4.1. Давление, подаваемое на штуцер 1, действует на мембрану 3, и зажатую между крышками 2 и 10 корпуса. Под действием давления мембрана прогибается, и прогиб ее через толкатель 4, рычаги сектор 8, расположенные в корпусе 7, приводит к пропорциональному угловому перемещению стрелки 6. При этом стрелка по шкале 5 показывает значение измеренного давления. Из принципа действия мембранного манометра видно, что этим прибором можно измерять как давление, таки разрежение. Это свойство
37 используют при изготовлении мембранных вакуумметров и моновакуумметров. Рисунок 1.4.1 Мембранный манометр В ряде случаев при измерении давления или перепада давления используются преобразователи с пневматической передачей показаний на расстояние дом типа 13ДИЗО, 13ДДII, МП-П2 и т.д. Преобразователи давления I3ДИЗО, МП-П2 (манометры) или разности давлений 13ДДII, ДМ-П2 и др. (дифманометры) предназначены для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования различных технологических процессов с целью выдачи информации в виде пневматического унифицированного сигнала о давлении, перепаде давления, расходе жидкости и газа, а также уровне жидкости. Перечисленные приборы представляет собой преобразователь, основанный на принципе силовой компенсации и состоящий из мембранного измерительного блока и пневмосилового преобразователя.
1.5 Преобразователь измерительный разности давлений
Сапфир-22ДД-ВН Назначение Комплекс микропроцессорных датчиков Сапфир-22М предназначен для пропорционального непрерывного преобразования давления, разряжения и разности давлений жидкостей и газа нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал. Применения в составе
38
Сапфир-22МП микропроцессорной элементной база ведущих зарубежных фирм позволило увеличить качество, надежность и сервисные функции прибора
1. настройка, калибровка и контроль параметров датчика осуществляется с помощью пульта управления, выполненного в виде отдельного малогабаритного устройства с автономным питанием (пульт управления универсальный, для любых датчиков серии Сапфир-22МП);
2. при помощи пульта управления можно визуально
определить верхний предел данной модели, настройку верхнего предела датчика, значение давления, подаваемое на датчик в данный момент
3. перенастройка выполняется на любой диапазон измерений, как стандартный, таки нестандартный
4. пульт управления позволяет не только проверить и выставить "0", но и передвинуть его на любую величину в пределах диапазона измерений, что позволяет производить точные измерения на узких отрезках давлений для исследовательских целей
5. также при помощи пульта управления появилась возможность произвести инверсию выходного сигнала. В датчиках Сапфир уменьшена допускаемая основная погрешность, допускаемая температурная погрешность не превышает основную на любом из пределов измерений. Датчик Сапфир выполняется классом точности ±
0,25%. Микропроцессорные датчики Сапфир, опробованные на многочисленных объектах, по качеству не уступают лучшим зарубежным аналогам. Имеют положительные отзывы потребителей. На российском рынке появились впервые.
Основные технические данные и характеристики Верхний предел измерений, кПа
6,3 Предельно допускаемое рабочее избыточное давление, МПа,
4 Предел допускаемой основной погрешности, %
0,5 Предельные значения выходного сигнала, мА
0
5 Температура окружающего воздуха, о
С от +5 до +50
39 Программа работы
1. Ознакомиться с принципом действия и устройством сильфонного, пружинного и электроконтактного манометров.
2. Ознакомиться с принципом действия и устройством измерительных преобразователей давления и перепада давления в унифицированный пневматический сигнал.
3. Провести поверку манометров и преобразователей давления и перепада давления.
4. Изучить назначение, принцип действия и устройство сильфонного и пружинного преобразователей давления и перепада давления.
5. Поверить пружинный манометр.
6. Поверить преобразователь разности давлений в комплекте с вторичным прибором.
7. Заполнить протоколы поверки. Описание лабораторной установки Рисунок 1.5.1 Принципиальная схема поверки манометров и преобразователей давления и перепада давления Принципиальная схема поверочного стенда представлена на рисунке
1.5.1. При помощи груши давление сжатого воздуха подаётся на
40 преобразователь перепада давления ППД типа Сапфир 22ДД-ВН» (предел измерений 0,63 кг∙с/см
2
, выходной сигнал 0
5 мА. С помощью задатчика давления (груши)
можно изменять давление в пределах, необходимых для поверки манометров. О величине подаваемого давления на поверяемые приборы судят по показаниям образцового манометра МО. Калибровка прибора Поверка (определение класса точности) прибора может осуществляться только приборами с классом точности выше, чему поверяемого прибора. Класс точности преобразователя разности давлений САПФИР-22ДД-Вн равен 0,25. Класс точности манометра необходимо определить. Классом точностисредств измерений называется обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений [1]. Класс точности прибора определяется максимальной абсолютной погрешностью прибора п m in
x, отнесенной к пределу измерения
N и выраженной в процентах п m a x
1 0 0
xKN(1) Абсолютной погрешностью п
xназывается разность между показаниями прибора пи действительным значением измеряемой величины п
п
xQQ(2) Чтобы ограничить произвол в установлении погрешности на измерительные приборы, определить единый критерий для оценки погрешности измерения, а также облегчить выбор прибора в соответствии с необходимой точностью измерения, устанавливается определенный ряд классов
[1; 1, 5; 2 , 0 3, 0 4 , 0 5 , 0 6 , 0 ] 1 0 ,
1; 0 ;
1;
2 ; Вариация
– разность показаний образцового прибора водной и той же оцифрованной точке поверяемого прибора при подходе к ней слева и справа.
41 Определение пересчетного коэффициента При определении абсолютной погрешности действительным значением измеряемой величины будет являться показания миллиамперметра, приведенное в соответствие с измеряемой величиной (давлением. Приведение осуществляется с помощью пересчетного коэффициента. Для его определения необходимо произвести на лабораторном стенде несколько замеров давления, построить график зависимости показаний миллиамперметра от показаний манометра. Линейно интерполировать графики по нему определить пересчетный коэффициент (рисунок 1.5.2).
Пересчетный коэффициент определяется по формуле пер, пер кг с см мА) Действительное значение измеряемой величины будет определяться по формуле пер пр) где пр показания миллиамперметра. Рисунок 1.5.2 График определения пересчетного коэффициента
Выполнение лабораторной работы.
1. Включить блок питания БП-10 в сеть 220, 50 Гц. Установить предел измерения миллиамперметра в положение 15 мА. кг с см, мА. Повышая давление (прямой ход) с помощью груши, произвести замеры давления в точках соответствующих оцифрованным отметкам шкалы манометра. Занести результаты измерений в таблицу 1.
3. Плавно понижая давление (обратный ход, произвести замеры давления в тех же точках в обратном порядке. Занести результаты измерений в таблицу 1.5.1 4. Определить вариацию показаний миллиамперметра и занести результаты измерений в таблицу 1.
5. Построить график зависимости показаний миллиамперметра от показаний манометра и по нему определить пересчетный коэффициент в соответствии с формулой (3). Построение графика и дальнейшие расчеты вести для замеров прямого хода.
6. Рассчитать по формуле (4) действительное значение измеряемой величины Q и занести их в таблицу 1.
7. Определить абсолютную погрешность по формуле (2), найти наибольшую и подставив её в формулу (1) определить класс точности манометра, выбрав его из стандартной шкалы. Таблица 1.5.1 Калибровка Показания приборов Вариация Действительное знач. измер. величины, кгс\см
2
Абсолютная погрешность
P, кгс\см
2
I, мА прямой ход обратный ход
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,63
43 Содержание отчета
1. Заполненная таблица 1.
2. График зависимости показаний миллиамперметра от показаний манометра.
3. Основные формулы необходимые для определения класса точности прибора.
4. Вывод о классе точности поверяемого прибора. Контрольные вопросы
1. Классификация приборов давления.
2. Принцип действия пружинных и жидкостных приборов для измерения давления и перепада давления.
3. Опишите прибор САПФИР-22ДД-Вн, дайте его основные характеристики, где он применяется. Назначение блока питания в приборе
САПФИР-22ДД-Вн.
4. Что такое класс точности прибора. Дайте определение абсолютной погрешности. Что такое вариация.
5. Для чего нужен пересчетный коэффициент. И каким образом его можно определить, зная верхний предел измерения давления и верхний предел выходного тока прибора САПФИР-22ДД-Вн.
44 Литература.
1. Исакович Р. Я. Технологические измерения и приборы. Изд. е, переработанное. М Недра, 1979, 344 с. Газовое оборудование, приборы и арматура Справочное пособие Под ред. НИ. Рябцева – е изд, перераб. и доп. – М Недра, 1985, 527 с.
3. Промышленный каталог. Датчики давления - М Митран, 2005, 311 л.
4. ГОСТ 8.271-77 ГСИ. Средства измерения давления. Термины и определения.
5. Е.А. Шерников. Расходомеры и счетчики газа, узлы учета – С. – Петербург Политехника, 2003 гл. П.П. Крещиевский. Расходомеры и счетчики количества веществ – С.
– Петербург, Политехника,2002 гл. ГОСТ 8.563-97. ГСОЕИ. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления.
45 Лабораторная работа №4 Изучение и проверка автоматического электронного моста Цель работы №4: Изучение устройства и принципа действия автоматического электронного моста. Проверка прибора и вывод о его пригодности к дальнейшей эксплуатации. Исследование схем подсоединения термометров сопротивления.
Скачать 0.78 Mb.