Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ

Владимир 2009 г.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1. Изучение принципа действия и устройства термометров сопротивления и
электронного автоматического моста.

2. Произвести проверку моста КСМ2 — 07

3. Произвести градуировку моста КСМ2 - 07 на новые пределы измерений
с предварительным расчетом измерительной системы моста.

Устройство и работа термометров сопротивления

Принцип действия термометров сопротивления основан на изменении электрического сопротивления проводника при изменении температуры. Зная зависимость сопротивления от температуры, можно по его измерению определить температуру среды, в которую помещен термометр сопротивления.

Известно, что при нагреве металлы увеличивают сопротивление от 0,4 - 0,6 % на 1 °С, а оксиды металлов (полупроводники) уменьшают своё сопротивление в 8-15 раз по сравнению с металлами. Графически это выглядит так (рис. 1). Зависимость сопротивления металлов от температуры в небольшом интервале температур определяется уравнением:

Rt =R't [1+α(t - t')]

где Rt - сопротивление металлического проводника при температуре R't - сопротивление того же проводника при температуре (t — t') - интервал измерения температур α – коэффицент температурного сопротивления.

Электрические термометры сопротивления применяются для измерения температур в диапазоне от -200 до +700°С.

В комплект электрического термометра входят чувствительный элемент, измерительный прибор и соединительные провода. В качестве чувствительного элемента в термометре сопротивления применяется металлическая проволока (Сu, Pt), намотанная на изоляционный каркас и заключенная в защитный кожух (рис.2)

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru

Рис.1 Зависимость сопротивления термометров сопротивления от температуры Сu – медный, Pt – платиновый, КМТ – полупроводниковый.

 
  Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru

Рис.2 Платиновый термометр сопротивления

а) с подвижным штуцером

б) чувствительный элемент

Серийно выпускаемые в нашей стране термометры сопротивления приведены в таблице 1 .

Чувствительными элементами полупроводниковых термометров сопротивления (термисторов) являются смеси окислов меди, марганца, магния, никеля, кобальта и др. Смеси двух-трех окислов со связывающими добавками измельчают, спекают и обжигают, придавая им форму небольших цилиндриков, шайбочек или бусинок (рис.3). В торцы чувствительных элементов вжигают контакты. При увеличении температуры термометра его сопротивление резко уменьшается согласно зависимости:

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru , где

R - значение сопротивления при 293 К; Т - температура, К; В - постоянная, зависящая от свойств полупроводникового материала.

Таблица 1.

Тип Номинальное сопротивление при 0°С,Ом Новая градуировка Старая градуировка
ТСП платина  
 
10П гр. 20
50П гр. 2 1(46 Ом)
100П гр. 22
тcм медные ЮМ  
50М гр. 23 (53 Ома)
100М гр.24

       
 
а)
 
   
б)
Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru

Рис.3 Конструктивные формы полупроводниковых термометров сопротивления

а) трубчатая (КМТ); б) дисковая (СТ5); в) цилиндрическая (ММС).

Технически серийно изготовляемые термисторы предназначены для измерений температур в диапазоне от -90 до +180°С.

В качестве вторичных приборов с термометрами сопротивления применяются обычно автоматические электронные равновесные мосты, реже логометры, неравновесные мосты и тестеры.

КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОННОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО МОСТА И ЕГО

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СХЕМА

Электронные уравновешенные мосты переменного тока предназначены для измерения, записи и регулирования (при наличии регулирующего устройства) температуры и других величин, измерение которых может быть преобразовано в изменение активного сопротивления. Прибор состоит из следующих основных блоков: корпуса, каретки с пером, усилителя, панели внешних коммутаций лентопротяжного механизма, регулирующего устройства, измерительного механизма.

В лентопротяжном механизме установлен синхронный электродвигатель с редуктором. Нужную скорость продвижения диаграммной ленты получают, пользуясь инструкциями по эксплуатации.

Терморезисторы - нелинейные резисторы, изготовленные из полупроводниковых материалов, имеющих большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС). У большинства терморезисторов ТКС отрицательный (-4,2 до - 8,4% / °С). Терморезисторы с положительным ТКС называют позисторами.

В зависимости от применяемого полупроводникового материала терморезисторы разделяют на:

1. кобальто - марганцевые КМТ (начальное сопротивление RH от 22 до
1000 кОм, ТКС от -4,2 до -8,4 интервал рабочих температур от -60 до
+180°С);

2. медно - марганцевые ММТ (R-н- 1 - 220 кОм, ТКС от -2,4 до -5. -10 -
+500 °С);

3. титанобариевые с положительным ТКС - СТ5 (RH = 0,02 - 0,14 кОм, ТКС
= 20, -20 - +200 °С).

В основу работы электронных автоматических мостов КСМ2 положен нулевой метод измерения сопротивления.

Измерительная схема автоматического электронного равновесного моста КСМ2 представлена на рисунке 4.

К точкам подключен источник питания - напряжение переменного тока 6,3 В. Подключение термометра к прибору производится по трехпроводной схеме. В этом случае сопротивление проводов распределяется между двумя прилегающими плечами поста. Применение трехпроводной схемы для

присоединения термометра снижает величину температурной погрешности, вызванной изменением сопротивления соединительных проводов RЛ) вследствие изменения температуры окружающего воздуха.

При изменении температуры контролируемого объекта изменится сопротивление

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru

Рис.4 Измерительная схема автоматического электронного равновесного моста.

Измерительная схема уравновешенного моста состоит из резисторов, имеющих следующие назначения:

Rp - реохорд, калиброванное сопротивление,

rш - шунтирующее сопротивление, для ограничения тока, протекающего через реохорд,

rk - резистор для задания верхнего предела измерений,

rh - резистор для задания начала шкалы,

r1, R2, r3, R4 - постоянные сопротивления,

R6 - сопротивления в диагонали питания, для ограничения тока,

Rt - термометр сопротивления,

Rл - резисторы для подгонки сопротивления линии связи до 2,5 Ом.

термометра Rt и нарушится равновесие измерительной схемы. В результате в измерительной диагонали моста появится напряжение разбаланса, которое доводится усилителем до величины, достаточной для приведения в действие реверсивного двигателя. Ось двигателя при помощи шкива и троса связана с кареткой, на которой закреплен движок реохорда и указатель с пером записи.

Ротор реверсивного двигателя вращается до тех пор, пока существует сигнал, вызванный разбалансом схемы. Одновременно перемещается указатель прибора по шкале и движок по реохорду до наступления равновесия в измерительной схеме. В момент равновесия измерительной схемы положение указателя на шкале определяет значение измеряемой величины, т.е. температуру контролируемого объекта в данный момент времени.

РАСЧЕТ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО МОСТА

Для расчета измерительной схемы равновесного моста должны быть заданы минимальный tmin и максимальный tmax пределы измерения температуры в °С и тип термометра сопротивления.

Зная пределы измерения и тип термометра сопротивления, находят по градуировочным таблицам минимальную Rtmin и максимальную Rtтах величины сопротивления термометра. При измерении Rtmin движок реохорда должен находиться в точке а', соответствующей началу шкалы. Учитывая, что термометр сопротивления Rt включен последовательно с реохордом в одно из плеч моста, движение равновесия измерительной схемы в этом случае возможно при условии:

R2 • (Rtmin +R3 + RЛ + Rnp) = (R1 +Rл )*RH (1)

При измерении Rtmax движок реохорда должен находиться в точке а", соответствующей концу шкалы. При этом равновесие измерительной схемы соблюдается при выполнении следующего равенства:

R2 •(Rtmax +R3 +Rл) = (R1 +RЛ)-(Rн + Rnp) (2)

Вычитая из условия (1) равенство (2), получим:

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru R2*(Rtmax - Rtmin)= (R1 + R2 + Rл) • Rnp

откуда:

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru

Из уравнения (З) следует, что разность сопротивлений термометра, соответствующих верхнему и нижнему пределам шкалы, равная пределам измерения прибора, пропорциональна величине приведенного сопротивления реохорда. Следовательно, изменение пределов измерения прибора может быть осуществлено изменением величины приведенного сопротивления реохорда Rnp, состоящего из трех параллельно включенных сопротивлений RP, Rш, RK и определяемого по уравнению:

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru (4)

В автоматических электронных равновесных постах сопротивления реохорда и его шунта - величины постоянные и равные RP = 258 Ом, а Rш =137 Ом. Поэтому подгонка сопротивления Rnp до требуемого значения, определяемого уравнением (3), осуществляется изменением величины сопротивления RK, которую можно найти из уравнения (4)

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru

Из уравнения (1) определяем величину сопротивления RH, предназначенного для подгонки нижнего предела измерения прибора:

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru

R1= R2 = 200 Ом, R3 = 4,4 Ом, Rл= 2,5 Ом

Максимальная величина тока, протекающая через термометр сопротивления определяется по уравнению:

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru ,

где Umax максимальное напряжение на зажимах питания измерительной схемы моста. 6,3B = Umax

Максимально допустимая величина тока, исключающая самонагрев термометра равна 7-8 мА. При прочих равных условиях величина Imax зависит от величины R6, определяемой по уравнению:

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru

Максимальное значение сопротивления Rб рассчитывается по уравнению (7) при Imax = 7 мА. Действительное значение сопротивления должно превышать Rбmin

Rл > R6min

Полученные в результате расчета пределы измерения шкалы прибора могут несколько отличаться от заданных, так как сопротивления нерабочих витков реохорда и соединительных проводов при расчете не учитывались.

ПОВЕРКА ЭЛЕКТРОННОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО МОСТА КСМ2

Блок-схема установки для проверки и градуировки прибора КСМ2-070 приведена на рис.6

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru

Рис.6

rh - магазин сопротивлений, заменяющий сопротивление

rk - магазин сопротивлений, заменяющий сопротивление

Rt - магазин сопротивлений, имитирующий термосопротивление.

1. Установить на магазине сопротивлений RK величину 71,3.

2. Установить на магазине сопротивлений RH величину 13,2.

3. Установить на магазине сопротивлений Rt величину 5 Ом.

4. Пользуясь магазином сопротивлений Rt, плавно подвести стрелку прибора к
нулевой отметке на шкале.

5. Произвести проверку всех оцифрованных делений шкалы при
возрастающих и убывающих значениях сопротивлений.

6. По результатам измерений заполнить протокол, используя следующие
формулы:

а) абсолютная погрешность = Rt изм - Rt ист

б) приведенная погрешность

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru

в) относительная погрешность

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ - student2.ru

г) вариация В = Rt изм пр. х - Rt изм. обр. х.

ПРОТОКОЛ

200 г.

Поверки_______________________

наименование прибора

Пределы измерений___________

Образцовые приборы:

Тип

, тип

_, класс точности




Верхний предел измерений____________________

, класс точности____________


Проверяемое значение измеряемой величины, ° С Расчетное значение входного сигнала, Rt , Ом Действительное значение входного сигнала, Rc , Ом Погрешность прове­ряемого прибора в процентах норми­рующего значения или в единицах измерения Вариация В,%
При пр. ходе При обр. ходе
           
           
           
           
           
           
           

Предел допускаемой приведенной погрешности, % =0,5
Наибольшая погрешность показаний, %
Допускаемая вариация, % (это берется 0.5 цены деления)

Наибольшая вариация, % Прибор годен, забракован (указать причину).





СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Краткое описание и принцип действия электронного автоматического
моста КСМ2, его электрическая схема.

2. Расчет параметров измерительной схемы моста.

3. Протокол поверки шкалы прибора в пределах 0 - 100 °С.

4. Зарисовка новой шкалы прибора.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Принцип действия и устройство термометров сопротивления.

2. Материал для изготовления термометров сопротивления и требования к
ним.

3. Типы стандартных термометров сопротивления.

4. Градуировочные таблицы.

5. Двухпроводные и трехпроводные линии связи.

6. Электрическая схема электронного автоматического моста типа КСМ.

7. Подгонка линий связи между термометром сопротивления и вторичным
прибором.

8. Поверка и градуировка, класс точности и основные погрешности приборов.

9. Внутреннее устройство приборов КСМ2 и КСМ4.

ЛИТЕРАТУРА

1. Исакович Р.Я. Технологические измерения и приборы. - Недра: М.-1978.

2. Чистяков С.Ф., Радун Д.В. Технологические измерения и приборы - М.:
Высшая школа. 1972.

3. Дианов В.Г. Автоматизация процессов в нефтеперерабатывающей и
нефтехимической промышленности - М.: Химия, 1968.

4. Автоматизация и средства контроля производственных процессов.
Справочник, кн. 4.М.: Недра, 1979.

5. Справочник по поверке и наладке приборов - Киев: Техника. 1981.

Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ''

Кафедра «Автоматизация технологических процессов»

Лабораторная работа №2

Изучение приборов для измерения давления

(ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ САПФИР 22 ДИ)

по дисциплине «Технические измерения и приборы»

Составитель:

Асс. каф. АТП

Шлегель А.Н.

Владимир 2006 г.

Цель работы: изучение принципа действия и устройства преобразователей Сапфир – 22 ДИ. Проведение поверки преобразователя.

Измерительный преобразователь Сапфир – 22 ДИ

Назначение

Преобразователи предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра – давления избыточного в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Преобразователи относятся к изделиям ГСП. Преобразователи являются сейсмостойкими, выдерживают сейсмические нагрузки в 9 баллов на высоте 20 м. Преобразователи предназначены для работы с вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления, работающими от стандартного входного сигнала 0-5 или 4-20 мА постоянного тока.

Электрическое питание преобразователей осуществляется от источника питания постоянного тока напряжением (36±0,72) В. степень защиты преобразователей от воздействия пыли и воды IP – 2 по ГОСТ 14254-80. По устойчивости к механическим воздействиям преобразователь соответствует виброустойчивому исполнению 2 по ГОСТ 17167-71. Вероятность безотказной работы не менее 0.97 за 2000 ч. средний срок службы не менее 12 лет [1].

Наши рекомендации