Расчет метрологических характеристик измерительных каналов необходим для обоснования выбора средств измерения, составляющих измерительный канал. Так как при проектировании не известны условия эксплуатации, а также подробные характеристики средств измерения, то ориентировочный расчет характеристик измерительных каналов ведется с рядом допущений.

1. Средства измерения, входящие в состав измерительных каналов, являются линейными или линеаризуемыми средствами, так как, как правило, при контроле и управлении технологическими параметрами, измерение осуществляется в незначительном диапазоне изменения физической величины, т.е. это допущение реализуется.

2. Погрешности средства измерения и результат расчета погрешности измерительных каналов представляют величины второго порядка малости по сравнению с параметрами, соответствующими номинальным характеристикам преобразования средств измерения измерительных каналов.

3. Погрешности измерительных каналов независимы друг от друга, т.е. коэффициент: их корреляции можно считать близким по значению от р=0-0,7; т.е. р=0

4. Оценка пределов дополнительных погрешностей назначается по ГОСТ 8.401-80 для всех средств измерений измерительных каналов. Сопротивления некоторых элементов канала согласованы между собой. Взаимное влияние измерительных каналов между собой не учитывается.

Так как сделанные допущения не всегда справедливы, то конкретные погрешности измерительных каналов в реальных условиях эксплуатации определяются практикой, а именно в период опытно-промышленной эксплуатации каналов после их монтажа и наладки, проводятся поверки или калибровки измерительных каналов, а затем его метрологическая аттестация.

Структура измерительного канала

Вычисление результирующей погрешности измерительного канала.

1. Датчик

Основная приведенная погрешность составляет

приведенная погрешность, вызванная изменением напряжения питания;

/10°С приведенная погрешность из-за изменения температуры окр. ср.; Тср=23°С

приведенная погрешность, вызванная изменением сопротивления нагрузки.

Находим реальную погрешность датчика:

) =0,9%

При х=Хк

2. ДЛС

Погрешность передачи измерительных каналов по линии связи принимаемая равной допускаемой относительной погрешности.

При х=Хк

3. Контроллер

Класс точности 0,1/0,2, т.е. значение допускаемой относительной погрешности составляет для с=0,1% и для d=0,2%.

Все погрешности элементов измерительного канала выражается в единой приведенной форме:

При х=Хк

4. Вычислим результирующую погрешность измерительного канала

Погрешности составляющих элементов ИК, имеющие независимые характеристики:

При х=Хк

=0,9%

Погрешности составляющих элементов ИК с основными элементами

5. Суммарная погрешность канала в реальных условиях эксплуатации находится в диапазоне:

При х=Хк

<<

0,9<<1,1

3. Деформационные манометры

Большинство показывающих, самопишущих и сигнализирующих манометров с трубчатой пружиной являются устройствами прямого преобразования, в которых давление последовательно преобразуется в перемещение чувствительного элемента и связанного с ним механически показывающего, регистрирующего или контактного устройства.

Рис.2. Пружинный показывающий механический манометр

1 - одновитковая трубчатая пружина; 2 - держатель; 3 - пробка; 4 - поводок; 5 - зубчатый сектор; 6 - шестерня; 7 - стрелка

Схема показывающего пружинного манометра представлена на рис.2. Одновитковая трубчатая пружина 1 с одного конца приварена к держателю 2, прикрепленному к корпусу манометра. Нижняя часть держателя заканчивается шестигранной головкой и штуцером, с помощью которого к манометру подсоединяется трубка, подводящая давление. Свободный конец пружины 1 припаян к пробке 3, шарнир - но соединенной с поводком 4.

При перемещении свободного конца пружины поводок поворачивает зубчатый сектор 5 относительно оси О, вызывая поворот шестерни (трибки) 6 и сидящей на одной оси с ней показывающей стрелки 7. Пружина, не приведенная на рисунке, обеспечивает поджатое зубцов трибки к зубцам сектора, убирая люфт. Статическая характеристика манометра может подстраиваться за счет изменения точки закрепления поводка 4 в прорези сектора 5 и смещения положения стрелки, устраняя мультипликативную и аддитивную погрешности. На рис.2 показано радиальное размещение штуцера. Манометры также изготавливаются с его осевым размещением.

Пружинные показывающие манометры выпускаются с верхним пределом измерения от 0,1 МПа (1 кгс/см2) до 103 МПа (104 кгс/см2) в соответствии со стандартным рядом. Пружинные вакуумметры имеют диапазон измерения - 0,1.0 МПа, а мановакуумметры при нижнем пределе измерения - 0,1 МПа имеют верхний предел измерения по избыточному давлению от 0,1 до 2,4 МПа. Образцовые показывающие пружинные манометры имеют класс точности 0,15; 0,25 и 0,4; рабочие 1,5; 2,5; 4, рабочие повышенной точности 0,6 и 1.

Для сигнализации предельных отклонений давления в цепях защиты и позиционного регулирования широко применяютсяэлектроконтактные манометры. Схема манометра типа ЭКМ представлена на рис.3. В показывающий манометр дополнительно введены две стрелки 2, 3, к которым упругими токоподводами поджаты электрические контакты 4.

Рис.3. Электроконтактный манометр:

1 - показывающая стрелка; 2, 3 - стрелки; 4 - электрические контакты; 5 - поводок; 6 - электрический контакт

Стрелки 2,3 с помощью торцевого ключа и поводка 5 устанавливаются против значений сигнализируемого давления. Показывающая стрелка 1 также снабжена электрическим контактом 6. Если давление находится в пределах рабочего диапазона, то электрические цепи сигнализации разомкнуты. При достижении показывающей стрелкой любой из контактных замыкается электрическая цепь, вызывая срабатывание сигнализации. Электрические контакты остаются замкнутыми при нахождении показывающей стрелки за пределами рабочего диапазона давления, поскольку стрелки 2, 3 ограничивают смещение контактов внутрь рабочего диапазона, а вне его контакты увлекаются показывающей стрелкой 1. Класс манометров и вакуумметров 1, 5; пределы измерения соответствуют стандартному ряду.

Для целей сигнализации и позиционного регулирования используются реле давления типа РД, которые не имеют показывающей шкалы и имеют верхние пределы измерения в диапазоне 12 - 1600 кПа. Их настройка на верхний или нижний предел срабатывания производится по показаниям контрольного манометра. Разрывная мощность контактов при активной нагрузке составляет 10 Вт (ф. "Метран").

Промышленностью выпускаются механические показывающие и самопишущие манометры (МТП, МТС), вакуумметры (ВТП, ВТС) и мановакуумметры (МВТП, МВТС) с одновитковой трубчатой пружиной. Самопишущие приборы имеют дисковую диаграмму, совершающую один оборот за 8, 12 или 24 ч, ее вращение осуществляется электрическим двигателем или часовым механизмом, имеющим 8-суточный завод. Класс точности манометров 1; 1,5; 2,5.

Сильфонные чувствительные элементы используются в механических показывающих и самопишущих дифманометрах типа ДСП и ДСС. Схема их чувствительного элемента, представляющего сильфонный блок, дана на рис.4, а, на рис.4, б приведен внешний вид дифманометра с вентильным блоком. Под действием разности давлений рабочий сильфон 1, расположенный в плюсовой камере дифманометра, сжимается и кремнийорганическая жидкость 2, заполняющая внутреннюю полость сильфона 1, частично вытесняется во внутреннюю полость сильфона 3, находящегося в минусовой камере дифманометра. При этом перемещается шток 4, жестко соединенный с дном сильфона 3. Работающие на растяжение пружины 5 одним концом прикреплены к неподвижному стакану 6, а другим - к концу штока 4. Со штоком 4 соединен конец рычага 7, который с помощью торсиона 8, отделяющего внутреннюю полость дифманометра от атмосферы, поворачивает ось 9, связанную с записывающим или показывающим устройством. Резиновые кольца 10 служат для ограничения хода штока 4 при односторонних перегрузках.

Рис.4. Сильфонныйдифманометр типа ДС:

а - схема сильфонного блока; б - внешний вид; 1 - рабочий сильфон; 2 - кремний органическая жидкость; 3 - внутренняя полость сильфона; 4 - шток; 5 - пружины; 6 - неподвижный стакан; 7 - рычаг; 8 - тореной; 9 - ось; 10 - резиновые кольца; 11 - гофры; 12, 13 - вентили запорные и уравнительный

Первые три гофра 11 представляют собой термокомпенсатор, воспринимающий изменение внутреннего объема жидкости 2 при изменении температуры прибора. Дифманометры снабжаются вентильным блоком, включающим запорные вентили 12 и уравнительный 13. Подключение к объекту измерения дифманометра с открытым уравнительным вентилем позволяет исключить воздействие одностороннего рабочего давления на чувствительный элемент. При закрытых вентилях 12 и открытом 13 указатель дифманометрадол-жен находиться на начальной отметке, что используется при проверке его работоспособности и настройке.

Дифманометры ДС могут иметь сигнализирующее устройство и пневматические преобразователи. Привод диаграммной бумаги при регистрации показаний, как и в манометрах МТС, производится синхронным двигателем или часовым механизмом. Дифманометры имеют верхний предел измерения от 6,3 кПа до 0,16 МПа при рабочем давлении 16 и 32 МПа, класс точности 1; 1,5. Дифманометры - расходомеры, работающие с сужающими устройствами, могут иметь манометрическую часть, производящую регистрацию статического давления до 32 МПа, и интегратор для суммирования расхода.

Мембранные упругие чувствительные элементы, чаще в виде мембранных коробок, используются в приборах для измерения напора и разрежения. Схема профильного напоромера типа НМП и его внешний вид представлены на рис.5.

Рис.5. Схема и внешний вид профильного мембранного напоромера НМП:

1 - штуцер; 2 - мембранная коробка; 3 - система рычагов и тяг; 4 - ось; 5 - показывающая стрелка; 6 - профильная шкала; 7 - корректор

Измеряемое давление через штуцер 1 на задней стенке прибора подается во внутреннюю полость мембранной коробки 2. С помощью системы рычагов и тяг 3, изображенных на схеме упрощенно, перемещение центра мембранной коробки преобразуется в пропорциональный угол поворота оси 4, на которую насажена показывающая стрелка 5, перемещающаяся вдоль профильной шкалы б. Для настройки начального положения показывающей стрелки используется корректор 7, находящийся на лицевой панели. Эти приборы выпускаются так же, как тягомеры и тягонапоромеры. Диапазон измерения приборов достигает 25 кПа в соответствии со стандартным рядом при классе точности 1,5; 2,5.

С использованием мембранных чувствительных элементов выпускаются реле (сигнализаторы) напора и тяги типа РД, которые работают в диапазоне от - 12 до 12 кПа.

Деформационные манометры характеризуются наличием того или иного упругого элемента (пружины), который подвергается действию измеряемого давления.

Деформационные манометры, основанные на электрических методах преобразования (индуктивные, емкостные и др.), обеспечивая достаточно высокую точность, нуждаются в совершенствовании методов защиты их электрических цепей от воздействия внешних электрических и магнитных полей, особенно при необходимости размещения на расстоянии УЧЭ и электроники.

Деформационные манометры, основанные на электрических методах преобразования (индуктивные, емкостные и др.), обеспечивая достаточно высокую точность, нуждаются в совершенствовании методов зашиты их электрических цепей от воздействия внешних электрических и магнитных полей, особенно при необходимости размещения на расстоянии УЧЭ и электроники.

Деформационные манометры с трубчатыми (спираль Бурдона) или мембранными чувствительными элементами для измерения давлений выше 100 мм рт. ст. хорошо известны и широко применяются в технике.

Деформационные манометры позволяют измерять давления от нескольких Па до 1000 МПа. Пределы измерения, классы точности, допустимая температурная погрешность и некоторые другие параметры для отдельных видов приборов устанавливаются стандартами.

Деформационные манометры устанавливают на вертикальной панели стенда утопленным монтажом в один или два ряда. С помощью резиновых трубок от тройников и манометров собирают схему поверки.

Деформационные манометры, вакуумметры, мановакуумметры, тягомеры, напоромеры, дифференциальные манометры и барометры составляют обширную группу приборов для технических измерений.

Деформационные манометры должны устанавливаться в местах, не подверженных вибрации и сотрясению, вредно отражающимся на работе и состоянии приборов.

Деформационные манометры нуждаются в периодической поверке, а при возрастании основной погрешности - и в переградуировке шкалы. Чувствительный элемент этих приборов постепенно теряет свои упругие свойства из-за появления остаточных деформаций. Одновременно на точность показаний оказывает влияние износ передаточного механизма прибора.

Деформационные манометры поверяются в лаборатории.

Деформационные манометры с электрической дистанционной передачей показаний, действие которых основано на зависимости их выходного параметра от измеряемого давления, называются деформационными электрическими манометрами.

Цифровой поршневой манометр.

Первый деформационный манометр с трубчатым чувствительным элементом был изобретен случайно. Рабочий, при изготовлении змеевика для дистилляцион-ного аппарата, сплющил поперечное сечение цилиндрической трубки, изогнутой по спирали.

Дифманометры ДМ-3583М, ДМ-3583ФМ предназначены для непрерывного пропорционального преобразования измеряемых параметров в унифицированный выходной сигнал взаимной индуктивности.

Дифманометры ДМ-3583М применяются в системах контроля, автоматического регулирования и управления технологическими процессами при измерении расхода жидкости, газа или пара по перепаду давления в сужающих устройствах, разности давлений, уровня жидкости по давлению гидростатического столба находящегося под атмосферным, избыточным или вакуумметрическим давлением.

а) Дифманометры ДМ-3583М выпускаются с верхними пределами измерений соответствующими ряду:

1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630 кПа.

б) Предельно допускаемое рабочее избыточное давление дифманометров ДМ3583 - 160 кгс/см2.

в) Пределы изменения взаимной индуктивности для:

- для дифманометров ДМ-3583М: от 0 до 10 мГн;

- дифманометров ДМ-3583ФМ: от минус 10 до плюс 10 мГн.

г) Питание первичной обмотки преобразователя осуществляется от вторичного прибора. Дифманометры ДМ-3583М работают в комплекте с вторичными взаимозаменяемыми приборами дифтрансформаторной системы типа КСД2, КСД3, КВД-1 и др., а ДМ-3583ФМ - со вторичными приборами ферродинамической системы типа ВФМ, ВФП и др., имеющими входной преобразователь ПФ2.

Манометр типа МЭД, моделей 22364 и 22365 предназначены для непрерывного преобразования избыточного или вакуумметрического давления в унифицированный выходной сигал переменного тока, основанный на изменении взаимной индуктивности.

Измеряемыми средами могут служить жидкости и газы, неагрессивные по отношению к материалам деталей, соприкасающихся с измеряемой средой и указанных в паспорте.

Приборы служат для работы во взрывобезопасных помещениях.

Верхние пределы измерений: