Файл: Методические указания к выполнению комплекса виртуальных лабораторных работ СанктПетербург 2015.docx

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

«Измерительные преобразователи Сапфир-22 ДИ»
Цель лабораторной работы.

Изучение принципа действия и устройства преобразователей Сапфир – 22 ДИ. Проведение поверки преобразователя.

Назначение измерительного преобразователя Сапфир – 22 ДИ.

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 со 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.

Наименование преобразователя, модель, пределы измерений, пределы допускаемой основной погрешности преобразователей Сапфир – 22 ДИ, указаны в табл.8. 

Таблица 8 – Характеристики измерительных преобразователей избыточного давления

Наименование преобразователя	Модель	Верхний предел измерений, МПа (кгс/см2)	Предел допускаемой основной                погрешности, ± γ %
Преобразователь измерительный избыточного давления	2150	0,4 (4,0) 0,6 (6,0) 1,0 (10) 1,6 (16) 2,5 (25)	0,25; 0,5
	2160	4,0 (40) 6,0 (60) 10,0 (100) 16 (160)	0,25; 0,5
	2170	25 (250) 40 (400) 60 (600) 100 (1000)	0,25; 0,5

---

Каждый преобразователь имеет корректор «нуля», позволяющий устанавливать значение выходного сигнала, соответствующее нижнему предельному значению измеряемого параметра и корректор диапазона, позволяющий устанавливать верхнее предельное значение и может быть перенастроен на любой верхний предел измерений, указанный для данной модели.

Зависимость между выходным сигналом и измеряемым параметром для преобразователей с возрастающей характеристикой выходного сигнала 4-20 мА определяется по формуле:

I_p = ( Р / Р_max ) * (I_max - I_o) - I_o, (18)

где  I_p - расчетное значение выходного сигнала, соответствующее измеряемому параметру Р, мА;

Р – значение измеряемого параметра МПа или кгс/см²;

Р_max – верхний предел измерений, МПа или кгс/см²;

I_max – верхнее предельное значение выходного сигнала, мА;

I_o – нижнее предельное значение выходного сигнала, мА.

Расчетные значения выходного сигнала (U_p), выраженные в напряжении постоянного тока определяют по формуле:

U_p = I_p - R_об (19)

  где R_об – значение образцового сопротивления, Ом.
Устройство и работа измерительных преобразователей

 Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного устройства.

Измеряемое давление воздействует на мембрану тензопреобразователя измерительного блока, вызывает линейную деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя.

Электронное устройство датчика преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами («кремний на сапфире»), прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.

Схема преобразователей Сапфир – 22 ДИ моделей 2150, 2160, 2170 представлена на рисунке 24.



Рис. 24 – Схема преобразователей Сапфир –22 ДИ моделей 2150, 2160, 2170

Мембранный тензопреобразователь 1 размещен внутри основания 2. Внутренняя полость 3 тензопреобразователя заполнена кремнийорганической жидкостью и отделена от измеряемой среды металлической гофрированной мембраной 4, которая приварена к основанию 2 по наружному контуру. В камеру 5 фланца 6 подается измеряемое давление. Фланец уплотнен прокладкой 7. Полость 8 сообщена с окружающей средой. Измеряемое давление воздействует на металлическую мембрану 4 и через жидкость действует на мембрану тензопреобразователя. В результате мембрана тензопреобразователя прогибается, что вызывает изменение сопротивления тензорезисторов.

---

Стартовое положение

Стартовое положение прибора в данной лабораторной работе представлено на рисунке 25.



Рис. 25 - Внешний вид установки для испытания преобразователя Сапфир-22.
Порядок действий

1. 
   Откройте вентили перед манометрами.
   
2. 
   Включите прибор.
   
3. 
   С помощью маховика, расположенного с правой стороны прибора, установите стрелку образцового манометра на отметку 5 Па.
   
4. 
   Зафиксируйте в блокноте показания испытуемого манометра при прямом ходе и показания "Сапфир". Показания преобразователя будут выражены в десятых долях от номинального давления.
   
5. 
   Установите большее значение давления, вращая маховик расположенный с правой стороны прибора, а затем вновь установите выбранное давление (5 Па) на эталонном манометре с помощью маховика. Зафиксируйте в блокноте показания испытуемого манометра при обратном ходе.
   
6. 
   Повторите эксперимент для нескольких значений давления. Результаты измерение занесите в отчет.
   

Значения сопротивления для выполнения лабораторной работы:

1 группа – 4 Па; 11Па; 16Па; 19Па; 25Па.

2 группа – 8 Па; 13Па; 19Па; 24Па; 27Па.

3 группа – 9 Па; 14Па; 18Па; 21Па; 29Па.

4 группа – 6 Па; 10Па; 15Па; 20Па; 26Па.

5 группа – 7 Па; 12Па; 17Па; 22Па; 28Па.

7. 
   Результаты измерение занесите в отчет.
   

Отчет по лабораторной работе должен содержать следующее:

1. Описание принципа действия, устройство преобразователей Сапфир – 22 ДИ, техническую характеристику;

2. Схему включения приборов для проведения поверки преобразователя;

3. Определение основной и дополнительной погрешности;

4. Протокол поверки;

5. Выводы о пригодности поверяемого преобразователя к дальнейшей эксплуатации.

---

Таблица 9 - Протокол поверки манометра с использоанием преобразователя «Сапфир»

№ п/п

Значения выходного сигнала на преобразователе «Сапфир»

Значение измеряемого давления на преобразователе «Сапфир», МПа

Действительные значения давления, МПа

Погрешности

Вариация

Прямой ход

Обратный ход

Прямой ход

Обратный ход

Δ

δ

γ

Δ

δ

γ

1

2

3

4

5

Контрольные вопросы

1.       Назначение, устройство и работа тензометрических преобразователей давления.

2.       Виды преобразователей давления.

3.       Схема включения преобразователя для поверки датчиков.

4.       Погрешности тензометрических преобразователей.

5.       Порядок выполнения поверки тензометрических преобразователей.

---

Лабораторная работа № 7

«Изучение приборов для измерения уровня»

Цель лабораторной работы

Изучение принципа действия и функциональной схемы ёмкостного уровнемера, конструкции датчиков, определение погрешности измерений.

Измерение уровня жидкости

Целью измерения уровня жидкостей и сыпучих тел является определение количества вещества в ёмкости и контроль за положением уровня в производственном аппарате при осуществлении технологического процесса. По характеру работы уровнемеры могут быть непрерывного и прерывистого (релейного) действия. Релейные уровнемеры срабатывают при достижении определённого уровня; они используются для сигнализации и поэтому называются сигнализаторами уровня.

Наиболее распространёнными приборами для измерения уровня жидкости являются указательные стёкла, поплавковые, гидростатические, электрические, изотопные и ультразвуковые уровнемеры.

В электрических уровнемерах положение уровня жидкости преобразуется в какой-либо электрический сигнал. Из электрических уровнемеров наибольшее распространение получили ёмкостные и оптические. В ёмкостных уровнемерах используются диэлектрические свойства контролируемых сред; в омических – свойство контролируемой среды проводить электрический ток.

При изменении высоты уровня агрессивных жидкостей, а также электропроводных жидкостей обкладки преобразователя выполняются из химически стойких сплавов и каждую из обкладок покрывают тонкими плёнками, обладающими высокими изолирующими свойствами.

Определение погрешностей при измерении уровня

В процессе проведения лабораторной работы определяются следующие виды погрешностей:

Абсолютная – разность между показаниями прибора и действительным значением измеряемого уровня:

∆ = h_изм – h_дейст (20)

Относительная – разность между показаниями прибора и действительным значением измеряемого уровня в процентах от действительного значения измеряемого уровня:

Δ = (∆ / h_дейст) * 100% (21)

Приведённая – абсолютная погрешность в процентах от разности между верхним и нижним пределами шкалы данного прибора:

---