Лабораторная работа №1

Подождите немного. Документ загружается.

Цель лабораторной работы - изучение конструкции и принципа

действия измерительных преобразователей Государственной системы

приборов (ГСП), а также приобретение практического опыта в выполнении

метрологической поверки, выбор приборов нужного диапазона

преобразования и правил установки прибора на промышленном

оборудования.

1 Основные положения теории методов измерения давления и разряжения.

1.1 Классификация приборов для измерения давления.

Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной

составляющей усилия к площади, на которую действует усилие.

В зависимости от природы контролируемого процесса нас интересует

абсолютное давление Р

или избыточное Р

. При измерении Р

за начало отсчета

принимается нулевое давление, которое можно себе представить как давление

внутри сосуда после полной откачки воздуха. Естественно, достигнуть Р

= 0

невозможно.

Барометрическое давление Р

бар

- давление, оказываемое атмосферой на все

находящиеся в ней предметы.

Избыточное давление представляет собой разность между абсолютным и

барометрическим давлением:

= Р

- Р

бар

Если Р

абс

< Р

бар

, то Р

называется давлением разряжения.

Классификация приборов для измерения давления:

I. По принципу действия:

1)жидкостные (основанные на уравновешивании давления столбом жидкости);

2)поршневые (измеряемое давление уравновешивается внешней силой,

действующей на поршень);

3)пружинные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента);

4)электрические (основанные на преобразовании давления в какую-либо

электрическую величину).

II. По роду измеряемой величины:

1) манометры (измерение избыточного давления);

2) вакуумметры (измерение давления разряжения);

3) мановакуумметры (измерение как избыточного давления, так и давления

разряжения);

4) напорометры (для измерения малых избыточных давлений);

5) тягомеры (для измерения малых давлений разряжения);

6) тягонапорометры;

7) дифманометры (для измерения разности давлений);

8) барометры (для измерения барометрического давления).

1.2 Жидкостные манометры.

бар

Рис. 1

Широко применяются в качестве образцовых приборов

для лабораторных и технических измерений. В качестве

рабочей жидкости используется спирт, вода, ртуть, масла.

Двухтрубный манометр представляет из себя U-

образную трубку, заполненную затворной жидкостью.

1.3 Чашечные манометры и дифманометры.

Чашечный (однотрубный) манометр является разновидностью U-образного

трубного манометра (см. рис. 3, у которого одна из трубок заменена сосудом

большого диаметра (чашкой). Измеряется давление Р

, действующее на жидкость в

широком сосуде, а открытый конец трубки совмещен с атмосферой.

Уравнение равновесия: Р =  g (h +

H).

Чашечные и трубные манометры

применяются для тарировки и поверки

рабочих приборов, реже - в качестве рабочих

приборов.

1.4 Микроманометры.

Применяются для измерения

давлений, меньших 100 - 200 мм

водяного столба. Представляют из

себя жидкостной манометр с

наклоненной по углом 20…50

трубкой.

h = L

sin() - высота поднятия

уровня жидкости в узкой трубке,

P = 

h - измеренное давление.

Погрешность:  1,5 %.

1.5 Пружинные манометры.

Состоят из трубчатой пружины 1 с поводком,

зубчатого сектора 3 и шестерни 4 с прикрепленной к

ней стрелкой 2.

При увеличении давления трубчатая пружина

стремится разогнуться, в результате чего она через

поводок начинает взаимодействовать на зубчатый

сектор, отклоняя стрелку.

1.6 Электрические манометры.

бар



Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Преобразователи давления типа "Сапфир".

Эти манометры обеспечивают непрерывное преобразование значение

измеряемого параметра (давления избыточного, абсолютного, разряжения, разности

давлений нейтральных и агрессивных сред) в унифицированный токовый сигнал для

дистанционной передачи (0 - 5 мА, 0 - 20 мА и др.).

Мембранный тензопреобразователь 3 размещен внутри основания 9 (см. рис.

6). Внутренняя полость 4 тензопреобразователя заполнена кремнийорганической

жидкостью и отделена от измеряемой среды металлической гофрированной

мембраной 6, приваренной по наружному контуру к основанию 9. Полость 10

сообщена с окружающей атмосферой.

Измеряемое давление подается в камеру 7 фланца 5, который уплотнен

прокладкой 8. Измеряемое давление воздействует на мембрану 6 и через жидкость

воздействует на мембрану тензопреобразователя, вызывая ее прогиб и изменение

сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя

передается из измерительного блока 1 по проводам через гермовывод 2.

Преобразователи Сапфир-22ДА моделей 2050 и 2060, предназначенные для

измерения абсолютного давления, отличаются тем, что полость 10 вакуумирована и

герметизирована.

Преобразователи Сапфир-22ДД моделей 2410, 2420, 2430, 2434, 2440 и 2444

(см. рис. 7), предназначенные для измерения разности давлений, отличаются тем,

что в них используется тензопреобразователь мембранно-рычажного типа, который

размещен внутри основания в замкнутой полости, заполненной

кремнийорганической жидкостью, и отделен от измеряемой среды двумя

Рис. 6

металлическими гофрированными мембранами. Мембраны соединены между собой

центральным штоком, перемещение которого передается рычагу

тензопреобразователя, что вызывает деформацию тензопреобразователя.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из

монокристаллического сапфира (разновидность корунда - Al

) с кремниевыми

пленочными тензорезисторами (структура КНС - кремний на сапфире).

Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного

блока в электронное устройство 1 по проводам через гермоввод 2. Измерительный

блок выдерживает без разрушения воздействие односторонней перегрузки рабочим

избыточным давлением. Это обеспечивается тем, что при такой перегрузке одна из

мембран 8 ложится на профилированную поверхность основания 9.

2. Назначение, принципиальная схема работы измерительного

преобразователя 13ДИ30 и его технические характеристики

Преобразователи измерительные (датчики) предназначены для непрерывного

преобразования входного сигнала (измеряемого параметра) в пропорциональный

пневматический сигнал дистанционной передачи со стандартным выходным

сигналом в диапазоне пневматической ветви ГСП (0,02-0.1 МПа), в комплекте со

вторичными приборами, регуляторами и другими устройствами автоматики.

Датчик 13ДИ30 (преобразователь измерительный избыточного давления)

предназначен для измерения избыточного давления, класс точности - 1,0; 0,6;

диапазон выходного сигнала - 0,2-1,0 кгс/см

(0,02-0,1 МПа); давление питания

сжатым воздухом - 1,4 кгс/см

(0,14 МПа); предельное расстояние передачи

выходного сигнала по пневмотрассе, с внутренним диаметром трубопровода б мм -

300 м.

Рис. 7

Диапазон измерения и все конкретные для каждого прибора данные указаны

на пластине, крепящейся на корпусе прибора.

Устройство и работа

Принципиальная схема представлена на рис.8.

Под воздействием измеряемого давления возникает усилие на днище

измерительного сильфона 1, которое воздействует через рычаг 2 на положение

заслонки 3. В результате приближения заслонки 5 к соплу 6 давление в камере

управления 11 пневмореле возрастает и мембраны б и 9 закрывают клапан 12 и

открывает сопло 10.

В результате давление в камерах 7 и 13 увеличивается. Это давление является

выходным сигналом преобразователя. Одновременно оно поступает в сильфон

обратной связи 3, который создает момент на рычаге 2, компенсирующий момент

от изменения перепада давления. Связь чувствительного элемента 1 с рычагом

вывода 2 осуществляется шарнирно. Вывод рычага 2 из полости рабочего давления

уплотнен с помощью упругой мембраны. Основание рычажного вывода 2 вварено

в блок чувствительного элемента 1. Пружина корректора нуля 4 предназначена для

установки начального значения выходного сигнала, равного 0,02 МПа. На заданный

предел преобразования преобразователь настраивается перемещением сильфона

обратной связи 3 вдоль рычага 2. Перестройка предела измерения преобразователя

осуществляется путем замены сильфона обратной связи.

Рис.8. Принципиальная схема преобразования измерительного 13ДИ30:

1-чувствительный элемент; 2-рычаг; 3- сильфон обратной связи; 4- пружина

корректора нуля; 5- заслонка; 6- сопло; 7,13- камеры; 8,9- мембраны; 10- сопло; 11-

камера управления; 12- клапан.

3. Принципиальная схема измерительной системы. Результаты

метрологического эксперимента

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка представляет собой две панели трехмо-дульного

комплексного стенда, на которые смонтированы измерительные системы, имеющие

в своем составе технические средства:

-преобразователь измерительный 13ДИЗО;

-вторичный пневматический прибор ПВ-1Э;

-манометры образцовые типа МО (2 шт.);

-тягонапоромер стеклянный жидкостный;

-редуктор давления сжатого воздуха РД-1;

-сильфонный блок для создания разрежения.

Указанные приборы и преобразователи скоммутированы на пане лях стенда и

соединены между собой пневматическими линиями связи, образуя при этом

измерительные системы (рис.9). служащие для поверки измерительных

преобразователей 13ДИ30.

Рис. 9. Принципиальная схема поверки преобразователя 13ДИ30:

1- редуктор сжатого воздуха РД-1: 2,3- образцовый манометр МО; 4-

преобразователь 13ДИ30

Результаты метрологического эксперимента:

Таблица1.

№ P

вх

вых,

кгс/см

Абс. погр. Вариация

Еден. кгс/см

кгс/см

ПХ ОХ ПХ ОХ

1 12,5 0,2 0,36 0,365 0,36 -0,005 0 0,005

2 25 0,4 0,52 0,525 0,5225 -0,005 -0,0025 0,005

3 37,5 0,6 0,68 0,685 0,685 -0,005 -0,005 0

4 50 0,8 0,84 0,845 0,8425 -0,005 -0,0025 0,005

5 62,5 1,0 1 0,995 1,005 -0,005 0,005 0

4. Расчет погрешности

Расчет производились по формулам:

=0.2+0.8*P

вых

мах

[кгс/см

]

Где P

вых

– значение выходного сигнала ( в диапазоне ГСП) полученное по шкале

прибора на выходе преобразователя;

мах

– верхий предел диапазона преобразования;

- расчетное значение выходного сигнала ( в диапазоне ГСП), полученное по

формуле от значения P

вх

;

мах

- верхний предел диапазона преобразования.

Абсолютная погрешность:

∆=S

-P

вых

[кгс/см

]

Относительная приведенная погрешность:

γ = (S

- P

вых

)

100%

0,8

γ =(0,52-0,5 25 )* 100%=0,625%

0,8

5. Объяснение полученных результатов

В результате проделанной лабораторной работы мы изучили конструкцию и

принцип действия измерительного преобразователя Государственной системы

приборов(ГСП). А также провели метрологическую поверку датчика 13ДИ30.

В результате выяснилось, что относительная приведенная погрешность больше

класса точности прибора, следовательно датчик13ДИ30 не пригоден для измерения

избыточного давления.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кулаков М. В. Технологические измерения и приборы для химических

производств. М.: Машиностроение, 1983.

2. Фарнезе М. Г.и др. Технологические измерения и приборы. М.: Высш.

шк.,1989.