Курсовой проект - Проектирование и расчет структурных составляющих информационно-Измерительного канала
Подождите немного. Документ загружается.
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
62
7.0925.КП.07.10 ПЗ
Перечень сокращений
АЭС – атомная электростанция;
БИК – блок извлечения корня;
ГСП – государственная система приборов и средств автоматизации;
ИИК – информационно-измерительный канал;
РД – реверсивный электродвигатель;
СИ – средство измерений;
СД – синхронный двигатель;
СУ – сужающее устройство;
ТСМ – термометр сопротивления медный.
ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;
ЦП – центральный процессор;
ШИМ – широтно-импульсная модуляция;
ЭДС – электродвижущая сила;
ЭУ – электронный усилитель;
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
62
7.0925.КП.07.10 ПЗ
Введение
Автоматизация технологических процессов всё более широко внедряется во
все области техники, в том числе и в технику ядерной энергетики и АЭС в целом.
Автоматизация – одно из самых прогрессивных направлений в общем развитии
науки и техники.
Автоматическое управление является более точным, быстродействующим и
эффективным по сравнению с ручным управлением, поэтому тенденция его
повсеместного внедрения глубоко оправдана. Автоматизация в промышленности
означает дальнейший рост производительности труда. Современная
автоматизированная система состоит из большого количества вычислительных
машин, соединённых в один комплекс управления, в котором координирующее
действие и контроль осуществляет человек.
Автоматизация управления атомными энергетическими установками
вызывается необходимостью обеспечить безопасность обслуживающего
персонала, предохранить реактор и всю установку от опасных режимов работы.
Целью данного курсового проекта является разработка информационно-
измерительного канала (ИИК).
ИИК — совокупность определенным образом соединенных между собой
линиями связи средств измерений (измерительных преобразователей, мер,
измерительных коммутаторов, измерительных приборов) и других технических
устройств (компонентов измерительной системы), реализующих процесс
измерений и обеспечивающих автоматическое (автоматизированное) получение
результатов измерений (выражаемых числом или кодом) в общем случае
изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин,
характеризующих определенные свойства (состояние) объекта измерений.
В наш век информационных технологий становится все более актуальным
необходимость ИИК, т.к. это упрощает и облегчает, доступ к необходимой
информации, регулирование сложными технологическими процессами и т.д
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
62
7.0925.КП.07.10 ПЗ
1 Разработка темы индивидуального задания. Обоснование выбора
технического решения и постановка задачи
В данной курсовой работе была поставлена задача разработать
информационно-измерительный канал. Данный канал должен обеспечивать
погрешность измерений расхода в пределах от 20 до 30 т/ч и температуры от 0
до 150ºС пара не более 0,04 МПа.
Основной задачей ИИК является измерение температуры и расхода пара.
Первичными преобразователями соответственно являются термометр
сопротивления (ТСМ) и преобразователь типа «Сапфир». Под первичным
преобразователем понимают СИ, к которому подведена измеряемая величина.
Термометр сопротивления – это совокупность СИ, содержащих
термопреобразователь сопротивления, токопроводы, измеритель сопротивления
и предназначен для выработки сигнала температурной информации в форме,
удобной для непосредственного восприятия наблюдателя. ТСМ применяют для
измерения температуры в пределах от -50ºС до +180ºС. Медь относительно не
дорогой металл. Из него достаточно просто получить тонкую проволоку
высокой чистоты со значительным температурным коэффициентом
электрического сопротивления. Недостаток меди – небольшое удельное
сопротивление и интенсивное окисление при невысоких температурах. ТСМ
50М имеет номинальное сопротивление при 0ºС (R0) 50 Ом.
Дифференциальный манометр представляет собой преобразователь типа
«Сапфир», предназначенный для работы с вторичной регистрирующей и
показывающей аппаратурой, регуляторами и др. устройствами автоматики,
работающими от стандартного выходного сигнала 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА.
В качестве вторичного прибора используется автоматический
уравновешенный мост КСМ, предназначенный для измерения,
регулирования температуры и сигнализации отклонения её от заданного
значения в системах теплотехнического контроля АЭС.
Автоматический потенциометр КСП применяют для измерения, записи
и регулирования температуры и других величин, изменение значений
которых может быть преобразовано в напряжение постоянного тока или в
изменение активного сопротивления. В основу работы положен
компенсационный метод измерения, основанный измерения, основанный на
уравновешивании измеряемой величины другой известной величиной. Этот
метод характеризуется высокой точностью измерений.
Измерение расхода осуществляется при помощи расходомеров
переменного перепада давления. Принцип действия которого основан на
неразрывности струи несжимаемой жидкости, законе сохранения энергии,
уравнении Бернулли. При протекании среды через сужающее устройство (по
условию труба Вентури) часть потенциальной энергии переходит в
кинетическую энергию. В связи с этим образуется разность (перепад)
давлений. Чем больше скорость (расход), тем больше перепад давления.
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
62
7.0925.КП.07.10 ПЗ
2 Разработка структурной схемы ИИК
2.1 Структурная схема информационно-измерительного канала (ИИК)
Структурная схема информационно-измерительного канала приведена на
рисунке 2.1.
1 – объект измерения; 2 – сужающее устройство (труба Вентури); 3 –
первичный прибор измерения расхода (Сапфир – 22 ДД); 4 – промежуточный
преобразователь (БИК - 1); 5 – вторичный прибор измерения расхода (КСП); 6 –
блок сравнения; 7 – первичный прибор измерения температуры (ТСМ); 8 –
вторичный прибор измерения температуры (КСМ); 9 – регулятор; 10 –
исполнительный механизм.
Рисунок 2.1 - Структурная схема информационно-измерительного канала
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
62
7.0925.КП.07.10 ПЗ
3 Разработка функциональной схемы ИИК
В соответствии с заданием на курсовой проект, ИИК предназначен для
измерения расхода и температуры рабочей среды. Определим состав блоков
ИИК.
Объектом измерения является участок трубопровода. Контролируемым
параметром является расход пара.
В состав измерительного канала по контролю расхода пара входят
следующие элементы:
- сужающее устройство типа труба Вентури;
- дифманометр типа Сапфир – 22М ДД;
- промежуточный преобразователь (БИК - 1);
- вторичный преобразователь типа КСП;
- импульсные и кабельные линии;
- запорная арматура.
Контроль рабочей среды по температуре осуществляется с помощью:
- первичного преобразователя типа ТСМ – 50М;
- вторичного преобразователя типа КСМ.
Данные средства измерения и контроля сформированы в ИИК согласно
функциональной схемы представленной на рисунке 3.1.
1 – трубопровод; 2 – сужающее устройство типа труба Вентури; 3 –
соединительные сосуды; 4 – запорный вентиль; 5 – дифманометр типа
«Сапфир 22ДД»; 6 – промежуточный преобразователь типа БИК - 1; 7 –
вторичный прибор типа КСП; 8 – термоэлектрический преобразователь; 9 –
вторичный прибор типа КСМ; 10 – конденсационные уравнительные сосуды.
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
62
7.0925.КП.07.10 ПЗ
Рисунок 3.1 – Функциональная схема ИИК
4 Сужающее устройство труба Вентури
При выборе сужающего устройства следует учитываться с потерей давления
измеряемой среды. Потерю давления измеряемой среды, протекающей через
сужающее устройство, определяют как разность статических давлений,
измеренных в двух ближайших поперечных сечениях, в которых как до, так и
после сужающего устройства не наблюдается его влияния на характер потока.
Потеря давления
n
p
в сужающем устройстве обычно выражается в долях или
процентах перепада давления
21
ppp
.
Для измерения расхода среды получили распространение три вида
нормализованных сужающих устройств: диафрагма, сопло и труба Вентури. На
рисунке 4.1 представлено сопло Вентури, которое состоит из цилиндрического
входного участка, плавно сужающейся части, переходящей в короткий
цилиндрический участок, и из расширяющейся конической части – диффузора.
Рисунок 4.1 Труба Вентури
Трубы Вентури применяются для измерения расхода различных сред в
трубопроводах диаметром
50
20
D
мм при одновременном соблюдении условия
6.005.0 m
. Они могут быть изготовлены с длинным и коротким диффузором
(конусом). У длинной трубы Вентури диффузор на выходе имеет диаметр,
равный диаметру трубопровода. Короткая труба Вентури имеет диаметр на
выходе у диффузора меньше диаметра трубопровода.
Выходная цилиндрическая часть трубы Вентури соединена с диффузором,
угол конусности которого должен удовлетворять условию
305
. Отбор
давлений
1
p
и
2
p
производится через кольцевые камеры. Эти камеры
соединяются с внутренней цилиндрической полостью трубы Вентури при
помощи отверстий, равномерно расположенных по окружности. Число отверстий
должно быть не меньше четырёх. Диаметр этих отверстий не должен превышать
20
13,0 d
и не быть менее 3 мм.
У трубы Вентури главным образом благодаря наличию на выходе
диффузора, способствующего более полному восстановлению потенциальной
энергии потока, потеря давления значительно меньше, чем у диафрагмы и сопла.
Трубы Вентури рекомендуется применять в тех случаях, когда в промышленных
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
62
7.0925.КП.07.10 ПЗ
установках при измерении расхода вещества большие потери давления
недопустимы [2, стр. 445-447].
При установке трубы Вентури необходимо, чтобы участки трубопровода до
и после его были прямыми и цилиндрическими с круглыми сечениями. Длина
этих участков должна быть такой, чтобы различные искажения потока,
происходящие от его прохождения через закругления, колена, вентили и тому
подобные, смогли вполне сгладиться.
При установке трубы Вентури во фланцевом соединении трубопровода
необходимо обращать особое внимание на плотность соединений, а также
следить за правильной установкой сужающих устройств по отношению к
направлению потока. Уплотнительные прокладки между трубой Вентури и
фланцами не должны выступать во внутреннюю полость трубопровода [2, стр.
464].
При измерении расхода пара необходимо обеспечить постоянство и
одинаковость верхних уровней конденсата в обеих соединительных линиях. Это
достигается посредством включения в линии в непосредственной близости от
сужающего устройства уравнительных сосудов [2, стр. 470].
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
62
7.0925.КП.07.10 ПЗ
5 Уравнительные сосуды
Отбор перепада давления от трубы Вентури для измерения расхода пара
должен производиться через уравнительные конденсационные сосуды типа СКМ
– 100. На рисунке 5.1 представлен уравнительный конденсационный сосуд.
Рисунок 5.1 Сосуд уравнительный конденсационный типа
СКМ-100
При измерении расхода в вертикальных и наклонных паропроводах боковые
отверстия в уравнительных сосудах должны располагаться в плоскости верхнего
отверстия для отбора давления в сужающем устройстве. Трубы, соединяющие
отверстия для отбора давлений в трубе Вентури с уравнительными сосудами, на
участке вблизи сосудов должны располагаться горизонтально и на одном уровне.
При этом необходимо эти трубы покрывать теплоизоляцией.
Для того чтобы можно было пренебречь дополнительной погрешностью при
измерении расхода пара, которая может возникнуть из-за разности уровней
конденсата в сосудах при быстром изменении расхода, уравнительные сосуды
должны иметь достаточные размеры [2, стр. 470-471].
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
62
7.0925.КП.07.10 ПЗ
6 Дифманометр типа “Сапфир”
Преобразователи «Сапфир-22ДД» предназначены для работы в системах
автоматического контроля, регулирования и управления технологическими
процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения
измеряемого параметра перепада давления в унифицированный токовый
выходной сигнал дистанционной передачи.
Согласно «Технического описания и инструкции по эксплуатации
08919030 ТО» выбираем модель преобразователя «Сапфир-22ДД-2450».
Дифманометр представляет собой бесшкальный прибор со
стандартизованным выходным электрическим сигналом 0-5 мА, 0-20 мА и 4-
20 мА при напряжении питания 36 В постоянным током от блока питания
постоянным током БИК-1.
Схема устройства дифманометра «Сапфир-22ДД» представлена на
рисунке 6.1.
Рисунок 6.1 - Схема устройства дифманометра “Сапфир 22М ДД”
Дифманометр состоит из стального корпуса 1, мембраны 2, заполненной
кремнийорганической жидкостью 3, основания 4, тензопреобразователя 5,
герметического ввода соединительных проводов 6 и электронного устройства 7.
Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из
монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами,
прочно соединенными металлической мембраной тензопреобразователя.
Измеряемый перепад давления действует на мембраны, которые передают
давление через кремнийорганическую жидкость на тензорезистор. Последний
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Лист
62
7.0925.КП.07.10 ПЗ
изменяет свое электрическое сопротивление. Электронный блок преобразует это
изменение сопротивления в токовый выходной сигнал.
Преобразователи «Сапфир-22ДД» выдерживают воздействие
односторонней перегрузки рабочим избыточным давлением в равной мере как
со стороны плюсовой, так и минусовой камер. В отдельных случаях
односторонняя перегрузка рабочим избыточным давлением может привести к
некоторым изменениям нормированных характеристик преобразователя. Для
исключения этого необходимо производить включение преобразователя в
работу в соответствии с требованиями.
При измерении расхода пара дифманометр рекомендуется располагать
ниже сужающего устройства и ниже уравнительных сосудов. Такой способ
взаимного расположения сужающего устройства и дифманометра облегчает
удаление воздуха из соединительных линий.
Электрическое питание преобразователя осуществляется от блока
извлечения корня.