Автор работы: Пользователь скрыл имя, 20 Ноября 2014 в 13:54, реферат
Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.
Выходные сигналы:
беспроводной HART-протокол
Основная приведенная погрешность:
Основная относительная погрешность ±0,04 % (вариант Ultra for Flow)
Диапазон перенастройки пределов измерений 200:1, 100:1
Наличие взрывозащитного исполнения
Межповерочный интервал - 4 года
Датчики давления серии Метран-22-АС-1 предназначены для непрерывного преобразования значения измеряемого параметра (абсолютного, избыточного давления, разрежения, давления-разрежения, разности давлений) в унифицированный токовый сигнал в системах автоматического управления, контроля и регулирования технологических процессов на объектах атомной энергетики.
Датчики соответствуют требованиям ТУ 4212-011-12580824-98, приложение А, ГОСТ 22520, ГОСТ 12997, ОТТ 08042462, НП-001-97, специальным условиям поставки оборудования, приборов, материалов и изделий для объектов атомной энергетики.
Межповерочный интервал - 3 года. Гарантийный срок со дня ввода в эксплуатацию - 3 года. Средний срок службы не менее 15 лет. Средняя наработка на отказ - 270 000 ч.
Датчики температуры Для обеспечения безиндуктивности обычно выполняется бифилярная намотка -- намотка вдвое сложенным проводом. Поверхность намотки покрывается слоем лака. К концам проволоки припаиваются медные выводы диаметром 1... 1,5 мм. ЧЭ помещается в металлическую защитную оболочку, засыпанную изолирующим порошком и герметизированную. Чувствительные элементы могут быть бескаркасными (рис. 5.3, б). Они изготавливаются из медной проволоки диаметром 0,08 мм безиндуктивной намоткой. Отдельные слои скреплены лаком, а затем весь ЧЭ обернут фторопластовой пленкой. ЧЭ помещается в тонкостенную металлическую оболочку, которая засыпается изолирующим порошком и герметизируется.
Недостатком меди, как материала для ТС, является также малое удельное сопротивление, так как для изготовления ЧЭ при этом требуется много проволоки, что увеличивает размеры ЧЭ и ухудшает динамические свойства ТС.
По ГОСТ Р50353-92 медные термопреобразователи сопротивления (сокращенное обозначение ТСМ) должны иметь номинальное сопротивление при 0 °С, равное 10, 50, 100 Ом, при этом номинальные (т.е. идеальные) статические характеристики преобразования (НСХ) условно обозначаются ЮМ, 50М, 100М (таким образом, в обозначении НСХ цифра -- это сопротивление ТС при 0 °С в омах, буква -- обозначение материала -- медь). Для всех разновидностей ТСМ аналитическое выражение НСХ одинаково:
R. = i?0(l + « ' 0,причем коэффициент а = 0,00428 (1/°С) одинаков для всех ТСМ (по стандартам МЭК он может быть равным 0,00426 1/°С). Различие НСХ только в значении R0. Медные ТС обычно выпускаются с классами допуска В и С. Предельные значения отклонений приведены в табл. 5.1
В общем виде чувствительность для термопреобразователя сопротивления определяется выражением
S = ARt/At,
при At стремящемся к нулю
S = &Rtfdt,
где d -- символ производной.
По табл. 5.1 погрешность ТС выражается в градусах (At). Она может быть выражена в единицах сопротивления AR, связанных с At (в градусах) через коэффициент преобразования:
AR = At * S.
Арматура ТС бывает двух исполнений: с головкой и без нее. В головке ТС имеются контакты, к которым подсоединяются выводные проводники от ЧЭ и сальниковый ввод для линии связи со вторичным устройством. Внутреннее устройство ТС с головкой представлено на рис. 5.4.
Выводные (от ЧЭ) проводники пропускаются через каналы керамического изолятора, все свободное пространство внутри арматуры засыпается керамическим порошком." В верхней части арматура герметизируется. В головке располагается сборка зажимов, к которой подсоединяются выводные проводники чувствительного элемента и провода внешней линии.
Одна из схем пирометра спектрального отношения представлена . ас. 9.6. Излучение от измеряемого тела 1 поступает в объектив 2 пирометра и затем на фильтр из фосфида индия 3, на котором световой поток частично отражается и через зеркало 4 направляется на кремневый фотоэлемент 5. Под влиянием света на фотоэлементе возникает фотоЭДС Ux. Другая часть светового потока частично пропускается фильтром 3, отражается от внутренней плоскости и через зеркало 6 направляется на фотоэлемент 7, на котором возникает фото ЭДС Ux . Эффективная длина волны отраженного фильтром 3 излучения составляет = 0,888 мкм, а длина волны излучения, прошедшего через фильтр 3, 1,034 мкм. Выходное напряжение U-K фотоэлемента 7 уравновешивается частью выходного напряжения фотоэлемента 5 на реохорде 8 компенсатора напряжений. Положение движка реохорда 8 пропорционально отношению Ux^/U} , т.е. пропорционально отношению спектральных энергетических яркостей Вох т /Вох т , определяемое цветовой температурой Гц измеряемого тела. Если , Ux не уравновешено на реохорде 8, то на вход усилителя 9 поступает сигнал, вращающий реверсивный двигатель 10, перемещающий движок реохорда 8 до наступления уравновешивания. В цепь фотоэлемента 7 дополнительно подается опорное напряжение к резистору 11 от стабилизатора На рис. 9.7 представлена упрощенная блок-схема пирометра «Cm -с тропир», являющегося наиболее совершенным. В качестве приемников излучения используются германиевые и кремневые фотодиоды 1 и 2. Разделение поступающего от объекта потока излучения осуществляется светоделительным фильтром 3. Каждый из фотодиодов включен в свой измерительный канал с предварительными усилителями 4 и 5. Сигналы с обоих усилителей поступают в устройство преобразования УП, в котором производится вычисление отношения сигналов от фотодиодов. В УП размещены также блоки унифицированных сигналов (токовых или напряжения).
Метран-2700 - микропроцессорные термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом 4-20 или 20-4 мА предназначены для измерения температуры различных сред в газовой, нефтяной, угольной, энергетической, металлургической, химической, нефтехимической, машиностроительной, металлообрабатывающей, приборостроительной, пищевой, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности, а также в сфере ЖКХ и энергосбережения.
Отличительные особенности:
Вид взрывозащиты:
Межповерочный интервал:
Инфракрасные датчики температуры или пирометры измеряют температуру поверхности на расстоянии. Принцип из работы основан на том, что любое тело при температуре выше абсолютного нуля излучает электромагнитную энергию. При низких температурах это излучение в инфракрасном диапазоне, при высоких температурах часть энергии излучается уже в видимой части спектра. Интенсивность излучения напрямую связана с температурой нагретого объекта. Диапазон измерений температур бесконтактными датчиками от -45 С до +3000 С. Причем в диапазоне высоких температур инфракрасным датчикам нет конкуренции. Для измерения в различных диапазонах температур используются различные участки инфракрасного спектра. Так при низких температурах это обычно диапазон длин волн электромагнитного излучения 7 - 14 микрон. В диапазоне средних температур это может быть 3 - 5 микрон. При высоких температурах используется участок о районе 1 микрон. Однако и здесь есть свои особенности, связанные с решением конкретной задачи. Так для измерения температуры тонких полимерных пленок используются датчики, работающих на длинах волн 3,43 или 7,9 микрометров, а для измерения температуры стекла используют датчики, работающие в диапазоне 5 микрон. Для правильного измерения температуры необходимо еще ряд факторов. Прежде всего это излучательная способность. Она связана с коэффициентом отражения простой формулой: E = 1 - R, где Е - излучательная способность, R - коэффициент отражения. У абсолютно черного теля излучательная способность равна 1. У большинства органических материалов, таких как дерево, пластик, бумага, излучательная способность находится в диапазоне 0,8 - 0,95. Металлы, особенно полированные напротив имеют низкую излучательную способность, которая в этом случае будет 0,1 - 0,2. Для правильного измерения температуры необходимо определить и установить излучательую способность измеряемого объекта. Если значения будут выбраны неправильно, то температура будет измеряться неверно. Обычно показания занижаются. Так, если металл имеет излучательную способность 0,2, а на датчике установлен коэффициент 0,95 (он обычно используется по умолчанию), то при наведении на нагретый до 100 С металлический объект датчик будет показывать температуру около 25 С. Корректировать излучательную способность можно определив ее для различных материалов по справочнику, либо измеряя температуру поверхности альтернативным способом, например термопарой, вносить необходимые поправки. Хорошие результаты при не очень высоких температурах дает окраска специальной термостойкой, черной краской измеряемой поверхности. Второй важной характеристикой инфракрасного датчика является оптическое отношение - это отношение расстояния до объекта измерений к размеру области с которой эти измерения ведутся. Например оптическое отношение 10:1 означает, что на расстоянии 10 метров размер площади, с которой ведется измерение температуры составляет 1 метр. Современные инфракрасные датчики температуры имеют оптическое отношение достигающие 300:1. Основные достоинства инфракрасных датчиков температуры: малое время отклика. Это самые быстродействующие датчики температуры. Возможность измерения температуры движущихся объектов. Измерения температуры в труднодоступных и опасных местах. Измерение высоких температур, там, где другие датчики уже не работают. К достоинствам можно отнести то, что отсутствует непосредственный контакт с объектом и соответственно не происходит его загрязнения. Это может быть важно в полупроводниковой промышленности или фармацевтике.
Датчики расхода
Электромагнитные расходомеры
Принцип действия электромагнитных раеходомеров основан на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости. Серийные электромагнитные расходомеры предназначены для измерения расхода жидкостей с электропроводностью не менее 10~3 См/м (соответствует электропроводности водопроводной воды). Имеются специальные расходомеры, позволяющие измерять расход жидкостей с электропроводностью до 10~5См/м. В настоящее время электромагнитные расходомеры это самые распространенные приборы для измерения расхода воды в трубопроводах диаметром менее 250 мм. Что объясняется их следующими положительными чертами:
в динамический диапазон достигает 100 и более;
® они не имеют частей, выступающих внутрь трубы, и, таким образом, не создают потери давления;
» электромагнитные расходомеры применяются на трубопроводах диаметром от 2 до 4000 мм;
в электромагнитные расходомеры могут быть использованы в ряде случаев, когда применение расходомеров других типов затруднено или невозможно вовсе: при измерении расхода агрессивных, абразивных и вязких жидкостей, пульп, жидких металлов.
К числу недостатков электромагнитных расходомеров следует отнести требования к минимальному значению электропроводности измеряемой среды, что сужает круг использования таких расходомеров. Другой недостаток расходомеров -- низкий уровень информативного сигнала (мкВ) и необходимость тщательной защиты преобразователя и линий связи от внешних помех.
Отечественными и зарубежными фирмами выпускается широкий спектр микропроцессорных электромагнитных расходомеров: МР400 (ф. «Взлет»), ИПРЭ-1 (Арзамасский приборостроит. з-д), РМ-5 (ф. «ТБН»), РОСТ13, ТРЭМ-ПР (з-д «Молния»), ВИС. Т (ф. «Тепловизор»), РСМ-05 (ф. «ТЭМ-прибор»), VA 2305 (ф. Aswega),
Magne W 3000 PLUS (ф. Honeywell), IMT96 (ф. Foxboro), ADMAD (ф. Yokogawa), SITRANS FM (ф. Siemens) и др. Эти приборы помимо
цифровых показаний и токового выходного сигнала могут иметь импульсный выход, интерфейсы RS-232, RS-485, а в ряде случаев HART-, BRAIN- и Prafibus-протоколы.
Принципиальная схема первичного преобразователя электромагнитного расходомера показана на рис. 13.6, а. Рабочий участок трубы преобразователя 2, изготовленный из немагнитного материала и покрытый изнутри электрической изоляцией 2 (резиной, эмалью, фторопластом и т.п.), расположен между полюсами электромагнита. Через стенку трубы изолированно от нее по диаметру введены электроды 3, находящиеся в электрическом контакте с жидкостью. Силовые линии магнитного поля направлены перпендикулярно плоскости, проходящей через ось трубы и линию электродов.
В соответствии с законом электромагнитной индукции при осе- симметричном профиле скоростей в жидкости между электродами будет наводиться ЭДС
Е = BDu,
где В -- индукция магнитного поля; и -- средняя скорость жидкости; D -- длина жидкостного проводника, равная диаметру трубы.
Учитывая, что и = 4G0/(tlD2), получаем:
Е = 4BG0/(nD), где Gq -- объемный расход.
Отсюда следует, что Е прямо пропорциональна объемному расходу. Измерение наведенной ЭДС осуществляется измерительным
Ультрозвуковые расходомеры
Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении зависящего от расхода того или иного акустического эффекта, возникающего при прохождении ультразвуковых колебаний через контролируемый поток жидкости или газа.
В последнее время используются две разновидности ультразвуковых расходомеров: расходомеры, основанные на перемещении ультразвуковых колебаний движущейся средой и доплеровский. Наибольшее распространение получила первая группа приборов-. В таких расходомерах ультразвуковые колебания, создаваемые пьезоэлементами, направляются по потоку жидкости и против него. Разность времен прохождения Ах ультразвуковыми импульсами расстояния между излучателем и приемником по потоку и против потока пропорциональна скорости потока, т.е. скорость ультразвука относительно стенок трубы зависит от скорости потока.
Основные трудности использования ультразвукового метода связаны с тем, что скорость ультразвука в среде зависит от физико- химических свойств последней: температуры, давления, и она значительно больше скорости среды, так что действительная скорость ультразвука в движущейся среде мало отличается от скорости в неподвижной среде. Разность времен прохождения Ат равна 10-6... 10-7 с даже при скоростях потока 10... 15 м/с, причем измерять Ах нужно с погрешностью 10~8...10~9 с. Эти обстоятельства обусловливают необходимость применения сложных электронных. схем в сочетании с микропроцессорной техникой, обеспечивающих компенсацию влияния перечисленных факторов.
Ультразвуковые расходомеры в последние годы получают все более широкое распространение благодаря следующим положительным чертам:
* значительному динамическому диапазону, достигающему 25--30;
» высокой точности измерения, составляющей ±(1;2) %: