Автоматизация доменного процесса. АСК давления природного газа. Расчет измерительной схемы автоматического потенциометра (0–700˚С)

 

 

 

4. Расчет измерительной схемы автоматического потенциометра

 

В системах автоматического  контроля и регулирования различных  параметров технологических процессов находят широкое применение в качестве вторичных приборов автоматические потенциометры и мосты. Мы рассматриваем схему автоматического потенциометра (рисунок 31), данные для расчета занесены таблицу 3. В этой схеме в качестве первичного измерительного преобразователя используется термопара, так как диапазон изменения температуры составляет 0–700º С, то наиболее целесообразно использовать термопару типа ТХА (-200÷1300º С).

 

Рисунок 31 – принципиальная измерительная схема автоматического потенциометра

 

 

Таблица 3 – исходные данные для  расчета измерительной схемы

шкала прибора	0−700º С
градуировка термоэлектрического  термометра	ТХА
Расчётное значение температуры свободных концов термометра	t0=200 C
Возможное значение температуры  свободных концов термометра	t0=500 C
начальное значение шкалы	E(tH, t0)=-0,798 мВ
Конечное значение шкалы	Е(tK, t0)=28,33 мВ
Диапазон измерений	Ед=29,128 мВ
Нормированное номинальное сопротивление реохорда	RH.P= 90 Ом
нерабочие участки реохорда	(l=0.025), 2×l=0.05
Нормированное номинальное  значение падения напряжения на резисторе  RK	UK=1019 мВ
Выходное напряжение ИПС – 148 П	UИП=5 В
Номинальное значение силы тока в цепи ИПС – 148 П	I0=5 мА
Сопротивление нагрузки ИПС – 148 П	RИ.П=1000 Ом
Номинальное значение силы тока в верхней ветви измерительной  схемы прибора	I1=3 мА
Номинальное значение силы тока в нижней ветви измерительной  схемы прибора	I2=2 мА
Температурный коэффициент электрического сопротивления меди	a=4.25×10-3 0С

Порядок расчёта

 

Определим R_n:

 

Ом;

 

Определим приведенное  сопротивление реохорда R_пр:

Ом.

Произведём проверку правильности определения R_пр:

 

мВ.

 

Вычислим R_k:

 

Ом;

 

Принимаем сопротивление  контрольного резистора R_k=(509.5±0,2) Ом.

Определим R_б:

 

 Ом;

Принимаем сопротивление  резистора R_б=(330±0,5) Ом.

Найдём сопротивление  медного резистора R_M:

 

Ом;

 

Принимаем значение медного  резистора R_M=(5.33±0.01) Ом.

Вычислим сопротивление  резистора R_H:

 

Ом

 

Определим значение R_bd:

 

Ом

 

Определим R₁:

 

 Ом;

 

Принимаем R₁=800 Ом, Ом и Ом.

Определим изменение  показаний потенциометра для  конечного значения шкалы при  изменении температуры свободных  концов термометра от t₀=20⁰ C до t₀^¢=50⁰ C:

 

 

5. Описание работы принципиальной схемы автоматической системы контроля давления природного газа

 

АСК давления природного газа состоит из первичного измерительного прибора, которым является бесшкальный манометр с одновитковой трубчатой пружиной с дифференциально-трансформаторным датчиком (типа МЭД-22364, верхний предел измерения 1.6 МПа), схема которого приведена на рисунке 32, и приемника информации, в качестве которого используется вторичный прибор типа КСД дифференциально-трансформаторного типа.

 

Рисунок 32 – схема бесшкального прибора с дифференциально-трансформаторным датчиком: 1 – трубчатая пружина; 2 – плунжер; 3-обмотка преобразователя

 

Под действием разности давления внутри и снаружи трубчатой  пружины 1, в слоях материала возникают  растягивающие и сжимающие силы, деформируется поперечное сечение, в результате чего перемещается свободный конец и плунжер дифференциально-трансформаторного датчика 2.

Перемещение плунжера изменяет взаимную индуктивность между обмотками  преобразователя 3, а вместе с тем и напряжение (Э.Д.С.) на выходе прибора. Выходной сигнал манометра с одновитковой трубчатой пружиной пропорционален измеряемой разности давлений.

Вторичный прибор КСД  работает в комплекте с манометром с одновитковой трубчатой пружиной. В качестве компенсирующего элемента в приборе используется дифтрансформаторная катушка с перемещающимся в ней сердечником. Перемещение плунжера преобразователя первичного прибора, которое осуществляется чувствительным элементом, зависит от величины измеряемого параметра. В прибор КСД встроен аналогичный дифтрансформаторный преобразователь, сердечник в его катушке перемещается с помощью профилированного лекала, поворот которого осуществляется реверсивным двигателем.

Первичные обмотки компенсирующего  и передающего ДТ-преобразовательных элементов включены последовательно и питаются напряжением переменного тока промышленной частоты от специальной обмотки силового трансформатора усилителя.

Вторичные обмотки ДТ-преобразовательных элементов включены по компенсационной схеме, в которой на вход усилителя поступает сигнал ΔU = U_вых1 - U_вых2, где U_вых1, U_вых2 – выходные сигналы передающего и компенсирующего ДТ-преобразовательных элементов.

При нулевом значении преобразуемого параметра сердечники манометра и КСД находятся в средних положениях, в которых U_вых1 = U_вых2. При этом на вход усилителя поступает сигнал ΔU = 0, обеспечивающий нахождение указателя на начальной отметке шкалы. Отклонение параметра от нулевого значения вызывает деформацию чувствительного элемента, сопровождаемую перемещением сердечника из среднего положения.

На выходе передающего ДТ-преобразователя формируется сигнал U_вых1, отличный от нуля. Этот сигнал усиливается до значения, достаточного для приведения в движение ротора двигателя. Ротор поворачивает лекало и перемещает сердечник компенсирующего ДТ-преобразовательного элемента. Движение ротора происходит до тех пор, пока сердечник не займет такое положение, при котором U_вых2 = U_вых1. В тот момент сигнал ΔU = 0 и движение ротора прекращается. О значении измеряемого параметра судят по положению указателя, кинематически связанного с ротором реверсивного двигателя, на шкале. Для контроля исправности измерительного прибора используется кнопка, при нажатии которой закорачиваются выходы передающего ДТ-преобразовательного элемента, и на вход усилителя поступает сигнал только с компенсирующего ДТ-преобразовательного элемента. Если прибор исправен, то указатель должен переместиться на контрольную отметку шкалы.

Основная допустимая погрешность прибора в комплекте  со вторичным прибором КСД составляет ±2,5% от верхнего предела измерения (в том числе погрешность самого вторичного прибора не более ±1%).

 

 

 

Заключение

 

В настоящем курсовом проекте  кратко описана сущность процессов  доменной печи, приведена структурная  схема объекта управления, показана взаимосвязь между входными и  выходными переменными, указаны основные контролируемые параметры.

Также приведена классификация методов контроля давления, кратко изложена их сущность, достоинства и недостатки, а также область применения.

Рассчитана измерительная  схема автоматического потенциометра.

Графическая часть проекта представляет собой чертеж формата А2, на котором изображена принципиальная схема системы автоматического контроля давления природного газа, а также приведено описание работы схемы.

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Автоматизация управления металлургическими процессами. Каганов В.Ю., Блинов О.М., Беленький А.М. М., «Металлургия», 1974. 416 с.
2. Титовский А.В., Дружинина А.А. Технические измерения и приборы. Термометры. Маномаетры. Расходомеры. Уровнемеры: Учеб. Пособие / Гос. Образоват. Учреждение «ГАЦМиЗ». – Красноярск, 2003. – 116 с.
3. Технологические измереня и приборы для химических производств. Кулаков М.В. М., «Машиностроение», 1983. 496 с.

2