Методические указания к выполнению работы
Цель работы
Ознакомиться с устройством и принципом действия грузопоршневых и пружинных приборов для измерения давления, датчика давления Метран-150 модели 150TG, а также методикой их поверки.
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка (рисунок 1) представляет собой поверочный грузопоршневой манометр МП-60 (далее пресс), на котором установлены рабочий эталон манометра (образцовый манометр) и датчик давления Метран - 150 модели 150TG с цифровым индикатором (жидкокристаллическим дисплеем) для представления значений измеренного давления в цифровой форме в каких-либо единицах физической величины, например в МПа. Через HART-модем датчик давления подключен к компьютеру с установленной на нем программой HART-Master.
Рисунок 1 – Схема лабораторной установки
Порядок выполнения работы
1 Ознакомиться с работой датчика давления Метран-150.
2 Ознакомиться с работой программы HART-Master.
3 Выполнить поверку датчика давления Метран-150 с помощью грузопоршневого манометра и рабочего эталона пружинных манометров.
4 Обработать результаты экспериментов и определить соответствие приведенной погрешности поверяемого датчика паспортной характеристике.
5 Построить градуировочную характеристику зависимости унифицированного токового сигнала Iвых от входного давления Рвх.
6 Сделать выводы по работе.
Методические указания к выполнению работы
К пункту 2
Подключить датчик к HART-модему, а модем – к компьютеру. Убедиться в наличии согласующего сопротивления. Включить блок питания датчика в сеть.
Включить компьютер и открыть программу HART-Master. На мониторе появится главное окно программы (рисунок 2), в котором отображаются:
ü заголовок программы (поз. 1), который содержит имя выбранного коммуникационного порта;
ü меню программы (поз. 2), которое содержит команды настройки и управления программой;
ü закладки (поз. 3), на которых пользователь может найти команды для управления подключенными устройствами.
1 — заголовок программы; 2 — меню программы; 3 — закладки; 4 — ответ датчика; 5 — строка состояния; 6 — статус датчика; 7, 8 — индикация состояния связи с устройством
Рисунок 2 – Главное окно программы
Поля 4 и 6 служат для индикации текущего состояния устройства.
Возможные состояния датчика (окно «Статус датчика», поз. 6):
ü ОК;
ü первичная переменная вне диапазона;
ü аналоговый выход ограничен;
ü аналоговый выход зафиксирован;
ü доступен дополнительный статус (пользователь может посмотреть дополнительную диагностическую информацию);
ü холодный старт (выполнена первая команда после включения датчика);
ü конфигурация изменена (предыдущие команды изменили конфигурацию устройства);
ü устройство неисправно.
В окне «Ответ датчика» (поз. 4) отображаются результаты выполнения команд (возможные варианты перечислены ниже):
ü ошибок нет;
ü неправильный выбор параметра;
ü параметр слишком велик;
ü параметр слишком мал;
ü для выполнения команды не хватает данных;
ü специфическая ошибка при выполнении команды;
ü защита записи (устройство находится в режиме защиты записи);
ü устройство занято (для выполнения команды устройству требуется дополнительное время);
ü команда не реализована.
Состояние связи контролируется индикаторами (поз. 7, 8), которые отображают процесс передачи/приема команд.
Во время связи с устройством могут возникать ошибки передачи/приема информации (ошибки связи), которые отображаются с помощью появляющихся предупреждений:
ü переполнение приёмного буфера (buffer overflow) (длина сообщения больше приемного буфера устройства);
ü ошибка контрольной суммы (checksum error) (контрольная сумма не соответствует приемному сообщению);
ü ошибка фрагментации (framing error) (при передаче были пропущены один или более START, PARITY, ЭТОРбиты);
ü ошибка переполнения (overrun error) (необработанные байты сообщения были перезаписаны байтами нового сообщения);
ü ошибка чётности (parity error) (байт четности не соответствует байту контрольной суммы).
Нажать закладку «Сеть». Программа переходит в режим «Работа с сетью HART–устройств».
При работе в двухпроводной системе связи с одним подчиненным устройством первичная переменная может быть считана как аналоговая величина или по цифровому каналу. Подчиненное устройство имеет фиксированный адрес опроса, равный нулю.
В двухпроводной системе связи два и более HART-устройства могут быть соединены вместе через один канал передачи. В такой системе каждое устройство должно иметь свой уникальный адрес. HART-протокол позволяет адресовать на одной паре проводов до 15 HART-устройств. Аналоговые сигналы в этом режиме использовать нельзя, поскольку они будут просто складываться друг с другом в общем контуре. В этом случае каждое устройство устанавливает свой аналоговый выход на фиксированный уровень токового сигнала 4 мА (только питание). Идентификация устройства в сети HART-устройств осуществляется по уникальному адресу опроса, который может принимать значения от 1 до 15. Присвоение ненулевого адреса опроса фиксирует выходной аналоговый сигнал на уровне 4 мА.
Работа с сетью HART-устройств осуществляется в главном окне программы, закладка «Сеть» (рисунок 3).
1 — список HART устройств в сети; 2 — команда «Опросить сеть»; 3 — команда «Присвоить адрес опроса»; 4 — идентификатор датчика, 5 — информация об устройстве
Рисунок 3 — Окно программы «Работа с сетью HART–устройств»
Основным элементом здесь является список HART-устройств (поз. 1). В нем отображаются найденные устройства (формат обозначения устройства показан на рисунке 4), и осуществляется выбор текущего устройства.
Также здесь отображается информация об устройстве (рисунок 3, поз. 5).
Рисунок 4 — Запись устройства в списке HART–устройств
Далее производится поиск устройств в сети с помощью команды «Опросить сеть» (рисунок 3, поз. 2), которая осуществляет последовательный опрос устройств, подключенных к сети, начиная с адреса опроса 0 и до 15. Найденные устройства отображаются в списке устройств (рисунок 3, поз. 1). При нахождении устройства по адресу опроса 0 программа прекращает опрос, т.к. нулевой адрес опроса подразумевает наличие только одного устройства в сети. Прервать процесс опроса можно в любой момент с помощью команды «Остановить».
Для выбора текущего устройства в списке подключенных устройств необходимо с помощью мыши или клавиатуры переместить указатель на нужное устройство. Программа автоматически считает идентификатор устройства, информацию об устройстве и запустит самотестирование устройства.
Информация о датчике отображается в главном окне программы, закладка «Информация о датчике» (рисунок 5).
Чтение переменных процесса происходит в этом же окне. Первичная переменная устройства представляет собой основную переменную прибора. Первичной переменной для датчика Метран-150 является давление.
Выбрать команду «Начать считывание» (рисунок 5, поз. 2). Программа начнет периодическое считывание текущего значения первичной переменной, процента от диапазона и токового выхода. Чтобы остановить периодическое считывание, выберите команду «Остановить». Для вывода величины в отдельном окне (как показано на рисунке 6) нажмите на кнопку (рисунок 5, поз. 1). Для возврата в обычный режим выберите команду «Выход».
Для чтения информации о текущем диапазоне измерений выберите команду «Прочитать» (рисунок 5, поз. 5). Программа отобразит значения верхнего и нижнего пределов измерений в текущих единицах измерения.
Вкладка «График» вкладки «Регистратор» содержит график переменных (рисунок 7).
График существует для визуального отображения информации. На графике отображается следующая информация:
ü наименование текущего устройства (поз. 1), выбранного на вкладке «Выбор устройств»;
ü список переменных, значения которых отображаются в виде графика (поз. 4);
ü время измерения значений переменных в формате чч:мм (поз. 7);
ü значение измеряемой величины (поз. 3) в текущих единицах измерения;
ü график значений переменных, считанных с выбранного устройства (поз. 6).
1 — показать соответствующую величину в отдельном окне; 2 — начать/остановить периодическое считывание переменных процесса; 3 — график токового выхода; 4 — считать дополнительную информацию о датчике; 5 — считать информацию о текущем диапазоне измерений
Рисунок 5 — Окно программы «Информация о датчике»
Рисунок 6 – Окно программы «Текущее значение давления»
1 — наименование текущего устройства; 2 — область отображения графиков переменных; 3 — значение измеряемой переменной; 4 — список отображаемых переменных; 5 — меню списка возможных переменных, отображаемых на экране; 6 — график переменной; 7 — время измерения
Рисунок 7 – Окно программы «График измерительного процесса»
Для выбора переменных, которые будут отображаться в графике, необходимо выполнить следующие действия. Правой кнопкой мыши вызывают контекстное меню (рисунок 7, поз. 5), в котором отображается список возможных переменных. Наличие галочки около имени указывает на то, что переменная отображается в виде графика. Удалить/установить галочку можно с помощью клика мыши.
К пункту 3
При поверке датчика Метран-150 давление создается грузопоршневым манометром МП-60 (рисунок 8).
Закрыть вентиль 13 и открыть вентили 12, 14 и 15. После этого, вращая штурвал против часовой стрелки, заполнить полость манометра маслом. Затем закрыть вентиль 15 и, вращая штурвал по часовой стрелке, поднять давление в гидравлической линии.
Внимание! Недопустимо создавать давление в гидравлической линии более верхнего предела измерения рабочего эталона манометра!
1 – колонка; 2 – поршень; 3 – тарелка; 4 - контрольные грузы; 5 - горизонтальный канал; 6 и 7 – штуцеры; 8 - бачок с рабочей жидкостью; 9 - цилиндр; 10 – поршень; 11 - штурвал; 12 – 15 - вентили; 16 и 17 – образцовый и поверяемый манометры
Рисунок 8 – Схема грузопоршневого манометра
Если при ходе поршня до крайней точки давление поднялось недостаточно (это свидетельствует о наличии воздуха во внутренней полости чувствительных элементов приборов и в гидравлической линии), операции повторить.
Устанавливать вращением штурвала на рабочем эталоне манометра значения давления от 0 до максимального значения с постоянным шагом изменения (это значение и шаг задаются преподавателем). В каждой поверочной точке снять показания значения давления и унифицированного выходного токового сигнала поверяемого датчика (они отображаются на экране монитора) и занести данные в таблицу 1. После снятия данных на максимальном значении увеличить давление еще на шаг, выдержать в таком состоянии 5 минут и повторить эксперимент при обратном ходе, т.е. при монотонном уменьшении давления.
Таблица 1 – Результаты эксперимента
| Показания рабочего эталона манометра, Хд, МПа | Показания поверяемого датчика, Хи, МПа | Значение унифицированного токового сигнала, мА | Абсолютная погрешность, МПа | Приведенная погрешность, % | Размах, МПа | |||
| ПХ | ОХ | ПХ | ОХ | ПХ | ОХ | |||
| … | ||||||||
| … | ||||||||
| Примечание: ПХ – прямой ход; ОХ – обратный ход. |
К пункту 4
Абсолютная погрешность определяется для прямого и обратного хода как разность между соответствующими показаниями датчика и показаниями рабочего эталона манометра:
(1)
Приведенная погрешность определяется для максимального (по модулю) значения абсолютной погрешности:
, (2)
где Рв и Рн - верхний и нижний предел измерения датчика соответственно.
По полученным данным определяют наибольшую приведенную погрешность поверяемого датчика. Ее значение не должно превышать предела допускаемой основной погрешности поверяемого датчика γп .
Установленные пределы измерения датчика Метран-150 уточняются у преподавателя, предел допускаемой основной погрешности составляет 0,075%.
Размах является оценкой устойчивости показаний поверяемого датчика и определяется как разность показаний датчика при прямом и обратном ходе, соответствующих одному и тому же действительному значению измеряемого давления:
. (3)
Требования к отчету
Отчет должен содержать:
- цель работы;
- рисунки 9, 10;
- таблицу с данными экспериментов и результаты определения погрешности поверяемого датчика;
- градуировочную характеристику датчика для унифицированного токового сигнала;
- выводы по работе.