Технические характеристики по ту 4211-066-12150638-2007

ТЕМПЕРАТУРА

Термоэлектрические термометры (удлиняющие провода, мили- вольтметры, автоматические потенциометры, нормирующие преобразователи Ш 9322), термоэлектрические термометры с унифицированным выходным сигналом.

Удлиняющие провода должны обладать определенными свойствами. Отличие развиваемых термоЭДС обусловливает погрешность, вносимую удлиняющими проводами в общую погрешность измерения температуры. Каждый электрод термопары следует удлинять определенным проводом из пары удлиняющих проводов. Кроме того, температура мест их соединения должна быть одинаковой.

К образцовому и поверяемому термометрам присоединяются удлиняющие провода отводящие свободные концы в термостат 12 плавления льда. Свободные концы погружаются в лед в пробирках 13 с маслом. Действительная температура в печи определяется по показанию образцового термометра. Число одновременно поверяемых термометров обычно не превышает шести.

Термоэлектрический термометр подключается к автоматическому потенциометру удлиняющими проводами и поэтому свободные концы термометра находятся на зажимах потенциометра. Для того чтобы ввести поправку на температуру свободных концов, необходимо в измерительной схеме потенциометра автоматически выработать сигнал, равный E ( U, 0), и прибавить его к термо - ЭДС термометра.

Регулирование температуры чувствительного элемента преобразователя производится с помощью термоэлектрического термометра 6, связанного удлиняющими проводами 10 с двухпозиционным автоматическим регулятором температуры РТ. Регулирующим прибором служит показывающий и регулирующий магнитоэлектрический милливольтметр типа МР-64-02 или автоматический потенциометр с регулирующим устройством.

Поверяемый 7 и образцовый 2 потенциометры подключаются параллельно к источнику регулируемого напряжения 3, причем соединение от поверяемого прибора до коробки 4 выполняется отрезком удлиняющего провода.

Удлиняющие провода должны обладать определенными свойствами. Отличие развиваемых термоЭДС обусловливает погрешность, вносимую удлиняющими проводами в общую погрешность измерения температуры. Каждый электрод термопары следует удлинять определенным проводом из пары удлиняющих проводов. Кроме того, температура мест их соединения должна быть одинаковой.

Автоматическое введение поправки на изменение температуры свободных концов термоэлектрических термометров типов ТПП, ТХА и ТХК может выполняться с помощью так называемой компенсационной коробки типа КТ-54 ( рве. К шести зажимам коробки КТ присоединяются: термоэлектрический термометр Т, вторичный прибор ВП и источник питания постоянного тока ИП напряжением 4 В. Соединение термометра с коробкой производится удлиняющими проводами УП, благодаря которым свободные концы переносятся на ее зажимы.

При прокладке соединительных линий от термоэлектрических термометров провода защищаются от механических повреждений, электрических помех и влияния высокой температуры и влажности окружающей среды. Для этого они помещаются в стальные заземленные трубы отдельно от силовых проводов, питающих вторичные приборы. Присоединение термометров к автоматическим потенциометрам производитсяудлиняющими проводами.

При коротких ТЭП их подключение осуществляется с помощью специальных удлиняющих термоэлектродных проводов. При их использовании свободными концами ТЭП служат концы этих проводов, удаленные от ТЭП. Если КУ выполнено в виде отдельного блока, то удлиняющие провода прокладываются между ним и ТЭП; между КУ и вторичным прибором линия прокладывается парой одинаковых монтажных проводов из любого материала.

Термоэлектроды термопар изготовляются в виде труб и стержней из порошков тугоплавких соединений методом мундштучного прессования с последующим спеканием. Термопара состоит из термоэлектрода - трубы и термоэлектрода - стержня, помещенного концентрически в трубе. Термоэлектроды в месте горячего спая сваривают в процессе спекания, холодные концы электродов зачищают, туго обматывают медной проволокой и заливают оловом, к ним припаивают удлиняющие провода. Рабочая конструкция термопары включает также холодильник, куда спай помещается в специальную трубку на изоляционной замазке. Холодильник обеспечивает также герметичность ввода термопары в тепловой агрегат.

Так как свободные концы термопары находятся в головке преобразователя, где температура достаточно высокая и непостоянная, их переносят ( за счет удлинения проводов) в такое место, где их температура была бы постоянной и значительно ниже измеряемой. Температуру свободных концов измеряют термометром с ценой деления 0 5 С. Удлинение проводов не должно вызывать изменение термоэдс термопары и возникновение паразитной термоэдс. Для этого удлиняющие провода ( в условиях температур мест их прокладки от 0 до 100 С) должны развивать термоэдс, одинаковую с таковой для термоэлектродов термопары. Таким образом, удлиняющие термоэлектродные или, как их еще называют, компенсационные провода являются продолжением термопары.

Предназначены для преобразования сигналов термоэлектрических преобразователей (ТП) в унифицированные сигналы постоянного тока и напряжения.
Прибор Ш 9322И имеет искробезопасные входные цепи уровня “iа” и предназначен для работы с ТП, эксплуатирующимися во взрывоопасных условиях.

Класс точности 0,1; 0,25

Линейная зависимость выходного сигнала от измеряемой температуры

Гальваническое разделение входных и выходных цепей Встроенное устройство компенсации холодного спая ТП

Сигнализация о выходе измеряемой температуры за пределы заданных уставок

Сигнализация обрыва цепи датчика

Заменяет прибор Ш 705 М1

Внешний вид

Технические характеристики

Количество каналов преобразования
Диапазоны измерения и типы подключаемых датчиков приведены в таблице
Диапазоны выходных сигналов: - токовых	0-5, 0-20, 4-20 мА
- напряжения	0 - 10 В
Режим работы	непрерывный
Время установления выходного сигнала, не более

термопреобразователи предназначены для измерения температуры газов, жидкостей и сыпучих сред, не разрушающих материал защитной арматуры. Термопреобразователи обеспечивают непрерывное преобразование температуры в унифицированный токовый сигнал и предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами.

В качестве первичных преобразователей используются термопары с изолированным спаем и номинальными статическими характеристиками преобразования ХА(К) по ГОСТ Р 8.585-2001 и термопреобразователи сопротивления с номинальными статическими характеристиками преобразования 100П, 100М по ГОСТ 6651-94.

Измерительный преобразователь сигналов первичного преобразователя в унифицированный токовый выходной сигнал размещен в головке термопреобразователя и содержит компенсатор нелинейности сигнала первичного преобразователя и компенсатор температуры холодного спая (для термопар).

Вид климатического исполнения по ГОСТ 12997-84 — группа С4 (температура окружающей среды от минус 30 до 50 °С, относительная влажность 98% при температуре 35 °С), устойчивость к механическим воздействиям по ГОСТ 12997-84 — группа исполнения N2.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПО ТУ 4211-066-12150638-2007

Зависимость выходного тока от температуры — линейная

Степень защиты от воздействия воды и пыли по ГОСТ 14254-96 — IP54

Потребляемая мощность Вт, не более — 1,0

Условное давление измеряемой среды, МПа:

- для исполнения по рис. 1 и 2 — 0,4

- для исполнения по рис. 3 — 10,0

- для исполнения по рис. 4 — 6,3

Термопреобразователи могут эксплуатироваться:

- с защитными гильзами 908.1592.015 на условное давление 25 МПа;

- с защитными гильзами 908.1591.016 на условное давление 50 МПа;

Термопреобразователи (рис. 1, 2) могут эксплуатироваться с передвижными штуцерами 908.1593.002-00…-03.

Защитные гильзы и штуцеры поставляютсяпо отдельному заказу.

Показатель тепловой инерции, с, не более:

- для термопреобразователей с диаметром рабочего конца защитной арматуры 8 мм — 20

- для термопреобразователей с диаметром рабочего конца защитной арматуры 10 мм — 40

При заказе термопреобразователя и при записи в технической документации необходимо указать:

- тип термопреобразователя (ТСПУ/1-0288, ТСМУ/1-0288, ТХАУ/1-0288);

- НСХ первичного преобразователя, для термопреобразователей сопротивления — 100П, 100М и для термопар ХА (K);

- диапазон изменения выходного тока (0…5 или 4…20 мА — см. таблицу 1);

- номер рисунка (1, 2, 3, 4);

- длину монтажной части L защитной арматуры (100, 120, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000 мм);

- марка стали защитной арматуры (12Х18Н10Т, 10Х23Н18, ХН45Ю и 10Х17Н13М2Т);

- диапазон измеряемой температуры (в соответствии с таблицей 1);

- предел допускаемой основной погрешности (0,25; 0,50; 1,00; 1,50% в соответствии с таблицей);

- обозначение технических условий.

Пример записи призаказе

1. Термопреобразователь ТСПУ/1-0288, НСХ 100П, W100 =1,3910, диапазон изменения выходного тока 4-20 мА, исполнение по рисунку 4, длина монтажной части защитной арматуры 250 мм, марка стали защитной арматуры — сталь 12Х18Н10Т, диапазон измерения температуры от минус 50 до +50 °С, предел допускаемой основной погрешности 0,25% -

«ТСПУ/1-0288 100П, W100 =1,3910, 4-20 мА — 4/250 — 12Х18Н10Т -50…+50 °С — 0,25% ТУ 4211-066-12150638-2007» .

По отдельному заказу изготавливаются термопреобразователи с унифицированным токовым выходным сигналом, у которых материал и размеры защитной арматуры соответствуют аналогам термопреобразователей без унифицированного выходного сигнала, представленных в предыдущих разделах данного каталога (их надо указать при заказе).

Ограничения:

- термопары должны иметь одинарный термоэлемент с изолированным спаем;

- температура головки термопреобразователя в процессе эксплуатации не должна превышать 50°С.

Схема 1

Схема 2

Схема 3

Схема 4

Схема 5

Рис. 1 Габаритные чертежи термопреобразователей с головкой из пресс-материала АГ4-В без штуцера

Рис. 2 Габаритные чертежи термопреобразователей с головкой из пресс-материала АГ4-В без штуцера с заужением, остальное – см. рис. 1

Рис. 3 Габаритные чертежи термопреобразователей с головкой из пресс-материала АГ4-В с подвижным штуцером, остальное – см. рис. 1

Рис. 4 Габаритные чертежи термопреобразователей с головкой из пресс-материала АГ4-В с подвиж- ным штуцером и заужением, остальное – см. рис. 1

Возможно изготовление термопреобразователей по рисункам 1-4 с алюминиевой головкой В1-М2А-8Х-NS-Psh, номера рисунков считать соответственно: 5-8.

РАСХОД

Расходомеры постоянного перепада давления и тахометрические тепловые

служат для измерения объема (объемный расход) или массы (массовый расход) жидкостей, газов и паров, проходящих через заданное сечение трубопровода в единицу времени. Иногда Р. снабжают интеграторами, или счетчиками,-устройствами для суммирования измеряемых объемов или масс контролируемых сред в течение заданного промежутка времени. Р. разных типов рассчитаны на измерения в определенной области расходов (рис. 1).

Рис. 1. Диапазоны измерений расходов жидкостей, газов и паров разными расходомерами.

Осн. показатели, обусловливающие выбор Р.: значение расхода; тип контролируемой среды, ее т-ра, давление, вязкость, плотность, электрич. проводимость, рН; перепад давлений на первичном измерит. преобразователе (датчике); диаметр трубопровода; диапазон (отношение макс. расхода к миним.) и погрешность измерений. В зависимости от физ.-хим. св-в измеряемой и окружающей сред в Р. используются разл. методы измерений.

В данной статье рассматриваются наиб. важные типы Р. и счетчиков, применяемых в хим. лабораториях, хим. и смежных отраслях пром-сти для высокоточных контроля и учета хим. в-в при их произ-ве, выдаче и потреблении, а также в системах автоматизир. управления технол. процессами.

Р. переменного перепада давлений(рис. 2, а).Действие их основано на зависимости перепада давлений на гидравлич. сопротивлении (диафрагмы, сопла и трубы Вентури, сопла Лаваля и др.), расположенном в потоке контролируемой среды, от ее расхода Q. Измерения разности давлений Dp = p₁ - p₂ осуществляются на прямолинейном участке трубопровода (длиной до 10 и не менее 5 диаметров соотв. до и после гидравлич. сопротивления). Р. данного типа особенно распространены благодаря след. достоинствам: простоте конструкции и возможности измерений в широком диапазоне значений расхода и диаметров трубопроводов (от десятков до 3000 мм и более); возможности применения для различных по составу и агрессивности жидкостей и газов при т-рах до 350-400 °С и давлениях до 100 МПа; возможности расчетным путем определять расход без натурной градуировки Р. в случае трубопроводов диаметрами 50-1000 мм. Недостатки: небольшой диапазон измерений из-за квадратичной зависимости между расходом и перепадом давлений (3:1); значит. потери давления на гидравлич. сопротивлении и связанные с этим дополнит. затраты энергии. Погрешность 1,5-2,5% от макс. расхода.

Р. постоянного перепада давлений, или ротаметры(рис. 2, б). В этих приборах измеряется прямо пропорциональная расходу величина перемещения поплавка hвнутри конич. трубки под воздействием движущегося снизу вверх потока контролируемой среды. Последний поднимает поплавок до тех пор, пока подъемная сила, возникающая благодаря наличию на нем перепада давлений, не уравновесится весом поплавка. Трубки ротаметров м. б. стеклянными (рассчитаны на давление до 2,5 МПа) и металлическими (до 70 МПа). Поплавки в зависимости от св-в жидкости или газа изготовляют из разл. металлов либо пластмасс. Приборы работоспособны при т-рах от Ч 80 до 400 °С, предпочтительны для трубопроводов диаметром до 150 мм, имеют равномерные шкалы, градуированные в единицах объемного расхода. Достоинства: возможность измерений расхода жидкостей и газов от весьма малых значений (0,002 л/ч по воде, 0,03 л/ч по воздуху) до высоких (150-200 и до 3000 м ³/ч); широкий диапазон измерений (10:1); малые потери давления (до 0,015 МПа). Погрешность 0,5-2,5% от макс. расхода.

Электромагнитные Р.(рис. 2, в). Действие их основано на прямо пропорциональной зависимости расхода от эдс, индуцированной в потоке электропроводной жидкости (миним. уд. электрич. проводимость 10^-3-10^-4 См/м), движущейся во внеш. магн. поле, к-рое направлено перпендикулярно оси трубопровода. Эдс определяется с помощью двух электродов, вводимых в измеряемую среду диаметрально противоположно через электроизоляц. покрытие внутр. пов-сти трубопровода. Материалы покрытий-резины, фторопласты, эпоксидные компаунды, керамика и др. Приборы позволяют измерять расход разл. пульп, сиропов, агрессивных и радиоактивных жидкостей и т. д. при давлениях обычно до 2,5 МПа (иногда до 20 МПа); диаметр трубопроводов, как правило, 2-3000 мм. Во избежание поляризации электродов измерения проводят в переменном магн. поле. Допустимые т-ры контролируемой среды определяются термостойкостью электроизоляц. покрытий и могут достигать, как правило, 230 °С. При измерении расхода жидких металлов (напр., Na, К и их эвтектик) указанные т-ры обусловлены термостойкостью используемых конструкц. материалов, в первую очередь магнитов, создающих постоянное магн. поле (исключает возникновение в металлах вихревых токов) и составляют 400-500 °С; в данном случае трубопроводы не имеют внутр. изоляции, а.электроды привариваются непосредственно к. их наружным пов-стям. Достоинства: высокое быстродействие; широкий диапазон измерений (100:1); отсутствие потерь давления (приборы не имеют элементов, выступающих внутрь трубопровода); показания приборов не зависят от вязкости и плотности жидкостей. Погрешность 0,5-1,0% от измеряемой величины.

Рис. 2. Расходомеры: а, б-соотв. переменного и постоянного перепадов давлений; в-электромагнитные; г-турбинные; д-ультразвуковые; е-вихревые; ж- объемные; з -струйные; и- корреляционные; 1-трубопроводы; 2-гидравлич. сопротивление; 3 Чдифманометр; 4Чконич. трубка; 5-поплавок; 6-электроды; 7Ч турбинка; 8Чтахометр; 9-электронное устройство; 10-твердое тело, обтекаемое потоком жидкости или газа; 11, 13, 14, 17-преобразователи физ. величин в соответствующие электрич. импульсы; 12-счетчик с овальными шестернями; 15, 16-устройства запоминания и распознавания "образа" материального потока; Q-расход контролируемой среды; Dр = р₁ -р₂ -перепад давлений до (р ₁) и после ( р ₂) гидравлич. сопротивления; Df=f₁ -f₂ -разность частот повторения электрич. импульсов; f_c -частота переброса струи материального потока; h-ве-личина перемещения поплавка; N, SЧ полюсы магнита; n _т Ччастота вращения турбинки; n _в Ччастота возникновения вихрей; n _ц -число циклов хода чувствительногоэлемента; П ₁,П ₂ -пьезоэлементы; т-время; w-круговая частота.

Тахометрические Р. В турбинных Р. (рис. 2, г) используется зависимость измеряемой тахометром частоты вращения турбинки, приводимой в движение потоком среды (нефтепродукты, р-ры к-т и щелочей, нейтральные или агрессивные газы) от ее расхода. Турбинки могут размещаться аксиально либо тангенциально по отношению к направлению движения потока. Диаметр трубопроводов 4-4000 мм; вязкость среды 0,8-750 мм ²/с; т-ра от -240 до 550 °С, давление до 70 МПа; диапазон измерений до 100:1; потери давления 0,05 МПа. Погрешность 0,5-1,5% от макс. расхода.

В шариковых Р. контролируемая жидкая среда закручивается с помощью неподвижного винтового направляющего аппарата и увлекает за собой металлич. шарик, заставляя его вращаться внутри трубопровода (перемещению вдоль оси препятствуют ограничит. кольца). Мера расхода-частота вращения шарика, измеряемая, напр., тахометром. Диаметр трубопроводов 5-150 мм; т-ра среды от -30 до 250 °С, давление до 6,4 МПа; диапазон измерений 10:1; потери давления до 0,05 МПа. В этих приборах в отличие от турбинных отсутствуют опорные подшипники, что позволяет измерять расход жидкостей с мех. включениями и увеличивает ресурс работы. Погрешность не более 1,5% от макс. расхода.

Ультразвуковые Р. (рис. 2, д).В основу их работы положено использование разницы во времени прохождения ультразвуковых колебаний (более 20 кГц) в направлении потока контролируемой среды и против него. Электронное устройство формирует электрич. импульс, поступающий на пьезо-элемент П ₁, к-рый излучает электромех. колебания в движущуюся среду. Эти колебания воспринимаются через нек-рое время пьезоэлементом П ₂, преобразуются им в электрич. импульс, попадающий в электронное устройство и снова направляемый им на пьезоэлемент П ₁ и т. д. Контур П ₁ -П ₂ характеризуется частотой f₁ повторений импульсов, прямо пропорциональной расстоянию между пьезоэлементами и обратно пропорциональной разности между скоростью распространения звука в контролируемой среде и скоростью самой среды. Аналогично электронное устройство подает импульсы в обратном направлении, т. е. от пьезоэлемента П ₂ к пьезоэлементу П ₁. Контур П ₂ -П ₁ характеризуется частотой f₂ повторений импульсов, прямо пропорциональной расстоянию между пьезоэлементами и обратно пропорциональной сумме скоростей распространения звука в среде и самой среды. Далее электронное устройство определяет разность Df указанных частот, к-рая пропорциональна скорости (расходу) среды.

Эти приборы не вызывают потерь давления, обладают высоким быстродействием и обеспечивают измерение пульсирующих расходов (частота 5-10 кГц) любых не содержащих газовых включений жидкостей (в т. ч. вязких и агрессивных), а также газов и паров. Диаметр трубопроводов 10-3000 мм и более; т-ра среды от Ч40 до 200°С (реже-от Ч250 до 250 °C), давление до 4 МПа; диапазон измерений 100:1. Погрешность 1,0-2,5% от макс. расхода.

Вихревые Р. (рис. 2, е). Действие их основано на зависимости между расходом и частотой возникновения вихрей за твердым телом (напр., металлич. прямоугольным стержнем), к-рое расположено в потоке жидкости или газа. Образованию вихрей способствует поочередное изменение давления па гранях этого тела. Диапазон частот образования вихрей определяется размером и конфигурацией тела и диаметром трубопроводов (25-300 мм). Т-ра среды обычно от - 50 до 400 °С, реже от -270 до 450 °С; давление до 4 МПа, иногда до -6,3 МПа; диапазон измерений: для жидкостей 12:1, для газов 40:1. Градуировка приборов не зависит от плотности и вязкости контролируемой среды, а также от ее т-ры и давления. Погрешность 0,5-1,0% от измеряемой величины при числах Рейнольдса Re > 30000; при Re < 10000 определение расхода практически невозможно из-за отсутствия вихрей.

Объемные Р. (рис. 2, ж). В качестве измерителей объема служат счетчики с цилиндрич. или овальными шестернями, поршневые, с плавающей шайбой, лопастные, винтовые и др. Они снабжены устройствами выдачи сигналов, пропорциональных объемному расходу в-ва. Эти приборы пропускают определенный объем жидкости за один цикл хода чувствительного элемента. Мера расхода-число таких циклов. Диаметр трубопроводов 15-300 мм; т-ра среды до 150°С, давление до 10 МПа; диапазон измерений до 20:1. Осн. достоинство-стабильность показаний. Недостатки: необходимость установки фильтров, задерживающих твердые частицы (чувствительный элемент при их проникновении может выйти из строя); износ движущихся деталей, приводящий к увеличению погрешности показаний, к-рая обычно составляет 0,5-1,0 от измеряемой величины.

Струйные Р. (рис. 2,з). В них используется принцип действия генератора автоколебаний. В приборе часть струи потока жидкости или газа ответвляется и через т. наз. канал обратной связи апоступает на вход устройства, создавая поперечное давление на струю. Последняя перебрасывается к противоположной стенке трубопровода, где от нее снова ответвляется часть потока, подаваемая через канал бна вход прибора; в результате струя переходит в первоначальное положение и т. д. Такой переброс происходит с частотой, пропорциональной расходу контролируемой среды, и сопровождается изменением давления в каналах аи б, что позволяет датчику давления воспринимать автоколебания. Диаметр трубопроводов 2-25 мм; т-ра среды от Ч263 до 500 °С, давление до 4 МПа; диапазон измерений 10:1. Осн. достоинство-отсутствие подвижных элементов. Погрешность-1,5% от макс. расхода.

Корреляционные Р. (рис. 2, и). В этих приборах с помощью сложных ультразвуковых и иных устройств осуществляется запоминание в заданном сечении трубопровода (I) характерного "образа" потока контролируемой среды и его послед. распознавание в др. сечении (II), расположенном на определенном расстоянии от первого. Мера расхода - время прохождения "образом" потока участка трубопровода между сечениями. Диаметр трубопроводов 15-900 мм; т-ра среды до 100-150°С, давление до 20 МПа; диапазон измерений 10:1. Достоинства: независимость показаний от изменений плотности, вязкости, электропроводности и др. параметров жидкости; отсутствие потерь давления. Погрешность 1 % от измеряемой величины.

ПРИБОРЫ

Преобразователи с силовой компенсацией (электрические, пневматические). Схемы дистанционной передачи.

Датчики, основанные на принципе силовой компенсации, состоят из унифицированного электрического преобразователя, усилителя и измерительных блоков. Преобразователь соединяется с измерительным блоком при помощи типового элемента.

Принцип действия датчика основан на электрической силовой компенсации. В датчиках используются два типа электросиловых преобразователей — линейный, обеспечивающий пропорциональную (линейную) зависимость между силой и выходным сигналом, и квадратичный, у которого выходной сигнал пропорционален корню квадратному из силы. Квадратичный преобразователь используется в диф-манометрах-расходомерах и обеспечивает получение выходного сигнала, который изменяется прямо пропорционально измеряемому расходу.

Сила Q, с которой измерительный блок воздействует на преобразователь, вызывает небольшое перемещение рычага 8 (рис. 25). Это перемещение через подвижную опору 7 и рычаг 6 передается рычагу 2. На одном конце рычага 2 укреплен флажок / индикатора рассогласования, а на втором — катушка 5 силового устройства. Индикатор рассогласования дифференциально-трансформаторного типа преобразует перемещение флажка 1 в сигнал переменного тока, который поступает на вход усилителя 4. Выходной сигнал усилителя в виде постоянного тока / поступает в катушку 5 силового устройства и одновременно по линии дистанционной передачи в последовательно соединенное с ней регистрирующее или регулирующее устройство.

Ток /, протекающий по катушке 5, взаимодействует с постоянным магнитным полем магнита 3 и создает силу, пропорциональную величине тока. Под действием этой силы рычаг 2 стремится возвратиться в исходное состояние и через рычаги 6 и 8 уравновешивает входную силу Q. При равенстве силы взаимодействия катушки 5 с магнитом 3 и силы Q система будет находиться в равновесии.

В квадратичном преобразователе в отличие от линейного на рычаге 2 закреплено ферромагнитное кольцо 10, а вместо постоянного магнита установлен электромагнит 9. Выходной ток усилителя /, протекая по катушке электромагнита 9, создает магнитное поле, под действием которого притягивается ферромагнитное кольцо 10 и создается сила, пропорциональная квадрату тока, протекающего по катушке.

Датчики, основанные на принципе силовой компенсации, в основном предназначены для непрерывного преобразования избыточного вакуумметрического и абсолютного давлений, перепада давления, расхода, уровня.

Конструкции манометров идентичны, и датчики могут быть перестроены из одного типа в другой. У манометров абсолютного давления по обе стороны от опоры рычага преобразователя установлены два одинаковых сильфона, один из которых запаян и вакуумирован, а второй подает измеряемое давление. Изменение барометрического давления не оказывает влияния на выходной сигнал датчика, так как оно действует на оба сильфона одинаково и создает на рычаге преобразователя взаимно уравновешенные моменты.

Дистанционные передачи служат для передачи информации об угловых перемещениях ЛА экипажу. Измерение угловых перемещений ЛА осуществляется с помощью гироскопических приборов, которые располагаются вблизи центра его масс или в других специально отведенных местах. Эта информация должна передаваться на индикаторы, располагающиеся на приборной доске.

Основными показателями качества работы дистанционных передач (ДП), наряду с общими для всех приборных устройств ЛА, являются статические и динамические погрешности и длительность переходного процесса.

Для дистанционной передачи угловых перемещений в ЛА нашли применение следующие ДП:

– потенциометрические;

– сельсинные;

– ДП на поворотных трансформаторах.

Индикаторная потенциометрическая ДП

Индикаторная потенциометрическая ДП служит для передачи угла поворота щеток потенциометра гироскопического датчика на индикаторы (указатели). Данная передача нашла применение в дистанционных гиромагнитных компасах и курсовых системах. Схема передачи приведена на рис.3.39.

Рис.3.39. Принципиальная схема потенциометрической дистанционной передачи.

Передача состоит из кольцевого потенциометрического датчика и трехкатушечного логометра с подвижным магнитом (повторителя). Напряжения на участках 1-2, 2-3 и 3-1 потенциометра создают токи в обмотках (катушках) логометра. За счет протекания токов в обмотках повторителя формируются магнитные потоки. Результирующий магнитный поток определяет угловое положение магнита, закрепленного на подвижной системе индикатора. Принцип действия трехрамочного логометра поясняется рис.3.40.

Когда щетки потенциометра занимают положение, показанное на рис.3.40,а, по рамкам логометра протекают токи указанных направлений, причем . Векторы напряженностей магнитных полей, созданных этими токами, перпендикулярны плоскостям соответствующих рамок и образуют векторную диаграмму, представленную на рис.3.40,б, а их величины находятся в таком же соотношении . В этом случае результирующий вектор напряженности , подвижный магнит и связанная с ним стрелка логометра занимают вертикальное положение.

При повороте щеток относительно потенциометра на угол токи в рамках и , а следовательно и напряженности и изменяют свое направление на противоположное. При этом токи и напряженности находятся в следующем соотношении:

;

Вектор результирующей напряженности , а следовательно магнит и стрелка логометра поворачиваются на угол, равный углу поворота щеток потенциометра.

Рис.3.40. Схемы, поясняющие принцип действия трехрамочного логометра.

При промежуточном положении щеток потенциометра токи , и , а следовательно и напряженности , и имеют такие соотношения, что обеспечивают соответствующее промежуточное направление вектора , магнита и стрелки логометра.

Обычно протекающие по обмоткам логометра токи сравнительно небольшие, поэтому устанавливающий момент, действующий на подвижную систему, также небольшой, и погрешности от трения в опорах подвижной системы могут достигать ±3^о.

Более высокую точность имеет электромеханическая потенциометрическая ДП.

Электромеханическая потенциометрическая ДП

Электромеханическая ДП состоит из двух потенциометров R₁ и R₂ (рис. 3.41.). Потенциометр R₁, является датчиком, а R₂ – повторителем. Щетки повторителя, укрепленные под углами 120^о на общем щеткодержателе, могут поворачиваться отрабатывающим двигателем с редуктором.

В данной электрической схеме для любого положения щеток а-в на потенциометре R₁ имеется такое положение щеток 1¢, 2¢, 3¢ на потенциометре R₂, при котором на щетках а-в напряжение U₁ становится равным нулю.

Рассмотрим работу данной ДП. Пусть исходное положение передачи является согласованным, т.е. щетки потенциометра R₂ находятся в таких положениях, когда и . Пусть на потенциометр R₁ поступает сигнал в виде поворота щеток а-в на угол . Перемещение щеток а-в приводит к появлению сигнала в виде напряжения U₁, которое после усиления подается на обмотку управления отрабатывающего двигателя. Двигатель через редуктор разворачивает подвижную систему повторителя со щетками 1¢, 2¢, 3¢ на угол, при котором сигнал U₁ вновь станет равным нулю. Этот угол .

Электромеханическая потенциометрическая ДП имеет статическую погрешность, хотя и сравнительно небольшую. Однако данной ДП присущи все недостатки, свойственные потенциометрам.

Рис.3.41. Принципиальная схема электромеханической потенциометрической дистанционной передачи.

Сельсинные дистанционные передачи

Сельсин представляет собой электрическую машину, работающую в схемах измерения и дистанционной передачи угловых перемещений, и имеющую две обмотки. Обмотка О-О (рис.3.42.) имеет одноосное пространственное расположение и называется однофазной обмоткой. Обмотка a-в-c состоит из трех секций, соединенных «звездой», секции обмотки имеют пространственный фазовый сдвиг на 120^о одна относительно другой, поэтому обмотка a-в-c является трехфазной. Одна из обмоток (как правило, однофазная) располагается на роторе, а обмотка a-в-c на статоре сельсина.

Рис.3.42. Принципиальная схема сельсина.

Если обмотку О-О включить в сеть переменного тока, то проходящий по ней ток создает переменный магнитный поток Ф_р. Ось этого потока соответствует направлению оси обмотки О-О. Магнитный поток пронизывает трехфазную обмотку, расположенную на статоре, и наводит в каждой из ее секций ЭДС. Величины ЭДС зависят от углов между осью потока Ф_р и осью секции. Максимальная величина наводимой ЭДС имеет место при соосном расположении потока и оси секции. Обозначив угол между осями обмоток О-О и a через , ЭДС в фазах находятся по формулам:

(3.68.)

где – максимальная величина ЭДС.

Положение обмотки О-О изменяется при поворотах ротора сельсина. При этом величины ЭДС также изменяются, так как сельсин работает при этом аналогично трансформатору с подвижной обмоткой в режиме холостого хода.

Трехфазная обмотка статора сельсина называется обмоткой синхронизации. Если она замкнута на какую-либо нагрузку или сама является нагрузкой для внешней ЭДС, то в ее секциях проходят токи, которые создают переменные магнитные потоки Ф_а, Ф_в, Ф_с, которые складываются по правилам векторного суммирования и дают результирующий магнитный поток статора Ф_с.

Сельсинная индикаторная дистанционная передача

Сельсинная индикаторная дистанционная передача служит для дистанционной передачи углового перемещения оси гироскопического датчика. Однофазные обмотки роторов сельсина-датчика (СД) и сельсина-приемника (СП) включены в общую сеть переменного тока, а их трехфазные обмотки синхронизации электрически соединены между собой и образуют общие электрические цепи синхронизации (рис. 3.43.). Ротор СД механически связан с осью, угол поворота которой необходимо передавать, ось СП имеет стрелку, с помощью которой осуществляют отсчет передаваемого углового перемещения.

Входным сигналом индикаторной ДП является угловое рассогласование (разность угловых положений роторов СД и СП)

(3.69.)

Выходным сигналом сельсинной индикаторной ДП является синхронизирующий момент, который стремится повернуть ротор СП в согласованное положение, определяемое условием

При отклонении ротора СД от согласованного положения на угол , значения ЭДС изменяются. Возникает разность ЭДС в цепях синхронизации, и по ним потекут токи I₁, I₂, I₃ , которые, протекая по обмоткам синхронизации СД и СП, создадут в их магнитных системах магнитные потоки, не совпадающие по направлениям с потоками возбуждения. Таким образом, в СП и СД будут действовать магнитные потоки, не совпадающие по направлению. Их взаимодействие в СП создаст момент, который называются синхронизирующим. Он будет стремиться повернуть ротор в согласованное положение. Синхронизирующий момент, определяется по формуле

(3.70.)

Сельсинная индикаторная передача является в электромагнитном отношении обратимой, то есть синхронизирующий момент действует как на ротор СП, так и на ротор СД, вызывая погрешность в передаче.

Другим существенным недостатком данной передачи является значительная статическая погрешность, вызываемая действием моментов трения в СП, так как при относительно небольших углах рассогласования также небольшой. Общая величина статической погрешности сельсинной индикаторной дистанционной передачи составляет до , поэтому в настоящее время индикаторная ДП практически не применяется.

Рис.3.43. Схема сельсинной индикаторной ДП.

Электромеханическая (трансформаторная) сельсинная дистанционная передача

Данная передача в значительной степени свободна от недостатков, которые характерны для индикаторной ДП. Принципиальная схема трансформаторной сельсинной ДП приведена на рис. 3.44.

Магнитный поток с ротора СД Ф₁ наводит ЭДС в обмотках синхронизации СД. Токи синхронизации наводят в статоре СП магнитный поток Ф₂ такого же направления, как и Ф₁. Поэтому, если ротор СД повернется на какой-либо угол, то вместе с ним повернется в пространстве и вектор магнитного потока Ф₂ СП. Ось обмотки ротора СП перпендикулярна оси обмотки СД. В этом положении ЭДС в обмотке ротора СП равна нулю и следовательно сигнал на управляющей обмотке серводвигателя Д также равен нулю. При повороте ротора СД в обмотке ротора СП появляется ЭДС, величина которой пропорциональна углу поворота вала СД. Этот сигнал подается на обмотку управления серводвигателя. Он начинает отрабатывать сигнал рассогласования в сторону его уменьшения, одновременно разворачивая стрелку СП, механически связанную через редуктор с валом двигателя. При достижении согласованного положения сигнал на обмотке управления двигателя становится равным 0 и двигатель останавливается.

Рис.3.44. Схема сельсинной трансформаторной ДП. Д – двигатель; Р – редуктор.

Данная передача имеет статическую погрешность гораздо меньшую, чем сельсинная индикаторная ДП. Главным недостатком трансформаторной ДП является динамическая погрешность, вызванная инерционностью двигателя с редуктором при значительных скоростях отработки рассогласования.

Для отработки угла поворота повторителя с большими скоростями используетсясельсинная дистанционная передача с тахогенератором (рис. 3.45.). Она отличается от предыдущей тем, что на вход усилителя подается напряжение отрицательной скоростной обратной связи. Благодаря этому, ротор СП подходит к согласованному положению с СД со скоростью, стремящейся к нулю, что устраняет перерегулирование.

При отработке сигнала рассогласования с большими скоростями необходимо увеличивать коэффициент усиления усилителя К₁. Если U₁ – напряжение сигнала рассогласования, то пусковой момент двигателя равен

(3.71.)

Так как этот момент уравновешивает все механические моменты подвижной системы с параметрами J,C, M_сопр, то

(3.72.)

или

(3.73.)

При наличии на входе усилителя сигнала с тахогенератора уменьшается пусковой момент, т.е.

(3.74.)

Уравнение движения подвижной системы примет вид

(3.75.)

Таким образом увеличивается удельный демпфирующий момент, что приводит к снижению колебаний в переходном режиме. Практически при использовании в таких передачах двигателя-генератора типа МДГ, длительность переходного процесса снижается в 2 раза.

Рис.3.45. Схема сельсинной трансформаторной ДП с тахогенератором.

Д – двигатель; Г – генератор; Р – редуктор; У – усилитель.

Дистанционная передача с дифференциальным сельсином

Дифференциальный сельсин (ДФС) предназначен для дополнительного поворота ротора на угол , который передается обычными трансформаторными сельсинами или для согласования двух сельсинов, имеющих различные углы поворота ротора. ДФС имеет трехфазный статор и трехфазный ротор и включается в схему дистанционной передачи между СД и СП. Если обмотки ротора и статора ДФС находятся в согласованном положении, то в обмотках ротора наводятся такие же три ЭДС, которые имеет статор. Эта система трех сигналов в виде напряжений без изменения поступает дальше в СП. Если ротор ДФС будет повернут на некоторый угол , то тогда изменяются значения ЭДС, наводимых в роторе ДФС, что приведет к повороту ротора повторителя на такой же угол. Схема дистанционной передачи с дифференциальным сельсином приведена на рис. 3.46.

Рис.3.46. Схема дистанционной передачи с дифференциальным сельсином.

Д – двигатель; Г – генератор; ДФС – дифференциальный сельсин; Р – редуктор; У – усилитель.

Таким образом, ДФС используется при соединении двух систем, то есть СД и СП, которые должны иметь некоторый угол рассогласования. В этом случае дифференциальный сельсин должен иметь между статором и ротором именно такой угол рассогласования, то есть ДФС играет роль своего рода «соединительной муфты» между двумя осями датчиков, имеющими взаимный сдвиг по углу. Дифференциальный сельсин нашел применение в астрономическом компасе ДАК-ДБ и курсовых системах.

Двухканальная сельсинная дистанционная передача

Двухканальные сельсинные дистанционные передачи применяются для повышения точности передачи угла поворота ротора СД. Точность передачи определяется синхронизирующим моментом, который должен преодолеть момент сил трения при малых углах рассогласования. Для трансформаторной дистанционной передачи устанавливающий момент будет зависеть от остаточного напряжения U₀ на входе усилителя. При напряжении, меньшем U₀, СП не будет отрабатывать сигнал рассогласования, и между СД и СП останется угол рассогласования . Двухканальный сельсин состоит из двух жестко связанных сельсинов, расположенных на одной оси и называемых грубым и точным (рис. 3.47,а). Точный сельсин имеет требуемое повышенное остаточное напряжение U₀ при малых углах рассогласования .

Повышение напряжения U₀ достигается тем, что у точного сельсина увеличено число пар полюсов (2р). Поэтому при одних и тех же малых углах рассогласования зависимость изменения сигнала точного сельсина U_Т имеет большую крутизну, чем зависимость сигнала грубого сельсина (рис. 3.47,б).

Рис.3.47. Двухканальная сельсинная ДП.

а – принципиальная схема передачи; б – зависимости выходного сигнала от угла поворота ротора.

Однако, амплитуда сигнала у грубого сельсина больше. Таким образом, при малых углах рассогласования большим сигналом является сигнал точного сельсина U_Т и ротор сельсина-приемника устанавливается, благодаря этому сигналу. При больших углах рассогласования большим является сигнал грубого сельсина U_Г, и ротор СП устанавливается, благодаря этому сигналу. При одних и тех же моментах сил трения в опорах ротора СП и напряжении U₀ погрешность точного канала передачи уменьшается по сравнению с погрешностью грубого канала в соответствии с выражением

(3.76.)

где р=9 –число пар полюсов точного сельсина (для грубого сельсина р=1).

Конструктивно двухканальные сельсины представляют собой расположенные на одной оси кольцевые роторы и статоры.

При 2р=18 для точного сельсина удобно иметь двухфазный статор. Двухканальные сельсинные дистанционные передачи нашли применение в курсовых системах типа КС.

Дистанционные передачи на поворотных трансформаторах

Одноканальная дистанционная передача на поворотных трансформаторах

Схема одноканальной передачи на поворотных трансформаторах (ПТ) приведена на рис. 3.48. В состав дистанционной передачи входят ПТ-датчик, имеющий ротор Р₁ и статор С₁ и ПТ-приемник, имеющий соответственно ротор Р₂ и статор С₂. В дистанционных передачах на ПТ часто используют несколько приемников [5].

Рис.3.48. Схема одноканального ДП на поворотных трансформаторах

Д – двигатель; Р – редуктор; У – усилитель.

Дистанционная передача работает следующим образом. При подключении обмотки ротора Р₁ ПТ-датчика к сети переменного тока в ней протекает ток, создающий в магнитопроводе датчика магнитный поток Ф₁, направление которого совпадает с осью обмотки ротора Р₁. Магнитный поток Ф₁ наводит в обмотках статора ЭДС, амплитуды которых пропорциональны проекциям магнитного потока Ф₁ на оси обмоток статора.

При соединении обмоток статора датчика с обмотками статора приемника, в них появляются токи, которые создают в ПТ-приемнике магнитный поток Ф₂, который имеет составляющие Ф₂¢ и Ф₂ ², направления которых совпадают с направлениями обмоток статора ПТ-приемника. Поток Ф₂, равный сумме потоков Ф₂¢ и Ф₂², наводит в обмотке ротора Р₂ ЭДС Е_р, которая поступает на вход усилителя У. Усиленный выходной сигнал подается на обмотку управления отрабатывающего двигателя, который через редуктор Р будет поворачивать ротор ПТ-приемника и одновременно отсчетное устройство ОУ индикатора до тех пор, когда величина Е_рне станет равной нулю, т.е. до тех пор, пока ось обмотки ротора Р₂ ПТ-приемника не станет параллельной оси обмотки ротора Р₁ ПТ-датчика.

Двухканальная дистанционная передача на поворотных трансформаторах

Аналогично двухканальным сельсинным дистанционным передачам, двухканальные дистанционные передачи на ПТ применяют для повышения точности. Схема двухканальной дистанционной передачи на ПТ приведена на рис. 3.49.

Рис.3.49. Схема двухканальной ДП на поворотных трансформаторах

Д – двигатель; ПК – переключатель каналов; Р – редуктор.

На ведущем валу В₁ устанавливаются роторы Р_1Г двухполюсного и Р_1Тмногополюсного ПТ-датчиков. На валу В₂ устанавливаются роторы Р_2Гдвухполюсного и Р_2Т многополюсного ПТ-приемников, выходные сигналы которых Е_РТ и Е_РГ через переключатель каналов ПК поступают в систему отработки информации, построенную аналогично одноканальной передаче.

Система, связывающая двухполюсные ПТ, является каналом грубого отсчета (КГО), система, связывающая многополюсные ПТ, является каналом точного отсчета (КТО).

Характер изменения амплитуд выходных сигналов каналов грубого U_Г и точного U_Tотсчета в зависимости от угла рассогласования , приведен на рис.3.50. Из приведенной зависимости следует, что одному обороту вала датчика В₁соответствует один период изменения выходного сигнала канала грубого отсчета и р (по числу пар полюсов) периодов изменения выходного сигнала канала точного отсчета. Начальные положения каналов грубого и точного отсчета согласовываются с высокой точностью.

При больших углах рассогласования между датчиком и приемником работает грубый канал, в результате чего угол уменьшается и становится малым (несколько больше статической погрешности канала грубого отсчета). При малых углах рассогласования уменьшающийся выходной сигнал грубого канала достигает определенного порогового уровня U_П, при котором срабатывает переключатель каналов ПК, отключая канал грубого отсчета и подключая канал точного отсчета, который работает далее, снижая угол рассогласования.

Двухканальные передачи обладают свойством самосинхронизации лишь при нечетном числе пар полюсов многополюсных поворотных трансформаторов. При четном числе пар полюсов, что является предпочтительным, свойство самосинхронизации нарушается при углах рассогласования близких к 180^о, когда выходной сигнал грубого канала становится меньше U_П. В этом случае подключается точный канал и приводит вал В₂ в положение , фиксируя это положение как устойчивое, то есть в системе возникает «ложный нуль».

Для устранения данного явления к выходному напряжению грубого канала добавляют определенное напряжение смещения U_см постоянной амплитуды и частоты, на которой работает ДП. При этом ротор ПТ-датчика или ПТ-приемника грубого канала разворачивают относительно статора на угол , называемыйначальным угловым смещением.

Статические погрешности двухканальных ДП на поворотных трансформаторах составляют порядка 2 – 5 угловых минут.

Рис.3.50. Зависимости изменения выходных сигналов поворотных трансформаторов-приемников двухканальной ДП

U_см – напряжение смещения; – начальный угол смещения

ТЕМПЕРАТУРА

Измерение расхода газа на узле учета (дроссельные, вихревые).