/
Текст
Г И. Лапшенков
Л. М. Полоцкий
Автоматизация
производственных
процессов
в химической
промышленности
Технические средства
и лабораторные работы
3-е изд., иерераб. и доп..
Допущено Министерством
высшего и среднего
^^специального образования СССР
в качестве учебного пособия
Q-) для студентов химико-технологических
специальностей' вузов
СР
1Г>
МОГИЛЕВСКАЯ
ДБ С
Москва
«Химия»
1988
М)1>'йвжя |
101 чДДСКА’З Л!5Л'?£7дКЛ
км» К> ЛКаркеа
РИДИ А Л На о
ББК 6П7.1
Л 24
УДК 66.012-524-542.2(075.8)
Рецензент
канд. техн, наук V В Беспалов
•Папшенков Г. И., Полоцкий Л. М.
Л24 Автоматизация .производственных процессов в химической
промышленности. Технические средства и лабораторные ра-
боты. Изд. 3-е, перераб. и доп.— М.: Химия, 1988, 288 с.: ил.
ISBN 5-7245-0007-8
Учебное пособие составлено в соответствии с программой курса «Авто-
матика и автоматизация .производственных процессов» для высших химикм
технологических учебных заведений. Третье издание пособия (2 изд
1973 г.) дополнено описанием новых приборов, регуляторов и других
средств автоматизации, включая программируемые микропроцессорные кон-
троллеры. В каждой лабораторной работе приведено описание эксперимен
тальной установки и порядок проведения работы. Даны методические ука-
зания по выполнению курсовой работы.
Пособие предназначено для студентов высших химико-технологических
учебных заведений и может быть полезно широкому кругу научных и ин
жеперно-технических работников, занимающихся вопросами эксплуатации
технических средств и систем автоматизации химико-технологическнх про-
цессов.
Б6квп7'
ISBN 5-7245-0007-8
© Издательство «Химия», 1988 г.
О Г Л ЯВЛЕНИЕ
Предисловие . 6
Введение. 8
Глава I. Приооры и измерительные нреооразователн температуры, дав-
ления, уровня и расхода 14
I I. Приборы и преобразователи для измерения температуры 14
1.2. Приборы и преобразователи для измерения давления, разреженна
и перепада давления 24
1.3. Приборы и преобразователи для измерения уровня 30
1.4. Приборы и преобразователи для измерения расхода и количества
вещества . 33
1.5. Измерительные преобразователи пневматические 44
1.6. Измерительные преобразователи электрические 47
1.7. Нормирующие преобразователи 51
1.8. Вторичные приборы пневматические 52
1.9. Вторичные приборы электрические 54
Глава 2. Приборы для определения состава и физико-химических свойств
веществ .... . . ... .65
2.1. Химические газоанализаторы 66
2.2. Физические газоанализаторы 69
2.3. Хроматографы . 77
2.4. Плотномеры . 82
2.5. рН-метры 85
2.6. Кондуктометры 90
2.7. Вискозиметры 92
2.8. Влагомеры 94
Глава 3. Регулирующие, функциональные и исполнительные устройства 96
3.1, Общие сведения 96
3.2. Пневматические устройства 102
3.3. Электрические устройства 131
3.4. Программируемые микропроцессорные контроллеры . 143
3.5. Исполнительные устройства................................... 158
3
Глава 4. Автоматические системы регулирования 166
4.1. Общие сведения 166
4.2. Пневматические системы 169
4.3. Электрические системы 160
4.4. Системы на программируемых контроллерах 185
4.5. Технические средства АСУ ТГ1 191
Глава 5. Лабораторные работы по приборам и измерительным преобра-
зователям температуры, давления, уровня и расхода 193
5.1. Общие сведения 193
5.2. Поверка преобразователя |ерми»л<-кiртоло.е ... . ... . вто-
ричным прибором 195
5.3. Поверка термопреобразователя сопротивления в комплекте с авто-
матическим уравновешенным мостом 193
5 4. Поверка деформационных манометров и преобразователей давления 201
5.5 Определение перепада давления мембранным дифманометром в
комплекте с вторичным прибором ., 204
5.6 Определение уровня жидкости гидростатическим уровнемером 206
5.7. Измерение расхода методом переменного перепада давления 208
5.8. Градуировка поплавкового расходомера постоянного перепада дав-
ления 214
Глава 6. Лабораторные работы по приборам для определения состава и
физико-химических свойств веществ 216
6.1. Градуировка термокондуктометрического газоанализатора и опреде-
ление состава газовой смеси 216
6.2. Определение содержания кислорода термомагнитным газоанализа-
тором 21^
6.3. Градуировка оптико-акустического газоанализатора и определение
состава газовой смеси . 219
6.4. Изучение хроматографа и определение состава газовой смеси по
хроматограмме 221
6.5. Измерение плотности жидкости пьезометрическим плотномером 224
6.6. Изучение промышленного pH-метра и его поверка 226
Глава 7. Лабораторные работы по регулирующим устройствам и другим
средствам автоматизации 228
7.1. Настройка и поверка позиционного регулятора 230
7.2. Настройка и поверка работы пропорционального регулятора 231
7.3. Определение динамических характеристик пропорционально-интег-
рального регулятора 232
7.4. Определение динамических характеристик устройства прямого пред-
варения 234
7.5. Выполнение простейших вычислительных операций на приборе ал-
гебраического суммирования..........................................236
4
• 6 Поверка прибора умножения на постоянный коэффициент 2.38
j.7. Определение динамических характеристик импульсного регулятора
с электрическим исполнительным механизмом постоянной скорости 240
7.8. Программирование регулирующих устройств на микропроцессорном
контроллере 241
7.9. Снятие характеристик пневматического регулирующего клапана 247
Глава 8. Лабораторные работы по автоматическим системам регулиро-
вания 249
8.1 Общие сведения 249
8.2 Исследование работы одноконтурной АСР с регулятором комплек-
са «Старт» 257
8.3 Исследование переходных процессов системы регулирования уровня
жидкости в резервуаре 260
8.4 . Изучение работы импульсного регулятора температуры на тепловом
объекте . . 263
8.5 . Программирование на регулирующем микропроцессорном контрол
лере одноконтурной АСР и исследование ее переходных процессов 267
8.6 . Программирование на регулирующем микропроцессорном контрол-
лере каскадной АСР и изучение ее работы 273
Глава 9. Методические указания по выполнению курсовой работы 282
Рекомендательный библиографический список 285
Предметный укаитель
287
ПРЕДИСЛОВИЕ
В соответствии с «Основными направлениями эконо-
мического и социального развития СССР на 1986—
1990 годы и на период до 2000 года» с целью уско
рения научно-технического прогресса предусмотрено
« Внедрять автоматизированные системы в различ-
ные сферы хозяйственной деятельности, и в первую
очередь в проектирование, управление оборудовани-
ем и технологическими процессами. Поднять уровень
автоматизации производства примерно в 2 раза».
Автоматизация производственных процессов —
одно из наиболее важных направлений научно-техни-
ческого прогресса. Поэтому при подготовке специа-
листов в высших учебных заведениях большое внима
ние уделяют изучению основ теории и техники изме
рений и автоматического управления технологически-
ми процессами.
Со времени выхода в свет 2-го издания учебного
пособия «Основы автоматики и автоматизации произ-
водственных процессов в химической промышленно-
сти» в 1973 г. в значительной степени обновился парк
измерительных приборов, преобразователей и других
средств автоматизации, используемых для контроля
и регулирования технологических процессов в хими-
ческой промышленности. В связи с этим назрела не-
обходимость в переиздании учебного пособия.
Предлагаемое пособие написано в соответствии с
программой дисциплины «Автоматика и автоматиза-
ция производственных процессов». Цель его ознако-
мить студентов химиков-технологов высших учебных
заведений с основами автоматизации процессов хими-
ческой технологии и привить им практические навыки
по работе с измерительными приборами, регулятора-
ми и другими средствами автоматизации.
В книге рассмотрены перспективные средства ав-
томатизации производственных процессов; наряду с
этим описаны отдельные приборы, еще широко ис-
пользуемые в промышленности; указаны область их
применения и условия эксплуатации.
В книге дано описание 27 лабораторных работ,
приведены схемы экспериментальных установок, ме-
6
годика и последовательность выполнения работ При
ведены также сведения о выполнении курсовой рабо-
ты по указанной дисциплине В зависимости от спе
циализации и профиля подготовки специалистов,
а также возможностей конкретного вуза ио предла
гаемым методикам можно выполнять и другие рабо-
ты. Вместе с тем настоящее учебное пособие не пре-
тендует на полноту охвата номенклатуры технических
средств, применяемых в настоящее время при авто-
матизации технологических процессов в химической
промышленности, и не заменяет справочников по ав-
томатизации.
Учебное пособие позволит активизировать само-
стоятельную работу студентов, которой в соответст-
вии с утвержденными ЦК КПСС и Совета Министров
СССР «Основными направлениями перестройки выс-
шего и среднего специального образования в стране»
будет уделяться все большее внимание.
Перед авторами стояла трудная задача — из очень
большого числа различных средств автоматизации,
выпускаемых промышленностью, отобрать необходи-
мые и описать их в сжатом виде, поэтому авторы
с благодарностью примут все замечания и предложе-
ния, направленные на улучшение данного пособия.
Авторы признательны рецензент}' канд. техн, наук
А. В. Беспалову за полезные советы, а также сотруд-
никам кафедры «Системы управления и автоматиза-
ция химико-технологических процессов» МПТХТ им
М. В. Ломоносова за помощь в работе над книгой.
Гл. 1, 2, 5 и 6 написаны Л. М. Полоцким, гл. 3,
п. 3,1; 3,2; 3,3; 3,5 и гл. 4, 7, 8— Г. И. Лапшенковым,
гл. 3, п. 3, 4 и гл. 9 написаны совместно.
ВВЕДЕНИЕ
Автоматизация производства базируется на многочисленных и
разнообразных технических средствах.
При создании измерительных устройств, регуляторов и дру-
гих средств автоматизации предусматривается их стандартиза-
ция в рамках Государственной системы приборов и средств
автоматизации (ГСП). Последняя создана для экономически и
технически целесообразного решения проблемы комплексного
обеспечения техническими средствами систем контроля и управ-
ления различными производственными объектами.
Разрабатываемые в рамках ГСП технические средства мо-
гут использоваться в виде локальных систем контроля, регули-
рования, сигнализации, защиты и др., а также на нижнем уров-
не автоматизированных систем управления технологическими
процессами (АСУ ТП). Основной технической базой современ-
ных АСУ ТП является ГСП, выполненная в виде совокупности
изделий, предназначенных для получения, обработки и 'исполь-
зования информации.
Создание и развитие ГСП осуществляется на основе следую-
щих принципов: унификация, агрегатирование, формирование
гибких перестраиваемых компонентов системы, реализация в из-
делиях рациональных эстетических и эргономических требова-
ний. При этом обеспечивается минимизация номенклатуры
средств контроля и управления, а также их совместимость —
информационная (согласованность сигналов связи), конструк-
тивная, метрологическая и эксплуатационная.
Изделия ГСП строятся на основе базовых конструкций с уни-
фицированными структурами, сигналами, источниками питания,
конструктивными параметрами; это позволяет иметь общую
технологическую базу для производства изделий, обеспечивает
их взаимокомплектуемость и взаимозаменяемость, высокую точ-
ность, надежность и долговечность.
В ГСП стандартизованы параметры входных и выходных
сигналов и источников энергии, элементы, блоки и модули при-
боров и устройств, их присоединительные, габаритные и мон-
тажные размеры. В нормализованный ряд приборов и средств
автоматизации входят первичные преобразователи и измери-
тельные приборы; преобразователи для получения нормирован-
ных сигналов; регуляторы; вычислительные, функциональные и
логические блоки; запоминающие устройства; вторичные прибо-
ры; цнфро-печатающие устройства; исполнительные устройства
н др.
8
В химических производствах для передачи информации от
средств ее получения к устройствам управления и от них к ис-
полнительным устройствам, а также для обмена информацией
между устройствами управления наибольшее распространение
получили сигналы постоянного тока и напряжения; (0—5) мА;
(—5—0+5) мА; (0—20) мА; (—20—0 + 20) мА; (4—20) мА;
( — 100—0+ 100) мА; (0—10) мВ; ( — 10—0+10) мВ; (0—100) мВ;
(0—1) В; (—1—0+1) В; (0—10) В; (-10—0+10) В и пневма-
тические сигналы— (0,02—0,1) МПа.
По роду энергии, используемой для передачи информации
и команд управления, в ГСП имеются три ветви:
электрическая — устройства которой обладают высокой точ-
iivcibio, быстродействием, обеспечивают большую дальность и
емкость каналов передачи информации;
пневматическая — устройства которой характеризуются
безопасностью работы в легковоспламеняющихся и взрывоопас-
ных средах; высокой надежностью в тяжелых условиях ра-
боты;
гидравлическая — устройства которой обеспечивают точные
перемещения исполнительных органов и большие перестановоч-
ные усилия.
В ГСП входят также устройства, работающие без использо-
вания вспомогательной энергии, — приборы и регуляторы пря-
мого действия. Это устройства, использующие для выполнения
своих функций -энергию той среды, параметры которой они из-
меряют и регулируют.
По функциональному признаку технические средства в ГСП
подразделяются на следующие группы:
1) средства получения информации о состоянии объекта уп-
равления. К ним относятся первичные измерительные преобра-
зователи (датчики), измерительные приборы и преобразовате-
ли, которые вместе с нормирующими устройствами, формирую-
щими унифицированный сигнал, образуют устройства для по-
лучения измерительной информации, а также устройства фор-
мирования алфавитно-цифровой информации. Устройства этой
группы предназначены для преобразования измеряемой физи-
ческой величины в удобный для восприятия, передачи и обра-
ботки сигнал измерительной информации;
2) средства приема, преобразования и передачи информа-
ции. К этой группе относятся различные преобразователи сиг-
налов и кодов, коммутаторы измерительных цепей, шифраторы
и дешифраторы, согласовательные устройства, а также устрой-
ства для дистанционной передачи, телеизмерения и телеуправ-
ления. Технические средства этой группы используются для
приема преобразования и передачи сигналов, содержащих из-
мерительную информацию и несущих команды управления;
9
3) средства обработки информации, формирования команд
управления, представления информации оператором. В эту
группу, называемую центральной частью ГСП, входят: функ-
циональные и операционные преобразователи, логические уст-
ройства, анализаторы сигналов, запоминающие устройства, ре-
гуляторы, задатчики, управляющие вычислительные устройства;
4) средства использования командной информации для воз-
действия на объект управления. Это исполнительные устройст-
ва, исполнительные механизмы, усилители мощности и вспомо-
гательные устройства к ним, регулирующие органы.
Устройства первой и четвертой групп непосредственно взаи-
модействуют с объектом управления.
В системах автоматического управления для измерения (ре-
гистрации) текущих значений величин химико-технологических
процессов используются различные измерительные устройства;
к ним относятся измерительные приборы и измерительные пре-
образователи.
Под измерением понимают нахождение значения физической
величины опытным путем с использованием специальных техни-
ческих средств.
Средство измерения, предназначенное для выработки сигна-
ла измерительной информации в форме, доступной для непос-
редственного восприятия наблюдателем, называют измеритель-
ным прибором. Средство измерения, вырабатывающее сигнал в
форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, об-
работки и (или) хранения, но не позволяющее наблюдателю
непосредственно воспринимать этот сигнал, называют измери-
тельным преобразователем. Кроме того, в измерительной техни-
ке часто используют понятия: первичный измерительный преоб-
разователь, имея в виду тот, к которому подведена измеряемая
величина, т. е. первый в измерительной цепи, и передающий из-
мерительный преобразователь, т. е. тот, который предназначен
для дистанционной передачи сигнала измерительной инфор-
мации.
По форме выхода все измерительные устройства делятся на
аналоговые и цифровые. В аналоговых измерительных устройст-
вах выходом является непрерывная по значению удобоквантуе-
мая выходная величина. Обычно это перемещение указателя по
шкале прибора или пера по диаграммной бумаге регистрирую-
щего устройства. В цифровых измерительных устройствах изме-
рительная величина представляется в дискретной форме как
окончательный результат измерения, выраженный числом или
кодом. Ряд достоинств этих устройств обеспечивают им все
большее развитие. Они обладают высокой точностью, чувстви-
тельностью, быстродействием, не имеют погрешностей, связан-
ных с субъективным отсчетом показаний, имеют кодированный
выход, удобный для использования в измершельно-информа-
Ю
ционных системах и вычислительной технике. Для индикации
показаний в них используют цифры от 0 до 9.
Измерительные устройства могут иметь самостоятельное зна-
чение, когда применяются только для текущего контроля техно-
логических величин; их можно также использовать и в качестве
элементов систем автоматического управления.
Вследствие несовершенства методов измерений и самих из-
мерительных преобразователей получаемые результаты несво-
бодны от искажений. Для определения точности измерений, т. е.
их качества, отражающего близость результатов к истинном)'
значению измеряемой величины, необходимо знать погрешность
из\1ерительного устройства при данном измерении.
Отклонение показаний измерительного устройства от истин-
ного значения измеряемой величины характеризуется его по-
грешностью.
Для каждого средства измерения стандартами, технически-
ми условиями и другими нормативными материалами устанав-
ливаются нормальные условия применения, т. е. такие, при ко-
торых влияющие величины имеют нормальные значения или на-
ходятся в пределах нормальных значений. К таким влияющим
величинам относятся температура и влажность окружающего .
воздуха, допустимые значения напряженности электрических и
магнитных полей, колебания частоты и напряжения электропи-
тания и т. п.
Погрешность средства измерения при нормальных условиях
называют основной погрешностью-, вследствие отклонения одной
из влияющих величин от нормального значения или выхода ее
за пределы области нормальных значений возникает дополни-
тельная погрешность.
Погрешности выражаются в виде абсолютных и относитель-
ных величин.
Разность между показанием измерительного прибора и ис-
тинным значением измеряемой величины есть абсолютная по-
грешность. Поскольку истинное значение нельзя установить,
в измерительной технике используют так называемое действи-
тельное значение, измеренное образцовым прибором. Таким об-
разом, абсолютная погрешность -у представляет собой разность
у = Ли—Лд, (В-1)
где А„ — показание измерительного прибора; АД — действитель-
ное значение измеряемой величины. Абсолютная погрешность
выражается в единицах измеряемой величины, т. е. является
именованным.числом.
Измерительный прибор характеризуется относительной по-
грешностью, определяемой по формуле
Р = 100% -у- 100%, (В.2)
г Ли
11
и приведенной погрешностью, под которой понимают отношение
абсолютной погрешности измерительного прибора к нормирую-
щему значению Л', выраженное в процентах
₽i.p -v ioo%, (В.з)
где .V — нормирующее значение, которое условно можно при-
нять равным верхнему пределу измерений, диапазону измере-
ний, длине шкалы и др. Для измерительных приборов с равно-
мерной или степенной шкалой нормирующее значение принима-
ется равным конечному значению рабочей части шкалы (нуле-
вая отметка находится на краю или вне шкалы) пли арифмети-
ческой щмме Ли..сП.их значений рабочей шсп, шкалы бсзучс
та их знака (нулевая отметка находится внутри рабочей части
шкалы).
Для определения погрешностей измерения и поправок к по-
казаниям измерительных приборов их периодически подвергают
поверке. С этой целью сопоставляют показания поверяемых и
образцовых приборов, причем показания последних принимают
за истинные значения измеряемых величин.
В ряде случаев шкалы измерительных приборов строят в
безразмерных или относительных единицах либо просто неиз-
вестны значения делений шкалы прибора в единицах измеряе-
мой величины. Такие приборы градуируют, т. е. эксперимен-
тально делениям шкалы прибора придают значения, выражен-
ные в установленных единицах измерения.
Для оценки точности работы средств измерений, предназна-
ченных для различных целей (но не точности измерений, вы-
полненных этими устройствами), установлены так называемые
классы точности измерительной аппаратуры.
Класс точности средства измерения представляет собой его
обобщенную характеристику, определяемую пределами допус-
каемых основных и дополнительных погрешностей, а также
другими свойствами средств измерений, влияющими на точ-
ность, значения которых устанавливают в стандартах на от-
дельные виды средств измерений. Обычно для технических из-
мерительных устройств класс точности устанавливают по зара-
нее заданной допускаемой основной приведенной погрешности.
По ее величине измерительные устройства делят на классы
точности от 0,05 до 4,0. В большинстве случаев класс точности
выпускаемых промышленных приборов равен 0,25; 0,5; 1,0; 1,5.
Например, прибор класса точности 0,5 имеет максимально до-
пускаемую основную приведенную погрешность ±0,5%- Класс
точности прибора наносят на его шкалу.
Наряду с указанными величинами работа измерительного
устройства характеризуется сходимостью измерений и чувстви-
тельностью. Сходимость измерений характеризует близость од-
12
них результатов измерений другим, выполняемым в тех же ус-
ловиях. Чувствительность измерительного прибора S представ-
ляет собой отношение изменения сигнала на выходе измери-
тельного прибора ЛЛ|„,1Х к вызвавшему его изменению измеряе-
мой величины Длвх
S = Ахвь1Х> Дх1!Х. (В.4)
Порог чувствительности — это наименьшее изменение изме-
ряемой величины, способное вызвать минимально измеряемое
изменение показаний измерительного устройства.
От статических свойств существенно зависит точность полу-
чаемых результатов при использовании устройств.
Большое влияние на процесс измерения оказывают также и
динамические свойства измерительных устройств, поведение из-
мерительных устройств в динамическом режиме зависит от их
внутренней структуры и входящих в них элементов и определя-
ется инерционностью, которая характеризуется постоянной вре-
мени переходной характеристики; запаздыванием, которое опре-
деляется промежутком времени от момента изменения измеряе-
мой технологической величины до начала изменения выходной
величины измерительного устройства, а также минимальным
временем изменения выходной величины в пределах диапазона
ее изменения.
ГЛАВА 1
ПРИБОРЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
ТЕМПЕРАТУРЫ, ДАВЛЕНИЯ, УРОВНЯ И РАСХОДА
1.1. ПРИБОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУРЫ
В устройствах для измерения температуры обычно используют
изменение какого-либо физического свойства тела, однозначно
зависящею oi ею ivMliepaiypbi н ле1 ко поддающеюся измере-
нию. К числу свойств, положенных в основу работы приборов
и преобразователей для измерения температуры, относятся объ-
емное расширение тел, изменение давления вещества в замкну-
том объеме, возникновение термоэлектродвижущей силы, изме-
нение электрического сопротивления проводников и полупро-
водников, интенсивность излучения нагретых тел и др.
Температурные шкалы. При измерении температуры исполь-
зуют две шкалы: термодинамическую, основанную на втором за-
коне термодинамики, и Международную практическую
(МПТШ—68).
На термодинамической шкале температуру обозначают сим-
волом Т н выражают в Кельвинах (К). Единицей измерения
температуры (/) в Международной практической шкале служит
градус Цельсия (°C), I °С=1 К-
Количественно температуры в термодинамической и Между-
народной практической шкалах связаны соотношением
Г [К] - t [°С| -J- 273,15.
Температуру измеряют двумя основными способами — кон-
тактным и бесконтактным.
Контактный способ. Основан на прямом контакте измери-
тельного преобразователя температуры с исследуемым объек-
том.
При измерении температуры этим способом добиваются со-
стояния теплового равновесия преобразователя и объекта. Кон-
тактный способ широко применяют при проведении научно-ис-
следовательских работ и в промышленности, так как при этом
способе обеспечиваются высокая точность и надежность изме-
рений, возможность передачи показаний на расстояние и др.
Однако ему присущи и некоторые недостатки. Температурное
поле объекта искажается при введении в него термоприемника;
верхний предел измерения температуры ограничен свойствами
материалов, из которых изготовлены температурные датчики;
ряд задач измерения температуры объектов, которые недоступ-
14
иы тля размещения чувствительных элементов, пли узлов объ-
ектов, движущихся с большой скоростью, также не может быть
решен контактным способом.
Бесконтактный способ. Основан на восприятии тепловой
энергии, передаваемой лучеиспусканием и воспринимаемой на
расстоянии от исследуемого объекта. Теоретически верхний пре-
дел измерения этим способом неограничен, однако бесконтакт-
ный способ менее точен, чем контактный.
Для измерения температуры бесконтактным способом при-
меняют пирометры излучения. Последние основаны на измене-
нии интенсивности теплового излучения нагретых тел при из-
менении температуры. К пирометрам излучения относятся пи-
рометры частичного излучения (оптические), рассчитанные на
пределы от 400 до 5000 °C, пирометры полного излучения с
пределами 100—2500 °C и пирометры спектрального отношения
(цветовые) с пределами 500—2800 °C. При измерении темпера-
туры пирометрами частичного и полного излучения необходимо
вводить поправку на степень черноты тела, температура которо-
го измеряется. Пирометры излучения применяют, как правило,
тля определения температуры тел, нагретых до видимого свече-
ния. Погрешности пирометров излучения составляют 0,5—2%.
Наибольшее распространение в химических производствах
получили приборы и преобразователи температуры, основанные
на контактном способе измерения.
В зависимости от физических свойств, на которых основано
действие термометров при контактном способе измерения, раз-
личают: термометры расширения, манометрические термомет-
ры, преобразователи термоэлектрические и термопреобразова-
тели сопротивления.
Термометры расширения. Построены на принципе изменения
объема жидкости (жидкостные) или линейных размеров твер-
дых тел (деформационные) при изменении температуры.
Действие жидкостных стеклянных термометров основано на
различии коэффициентов теплового расширения термометриче-
ского вещества (ртуть, спирт или другие органические жидко-
сти) и оболочки, в которых оно находится (термометрическое
стекло или кварц). Такие термометры, как правило, использу-
ются в промышленности и в лабораторной практике для мест-
ных измерений температуры в пределах от —200 до 600 °C
с высокой точностью. Цепа деления, например, образцовых
стеклянных термометров с узким диапазоном шкалы может со-
ставлять 0,01 °C.
Изготавливаются лабораторные термометры типа ТЛ па пре-
делы измерения от —100 до 500 °C; термометры промышлен-
ные типа ТП на пределы от —30 до 500 °C; термометры техни-
ческие типа ГТ на те же пределы п др.
15
Рис. 1,1 Деформационные дилатометрический (а)
и биметаллический (б) термометры
Основные достоинства жидкостных стеклянных термомет-
ров — простота и высокая точность измерения; недостатки — не-
возможность регистрации и передачи показаний на расстояние,
значительная тепловая инерция, невозможность ремонта.
Работа деформационных термометров основана на различии
коэффициентов линейного расширения твердых тел, из которых
выполнены чувствительные элементы этих термометров. К де-
формационным относятся дилатометрические и биметалличе-
ские термометры.
Дилатометрический термометр (рис. 1.1, а) состоит из закры-
той с одного конца трубки 1, изготовленной из материала с
большим коэффициентом линейного расширения (латунь, алю-
миний, медь), и стержня 2, изготовленного из материала с ма-
лым коэффициентом линейного расширения (кварц, фарфор,
инвар). Стержень 2 вставлен в трубку 1 и прижимается к ее
дну через рычаг 3 пружиной 4. Трубку со стержнем помещают
в среду, температуру которой измеряют. Так как при изменении
температуры среды (например, при возрастании) линейные уд-
линения трубки и стержня будут разными (трубка удлинится,
а размеры стержня почти не изменятся),. стержень 2 начинает
смещаться относительно трубки 1, перемещая рычаг 3 и связан-
ную с ним стрелку по шкале прибора.
Биметаллический гермометр (рис. 1.1,6) выполняют в виде
изогнутой биметаллической пластины 5, состоящей из соединен-
ных между собой (спаянных, сваренных) двух полос с различ-
ными коэффициентами линейного расширения. Биметаллическая
пластина 5 жестко закреплена одним концом в основании. Дру-
гой свободный конец ее рычагом 3 связан со стрелкой, переме-
ifi
щающейся по шкале прибора При увеличении температуры
пластина 5 изгибается в сторону металла с меньшим коэффп
циеитом линейного расширения.
Деформационные термометры изготавливают на пределы от
— 150 до 700 °C, класс точности от 1 до 2. Их используют в теп-
ловых реле, в устройствах сигнализации, а также в других
термометрах для компенсации влияния температуры окружаю
щей среды на их показания.
Манометрические термометры. Основаны на изменении дав
ления газа, жидкости или парожидкостной смеси, находящихся
в замкнутом объеме, при изменении температуры. Манометри-
ческий термометр (рис 1.2) состоит из термобаллона /. капил-
лярной тпмбки 2 и манометра Термобяллпп / погружается в
среду с измеряемой температурой. При изменении температуры
изменяется давление рабочего вещества. По капилляру это дав-
ление передается на трубчатую манометрическую пружину, от
которой через передаточный механизм приводится в действие
стрелка или перо прибора.
В зависимости от вида рабочего (термометрического) веще-
ства, заполняющего термосистему, манометрические термомет-
ры делятся на газовые, жидкостные и конденсационные
В газовых манометрических термометрах ТГП-100 в качест-
ве рабочего вещества используется обычно азот. Длина капил-
лярной трубки составляет 1,6—40 м, размеры термобаллона:
диаметр 12- 20 мм длина 25 500 мм. Пределы измерения от
—200 до 600 °C. Шкала приборов равномерная.
В жидкостных манометрических термометрах ТЖП 100 тер
мосисгема заполнена силиконовыми жидкостями. Вследствие
возможности возникновения дополнительной температурной по-
грешности длина капилляра этих термометров меньше, чем га
Рис. 1.3. Схемы термоэлектрических цепей.
и цепь, состоящая из двух разнородных проводников; б .включении третьей»
проводника в цепь ТЭП
2-1392 561 95 h 17
зовых и составляет 0,6—10 м. Размеры термобаллона. Диаметр
12—16 мм, длина 80—400 мм. Пределы измерения от —50 до
300 °C Шкала равномерная.
В конденсационных манометрических термометрах ТКП-100
рабочим веществом являются низкокипящие органические жид-
кости (ацетон, фреон, хлористый метил и др.). Термобаллон
конденсационных термометров на 2/з заполнен рабочей жид-
костью, над которой находится образующийся из нее насыщен-
ный пар. Длина капилляра достигает 25 м. Размеры термобал-
лона: диаметр 16 мм, длина 125—400 мм. Пределы измерения
от —25 до 300 СС. Конденсационные термометры имеют неравно-
мерную (сжатую в начале) шкалу что обусловлено нелинейной
зависимостью давления насыщенного пара от его темпера i у ры.
Манометрические термометры имеют основную погрешность
измерения, вызываемую несовершенством работы трубчатой
пружины и отсчетного устройства, и ряд дополнительных по-
грешностей. Источниками дополнительных погрешностей в этих
термометрах являются: изменение атмосферного давления (ба-
рометрическая погрешность); влияние температуры окружаю-
щей среды на капиллярную трубку и манометрическую пружину
(температурная погрешность); воздействие гидростатического
давления столбов жидкости на манометрическую пружину при
установке термобаллона и манометрической пружины не на од-
ной высоте (гидростатическая погрешность).
Чтобы уменьшить барометрическую погрешность, газовые и
жидкостные манометрические термометры заполняют рабочим
веществом под высоким начальным давлением (до 2—3 МПа).
Для снижения температурной погрешности в этих термометрах
применяют гермобаллоны с объемом рабочего вещества, пре-
вышающим в несколько раз объем вещества, находящегося в
капилляре и манометрической пружине. Кроме того, применяют
специальные термокомпенсаторы. Для исключения гидростати-
ческой погрешности в жидкостных и конденсационных термо-
метрах термобаллон и манометрическую пружину устанавли-
вают на одном уровне; при необходимости их размещения на
различной высоте выполняют механическую корректировку ну-
левой отметки по шкале прибора после его монтажа.
Газовые термометры, по сравнению с термометрами других
типов, позволяют передавать показания на наибольшее расстоя-
ние. Жидкостные термометры обладают наименьшей инерцион-
ностью. Конденсационные термометры имеют большую чувстви-
тельность. Кроме того, у них отсутствует температурная по-
грешность, так как вызванное изменением температуры окру-
жающей среды изменение объема термосистемы компенсирует-
ся дополнительным испарением или конденсацией рабочего ве
щества. Однако конденсационные термометры могут работать
в сравнительно узком диапазоне.
18
Достоинствами манометрических термометров всех видов яв-
ляются взрыво- и пожаробезопасность, простота конструкции и
обслуживания, надежность, возможность дистанционного изме-
рения и автоматической записи температуры. К их недостаткам
относятся невысокая точность измерений, большие размеры тер-
мобаллона, значительная инерционность.
Преобразователи термоэлектрические (ТЭП). Принцип ра-
боты ТЭП состоит в следующем. Если составить замкнутую
цепь из двух разнородных проводников А и В и нагреть один ее
спай, то в цепи возникнет электрический ток (рис. 1.3, а). Спай,
погружаемый в измеряемую среду, называется рабочим спаем
ТЭП; второй спай носит название свободного.
Суммарную термоэлектродвнжущую силу (ТЭДС) замкну
той цепи ТЭП, спаи которой нагреты до температур / и /0, мож-
но выразить уравнением
Дав (£<>) : '’ди (О — сдв (Л>),
где £дВ(До)—суммарная ТЭДС ТЭП; £>хв(/). елв(/о) — потен-
циалы, возникающие в спаях.
Так как потенциалы спаев зависят от температуры, суммар-
ная ТЭДС равна разности функций температур / и t0:
-FAQ.
Поддерживая температуру одного из спаев постоянной, на-
пример, полагая, что /o = const, т. е. /'2 Uo) = con st, получим
С\в(^п) /, (0-const или Ядв(«„) /(/).
Таким образом, если для данного ТЭП экспериментально
найдена эта зависимость, то измерение неизвестной температу-
ры сводится к определению ТЭДС ТЭП, которая невелика
(0.01—0,06 мВ на (°C), но все же достаточна для измерения
прибором. При введении в цепь ТЭП третьего проводника
(рис. 1.3,6) ТЭДС не изменяется, если концы проводника име-
ют одинаковые температуры Поэтому включение в цепь ТЭП
соединительных проводов, измерительных приборов и подгоноч-
ных сопротивлений не отражается на точности измерения. ТЭП,
как правило, градуируются при температуре свободного спая
/о=0°С. В действительности же температура свободных спаев
ТЭП обычно отличается от 0 СС, поэтому для нахождения дей-
ствительной температуры вводят поправку по уравнению
£дв(^о) £дв (6,/) ± £дв ?Л). (Е1)
где £лв(//о)—ТЭДС, развиваемая ТЭП при температурах рабо-
чего t и свободного t0— 0 °C спаев; £\В(/£о) —ТЭДС, развивае-
мая ТЭП при температурах рабочего t и свободного t'o спаев;
£лв(/0%) —ТЭДС, развиваемая ТЭП при температуре рабочего
спая t0' и свободного to- Знак плюс относится к случаю, когда
to'Xo, а минус — к случаю, когда /о'<До-
2*
I»
Рис. 1.4. Технические ТЭП:
а — ТПП; б ТХК и ТХА; / — рабочий спай; 2—фарфоровый защитный чехол; 3— фар-
форовая трубка; 4— металлическая трубка; 5 — термоэлектроны; 6 — фарфоровые б\сы;
7 - неподвижный штуцер
Рис. 1.5. Принципиальная схема потенциометра
Зависимость между ТЭДС, развиваемой ТЭП, и температу-
рой для ТЭП различных типов дается в градуировочных таб-
лицах.
Конструктивно ТЭП представляет собой две проволоки из
разнородных металлов, нагреваемые концы которых скручива-
ются, а затем свариваются или спаиваются (рис. 1.4).
Для устранения влияния изменения температуры окружаю-
щей среды на величину возникающей ТЭДС свободные концы
ТЭП термостатируют или применяют специальные компенси-
рующие устройства. ТЭП соединяют с вторичными приборами
термоэлектродными проводами, изготовленными из таких же
материалов, что и ТЭП, или из других сплавов, развивающих в
пределах до 100 °C ТЭДС, равную ТЭДС ТЭП.
Преобразователи термоэлектрические изготавливают сле-
дующих типов: хромель-копелевые (ТХК) на пределы от —50
до 600 °C; хромель-алюмелевые (ТХА) на пределы от —50 до
1000 °C; платинородий-платиновые (ТПП) на пределы от 0 до
1300 °C; платинородий-платинородиевые (ТПР) па пределы от
300 до 1800 СС; вольфрам-рениевые (ТВР) на пределы от 100
до 1800 °C. Кроме того, осваиваются ТЭП с унифицированным
выходным сигналом 0—5, 4—20 мА (ТППУ на пределы 600—
1300 °C) и др. ТЭДС, развиваемую ТЭП, обычно измеряют по-
тенциометрическим методом.
Потенциометрический метод измерения основан на уравнове-
шивании (компенсации) измеряемой ТЭДС известной разностью
потенциалов, образованной вспомогательным источником тока.
20
На схеме (рис 1.5) ток от вспомогательного источника Б сухо-
го элемента с разностью потенциалов иъ проходит в первой
цепи, в которую между точками А и В включен калиброванный
проволочный резистор /?\в, называемый реохордом. Для него
справедливо соотношение
Ям>/Я\в- II-. (1.2)
Ток в этой цепи выразится
'1 б'в R\в- (1.3)
Вторая цепь включает ТЭП, чувствительный нуль-прибор
НИ, являющийся индикатором наличия тока в цепи ТЭП, и уча-
сток реохорда I между точкой А и скользящим контактом £).
1Э11 в цепи включен так. что ток на участке сопротивления
идет в том же направлении, что и от источника Б.
При £(//0Х(7б можно найти такое положение точки D на
реохорде /?ЛВ, при котором ток в цепи термопары i2 станет рав-
ным нулю и стрелка НП установится па нулевом делении шка-
лы. При этом
£ (/zo) ‘1Д\О- (1.4)
Учитывая соотношения (1.2) и (1.3), из уравнения (1.4)
найдем
£(//„) £в(/£). (1.5)
Следовательно, ТЭДС ТЭП E(tt0) определяется падением на-
пряжения па участке I реохорда и не зависит от сопротивления
НП и внешнего сопротивления цепи ТЭП Реохорд снабжают
шкалой, градуированной в милливольтах или градусах. При из-
мерении таким методом ток в первой цепи нужно поддерживать
на постоянном уровне. *
Устройство и работа лабораторного переносного потенцио-
метра ПП. Потенциометр ПП (рис. 16) предназначен для изме-
рения электродвижущих сил (ЭДС) и напряжений в цепях по-
стоянного тока компенсационным методом. Прибор позволяет
устанавливать и контролировать ток в цепи вспомогательного
источника тока на постоянном уровне.
Электрическая схема потенциометра имеет три цепи:
I — цепь вспомогательного источника тока, предназначенная для
установки резистором /?ь рабочего тока;
jI — цепь ТЭП;
III — цепь нормального элемента, включающую нормальный
элемент Вестона НЭ, ЭДС которого равна 1,0183 В, и длитель-
ное время при кратковременной нагрузке остается постоянной.
На лицевой стороне потенциометра находятся нуль — при-
бор НП, ручки движков реохорда Др, секционного резистора
и резистора 7?в, а также переключатель, конструктивно объеди-
няющий в одни узел контакты ГЦ, ГЦ. ГЦ и /74.
21
Рис. 1.6. Схема лабораторного перенос-
ного потенциометра ПП:
I цепь батареи; // — цепь ТЭП; /// цепь
нормального элемента
Переключатель имеет три по-
ложения. При среднем положе-
нии переключателя все его кон-
такты и. следовательно, цепи по-
тенциометра разомкнуты. Для
стандартизации рабочего тока
переключатель переводят в по-
ложение д, при jiOM цепь бата
реи включается в цепь нормаль-
ного элемента. Если сила тока в
цепи батареи отличается от стан-
дартной, равной i—Eiet/Rm, на
что укажет отклонение стрелки
нуль-прибора от среднего положения, то перемещают движок
резистора Re и устанавливают в этой цепи рабочий ток.
При измерениях переключатель переводят в положение И,
при котором в цепь источника тока включается цепь ТЭП и из-
меряется ее ТЭДС. Движки секционного резистора /?с и реохор-
да /?р перемещают до тех пор, пока ТЭДС ТЭП полностью не
компенсируется равной и противоположно направленной раз-
ностью потенциалов, создаваемой током батареи па участке ab.
При этом £(//0) =1'(Л/с+/?/Р).
В таком положении стрелка нуль-прибора устанавливается
на нуль, а отсчет производят по сумме показаний на секцион-
ном резисторе /?с и реохорде Rp. На секционном резисторе мож-
но создать разность потенциалов 60 мВ, на реохорде 11 мВ. Та-
ким образом, максимальная ЭДС, измеряемая потенциометром,
равна 71 мВ. Цена наименьшего деления шкалы реохорда со-
ставляет 0,05 мВ. В качестве вторичных приборов в комплекте
с ТЭП для измерения температуры используются, как правило,
автоматические потенциометры.
Термопреобразователи сопротивления (ТС). Измерение тем-
пературы ТС основано на изменении электрического сопротив-
ления проводников или полупроводников с изменением темпе-
ратуры. Зная эту зависимость, можно по значению сопротивле-
ния определить температуру среды, в которую помещен I С.
При увеличении температуры сопротивление ряда чистых ме-
таллов возрастает, а полупроводников снижается.
Зависимость сопротивления металлов от температуры в не-
большом интервале температур можно приближенно выразить
уравнением
22
где Rt — сопротивление металлического проводника при 1емпе
ратуре / °C; Rt'— сопротивление того же проводника при гем
пературе /'°C; (t—/') —интервал изменения температуры; а =
= (Rt—Ri')/[Ri(t—/х)] —коэффициент температурного сопро-
тивления.
Зависимость между сопротивлением и температурой для ТС
различных типов дается в градуировочных таблицах.
Для изготовления ТС наиболее пригодны по своим физико-
химическим свойствам платина и медь. Для платины <Х|.(~3,9-
10 3 (°C) для меди a.cu~4,28-10 3 (°C) ’.
Чувствительные элементы ТС представляют собой тонкую
мерную или тятвчовую проволоку, напханную бнфилярно па
специальный слюдяной, фарфоровый или пластмассовый каркас
Для предохранения от внешних воздействий чувствительные
элементы ТС заключают в металлическую трубку с литой го-
ловкой, в которой смонтированы выводы концов обмотки для
их подключения к соединительным проводам (рис. 1.7).
Термопреобразователи сопротивления изготавливают сле-
дующих типов: ТС медные (ТСМ) на пределы от —50 до 200 °C,
ГС платиновые (ТСП) на пределы от —200 до 600 СС. Начат
выпуск ТС с унифицированным выходным сигналом 0—5, 4—
20 мА; ТСМУ на пределы от —50 до 200 °C; ТСПУ па пределы
от —200 до 500 °C.
В качестве вторичных приборов в комплекте с ТС примени
ют обычно уравновешенные мосты. Принципиальная схема
уравновешенного моста показана на рис 1.8 ТС, величина элек-
трического сопротивления Rt которого должна быть измерена,
включается в одно из плеч моста через соединительные прово-
Рис 1.7. Платиновый (и) и медный (б) ТС:
I—серебряная лента; 2 илаfиноная проволока; .7 слюдяная пластинка; 7 подводя
щне серебряные провода, > фарфоровые б\сы; 6 — пластмассовая головка; 7 тонко
пенная защитная трубка; 8 лащптный чехол. 9 медная проволока; 10 пластмасса
кый каркас; 11 — медные подводящие провода
23
При равновесии
откуда
Рис. 1.8. Принципиальная схема уравновешенного
моста
да, имеющие сопротивления А?л. Другие
плечи моста состоят из постоянных манга-
ниновых резисторов и /?2 и переменного
калиброванного резистора — реохорда /?Р,
выполненного также из манганина. К одной
диагонали моста подключен источник пита-
ния, а к другой диагонали моста — нуль-
прибор НП.
моста удовле!нормеicH равенство
Ri {Rf Т 2/?л) = R2RP,
Р/ — (^2'^1) Рр 2/?л •
разность потенциалов
................ протекать через НП и
внтся на пулевой отметке. При изменении
_ Л________________________________,
В этом случае
пулю, ток не будет
(1.6)
равной
устано-
Uba станет
его стрелка
температуры сопро-
ВИ ТС И ИЗ vrmv-.xxv.. . Xf... _
тивление Rt изменится, и мост разбалансируется. Чтобы восста-
новить равновесие, необходимо при постоянных сопротивлениях
резисторов /?!, R2 и сопротивлении линии /?л изменить величину
сопротивления реохорда Rp, переместив его движок. Таким об-
разом, если откалибровать реохорд Rp, то по положению его
движка при равновесии моста можно однозначно судить о вели-
чине сопротивления Rt и, следовательно, об измеряемой темпе-
ратуре.
1.2. ПРИБОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ДАВЛЕНИЯ, РАЗРЕЖЕНИЯ И ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
Давление характеризуется отношением силы, равномерно рас-
пределенной по площади и нормальной к величине этой площа-
ди. Под абсолютным давлением в аппарате понимают полное
давление жидкости или газа на его стенки; разность между ним
(^абс) и атмосферным давлением (Ратм) при Рабс>/Эатм назы-
вается избыточным давлением
Р изб — R абс Татм »
а при Рабс<Рьтм — разрежением Ph:
Ph — Рant — Рабе •
В международной системе единиц (СИ) единицей давления
является паскаль (Па). Применяются также следующие едини-
цы: кгс/см2; мм вод. ст.; мм рт. ст. (1 кгс/см2 = 9,8 • 104 Па;
1 мм вод. ст. = 9,8 Па; 1 мм рт. ст.= 133,3 Па).
24
По принципу действия приборы для измерения давлений де
лят на жидкостные, деформационные, грузопоршневые и элект
рические. В зависимости от измеряемой величины различают еле
дующие приборы: манометры — для измерения избыточных дав
лений; вакуумметры — для измерения
новакуумметры — для измерения избы-
точных давлений и разрежений; напоро-
меры. тягомеры и тягонапоромеры — для
измерения малых избыточных давлений
и малых разрежений (до нескольких
кПа); дифференциальные манометры
(дифманометры) —для измерения пере-
р 1 n f дс1В«нСппИ.
Жидкостные манометры. В этих при-
борах измеряемое давление или разре-
жение уравновешивается гидростатиче-
ским давлением столба рабочей жидко-
сти, в качестве которой применяют ртуть,
воду, спирт и др. Существует несколько
конструктивно различных жидкостных
приборов: (7-образнын манометр, чашеч-
ный манометр и манометр с наклонной
трубкой. Они используются при повероч-
ных, наладочных и научно-исследова-
тельских работах. Разновидностями жид-
костных приборов являются поплавко-
вый и колокольный манометры, позво-
ляющие регистрировать и передавать по-
казания на расстояние.
Дифманометр ДТ-50 (рис. 1.9) пред-
назначен для технических измерений
разности давлений. Он представляет со-
бой (/-образный манометр, выполненный
в виде двух стеклянных измерительных
трубок 1, сообщающихся между собой
клапаном и заключенных в металличе-
ские оправы. Измерительные трубки до
половины залиты ртутью; через штуце-
ры 2 и запорные вентили 3 их присоеди-
няют к точкам аппарата, трубопровода
и др., между которыми определяется пе-
репад давлений. Прибор имеет уравни-
тельный 5 и продувочные 6 вентили. Ста-
тическое давление контролируется мано-
5Ц
гм
Рис. 1.9. Дифманометр ДТ-50
Ы;
501
разрежений; ма-
J5C
1-
Ео
25
метром 4 Для отсчета показаний служит линейка 7 с двумя
указателями 8. Дифманометр ДТ 50 позволяет измерять пере-
пады давлений до 93,33 кПа (700 мм рт. ст.) при статическом
(явлении измеряемой среды до 5 МПа Основная погрешность
прибора ±0,266 кПа (±2 мм рт. ст.).
Деформационные манометры. В этих приборах измеряемое
(явление или разрежение уравновешивается силами упругого
противодействия различных чувствительных элементов, дефор
мания которых, пропорциональная измеряемом)- параметру, че-
рез рычаги передается на стрелку или перо прибора. При сия
тин давления чувствительный элемент возвращается в первона-
чальное положение под воздействием упругой деформации. Де-
фор.м<зцно11111>.к. манометры нашли широкое применение в про-
мышленности, что обусловлено простотой и надежностью конст-
рукции, наглядностью показаний, малыми габаритами, высокой
точностью и широкими пределами измерения.
В качестве чувствительных элементов деформационных ма-
нометров и измерительных преобразователей давления, разре-
жения и перепада давлений используют одновитковую трубча-
тую пружину (рис. 1 10, н), сильфон (рис. 1.10, б), мембранную
коробку (рис. 1.10, в), мпоговитковую трубчатую пружину
(рис. 1.10,<?), вялую мембрану (рис. 1.10,д), жесткую мембрану
(рис. 1.10, в).
В трубчато-пружинном манометре с одновитковой трубчатой
пружиной (рис. 1.11), получившем наибольшее распростране-
Рис. 1.10. Чувствительные элементы деформационных манометров и измери-
тельных преобразователей давления, разрежения и перепада давлений:
а одионмтковая трубчатая пружина; б сильфон; в — мембранная коробка; г много-
внтковая трубчатая пружина; д вялая мембрана с пластинчатой пружиной; е жест
кая мембрана
26
Рис. 1.11. Трубчато-пружинный манометр с олновитковой трубчатой пру-
жиной I
Рис 1.12. Мембранный дифманометр ДМ
ние, чувствительным элементом является трубчатая пружина 2,
представляющая собой полую трубку овального или эллиптиче-
ского сечения, согнутую по дуге окружности на 18й—276°. Ма-
лая ось эллипса трубки расположена параллельно, а большая
ось—перпендикулярно плоскости чертежа. Один конец трубча-
той пружины жестко соединен с держателем /, укрепленным
винтами в круглом корпусе 3 манометра. Держатель имеет
резьбовой ниппель, предназначенный для крепления прибора на
трубопроводе или аппарате, в котором измеряется давление.
Свободный конец трубчатой пружины 2 закрыт пробкой 6 с шар-
нирной осью и запаян. Свободный конец пружины поводком
связан с передаточным механизмом 7, состоящим из зубчатого
сектора и сцепленной с ним шеегеренкн, на ось которой наса-
жена стрелка 4.
Для устранения мертвого хода стрелки, вызванного люфтами
в соединениях, передаточный механизм снабжен упругим спи-
ральным волоском 5. Внутренний конец волоска крепится на оси
стрелки, а внешний — на неподвижной плате механизма. Воло-
сок постоянно прижимает шестеренки со стрелкой в направле-
нии, противоположном перемещению звеньев механизма под дей-
ствием давления, что устраняет влияние люфтов в соединениях,
и стрелка прибора начинает перемещаться одновременно с от-
клонением чувствительного элемента.
Под действием давления среды, сообщающейся с внутренней
полостью трубчатой пружины, последняя несколько распрямля-
ется, свободный конец ее перемещается н тянет за собой пово-
27
док, который через передаточный механизм вызывает переме
щение стрелки по шкале прибора. Раскручивание трубчатой
пружины, согнутой по дуге окружности, обусловлено тем, что
при подаче давления ее эллиптическое сечение стремится перей-
ти в круглое. При этом малая ось эллипса, расположенная в
плоскости чертежа, увеличивается, и волокна пружины, находя-
щиеся на радиусе гь переходят на больший радиус окружности
г/, а волокна, находящиеся на радиусе г2, переходя! на мень-
ший радиус г2' Так как длина трубчатой пружины остается не-
изменной, а один ее конец жестко заделан в держателе, в пру-
жине возникают внутренние напряжения, приводящие к ее рас-
кручиванию и перемещению свободного конца. Последний и.
следовательно, стрелка прноора перемещаемся .'.риперциона -
но изменению измеряемого давления, поэтому манометр имеет
равномерную шкалу.
Манометры с одновнгковой трубчатой пружиной подразде-
ляются на образцовые, контрольные и технические с классами
точности 0,2—4 и верхними пределами измерения 0,06 -
1000 МПа. Приборы выполнены в корпусах диаметрами 40—
250 мм. На базе этих манометров выпускаются вакуумметры и
мановакуумметры
Мембранный дифманометр ДМ (рис. 1.12) является бес-
шкальным прибором с индукционным датчиком, работающим с
вторичными дифференциально-трансформаторными приборами.
Он предназначен для дистанционного измерения избыточных
давлений, разрежений или перепадов давлений жидкостей, па-
ров и газов
Чувствительным элементом дифманометра является мем-
бранный блок, помещенный в корпус / и включающий мембран-
ные коробки 7 и 9, сваренные из четырех мембран, имеющих
концентрические гофры. При наложении мембран профили их
совпадают, что предохраняет мембраны от разрушения при пе-
регрузках. Внутренние полости коробок, заполненные водным
раствором этиленгликоля, сообщаются между собой через от-
верстие в перегородке 2. Мембраны изготовляют из нержавею-
щей стали с высокими упругими свойствами или из бериллие-
вой бронзы. Давления передаются через импульсные трубки <7
и 8. С центром верхней мембраны связан сердечник 6 диффе-
ренциально-трансформаторной катушки 4, закрытой колпа-
ком 5.
Под действием разности давлений в камерах нижняя мем-
бранная коробка сжимается, жидкость из нее поступает в верх-
нюю коробку, вызывая перемещение верхнего центра и связан-
ного с ним сердечника 9 индукционного датчика. При этом из-
меряемая величина преобразуется в электрический сигнал и
передается па вторичный прибор. Для уменьшения погрешно-
сти, вызванной изменением температуры окружающей среды,
28
Рнс. 1.13. Грузопоршневой образцовый манометр
верхняя мембранная коробка дифманометра выполнена более
жесткой, чем нижняя. Мембранные дифманометры выпускаются
на предельные перепады давлений 1,6—25 кПа и 0,04—
0,63 МПа. Допускаемое статическое давление — до 25 МПа.
Класс точности 1,0 и 1,5.
Грузопоршневые манометры. В этих приборах измеряемое
давление определяется по величине нагрузки, воздействующей
на поршень определенной площади. Грузопоршневые маномет-
ры имеют высокую точность (0,02; 0,05, 0,2) и широкий диапа-
зон измерения (0,1—250 МПа). Обычно их применяют для
градуировки и поверки деформационных манометров.
Грузопоршневой образцовый манометр МП-60, предназна-
ченный для поверки технических манометров с одновитковой
трубчатой пружиной, показан на рис. 1.13. Он состоит из верти-
кального цилиндра 8 с тщательно пригнанным стальным порш-
нем 5, на верхнем конце которого закреплена гарелка 7 для
укладки образцовых грузов 6, имеющих форму дисков. Ворон-
ка 4 служит для заполнения прибора минеральным маслом.
Прибор имеет поршневой пресс 1 с манжетным уплотнением.
Для установки поверяемых манометров предназначены штуце-
ры 3 и 10. Игольчатые вентили 2, 9 и // служат для перекрытия
каналов, вентиль 12 — для спуска масла. Создаваемое грузом
давление P — mlA, где m — масса поршня с тарелкой и грузом;
А— эффективная площадь поршня, за которую принимают сум-
му площади сечения поршня и половину площади кольцевого
зазора между поршнем и цилиндром (обычно Л =0,996—
1,004 см2). Пределы измерения прибора 0—6 МПа. Класс точ-
ности 0,05.
Электрические манометры. Действие этих приборов основа-
но на зависимости электрических параметров преобразователя
давления от величины измеряемого давления. К ним относятся:
29-
пьезоэлектрические манометры, в которых используется завн
симость электрического заряда пьезоэлемента от измеряемого
давления; манометры сопротивления, основанные на зависимо-
сти электрического сопротивления чувствительного элемента от
измеряемого давления; ионизационные манометры, действие ко-
торых базируется на зависимости силы тока положительных
ионов, образованных в результате ионизации молекул разрежен-
ного газа, от измеряемого давления; а также радиоизотопные
манометры, в которых для ионизации газа используется излу-
чение радиоизотопных источников.
1.о. ПРИБОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ
Устройства для измерения уровня жидкости подразделяют па
указательные стекла, гидростатические, поплавковые, электри-
ческие и радиоактивные уровнемеры.
Указательные стекла. Их выполняют в виде стеклянной труб-
ки либо одной или нескольких камер с плоскими стеклами, со-
единенных с аппаратом. Указательные стекла применяют для
местного измерения уровня в аппаратах, работающих при ат-
мосферном или избыточном давлениях.
Гидростатические уровнемеры. Их действие основано на из-
менении гидростатического давления столба жидкости при из-
менении измеряемого уровня. Различают два вида гидростати-
ческих уровнемеров; пьезометрические и дифманометрические.
Действие пьезометрических уровнемеров (рис. 1.14, а) основано
на измерении давления воздуха или газа, барботирующего че-
рез слой жидкости, уровень которой измеряют. Их часто при-
меняют для определения уровня жидкостей, обладающих повы
шенной вязкостью. В дифманометрических уровнемерах
(рис. 1.14,6) уровень жидкости определяется по перепаду дав-
лений столбов жидкости в аппарате и в уравнительном сосуде.
Поплавковые уровнемеры. В этих приборах чувствительным
Рис. 1.14. Гидростатические уровнемеры:
а - пьезометрический; б дифмаиометрический
30
11
Рис. 1.15. Уровнемер буйковый УБ-П
элементом является плавающий поплавок, плотность которого
меньше плотности жидкости, или погружной поплавок, плог
ность которого больше, чем плотность жидкости В пер
вом из них поплавок следит за уровнем жидкости, второй
работает по принципу изменения выталкивающей (ар.химедо
вой) силы, действующей на поплавок. В уровнемерах с погруж
ным поплавком последний удерживается в подвешенном состоя
нии при помощи дополнительного груза.
Уровнемер буйковый пневматический УБ-П (рис I.15), в\о
дящий в систему ГСП, предназначен для контроля и регулиро
вания уровня при работе в комплекте с вторичными приборам
регуляторами и другими устройствами автоматики Уровнехп
обеспечивает непрерывное преобразование значения уровня
однородных не выпадающих в осадок и некристаллизующихся
жидкостей в аналоговый унифицированный пневматический
сигнал.
Уровнемер состоит из измерительного устройства и унифици-
рованного пневмосилового преобразователя. Чувствительным
элементом измерительного устройства является стальной ци-
линдрический поплавок (буек) /, помещенный внутри аппарата,
в котором измеряется уровень. При изменении уровня буек,
подвешенный к рычагу 3 через мембрану 2, отделяющую по-
лость рабочего давления от измерительной части прибора, пере
дает усилие через систему рычагов 4 на заслонку 9, переме-
щающуюся относительно сопла 8. Сигнал, возникающий в ли
нии сопла 8, управляет при помощи усилителя 7 давлением, по
ступающим в сильфон отрицательной обратной связи 10 Одно
временно это же давление направляется в выходную линию при
бора. Дополнительный груз // служит цля уравновешивания
системы. Изменение диапазона измерения прибора производит
31
ся перемещением подвижной опоры 6. Начальное значение ус-
танавливаю! корректором нуля 5.
Прибор пн гае гея сжатым воздухом давлением 0,14 МПа
Расход воздуха питания 3 л/мнн Выходной сигнал 0,02—
0.1 МПа. Предельное расстояние передачи выходного сигнала
300 м. Плотность контролируемой среды 0,45—2,5 г/см3. Верх-
ние пре гелы измерений уровня 0,02—16 м. Классы точности
1.0; 1.5.
Уровнемер буйковый электрический УБ-Э предназначен для
тех же целей, что и уровнемер УП-Б. Прибор состоит из анало-
гичного измерительного устройства и электросилового преобра-
зователя с усилителем. Электросиловой преобразователь выпол-
нен в виде передаточного механизма и силового устройства об-
ратной связи с индикатором рассогласования. При изменении
уровня перемещается погруженный в жидкость буек. При этом
усилие, возникающее в измерительном устройстве, передается
на электросиловой преобразователь, в котором создается мо-
мент, вызывающий незначительное перемещение через рычаж
ную систему передаточного механизма плунжера индикатора
рассогласования. Сигнал с последнего при помощи усилителя
преобразуется в унифицированный аналоговый сигнал постоян-
ного тока.
Питание прибора от сети переменного тока напряжением
220 В. Выходной сигнал 0—5; 0,20 мА. Плотность контролируе-
мой среды 0,6—2,5 г/см3 Верхние пределы измерений уровня
0,02—16 м. Классы точности 1,0, 1,5.
Электрические уровнемеры. Для измерения уровня жидких
диэлектриков применяют емкостные уровнемеры. Чувствитель-
ным элементом последних служит конденсатор, между верти
кально установленными обкладками которого находится жид-
кость. При изменении уровня жидкости изменяется емкость кон
денсатора, включенного в одно из плеч моста переменного тока,
и на вход вторичного прибора подается сигнал, пропорциональ-
ный измеряемому уровню. Емкостные уровнемеры можно также
использовать для измерения уровня сыпучих сред.
Радиоактивные уровнемеры. Измерение уровня жидкости
этими приборами основано на изменении интенсивности радио-
активного излучения при прохождении его через слой жидко-
сти. Источник и приемник излучения расположены снаружи,
с противоположных сторон аппарата, уровень жидкости в кото-
ром измеряется. Если уровень жидкости изменяется относитель-
но линии, соединяющей источник и приемник излучения, то по-
следний фиксирует различную интенсивность излучения. Изме-
нение интенсивности излучения преобразуется в электронном
блоке в электрический сигнал, который измеряется вторичным
прибором. Радиоактивные уровнемеры применяют для измере-
ния уровня в закрытых резервуарах, заполненных агрессивной
32
или легковоспламеняющейся жидг >с!ью, а также жидкостью
под высоким давлением или при высокой температуре (расплав-
ленные металлы).
1.4. ПРИБОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА
И КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА
Количество жидкости, газа или пара, проходящее через данное
сечение трубопровода в единицу времени, называют расходом
этого вещества. В зависимости от того, в каких единицах он
измеряется, различают объемный и массовый расходы. Коли-
чество вещества измеряют счетчиками, а расход — расходоме-
рсМк. В химической иромгишленнос 1й наиболее часю применя-
ют расходомепы переменного перепада давления, постоянного
перепада давления, переменного уровня и электромагнитные.
Расходомеры переменного перепада давления. Основаны на
том, что с изменением расхода вещества изменяется перепад
давления, создаваемый неподвижным устройством, установлен-
ным в трубопроводе, или элементом трубопровода. К этой труп
пе относятся расходомеры с сужающим устройством, с напор-
ным устройством и др.
Комплект расходомера переменного перепада давления с
сужающим устройством (рис. 1.16, а) состоит из установленного
на трубопроводе сужающего дроссельного устройства /. соеди-
нительных импульсных трубок 2 и какого-либо измерителя пе-
репада давления, например, U-образного дифманометра 3. При
прохождении жидкости, газа или пара через сужающее устрой-
ство средняя скорость потока увеличивается (рис. 1.16,6).
и часть потенциальной энергии давления переходит в кинетиче-
скую. В результате этого статическое давление потока после
сужающего устройства уменьшается, что вызывает перепад дав-
ления на нем (рис. 1.16. в). Сжатие потока начинается перед
сужающим устройством за сечением 1—1 и вследствие действия
сил инерции достигает наибольшей величины на некотором рас-
стоянии от сужающего устройства (сечение //—//), затем струя
вновь расширяется до полного сечения трубопровода. Статиче-
ское давление потока около стенки трубопровода при подходе
к сужающему устройству несколько возрастает, что обусловле-
но подпором, и понижается до минимума в месте наибольшего
сужения струи (сечение 11—II). Далее, по мере расширения
струи, давление потока около стенок снова повышается, но не
достигает прежнего значения на величину безвозвратной поте-
ри 6Р, обусловленной завихрениями, ударом и трением (сече-
ние 111—III). Изменение давления потока но оси трубопровода
практически совпадает с изменением давления около его сте-
нок, за исключением участка перед сужающим устройством и
3—1392
33
Рис 1 16. Расходомер переменною нс|н
па ia давления:
«—схема расходомера; б. в распределени<
скоростей а1 и (явлений Р в сужаинцем \ ci nori-
vine по длине 1рубопронода /. / сужающее
yciporic’Ko ? соедини । ельшае импульсные
[рубки । дифманомечр. / I сечение пото-
ка. в котором еще не сказалось возмущающе-
вочдейс 1 вис сужающего ус ipofic i на. II П
сечение по i ока и место от о малболкшс! о ежа
1НИ- III 111 сечение поюка в меси* его пол-
ною расширения после сужающею устройста
непосредственно на нем, где дав-
летите потока по оси трубопрово-
да понижается.
Перепад .laB.ieiin/i u<, ^жаю
тем устройстве зависит от расхо
та протекающего вещества и мо-
жет служить мерой расхода.
Измерение расхода вещества
по мето ту переменного перепада
давления возможно при соблюде-
нии следующих условий:
а) поток заполняет все попе-
речное сечение трубопровода;
б) поток является практически установившимся;
в) фазовое состояние вещества при прохождении через су-
жающее устройство не изменяется (жидкость не испаряется,
па]> не конденсируется, рас творенные в жидкости газы не де-
сорбируются ).
Чтобы установить зависимость расхода вещества от перепа-
да давления, возникающего на сужающем устройстве, восполь-
зуемся законом сохранения энергии (уравнением Бернулли) и
уравнением неразрывности струн Запишем эти уравнения для
сечений / —/ и II // горизонтального поюка несжимаемого ве-
щества с постоянной плотностью (> (Па-с2/м2) при равномерном
распределении статических давлений в сечениях и в отсутствие
потерь на трепне и обмена с окружающей средой:
Р/р «г/ 2 /у (. а.-./ 2, (1.7|
тс'.Л, »2Лг. (1.К)
где Р\' и Р2— абсолютные статические давления в сечени-
ях /—/ и // //, Па; ид и w2 — средние скорости потока в сече
пнях / /и //—//. м/с; Л, и /12—площади сечений потоков / 1
и //—II, м2.
Введем новые безразмерные величины: т — модуль сужаю-
щего устройства и р — коэффициент сужения струи, определяе-
мые по равенствам
т Л,,'Д, и р А.,/Ап, (1-У)
34
где Ао—площадь отверстия сужающего устройства, м2. Сов
местно решая уравнения (17) и (1.8) и используя равенства
(1.9), получим значение w (в м/с)
1 / ~2
I/ " ""
Однако в уравнении (1.10) не учтены: неравномерное распре-
деление скоростей в сечениях /—/ и II—II, вызванное влиянием
вязкости, потери энергии па трение о стенки трубопровода и
вихреобразованпе Кроме того, на практике перепат. давления
обычно измеряют непосредственно у торцов сужающего устрой
ства около стенок трубопровода, а не в сечениях /—I и II II
J ИС В UL.t Грк Пикжа. Пере iUv. ivuiilxc О i i\. IvllCiuiH ЛнЛ ) 1 Ubilb )’I
тены введением в уравнение (1.10) поправочного коэффпциен
га if-
Щ -===5 1/ V,P| — Р'г} ( |
pl - 11141- у Р
где Р1—Рг—перепад давления непосредственно у торцов с\
жающего устройства, Па.
Объемный расход F (в м3/с) равен произведению средней
скорости потока па площадь его сечения
F иутД,, (1.12)
ПЛИ
ц <Г 2
F л/, ~~А" I/ V (P1 “Р>' “ H)
pl «1|Г I '
Введем обозначение
io| } 1 - /л’2и2 - а
Величину а, учитывающую расхождение теоретического и
действительного расходов вещества, протекающего по трубопро-
воду, называют коэффициентом расхода. Следовательно, объем-
ный расход вырази тся
F аД„| -у(Рг-Р2) (1.Н)
При измерении расхода сжимаемых веществ (газов, паров)
в уравнение (I 14) следует вводить поправочный коэффици-
ент е, учитывающий расширение измеряемого вещества (е<1)
и определяемый по номограммам.
Для существования однозначной зависимости между расхо
дом и перепадом давления на сужающем устройстве необходи
мо. чтобы все остальные величины, входящие в уравнение (1.14),
были постоянными.
3*
35
Площадь отверстия сужающего устройства Ао в каждом
конкретном случае является величиной постоянной.
Коэффициент расхода а зависит от геометрической формы и
размеров сужающего устройства, а также от физических
свойств измеряемого вещества и скорости потока, т. е. для одно-
типных сужающих устройств коэффициент расхода является
функцией числа Рейнольдса и коэффициента сужающего уст-
ройства т.
Число Рейнольдса находят по равенству
Re = 0,354Pp/Dp, (1.15)
где F— объемный расход, м3/ч; D — диаметр трубопровода, мм;
р— плотность измеряемой среды, кг/м3; р — динамическая вяз-
кость измеряемой среды, Па с (для воды при нормальных ус-
ловиях р = 998,2 кг/м3, pt= 10“3 Па-с).
Для одного из наиболее распространенных сужающих уст-
ройств— диафрагмы—с увеличением числа Re коэффициент
расхода а, уменьшаясь, стремится к постоянному значению, рав-
ному ССпсх (рис. 1.17).
Каждому значению т соответствуют определенные значения
«цех (рис. 1.18) и числа Reinin, при котором a = o'i1(-x (рис. 1.19).
расхода аИСх от т для
Рис. 1.17. Зависимость коэффициента
диафрагм
Рис. 1.18. Зависимость исходного коэффициента
диафрагм
36
Рис. 1.19. Зависимость числа Рейнольдса
Rcmin от /м для диафрагм
Значение коэффициента рас-
хода диафрагмы а равно аисх
при Re>Remin. а также при глад-
кой поверхности внутренних сте-
нок трубопровода и безукориз-
ненно острой входной кромке
диафрагмы. При несоблюдении
этих условий значение коэффи-
UHttlld pdVA<J4d иП рСДСлИ LU 1 LIU
уравнению
а ==.- гЛИсх^ш^п, (1 • 16)
где — поправочный множитель на шероховатость внутренней
поверхности трубопровода, учитываемый при диаметрах трубо-
провода меньше 300 мм (рис. 1.20,а); — поправочный множи-
тель на притупление входной кромки диафрагмы (рис. 1.20,6).
При действительных значениях числа Re, меньших Renim, ко-
эффициент расхода а является величиной переменной. Это вы
зывает дополнительную погрешность, поэтому измерение расхо-
да по методу переменного перепада давлений рекомендуется
применять при Re>Reinill.
Плотность р вещества, протекающего по трубопроводу, оп-
ределяется по таблицам или измеряется с максимально возмож-
ной точностью.
Для удобства практического применения формулы (1.14)
плотность вещества выражают в кг/м3, вместо секундного рас-
хода пользуются часовым и площадь отверстия сужающего уст-
ройства выражают через внутренний диаметр трубопровода D
(в мм) при рабочей температуре t. При этих условиях основ-
Рис. 1.20. Поправочные множители для диафрагм
37
пая рабочая формула для F (в м3/ч) принимает вид
F 0,01252aemD'%2 V&P7p. (1.1, )
где AP=(₽!—Р2), кгс/м2: К, — поправочный множитель на из
менение внутреннего диаметра трубопровода при отклонении
температуры or 20 °C (в интервале от —20 до 60 °C множи-
тель Kt равен единине)
При расчетах, связанных с измерением расхода методом пе-
ременного перепада давления, обычно приходится решать две
задачи
1. Известны диаметр трубопровода D, диаметр отверстия су-
жающего устройства d, перепад давления и параметры вещест-
ва. Гребуегея оиределшь расход протекающего веществ'1
В этом случае расход рассчитывают по основным формулам и
соответствующим таблицам и графикам.
2. Заданы максимальный и минимальный ожидаемый расхо-
ды, диаметр и материал трубопровода и параметры контроли-
руемой среды. Требуется определить диаметр отверстия су-
жающего устройства. В этом случае предварительно выбирают
расчетный перепад давления. Целесообразно, чтобы при ДРгаах
значение т было близко к 0,2.
Диаметр отверстия сужающего устройства при температуре
его изготовления (/ = 20 СС) находят по равенству
el (I) Kf) ~]/т- (1.18)
Величину т определяют в зависимости от произведения та.
Последнюю зависимость можно построить по данным табл. 1.1
Для диаметра D по табличным данным строят зависимость
ma=f (т). По уравнению (1.17) вычисляют значение та и но
построенному графику определяют т. Значение коэффициента
расхода а находят по табл. 1.1. Затем проверяют соответствие
найденных значений по уравнению (117). Полученное значение
расхода должно отличаться от значения F. положенного в осно-
ву расчета не более чем на ±0,2%. Если расхождение больше,
то, используя метод последовательных приближений, корректи
руют значение модуля т, повторяя вычисления. Затем опреде
ляют диаметр отверстия сужающего устройства d.
Таблица 1.1 Расчетные значения коэффициента расхода а для диафрагм
D, мм Для модулей Щ
0.05 °-' 0,2 0.3 | 0,4 | 0.5 | 0.6 | 0.65 0,7
50 0 613 0.616 0.629 0 649 0 676 0.713 0.761 0 791 0,827
100 0,609 0,612 0.624 0,643 0,6695 0,706 0,752 0,7815 0,817
200 0,604 0,607 0,618 0,637 0 663 0,699 0.7445 0.773 0,808
300 0,601 0,604 0,615 0.634 0 660 0,695 0 740 0,768 0,802
400 и более 0,598 0 602 0,615 0,634 0,660 0,695 0,740 0,768 0,802
38
Рис I 21 Ротаметр . конической трубкой
В расходомерах переменного перепада давле-
ния в качестве нормальных сужающих устройств
применяют диафрагмы, сопла и сопла Вентури.
Для измерения перепада давления на сужающем
устройстве используют дифманометры
Методика и порядок расчета расходомеров
переменного перепада давления и стандартных
(нормализованных) сужающих устройств этих рас-
ходомеров регламентированы руководящим норма-
тивным документом «Правила измерения расхода
газов е жидкостей ст’ччяртным” смжающнм"
РД 50-213-80"
Расходомер с напорным устройством. Его действие базиру-
ется па том, что изменение расхода вызывав! изменение перепа-
да давления, создаваемого напорным устройством в результа-
те перехода кинетической энергии струи в потенциальную. На-
порная трубка расходомера, располагаемая по оси трубопрово-
да навстречу потоку, воспринимает полный и статический па-
поры, разность которых (динамический напор) измеряется диф-
манометром. Расходомеры с напорным устройством применяю!
для измерения расхода жидкостей и газов в трубопроводах
больших диаметров и при больших скоростях потоков, а также
в трубопроводах некруглого сечения.
Расходомеры постоянного перепада давления. Эти устронст
ва входят в группу расходомеров обтекания. Действие расходо-
меров постоянного перепада давления основано на том, что из-
менение расхода вещества вызывает вертикальное перемещение
тела поплавка, находящегося в потоке и изменяющего при этом
площадь проходного отверстия прибора таким образом.что пе-
репад давления на поплавке остается постоянным. К приборам
этого типа относятся ротаметры, поплавковые расходомеры
и др.
Ротаметры выполняют в виде вертикальной конической, рас-
ширяющейся кверху трубки, в которой находится поплавок
(рис. 1.21). Изменение расхода вещества вызывает перемещение
поплавка в трубке на некоторую высоту, при этом изменяется
площадь кольцевого зазора между поплавком и внутренними
стенками трубки.
Перепад давления на поплавке определяется его массой.
При постоянной массе поплавка площадь кольцевого сечения
между внутренними стенками трубки и поплавком пропорцио-
нальна расходу вещества, протекающего по трубке.
Предположим, что под влиянием потока поплавок поднялся
па некоторую высоту и остановился во взвешенном состоянии.
Зч
Рассмотрим силы, дейовующие на поплавок. Масса поплав-
ка т (в кг) в рабочем состоянии, т. е. при полном погружении
в измеряемую среду, составит т=И(ри—р), где V’ — объем по-
плавка, м3; рп—плотность материала, из которого изготовлен
поплавок, кг/м3; р—плотность среды, протекающей через рота-
метр, кг/м3.
В положении равновесия сила, создаваемая средой, проте-
кающей через ротаметр и действующей снизу, уравновешивает-
ся силой, создаваемой массой поплавка и силой, действующей
сверху. Тогда, пренебрегая силами трения, можно записать
V(p„-p)g А„(Р,-Р2), (1.19)
тс /40 — площадь сечения поплавка ч и ччбтьшего тиа-
метра, м2; Р{ и Р2— давления среды до и после поплавка, Па;
—ускорение свободного падения, м/с2.
Откуда перепад давления на поплавке ДР (в Па)
SP Pt-P2 -4-V(pn-p)g. П-20)
71 и
Как видно из последнего уравнения, перепад давления на по-
плавке ротаметра является величиной постоянной, не зависящей
от расхода.
Скорость истечения w (в м/с) измеряемой среды в кольце-
вом зазоре между стенками ротаметра и поплавком
V2 (Р, -Р2)/р
или
\Р Р2) К'2р,2. (1.21)
Приравнивая уравнения (1.20) и (1.21), найдем скорость по-
тока в зазоре
V2gP (Рп- р),'рЛ0. (1.22)
Зная w, а также площадь кольцевого зазора Ак (в м2) при
данном положениц поплавка, можно определить объемный рас-
ход измеряемой среды F (в м3/с)
F = ч>Лк V2gV (рп—р)/рЛ0» • (1 -23)
где q—коэффициент расхода — экспериментальная величина,
учитывающая влияние трения жидкости о поплавок и стенки
трубки, потери давления вследствие образования завихрений
среды до и после поплавка и изменение формы струи при про-
текании ее через кольцевое сечение.
Обычно длина трубки ротаметра не менее чем в 10 раз пре-
вышает его диаметр, что обеспечивает значительный ход по-
плавка.
40
поплавка),
электриче-
беешкаль-
Рис. 1.22. Ротаметр электрический РЭ:
/, IО входной н выходной штуцеры: 2 диск. .* — ко
ническнй поплавок; 4 — корпус; 5 штеккерный разъем
6 винт установки нуля; 7—ра«делительная тпубка
8 плунжер; 9 — аифференциально-трансформаторна;
катушка
Изготавливают ротаметры стеклян-
ные с местными показаниями типов:
PM—А—1, РМ—II, РМ—IV, РМ—VI.
Допустимое максимальное рабочее дав-
ление ротаметров 0,6 МПа. Классы точ- 4’
ности: РМ—А—I—4; РМ—II, РМ—IV и
РМ—VI 2,5. Верхние пределы измере-
нии: РМ—А—I по воде о1 0,0025 ди
0,0063 м3/ч, по воздуху — от 0,063 до
0,16 м3/ч; РМ—II по воде от 0,016 до
0,04 м3/ч, по воздуху от 0,25 до 0,63 м3/ч;
РМ—IV по воде от 0,16 до 4 м3/ч; по воз-
духу от 2,5 до 6,3 м3/ч.
Поплавковые расходомеры имеют по- ,
плавок конической формы, который вер-
тикально перемещается внутри отвер-
стия па небольшое расстояние (не более диаметра
Они снабжены дистанционной пневматической или
ской передачами показаний на расстояние, являются
иыми и работают в комплекте с вторичными приборами.
Ротаметр электрический РЭ. Поток вещества (рис. 1.22) по-
ступает через входной штуцер /, перемещает конический попла-
вок 3 относительно диска 2 в вертикальном направлении и вы-
ходит через штупер 10. Одновременно с поплавком перемещает-
ся жестко связанный с ним плунжер 8 дифференциально-транс-
форматорной катушки 9. Плунжер 8 отделен от катушки 9 раз-
делительной трубкой 7 из немагнитного металла. Для установки
прибора на пуль служит винт 6, при повороте которого переме-
шается вертикально катушка 9. Все узлы прибора собраны в
корпусе 4. Детали, соприкасающиеся с измеряемой средой, изго-
товлены из нержавеющей стали.
Приборы РЭ выпускают на диапазоны с максимальными
расходами от 0,025 до 16 м3/ч. Допустимая погрешность пока-
заний и записи комплекта по шкале вторичного прибора
±2,5%.
Ротаметр пневматический РП (рис. 1.23) состоит из ротамет-
рической и пневматической частей. Измерительным элементом
прибора является конический поплавок 2, перемещающийся в
отверстии диска /, вмонтированного в цилиндрический корпус
прибора, при изменении расхода жидкости. С поплавком жест-
ко связан сердечник, состоящий из двух цилиндрических маг-
нитов 3, направленных один к другому одноименными полюса-
41
ми. Два плоских магнита 4, расположенных в виде вилки па ко-
ромысле с внешней стороны разделительной трубки ротаметра,
образуют с цилиндрическими магнитами сердечника магнит-
ную муфту. Движение поплавка 2 через магнитную муфту н си-
стему рычагов передается на стрелку 6 шкалы 5 прибора, мас-
ляный демпфер 8, а также к управляющему элементу ппевмо-
преобразовагеля: системе сопло — заслонка.
Пневматический преобразователь прибора работает следую-
щим образом. Сжатый воздух питания подводится одновремен-
но к соплу /5 тарельчатого клапана 16, а также через постоян-
ный дроссель 14 в сильфонную коробку 12 и к выходному соп-
лу !' При увеличении расхода жидкости и перемещении по-
плавка 2 заслонка 10 управляющего элемента прпближаеюя к
соплу // и дросселирует поток выходящего воздуха. При этом
давление в камере 12 возрастает, сильфоны 13 сжимаются и пе-
ремещают тарельчатый клапан 16, который открывает входное
сопло 16 и прикрывает сопло 17 на выходе в атмосферу. В ре-
зультате этого давление на выходе ппевмопреобразователя, на-
правляемое во вторичный прибор, возрастает
Для получения выходного давления, пропорционального рас-
ходу, выходной сигнал одновременно направляется к сильфо-
ну 9 отрицательной обратной связи. Перемещение донышка это-
го сильфона передается через рычаг 7 заслонке 10 и уравнове-
шивает ее отклонение. При уменьшении расхода протекающего
через ротаметр вещества все происходит в обратном порядке.
Приборы РП рассчитаны на максимальные расходы по воде от
0,16 до 16 м3/ч Допустимая погрешность показаний ±1.5%.
Рис. 1,23. Ротаметр с пневматической передачей
42
Расходомеры постоянного перепада давления имеют широ-
кий диапазон измерения — по воде от 0,0025 до 63 м3/ч и по воз-
духу от 0,04 до 400 м3/ч, обладают небольшими безвозвратными
потерями, постоянными во всем диапазоне измерения, имеют от-
носительно равномерную шкалу. Диаметры условных проходов
промышленных ротаметров составляют от 3 до 150 мм. Классы
точности 1; 1,5; 2,5; 4. Однако эти приборы требуют индивиду-
альной градуировки.
Расходомеры переменного уровня. Действие этих приборов
основано на том, что изменение расхода вызывает изменение
высоты уровня жидкости в сосуде при свободном истечении ее
через отверстие в дне или боковой стенке сосуда. Они состоят
из ппиемника — цилиндрического или прямоугольного сосуда
с круглым отверстием для истечения (диафрагмой) в его дне,
либо с щелевым отверстием для истечения в боковой поверхно-
сти сосуда — и любого стандартного измерителя уровня. Расхо-
домеры переменного уровня применяют для измерения расхо-
дов агрессивных жидкостей, пульсирующих жидкостных пото-
ков, а также газожидкостных смесей, находящихся при атмос-
ферном давлении.
Электромагнитные расходомеры. Эти расходомеры применя-
ются для измерения расхода электропроводящих жидкостей.
Принцип их действия основан на законе электромагнитной ин-
дукции, в соответствии с которым в электропроводящей жидко-
сти, движущейся по трубопроводу и пересекающей внешнее
магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная средней
скорости потока жидкости. Участок трубопровода, изготовлен-
ный из немагнитного материала, например, нержавеющей ста-
ли, и покрытый изнутри изоляционным материалом (резина,
эмаль, фторопласт и др.), располагается между полюсами маг-
нита. Направление потока жидкости и силовых линий магнит-
ного поля взаимно перпендикулярны. Ионы жидкости переме-
щаются под действием магнитного поля и отдают свои заряды
измерительным электродам, вмонтированным в диаметрально
противоположные стенки трубопровода. На электродах создает
ся ЭДС, пропорциональная скорости течения жидкости и, следо-
вательно, ее расходу. Наводимая ЭДС измеряется вторичным
прибором. Электромагнитные расходомеры позволяют измерять
расход агрессивных, загрязненных и вязких жидкостей, а так-
же пульп.
Расходомер ИР—61 предназначен для измерения расхода
электропроводящих жидкостей и пульп (удельной электропро-
водимостью от 10~3 до 10 См/м) Он состоит из первичного пре
образователя — отрезка трубопровода длиной от 250 до 850 мм,
футерованного фторопластом, полиуретаном или эмалью, и вто-
ричного прибора. Диаметры условных проходов от 10 до 300 мм.
43
Максимальное давление 2,5 МПа, температура среды от —30
до 150 °C. Верхние пределы измерений от 0,32 до 2500 м3/ч. Вы-
ходные сигналы 0—5; 0—20 мА. Класс точности 1
1.5. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ
Измерительные преобразователи пневматические ГСП пред-
назначены для непрерывного преобразования давления, разре-
жения, перепада давления, расхода, уровня, плотности или тем-
пературы в унифицированный пневматический выходной сигнал.
Преобразователи состоят из чувствительного элемента, силово-
го узла и усилителя. Принцип действия приборов основан на
пневматической силовой компенсации.
В преобразователях с пневмосиловой компенсацией измеряе-
мая величина воздействует на чувствительный элемент и преоб-
разуется в силу, которая автоматически уравновешивается уси-
лием, развиваемым давлением воздуха в сильфоне обратной
связи. Это давление и является выходным сигналом.
Все преобразователи конструктивно выполнены одинаково и
отличаются один от другого только типом чувствительного эле-
мента (сильфон, одновитковая трубчатая пружина, мембрана
и т. д.). В промышленности используются пневматические пре-
образователи ГСП на различные пределы измерения типов:
МП-П; ТС-П; МС-П; ДС-П и др. В качестве примера таких
преобразователей рассмотрим манометр сильфонный МС-П1.
Манометр сильфонный МС-П1 предназначен для непрерыв-
ного преобразования величины измеряемого избыточного давле-
ния газов или жидкостей в пропорциональный пневматический
сигнал давлением от 0,02 до 0,1 МПа.
Манометр (рис. 1 24) состоит из измерительного блока и уни
фицировапного пневмосилового узла. Чувствительным элемен-
том измерительного блока этого прибора является сильфон.
Унифицированный преобразователь, построенный на принципе
пневматической силовой компенсации, включает в себя управ-
ляющее устройство «сопло — заслонка» с системой рычагов, уси-
литель и сильфон обратной связи.
Измеряемое давление Р,|ЗМ подводится к /п.тьфону / измери-
тельного блока. При изменении измеряемого давления несколь-
ко перемещаются рычаги 3 и заслонка 6 относительно сопла 5.
Система сопло — заслонка преобразует это перемещение в сиг-
нал давления сжатого воздуха, поступающий на усилитель 7.
Выходной сигнал /Дых с усилителя направляется в пневматиче-
скую линию ко вторичному прибору и в сильфон обратной свя-
зи 8, уравновешивающий при помощи системы рычагов измеряе-
мое давление /Дам- Диапазон измерений прибора может регу-
лироваться изменением в пределах 1 : 10 его передаточного от-
ношения перемещением опоры 2 вдоль рычагов 3. Начальное
44
1 futH
Рис 1.24. Манометр сильфонный МС-П1
Рис. 1.25. Схема усилителя манометра МС-П1
значение выходного сигнала 0,02 МПа устанавливается пружи-
ной— корректором нуля 4.
Схема усилителя прибора приведена на рис. J.25. Воздух
питания под давлением 0,14 МПа поступает в камеру высокого
давления И, откуда через шариковый клапан 1 направляется в
камеры 6 и 9, а также через постоянный дроссель 8 в камеру 7
и к соплу 3. При полностью открытом сопле 3 жесткость пру-
жины 10 и воздействие воздуха на эффективную площадь мем-
браны 2 обеспечивают в камерах 6 и 9 давление, равное (4,0—
6,7) • 103 Па (30—50 мм рт. ст.). Когда же измеряемое давление
Рнзк увеличивается, заслонка 12 приближается к соплу 3, вы-
зывая возрастание давления в камере 7. При этом мембрана 4
закрывает шариковый клапан 5 сброса воздуха в атмосферу,
мембрана 2 открывает шариковый клапан / и давление Рпых
увеличивается до восстановления равновесия сил на мембра-
нах 2 и 4.
В случае уменьшения измеряемого давления Ризм заслон-
ка 12 отходит от сопла 3, силы на мембранах действуют в об-
ратном направлении, и РВЪ1Х уменьшается. Пределы измерения
манометра сильфонного МС-П1 от 0—0,04 до 0—0,4 МПа;
классы точности 0,6; 1,0 и 1,5.
Комплекс пневматических измерительных преобразователей
второго поколения, выпускаемых промышленностью, содержит
преобразователи для измерения абсолютного давления газа —
13ДА, избыточного давления газа — 13ДИ, избыточного давле-
ния и разрежения жидкости и газа—13ДИВ, перепада давле-
ния жидкости или газа и уровня жидкости— 13ДД, гидростати-
ческого давления—13ДГ, температуры газа, пара или жидко-
сти— 13ТД.
45
сланцами 1, 7 и мембранами
Рис. 1.26. Измерительный преобразо-
ватель перепада давления 13ДД
Принцип действия этих из-
мерительных преобразователей
также основан на пневматиче-
ской силовой компенсации.
Приборы имеют блочно-мо-
дульное построение и состоят
из измерительного элемента,
однорычажного пневмосилово-
го блока и усилителя. В ка-
честве чувствительных элем₽"
тов используют мембраны из
коррозионностойких материа-
лов. Базовой моделью комп-
лекса служит измеритель-
ный преобразователь
перепада давления
13ДД (рис. 1.26). В плюсовую
2 и минусовую 6 полости пре-
образователя, образованные
<7, 5, подводится давление. Изме-
ряемый перепад давления и воздействует на мембраны, прива-
ренные к основанию 4. Внутренняя полость между мембранами
заполнена кремнийорганической жидкостью. Под воздействием
давления мембраны поворачивают рычаг 8 па небольшой угол
относительно опоры — упругой мембраны вывода 9. Заслон-
ка 7/ перемещается относительно сопла 12, питаемого сжатым
воздухом. При этом сигнал в липин сопла управляет давлением
в усилителе 13 и в сильфоне отрицательной обратной связи 14.
Последний создает момент на рычаге 8, компенсирующий мо-
мент, возникающий от перепада давления. Сигнал, поступающий
в сильфон 14, пропорциональный измеряемому перепаду давле-
ния, одновременно направляется в выходную линию преобразо-
вателя. Пружина корректора нуля 10 позволяет устанавливать
начальное значение выходного сигнала, равное 0,02 МПа. На-
стройка преобразователя на заданный предел измерения осу-
ществляется перемещением сильфона 14 вдоль рычага 8. Изме-
рительные пневматические преобразователи других модифика-
ций данного комплекса выполнены аналогично.
Для питания приборов комплекса используется сжатый воз-
дух давлением 0,14 МПа. Выходной сигнал 0,02—0,1 МПа. Рас-
ход воздуха питания 3 л/мин. Преобразователи обеспечивают
передачу выходного сигнала по пневмолинии внутренним диа-
метром 6 мм на расстояние до 300 м. Основная погрешность
приборов ±0,6; ±1,0 и ±1,5% Верхние пределы измерений
46
преобразователей: 13ДА — (2.5—2500) кПа; 13ДИ— (0.4 кПа
100 МПа); 13ДИВ - от (—0.2 ... +0,2) кПа до (—0 1
1-2,4) МПа; 13ДД — (10—160) МПа; 13ДГ (6.3—160) кПа-
137 Д — от —200 до 600 'С
I
1.6. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
Измерительные преобразователи электрические ГСП предназна-
чен^ тля непрерывного преобразования расхода, тавления,
уровня и других технологических величин в унифицированные
электрические сигналы.
Преобразователи с электросиловой компенсацией состоят из
I v вс.в>..ель..о., элемента, электронпог усилителя и '’"кфпццро
ванного электросилового узла. В преобразователях использует-
ся принцип электрической силовой компенсации.
На рис. 1.27 приведена схема манометра пружинного с элек-
тросиловой компенсацией МП-Э. Измеряемое давление, воздей-
ствуя на чувствительный элемент — одновитковую трубчатую
пружину /. через рычаги передаточного механизма 2, приводит
к незначительному перемещению управляющего флажка инди-
катора 5 рассогласования тифференциальпо-трапсформаторио-
го типа. Последний преобразует это перемещение в управляю-
щий сигнал постоянного тока / электронного усилителя 6. При
этом усилие от одновитковой трубчатой пружины I компенси-
руется усилием от электросилового механизма обратной связи,
включающего постоянный магнит 8 и подвижную катушку 7,
обтекаемую выходным током /. Изменять диапазон измерений
прибора можно изменением передаточного от ношения рычагов,
достигаемым перемещением подвижной опоры 4. Начальное
значение выходного сигнала устанавливается корректором
нуля — пружиной 3.
В промышленности используются измерительные преобразо-
ватели ГСП с электросиловой компенсацией: МС-Э, МП-Э.
ТС-Э. ДС-Э и др. Выходные сигналы преобразователей 0—5,
0 20 мА. Пределы измерения от 0—0,04 до 0—1000 МПа.
Классы точности от 0,6 до 1.5.
Комплекс малогабаритных измерительных преобразователей
с компенсацией магнитных потоков включает следующие датчи-
ки: манометр пружинный избыточного тавления МПЭ-МИ; диф-
манометр— перепадомер сильфонный ДСЭ-МИ; шфманометр —
расходомер сильфонный ДСЭР-М; дифманометр— напоромер
сильфонный ДСЭН-МИ; дифманометр — тягомер сильфонный
ДСЭТ-МИ; дифманометр — перепадомер мембранный ДМЭ-МИ;
дифманометр — расходомер мембранный ДМЭР-М; дифмано-
метр — уровнемер мембранный ДМЭУ-МИ.
Преобразователи построены по блочному принципу Каж-
дый из них состоит из малогабаритного магнитомодуляциоппо-
47
6
Рис. 1.27. Манометр пружинный
МП Э
го преобразователя, усили-
тельного устройства с ли-
нейной или корнензвтекаю-
щей (для дифманометров —
расходомеров) характери-
стиками и соответствующего
измерительного блока.
Принцип действия при-
боров состоит в том. что из-
меряемым napaMeip преоб-
разуется чувствительным
элементом в пропорцио-
нальное перемещение посто-
янного магнита, который
создает управляющее воз-
действие в виде магнитного
потока и вызывает изменение намагниченности сердечников При
этом возникает сигнал рассогласования, который управляет вы-
ходным сигналом усилителя. Усиленный сигнал поступает в ли-
нию дистанционной передачи и одновременно в обмотку обрат-
ной связи, которая создает магнитный поток, компенсирующий
воздействие управляющего магнитного потока
Для питания приборов комплекса используется переменный
ток напряжением 220 В. Выходной сигнал преобразователей
0—5; 0—20 и 4—20 мА Основная погрешность прибора ±0,6;
± 1,0 и ± 1,5%.
Верхние пределы измерений преобразователей: МПЭ-МИ —
(0,1—60) МПа; ДСЭ-МИ, ДСЭР-М и ДСЭН-МИ — (1—4) кПа;
ДСЭТ-МИ —от (—1—0) до (—4—0) кПа; ДМЭ-МИ —
(4 кПа — 1,6 МПа), ДМЭР-М—(4 кПа — 0,63 МПа), ДМЭУ-
МИ — (4 кПа—0 16 МПа).
Э 1ектрон.ные преобразователи «Сапфир-22». Комплекс тен-
зорезисторных датчиков Сапфир-22 включает преобразователи:
абсолютного давления Сапфир-22ДА; избыточного давления
Сапфир-22ДВ; давления — разрежения Сапфир-22ДИВ; разно-
сти давлений Сапфир-22ДД и гидростатического давления
(уровня) Сапфир-22ДГ.
Преобразователи позволяют осуществлять непрерывное пре-
образование указанных величин в унифицированный выходной
сигнал постоянного тока.
Преобразователи Сапфир-22ДГ и Сапфир-22ДД могут ис-
пользоваться для получения информации о плотности или уров-
не жидкостей, находящихся в открытых или закрытых (под
давлением) резервуарах. Преобразователь Сапфнр-22ДД мо-
48
ж'ет применяться для измерения расхода жидких и газообраз-
ных сред.
Принцип действия приборов основан на использовании теп
зо| резисторного эффекта в пленке кремния, нанесенной на по
верхиость монокристаллической пластинки из сапфира (струк-
тур» «кремний на сапфире»). Пластинка, в свою очередь, плот-
но связана с металлической мембраной, па которую воздейству-
ет гзмеряемое давление. Деформация чувствительного элемеи
га, 1ропорц1юнальная величине измеряемого параметра, вызы-
вает изменение сопротивлении кремниевых тензорезисторов,
которое в электронном устройстве преобразуется в унифициро-
ванный выходной сигнал постоянного тока. От измеряемой сре
ды чувствитетьный элемент защищен гофрированными .метал
лическими мембранами, изготовленными из коррозионностойких
ма гериалов.
Преобразователи Сапфир-22 обладают высокой точностью,
стабильностью работы, малоинерцноины Датчики изготавлива
ют в виде многопредельных приборов с возможностью регули
ровкп диапазона измерения. Каждый преобразователь может
быть перенастроен на любой верхний предел измерения для дан-
ной модели в соотношении 6: I. Приборы выпускаются с линей-
но возрастающей и линейно убывающей характеристиками вы
ходного сигнала.
Питание преобразователей обеспечивается от внешнего ис-
точника— блока питания 22БП-36—постоянным током напря-
жением 36 В, Выходной сигнал преобразователей 0—5; 0—20 и
4—20 мА. Основная погрешность ±0,1; ±0,25; + 0,5%. Преоб
разователи изготавливаются в обыкновенном (Сапфир-22), ис
кробезопасном (Сапфнр-22-Е.\) и взрывозащищенном (Сап-
фир-22-Вн) исполнениях.
Преобразователь избыточного давления
Сапфир 22ДИ показан на рис 1.28, а Преобразователь со-
бран на основании 9. Между этим основанием и фланцем 5 раз-
мещена гофрированная мембрана 6, приваренная к основанию;
фланец уплотнен прокладкой 8. Надмембранная полость 4 и
внутренняя полость тензопреобразователя j заполнены кремний-
органической жидкостью. Полость 10 над тензопреобразовате
лем сообщена с атмосферой. Измеряемое давление подается в
камеру 7 и через гофрированную мембрану 6 н жидкость воз-
действует па мембрану тензопреобразователя. Прогиб послед-
ней, линейно зависящий от измеряемого давления, преобразу-
ется теизоэлементами в соответствующий электрический сигнал,
воспринимаемый через гермовывод 2 электронным устройст-
вом /. Верхние пределы измерений преобразователя: 0,4—
2,5 МПа; 2,5—16 МПа и 16—100 МПа.
Преобразователь разности давлений Сап-
фир - 22ДД (рис. 1.28,6) имеет две камеры, плюсовую 7 и ми
4—1392
49
Рис. 1.28. Схемы преоб-
разователей Сапфир-22:
а -избыточною давления
Сапфир-22ДИ; б — разности
давлений Сапфир-22ДД; в —
! идростатического давления
(уровня) Сапфир-22ДГ
иусовую 13, к которым подводится давление. Измеряемая раз-
ность давлений воздействует на мембраны 6. приваренные по
периметру к основанию 9. Фланцы уплотняются прокладками 8.
Внутренняя полость 4, ограниченная мембранами и тензопреоб-
разователем 3. заполнена кремнийорганической жидкостью. Под
воздействием разности давлений мембраны перемещают тягу 11.
которая через шток 12 передает усилие на рычаг тензопреобра-
50
зователя 3. Это вызывает прогиб мембраны тензопреобразова-
теля 3 и соответствующий электрический сигнал, передаваемый
в электронное устройство 1 через гермовывод 2.
Верхние пределы измерений преобразователя: 0,25—1,6 кПа-
1,6—10 кПа; 6,3—40 кПа; 40- 250 кПа; 0,4 -2,5 МПа; 2,5—
16 МПа. Габаритные размеры 205x212x180 мм.
Преобразователь гидростатического давле-
ния (уровня) С а п ф и р - 22ДГ (рис. 1.28, а) отличается от
преобразователя Сапфир-22ДД наличием фланца с «открытой»
мембраной для монтажа непосредственно на технологическом
резервуаре. Верхние пределы измерений преобразователя: 2,5—
10 кПа; 6—40 кПа и 40—250 кПа. Преобразователи Сапфир-22
тругих модификаций выполнены апатогично рассмотренным.
1.7. НОРМИРУЮЩИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Нормирующие преобразователи используют в автоматических
системах управления для взаимного согласования входящих в
них элементов, обеспечения дистанционной передачи по кана-
лам связи, удобства регистрации показаний и т. п.
Нормирующий преобразователь для ТЭП (рис. 1.29, а) пред-
назначен для преобразования ТЭДС ТЭП в унифицированный
токовый сигнал. Он состоит из измерительного моста и усилите-
ля, охваченного обратной связью по выходному току. Сила тока,
протекающего через внешнюю нагрузку, пропорциональна вы-
ходному напряжению. Падение напряжения при протекании это-
го тока через резистор обратной связи уравновешивает напря-
жение на выходе измерительного моста.
Нормирующий преобразователь работает с ТЭП стандарт-
ных градуировок. Выходной сигнал нормирующего преобразо-
вателя /=0—5 мА.
Нормирующий преобразователь для ТС (рис. 1.29,6) рабо-
тает в комплекте с платиновыми и медными ТС, изменение со-
противления которых он преобразует в унифицированный токо-
Рис. 1.29. Принципиальные схемы нормирующих преобразователей для
ТЭП (а), ТС (б) и электропневмопреобразователя (в):
/—измерительный мост; 2 усилитель; 3 резис’юр обратной связи; 4 система сопло-
яаслонка; 5 магнитоэлектрический механизм. 6 рычаг: 7 — сильфон обратной связи
4*
51
вый сигнал. Преобразователь состоит из измерительного моста
и усилителя, охваченного отрицательной обратной связью по
выходному току. Выходной сигнал преобразователя / = 0—5 мА.
Электропневматический преобразователь (рис. 1.29, в) не-
прерывного унифицированного сигнала постоянного тока выда-
ет на выходе пневматический унифицированный сигнал. Дейст-
вие прибора основано на преобразовании тока в пропорцио-
нальное усилие при помощи магнитоэлектрического механизма.
Это усилие измеряется методом компенсации сил; для этого
предусмотрена пневматическая система сопло — заслонка, снаб-
женная сильфонной жесткой обратной связью. В схемах измере-
ния и регулирования температуры электропневматический пре-
образователь paooiaei в комплекте с описанными выше преоб-
разователями для ТЭП или ТС, выдающими унифицированный
токовый сигнал. Входной сигнал преобразователя /=0—5 мА,
выходной сигнал преобразователя РВых = 0,02—0,1 МПа.
1.8. ВТОРИЧНЫЕ ПРИБОРЫ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ
Вторичные приборы пневматические показывающие и самопи-
шущие предназначены для контроля технологических перемен-
ных— давления, расхода, уровня, температуры, состава ве-
ществ и других параметров, величины которых могут быть пре-
образованы в унифицированный аналоговый сигнал давления
сжатого воздуха в пределах от 0,02 до 0,1 МПа.
Измерительные элементы вторичных пневматических прибо-
ров основаны на принципе компенсации усилий: усилие на при-
емном (чувствительном) элементе, возникающее от входного
давления, уравновешивается усилием от натяжения пружины
обратной связи. Приборы позволяют измерять либо измерять и
регистрировать один, два или три параметра; могут иметь до-
полнительно устройство сигнализации о выходе параметра за
пределы заданного диапазона, станцию управления. В самопи-
шущих приборах используются электрический (Э) или пневма-
тический (П) приводы диаграммной леиты.
Шкалы приборов стопроцентные линейные или в единицах
измерений контролируемых (регулируемых) величин по стан-
дартным рядам: манометры, дифманометры, термометры, ва-
куумметры и др. Длина шкалы и ширина поля записи диа-
граммной ленты (в самопишущих приборах) 100 мм. Скорость
движения диаграммной ленты 20, 40 и 60 мм/ч.
Для питания приборов используется сжатый воздух давле-
нием 0,14±0,014 МПа. Расход воздуха питания в зависимости
от модификации прибора составляет 2—10 л/мин. Исполнение
приборов — щитовое. Класс точности 1,0.
Приборы контроля пневматические показывающие и само-
пишущие ПВ 2.2 и ПВ 4.4 входят в систему приборов и регуля-
52
Рис. l.aO. ехема измерительного устройства вторичных пневматических при-
боров
торов СТАРТ. Прибор ПВ2.2 предназначен для показания зна-
чения одного параметра и получения сигнала при выходе пара-
метра за пределы заданного диапазона. Приборы ПВ 4.4Э и
ПВ4.4П предназначены для непрерывной записи на одной лен-
точной диаграмме значений трех параметров и показаний их
на трех шкалах.
Схема измерительного устройства приборов приведена на
рис. 1.30. Действие приборов основано на компенсационном
принципе измерения, заключающемся в уравновешивании уси-
лий.
Изменение измеряемого параметра (в виде давления сжато-
го воздуха) вызывает перемещение дна сильфона 1 и связан-
ного с ним рычага 3. При этом изменяется зазор между соп-
лом 2 и заслонкой, находящейся па нижнем конце рычага 3,
что приводит к изменению давления сжатого воздуха в линии
сопла 2 и в силовом элементе 5. В результате этого изменяется
величина прогиба чашечной мембраны силового элемента 5,
что вызывает перемещение рычага /, связанного тросиком и
пружиной обратной связи с нижним конном рычага 3.
Таким образом, на рычаге 3 уравновешиваются усилия, воз-
никающие на приемном и силовом элементах. Изменение вели-
чин этих усилий приводит к пропорциональному изменению сте-
пени сжатия пружины обратной связи. Так как нижний конец
рычага 3 при работе практически не изменяет положения, из-
менение величин усилий вызывает пропорциональное им пере-
мещение рычага /. которое и передается на указатель 6 при-
бора.
В приборах ПВ4.4 используются три рассмотренных измери-
тельных устройства. Лентопротяжный механизм выполнен в
виде подающей и приемной катушек и направляющих валиков,
приводимых в движение через редуктор oi электрического или
53
пневматического двигателя. Габариты прибора ПВ2.2 60Х160Х
Х360 мм, соответственно прибора ПВ4.4—160x200x410 мм.
Приборы контроля пневматические показывающие и само-
пишущие со станцией управления ПВ3.2 и ПВ 10.1 предназначе-
ны для работы в комплекте с регуляторами СТАРТ. Приборы
позволяют осуществлять контроль (ПВ3.2); контроль и запись
(ПВ10.1) регулируемого параметра; ручное управление процес-
сом; автоматическое регулирование процессом, а также автома-
тическое программное регулирование (ПВ3.2).
Каждый прибор имеет три измерительных устройства, стан-
цию управления с задатчиком и кнопочным переключателем
роля работы; прибор ПВ10.1 снабжен также лентопротяжным
механизмом.
Приборы показывают на неподвижной шкале и непрерывно
записывают (ПВ10.1) текущее значение регулируемого парамет-
ра, г. е. сигнала от датчика; заданное значение параметра; дав-
ление воздуха на выходе регулятора, т. е. положение регули-
рующего органа. Габариты приборов: ПВ3.2—120Х160Х
Х417 мм; ПВ10.1 — 160x200x513 мм.
Другие вторичные пиевмагические приборы отличаются от
рассмотренных выше числом показываемых и записываемых из-
меряемых параметров и наличием вспомогательных устройств:
станции управления; устройства сигнализации; функционально-
го преобразователя для извлечения квадратного корня, необхо-
димого при работе с расходомерами переменного перепада дав-
ления. Выпускается пневматический интегрирующий прибор
ПИК-1, предназначенный для измерения количества вещества
путем суммирования значений расхода за определенный проме-
жуток времени и др.
1.9. ВТОРИЧНЫЕ ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
Вторичные приборы показывающие и самопишущие предназна-
чены для контроля и регулирования температуры, давления,
расхода, уровня и других технологических величин. Они рабо-
тают с соответствующими измерительными преобразователями.
Кроме того, изготавливаются электрические вторичные приборы,
на вход которых подается унифицированный аналоговый вход-
ной сигнал (0—5, 0—20, 4—20 мА, 0—10 В и др.). Эти приборы
могут работать в комплекте с любыми измерительными преобра-
зователями, на выходе которых имеются унифицированные
электрические сигналы.
Автоматический потенциометр КСП4 предназначен для не-
прерывного измерения,записи и регулирования температуры при
работе в комплекте с одним из ТЭП стандартной градуировки.
В отличие от лабораторных переносных приборов движок
реохорда автоматических потенциометров перемещается не
54
вручную, а автоматически при помощи специального устройства.
При этом нуль-прибор, показывающий пебалансный ток измери-
тельной цепи потенциометра, заменен электронным пуль-ипдп-
катором, состоящим из электронного усилителя и реверсивного
(внгагеля. При изменении ТЭДС ТЭП в цепи появляется по-
стоянное напряжение небаланса, которое преобразуется и уси-
ливается до величины, достаточной для вращения ротора ре-
версивного электродвигателя. Последний через кинематическую
систему перемещает движок реохорда в зависимости от знака
напряжения небаланса в ту или другую сторону, автоматически
уравновешивая измерительную схему. Одновременно с движком
реохорда перемещается прямолинейно движущаяся каретка
имеющая показывающую стрелку и записывающее перо.
Принципиальная схема автоматического потенциометра
КСП4, питание измерительной части которого осуществляется
от источника постоянного стабилизированного тока И ПС для
тостижеиия постоянства рабочего тока, приведена па рис. 1.31.
ТЭДС ТЭП компенсируется разностью потенциалов, возни
кающей в измерительной диагонали мостовой измерительной
схемы. Последняя обеспечивает компенсацию измеряемой
ТЭДС ТЭП известным падением напряжения на реохорде с вы
сокой точностью, предусматривает автоматическое введение по-
правки в показания прибора на температуру свободных спаев,
позволяет легко изменять градуировку прибора, получать шка-
лы с нулем в начале или в середине их. а также безпулевую
шкалу.
Рис. 1.31 Принципиальная схема автоматического потенциометра КСП4:
! ТЭП; ИМ измерительный мост: НПС -источник постоянного стабилпшроваиного
тока; РД реверсивный двигатель; РУ регистрирующее уоро'йство; СД синхронный
двигатель: УС — усилшель
5.=>
Измерительная схема потенциометра состоит из двух цепей.
Первая —цепь источника тока, включающая источник постоян-
ного стабилизированного тока ИПС, от которого питаются вспо-
могательная ветвь с током it и рабочая с током t2.
Вторая —цепь ТЭП, в которую входят ТЭП Т, часть общего
сопротивления реохорда /?Об, постоянный резистор /?„ и рези-
стор /?к, предназначенный для автоматического введения по-
правки па температуру свободных спаев ТЭП. Последнее воз-
можно в случае одинаковых температур свободных спаев ТЭП
и резистора /?к, поэтому в потенциометре резистор /?к располо-
жен в месте включения ТЭП.
Резисторы измерительной схемы /?„, R, /?„, /?,„ и выпол-
нены из манганина, резистор RK изготовлен из меди.
Измеряемая ЭДС ТЭП E(tt0') уравновешивается разностью
потенциалов в точках bud измерительной схемы потенциомет-
ра, т. е. падением напряжения на части общего сопротивления
реохорда /?оГ|, состоящего из трех параллельно включенных ре-
зисторов Rp, RIU и R, и на резисторах Rlt и RK:
Г (/Д/) i-tR'oe г (1-24)
где / — температура рабочего спая ТЭП; t0' — температура сво-
бодного спая ТЭП; —часть приведенного сопротивления
реохорда между точками а' и d измерительной схемы, величина
которого зависит ог положения движка реохорда.
При соблюдении равенства (1.24) напряжение небаланса на
электронный усилитель подаваться не будет. При этом движок
реохорда неподвижен, а стрелка прибора показывает измеряе-
мое значение ТЭДС ТЭП.
В случае нарушения равенства (1.24) на выходе измери-
тельной схемы появляется напряжение небаланса, которое уси-
ливается по напряжению и мощности до значения, достаточно-
го для вращения реверсивного двигателя РД. Последний, враща-
ясь в соответствующем направлении, передвигает движок рео-
хорда и тем самым устанавливает равновесие измерительной
схемы. Одновременно РД перемещает показывающую стрелку
и записывающее перо.
Конструктивно потенциометр КСП 4 представляет собой ста-
ционарный прибор, все узлы которого размещены внутри сталь-
ного корпуса размером 400x400x367 мм. Показания записы-
ваются в прямоугольных координатах на диаграммной ленте
шириной 250 мм.
Автоматический потенциометр КСП4 питается переменным
током напряжением 127/220 В и частотой 50 Гц. Число точек
одновременного измерения от 1 до 12. Скорость продвижения
диаграммной ленты от 20 мм/ч до 54 м/ч. Приборы могут снаб-
жаться различными регулирующими устройствами. Шкалы их
градуируются в °C соответственно градуировке ТЭП в комп-
56
Рис. 1.32. Принципиальная схема автоматического моста КСМ 4:
К/ ТС; ИМ измерительный мост; УС усилитель; РД реверсивный двигатель.
T’J — регистрирующее устройство: С/7 синхронный двигатель
лекте с которой работает прибор. Быстродействие 1; 2.5 и 10 с.
Классы точности 0,25; 0,5.
Наряду с потенциометрами типа КСП4 в промышленности
используются автоматические потенциометры с дисковой шка-
лой типа КСПЗ, с прямоугольной шкалой типов КСП1 и КСП2,
с вращающимся циферблатом КВП1 и другие модификации.
Принципиальные схемы их аналогичны описанной выше схеме
потенциометров КСП4 Указанные модификации приборов от-
личаются одна от другой только конструктивными особенно-
стями.
Автоматический мост RCM4 предназначен для непрерывного
измерения, записи и регулирования температуры при работе в
комплекте с одним из электрических ТС. Прибор (рис. 1.32) по-
зволяет определять температуру среды по величине электриче-
ского сопротивления Ri ТС, находящегося в ней и являющегося
одним из плеч мостовой схемы.
Измерение величины изменения электрического сопротивле-
ния с использованием мостовой схемы основано на сравнении
разности потенциалов двух промежуточных точек в параллель-
но включенных ветвях.
Питание измерительной схемы моста осуществляется от од-
ной из обмоток силового трансформатора напряжением {/тах =
= 6,3 В. Измерительная схема уравновешенного моста включает
четыре плеча, три из которых представлены постоянными ре-
зисторами 7?|, /?2 и а четвертое — последовательно соеди-
ненным ТС Ri, постоянным резистором и общим сопротивле-
нием реохорда /?<>б- Точки bud измерительной схемы присоеди-
57
пены к усилителю УС, являющемуся индикатором нарушения
равновесия в измерительной схеме
Если температура среды, в которой находится ТС R,. пеиз
меппа, ю мостовая схема находится в равновесии, разность по
геицпалов в точках Ь и с! равна нулю, и напряжение небаланса,
подаваемое на усилитель УС, отсутствует Движок реохорда/?,,
в этом случае неподвижен, а стрелка прибора показывает нзме
ряемое значение температуры
В случае изменения температуры среды изменится темпера-
тура ТС /?, и, следовательно, величина его электрического со-
противления. При этом измерительный мост разбалансируется,
н в тиагонали моста между точками Ь и d появится напряже
ине небаланса Um- Последнее пидчсх . ..а vn уси'игтеля УС.
где усиливается по напряжению и мощности, поступает на ре-
версивный двигатель РД и приводит в движение его ротор, ко-
торый переметает механически с ним связанные движок рео
хорда /?р, стрелку и перо но шкале прибора до тех пор, пока
измеригелытый мост не придет в состояние равновесия. Напря-
жение на вхоте усилителя УС в этом случае станет равным
нулю, электродвигатель РД остановится, а прибор покажет из-
меряемую температуру.
На точность показаний прибора влияет тщательность под
гонки сопротивлений проводов Rсоединяющих ТС с автомата
ческим мостом Д тя подгонки сопротивлеиий соединительных
проводов до градуировочного значения /?с = 2,5 Ом служат ре
зисгоры Ry величиной по 2,5 Ом каждый. При градуировании
приборов сопротивление каждого провода, идущего от термо
метра до прибора, принято 2 5±0,01 Ом. Если сопротивление
каждого провода меньше 2,5 Ом, то в соединительную линию
последовательно включают добавочный резистор, дополняющий
сопротивление каждого провода до 2,5 Ом. В произвотствепных
условиях ТС может находиться на значительном удалении от
вторичного прибора.
При колебаниях температуры помещения, в котором про-
кладываются соединительные провода, величина их сопротивле
пня будет изменяться. Как следует из уравнения (L6), это при
ведет к дополнительной погрешности в показаниях прибора
Для практического устранения указанной погрешности применя-
ют тре.хпроводную схему соединений термопреобразователя со-
противления с вторичным прибором В этом случае точка а
(см. рис. Е8 и 1.32) переносится к ТС. При таком соединении
сопротивление одного провода /?., прибавляется к плечу измери
тельного моста, включающему ТС, а сопротивление другого про-
вода Ri прибавляется к соседнему плечу моста с резистором/?.
Конструктивно автоматический уравновешенный мост КСМ4
выполнен так же, как и автоматический потенциометр КСП4.
и имеет аналогичные технические характеристики.
58
Наряду с рассмотренным автоматическим уравновешенным
мостом КСМ4 в промышленности используются показывающие
и записывающие па дисковой диаграмме авюматнческие мосты
КСМЗ; показывающие и записывающие на ленточной диаграм
ме мосты КСМ1 и КСМ2; показывающие мосты с вращающим
ся циферблатом КВМ1 и другие модификации. Прппцнпиаль
иые схемы их подобны описанной схеме автоматического моста
КСМ4; различаются они только конструкцией отдельных узлов
Автоматический дифференциально-трансформаторный при
бор КСДЗ предназначен для непрерывного измерения записи и
регулирования различных величин (уровня жидкости, давления,
расхода жидкости, пара или газа и др.), изменение которых
можно ппевпатитк я перемещение тунжерз (серд'»....т) дпф
ференцпальио-трансформаторпой ка тушки датчика.
Принципиальная схема прибора КСДЗ с катушкой датчика
приведена на рис. 1.33. В первичном приборе, в комплекте с ко
торым работает прибор КСДЗ, датчиком дистанционной пере
дачи является диффереицналыю-трансформагорная катушка /
с подвижным сердечником 11. В прибор КСДЗ встроена анало
гичная дифференциально-трансформаторная катушка 6, сердеч-
ник 5 которой также можег перемещаться. Катушки / и 6 име
ют первичную и вторичную обмотки. Первичные обмотки обеих
катушек соединены между собой последовательно и питаются
от специальной обмотки силового трансформатора. Вторичные
обмотки катушек / и 6 состоят каждая из двух секций, вклю
ченных навстречу одна другой, поэтому индуктируемые в них
ЭДС противоположны по знаку.
При подаче напряжения переменного тока па первичные об-
мотки катушек / и 6 в их вторичных обмотках индуктируются
Рис. 1.33. Схема автоматического дифференциально-трансформаторного при-
бора КСДЗ с катушкой датчика
/ катушка датчика. 2— контрольная кнопка; .1 — переменный резистор; 4— обмотка
корректировки нуля; 5. II сердечники катушек, 6 катушка прибора КСДЗ; 7 ну
лачок*. Я регнегрирующее устройство; 9 - реверсивный двигагель; 10— усилитель
59
ЭДС, величины которых в каждой секции зависят от положе-
ний сердечников 11 и 5. При среднем положении сердечников в
дифференциально-трансформаторных катушках 1 и 6 ЭДС, на-
водимые в секциях их вторичных обмоток, равны и взаимно
компенсируются. Изменение измеряемого параметра вызывает
перемещение сердечника 11 в дифференциально-трансформатор-
ной катушке 1 датчика, который приходит в рассогласование с
сердечником 5 катушки 6 прибора КСДЗ. При этом между точ-
ками А и Б возникает напряжение небаланса, величина и фаза
которого зависят or величины и направления смещения сердеч-
ника 11 в катушке датчика.
Напряжение небапанса подается на электронный усили-
тель 10 для усиления по величине и мощноеiи, а оа.ем подвс
дится к управляющей обмотке реверсивного двигателя 9 и ро-
тор начинает вращаться. Выходной вал реверсивного двигате-
ля, связанный с кулачком 7 через систему рычагов и тяг, пере-
мещает сердечник 5 катушки 6 в положение, согласованное с
сердечником 11 в катушке /. В этот момент ЭДС, наводимые во
вторичных обмотках обеих катушек, становятся равными, и на-
ступает новое состояние равновесия. Разность потенциалов в
точках А и Б обращается в нуль, и ротор двигателя перестает
вращаться. При вращении вала реверсивного двигателя одно-
временно перемещаются связанные с ним стрелка прибора, за-
писывающее перо и элементы регулятора.
Для проверки исправности прибора предусмотрена конт-
рольная кнопка 2, при нажагин которой на вход усилителя по-
дается напряжение только от дифференциально-трансформа-
торной катушки 6 вторичного прибора, и ее сердечник устанав-
ливается в среднее положение, чему соответствует расположе-
ние стрелки прибора против контрольной отметки.
В прибор могут встраиваться различные задающие и регу-
лирующие устройства, а также выходные преобразователи ГСП.
Конструктивно прибор КСДЗ выполнен в виде стального
корпуса размером 320x320x380 мм с застекленной крышкой,
внутри которого размещены основные узлы. Показания записы-
ваются на дисковой диаграммной лепте.
Быстродействие прибора 5. 16 с; время одного оборота диа-
граммы 24 ч. Основная погрешность показаний ±1%, записи
±1,6%. Шкала прибора градуируется в единицах величины, из-
меряемой им в комплекте с соответствующим датчиком.
Прибор аналоговый показывающий одношкальный А501
предназначен для измерения силы и напряжения постоянного
тока, а также пеэлектрическнх величин, преобразованных изме-
рительными преобразователями в унифицированные выходные
сигналы постоянного напряжения и постоянного тока.
Принцип действия прибора основан на компенсационном ме-
тоде измерения входного сигнала, образованного электромеха-
60
нической следящей системой. Пределы измерения входного сиг-
нала: 0—1, 0—10 В; 0—5, 0—20, 4—20 мА. Класс точности 1.0.
Быстродействие 2,5 и 10 с. Длина шкалы 100 мм. Габариты (ши-
ринах высотах глубина) 39x159x263 мм.
Прибор аналоговый показывающий многошкальный для из-
бирательного контроля параметров А511 предназначен для из-
мерения напряжения постоянного тока с представлением резуль-
татов измерения на шкалах, числа отсчета которых выражены
в единицах измеряемого первичными преобразователями пара-
метров (температуры, расхода, давления, уровня и других ие-
электрических величин).
Принцип действия прибора основан на компенсационном ме-
толе измерения входного сигнала, образованью ^lenipuMexa-
нической следящей системой. Прибор имеет восемь шкал и ра-
ботает от датчиков с соответствующими преобразователями.
Пределы измерения входного сигнала: 0—1, 0—5, 0—10 В.
Класс точности 0,5. Быстродействие 2,5 с. Длина шкалы 160 мм.
Время переключения шкал с первой на восьмую не более 4,0 с.
Исполнения — щитовое, стоечное, настольное. Габариты 240Х
X 160X410,5 мм.
Приборы аналоговые показывающие одноканальные и двух-
канальные А502 предназначены для измерения электрических
параметров, а также неэлектрических величии, преобразован-
ных измерительными преобразователями в унифицированный
выходной сигнал постоянного тока или постоянного напря-
жения.
Принцип работы приборов основан на компенсационном ме-
тоде измерения входного сигнала, образованного электромехани-
ческой следящей системой. Приборы могут иметь равномерные
и неравномерные шкалы, проградуированные в единицах тем-
пературы, расхода, давления и т. д. В двухканальных приборах
измерение осуществляется независимо по каждому каналу.
В приборы может быть встроено сигнальное устройство.
Пределы измерений входного сигнала 0—5, 0—20. 4—20 .мА;
0—1, 0—10, 10—0—10 В. Класс точности приборов 0,5. Быстро-
действие 1,0; 2,5; 10 с. Длина шкалы 100 мм. Габариты: в стоеч-
ном исполнении 70X 140X450 мм, в щитовом исполнении 80Х
X 160Х 590 мм.
Приборы аналоговые показывающие и регистрирующие од-
ноканальные и двухканальные А542 предназначены для измере-
ния и регистрации на диаграммной ленте электрических пара-
метров и неэлектрических величин, преобразованных измери-
тельными преобразователями в унифицированные входные сиг-
налы постоянного напряжения и постоянного тока.
Принцип работы аналогичен действию прибора А501. Прибо-
ры могут иметь равномерные шкалы, проградуированные в еди-
ницах температуры, расхода, давления и т. д. В двухканальных
приборах измерение осуществляется независимо по каждом}
каналу. Текущие значения параметров регистрируются на еди-
ной диаграммной ленте чернилами разного цвета. В прибор мо
жет быть встроено сигнальное устройство.
Пределы измерений входного сигнала 0— 5, 0— 20, 4—20 мА.
0—1, 0—10 В. Основная погрешность показаний ±0,5%, записи
и сигнализации ±1%. Быстродействие 1; 2,5; 10 с. Длина шка
лы и ширина диаграммной лепты 100 мм. Скорость перемете
ния ленты 20, 40, 60, 180, 600, I860 мм/с. Габариты в щитовом
исполнении 80X160 X 590 мм.
Прибор аналоговый показывающий и регистрирующий трех-
канальный 4 54.? предназначен для измерения и регистрации на
диаграммной лепте значений силы или наиря/ксп>>>1 постоянного
тока, а также неэлектрических величин, преобразованных в
унифицированные сигналы постоянного напряжения и постони
ного тока. Прибор имеет три канала измерения и регистрации
параметров. В остальном его основные технические данные га
кие же, как и прибора А542. Габариты прибора А543 в щитовом
исполнении I20X 160x590 мм.
Универсальный цифровой прибор А565 предназначен для из
мерения напряжения постоянного тока, температуры и других
физических величин, преобразованных в напряжение постоян
ного тока; для сигнализации отклонения параметра oi заданно
го значения; позиционного регулирования и преобразования из
меряемой величины в выходной двоично-десятичный код При
меняется при автоматизации технологических процессов, в ин
формационно вычислительных системах и как самостоятельный
прибор.
Работа прибора основана на принципе времяпмиульспого
преобразования входных сигналов с применением метода двух
тактиого интегрирования. Приборы могут быть одпоканальиы
ми показывающими без сигнализации и с сигнализацией, а гак
же 12-канальными. Позволяют осуществлять трехпозицпоипое
регулирование; работают в комплекте с преобразователями тер
моэлектрическими различных градуировок, а также с преобра
зователями измерительными, имеющими унифицированные вы
ходные сигналы. Класс точности 0,1—0,25. Исполнение щитовое
Габариты 240X160x455 мм.
Универсальный цифровой прибор для измерения температу-
ры А566 применяется при автоматизации технологических про
цессов, в информационно-измерительных системах и как само
стоятельный прибор. Предназначен для измерения температуры
и сигнализации отклонения ее от заданного значения, а также
для позиционного регулирования.
Приборы могут быть одноканальными или 12-канальными
показывающими, одноканальными показывающими и сигнализи-
рующими (регулирующими); обеспечивают измерение в цифро-
62
вой форме по любому из 12 каналов и выход результата нзме
рения в пятиразрядном двоично-десятичном коде; работают в
комплекте с термопреобразователями сопротивления ТСП и
ТСМ различных градуировок. Класс точности 0,1 —0,25. Испол-
нение щитовое. Габариты 240:: 160?<455 мм.
Приборы регистрирующие «Диск-250» предназначены для
измерения и регистрации силы или напряжения постоянного
гока, температуры с использованием ТЭП и ТС, а также для
измерения неэлектрических величин, преобразованных в унифи-
цированные выходные сигналы и активное сопротивление.
Приборы осуществляют непрерывное измерение раз 1ичных
технологических величин и регистрацию их на диаграммном
диске, а также преобразование входного сигнала в выходной
непрерывный сигнал и—5 или 4—20 мА; обеспечивают тре.хпо
зициониое регулирование с бесконтактным или контактным (ре-
лейным) выходом и двухпозиционную сигнализацию с релей-
ным выходом; имеют различные исполнения в зависимости от
входного сигнала, быстродействия, скорости вращения диа-
граммного диска и выходного регулирующего, сигнализирующе-
го или преобразующего устройств. Приборы могут работать в
комплекте с преобразователями термоэлектрическими ТХК.
ТХА, ТПП, ТПР и термопреобразователями сопротивления
ТСМ и ТСП, а также с преобразователями измерительными,
имеющими унифицированные выходные сигналы.
Пределы измерения выходного сигнала прибора 0—5, 4—
20 мА. Время оборота диаграммного диска 8; 24 ч. Быстродей-
ствие прибора 5,0; 16 с. Основная погрешность по показаниям и
преобразованию ±0,5%; по регистрации, сигнализации и регу-
лированию ±1,0%. Габариты 320x320x260 мм.
Прибор регистрирующий автоматический одноканальный сле-
дящего уравновешивания ГСП типа РП-160 предназначен для
измерения и регистрации напряжения постоянного гока, а так-
же неэлектрических величин, преобразованных измерительны-
ми преобразователями в унифицированные выходные сигналы
и активное сопротивление.
Прибор осуществляет непрерывное измерение и регистрацию
на диаграммной ленте различных технологических величин.
Длина шкалы и ширина ленты 160 мм. Рассчитан на работу с
ТЭП и ТС, а также с преобразователями измерительными,
имеющими унифицированные выходные сигналы 0—5, 0—20,
4—20 мА, 0—10 В. Обеспечивает сигнализацию при отклонении
измеряемого параметра от заданного значения, позволяет вы-
полнить проверку исправности нажатием кнопки «контроль*,
обеспечивает возможность дистанционного управления переме-
щением диаграммной ленты.
Скорость перемещения ленты 20, 60, 160, 360, 600, 1200,
2400 мм/ч. Быстродействие прибора 2,5; 5; 10 с Основная по-
63
грешность показаний и сигнализации ±0,5%, рент рации
±1,0%- Исполнение щитовое Габаритные размеры 240Х320Х
Х455 мм.
Приборы ГСП А550, А650, А660 предназначены для измере-
ния и регистрации значений силы или напряжения пос шинного
тока, а также неэлектрических величин, преобразованных изме-
рительными преобразователями в унифицированные выходные
сигналы постоянного напряжения и постоянного сока.
Приборы А550 имеют стоечное исполнение (некоторые моди-
фикации из них предназначены для работы в щитовом корпу-
се), приборы А650 и А660 щитового исполнения. Изготавлива-
ются 1 и 2-канальные с непрерывной регистрацией и 12-каналь
ные с циклической регистрацией.
По методу измерения одноканальные и двухканальные при-
боры являются автокомпепсаторами следящего уравновешива-
ния, многоканальные приборы — автокомпепсаторами следяще
го уравновешивания циклического действия.
Принцип работы одноканального прибора состоит в следую-
щем. Измеряемый сигнал Ех через фильтр поступает на вход
усилителя постоянного тока, где сравнивается с компенсирую-
щим напряжением UK на входе реохорда, к которому подклю-
чен стабилизированный источник напряжения. Сигнал ошибки
\U — EX—UK после усиления поступает через формирователь
длительности и коммутатор на шаговый двигатель. Последний
через редуктор перемещает каретку с пишущим узлом и дви
жок реохорда до тех пор, пока измеряемый сигнал не будет
скомпенсирован напряжением UK- В двухканальном приборе
имеются две следящие системы, идентичные описанной.
В многоканальном приборе входные сигналы Ех\, Exi...
EXi2 через коммутатор последовательно во времени поступают
на вход следящей системы с шаговым двигателем, приводящим
в движение печатающую каретку. Циклическая регистрация
входных параметров также обеспечивается шаговым двигате-
лем печати.
Диапазоны изменения входных сигналов приборов 0—5,
0—20, 4—20 мА; 0—5, 0—10, ( — 10—0+10) В. Приборы могут
изготавливаться в зависимости от типа используемого датчика
со шкалами, имеющими диапазон измерений, характеристику и
цену деления в соответствии со стандартными градуировками
измеряемых технологических величин.
Длина шкалы и ширина поля регистрации 250 мм. Ленто-
протяжный механизм приборов имеет три исполнения: с види-
мым полем диаграммы высотой 60 мм, с видимым полем диа-
граммы высотой 140 мм и со свободным выпуском диаграммы.
Размеры поля регистрации в приборах А550 составляют 60X
Х250 мм и 140X250 мм; в приборах А650—60 x 250 мм; в при-
борах А660—140x250 мм.
64
Периоды (циклы) регистрации в приборах с циклической ре-
гистрацией составляют 1, 3, 6, 24 и 72 с. Скорость перемещения
диаграммной ленты: 180, 720, 1800, 7200, 18000, 36000 мм/ч
в приборах с непрерывной регистрацией; 20, 60, 180, 720, 1800.
7200 мм/ч в приборах с циклической регистрацией.
Быстродействие приборов 0,5; 1,0; 2,5 с. Основная погреш-
ность по показаниям ±0,25%, по регистрации ±0,5%- Габариты
прибора А550 составляют 140X360X480 мм, прибора А650 —
160X400x520 мм, прибора А660 — 240 X 480 X 520 мм.
ГЛАВА 2
ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА И ФИЗИКО-
ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ
Анализируемые вещества обычно представляют собой смеси,
состоящие из нескольких компонентов. Для определения соста-
ва вещества и концентрации отдельных его компонентов при-
меняют анализаторы, построенные, как правило, на косвенных
методах анализа. Последние основаны на использовании из-
вестных взаимосвязей между искомыми параметрами и каким-
либо физическим или физико-химическим свойством вещества
при условии, что это свойство может быть измерено, а компо-
нент, концентрация которого измеряется, в достаточной степе-
ни отличается от остальных компонентов смеси хотя бы по од-
ному физико-химическому свойству.
Вследствие значительного числа компонентов, концентрации
которых подлежат в мерению, большого различия их физико-
химических свойств еще большего разнообразия сложных
смесей разработаны многочисленные методы их анализа. В ос-
нову работы каждого анализатора положены особенности, свя-
занные со спецификой измеряемого компонента. Поэтому при-
боры не являются универсальными и могут эксплуатироваться
только в условиях, для которых они предназначены.
При автоматическом контроле физико-химических парамет
ров веществ получили распространение следующие методы ана-
лиза:
химические, основанные на свойствах веществ, проявляемых
ими в химических реакциях;
тепловые, основанные на изменении свойств газовых смесей
в температурных полях в зависимости от их состава;
магнитные, использующие парамагнитные свойства ряда
газов;
5—1392
аз
кондуктометрический, основанный на измерении концентра-
ции растворов, электролитов но их удельной электропровод-
ности;
потенциометрический, предназначенный для растворов элек-
тролитов и основанный на измерении электродных потенциа-
лов— разности потенциалов, возникающей на границе раство-
ра и электрода, погруженного в этот раствор;
оптические, в которых используются поглощение, преломле-
ние или отражение электромагнитных волн различных областей
спектра отдельными компонентами сложного вещества (спект-
ральный, инфракрасный, микроволновый и колориметрический
анализы);
алекгрс„химический чотооый основан на различных электро-
химических свойствах отдельных компонентов сложной смесь
(электрометрический и полярографический анализы).
2.1. ХИМИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ
Химические газоанализагоры предназначены для определения
объемного состава газовой смеси. Они основаны на избиратель-
ном поглощении компонентов смеси химическими реактивами
либо па принципе сжигания горючих компонентов этой смеси.
Химические газоанализаторы применяют в лабораторной
практике, а также при контрольных измерениях и поверке авто-
матических газоанализаторов. Погрешность химических газо-
анализаторов 0,1%.
Определение состава газовой смеси методом поглощения
сводится к последовательному соприкосновению отмеренного
объема исследуемой смеси газов с поглотительными растворами
(реактивами), вступающими в соединение с отдельными компо-
нентами смеси, и последующему измерению объема оставшейся
газовой смеси. Например, для поглощения диоксида углерода
используется 33,3%-ый водный раствор КОН. Для определения
состава непредельных углеводородов в качестве поглотительно-
го раствора используют серную кислоту различной концентра-
ции. Кислород поглощают щелочным раствором пирогаллола,
содержащим 13% (масс.) С6Н3(ОН), 29% (масс.) КОН и
58% (масс.) дистиллированной воды. \
Для поглощения оксида углерода реактивом служит аммиач-
ный раствор хлорида меди, содержащий 17% (масс.) CU2CI2,
21% (масс.) NH4C1 и 62% (масс.) дистиллированной воды,
к которому перед заливкой в поглотительный сосуд добавляют
около трети по объему 25%-го водного раствора аммиака.
Переносной химический газоанализатор ГПХ-3 (рис. 2.1)
предназначен для раздельного объемного определения содержа-
ния в смеси диоксида углерода, кислорода и оксида углерода
или непредельных углеводородов.
66
Рис. 2.1. Переносный химический газоанализатор ГПХ-3
Газоанализатор состоит из измерительной бюретки /, запол-
ненного водой стеклянного цилиндра 2, трех поглотительных со-
судов 3, 4 и 5, фильтра 6, трехходового крана 7, грех одноходо-
вых стеклянных кранов 8, 9 и 10, распределительной гребен-
ки И, резинового мешочка 12 и уравнительного сосуда 13. От-
дельные части прибора соединены между собой резиновыми
трубками и смонтированы в деревянном футляре с выдвижными
крышками.
Измерительная бюретка / емкостью 100 мл предназначена
для отмеривания первоначального объема газовой смеси и изме-
рения ее объема после поглощения отдельных компонентов.
Для повышения точности измерения нижняя часть бюретки
объемом 20% сильно сужена и имеет шкалу с ценой деления
0,2 мл. Верхняя расширенная часть бюретки имеет шкалу с це
ной деления 1 мл. Шкала бюретки имеет деления от 0 до 100.
Для уменьшения влияния температуры окружающей среды бю-
ретка помещена в наполненный водой стеклянный цилиндр 2.
Стеклянные поглотительные сосуды 3, 4 и 5 содержат по
200 мл реактива каждый и представляют собой сообщающиеся
цилиндрические баллоны: один предназначен для приема анали-
зируемого газа и поглощения его реактивом, второй — для при-
ема реактива, вытесненного во время поглощения. Баллоны за-
полнены тонкостенными стеклянными трубочками для увеличе-
ния поверхности контакта анализируемой газовой смеси и реак-
тива. Поглотительные сосуды заполнены (справа налево) вод-
ным раствором гидроксида калия, насыщенной бромной водой
и щелочным раствором пирогаллола.
Резиновый мешочек 12 служит для изоляции реактивов от
атмосферного воздуха. Газовый фильтр 6, выполненный в виде
стеклянной П-образиой трубки, заполненной стеклянной ватой,
предназначен для очистки газа, поступающего на измерение, от
5
67
твердых примесей. Измерительная бюретка 1 и уравнительный
сосуд 13 заполняют насыщенным раствором хлорида натрия,
окрашенным метиловым оранжевым.
Перед началом работы газоанализатор проверяют на герме-
тичность. Для этого бюретку через распределительную гребенку
соединяют, открыв трехходовой кран 7, с атмосферой. Поднимая
вверх уравнительный сосуд, частично заполняют запирающей
жидкостью бюретку, отключают распределительную гребенку от
атмосферы и, открыв кран 8, присоединяют ее к поглотительно-
му сосуду 5. Изменяя высоту расположения уравнительного со-
суда с запирающей жидкостью, устанавливают уровень поглоти-
тельною раствора на контрольной отметке, находящейся на ка-
пиллярной трубке ниже запорного крана д, коюрь.;". затем за-
крывают. Аналогично устанавливают уровни растворов и в ос-
тальных поглотительных сосудах.
Чтобы установить уровень запорной жидкости в бюретке, ее
снова сообщают с атмосферой, поднимают уравнительный сосуд
до тех пор, пока жидкость не заполнит бюретку до верхней от-
метки, затем отключают гребенку от атмосферы.
Прежде чем забрать в измерительную бюретку порцию ана-
лизируемого газа, необходимо промыть им систему, чтобы ис-
ключить влияние содержащегося в ней воздуха. Сообщая гре-
бенку с газоподводящей линией и опуская уравнительный сосуд,
заполняют бюретку анализируемым газом, вытесняя затем смесь
его с воздухом через трехходовой кран 7 в атмосферу. Повторив
продувку системы несколько раз. забирают в бюретку пробу
газа, медленно опуская уравнительный сосуд. Установив уро-
вень жидкости в бюретке несколько ниже отметки 0, отключают
прибор.
Объем газа, забранный в бюретку, приводится к атмосферно-
му давлению. Для этого уравнительный сосуд устанавливают
так, чтобы уровни запорной жидкости в нем и бюретке были
одинаковы. Чтобы вытеснить излишек забранного в прибор
газа, соединяют гребенку с атмосферой и медленно поднимают
уравнительный сосуд вверх до тех пор, пока уровни запорной
жидкости в уравнительном сосуде и в бюретке не совпадут с
отметкой 0. Перекрывая гребенку краном, отсекают в бюретке
100 мл анализируемого газа при атмосферном давлении.
При анализе сложной газовой смеси, например, содержащей
СО2, C,tH2n, О2 и N2, последовательность анализа следующая:
а) поглощение СО2 раствором КОН в воле; б) поглощение
СлН2п бромной водой (так как газ при этом насыщается пара
ми брома, прежде чем замерить его объем, поглощают пары
брома раствором КОН в воде); в) поглощение кислорода ще-
лочным раствором пирогаллола. Содержание азота вычисляют
по количеству оставшегося в приборе газа.
68
Поглощение каждого компонента начинают с того, что сооб-
щают между собой бюретку и соответствующий поглотительный
сосуд. Медленно поднимая уравнительный сосуд, перегоняют
всю газовую смесь из бюретки в поглотительный сосуд, доводя
уровень затворной жидкости в бюретке до ее капиллярной труб-
ки. Под давлением газа реактив из баллона для приема газа
вытесняется в баллон для приема реактива, оголяя при этом
смоченные раствором стеклянные трубочки. Затем возвращают
газовую смесь обратно в бюретку, опуская уравнительный сосуд
до тех пор, пока реактив в поглотительном сосуде не достигнет
контрольной отметки на своей капиллярной трубке под однохо-
довым краном. Попадание реактива в гребенку недопустимо.
Для полного поглощения опретечяемог^ компонент? переме
щение пробы газа из бюретки в поглотительный сосуд и обрат-
но повторяют 5—6 раз. После этого поднимают уровень реак-
тива до контрольной отметки на капилляре поглотительного со-
суда, закрывают одноходовой кран и, совмещая уровни жидко-
сти в уравнительном сосуде и бюретке, находят по шкале, на-
несенной на бюретке, уменьшение объема газа, обусловленное
поглощением определяемого компонента реактивом. Для про-
верки производят еще одно контрольное перемещение остатка
газа из бюретки в поглотительный сосуд и обратно и снова на-
ходят оставшийся объем газовой пробы. При совпадении ре-
зультатов определение содержания компонента в анализируе-
мой газовой смеси заканчивают.
2.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ
В физических газоанализаторах для анализа газовой смеси ис-
пользуют какое-либо физическое свойство смеси, изменяющееся
в зависимости от содержания определенного компонента, напри-
мер, теплопроводность, поглотительную способность газов, их
магнитную проницаемость и т. д.
Термокондуктометрические газоанализаторы основаны на за-
висимости теплопроводности анализируемой газовой смеси от
концентрации определяемого компонента. При этом обычно
теплопроводность газовой смеси сравнивают с теплопровод-
ностью воздуха или другого газа и выражают в абсолютных или
относительных единицах. Теплопроводность большинства газо-
вых смесей Хсм с достаточной для практических целей точ-
ностью можно рассчитать по уравнению
i — к 4- -2 4 -14- Р" ? (9 в
л™— юо Л1 * 100 - ' 100 Лз ' ••• юо л,1>
где Р}. Р2. Р3, . Р„—содержание компонентов теплопровод-
ностью Л|, Х2, 23, .... I,, при условии, что Р( + Р2 + Р2 + ... +Рп —
= 100%.
69
Если теплопроводность одного из компонентов газовой сме-
си значительно больше теплопроводности другого (для бинар-
ной системы) или суммы теплопроводностей остальных компо-
нентов (для многокомпонентной системы), то изменение тепто-
проводности газовой смеси может служить мерой изменения со-
держания в газе этого компонента.
Для определения теплопроводности газовой смеси в камеру,
через которую при постоянном расходе продувается эта смесь,
помещают металлическую нить с большим температурным ко-
эффициентом сопротивления и пропускают через нее электриче-
ский ток. Температура и, следовательно, электрическое сопро-
тивпение нагреваемой током нити зависят от теплопроводности
среды, окружающей нагретый проводник, от которой, в свою
очередь, зависит теплоотдача в окружающую газовую среду.
Таким образом, по изменению электрического сопротивления
нити можно судить о концентрации анализируемого компо-
нента.
Термокондуктометрический газоанализатор ТП-5501 пред-
назначен для определения объемного содержания водорода, ди-
оксида углерода или метана во взрывобезопасных бинарных
смесях, а также для выдачи стандартных аналоговых электри-
ческих сигналов. Газоанализатор является автоматическим при-
бором непрерывного действия н состоит из датчика, через ко-
торый продувается анализируемая газовая смесь, и вторичного
прибора.
Анализируемый газ проходит регулятор расхода, в котором
постоянство расхода обеспечивается отбором газа с постоянным
давлением (под поплавком ротаметра) через постоянное со-
противление— диафрагму, и далее с постоянной скоростью на-
правляется в датчик газоанализатора, где теплопроводность ис-
следуемого газа сравнивается с теплопроводностью воздуха при
неизменной температуре стенок блока датчика н постоянном
давлении анализируемой смеси в нем
Теплопроводности анализируемой газовой смеси и воздуха
сравниваются по схеме измерительного неравновесного моста
постоянного тока (рис. 2.2). Все плечи моста изготовлены из
тонкой платиновой проволоки. Два плеча и /?2 помещены в
рабочие камеры /, через которые непрерывно протекает анали-
зируемая газовая смесь. Два других плеча /?3 и помещены в
глухие сравнительные камеры 2, заполненные воздухом. Плечи
моста нагреваются проходящим через них постоянным электри-
ческим током до определенной температуры.
Проходя по входному каналу датчика, газовая смесь нагре-
вается до температуры блока датчика и поступает в рабочие
камеры. Если содержание анализируемого компонента в смеси
газов отличается от начального, то теплопроводность этой сме-
си будет отличаться от теплопроводности начальной смеси; при
70
Рис. 2.2. Термокондуктометрический газо-
анализатор:
1 — рабочие камеры: 2 сраннительные камеры:
.1 — блок питании; 4 вторичный прибор
этом изменяются условия теплоотдачи от нитей плечевых эле-
ментов в рабочих камерах к их стенкам, В результате этого
изменяется температура плеч R\ и /?2, а следовательно, и их со-
противление. В измерительной диагонали моста возникает раз-
ность потенциалов, пропорциональная содержанию анализируе
мого компонента в газовой смеси Разбаланс моста измеряется
вторичным самопишущим прибором КСП2, шкала которого от-
градуирована в процентах анализируемого компонента.
Для стабилизации работы газоанализатора питание его из-
мерительной схемы осуществляется ог стабилизатора напря-
жения, а блок датчика гермостатируется. Кроме того, для уст-
ранения влияния внешних факторов (изменение температуры
окружающей среды и колебаний напряжения питания) на ре-
зультаты измерения измерительную схему газоанализатора вы
полняют из двух мостов (измерительного и сравнительного)
При этом сигнал измерительного моста компенсируется долей
сигнала моста сравнения. Такая схема позволяет повысить юч-
ность измерения, гак как изменение указанных внешних факто-
ров одновременно влияет на сигналы обоих мостов.
На лицевой части датчика газоанализатора под крышкой ус-
тановлены показывающий стрелочный прибор, ротаметр, орга-
ны управления. На крышке имеется также окно для считыва-
ния показаний.
Пределы измерений водорода от 0—1 до 0—100% (об.); ди
оксида углерода от 0—10 до 50—100% (об.); метана от 0 до
100% (об.). Основная погрешность ±2,5; ±4,0; ±10,0% в за-
висимости от вида анализируемого газа и пределов измерений.
Объемный расход газовой смеси 12 см3/с, давление 70
130 кПа. Время установления показаний от 30 до 110 с. Выход-
ные сигналы 0—5 мА; 0—100 мВ; 0—10 В.
Магнитные газоанализаторы применяют для определения со-
держания кислорода в анализируемой газовой смеси. Кислород,
в отличие от большинства других газов, обладает ярко выра
жеиными парамагнитными свойствами. Ею молекулы при пали
чии внешнего магнитного поля стремятся переместиться в об-
ласть более интенсивного поля.
Магнитные свойства газов (слабомагнитпых веществ) ха-
рактеризуются интенсивностью намагничивания / (в А/м), от-
несенной к напряженности магнитного поля Н (в А/м). Эго от-
71
ношение называют объемной магнитной восприимчивостью Kv =
=ЦН.
Величина Лм для кислорода в десятки и сотни раз выше, чем
для азота, водорода, диоксида углерода и др Следовательно,
если имеется газовая смесь, состоящая из кислорода и диамаг-
нитных газов, то величина магнитной восприимчивости этой сме-
си однозначно определяется содержанием в ней кислорода. Од-
нако непосредственное измерение магнитной восприимчивости
газовых смесей вследствие их малой величины сложно. Поэто-
му применяют методы, основанные на использовании косвенных
явлений, связанных с магнитными свойствами.
Р'^ьшинство магнитных газоанализаторов основано на прин-
ципе термомагнитной конвекции. Известно,, что при повышения
температуры магнитная восприимчивость газов уменьшается.
Следовательно, если в проточную камеру с неоднородным маг-
нитным полем, где находится парамагнитный газ, поместить на-
гретое тело, то при нагревании магнитная восприимчивость газа
будет уменьшаться. Тогда более холодный газ, обладающий
большей магнитной восприимчивостью, будет перемещаться в
более сильное магнитное поле, вытесняя из него нагретый газ,
т. е. появится термомагнитный конвективный поток. Интенсив-
ность этого потока однозначно определяется магнитной воспри-
имчивостью газа, значение которой в свою очередь зависит от
содержания кислорода в анализируемой газовой смеси.
Схема промышленного термомагнитного газоанализатора
приведена на рис. 2.3. Анализируемая газовая смесь проходит
через игольчатый вентиль 1 и поступает в ротаметр 2, где обес-
печивается постоянный расход, так как на диафрагме 3 поддер-
Рис. 2.3. Термомагнитный газоанализатор
72
живается постоянный перепад давления. Затем газ направляет-
ся в газовую камеру датчика 5. Для поддержания постоянной
температуры анализируемого газа его пропускают через тепло-
обменник 4.
Газовая камера датчика выполнена в виде полого кольца из
диамагнитного материала с наклонным каналом, около верхне-
го конца которого размещены полюсные наконечники постоян-
ного магнита N и 5, создающие на этом конце более интенсив-
ное магнитное поле. На канал навита двухсекционная обмотка
из тонкой платиновой проволоки, нагреваемой проходящим че-
рез нее током до 200—250 °C. Для обеспечения постоянного дав-
ления линии выхода ротаметра и газовой камеры объединены.
Секции обмотки R, и /?» являются смежными рабочими пле-
чами неравновесного измерительного моста; двумя другими пле-
чами его служат постоянные резисторы и /?4, располо-
женные вне камеры. Резисторы /?| и /?2 подгоняются со-
ответственно резисторами /?пц и Rllt2. Измерительный мост пита-
ется постоянным током от стабилизированного источника. Рези-
стор /?5 предназначен для установки диапазона измерения по
шкале прибора, а /?6 — для установки прибора на нуль. Рези-
стор R7 служит для обеспечения тока питания определенной ве-
личины. Разбаланс измерительного моста измеряется вторич-
ным прибором-потенциометром 6, шкала которого отградуиро-
вана в % (об.) кислорода.
При увеличении концентрации кислорода в анализируемой
газовой смеси возрастает термомагнитный конвективный поток
в направлении от большей объемной магнитной напряженно-
сти к меньшей, что обусловлено потерями парамагнитных
свойств кислорода при нагревании его от обмотки R}. При этом
тепло от обмотки /?| переносится к обмотке R?, поэтому обмот-
ка /?, охлаждается интенсивнее, чем R?. Изменение температуры
обмоток /?| и R2 вызывает изменение их сопротивлений и разба-
ланс измерительного моста, определяемый вторичным прибо-
ром 6.
Для повышения чувствительности и уменьшения погрешно-
сти измерений в промышленных газоанализаторах используют
компенсационные измерительные схемы с двумя кольцевыми ка-
мерами, включенными в соответствующие плечи двух мостов —
измерительного и сравнительного. Изменение температуры и
давления анализируемого газа, а также напряжения питания
измерительной схемы одинаково влияет на напряжение в изме-
рительных диагоналях каждого из мостов, поэтому на показа-
ниях газоанализатора эти изменения не будут сказываться.
Термомагнитный газоанализатор МН5130-1 предназначен
для непрерывного измерения концентрации (объемной доли)
кислорода в двух- и трехкомпонентных газовых смесях и выда-
чи стандартных электрических сигналов. Снабжен устройством
73
сигнализации. Для показания и записи результатов измерений
в комплекте с газоанализатором используется вторичный само-
пишущий прибор.
Пределы измерений кислорода от 0—0,5 до 80—100% (об.).
Основная погрешность от ±2,0 до 10% в зависимости от пре-
делов измерений. Объемный расход газовой смеси 12 см3/с,
давление 90—105 кПа. Время установления показаний 120 с.
Выходные сигналы 0—5 мА, 0—100 мВ.
Оптико-акустические газоанализаторы основаны на свойстве
газов и паров избирательно поглощать инфракрасное излучение
определенной длины волны (от 0,76 до 750 мкм). В опгико-аку-
стичсскн' гпзо.анэччзатопах обычно используются лишь лучи с
волнами длиной 2,5—25 мкм, излучаемые молекулами вслед-
ствие их колебательного движения.
Способностью поглощать инфракрасные лучи обладают толь-
ко паро- и газообразные вещества, молекулы которых состоят
из двух или большего числа различных атомов. Газы, молеку-
лы которых СОСТОЯ! из одинаковых атомов (кислород, водород,
азот), а также одноатомные газы (гелий, неон, аргон) не по-
глощают инфракрасных лучей и содержание таких газов в газо-
вой смеси этим методом определить нельзя.
Газы, относящиеся к первой группе, имеют определенное мо-
лекулярное строение и характерную для каждого нз^ннх часто-
ту собственных колебаний молекул. Если через слой !аза про-
пускать инфракрасные лучи, то поглощаются те из них, частота
колебаний которых равна частоте собственных колебаний моле-
кул газа. При этом энергия поглощенных лучей расходуется па
увеличение кинетической энергии молекул и рассеивается в виде
тепла. Лучи же с частотой колебаний, отличающейся от частоты
колебаний молекул, проходят газ без изменений. Каждый газ
поглощает радиацию в определенной свойственной ему области
спектра, например- оксид углерода в области 4,7 мкм; диоксид
углерода —2,7 и 4,3 мкм; метан — 3,3 и 7,65 мкм. Это обуслов-
ливает возможность проведения избирательного анализа газов
оптнко-акусiическим методом.
Явление избирательного поглощения описывается законом
Ламберта — Бера, который для монохроматического излучения
с длиной волны А имеет вид
С (W) lg(/o,O. (2-2)
где С — концентрация поглощающего вещества в пробе иссле-
дуемого газа; Кх—коэффициент поглощения вещества при дли-
не волны А; / — толщина слоя пробы (длина кюветы); /о, 1 —
интенсивности излучения до пробы и после пробы.
В промышленных оптико акустических газоанализаторах ин-
фракрасного поглощения пробой исследуемого газа служит
сложная газовая смесь, направляемая по кювете, через которую
74
периодически пропускают поток инфракрасных лучей. При этом
часть лучей поглощается, а часть поступает в чувствительный
элемент, который связан с вторичным прибором.
В качестве чувствительного элемента, измеряющего раз-
ность интенсивностей интегрального излучения после прохожде-
ния лучей через образец, используется избирательный лучепри-
емник. Последний представляет собой герметическую камеру,
заполненную компонентом, концентрация которого определяется
в анализируемой газовой смеси, и снабженную окном для про-
хода в него инфракрасных лучей. Если в лучеприемник периоди-
чески будут поступать инфракрасные лучи, то газ, находящийся
в нем, будет периодически нагреваться и охлаждаться.
Колебания температуры газа, находящегося в камере по-
стоянного объема, вызовут колеоаиия его давления, восприни-
маемые мембраной, находящейся внутри лучеприемника. Так
как последний заполнен одним газом, процесс поглощения лучи-
стой энергии является избирательным и связанные с ним коле-
бания температуры и давления происходят только при опреде-
ленных длинах волн, соответствующих спектру поглощения
газа, наполняющего лучеприемник.
В кювете, через которую подается газовая смесь, поток лучи-
стой энергии в зависимости от концентрации определяемого ком-
понента будет ослаблен, поэтому амплитуда колебаний темпе-
ратуры и давления в камере лучеприемника изменяется обратно
пропорционально содержанию этого компонента в газовой
смеси.
Оптико-акустический газоанализатор ОА-2209 предназначен
для определения содержания в газовых смесях диоксида угле-
рода. Он является автоматическим прибором непрерывного дей-
ствия и состоит из блока приемника и вторичного прибора
КСУ2.
Содержание анализируемого Компонента в газовой смеси
(рис 2.4) измеряется компенсационным методом. Две нихромо-
вые спирали 3, нагреваемые электрическим током, являются ис-
точниками инфракрасного излучения. Для получения направлен-
ного потока лучей каждая спираль помещена в фокусе отража-
теля 2. Потоки инфракрасных лучей от нагретых спиралей од-
новременно прерываются с частотой 5 Гц обтюратором 4, при-
водимым во вращение синхронным двигателем 1, и направляют-
ся в два оптических канала.
В правом канале прерывистый поток инфракрасных лучей
проходит последовательно фильтровую 5 и рабочую 6 камеры,
попадает на поверхность отражающей пластины 7 и далее на
правляется в правый цилиндр 8 лучеприемника 9. В левом кана-
ле прерывистый поток инфракрасных лучей проходит фильтро-
вую камеру 5, компенсирующую 13 и поступает в левый ци-
линдр лучеприемника 9. Фильтровые камеры 5, заполненные
75
Pik. 2.4. Схема оптико-акустического
газоанализатора
только нензмеряемымн ком-
понентами, позволяют умень-
шить дополнительную погреш-
ность газоанализатора, обус-
ловливаемую изменением со-
держания в газовой смеси не-
измеряемых компонентов Ком-
пенсирующая камера 13 слу-
жит для изменения толщины
слоя газовой меси на пути
потока инфракрасных лучей в
левом канале, а также для из-
менения направления этого
потока.
Исследуемая газовая смесь непрерывно протекает через ра-
бочую камеру 6. Если в смеси анализируемый компонент отсут-
ствует, то в камеры лучепрнемника поступают одинаковые по-
токи инфракрасных излучений, мембрана не колеблется и сиг-
нал с лучепрнемника не поступает. Если же газовая смесь со-
держит искомый компонент, то из-за частичного поглощения
инфракрасных лучей в рабочей камере 6 в правый цилиндр лу-
чеприемника поступает их ослабленный поток, а в левый — не-
ослабленный. Это приводит к разности температур тт давлений
газа в цилиндрах.
При прерывании излучения обтюратором газ в цилиндрах
лучепрнемника охлаждается, и давления понижаются; в резуль-
тате этого в цилиндрах лучепрнемника возникают периодиче-
ские пульсации давления Для повышения точности показаний
газоанализатора цилиндры лучепрнемника заполняют смесью
инертного газа с анализируемым компонентом. Поскольку ци-
линдры лучепрнемника заполнены только анализируемым ком-
понентом и инертным к инфракрасному излучению азотом, пуль-
сация тавлеиия возникает лишь за счет части спектра излуче-
ния, поглощаемой анализируемым компонентом. Таким образом
в приборе достигается избирательность поглощения и анализа.
Колебания давления в лучеприемннке 9 преобразуются в
конденсаторном микрофоне 10 в переменный ток. Последний
усиливается усилителем // и подается на реверсивный двига-
тель 12. ротор которого начинает вращаться. При этом переме-
щается в ту или иную сторону отражающий поршень компенси-
рующей камеры 13. который увеличивает или уменьшает тол-
щину поглощающего слоя. В момент, когда потоки излучений,
поступающие в цилиндры лучепрнемника, станут равными,
электрический сигнал от лучепрнемника исчезает, и двигатель
останавливается. Таким образом, положение поршня камеры/-?
76
будет веет та соответствовать концентрации анализируемого
компонента Это положение поршня в свою очередь через рео-
хорд 14 регистрируется вторичным прибором 15.
Пределы измерений диоксида углерода от 0—1 до 0—100%
(об.). Основная погрешность ±2,5%. Расход газовой смеси
8,3 см3/с, давление 0,3 кПа. Время установления показаний 30 с.
Выходной сигнал 0—5 мА.
2.3. ХРОМАТОГРАФЫ
Хроматографами называются приборы, предназначенные для
анализа многокомпонентных жидких и газовых смесей методом
у-ппмптпррафичрс^ого пазде ’ения Чтпт метол состоит в том что
анализируемая смесь разделяется на составляющие компонен-
ты при ее принудительном продвижении через слой неподвиж-
ной фазы. Метод циклический, обладает высокой разделитель-
ной способностью и позволяет производить качественный и коли-
чественный анализы исследуемой смеси.
Наибольшее распространение для анализа газов получили
способы газоадсорбционной и газораспределительной хромато-
графии. В первом из них подвижной фазой является газ, а не-
подвижной— твердое измельченное вещество; во втором по-
движной фазой служит газ, неподвижной — жидкость, нанесен-
ная на пористую основу. В газоадсорбционной хроматографии
разделение компонентов обусловлено их различной способ-
ностью адсорбироваться на поверхности неподвижной твердой
фазы, а в газораспределительной — неодинаковой их раствори-
мостью в жидкой неподвижной фазе.
На рис. 2.5 показана схема газоадсорбционного хроматогра-
фического разделения смеси газов па компоненты. Проба ана-
лизируемой газовой смеси, состоящей из трех компонентов А. Б
и В (рис. 2,5, а), проталкивается каким-либо инертным газом,
называемым газом-носителем, через длинную тонкую трубку —
разделительную колонку, согнутую по спирали п заполненную
измельченным адсорбентом.
Вследствие различной адсорбируемости компонентов смеси
движение их в колонке замедляется по-разному. Чем больше
сорбируемость молекул данного компонента, тем больше их
торможение, и наоборот. Поэтому отдельные компоненты смеси
продвигаются по колонке с разной скоростью. Через некоторое
время (рис. 2.5,6) вперед уйдет компонент В как менее сорби-
Рис. 2.5. Схема газоадсорбциоиного
хроматографического разделения га-
зовой смеси на компоненты
77
деляются (рис. 2.5, в) и из
Рис. 2.6. Схема газоадсорбцк-
онного хроматографа
руемый. за ним компо-
нент Б и, наконец, ком-
понент А как более сор-
бируемый и поэтому дви-
жущийся медленнее
остальных. В следующий
промежуток времени,
вследствие разных ско-
ростей движения, ком
поненты полностью
следовательно выходят или
раз-
хроматографической колонки по-
газ-носитель — компонент.
газ-носитель, или бинарная смесь
При анализе многокомпонентной газовой смеси из колонки
выносятся компоненты в порядке возрастания их молекулярных
масс. При определенных постоянных условиях разделения (тем-
пература, расход газа-носителя, свойства адсорбента и т. д.)
время прохождения каждого компонента через данную хромато-
графическую колонку н, следовательно, время его выхода посто-
янно. Поэтому время выхода каждого компонента является ка-
чественным показателем хроматографического анализа.
В качестве газа-носителя в газоадсорбционной хроматогра-
фии применяют азот, гелий, воздух и другие газы; в качестве
адсорбента (неподвижной фазы) используют активный уголь,
силикагель, алюмогель, оксид магния и т. п.
Результаты анализа фиксируются вторичным регистрирую-
щим прибором. Хроматограмма анализируемой смеси представ-
ляет собой кривую с рядом пиков. При этом время появления
каждого из них характеризует вид компонента смеси, а его пло
щадь—концентрацию данного компонента.
В газораспределительной хроматографии анализ многоком-
понентных газовых смесей производится аналогичным образом.
На рис. 2.6 приведена схема газоадсорбционного хромато-
графа. Анализируемый газ по пробоотборной линии / подво-
дится к панели подготовки анализируемого газа /, поступает в
датчик 111, проходит кран-переключатель 8. дозировочную спи-
раль 7, снова кран-переключатель 8 и через ротаметр 3 выбра-
сывается в атмосферу. Газ-носитель подается из баллона по ли-
нии 2 через ротаметр 4 панели подготовки газа-носителя II,
проходит через сравнительную камеру 5 детектора датчика при-
бора, кран-переключатель 8, разделительную колонку 9, измери-
тельную камеру 6 детектора и выходит наружу.
Кран-переключатель 8 выполнен из двух пришлифованных
одна к другой пластин, одна из которых, снабженная канала-
ми и вращаемая электродвигателем, может фиксироваться че-
рез каждые 60° и занимать два положения. На рис. 2.6 показа-
но положение, при котором газ-носитель, попадая в кран-пере-
ключатель 8, по его каналу направляется в разделительную
колонку 9, а анализируемая газовая смесь проходит через
пробоотборную сменную дозировочную спираль 7, выполнен-
ную в виде трубки, объем которой может составлять 2, 3, 5 и
10 мл.
При повороте пластины крана-переключателя 8 на 60° кана-
лы его займут положение, показанное на рисунке штриховой
линией. При этом газ-носитель вытеснит пробу анализируемого
газа заданного объема из дозировочной спирали 7 в раздели-
тельную колонку 9, а основной поток газовой смеси в это вре-
мя буде1 продуваться в атмосферу ни друтому каналу крана-
переключателя 8. Подвижная пластина крана-переключателя 8
поворачивается в указанные положения автоматическим тай-
мером через постоянные промежутки времени (от 3 до 5 мни),
устанавливаемые в зависимости от состава анализируемой га-
зовой смеси и требований к ее разделению.
Разделительная колонка 9 представляет собой спиральную
трубку из нержавеющей стали или меди внутренним диамет-
ром 6 мм и длиной 2—10 м (в зависимости от условий анали-
за), заполненную сорбентом. Попадая в колонку 9, проба ана-
лизируемой смеси газов распределяется на составляющие ее
компоненты, которые направляются в детектор.
Детектор датчика служит для обнаружения разделенных
компонентов анализируемой пробы смеси газов. Действие его
основано на использовании разности теплопроводности газа-но-
сителя и теплопроводности бинарной смеси каждого анализи-
руемого компонента и газа-носителя. Детектор представляет
собой массивный блок из нержавеющей стали с двумя камера-
ми 5 и 6, в каждой из которых объемом около 0,2 см'' нахо-
дятся термисторы, являющиеся плечами измерительного моста.
Гермостатирование камер датчика обеспечивается регулятором
температуры.
При прохождении газа-носителя через сравнительную 5 и
измерительную 6 камеры детектора условия теплоотдачи в обе-
их камерах будут одинаковы; измерительная схема будет на-
ходиться в равновесии, и на диаграмме вторичного прибора за-
пишется пулевая линия.
При повороте подвижной пластины крана-переключателя 8
па 60 СС газ-носитель вытеснит отсеченную в дозировочной спи-
рали пробу и направит ее в разделительную колонку 9, из ко-
торой в измерительную камеру 6 детектора будет подаваться
то газ-носитель, то соответствующая бинарная смесь. Поступ-
ление в измерительную камеру бинарной смеси, теплопровод-
ность которой иная, чем чистого газа-носителя, вызовет изме-
нение температуры и сопротивления термистора и, следова-
79
тельно, разбаланс моста. Этот разбаланс записывается регист-
рирующим прибором IV в виде пика.
Блок управления V хроматографа включает измерительную
схему прибора, электронный регулятор температуры, задатчик
времени — таймер, устройство автоматической установки нуля,
устройство управления краном 8, переключатели и реле.
Хроматограф промышленный ХП-499 предназначен для ана-
лиза газообразных продуктов — неуглеводородных газов, угле-
водородов предельных и непредельных и их изомеров. Хрома-
тограф позволяет выполнить анализы газов, отбираемых из тех-
нологических потоков, обеспечивает непрерывную регистрацию
результатов анализа, а также получение стандартных выходных
пневматических и элек 1рических <_игна.1мв и может использо-
ваться в системах управления.
Прибор содержит блоки.; анализатор (датчик), панели под-
готовки и стабилизации расходов анализируемого газа и газа-
носителя, блок управления с программным устройством, преоб-
разователи для получения выходных стандартных сигналов и
регистратор. Хроматограф имеет детектор по теплопроводности;
температура термостатирования датчика от 25 до 200 °C с точ-
ностью ±0,5 °C; содержит три разделительные {/-образные ко-
лонки длиной до 10 м; газ-носитель—воздух, азот, гелий; дав-
ление газа-носителя 60—147 кПа, расход 0,5—8 л/мин; продол-
жительность цикла 3—5 мин; пределы измерения по концент-
рации 0,05—100% (об.); основная погрешность хроматографа
±1%- Хроматограф изготавливается во взрывозащищенном ис-
полнении.
Хроматограф промышленный «Нефтехим-СКЭП» .предна-
значен для определения состава многокомпонентных смесей га-
зов, паров и жидкостей при температуре разделительных коло-
нок до 200 °C. Работает в непрерывном режиме и может ис-
пользоваться в качестве датчика в системах управления.
Работа прибора основана на методе проявительной газовой
хроматографии — разделении пробы анализируемой смеси на
компоненты в системе хроматографических колонок, обуслов-
ленном различным распределением компонентов пробы между
неподвижной фазой (сорбентом) и подвижной (газом-носите-
лем), в качестве которого выбирается несорбирующее веще-
ство.
Хроматограф изготовляется пяти модификаций: ВКГ — с до-
затором газовых и паровых проб от двух потоков; ВКГ-1 —
с дозатором газовых и паровых проб от одного потока; ВКЖ—
с дозатором жидких проб (для автоматического контроля, вто-
ричный прибор типа КСП-4); ВКГР — с дозатором газовых и
паровых проб; ВКЖР— с дозатором жидких проб (для авто-
матического регулирования с выходными унифицированными
сигналами).
80
Хроматограф состоит из двух частей: аналитической (дат-
чика ДХ-3) и измерительной (стойки управления СУ-5) Дат-
чик включает анализатор и панели подготовки газа-носителя,
анализируемого газа или анализируемой жидкости. В качестве
газа-носителя применяют азот, воздух, гелий и аргон. Внутрен-
няя полость анализатора разделена на две части: термоста-
тируемую, в которой расположены разделительные колонки,
переключающие клапаны и детектор для отбора газовых проб,
и обогреваемую, в которой размещены клеммные колодки, ис-
паритель жидких проб, входные и выходные штуцеры.
Панель подготовки анализируемого газа предназначена
для стабилизации давления и расхода анализируемого газа,
очистки его от примесей и контроля расхода; на псп р^зм.еще
ны фильтр, регулятор давления, манометр, вентиль сброса час-
ти потока, трехходовый вентиль, вентиль сероочистки, клапан-
прерыватель потока и индикатор расхода газа, подключаемый
к потоку газа на выходе из анализатора. Панель подготовки
анализируемой жидкости предназначена для стабилизации дав-
ления и расхода анализируемой жидкости, а также ее охлаж-
дения; на ней размещены фильтр, редуктор, манометр, холо-
дильник, трехходовый вентиль и ротаметр. Панель подготовки
газа-носителя предназначена для стабилизации давления и рас-
хода газа-носителя в трех линиях: сравнительной, измеритель-
ной и линии продувки.
На стойке управления хроматографа смонтированы три бло-
ка. электронный потенциометр, измерительный блок и блок ре-
гулирования. В измерительном блоке размещены стабилизи-
рованный источник питания измерительной схемы, механизм
корректировки базовой линии и переключатель полярности и
пределов измерения. В блоке регулирования находятся два
терморегулятора и электронный программатор. На стойке смон-
тированы также усилитель и электропневмопреобразователь,
обеспечивающие электрический и пневматический выходы в
систему регулирования.
Хроматограф имеет детектор по теплопроводности; темпера-
тура в термостате 40—200 °C, в испарителе 100—300 °C; точ-
ность поддержания температуры +0,25 °C. Общая длина четы-
рех разделительных спиральных колонок 10 м, диаметр 3 мм.
Расход газа-носителя 40—160 см'/мин. Объем отбираемых
проб: газов и паров 0,5; 1; 2; 4 см3; жидкостей 0,004; 0.008;
0,0032 см3. Давление сжатого воздуха и газа-носителя 0,4+
±0,04 МПа. Выходные сигналы 0—5 мА; 0—10 В; 0,02—
0,1 МПа. Пределы измерений по концентрации 0—100%. Хро-
матограф изготавливается во взрывозащищенном исполнении.
6—1392
81
2.4. ПЛОТНОМЕРЫ
Плотность вещества является одним из основных параметров,
характеризующих свойства, а в ряде случаев и состав техноло-
гической продукции. Плотностью называется масса вещества,
заключенная в единице объема р кг/м3: p = m/V, где m—масса
вещества, кг; V — объем вещества, м3.
По принципу действия плотномеры делятся на весовые, по-
плавковые, гидростатические и радиоизотопные.
Весовые плотномеры основаны на прямом методе измерения
тотчости. т. е. на взвешивании постоянного объема жидкости
или газа. Их выполняют в виде ч> вствитезьнот элемента —
горизонтальной 67-образной трубки, к которой через гибкие' ру-
кава (резиновые трубки, сильфоны и др.) подводится контроли-
руемая жидкость. (7-образпая трубка может качаться относи-
тельно неподвижной опоры, как коромысло. В случае измене-
ния плотности жидкости изменяется масса чувствительного эле-
мента, трубка отклоняется, при этом ее перемещение через
пневматический или электрический силовой преобразователь
передается на вторичный прибор.
В поплавковых плотномерах используется зависимость вы-
талкивающей архимедовой силы, действующей на поплавок, от
плотности жидкости или газа. Поплавковые плотномеры могут
быть с плавающим и с полностью погруженным поплавком.
В первых, называемых ареометрами постоянной массы, мерой
измеряемой плотности жидкости служит глубина погружения
поплавка определенных формы и массы. Во вторых, ареомет-
рах постоянного объема, глубина погружения поплавка остает-
ся постоянной, а изменяется выталкивающая сила, действующая
па поплавок и пропорциональная измеряемой плотности.
Гидростатические плотномеры основаны на измерении дав-
ления столба жидкости постоянной высоты
Р Pgff.
Если // = const и g известно, то давление зависит только от
плотности жидкости.
В гидростатических пьезометрических плотномерах через
жидкость непрерывно продувается инертный газ (воздух), дав-
ление которого пропорционально давлению столба жидкости.
Принципиальная схема плотномера с непрерывной продув-
кой воздуха приведена на рис. 2.7. Плотномер состоит из сосу-
да 2 с жидкостью, плотность которой определяется, сосуда 7 с
эталонной жидкостью известной плотности, дифманометра 4 и
пьезометрических трубок, продуваемых сжатым воздухом. Пье-
зометрические трубки 3 и 5 опущены в сосуд 2 на глубину со-
ответственно й, и й2, а пьезометрическая трубка 6 — в сосуд 7
на глубину /г0.
«2
Рис. 2.7. Пьезометрический плотномер
Сжатый воздух проходит через
пьезометрическую трубку 3, барбо-
тирует через слой исследуемой жид-
кости высотой /г, и уходит в атмо-
сферу. При этом в трубке 3, возни-
кает давление воздуха Pi, направ-
(2.3)
ляемое в плюсовую камеру дифманометра 4
Pt — (’изм£^Л|,
где р„зм — плотность исследуемой жидкости; g — ускорение сво-
бодного падения.
Сжатый воздух также поступает в пьезометрическую трубку 6,
барботирует через слой эталонной жидкости высотой й0, а за-
тем проходит по пьезометрической трубке 5, барботирует через
небольшой слой исследуемой жидкости /г2 в сосуде 2 и уходит
в атмосферу. Давление воздуха Р2 в трубке 6. подаваемое в
минусовую камеру дифманометра 4, определяется суммой дав-
лений столбов эталонной жидкости высотой /10 и исследуемой
жидкости высотой /г2
~ £Й(>РЭТ ^йРиЗМ I (2.4)
где рэт — плотность эталонной жидкости.
Обозначая расстояние между концами пьезометрических тру-
бок 3 и 5 через h, выразим перепад давлений АР, измеряемый
дифманометром 3 как
ДР = £ (ЛРизм ЛаРэт) • (2.5)
Все величины, входящие в правую часть уравнения (2.5), кро-
ме ризм, постоянны. Следовательно, перепад давлений, изме-
ряемый дифманометром, пропорционален только измеряемой
плотности жидкости.
Пьезометрическая трубка 5 опушена на некоторую глубину
в сосуд 2, с тем чтобы исключить влияние колебаний уровня
жидкости в этом сосуде па показания плотномера. В данном
случае разность давлений ДР в трубках 3 и 5 при изменении
уровня остается постоянной. Оптимальный расход инертного
газа (воздуха), продуваемого через пьезометрические трубки,
устанавливается вентилями 1.
Пьезометрический плотномер ПМ включает датчик погру-
женного или проточного типов, мембранный дифманометр с
пневматической передачей и вторичный прибор ПВ4.2Э. На
рис. 2.8 приведена принципиальная схема датчика погруженно-
го типа. Последний состоит из эталонного сосуда 1 с расширн-
6*
83
Рис. 2.8. Датчик пьезометрического плотномера погружного типа
телем 2 и пьезометрических трубок 3, 4 и 5. Сжатый воздух
под давлением Р, проходит по пьезометрической трубке 3 и
барботирует через слой измеряемой жидкости высотой hi. Сжа-
тый воздух под давлением Р2 проходит по пьезометрической
трубке 5, барботирует через слой эталонной жидкости h0 и по-
ступает в пьезометрическую трубку 4, по выходе из которой
барботирует через слой измеряемой жидкости высотой h2.
Трубка 4 служит для исключения влияния колебаний уровня
жидкости в датчике на показания прибора. Разность высот стол-
бов измеряемой жидкости ht—h2, а также высота столба эта-
лонной жидкости h0 равны 500 мм. Поэтому уравнение (2.5)
для датчика ДПМ-6 принимает вид
АД — £• 0,5 (рнзм—Рэг)* (2.6)
Расширитель эталонного сосуда выполнен в виде полого
диска большого диаметра. Это делает конструкцию датчика
жесткой и обеспечивает стабильность показаний вследствие
постоянства уровня эталонной жидкости в сосуде 1. Пьезомет-
рические трубки 3 и 4 установлены в защитных чехлах, что поз-
воляет применять датчик в резервуарах с мешалками.
84
Датчик крепится к резервуару с исследуемой жидкостью
фланцем 8. Датчик заполняется эталонной жидкостью через
воронку 7 и трубку II. При этом запорный винт 6 п вентиль 10
должны быть открыты Эталонная жидкость заполняет расши-
ритель и поднимается по трубкам 4, 11 и внутренней сифонной
трубке 9. Так как пьезометрическая трубка 4 расположена вы-
ше горизонтального участка сифонной трубки, жидкость начи-
нает сливаться через сифон, создавая разрежение, после чего
подачу жидкости в воронку 7 прекращают. В результате этого
уровень эталонной жидкости в трубках 4 и 11 начинает пони-
жаться до тех пор, пока конец внутренней сифонной трубки не
оголится и в ней не восстановится нормальное давление после
3ioiи запорный винт о и вентиль 10 закрывают. Таким обра-
зом, уровень эталонной жидкости в датчике определяется толь-
ко положением конца внутренней трубки сильфона 9.
Основная погрешность плотномера ПМ ±4%.
Радиоизотопные плотномеры основаны на принципе ослаб-
ления интенсивности гамма-излучения в зависимости от плотно-
сти контролируемой среды, которую оно пересекает. Радиоизо-
топные плотномеры позволяют непрерывно измерять плотность
агрессивных жидкостей, суспензий, пульп бесконтактным мето-
дом, однако они требуют индивидуальной градуировки и повер-
ки по месту установки.
2.5. рН-МЕТРЫ
Кислотные и щелочные свойства растворов электролитов опре-
деляются активностью ионов водорода в них. При этом степень
кислотности или щелочности растворов численно характеризуют
отрицательным десятичным логарифмом активности ионов во-
дорода и обозначают символом pH, называемым водородным
показа гелем
РН -1К|Н+]. (2.7)
Значения pH могут изменяться в диапазоне 0—14. Для нейт-
ральных растворов pH = 7 Кислые растворы имеют pH мень-
ше 7, а щелочные — больше 7.
В автоматических приборах для измерения pH испо. 1ьзует-
ся электрометрический метод, основанный па свойстве стеклян-
ного измерительного электрода, погруженного в исследуемый
раствор, изменять разность потенциалов па границе электрод —
раствор в зависимости от pH этого раствора. Однако измерить
разность потенциалов только между одним этим электродом и
раствором нельзя, так как при включении измерительного при-
бора возникает разность потенциалов между раствором и про-
водником. соединяющим раствор с прибором, которая также
будет зависеть от концентрации ионов водорода в растворе. По
85
этой причине при измерении электродных потенциалов наряду
с измерительным применяют вспомогательный электрод, потен-
циал которого постоянен и не зависит от свойств раствора.
В качестве вспомогательного электрода используют каломель-
ный или хлоросеребряный электроды.
Оба электрода образуют гальванический элемент. Согласно
уравнению Нернста применительно к водным растворам вели-
чина ЭДС такого гальванического элемента, если потенциал
вспомогательного электрода принят равным нулю, определяет-
ся выражением
£= —2,3(/?Г/Е) pH, (2.8)
где R — универсальная газовая посгия.ь.ая; Т — абсолютная
температура раствора, К; F— число Фарадея.
Уравнение (2.8) показывает, что ЭДС стеклянного электро-
да зависит от величины pH раствора и его температуры. При
постоянной температуре раствора ЭДС стеклянного электрода
является только функцией pH раствора. Подставляя в уравне-
ние (2.8) численные значения R, Т и F, получим для 20 °C зна-
чение потенциала (в В) измерительного стеклянного электрода
Е=—0,0581 pH. (2.9)
На рис. 2.9 показан характер зависимости ЭДС элемента от
pH контролируемого раствора при различной температуре.
С увеличением температуры раствора крутизна характеристики
системы возрастает. В точке А, которую называют изопотенци-
альной точкой, прямые пересекаются и, следовательно, величи-
на ЭДС элемента не зависит от температуры раствора.
На рис. 2.10 показана схема измерения pH раствора с ис-
пользованием стеклянного ' и каломельного 7 электродов, по-
мещенных в исследуемый раствор 10. Разность потенциалов,
возникающая на них и пропорциональная pH раствора, изме-
ряется потенциометром 4.
Стеклянный электрод представляет собой стеклянную труб-
ку с напаянным на конце тонкостенным (0,1—0,2 мм) полым
шариком из электродного стекла. Шарик заполнен раствором 3
с известным значением pH, в который погружен вспомогатель-
ный хлоросеребряный контактный электрод 2, служащий для
снятия потенциала с внутренней поверхности шарика. Особен-
ностью стеклянных электродов является их высокое внутреннее
электрическое сопротивление, достигающее 100—200 МОм при
20 °C.
Каломельный электрод 7 представляет собой выполненный
из диэлектрика корпус, в который залита химически чистая
ртуть 5. Над ней помещен слой 6 мало растворимой каломель-
ной пасты, насыщенный раствор хлорида калия 8. Для обра-
зования электрического контакта установлена полупроницаемая
86
Рис. 2.9 Зависимость ЭДС элемента от pH контролируемого раствора при
различной его температуре
Рис. 2.10 Схема работы pH-метра со стеклянным и каломельным электро сами
перегородка Р, через которую постепенно просачивается хлорид
калия, тем самым предотвращается проникновение посторонних
ионов из исследуемого раствора во вспомогательный электрод.
Таким образом, электрическая цепь pH-метра со стеклянным и
каломельным электродами состоит из ряда последовательно
соединенных элементов, потенциалы которых дают суммарную
ЭДС, фиксируемую измерительным прибором
Е, , £а I £, Ех, (2.10)
где Е\ — скачок потенциала между хлоросеребряным контакт-
ным электродом и раствором соляной кислоты; £2— скачок по-
тенциала между раствором соляной кислоты и внутренней по-
верхностью шарика стеклянного электрода; Е,— скачок потен-
циала между ргугью и каломелью в вспомогательном электроде;
£,—-скачок потенциала между наружной поверхностью шарика
стеклянного электрода и исследуемым раствором.
Величина £|, Et и £.( не зависят от состава контролируемо-
го раствора и изменяются только с температурой. Электродви-
жущая сила £\, возникающая на наружной поверхности шари-
87
в виде датчиков погружного типа,
Рис. 2.11. Чувствительный эле-
мент магистральный
ка стеклянного электро-
да, определяется величи-
ной pH раствора и его
температурой и может
быть рассчитана по урав-
нению (2.8). Следова-
тельно, суммарная ЭДС
цепи pH-метра для оп-
ределенной 1емпсратуры
является функцией ак-
тивности ионов водорода
в исследуемом растворе.
Измеряя эту ЭДС, мож-
но найти величину pH
исследуемого раствора.
Измерительный и
вспомогательный электро-
ды размещаются в одном
корпусе и изготовляются
устанавливаемых в емко-
стях, или проточного типа, монтируемых на трубопроводах.
Для измерения ЭДС цепи pH-метра обычно используют авто-
матические потенциометры с высоким входным сопротивлением,
шкалы которых отградуированы в единицах pH. В случае боль-
ших колебаний температуры исследуемых растворов в измери-
тельной системе должно быть предусмотрено устройство для
автоматической компенсации изменения температуры раство-
ров.
Комплект pH-метра pH-201 предназначен для измерения,
регистрации и регулирования активности водородных ионов в
растворах. В комплект pH-метра входят проточный датчик—
чувствительный элемент ДМ-5М со стеклянным и хлоросереб-
ряным электродами, преобразователь высокоомный промышлен-
ный П-201 и потенциометр самопишущий КСП2.
Чувствительный элемент магистральный ДМ-5М (рис. 2.11)
состоит из корпуса 1 и бачка 7, соединенных между собой
шлангами 3 и 8. Корпус 1 представляет собой диск с отверсти-
ем диаметром 30 мм, присоединяемый к фланцам трубопрово-
да, по которому течет контролируемая жидкость. Электрод
стеклянный 2 соединен с коробкой зажимов 5 шлангом 3; элект-
род вспомогательный выносной проточный включает потенциал-
образуюший элемент 4, ввернутый в бачок 7, и электролитиче-
ский ключ 9. В бачке 7 расположен стакан, рассчитанный на
88
избыточное давление 0,6 МПа и заполненный раствором хлори-
да калия, который медленно вытекает в контролируемый рас-
твор по шлангу 8 через торцы слюдяных прокладок электроли-
тического ключа.
Через штуцер 6 в системе вспомогательного электрода мож-
но создать давление, избыточное по отношению к контролируе-
мому раствору. При этом достигается непрерывное протекание
раствора хлорида калия через слюдяные прокладки и предот-
вращается диффузия посторонних ионов из контролируемого
раствора в систему вспомогательного электрода.
При значительном изменении температуры контролируемой
среды в резервуаре или трубопроводе, по которому течет конт-
ролируемая среда, устанавливается автоматический термоком-
пенсатор.
Преобразователь промышленный П-201 предназначен для
преобразования ЭДС чувствительных элементов электродных
систем, применяемых при измерении pH, в унифицированный
аналоговый электрический сигнал. Преобразователь снабжен
показывающим узкопрофильным прибором М1730А (или М325).
Преобразователь представляет собой усилитель постоянного то-
ка, охваченный глубокой отрицательной обратной связью по
выходному току, что позволяет получить высокое входное со-
противление. Упрощенная схема измерения ЭДС электродной
системы преобразователем П-201 приведена на рис. 2.12. Изме-
ряемая ЭДС электродной системы сравнивается с напряже-
нием противоположного знака UBblK. Последнее образуется па-
дением напряжения на резисторе R при прохождении по нему
выходного тока усилителя 1ВЫК. Следовательно, на вход элект-
ронного усилителя ЭУ подается разность UBX = EX—Пвых, отку-
да Д£ = ПвыхЭ- С'вх-
При достаточно большом значении коэффициента усиления
электронного усилителя, равного отношению выходного папря
жения усилителя к входному,
будем иметь UBB}X^>UBX, по-
этому значением UBX можно
пренебречь. Тогда
f X ~ О вых “ 1 вых£ •
Таким образом, сила тока,
протекающая через резистор
R, практически пропорцио-
нальна ЭДС, развиваемой
Рис. 2.12. Схема измерения ЭДС
электродной системы преобразовате-
лем П-201
89
Концентрация, %
Рис. 2.13. Зависимость электро-
проводимости водных растворов
некоторых веществ от их концент-
рации при 20‘С
электродной системой. Из-
мерив ее величину, можно
определить значение Es и,
следовательно, pH раство-
ра.
Преобразователь имеет
выходы по напряжению и току для подключения самопишущих
потенциометров с пределами измерения от 10 до 100 мВ. Тем-
пературная компенсация (ручная) от 0 до 100 °C. Наибольшее
допустимое расстояние чувствительного элемента до преобра-
зователя 150 м. Выходные сигналы по постоянному току 0—
5 мА; по напряжению постоянного тока от 0 до (10—100) мВ.
Время установления показаний 10 с. Основная погрешность по
электрическим выходным сигналам ±1%, по показывающему
прибору ±2%.
2.6. КОНДУКТОМЕТРЫ
Действие кондуктометрических концептратомеров основано на
зависимости электропроводимости растворов от их концентра-
ции.
Для водных растворов некоторых веществ при 20 °C эта за-
висимость приведена па рис. 2.13. Из последнего видно, что за-
висимость удельной электропроводимости от концентрации рас-
твора электролита как слева, так и справа от экстремальной
точки близка к линейной. Однако для смеси электролитов элект
ропроводимость пропорциональна сумме относительных кон-
центраций каждого компонента и подвижности ионов, на кото
рые они диссоциируют. Вследствие этого кондуктометрические
концентратомеры применяют для контроля концентрации толь-
ко однокомпонептпых растворов.
Для измерения электропроводимости растворов используют
электрические ячейки, состоящие из двух электродов, установ-
ленных па расстоянии L в сосуде с контролируемым раствором.
Если площадь электродов S, а удельная электропроводимость
раствора о, то сопротивление измерительной ячейки R (в Ом)
определяется равенством
Я (la)(Z./S). (2.11)
Электропроводимость растворов сильно зависит от темпе-
ратуры. Повышение температуры раствора на 1 °C вызывает
увеличение его удельной электропроводимости в среднем на
so
1,5—2,5%. Температура растворов на практике обычно изме-
няется в широких пределах, поэтому кондуктометрические кон-
центратомеры должны иметь автоматические компенсаторы,
устраняющие влияние изменения температуры на результаты
измерений.
В химической промышленности наибольшее распространение
получили автоматические температурные электрические ком-
пенсаторы, одним из видов которых являются жидкостные ком-
пенсаторы.
Жидкостный компенсатор представляет собой электродный
датчик с параметрами, аналогичными параметрам измеритель-
ной ячейки. Компенсатор заполняют эталонной жидкостью,
имеющей температурный коэффициент электропроводимости,
примерно равный температурному коэффициенту контролируе-
мой жидкости. Геометрически закрытый компенсатор вводят в
контролируемую жидкость вместе с измерительной ячейкой кон-
центратомера. Компенсатор включают в плечо мостовой изме-
рительной схемы, смежное с тем, в которое включена измери-
тельная ячейка. Поскольку температуры эталонной и контроли-
руемой жидкости равны и их температурные коэффициенты
близки, изменение сопротивления измерительной ячейки при
колебаниях температуры раствора практически полностью ком-
пенсируется изменением сопротивления жидкостного компен-
сатора.
Концентрата мер серной кислоты КСО-У (рис. 2.14) предна-
значен для автоматического непрерывного контроля, регистра-
ции и регулирования концентрации серной кислоты в раство-
рах.
Концентратомер состоит из датчика 1 с электродами и вто-
ричного прибора 2 КСМЗ. Датчик концентратомера представ-
ляет собой сосуд, внутри которого установлен открытый снизу
стакан с рядом отверстий и смонтированы измерительная и
сравнительная ячейки. Измерительная ячейка включает два из-
мерительных электрода, каждый из которых представляет со-
бой открытую стеклянную трубочку с впаянным в нее электро-
дом из платины. Сравнительная ячейка, предназначенная для
автоматической темпера-
турной компенсации, со-
стоит из электродов, за-
паянных в стеклянной
трубке, заполненной сер-
ной кислотой, концентра-
ция которой соответству-
ет средней отметке шка-
лы прибора.'
Рис. 2.14. Концентратомер сер-
ной кислоты
91
Электропроводимость измеряется по схеме равновесного
моста, двумя смежными плечами которого служат измеритель-
ная (/?Л) и сравнительная (/?ср) электродные ячейки. Два дру-
гих плеча мостовой схемы образованы постоянными резистора-
ми Rt, R5, R6, Ry и реохордом /?, с шунтирующими резисторами
Rz и Rs. Мост питается переменным током промышленной час-
тоты, с тем чтобы уменьшить влияние поляризации и связанных
с ней погрешностей измерений па показания прибора. Сила то-
ка в измерительной схеме регулируется переменным резистором
Rb, включенным в питающую диагональ моста последователь-
но с источником переменного напряжения.
При изменении концентрации раствора, протекающего че-
рез датчик, изменяекя илгротнвленис измерительной ячейки
в результате этого нарушается равновесие измерительного мос-
та. Напряжение небаланса поступает на первичную обмотку
входного трансформатора Тр электронного усилителя ЭУ моста
КСМЗ, усиливается и приводит во вращение ротор реверсивно-
го двигателя РД, кинемагически связанный с движком реохор-
да R\ и стрелкой прибора.
Пределы измерений копцептратомера: 75—79; 93—96 и 95—
99% серной кислоты. Основная погрешность от ±0,2 до ±0,5%.
2.7. ВИСКОЗИМЕТРЫ
Во многих химических производствах вязкость является показа-
телем, позволяющим судить о качестве и составе получаемой
продукции.
Вязкостью называется свойство жидкости и газов, характери-
зующее их сопротивляемость деформации сдвига. Для жидкос-
тей характерна динамическая вязкость — величина, равная от-
ношению силы внутреннего трения, действующей на поверхно-
сти слоя жидкости при градиенте скорости, равном единице,
к площади этого слоя. По уравнению Ньютона динамическая
вязкость определяется соотношением
S (dl'ydn) 1 <2-S * * * * * * 12)
где р — динамическая вязкость или просто вязкость, Па-с; F —
сила сдвига, Н; S — площадь поверхности слоя, м2; dv/dn. —
градиент скорости движения по толщине слоя или скорость
сдвига, с-1; и— скорость течения одного слоя относительно дру-
гого, м/с; п— расстояние между слоями жидкости, м.
На практике часто пользуются кинематической вязкостью,
которая представляет собой отношение динамической вязкости
к плотности жидкости: у — р/р, где у—кинематическая вяз-
кость, м2/с; р — плотность, кг/м;.
92
Для измерения вязкости применяют следующие методы: ис-
течения, падающего тела, крутящего момента, вибрационный,
ультразвуковой.
Измерение вязкости по методу истечения состоит в том, что
измеряют время, за которое жидкость определенного объема
вытечет из емкости через калиброванное отверстие, или изме-
ряют перепад давлений на входе и выходе из капиллярной
трубки, через которую протекает контролируемая среда.
По методу падающего тела (обычно металлического шари-
ка) отсчитывают время, в течение которого шарик, опущенный
в контролируемую среду, пройдет определенный участок пути в
этой среде.
Метод коптящего момента испопьзуют в ротационных внско
зиметрах, в которых измеряется крутящий момент или момент
сопротивления, передаваемый анализируемой жидкостью чув-
ствительному элемент}' прибора и являющийся функцией вяз-
кости жидкости. Наибольшее распространение получили рота-
ционные вискозиметры с коаксиальными цилиндрами, вращаю-
щимися телами и вращающимися параллельными дисками, по-
груженными в анализируемую жидкость.
Если пространство между двумя соосными вертикальными
цилиндрами с радиусами г и R заполнить вязкой жидкостью и
вращать внутренний цилиндр радиусом г относительно его вер-
тикальной оси с постоянной угловой скоростью (I), ТО ЖИДКОСТЬ
также придет во вращение и будет стремиться сообщить его
внешнему цилиндру. Момент М, с которым жидкость действует
на внешний цилиндр, определяется равенством
r2R-
М 4лсо у; ц, (2.13)
где о — угловая скорость, с_|; R и г — радиусы цилиндров, м.
Из уравнения (2.13) видно, что момент М прямо пропорцио-
нален угловой скорости вращения ю внутреннего цилиндра, ди-
намической вязкости р, а также зависит от геометрических раз-
меров (радиусов) цилиндров. Жидкость в свою очередь стре-
мится затормозить движение вращающегося цилиндра. Очевид-
но, что момент сил, действующих на внутренний цилиндр, так-
же равен М и может быть определен по формуле (2.13). По
величине этого момента при известных значениях w, R и г
можно найти значение динамической вязкости жидкости ц.
При вибрационном методе вязкость оценивают по измене-
нию амплитуды вынужденных колебаний тела, погруженного в
контролируемую среду, в зависимости от вязкости этой среды.
Ультразвуковой метод измерения вязкости основан на том,
что в вязкой среде амплитуда свободных колебаний тела по-
93
стоянно уменьшается, и тем быстрее, чем больше внутреннее
сопротивление среды. Измеряя степень затухания колебаний,
можно судить о вязкости жидкости.
2.8. ВЛАГОМЕРЫ
Содержание влаги в газе характеризуется абсолютной или от-
носительной влажностью. Под абсолютной влажностью газа уп
подразумевают массу водяного пара, содержащуюся в 1 м3 га-
зовой «меси Единицами абсолютной влажности являются кг/м3
или г/м3. Относительной влажностью газа или степенью его на-
сыщения называют отношение массы водяного пара, содержа-
щегося в 1 м3 газовой смеси уп, к максимально возможной мас-
се водяного пара в 1 м3 той же газовой смеси при тех же усло-
виях (температуре и давлении). Максимально возможным со-
держанием пара в 1 м’ газовой смеси является масса I м3 на-
сыщенного пара -у,, при данной температуре и соответствующем
давлении. Следовательно, относительная влажность (в %)
<f = (TU Тн) ’00, (2.14)
Автоматическое определение влажности газов чаще всего
производится методами: психрометрическим, точки росы и
электрическим. Психрометрический метод основан на зависимо-
сти скорости испарения влаги в окружающую среду от влаж
ности этой среды. Интенсивность (скорость) испарения тем
больше, чем суше газ, и наоборот. Методом точки росы опреде-
ляют температуру, до которой необходимо охладить (при по-
стоянном давлении) ненасыщенный газ, чтобы довести его до
состояния насыщения. Зная температуру точки росы, по таб-
лицам насыщенного водяного пара определяют влажность газа.
Электрический метод основан на зависимости электрических
параметров гигроскопических материалов от влажности газа.
Автоматические психрометры работают на основе наиболее
распространенного психрометрического метода. Для измерения
психрометрического эффекта прибор снабжен двумя одинако-
выми термометрами — «сухим», омываемым контролируемым га-
зом, и «влажным», тепловоспринимающая часть которого не
прерывно увлажняется, находясь в соприкосновении с гигро-
скопическим телом, всасывающим воду из специального сосу-
да. При испарении влаги с увлажненной поверхности «влаж-
ного» термометра температура последнего понижается. Поэто-
му между «сухим» и «влажным» термометрами возникает так
называемая психрометрическая разность температур. Относи-
тельная влажность (р (в %) в зависимости от психрометриче-
94
Рис. 2.15. Электрическая схема пси-
хрометра:
I, II — мосты; Яс, 7?в — резисторы «сухого»
и «влажного» термометров; RB— реохорд
ской разности температур
(tc—П>) может быть выраже-
на уравнением
PB-AP(tc-tB)
<Р ---------------100,
(2.15)
где Рв — давление
паров, на-
сыщающих контролируемую
среду при температуре 1В «влажною» термометра, Рс— давлс-
ние паров, насыщающих контролируемую среду при темпера-
туре /с «сухого» термометра; А — постоянная психрометра;
Р — барометрическое давление. Коэффициент А зависит от кон-
струкции датчика психрометра, скорости обдувания газом
«влажного» термометра и давления газа. Для скоростей обду-
вания газом «влажного» термометра выше 2,5—3 м/с коэффи-
циент А является практически постоянной величиной. Таким
образом, по разности температур «сухого» п «влажного» тер-
мометров можно определить относительную влажность ср газо-
вой смеси.
На рис. 2.15 приведена схема автоматического психрометра,
состоящего из датчика и вторичного прибора. В датчике псих-
рометра расположены два платиновых термопреобразователя
сопротивления (ТС)—«сухой» и «влажный», которые обдува-
ются потоком контролируемого влажного газа со скоростью
3—4 м/с. «Влажный» ТС обернут хлопчатобумажной тканью,
конец которой погружен в ванночку с дистиллированной водой,
поступающей из бачка. Специальный вентилятор подает анали-
зируемый газ через фильтры в камеру и омывает ТС с посто-
янной скоростью. В зависимости от влажности газа ТС будут
иметь разную температуру, а следовательно, и сопротивление.
Через соединительные провода ТС подключаются к вторичному
прибору.
Вторичный прибор представляет собой автоматический
уравновешенный мост. Измерительная часть прибора выполне-
на в виде сдвоенного моста. В плечо моста I включен «сухой»
ТС /?с, а в плечо моста // — «влажный» ТС /?в. Сигнал небалан-
са сдвоенного моста, снимаемый с диагонали АВ (точка А —
контакт движка реохорда /?р), пропорционален психрометриче-
ской разности температур. При этом относительная влажность
газа отсчитывается по шкале вторичного прибора.
Влагомер психрометрический автоматический АП В-201 пред-
назначен для непрерывного контроля относительной влажности
95
парогазовой смеси в технологических объектах Принцип дей-
ствия влагомера основан на психрометрическом методе измере-
ния относительной влажности.
Влагомер состоит из трех блоков: первичного преобразова-
теля, вторичного преобразователя и уравновешенного моста
КСМ-3. Пределы измерений относительной влажности 10
100%. Температура измеряемой среды 30—100 °C. Основная
абсолютная погрешность 3% относительной влажности. Расход
анализируемой среды через первичный преобразователь со-
ставляет 25±5 л/мин. Для питания прибора используется сжа-
тый воздух давлением 0,2—0,6 МПа.
ГЛАВА 3
РЕГУЛИРУЮЩИЕ, ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ
И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Регулирующие, функциональные и исполнительные устройства
предназначены для формирования управляющих воздействий
для управления объектами химической технологии.
Регулирующие устройства (регуляторы). Вырабатывают
управляющие воздействия для автоматического поддержания
регулируемой величины технологического объекта на заданном
значении или для изменения ее по определенной программе.
Входными величинами регулятора являются действительное у
и заданное и значения регулируемой величины, а выходной —
регулирующее воздействие х (рис. 3.1). Регуляторы вырабаты-
вают регулирующее воздействие в соответствии с одним из ти-
повых законов регулирования. Под законом регулирования по-
нимают зависимость изменения выходной величины регулято-
ра х от рассогласования е между действительным у и заданным
и значениями регулируемой величины (е=|«/—н|).
По характеру изменения регулирующего воздействия регу-
ляторы делят на позиционные, непрерывного действия и им-
пульсные.
Позиционные регуляторы (Пз-регуляторы) реализуют прин-
цип «включено—выключено» и бывают двух- и трехпозицион-
ными. Их статические характеристики приведены на рис. 3.2.
Рис. 3.1. Регулятор
96
Рис. 3.2. Статические характеристики двухпозиционных (а, б) и трехпозици-
онных (в, г) регуляторов без зон неоднозначности (а, в) и с зонами неодно-
значности (б, г)
Двухпозиционные регуляторы могут Устанавли-
вать выходную величину только на минимальном xt и макси-
мальном х2 значениях. Переход от одного из этих значений к
другому совершается скачком при прохождении регулируемой
величины через фиксированное или пороговое значение е0. На
рис. 3.2 значение е0 принято равным нулю. Однако при работе
с конкретными объектами статические характеристики двухпо-
зиционных регуляторов обычно настраиваются несимметрично
относительно значения и. Реальные регуляторы с возрастанием
входной величины срабатывают при большем пороговом значе-
нии, а при убывании входной величины — при меньшем порого-
вом значении. Рассогласование между этими пороговыми зна-
чениями определяют зону неоднозначности или зону возвра-
та Дв.
Трехпозиционные регуляторы могут устанавли-
вать выходную величину помимо значений Х| и х2 также и в
промежуточном значении хо- Регулятор срабатывает при двух
пороговых значениях б| и е2. При нахождении регулируемой ве-
личины между этими значениями, т. е. в пределах зоны нечув-
ствительности Дн = е2—®i, выходная величина принимает зна-
чение х0. При выходе из зоны Дн за пороговые значения ei или
е2 выходная величина регулятора скачкообразно перемещается
соответственно в положение Х[ или х2. Статические характери-
стики этих регуляторов также могут иметь зону неоднозначно-
сти Дв. В отличие от двухпозиционного регулирования в систе-
мах с трехпозиционным регулированием возможно прекраще-
ние автоколебательного процесса и достижение равновесного
состояния, если соблюдается неравенство |е|<Дн/2, т. е. регу-
лируемая величина находится в пределах зоны нечувствитель-
ности регулятора.
Пз-регуляторы несложны по конструкции, надежны в рабо-
те, просты в обслуживании и настройке. Их применяют на инер-
ционных объектах с малым запаздыванием.
Регуляторы непрерывного действия (аналоговые регулято-
ры) по закону регулирования делятся на: а) пропорциональные
7—1392
97
регуляторы (П-регуляторы); б) пропорционально-интегральные
или изодромные регуляторы (ПИ-регуляторы); в) пропорцио-
нально-интегрально-дифференциальные регуляторы (ПИД-ре-
гуляторы).
П-регуляторы. Величина регулирующего воздействия
П-регуляторов пропорциональна отклонению регулируемой ве-
личины от заданного значения. Закон регулирования П-регуля-
тора
.г = Лре, (3.1)
где kp — коэффициент передачи регулятора, параметр его на-
стройки. В связи с наличием жесткой взаимосвязи между из-
менениями входной н выходной величин П-регулятор обладает
высоким быстродействием, что при его работ- в замкнутом кон-
туре приводит к малой продолжительности переходного процес-
са. Вместе с тем наличие такой жесткой зависимости приводит
также к остаточному отклонению регулируемой величины от
заданного значения при изменении нагрузки объекта или дру-
гом возмущении.
ПИ-регуляторы. Регулирующее воздействие ПИ-регуля-
торов пропорционально отклонению регулируемой величины от
заданного значения и интегралу этого отклонения во времени.
Закон регулирования ПИ-регулятора
I
х /гре (1 Ти) ( Vllt, (3.2)
о
где Гц —время интегрирования или время изменения выходной
величины регулятора под действием интегральной составляю-
щей на 1% при ступенчатом отклонении регулируемой ве-
личины от заданного значения также на 1% от максимально
возможного изменения. С увеличением Т„ влияние входной
величины регулятора на выходную ослабевает. Коэффициент
передачи kp и время интегрирования Th являются параметрами
настройки ПИ-регулятора. В соответствии с равенством (3.2)
воздействие пропорциональной и интегральной составляющих
ПИ-регулятора возрастает с увеличением рассогласования е,
интегральная составляющая возрастает также и с продолжитель-
ностью этого рассогласования.
В замкнутом контуре при удалении у от и пропорциональ-
ная составляющая ПИ-регулятора уменьшает скорость этого
отклонения до нуля, а затем интегральная составляющая про-
должает воздействовать на объект до возвращения регулируе-
мой величины к заданному значению, т. е. до ликвидации рас-
согласования е. Таким образом, ПИ-регуляторы по сравнению
с П регуляторами после окончания переходного процесса не
дают остаточного отклонения регулируемой величины и под-
98
держивают ее на заданном значении при изменении нагрузки
объекта или других возмущениях. При этом выходная величина
регулятора принимает соответствующие значения.
ПИ регуляторы с законом регулирования (3.2) имеют не
зависимые параметры настройки. На практике также примени
ют ПИ-регуляторы с законом регулирования
t
х = Лр^ + (1/Тнз) | ed/l, (3.3)
о
где Гиз — время изодрома регулятора — время, в течение кото-
рого при ступенчатом рассогласовании е изменение выходной
вепичины 40”, чпачей^^внем инте^ра ишс"1 составляющей достн
гает предварительного изменения выходной величины под воз-
действием пропорциональной составляющей. Время Т113 — пара-
метр настройки регулятора. Регуляторы с законом регулиро-
вания (3.3) называют изодромными. Они имеют зависимые па-
раметры настройки. Изменение коэффициента передачи /гр при-
водит также к изменению времени интегрирования, равного
Ти — Т'нз/^р •
ПИД-регуляторы. Изменение выходной величины ПИД-
регуляторов пропорционально отклонению регулируемой вели-
чины от заданного значения, интегралу и производной этого от-
клонения
t
х == kpB + (1/Т,,) edt + 7’д (de/dt), (3.4)
о
где Тд — время дифференцирования, характеризующее степень
влияния скорости изменения в на х регулятора. Величины fep,
Ги и Тд являются настроечными параметрами ПИД-регуля-
тора.
При изменении регулируемой величины выход ПИД-регуля-
тора по сравнению с выходом ПИ-регулятора изменяется с не-
которым опережением, пропорциональным скорости dyldt.
С уменьшением этой скорости опережающее воздействие умень-
шается и полностью исчезает при равновесном состоянии. Воз-
действие по производной ПИД-регулятора можно представить
как временное усиление влияния регулятора на объект при воз-
растании | е | и наоборот. В замкнутом контуре ПИД-регулиро-
вание по сравнению с ПИ-регулированнем приводит к уменьше-
нию скорости dyldt и, как следствие этого, к повышению каче-
ства регулирования. Такие регуляторы устанавливают на инер-
ционных объектах со значительным запаздыванием, когда недо-
пустимо остаточное отклонение регулируемой величины от за-
7*
99
данного значения. Закон регулирования ПИД-регулятора с за-
висимыми параметрами настройки имеет вид
t
х = Ар^е + (1/Т11з) Edt+Tn(de/dl)j, (3.5)
о
где Tn = Ta/kp — время предварения — параметр настройки регу-
лятора.
ПИД-регуляторы по сравнению с другими являются наибо-
лее универсальными. Используя их, можно получить различные
законы регулирования. Установив ТЛ(Т„) =0, получим ПИ-ре-
гучч-rop а установив Тк(Тнз) — со и ТД(ТП)=О, получим П-ре-
гулятор.
Органы настройки пропорциональной составляющей про-
мышленных регуляторов градуируются в единицах коэффици-
ента передачи йр или предела пропорциональности 6, выражае-
мого в процентах и определяемого по равенству (в %)
6!=(l/fep) 100, (3.6)
интегральной составляющей — в значениях Тн (или Тиз), а диф-
ференциальной— в значениях Тл (или Тп).
Импульсные регуляторы применяют в сочетании с интегри-
рующими исполнительными устройствами, в качестве которых
используются электрические исполнительные механизмы с по-
стоянной скоростью движения выходного элемента. Регуляторы
на выходе формируют последовательность импульсов напряже-
ния постоянного тока, которые управляют исполнительным ме-
ханизмом по принципу «включено — выключено». Длительность
импульсов, а следовательно, и время срабатывания исполни-
тельного механизма пропорциональны величине е. Импульсные
регуляторы совместно с исполнительными устройствами посто-
янной скорости позволяют с некоторым приближением сформи-
ровать все рассмотренные выше законы регулирования (П, ПИ,
ПИД).
Регуляторы для своей работы используют пневматическую
или электрическую энергию.
Пневматические регуляторы применяют при авто-
матизации процессов химической технологии в составе локаль-
ных систем или на нижних уровнях иерархии управления, так
как они взрыво- и пожаробезопасны, легко компонуются с пнев-
матическими измерительными преобразователями и исполни-
тельными устройствами, обладают высокой надежностью, про-
сты в обслуживании и наладке. Однако обычно их применяют,
когда расстояние от объекта до помещения управления не пре-
вышает 300 м; в противном случае, вследствие ограниченной
скорости распространения сигнала по пневмолиниям, их быст-
родействие может оказаться недостаточным. Для своей работы
100
они требуют сухого, очищенного от пыли и масла воздуха, дав-
лением Ро=О,14±О,О14 МПа.
Используя электрические регуляторы, можно
реализовать довольно сложные системы управления; регулято-
ры обладают большим быстродействием при обработке инфор-
мации, передаче сигналов на расстояние и формировании
управляющих воздействий. Их применяют при большом удале-
нии объектов от пунктов управления; монтируют на щитах и
стойках, но во взрывобезопасных помещениях. При комплекто-
вании электрических регуляторов с измерительными преобразо-
вателями и исполнительными устройствами, установленными
на взрывоопасных объектах управления, должны быть преду-
смотрены специальные меры защиты (испопьзование пневмо-
электрических и электропневматических преобразователей,
барьеров защиты).
Функциональные устройства. Позволяют выполнять опера-
ции суммирования, умножения, деления, инвертирования сиг-
нала, дифференцирования, динамического преобразования, се-
лектирования сигналов, их ограничения, сигнализации и многие
другие.
Регулирующие и функциональные устройства относятся к
техническим средствам ГСП, предназначенным для обработки
информации и формирования команд управления. Они совме-
стимы друг с другом. Из них можно скомпоновать как простые
(одноконтурные), так и довольно сложные (многоконтурные,
многосвязные и др.) системы регулирования и управления. Все
эти многообразные устройства входят в несколько пневматиче-
ских и электрических комплексов технических средств. В гл. 3
рассмотрен пневматический комплекс «СТАРТ» и электрические
комплексы «КОНТУР», «АКЭСР». Для построения систем
управления на основе этих комплексов используют коммутации
технических средств пневматическими или электрическими со-
единениями. При необходимости перекомпоновки структуры си-
стемы управления приходится проводить ее перемонтаж, что
требует отключения системы от объекта и большой затраты
времени.
Вместе с тем структуру системы управления можно изме-
нить даже на работающем объекте, используя программируемые
технические средства, выполненные на базе микропроцессорной
техники. Описание программируемых устройств, выпускаемых
приборостроительной промышленностью, приведено в разде-
ле 3.4.
Исполнительные устройства (раздел 3.5). Предназначены
для воздействия на объекты путем изменения расхода проходя-
щей через них технологической среды (жидкости, газа, пара
или сыпучего материала) в соответствии с командной информа-
цией, поступающей от регуляторов или других управляющих
101
устройств. В системах управления исполнительные устройства
являются конечными элементами, и их устанавливают на техно-
логических трубопроводах.
3.2. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
Пневматические устройства собирают из элементов «Универ-
сальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики»
(УСЭППА).
Система УСЭППА. Система реализует элементный принцип
и представляет собой набор аналоговых и дискретных элементов
(дроссель, емкость тумблер тоехмембранное реле и др.), каж-
дый из которых предназначен для выполнения прос1ейших ипе
раций над входными сигналами. Комбинируя эти элементы,
можно составить различные устройства. Элементы выполнены
из квадратных секций, между которыми расположены резино-
тканевые мембраны; в секциях имеются полости, образующие
совместно с мембранами пневматические камеры. Условные
обозначения элементов в пневматических схемах приведены в
табл. 3.1.
Дроссель предназначен для ограничения или изменения рас-
хода протекающего через него воздуха, что обеспечивается со-
зданием местного сопротивления на пневматических линиях.
Дроссели основных типов приведены на рис. 3.3.
Постоянный дроссель (нерегулируемое ппевмосо-
противленне) представляет собой капилляр длиной 20 мм и
диаметром 0,18 или 0,30 мм (рис. 3.3, а). Большое отношение
длины к диаметру капилляра обеспечивает ламинарный режим
течения воздуха. Зависимость массового расхода воздуха F от
перепада давления t\P = Pt—Р? на дросселе (статическая харак-
теристика) определяется равенством
F^a(Pl-Pi), (3.7)
где а — проводимость постоянного дросселя (коэффициент, про-
порциональный площади его проходного сечения), л/(ч-кПа).
Регулируемый дроссель обычно выполняется по
схеме конус-конус (рис. 3.3,6). Уравнение его статической ха-
рактеристики имеет вид
Б^р^-Р,), (3.8)
где р — проводимость регулируемого дросселя, л/(ч-кПа).
Перемещение внутреннего конуса вызывает изменение пло-
щади кольцевого зазора дросселя и его гидравлического сопро-
тивления. Проводимость дросселя при этом изменяется пример-
но в 103 раз. Регулируемый дроссель настраивается поворотом
винта, связанного с внутренним конусом; угол поворота винта
по шкале составляет 300 °C.
102
Таблица 3.1. Условные обозначения элементов в пневматических схемах
Элемент Условное обозначение
Пневмодроссель нерегулируемый
Пневмодроссель регулируемый
Питание
Атмосфера
Устройство сопло-заслонка
Сопло закрыто
Ппевмокамера постоянного объема
Переключатель
Переменный дроссель выполняется в виде устройств
сопло-заслонка или шарик-цилиндр (см. рис. 3,3, в, г). Их гид-
равлическое сопротивление изменяется при перемещении за-
слонки относительно сопла или шарика относительно цилиндра.
Режим истечения воздуха в них турбулентный.
В пневматических устройствах встречаются параллельные
и последовательные соединения дросселей. Совместные прово-
димости 6 двух дросселей, например постоянного и регулируе-
мого, при таких соединениях определяются равенствами
^пар“а , Р1 Р|ККЛ = аР (’’•* “Г Р) • (3.9)
Пневмокамеры предназначены для накопления сжатого воз-
духа. Объем пневмокамеры примерно равен 50 см3. В сочетании
с дросселями ппевмокамеры используют как инерционные эле-
103
менты. В зависимости от схемы подвода и отвода воздуха они
могут быть глухими или проточными (рис. 3.4).
Найдем уравнение динамики глухой пневматической каме-
ры (рис. 3.4, а, в) при ламинарном изотермическом истечении
воздуха через дроссель с проводимостью а. Для этого напишем
равенство
dW = Fdt, (3.10)
где dW — приращение массы воздуха в камере за время dt;
F—массовый расход воздуха через дроссель.
Выразив массу воздуха в камере W из уравнения состояния
идеатьного газа и продифференцировав ее по времени t, полу-
чим
dW/dt (V/RQ) (dPjdt),
(З.Н)
где V — объем камеры; Р — давление воздуха в камере; R—
универсальная газовая постоянная; 0 — абсолютная темпера-
тура.
Подставляя F и dW/dt из уравнений (3.7) и (3.11) в (3.10),
получим
Т (dP/dt) F Р = Р1г
(3.12)
где T—V/aRO— постоянная времени глухой камеры; А — дав-
ление до дросселя.
Поведение глухой камеры описывается уравнением аперио-
дического звена 1-го порядка с коэффициентом усиления k —
Рис. 3.3. Схемы постоянного (а), регулируемого (б) и переменных (в — соп-
ло— заслонка, г —шарик — цилиндр) дросселей
104
Рис. 3.4. Глухая (а) и про-
точная (б) пневмокамеры и
их обозначения (в, г)
— Р1Р\=Л. В равновес-
ном состоянии Р=Р{.
Передаточная функция
глухой камеры имеет
вид
и7(5)&1/(П+1). (3.13)
Уравнение динамики проточной камеры (рис. 3.4,6, г), воздух
в которую поступает через постоянный дроссель, а вытекает че-
рез регулируемый, имеет вид
T(dPldt)+P^k1Pl + k2P2,
где Т= У/(а-|-р)/?6— постоянная времени проточной камеры;
&i = a/(a+(3) и ^2 = Р/(а+Р)—коэффициенты усиления по вход-
ным величинам Р{ и Р2 (при этом /Ji+&2= 1)•
Дроссельный сумматор имеет два или три дросселя (рис.
3.5). Двухдроссельный сумматор включает в себя постоянный
дроссель проводимостью а и переменный дроссель проводимо-
стью р. Входными величинами этого сумматора являются дав-
ления Pi и Р2, а выходной — давление Р в полости между дрос-
селями. Зависимость между ними найдем из равенства расхо-
дов воздуха через дроссели
а(Р1-Р) = Р(Р-Р2),
отсюда уравнение дроссельного сумматора принимает вид
Р кгРг + k2P2 = klPl + (1 - kJ P2, (3.14)
где а/(сс + P), k2 -= 1 — ky — P/(a + 0).
Давление в полости между дросселями Р равно сумме вход-
ных давлений, умноженных на весовые коэффициенты, сумма
которых равна единице. Изменяя проводимость регулируемого
Рис. 3.5. Сумматоры с двумя (а) и тремя (б) дросселями и их структурные
схемы (в, г)
105
дросселя, давление Р можно установить в широком интервале
между Pi и Pi- Поэтому дроссельные сумматоры называют
также делителями давления.
При постоянстве одного из входных давлений, например Р2,
приращение выходной величины сумматора ХР пропорциональ-
но приращению его входной величины ЛР|, и его поведение
описывается уравнением усилительного звена \Р = к{ХР\-
Трехдро.ссельный сумматор имеет два постоянных
дросселя проводимостью а. и один установленный между ними
регулируемый дроссель проводимостью 0. Входной величиной
сумматора является разность давлений Р,—Р4, а выходной
перепад давления на регутируемом дроссече Р Р Дчя на-
хождения величины Р?—Ps напишем два равенства по аналогии
с (3.14)
Р2 = [а (а-! Р)]Р, |р (а 0)1 Р3;
Р-2 IP^L₽)1^ |а,'(а Р)|Р|.
Исключив из первого равенства РЛ, а из второго—Р2, получим
Р> 11* ₽) (а+2Р))Р,-1 1р (а 2р)]Р4;
Ря~ [Р (<х-г-2Р)|Р,-|-|(а |-Р) (а . 20)] Р4,
отсюда выходная величина трехдросселыюго сумматора нахо-
дится из равенства
Р2-РзС=[а'(г. р 20)] (Р, -Р4) = k(P, Р,). (3.15)
Таким образом, выходная величина сумматора пропорциональ-
на разности давлений на его концах. Изменяя проводимость р
переменного дросселя сумматора, коэффициент k = a/(a-p2$)
можно изменить в интервале от 0.01 до 0.98. При постоянном
одном из давлений на концах сумматора, например давления
изменение выходной величины (перепада Р2—Р.>,) пропор-
ционально изменению давления Рг, при постоянном давлении
Pi изменение перепада Р2—Р3 пропорционально изменению
давления Р4.
Обозначения сумматоров на структурных схемах приведено
на рис. 3.5.
Элемент сравнения предназначен для сравнения двух или
четырех входных сигналов (рис. 3.6). Он формирует на выходе
дискретные сигналы 0 или 1. Трех мембранный элемент
сравнения на два входа состоит из четырех камер, ограни-
ченных секциями корпуса и блоком трех мембран, связанных
между собой штоком и закрепленных по периметру. Площадь
средней мембраны превышает площади крайних. Жесткие цент-
ры крайних мембран служат заслонками сопл в камерах А и Г.
Камеры А и Г сообщены между собой. Воздух питания через
верхнее сопло поступает в камеру Г. Через нижнее сопло
камера А сообщается с атмосферой. Давление в камерах А и
v
Рис. 3.6. Трехмембранный (а)
и их структурные схемы (в, г)
и пятимембранный (б) элементы сравнения
Г—выходной сигнал элемента сравнения Рвык. Входные сигна-
лы Pt и Р2 подаются в камеры В и Б.
Блок мембран находится под воздействием сил, развивае-
мых давлениями в камерах элемента сравнения. Мембраны об-
ладают малой жесткостью и поэтому даже при рассогласова-
нии входных давлений, равном всего 150 200 Па, суммарное
усилие достаточно для перемещения блока мембран в одно из
крайних положений. При Р1>Р2 результирующая сила будет
направлена вниз, и блок мембран опустится. Сопло в камере А
при этом закроется и перекроет линию выхода воздуха в атмос-
феру, а сопло в камере Г откроется, и воздух питания, поступая
в камеры А и Г, сформирует на выходе элемента сравнения
сигнал 1. При Pi<P2 мембранный блок поднимается вверх,
сопло в камере Г закроется, и прекратится подача воздуха пи-
тания, а сопло в камере А откроется, и линия выхода элемента
сравнения сообщится с атмосферой. При этом сигнал на выходе
станет равным 0. Таким образом, трехмембранный элемент
сравнения представляет собой пневматическое реле, отрабаты-
вающее зависимость:
/>вых= 1 при Pi>P2; |
Рвых 0 при Р^ Р2. J
(3.16)
107
Пятимембранный элемент сравнения имеет
четыре входа. Он состоит из шести камер, разделенных пятью
мембранами, связанными в блок (рис. 3.6,6). Входные сигна-
лы подводятся в камеры Б, В, Г и Д. Выходной сигнал отво-
дится из камер А и Е. В остальном конструкция пятимембран-
ного элемента сравнения и его работа аналогичны трехмемб-
ранному элементу сравнения. Он представляет собой пневмати-
ческое реле и обеспечивает выполнение операции
РВЬ1Х = 1 при Pt Р3 > Рг | Р4; |
Рвык = 0 при Pi + Р3 < Р2 + Р4. /
(3.17)
На структурных схемах элементы сравнения представляют
в виде последовательно соединенных узла суммирования, на
который поступают входные сигналы со своими знаками, и ре-
лейного звена. Передаточная функция элементов сравнения
имеет вид
W(s) = k 1. (3.18)
В пневматических приборах пятимембранные элементы срав-
нения часто используют в качестве мембранного сумматора для
алгебраического суммирования непрерывных входных сигналов
(рис. 3.7). Для этого выходной сигнал Рвык направляют в каме-
ру Б, камеру отрицательной обратной связи. Элемент приходит
в равновесие, когда усилия, развиваемые входными давлениями,
уравновешиваются усилием, создаваемым Реык~Рб, и расходы
воздуха через пневмоконтакты сопло-заслонка равны. Так как
суммарные площади мембран в камерах Б, В, Г и Д одинако-
вы, то при равновесии справедливо равенство
Рвых = Р1-Р2 + ₽з. * (3.19)
Следовательно, при такой коммутации элемент сравнения вы-
полняет функцию сумматора, который складывает два сигнала
со знаком плюс и один со знаком минус.
108
Повторители давления (усилители мощности) предназначе-
ны для усиления расхода воздуха на выходе при постоянных
давлениях на входе и выходе (рис. 3.8). Их применяют для
уменьшения запаздывания сигналов в пневмокамерах большого
объема в длинных пневмолиниях, а также для развязки пнев-
матических цепей.
В маломощном повторителе давления между
двумя секциями зажата по периметру мембрана, жесткий центр
которой является заслонкой сопла, расположенного в камере А
и сообщающего ее с атмосферой. Входной сигнал Рвх подается
в камеру Б. В камеру А через постоянный дроссель поступает
давление питания. Давление в камере Л —выходной сигнал
Рвых. С увеличением Рвх мембрана прогибается вниз. При этом
уменьшается расстояние между заслонкой и соплом, уменьша-
ется расход воздуха из камеры А через сопло в атмосферу, и
выходное давление Рвых возрастает до значения Рвх. В момент
равновесия расходы’воздуха через постоянный дроссель и пнев-
моконтакт сопло-заслонка одинаковы. Класс точности такого
повторителя равен 0,25.
При необходимости изменить Рвык повторителя относительно
Рвх на постоянную величину ДР в его камеры устанавливают
пружины. В таких повторителях—повторителях со сдви-
гом наличие пружин в камерах Б или А приводит соответст-
венно к увеличению или уменьшению сигнала Рвых по сравнению
С Рвх
РВЫХ = Р вх ± ЬР .
Мощный повторитель давления имеет три секции
и состоит из связанных в мембранный блок двух мембран рав-
ной площади и клапана-дросселя, обеспечивающего сопротивле-
ние потокам воздуха из камеры А в камеру Б и из камеры Б в
камеру В при помощи пневмоконтакта сопло-заслонка. Воздух
питания поступает в камеру А. Выходной сигнал Рвык форми-
руется в камере Б. Входной сигнал Рвх подается в камеру Г и
Рис. 3.8. Повторители давления:
и — маломощный; б — мощный грубый; в — мощный точный
109
управляет клапаном-дросселем, изменяющим подачу воздуха
питания из камеры А в камеру Бив выходную линию. По-
скольку площади мембран равны, давления Рвх и РВЫк вырав-
ниваются. Возрастает только поток воздуха на выходе повтори-
теля по сравнению с потоком на входе, что обусловлено боль-
шими отверстиями.
При возрастании Рвх блок мембран опускается, усиливается
поток воздуха из камеры А через клапан в камеру Б, повыша-
ется Рвых. При уменьшении Рвх мембранный блок, поднимаясь,
закрывает клапан и прекращает поступление воздуха из каме-
ры А, но отводит заслонку от сопла, поэтому воздух из каме-
p... Б через канат в штоке мембранного блока вытекает в каме-
ру В и в атмосферу. При равновесии мембранный блок и за-
слонки клапана занимают такое положение, при котором при-
ток воздуха из камеры А в камеру Б равен расходу воздуха из
нее через камеру В в атмосферу и BBblx = PBX. Коэффициент уси-
ления по давлению этого повторителя может изменяться в ин-
тервале 0,95—1,05, т. е. его основная погрешность равна ±6%.
Уменьшение погрешности повторения обеспечивает точный
мощный повторитель. Он имеет четыре секции и состо-
ит из трех мембран одинаковой площади, образующих шесть
камер; клапана, поджатого пружиной, двух пневмоконтактов
сопло-заслонка и постоянного дросселя. Входной сигнал Рвх по-
ступает в камеру Д. Воздух питания подается в камеру А, отку-
да при открытом клапане направляется в камеру Б и через по-
стоянный дроссель в камеру В. Далее воздух через нижний кон-
такт сопло-заслонка проходит последовательно в камеры Г и
В, а затем через верхний контакт сопло заслонка выходит в ат-
мосферу. Выходное давление Рвъ>х формируется в камере Б, со-
общенной с камерами отрицательной обратной связи Г и Е.
При увеличении Рвх мембраны, ограничивающие камеру Д,
прогибаются, удаляясь одна от другой, и прикрывают сопла в
камерах Г и Е. Вследствие этого сброс воздуха в атмосферу
уменьшается, давление в камерах Е, Г и Б возрастает, но еще
в большей степени оно возрастает в камере В, так как увели-
чивается сопротивление протеканию воздуха через сопло из
камеры В в камеру Г. Возникший перепад давления прогибает
нижнюю мембрану вниз и открывает клапан. При этом увели-
чивается поток воздуха питания из камеры А в камеру Б, дав-
ление в последней, а следовательно, и РВЫх возрастают. С умень-
шением Рвх происходит встречный прогиб мембран камеры Д,
открываются пневмоконтакты сопло-заслонка, понижается дав-
ление в камерах Е, Г и Б, еще в большей степени понижается
давление в камере В. При этом нижняя мембрана прогибается
вверх, клапан прикрывается, что ограничивает поступление
воздуха из камеры А в камеру Б, и давление Рвых понижается.
Класс точности рассматриваемого повторителя равен 0,5.
НО
Рис 3.9. Задатчик давления
Рис. 3 10. Выключающее реле
Уравнение работы всех повторителей-усилителей мощности
имеет вид
Рвых~Ввх- (3,20)
Их передаточные функции: по давлению W7P(s) = l, по расходу
воздуха Wf(s) —k^> 1. На структурных схемах повторители-уси-
лители представляют в виде одного звена с соответствующей
передаточной функцией.
Задатчик (рис. 3.9) в комплекте с постоянным дросселем
предназначен для ручной установки заданного сигнала. Он со-
стоит из камер А и Б, разделенных плоской мембраной, жест-
кий центр которой служит заслонкой сопла. Воздух питания
проходит через дроссель в камеру А и выходит из нее через
сопло в атмосферу. Выходной сигнал задатчика — давление
воздуха в камере Л. Камера Б сообщена с атмосферой. На
мембрану со стороны камеры Б действует сила натяжения пру-
жины, устанавливаемая винтом, а со стороны камеры А — сила
давления воздуха. При изменении натяжения пружины мембра-
на, прогибаясь, изменяет зазор пневмоконтакта сопло-заслонка
и расход воздуха из камеры А в атмосферу. В результате этого
давление воздуха в камере Лиц выходной линии задатчика
изменяется.
Выключающее реле (рис. 3.10) предназначено для отключе-
ния или переключения (коммутирования) входных сигналов
при подаче на него командного дискретного сигнала (0—1).
Реле состоит из трех камер А, Б к В, которые разделены дву-
мя мембранами, соединенными в блок штоком, двух сопл и
пружины. Жесткие центры мембран выполняют роль заслонок
по отношению к соплам и вместе с ними образуют два пневмо-
контакта сопло-заслонка один (сопло С\)—нормально откры-
тый, второй (сопло С2) — нормально закрытый. Входные сиг-
налы Р\ и Р2 подводят к соплам Ct и С2, командный сигнал
Рк — в камеру А, выходной сигнал РВых отводится из камеры Б.
Камера В сообщена с атмосферой.
111
Выключающее реле относится к элементам дискретного дей
ствия. При Рк=0 блок мембран под действием пружины в ка-
мере Б опустится вниз, сопло С2 закрывается, сопло С, откры-
вается, и сигнал Р\ проходит на выход реле. При Рк=1 на блок
мембран со стороны камеры А действует усилие, превышающее
силу натяжения пружины, блок мембран поднимается вверх,
сопло Ci закрывается, сопло С2 открывается, и на выход реле
проходит сигнал Р2. В регуляторах реле при подаче на него
давления Рк запирает выходной сигнал регулятора, а при сбро-
се Рк —сообщает выход регулятора с исполнительным устройст-
вом. ।
Комплекс «Старт» (комплекс автоматических регуляторов,
построенных на элементах УСЭППА) включает в сеоя рыулиру-
ющие устройства (в дальнейшем — регуляторы), функциональ-
ные устройства и вторичные приборы нескольких модификаций
(описание приборов см. раздел 1.8).
Регуляторы и устройства комплекса «Старт» имеют блочную
конструкцию. Элементы УСЭППА монтируют в блоках на ком-
муникационных платах при помощи винтов или соединитель-
ных трубок. Связь между элементами осуществляется через
каналы в платах. Элементы подсоединены к выходным штуце-
рам регуляторов и устройств гибкими трубками.
Регуляторы могут настраиваться на прямое и обратное дей-
ствие. Увеличение входной величины Рвх регулятора прямого
действия вызывает возрастание его выходной величины Рвых,
а регулятора обратного действия — уменьшение Рвых. Предел
допускаемой основной погрешности регуляторов и функциональ-
ных устройств выражают в процентах от нормирующего значе-
ния стандартного пневматического сигнала, равного 80 кПа.
Ниже рассмотрены основные регуляторы и функциональные
устройства комплекса «Старт».
Регулятор ПР1.5 является устройством двухпозиционного
действия, предназначенным для получения на выходе дискрет-
ных сигналов 0 и 1 при отклонении входного сигнала Рвх от за-
данного значения РЗЛ- Регулятор при настройке на максимум
реализует закон регулирования
Рвых = 1 при Рвх Рэд;
РцЫХ = 0 при Рвх Рзд,
а при настройке на минимум
Рвых *= 1 при РЕХ^ Рздг
Рвых = 0 при Рвх Р3д .
Задатчик 1 и дроссель 2 регулятора ПР1.5 (рис. 3.11, а)
предназначены для установки заданного давления РЗЛ в пре-
делах 20—100 кПа. Его настраивают вращением винта задатчи-
ка, сбрасывая в атмосферу часть воздуха, поступающего через
112
Рис. 3.11. Пз-регулятор ПР1.5 (а) и его структурная схема (б)
дроссель. Контролируют значение Р3й по показаниям маномет-
ра-индикатора давления 3. Регулятор настраивают на максимум
или на минимум поворотом диска-переключателя 4. Давления
Рвх и Рзд подают в камеры Б и В элемента сравнения 5. Через
верхнее сопло в камеру Г подводится воздух питания, а через
нижнее сопло камера А сообщается с атмосферой. Давление в
сообщающихся камерах А и Г — выходной сигнал элемента 5.
Он направляется на повторитель-усилитель мощности 6, форми-
рующий выходной сигнал регулятора Рвык.
При настройке регулятора на минимум (сплошные линии на
рис. 3.11, а) сигнал Рвх подводят в камеру Б элемента сравне-
ния, а заданное значение Рзд — в камеру В. При Рвх<Рзд блок
мембран элемента 5 перемещается вниз, сопло в камере Г от-
крывается, а сопло в камере А закрывается; воздух питания
проходит в камеру Г повторителя 6 и на выходе регулятора по-
является сигнал РВых=1. При РВх>Рзд мембранный блок эле-
мента сравнения поднимается вверх, сопло в камере Г закрыва-
ется, а в камере А открывается. Тогда давление на выходе эле-
мента сравнения, в камере Г повторителя и на выходе регуля-
тора Рвых падает до нуля. При настройке на максимум сигнал
Рвх подается в камеру В элемента сравнения, а Рзд — в камеру Б.
Структурная схема регулятора ПР1.5 приведена на рис. 3.11,6.
Нижнее (0) значение Рвых регулятора находится в интерва-
ле 0—10 кПа, а верхнее (1) —от ПО кПа до давления питания.
За основную погрешность регулятора принимают наибольшее
рассогласование между значениями Рвх и Рзд, при котором
срабатывает выходной сигнал регулятора. Основная погрешность
прибора составляет ±0,5%.
Регулятор ПР2.8 представляет собой П-регулятор (рис.
3.12, а). Входной сигнал Рвх> пропорциональный значению регу-
113
8—1392
Рис. 3.12. П регулятор ПР2.8 (а) н его структурная схема (б)
лируемой величины, и заданное давление Рла, пройдя через сум-
матор /, создают в камерах Д и Г элемента сравнения 2
давления Рл и Рг. Разность этих давлений по аналогии
с равенством (3.15) воздействует на элемент 2 по ра-
венству Рп—Pr=kt(PBK—Рзл), где Aj— коэффициент усиления
сумматора 1 (0,03^&|^ 1,0).
На вход сумматора 6, установленного в линии обратной свя-
зи элемента 2, подаются давление Р\ и опорное давление Роп-
Давление Pi формируется иа выходе элемента 2 с помощью за-
датчика расхода 5 — повторителя давления со сдвигом, в кото-
рый встроен постоянный дроссель. Воздух питания поступает
из камеры А в камеру Б повторителя через этот дроссель, что
при постоянном перепаде давления на нем обеспечивает посто-
янный расход воздуха через сопло в камере Б задатчика рас-
хода 5 и через сопло в камере А элемента 2. Давление Роп
устанавливается вмонтированным в регулятор задатчиком 7 и
предназначено для настройки Рвык регулятора при РВХ = РЗЛ-
В камерах Б и В элемента 2 формируются давления Pf> и Рв.
Разность этих давлений равна Р&—PB = k2(Pi—Ров), где k2 —
коэффициент усиления сумматора 6 (0,03^&|^ 1,0).
При равновесии блока мембран элемента 2 справедливо ра-
венство
Рб-Рв-Ь/’г-Рд = 0. (3.21)
Из трех последних уравнений получим
РI “ А (Рвх ^Зд) Д Роп »
114
где k = k\lk2 — коэффициент передачи регулятора (изменяется в
пределах от 0,03 до 50).
Давление Р{ с выхода элемента 2 поступает в камеру Д
повторителя-усилителя мощности 3 через дроссель, демпфиру-
ющий автоколебания. При равновесии расход воздуха через
этот дроссель отсутствует, РД = Р,, и сигнал на выходе повтори-
теля Рвых равен давлению Ра Следовательно, Р| = РВых и урав-
нение работы регулятора ПР2.8 окончательно принимает вид
РВЫХ *= k (Рвх -- Дд) Г Poll • (3.22)
Выход повторителя 3 через сопло С( выключающего реле 4 на-
правляется на выход регулятора. Реле 4 служит для отключе-
ния выхода регулятора при переходе на ручное управление по-
дачей командного давления Рк в камеру А. При этом сопло G
закрывается и сигнал Рвых в линию выхода не поступает.
При равенстве давлений Рвх и Рзд воздух через регулируе-
мый дроссель сумматора / не проходит, перепад давления на
нем отсутствует и давления в камерах Д и Г элемента 2 соот-
ветственно равны Рвх и Рзд и равны между собой: РВх = Рзд =
= РД = РГ. Для равновесия блока мембран элемента 2 должно
соблюдаться равенство давлений и в камерах В и Г (РВ = РА
А это возможно лишь в отсутствие перепада давления па регу
лируемом дросселе сумматора 6 и при равенстве давлений РВЫх
и Роп. Следовательно, при РВх = Рзд давление РВЫХ = Р1,„. Давле
ние Роп в регуляторах обычно устанавливают равным 60 кПа.
Повышение давления Рвх при РВх>Рзд усиливает движение
воздуха через дроссели сумматора 1 в направлении, показанном
стрелкой, и увеличивает перепад давления Рд—Рг. Это приво
дит к перемещению блока мембран вниз, увеличению сопротив-
ления пневмоконтакта сопло — заслонка в камере А и возра-
станию давления Рь Последнее вызывает движение воздуха в
элементах сумматора 6 в направлении, показанном стрелкой,
и возникновение перепада давления Рб—Рв. Давление Pi будет
повышаться до восстановления равновесия блока мембран в
соответствии с равенством (3.21) и приведет к увеличению дав-
ления Рвь,х. Понижение давления Рвх относительно Рзд приво-
дит к падению давления РВых-
Структурная схема регулятора ПР2.8 приведена на рис.
3.12,6. Передаточную функцию регулятора по каналу (Рвх—
—Рзд >Рвь,х найдем по равенству
k,k..k, k, k,
Гвх = 1 +'k3k2 =' l/fe3 -J- fe2 = 77 = k’
а передаточную, функцию по каналу Р1>п—>-Рвых — по равенству
U70 (s) =
к2кякл k2 k2
1 -J- k2k3 i/k3 k, ~ k2 ~ 1 •
8*
115
Найденные выражения согласуются с уравнением регулятора
(3.22).
Предел пропорциональности 6 регулятора ПР2.8, связанный
с коэффициентом усиления равенством (3.6), устанавливают в
пределах от 2 до 3000% двумя органами настройки — регули-
руемыми дросселями сумматоров 1 и 6'. Для настройки д в ин-
тервале от 100 до 3000% регулируемый дроссель сумматора 6
устанавливают на отметку 100%, что соответствует его закры-
тию (при этом k2 = 1), а регулируемый дроссель сумматора 1 —
на соответствующую отметку. В этом случае регулятор реали-
зует закон
^ВЫХ = К1 (г ВХ •
Для настройки б от 2 до 100% перекрывают регулируемый
дроссель сумматора 1 (устанавливают на 100%, при этом k,=
= 1), а дроссель сумматора 6—на желаемую отметку по его
шкале. Регулятор реализует закон
/’вых *= (1/^) (/"ВХ -Лд) + Роп-
Основная погрешность регулятора составляет ±0,5%.
Регулятор ПР3.31 предназначен для реализации ПИ-закона
регулирования (рис. 3.13, а).
Входной сигнал РВх и заданное давление РЗЛ подводятся в
камеры В и Б пятимембранного элемента сравнения 1. Его
выходной сигнал Pi направляется в камеру Г, образуя единич-
ную отрицательную обратную связь, а также через выключаю-
щее реле 3 и инерционный элемент 2— в камеру Д, формируя
инерционную положительную обратную связь. Сигнал Ри вы-
хода инерционного элемента 2 подводится к маломощному по-
вторителю давления 4, сигнал с выхода которого Р2 подается
на дроссельные сумматоры 5 и 6. На сумматор 5 поступает
также сигнал Pi, а на сумматор 6 — сигнал Ра с выхода трех-
мембранного элемента сравнения 7, который далее направляет-
ся через постоянный дроссель во входную камеру Д повтори-
теля-усилителя мощности 8. На его выходе формируется выход-
ное давление регулятора Рвых, которое проходит через выклю-
чающее реле 9 и поступает в выходную линию регулятора.
Если Рвх = Р3ц, то мембранные узлы элементов 1, 4, 7 и 8
находятся в равновесии, и давление на выходе регулятора не
изменяется. Повышение давления Рвх относительно давления
Рзд приводит к увеличению сигнала Pt, а после прохождения
инерционного элемента 2 также и сигнала Рн. Причем сигнал
Pi возрастает более интенсивно, чем сигнал Рк, что вызывает
поток воздуха через дроссели сумматора 5 в направлении стрел-
ки, показанной на рисунке. При этом давление Рв в камере В
элемента сравнения 7 возрастает, его мембранный блок переме-
щается вниз, закрывая торцом штока мембран сопло в каме-
116
Рис. 3.13. ПИ-регулятор ПР3.31 (а)
и его структу )ная схема (б)
ре А. В результате этого давление Рд повышается и через дрос-
сели сумматора 6 воздух начинает проходить в направлении,
показанном стрелкой, и давление в камере Б элемента срав-
нения 7 также начинает возрастать. Давление Рл продолжает
повышаться до тех пор, пока давление Рв не станет равным дав-
лению Рв. Увеличение давления Ра в линии входа повторителя 8
вызывает такое же увеличение давления на его выходе и на вы-
ходе регулятора. Уменьшение давления Рвх на входе регулято-
ра сопровождается уменьшением давления РВЫх на его выходе.
Найдем закон регулирования, отрабатываемый регулято-
ром ПР3.31, в соответствии с его структурной схемой, приве-
денной на рис 3 б Аналогично уравнению (3.14) для сум-
маторов 5 и 6 можно записать
+ (1 - *з) <3-23)
Рб = *4Рд + (1-*4)Р2, (3.24)
где £з=ф|/(а-Н1); 1—&3 = a/(a+Pi); &4 = ^/(a+fc); 1—&4 =
= а/(а+Рг); а—проводимость постоянных дросселей; р, и
₽2 — проводимости регулируемых дросселей сумматоров 5 и 6'.
В соответствии с равенством (3.20) уравнение работы по-
вторителя 4 имеет вид Pz = PH, а повторителя 8 — Рвых = Ра-
Подставляя эти значения Р2 и Рд в равенства (3.23) и (3.24) и
учитывая, что давления Ре, и Рв в камерах Б и В элемента 7
практически равны, получим
W 1 + (1-*з) А — ^дР ВЫХ ~ ( 1 ~~ Рц>
откуда
Рвых М’з A Р1 4“ (1 Рн-
Запишем это уравнение в операторном виде
Рвых (s) = (^з Pi (s) ~Ь П ^з ^4) Ри (s) (3.25)
и найдем выражения Pjfs) и P»(s) из передаточных функций
регулятора по каналам (Рвх—Рзд)—*-Pi и (Рвх-—Рзд) —+РВ-
Обозначим их через lVz*if^) и W*B(s). Структурные схемы этих
каналов приведены на рис. 3.14. Обозначим разность Рвх—Рзд
а
б
Рис. 3.14. Структурные схемы регулятора ПР3.31 по каналам (Рвх—РЭд)—*
*Р 1 (ч) И (Рвх—Рзд) * Ри (б)
118
через ДР и запишем ее в операторной форме AP(s). Передаточ-
ные функции элемента сравнения 1 и инерционного элемента 2
в соответствии с (3.18) и (3.13) определяются выражениями
Wi(s) = k\~^> 1 и IV'h(s) = 1/(7'hS-1-1), где Г„— постоянная време-
ни инерционного элемента 2. Передаточные функции и
№*„(£) найдем из равенств
Pi (s)
w * м —LL' -----------------1------------
1 W AP(s) 1 +M1 - 1 (РиМ 1)| -
_________1________ TKs + 1 1
' 1/^+1- I (ThS+1)- Ths 4 1-1 1=1 Ths •
l/(P.,s !- 1) 1 1
- 1Л + 1 - 1 (THs I- 1) - Tns b 1 — 1 — Ttls •
Найдем величины Pi(s) и P„(s)
Pi(*) (14-1 P„s)AP(s):
P„(s) (1,7» AP(s).
Подставляя эти зависимости в уравнение (3.25), получим
„ k-i i 1 \ / k4 \ 1
/ k3 . k3 1 *4 \ (k- I \
+ ktTHs + - k4T„s )A₽(S> (v + “P^) A₽(S)-
Переходя к оригиналам и заменяя АР через разность Рвх—Рзд,
получим следующее уравнение динамики регулятора ПР3.31
i
Рвых “ (Рвх Рзд) 4” (Рвх Рзд) t (3.26)
о
где k = k3lki — коэффициент передачи пропорциональной со-
ставляющей регулятора; Т» — время интегрирования. Это урав
нение подтверждает, что регулятор ПР3.31 является ПИ-регу-
лятором с независимыми параметрами настройки.
Выключающие реле 3 и 9 необходимы для отключения и
включения регулятора при переходе с автоматического на руч-
ное управление и наоборот. При автоматическом регулировании
командный сигнал Рк=0 и выходной сигнал регулятора через
сопло Ci (реле 9) проходит на выход регулятора, а сигнал Р,
с выхода элемента I через сопло С\ (реле 3) — на вход инерци-
онного элемента 2. Для перехода на ручное управление в вы-
ключающие реле подается сигнал Рк=1. В этом случае закрыва-
ются сопла Ci обоих реле, и сигнал РВ1,1Х разъединяется с лини-
ей выхода регулятора, а также прерывается линия инерционной
119
положительной обратной связи, проходящая через реле 3. Но
при этом выход реле 9 через открытое сопло С2 соединяется с ка-
мерой Д элемента сравнения/ — камерой положительной обрат-
ной связи, в которой устанавливается давление, равное давле-
нию в линии выхода регулятора. Это предохраняет линию вы-
хода от скачка давления при промежуточном положении пере-
ключателя станции управления и обеспечивает в последующем
плавный переход с ручного управления на автоматическое.
Для ослабления влияния автоколебаний, возникающих в
замкнутом контуре сумматор 6—камера Б элемента 7 — линия
обратной связи сигнала Рл — сумматор 6, на работу повторите-
ля 3 на линии ыннала Га устанавливают постоянный дроссель.
Предел пропорциональности б регулятора ПР3.31 (3.6) на-
страивается в диапазоне от 2 до 3000% (коэффициент передачи
от 0,03 до 50) при помощи регулируемых дросселей сумматоров
5 и 6. При настройке б в диапазоне 100—3000% дроссель сум-
матора 6 устанавливают на отметку 100%, что соответствует
его полному открытию (при этом 1), а дроссель суммато-
ра 5—на соответствующую отметку по его шкале. В этом слу-
чае регулятор реализует закон
t
Рвых = k3 (Рвх —Рэд) + (1/7и) | (Рвх - Рзд) dt.
'о
При полном открытии дросселя сумматора 5 величина 6 равна
100% (^з=1). По мере закрывания этого дросселя значение
б возрастает.
При настройке б в диапазоне 2—100% дроссель суммато-
ра 5 устанавливают на отметку 100%, что соответствует полно-
му его открытию (при этом &з«1), а дроссель сумматора 6 —
на желаемую отметку по шкале. В таком случае регулятор осу-
ществляет закон
t
Рвых = (Рвх Рзд) + (1/7и) (Рвх Рзр) dt .
о
Полному открытию дросселя сумматора 6 соответствует значе-
ние 6=100% (^4=1). При закрывании дросселя значение б
уменьшается.
Время интегрирования Тк настраивается дросселем, входя-
щим в состав инерционного элемента 2. При закрытом дроссе-
ле (при его установке на отметку шкалы ос) Ти принимает
максимальное значение, равное 100 мин. При этом воздействие
И-составляющей сводится к минимуму и регулятор осуществ-
ляет П-закон регулирования. По мере открытия дросселя вре-
мя Тц уменьшается, а воздействие И-составляющей усиливает-
ся. При полностью открытом дросселе Т’н = 0,05 мин.
120
Рис. 3.15. Регуляторы соотношения ПРЗ.ЗЗ (а) и ПР3.34 (б)
Основная погрешность регулятора НР3.31 составляет
±0,5%.
Регулятор соотношения двух величин ПРЗ.ЗЗ (рис. 3.15, а)
состоит из устройства умножения входных сигналов на посто-
янные коэффициенты и ПИ-регулятора (ПР3.31). Умножение
каждого сигнала перед их подачей в камеры элемента сравне-
ния ПИ-регулятора осуществляется в соответствии с равенством
(3.14) на делителях давления (см. рис. 3.5), образованных на
постоянном и переменном дросселях. Задатчик с постоянным
дросселем (см. рис. 3.9) служит для установки нижнего уровня
пневматического сигнала, равного 20 кПа. Поэтому делители
вырабатывают сигналы в соответствии с равенствами P'i =
= ktPi и Р2' = /г2Р2. Регулятор ПР3.31 в замкнутом контуре под-
держивает равенство сигналов P'i = P'2. Отсюда следует, что
регулятор ПРЗ.ЗЗ обеспечивает постоянным соотношение Р2 =
= kPi, где k — k\/k2 — коэффициент соотношения, настраиваемый
в интервале 1—5.
Регулятор соотношения ПР3.34 (рис. 3.15, б) дополнитель-
но имеет функциональный элемент, предназначенный для ав-
томатической коррекции соотношения двух технологических ве-
личин по третьей величине. Корректирующий сигнал Рк и вход-
ные сигналы Р[ и Р2 поступают на двухдроссельные делители
давления. Роль регулируемого дросселя в последнем случае вы-
полняет сдвоенное сопло в камере А повторителя давления. На-
чальный уровень сигнала, равный 20 кПа, устанавливается за-
датчиком.
Давление Р'к в камере Б повторителя, зависящее от коррек-
тировки сигнала Рк и проводимости дросселя рк, определяет
проводимость сопл повторителя. Учитывая, что регулятор в
замкнутом контуре стремится выравнять давления P't и Р'2,
изменяя проводимость дросселя fh, устанавливают определен-
ным соотношение между давлениями Р, и Р2, а дросселем с
проводимостью рк изменяют это соотношение пропорционально
текущему значению сигнала Рк.
Устройство прямого предварения ПФ2.1 (рис. 3.16) форми-
121
Рис. 3.16. Устройство прямого предварения ПФ2.1 (я) и его структурная
схема (б)
рует на выходе сигнал, пропорциональный входной величине и
скорости ее изменения. Входной сигнал Рнх поступает в каме-
ру В трехмембранного элемента сравнения /. Его выходной сиг-
нал Р(, образующийся в линии между постоянным дросселем и
соплом в камере А, через инерционный элемент 2, состоящий из
регулируемого дросселя и пневмокамеры, направляется по от-
рицательной обратной связи в камеру Б элемента /, а также на
вход повторителя 4. Сигнал на выходе последнего есть выход-
ной сигнал устройства Рв)11х.
При постоянном сигнале Рвх блок мембран элемента / на-
ходится в равновесии (Р2 = РВХ), поток воздуха через дроссель
элемента 2 отсутствует, и перепад давления па нем равен ну-
лю, т. е. Р2=Р]. Давление Рь усиленное по мощности, есть вы-
ходной сигнал устройства РВых- Следовательно, при PBx = const
ВЫХОДНОЙ СИГНаЛ устройства РВЫх - Рвх-
При повышении входного сигнала Рвх мембранный блок эле-
мента I опускается, сопло в камере А прикрывается, что приво-
дит к увеличению сопротивления пневмоконтакта сопло — за-
слонка и возрастанию давления Р}. Под воздействием возник-
шего перепада давления воздух начинает протекать через дрос-
сель элемента 2 и постепенно заполнять пневмокамеру. В ре-
зультате этого давление воздуха в пневмокамере Рг и в каме-
ре Б элемента / начинает возрастать, но с некоторым отстава-
нием относительно давления Pi. Давление Pi и выходной сиг-
нал устройства Рвых будут увеличиваться с опережением во
времени по сравнению с изменением давления Рвх. При пони-
жении Рвх выходной сигнал РВЫх уменьшается, по также с опе-
режением.
122
Структурная схема устройства ПФ2.1 приведена на рис.
3.16,6. Передаточные функции его элементов в соответствии с
равенствами (3.18), (3.13) и (3.20) имеют вид
1;
(s) = 1/(T«S+ 1): r4 (s) ,= = i.
где Тд — время дифференцирования.
В соответствии со структурной схемой передаточную функ-
цию устройства найдем по равенству
U' (s) = 1 +*! 11/(^4- 1)] = 1 + гд5-
Переходя к оригиналам, получим уравнение динамики устрой-
ства ПФ2.1
^ВЫХ — Рвх “1“ Рд (<1РвХ Л) • (3.27)
Выключающее реле 3 предназначено для перевода устройст-
ва в режим работы повторителя входного сигнала при подаче
командного сигнала Рк. При Рк= 1 сопло Ct реле 3 открывается
и сигнал Р| с выхода элемента 1 проходит в его камеру отрица-
тельной обратной связи через реле 3, минуя дроссель элемен-
та 2. В результате на выходе устройства отслеживается давле-
ние, равное входному.
Параметром настройки устройства является время диффе-
ренцирования Та, изменяемое в диапазоне от 0,05 мин до 10 мин
с помощью регулируемого дросселя элемента 2.
Предел допускаемой основной погрешности устройства
ПФ2.1 не превышает ±1%-
Прибор алгебраического суммирования ПФ 1.1 предназначен
для алгебраического сложения трех входных сигналов, а также
для умножения на два одного сигнала и деления на два одного
или суммы двух сигналов. Выходной сигнал прибора посредст-
вом двух ручных задатчиков можно смещать на постоянную
величину.
Прибор ПФ1.1 (рис. 3.17) состоит из двух задатчиков давле-
ния 1 и 2, семимембранного суммирующего элемента 3, усили-
теля мощности 4 и двух постоянных дросселей ПД[ и ПД2.
Входные сигналы прибора Рь Р2 и Р3 подаются в камеры Д,
Г и В элемента 3, а корректирующие давления Pci и РС2 от
задатчиков 1 и 2—в камеры Е и Ж. Развиваемые при этом
усилия в зависимости от направления результирующей силы пе-
ремещают мембранный узел элемента 3 в сторону либо сопла
питания (камера И), либо сопла, сообщенного с атмосферой
(камера Д). В результате давление Р4 на выходе элемента 3
изменяется. Сигнал Р4 поступает на вход усилителя мощно-
сти 4, выходной сигнал РВЫх которого направляется в линию
123
Рис. 3.17. Прибор алгебраического суммирования ПФ1.1 (а) и его структур-
ная схема (б):
1, 2— задатчики давления; 3 — суммирующий элемент; 4— повторитель-усилитель мощ-
ности (
выхода прибора и в камеру отрицательной обратной связи Б
элемента 3 для уравновешивания его мембранного узла.
В элементе 3 эффективные площади всех больших мембран
обозначим через F, а малых — через Д Для равновесного со-
стояния элемента 3 справедливо равенство
Pi (f-/)-P2(F-f)+P3{F-f)-Pcl (F-f) +
+ Рс2 (F — f) — Pвых (F — f) =0,
откуда
PВЫХ *= Pl P2 4" P3 Pci T Pq-Z •
(3.28)
Структурная схема прибора ПФ1.1 представляет собой зве-
но с коэффициентом усиления #зЗ>1 (элемент 3), на вход ко-
124
торого поступают все входные и корректирующие сигналы,
и последовательно с ним соединенное усилительное звено с
коэффициентом усиления (повторитель-усилитель мощ-
ности 4), охваченные единичной отрицательной обратной свя
зью. Передаточная функция прибора в соответствии с его
структурной схемой имеет вид
«'(₽) = Л3*4/(1 + W ~ 1,
а сам прибор представляет собой точный повторитель входных
сигналов.
Математические операции, которые можно выполнять при-
бопом ПФ1 1 а также с*емы включения е™ камер при выпол
нений этих операций приведены в табл. 3.2 и на рис. 3.18. Зна-
ки плюс или минус в правых частях уравнений таблицы указы-
вают на увеличение или уменьшение выходного сигнала прибо-
ра при возрастании входного сигнала. Если необходимо опери-
ровать с меньшим числом слагаемых, чем в уравнении (3.28),
то неиспользующиеся камеры элемента 3 отключаются. От-
метим также, что прибор ПФ 1.1 может работать в релейном
режиме, если его выходной сигнал направить в одну из плюсо-
вых камер, например в камеру В, т. е. сигнал Р3 устанавлива-
ют равным Рвых. В этом случае ликвидируется действие отри-
Таблица 3.2. Математические операции, выполняемые прибором ПФ 1.1
Операция Математическое выражение Схема включения
позиция на рис. 3.18 камеры сумматора, сообщен- ные с ат- мосферой
Алгебраическое суммирование Рвых = Р1—Р2Л-Р3—Рс1 + ^с2 / —
Сложение Рвых = Р1+Рз + Р.С2 // г
Вычитание Р ВЫХ = Р1 Р 2 Рd III в
Умножение на 2 Рвых = 2Р14-Рс2 IV г
Умножение на 2 н вычитание РЖ=2Р1—р2 V —
Деление иа 2 Pl~^P С2 РвЫх- 2 VI в
Усреднение р г вых- 2 VII —
Изменение знака сигнала Рвых Pi + Pci VIII в.д
Корректирование сигнала Р вых “ Pl + РС2 IX в, г
125
Рис. 3.18. Схемы включения прибора ПФ 1.1 при выполнении математических
операций
нательной обратной связи (камера Б) и прибор формирует на
выходе сигналы
Рвых =1 при Pi ± РС2 > Р2 Ь P?i >
Рвых = 0 при Pi + РС2 < Р2 + Pci.
Основная погрешность прибора составляет ±0,1%.
Прибор умножения на постоянный коэффициент ПФ 1.3.9
предназначен для осуществления операций умножения вход-
ной величины на постоянный коэффициент /г2£1 в соответствии
с зависимостью (в кПа)
Рвых^*(Рвх-20) + 20. (3.29)
Схема прибора ПФ 1.3.9 приведена на рис. 3.19. Он содер-
жит задатчик /, который совместно с постоянным дросселем
ПД\ служит для установки опорного давления Роп, равного
29 кПа, дроссельного сумматора 2, элемента сравнения 3, охва-
ченного отрицательной обратной связью, повторителя-усилите
ля мощности 4 и двух переключателей 5 и 6. При положении
переключателей, показанном сплошными линиями, давление
РВх поступает на сумматор 2, выход с которого (давление Рв)
126
направляется в камеру В элемента 3. Давление Ра— выход
этого элемента — по отрицательной обратной связи подается в
камеру Б элемента 2, а также на вход повторителя 4, на выхо-
де которого формируется мощный сигнал РВЬ1Х, равный по ве-
личине давлению Рл.
Уравнение сумматора 2, состоящего из двух постоянных дрос
селей проводимостью а и у и одного регулируемого дросселя
проводимостью р, в соответствии с равенствами (3.9) и (3.14)
принимает вид
Рв" « + Рт(Р + т) Рвх ‘
_Pv'(P-'- т)
а-' Рт-(Р + т) ^ont=
-- ^2^ВХ + (1 ^1) Дэп<
(3.30)
где k2 = (ар+а'у)/(о'р+о''у+Р7) < 1 — коэффициент усиления
сумматора 2 по каналу Рвх—>РВ; 1—^2 = (З-у/(сф+се-у+Ру) —ко-
эффициент усиления сумматора 2 по каналу Роп—>РВ.
Рис. 3.19. Прибор умножения на постоянный коэффициент ПФ1.3.9 («) и его
структурные схемы при k<l (б) и /е>1 (в)
127
При равновесии мембранного блока элемента 3 давления
Рв и Р6 равны. Кроме того справедливы равенства Рб = Рд и
РД = РВЫХ. Учитывая это, уравнение прибора можно представить
следующим образом:
Рвых = ^гРвх 4* (1 — ^2) Роп •
ИЛИ Рвых — ft (Рвх Роп) 4* Роп,
где k — коэффициент усиления прибора умножения (k = k2). При
такой коммутации переключателей 5 и 6 прибор выполняет
умножение входного сигнала (Рвх—Роп) на коэффициент &<1.
Чтобы обеспечить операцию умножения на коэффициент
k~>l. переключатели 5 и 6 устанавливают в положение, при
котором воздух через них проходи! по каналам, указанным
штриховой линией. В этом случае давление РБХ направляется в
камеру В элемента 3, минуя сумматор 2, а давление Рл с выхо-
да элемента 3 поступает на сумматор 2. Его выход направля-
ется в камеру Б элемента 3 и в дальнейшем обозначается Рб-
Таким образом, сумматор 2 вводится в линию отрицательной
обратной связи элемента 3 для изменения воздействия этой об-
ратной связи. Уравнение сумматора 2 при таком включении по
аналогии с уравнением (3.30) имеет вид
Рб *= k2Pд -р (1 — ft2) Роп •
Учитывая, что при равновесии прибора справедливы равенства
Рв = Евх, Рб = Рв и 75д = Рвых, окончательно получим
Р вых — (1 / ftg) Р вх 4" (1 — 1 /&г) Роп >
ИЛИ Рвых = (Рвх--Роп) 4 ‘ Роп >
где k-—коэффициент усиления прибора (fe=l/fe2>l).
Структурные схемы прибора ПФ 1.3.9 при разных положени-
ях переключателей 5 и 6, а также выражения коэффициентов
усиления элементов прибора в соответствии с равенствами
(3.30), (3.18) и (3.20), приведены на рисунках 3.19,6 и 3.19, в.
Уравнение работы прибора ПФ 1.3.9 при. включении суммато-
ра 2 во входную линию в соответствии со структурной схемой
определяется по равенству
_ k2k3k^ (1 ftg) ftgft4 р
* ВЫХ — 1 4- лз 1 + ft3 1,п ~
= ftgEВХ + (1 — ^г) Роп — (Рвх — Роп) 4“ Роп> (k = ^2) >
а при включении сумматора 2 в линию обратной связи эле-
мента 3
р ____ р , (1 ^г) ( ^з) ^4 р
“вых — I I ь ь ^вх Т 1 I ь ь 'оп 1=4
1 «3«2 1 Т
__L о , 0-^
— А ГВХ — ,
«2 К2
^ОП -- (^вх ^оп) + ^ОП»
128
Коэффициент настройки прибора можно варьировать в пре-
делах от 0,2 до 1,0 (£^1) и от 1,0 до 5,0 (k^ 1) Основная
погрешность прибора ±0,5%.
Прибор извлечения квадратного корня ПФ1.17 предназначен
для извлечения корня квадратного из сигнала, поступающего на
его вход. Действие прибора основано на аппроксимации пара-
болической взаимосвязи между входным Рвх и выходным РяЫХ
сигналами (в кПа)
РВЫх = V80 (Рвх — 20) ±20 (3.31)
отрезками трех прямых со своими значениями углов наклона k
и начальных ординат Рпп
Рвых,1 = 6U ±вХ — 20) ± Роп., (3.32)
где 1=1, 2, 3; kt = 1,093; /г2 = 0,773; fe3 = 0,585; Роп| = 37,36 кПа;
Коп2 =44,53 кПа; /эОпз = 53,2 кПа. Отрезок 1-й прямой (3.32) ап-
проксимирует зависимость (3.31) в диапазоне изменения вход-
ного сигнала Рвх от 30 до 45 кПа; отрезок 2-й прямой — в диа-
пазоне от 40 до 70 кПа; отрезок 3-й прямой — в диапазоне от
60 до 100 кПа. Граничные входные давления участков прямых
перекрывают друг друга для надежной работы прибора во
всем диапазоне. Такая аппроксимация в рабочем диапазоне
входных давлений от 30 до 100 кПа обеспечивает необходимую
точность работы прибора.
Прибор ПФ 1.17 (рис. 3.20) состоит из задатчика 1, дроссель-
ных сумматоров 2 и 3, трех повторителей давления со сдвигом
4, 5 и 6, элемента сравнения 7, повторителя давления 8 и по-
стоянных дросселей. Входной сигнал разветвляется в приборе
и проходит параллельно по трем каналам; через повторитель 4,
который отрабатывает 1-ю прямую (3.32); через последователь-
но соединенные сумматор 2 и повторитель 5, отрабатывающих
2-ю прямую (3.32), а также через сумматор 3 и повторитель 6,
Рис. 3.20. Прибор извлечения квадратного корня ПФ1.17
9—1392
129
Рис. 3.21. Прибор ограничения сигнала ПП11.1
отрабатывающих 3-ю прямую (3.32). На первой из трех пнев-
матических линий дроссельный сумматор не устанавливают,
так как коэффициент усиления 1-й прямой (3.32) kx 1. Выход-
ные проточные камеры повторителей объединяются и через
дроссель /7Дч сообщаются с камерой В элемента 7. Через дрос-
сель ПД2 в эту систему поступает воздух питания. Возникаю-
щий в ней выходной сигнал — это давление на выходе того по-
вторителя, который в данный момент может сформировать наи-
меньшее давление на выходе. Этот сигнал усиливается по мощ-
ности повторителем, состоящим из элемента сравнения 7 и по-
следовательно с ним соединенного грубого усилителя мощно-
сти 8, охваченных единичной отрицательной обратной связью.
Необходимые значения начальных ординат и углов наклона
прямых (3.32) устанавливаются изменением величин сдвига
повторителей 4, 5, 6 и проводимости регулируемых дросселей
сумматоров 2 и 3. Задатчик / поддерживает постоянным опор-
ное давление РГ1„ после регулируемых дросселей, что в соответ-
ствии с равенством (3.14) требуется для обеспечения пропор-
циональной зависимости между входным и выходным сигнала-
ми дроссельного сумматора.
Основная погрешность прибора ПФ1.17 при значениях вход-
ных сигналов 30 - 100 кПа составляет ±1,0%.
Прибор ограничения сигнала ПП11.1 предназначен для огра-
ничения (по максимуму или минимуму) поступающего па него
входного сигнала, который сравнивается с давлением задания.
Прибор ПП11.1 (рис. 3.21) состоит из задатчика I, элемента
сравнения 2, выключающего реле 3, повторителя-усилителя
мощности 4 и постоянных дросселей. Входное давление Ркх и
давление задания Рзд, устанавливаемое задатчиком /, подают-
ся в камеры Б и В элемента сравнения 2, а также к соплам С|
и С2 реле 3. Дискретный сигнал с выхода элемента 2 поступа-
ло
ет в камеру В реле 3. В зависимости от значения этого сигна-
ла реле 3 пропускает на выход либо входной сигнал, либо дав-
ление задания. Эти сигналы усиливаются по мощности повто-
рителем 4 и направляются в линию выхода прибора.
При настройке прибора на минимум (ограничение по мини-
мальному давлению) в переключателе сообщены каналы, пока-
занные сплошными линиями., и величина Рзд определяет мини-
мальное давление, которое пропускает прибор. Если /3вх>РзД,
то на выходе элемента 2 появляется сигнал, равный 1. В реле 3
сопло С2 закроется, а сопло С| откроется и сигнал Рвк пройдет
через повторитель 4 на выход прибора. При РВХ<РЗД сигнал на
выходе элемента 2 равен 0, при этом закроется сопло Сь откро-
ется сопло С, и на выход прибора пройде, сигнал Рзп.
При настройке прибора на максимум (ограничение по мак-
симальному давлению) в переключателе сообщены каналы, по-
казанные штриховой линией Если РВХ<РЗД, то входной сигнал
проходит на выход прибора, а если РВХ>РЗД, то на выходе при-
бора устанавливается сигнал, равный Рзд. Дроссель ПД2 пред-
отвращает перетекание воздуха между соплами реле 3 в мо-
мент его переключения.
Рабочий диапазон ограничения давления по минимуму со-
ставляет 20 -70 кПа, а по максимуму 50—70 кПа. Основная
погрешность прибора — наибольшая разность между действи-
тельным входным давлением и давлением ограничения в мо-
мент, когда на выходе происходит смена повторяемого сигнала
(входного на ограничивающий и наоборот). Эта разность вы-
ражается в процентах от рабочего диапазона изменения вход-
ных сигналов (80 кПа) и не превышает ±0,5%•
3.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
Электрические устройства контроля и управления выпускаются
в виде нескольких комплексов технических средств (КТС).
Комплекс технических средств «Контур». КТС «Контур»
применяют для регулирования непрерывных технологических
процессов, если количество регулируемых величин не превыша-
ет 100. Функционально законченными элементами комплекса
являются субблоки, из которых комплектуют приборы. Разли-
чают измерительные, регулирующие и функциональные суб-
блоки.
Измерительные субблоки предназначены для формирования
сигнала рассогласования г суммированием входных сигналов
от измерительных преобразователей с сигналом задания. Они
состоят из сумматора, операционного усилителя, обеспечиваю-
щего нормирование выходного сигнала постоянного тока е в
диапазоне 0+10 В, и стабилизирующего источника питания.
Для введения корректирующих воздействий субблоки имеют
9:
131
входы для подключения унифицированных сигналов 0—5 мА,
0—20 мА, 0—10 В.
Субблок Р 012 предназначен для работы в комплекте с
одним — тремя дифференциально-трансформаторными измери-
тельными преобразователями ДТП. Сигналы напряжения щ, и2
и «з от трех ДТП масштабируются с коэффициентами kt, k2 и
k3 (0<й<1) и суммируются с сигналами корректора цкр и
задатчика «зд, снимаемыми с моста, встроенного в субблок.
Потенциометр «Задание» находится вне субблока. Суммарный
сигнал обрабатывается и нормируется в диапазоне 0±10 В.
Рассогласование е определяется по уравнению (в В)
е = -f- k.,u2 + k3u3 + uKP + изд) 10.
Субблок Р 012 может также работать с одним или двумя тер-
мопреобразователями сопротивления ТС градуировок 21 и 23,
включаемыми во внешние мостовые схемы по трехпроводной
схеме. Выходной сигнал щ моста с термопреобразователем ТО
масштабируется с коэффициентом k2, а выходной сигнал и2
моста с термопреобразователем ТС2 — с коэффициентом fe3.
Рассогласование е субблока Р 012 определяется по равенству
(в В)
К ~ Т- ^3^2 + «кр Н3д) Ю.
Субблок Р 012 позволяет ввести унифицированный сигнал по-
стоянного тока вместо одного из сигналов ДТД или ТС.
Субблок Р 013 предназначен для работы в комплекте с
термоэлектрическими преобразователями ТЭП стандартных
градуировок. Сигнал ит от ТЭП, сигнал задатчика изл и унифи-
цированный сигнал и, масштабируемый с коэффициентом k,
суммируются в субблоке, преобразовываются и нормируются.
Задатчик субблока обеспечивает дискретное и плавное измене-
ние сигнала задания в пределах 50 мВ. Рассогласование на
выходе е определяется по равенству (в В)
е = |2,5 (ит + “зд) + ku\ 10.
Регулирующий субблок Р 011 (рис. 3.22) реализует
ПИ-закон регулирования в комплекте с электрическим испол-
нительным механизмом ЭИМ постоянной скорости. Сигнал рас-
согласования е с измерительного субблока для сглаживания
пульсаций проходит через демпфирующее устройство (RC — це-
почку), которое предотвращает срабатывание ЭИМ при крат-
ковременных изменениях е.
Сигнал ut поступает на вход суммирующего усилителя, вы-
полненного на интегральной микросхеме ИМС1 и имеющего
коэффициент усиления, равный 10. На второй его вход посту-
пает сигнал обратной связи иос. Выходной сигнал сумматора
«2 подается на релейное устройство с регулируемым порогом
132
Рис. 3.22. Электрическая схема регулирующего субблока Р 011
срабатывания, состоящее из двух релейных элементов, постро-
енных на триггерах. Зона нечувствительности Д„ релейного
устройства настраивается резистором «Зона». В зависимо-
сти от знака сигнала и2 один из релейных элементов срабаты-
вает и на его выходе появляется ступенчатый сигнал п3 (или
и'з). Эти сигналы поступают на тиристорные выходные кЛючи
«Больше» (или «Меньше») и на инвертор-повторитель ИМС2.
который инвертирует сигнал м:! и не инвертирует сигнал и'3.
Его выходной сигнал равен н4 = —и3 (или и'3).
В целом релейное устройство с инвертирующим повторите-
лем имеет статическую характеристику, приведенную па рис.
3.2, г. Выходные ключи «Больше» или «Меньше» через пусковое
устройство управляют работой ЭИМ. После делителя напряже-
ния—-резистора Rt(k„..6..)—сигнал us направляется через инер-
ционный элемент по отрицательной обратной связи ООС и че-
рез делитель напряжения — резистор Rg («Импульс»)—по по-
ложительной обратной связи ПОС на минусовый вход сумми-
рующего усилителя, формируя сигнал обратной связи иос.
Инерционный элемент собран на высокоомном операционном
усилителе УОС.
Рассмотрим переходные процессы в нескольких точках схе-
мы субблока Р ОН при ступенчатом изменении е (рис. 3.23).
Кривые на этом рисунке построены при следующих допущени-
ях: «| = е (демпфирующее устройство отсутствует), коэффициент
усиления сумматора равен единице и сигнал обратной связи
«ос в момент изменения е равен нулю. При превышении е гра-
ницы зоны нечувствительности Лн/2 на выходе релейного эле-
133
Рис. 3.23. Изменение сигналов регулирующего субблока РОП и выхода s
ЭИМ постоянной скорости при ступенчатом изменении рассогласования е:
а рассогласование £ н сигнал (сплошные кривые), расположение границы зоны не-
чувствительности \ 2 и зоны неоднозначности Дв релейного элемента (штриховые ли-
нии); б сигнал «з‘. в сигнал ПОС; г сигнал ООС (сплошная кривая) и на выходе
конденсатора С при его зарядке и разрядке (штриховые кривые); д — перемещение што-
ка на выходе ЭИМ (сплошная кривая) и аппроксимирующая кривая ПИ-закона регули-
ровании (штриховая линия); Д?и - длительность импульса; Д7|( длительность паузы
между импульсами; Т постоянная времени инерционного элемента
мента появится сигнал ц3, сработает выходной ключ «Больше»,
ЭИМ придет в действие и его рабочий орган начнет переме-
щаться с постоянной скоростью dsfdt. При этом действие ПОС
вызовет приращение сигнала ц2 (см. рис. 3.22) на величину цпОс,
зависящую от изменения напряжения и8, и будет удерживать ре-
лейный элемент в крайнем положении. Одновременно с этим
конденсатор инерционного элемента начнет заряжаться, напря-
жение Нб экспоненциально возрастет, что приведет к пропор-
циональному понижению напряжения w2 в соответствии с вре-
менным изменением иоос до тех пор, пока оно не станет равным
Дн/2—Дв. В момент релейный элемент переходит в среднее
положение, сигналы из и иПос пропадают, выходной ключ
«Больше» размыкается и ЭИМ останавчивается. Затем кон
денсатор С начнет разряжаться, а сигнал иоос экспоненциально
падать. Это приведет к возрастанию сигнала и2.
В момент /2, когда сигнал w2 достигнет значения Дн/2, ре
лейный элемент снова сработает, на его выходе появится сиг
нал и3, сработает выходной ключ «Больше» и снова начнет дей-
ствовать ЭИМ. Процесс последовательного отключения и вклю
чения ЭИМ будет повторяться. Таким образом, работа суббло
ка Р 011 определяется трехпозиционным релейным элементом,
работающим в автоколебательном режиме, что обусловлено
охватом его инерционным элементом по ООС.
Зависимость выходной величины ЭИМ во времени имеет
вид ломаной кривой (сплошная кривая на рис. 3.23, д). Ее мож-
но аппроксимировать наклонной прямой (штриховая линия),
отсекающей на оси ординат отрезок, равный fepe. Результаты
аппроксимации позволяют считать, что выходная величина
ЭИМ изменяется в соответствии с ПИ-законом регулирования.
Его пропорциональная составляющая приближенно реализует-
ся быстрым перемещением вала ЭИМ с постоянной скоростью,
а интегральная составляющая — в результате периодического
срабатывания ЭИМ. С уменьшением продолжительности вклю-
чения Д/и и паузы Д/п реальная зависимость s=f(t) точнее от-
вечает ПИ-закону регулирования.
При увеличении амплитуды е длительность импульсов Д/н
возрастает, а пауза между ними Д/„ уменьшается. Это приводит
к увеличению отрезка fepe на оси ординат и большему наклону
аппроксимированной кривой. При изменении е в сторону умень-
шения и пересечении границы зоны нечувствительности на выхо-
де релейного элемента появится сигнал и'3, и вал ЭИМ начнет
вращаться в противоположном направлении. Сигналы ипос и
«оос также изменят свои знаки.
Длительность включений ЭИМ и соответственно срабаты
ваний релейного элемента изменяют резистором Rg («Им-
пульс»), воздействуя на величину сигнала и„ос (см. рис. 3.22).
Передаточная функция субблока Р ОН в комплекте с ЭИМ,
135
время полного хода рабочего органа которого равно Тим = 63 с,
имеет вид
ИЧ«) «= fen-63 7aMs'+1 ~ 0 + (3-33>
где fcn-бз — коэффициент передачи субблока, настраиваемый ре-
зистором R4; Тды — постоянная времени демпфирующего уст-
ройства, настраиваемого резистором /?д; Ти — время интегриро-
вания субблока с ЭИМ, устанавливаемое резистором R7, непре-
рывно, а переключателем В} дискретно. При размыкании пере-
ключателя В\ время интегрирования Т» возрастает в 10 раз.
При замыкании переключателя В-< субблок переходит в режим
работы трехпозиционного релейного регулятора. При paooie
субблока с ЭИМ, время полного хода Тнм которого не равно
63 с, в уравнение (3.33) следует ввести коэффициент, равный
отношению 63/ТИМ.
Средства комплекса «Контур» выпускают в виде четырех
групп приборов. Номенклатура, состав и некоторые характе-
ристики этих приборов приведены в табл. 3.3. Наибольшее рас-
пространение нашли регулирующие приборы Р.25. Они имеют
импульсный выход и совместно с ЭИМ постоянной скорости
формируют ПИ-закон регулирования. Корректирующие прибо-
ры KI5 обеспечивают непрерывное ПИД- (ПИ-) регулирование;
приборы К16 выполняют функции непрерывного преобразования
входного сигнала по дифференциальному, интегральному, апе-
риодическому или пропорциональному закону; приборы К26
обеспечивают преобразование входного сигнала в дискретный.
Приборы комплекса могут получать информацию от датчиков
и источников унифицированных сигналов.
Каждый из приборов содержит два субблока (измеритель-
ный и регулирующий или функциональный) и трансформатор
питания, которые смонтированы в одном корпусе. На лицевую
панель приборов вынесены органы настройки субблоков и опе-
ративные органы управления и контроля. Текущая информация
представляется оператору на измерительном субблоке только в
виде индикации рассогласования е.
В качестве примера на рис. 3.24 показан внешний вид регу-
лирующего прибора Р25.3. На панели измерительного суббло-
ка расположены потенциометр К для масштабирования унифи-
цированного сигнала 1, потенциометр плавного изменения зада-
ния 2 и трехкнопочный задатчик дискретного 3 изменения за-
дания, индикатор рассогласования е — «Отклонение» 4 — потен-
циометры «Корректор нуля» 5 и UM 6 для подстройки суббло-
ка при изменении градуировки ТЭП, потенциометр ИП 7 для
подстройки верхнего предела шкалы индикатора положения
рабочего органа ЭИМ. На панели регулирующего субблока
установлены потенциометр «Импульс» 8 для изменения дли-
136
Таблица 3.3. Приборы системы «Контур»
Тип Субблоки прибора Входные сигналы Выходные сигналы
Р25.1 Р25.2 Р25.3 К15.1 К 15.2 К 15.3 К16.1 К 16.3 К26.1 К26.3 Р012; РОИ Р012; РОИ Р013; РОИ Р012; Р015 Р012; Р015 Р013; Р015 Р012; Ф016 Р013; Ф016 Р012; Ф026 Р013; Ф026 Прибор регулирующий 0—0,5 В (50 Гц) от од- ного — трех дифференци- ально-трансформаторных преобразователей Изменение активного со- противления одного — двух термопреобразова- телей сопротивления гр. 21 или 23 ТЭДС преобразователя термоэлектрического 0— 50 мВ Прибор корректирующий 0—0,5 В (50 Гц) от од- ного — трех дифферен- циально-трансформатор- ных преобразователей Изменение активного со- противления одного — двух термопреобразова- телей сопротивления гр. 21 или 23 ТЭДС преобразователя термоэлектрического 0— 50 мВ 0—0,5 В (50 Гц) от од- ного — трех дифферен- циально-трансформатор- ных преобразователей; ±24 В постоянного тока от прибора Р25 ТЭДС преобразователя тер моэлектр ического 0—50 мВ; ±24 В по- стоянного тока от при- бора Р25 0—0,5 В (50 Гц) от од- ного — трех дифференци- ально-трансформаторных преобразователей ТЭДС преобразователя термоэлектрического 0— 50 мВ Изменение состояний бесконтактных ключей, позволяющих управлять электрическими исполни- тельными механизмами постоянной скорости, а также коммутационной аппаратурой е сигчапами 24 В постоянного тока или 220 В переменного тока 0—10 В, 0—5 мА посто- янного тока То же 0±10 В постоянного то ка То же Изменение состояния вы- ходных контактов с ком- мутирующей способно- стью: 12—220 В, 0—025—0,2 А постоянно- го илн переменного тока
137
Рис. 3.24. Внешний вид регулирующего прибора Р25.3 с лицевой стороны
дельности включения ЭИМ в пульсирующем режиме, потенцио-
метр «Зона» § для изменения зоны нечувствительности прибора,
светодиоды 10, индицирующие направление изменения выход-
ного сигнала, потенциометр // для установки коэффициента
передачи &п-бз, переключатель 12 трехпозициоиного и ПИ ре-
жимов работы, потенциометр 13 и переключатель 14 для плав-
ного и дискретного изменения величины времени Гп, потенцио-
138
метр «Демпфер» 15 для изменения постоянной ТЛ1Л, панель 16
с гнездами контроля сигнала рассогласования е, сигнала об-
ратной связи ОС и общей точки субблока ОТ. На панель прибо-
ра также вынесены переключатель 17 режимов управления
«ручной-автоматический», орган дистанционного управления 16,
индикатор положения 19 рабочего органа ЭИМ и задатчик ре-
гулируемой величины 20.
Агрегатный комплекс электрических средств регулирования
АКЭСР. Технические средства АКЭСР функционально делятся
на блоки кондуктивного разделения, функциональные блоки,
регулирующие блоки и блоки оперативного управления. Они
выполнены на основе интегральных микросхем.
Ьлики KunOyKi u-onucu разделения БКР предназначены дтя
ввода—вывода информации. Они осуществляют преобразова-
ние унифицированного входного токового сигнала в сигнал на-
пряжения постоянного тока 0—10 В, гальванического разделе-
ния входных и выходных цепей, демпфирования или дифферен-
цирования сигнала. Блок БКР-1 выполняет эти функции по
одному каналу, блок БКР 2 по двум независимым каналам.
Блок БКР-1 дополнительно выполняет операции алгебраиче-
ского суммирования трех сигналов с масштабированием двух
из них и операции преобразования сигнала напряжения в уни-
фицированный токовый сигнал при необходимости вывода его
из системы. Блок БКР-3 обеспечивает дополнительно двухпре-
дельную сигнализацию и имеет контактный выход для подклю-
чения устройств сигнализации.
Функциональные блоки включают в себя блоки вычисли-
тельных операций БВО, блоки селектирования БСЛ, блоки сиг-
нализации БСГ, блоки нелинейных преобразователей БКП,
блоки прецизионного интегрирования БПИ, блоки динамиче-
ских преобразователей БДП. Блок БВО предназначен для вы-
полнения операций перемножения двух сигналов, возведения
сигнала в квадрат, деления двух сигналов, извлечения квадрат-
ного корня и других операций. Блок БСЛ позволяет получить
четыре линейные комбинации из двенадцати однополярных
входных сигналов, выделить максимальный или минимальный
сигнал из четырех (трех) линейных комбинаций входных сиг-
налов с сигнализацией выделенного сигнала, обеспечить вос-
произведение простейших нелинейностей («ограничение», «зона
нечувствительности» и др.).
Блок БСГ применяют для сигнализации при достижении
технологической переменной установленных значений, а также
в схемах позиционного регулирования. Блок БНП позволяет
реализовать нелинейную зависимость выходного сигнала от
входного. Блок БПИ применяют для интегрирования аналого-
вого сигнала, а также в качестве генератора пилообразных
колебаний. Блок БДП предназначен для одновременного вы-
1за
полнения функций сумматора и интегратора; может использо-
ваться в качестве дифференцирующего или демпфирующего
звеньев.
Регулирующие блоки служат для формирования ПИ- и
ПИД-законов регулирования. В комплекс входят импульсные
РБИ и аналоговые РВА блоки.
Блок РБИ формирует ПИ-закон регулирования в комплекте
с исполнительным механизмом постоянной скорости. Работа
блока РБИ во многом повторяет работу регулирующего суб-
блока Р 011 комплекса «Контур». Поэтому дальше рассмотре-
на только его упрощенная функциональная схема (рис. 3.25).
Блок РБИ включает узел формирования сигнала рассогласова-
ния ФСР, демпфирующее устройство ДМ, сумматор СМ, релей-
ный элемент РЭ, усилитель мощности УМ в линии прямой свя-
зи, а в линии обратной связи — узел формирования напряжения
ФН, узел функциональной обратной связи ФОС (на рисунке не
показан) и потенциометр положительной обратной связи ПОС.
На вход узла ФСР подается сигнал ивх, пропорциональный
значению регулируемой величины, и сигнал задания иза. Сиг-
нал рассогласования е = пвх—«зд проходит через демпфер ДМ
и направляется на сумматор СМ, который суммирует сигналы
рассогласования е, функциональной обратной связи ФОС, поло-
жительной обратной связи ПОС и при необходимости коррек-
тирующий сигнал ик. Релейный элемент РЭ имеет трехпозици-
онную статическую характеристику с регулируемыми зоной не-
чувствительности Ан и зоной возврата Лв. Выход релейного эле-
мента РЭ. направляется на узлы ФОС и ФН, а также в усили-
тель мощности УМ.
Функциональная обратная связь ФОС представляет собой
апериодическое звено. Сигнал с РЭ поступает на оптоэлектри-
ческие преобразователи — резисторные оптроны ОП[ и ОП2.
Они состоят из светодиода и фоторезистора. При подаче на
светодиод управляющего сигнала он облучает светом фоторе-
зистор, который переходит в проводящее состояние. В резуль-
тате этого конденсатор Сос будет заряжаться или разряжаться.
При открытии оптрона Ont конденсатор отрицательной обрат-
ной связи Сое заряжается, а при открытии оптрона ОП2 — разря-
жается. Причем постоянные времени при его заряде и разряде
различны. С целью расширения диапазона настройки парамет-
ров обратной связи на вход ФОС подводится не постоянное на-
пряжение, а последовательность импульсов с частотой 50 Гц,
которые вырабатываются в узле формирования напряжения
ФН. Их полярность определяется направлением срабатывания
релейного элемента РЭ.
Длительность управляющих импульсов Л Л, устанавливается
потенциометром /?н, напряжение с которого подается на сумма-
тор СМ в качестве сигнала положительной обратной связи.
140
Рис. 3.25. Упрощенная функциональная схема блока РБИ
Усилитель мощности УМ выполнен на транзисторах Т\ и Т2,
работающих в ключевом режиме. Коммутация цепей пускового
устройства ПУ исполнительного механизма осуществляется оп-
тоэлектронными преобразователями — тиристорными оптрона-
ми ОП3 («больше») и ОП4 («меньше»). Принцип их работы ана-
логичен принципу работы резисторных оптронов, за исключени-
ем того, что в них вместо фоторезисторов используются фототи-
ристоры. При переходе последних в проводящее состояние замы-
кается соответствующая цепь нагрузки. Усилитель УМ имеет
источник для питания цепей пускового устройства.
В комплекте с блоком РБИ используются тиристорный пус-
катель ПБР (пускатель бесконтактный реверсивный) и испол-
нительный механизм MJO (механизм электрический одиоооо-
ротный). Направление перемещения исполнительного механизма
определяется направлением срабатывания релейного элемента.
Регулирующий аналоговый блок РБА предназначен для рабо~
ты с пропорциональным исполнительным устройством. Принци-
пиальная схема блока приведена на рис. 3.26. Текущее значение
регулируемой величины иах и ее заданное значение иза. поступа-
ет на сумматор на выходе которого формируется сигнал рас-
согласования е = «вх—«зд. Сигнал е направляется на вход сум-
матора Х2, на дифференциатор и интегратор Дифференциатор
собран на высокоомном операционном усилителе Уь который
последовательно соединен с конденсатором- Сд и охвачен резис-
тором /?а. Сигнал иа с выхода дифференциатора и сигнал рас-
согласования е подаются на сумматор Х2, выход которого
/1пд = е+ыд в свою очередь направляется на сумматор Хз и че-
рез демпфирующую /?С-цепочку, состоящую из резистора и
конденсатора С(), на вход усилителя Уф Последнее необходимо
для подавления пульсаций. Интегратор собран на операционном
усилителе У? с переменным резистором /?и и конденсатором Си.
Выход интегратора также поступает на сумматор Хз, на выходе
которого формируется сигнал нпид. Этот сигнал через делитель
Рис. 3.26 Принципиальная схема блока РБА
142
напряжения — резистор направляется на выход регулирую-
щего блока.
Передаточная функция блока РБА, если пренебречь влияни-
ем демпфирующей цепочки, имеет вид
(s) = ^р[1 + 1/(^M3S) + Т'п5!.
где kp — коэффициент передачи регулирующего блока, опреде-
ляемый положением движка потенциометра Rx; TK3 = RhCh—
время изодрома; Tn = kpRaC^ — время предварения; /гд— коэф-
фициент передачи потенциометра 7?д.
Блоки оперативного управления — это задатчики и блоки
цучного управления. Ручной задатчик РЗД служит для уста-
новки задания регулирующим устройствам. Блоки ручного
управления БРУ-У и БРУ-ЗК предназначены для перевода
управления исполнительными механизмами с ручного на ав-
томатическое и обратно, а также для управления исполнитель-
ными механизмами в режиме ручного управления. Блок БРУ-У
имеет дополнительно индикатор выходного сигнала РБА, поло-
жения рабочего органа исполнительного механизма или дру-
гих унифицированных сигналов.
3.4. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ
Для управления технологическими процессами наряду с аппа-
ратными средствами управления (разделы 3.2, 3.3) все боль-
шее применение находят средства вычислительной техники. Си-
стемы управления, составленные из аппаратных средств, име-
ют жесткую структуру. Они соединяются между собой пневма-
тическими или электрическими коммуникациями. Изменение их
структуры или законов функционирования в процессе эксплуа-
тации, вызванное, например, изменением свойств технологиче-
ского объекта, требует их перемонтажа и сопряжено с больши-
ми трудностями.
Системы управления из средств вычислительной (обычно
микропроцессорной) техники реализуются их программирова-
нием. Свойство программируемости, с одной стороны, позволя-
ет без перемонтажа ввести в систему структурные изменения,
переналадить ее, подогнать к объекту, если появилась такая не-
обходимость, но, с другой стороны, требует дополнительно от
обслуживающего персонала умения программировать на ЭВМ,
выполнения трудоемкой работы по составлению и отладке про-
грамм.
Вместе с тем, опыт управления технологическими процесса-
ми показывает, что при всем их различии большинство типовых
задач управления можно решить с использованием небольшого
числа стандартных алгоритмов или их комбинаций. Поэтому
143
представляется целесообразным создать программное обеспече-
ние из отдельных блоков программ для решения типовых задач
и ввести их не в оперативную память машины, которая запол-
няется при обычном программировании, а в постоянную. В этом
случае для составления системы управления достаточно вызвать
из памяти машины соответствующие бчоки программ и скомпо-
новать из них алгоритм управления для конкретного объекта.
Программный способ построения системы позволяет при необ-
ходимости составить новый алгоритм на работающем объекте,
не прибегая к перемонтажу системы. Техника его довольно про
ста и быстро осваивается специалистами по автоматическому
управлению, так как выполняется в обычно употребляемых ими
ЩрМИНДХ ГеХпм.'Ю! ичсслОе Hpui pdM.Vinpubauhe ПОоВО,-1лС I рСЗлО
сократить сроки разработки и внедрения систем управления на
объектах.
Технологическое программирование реализуется на програм-
мируемых микропроцессорных контроллерах (ПМК). ПМК
представляют собой специализированные управляющие устрой-
ства, построенные на базе микропроцессорной техники. Они об-
рабатывают информацию в цифровом виде. Для этого в конт-
роллерах предусмотрено преобразование входной аналоговой
информации в цифровую, а затем после ее обработки обратное
преобразование из цифровой формы в аналоговую, поступаю-
щую на выход. ПМК обладают универсальностью, высокой на-
дежностью, достаточным быстродействием.
Регулирующий микропроцессорный контроллер (Ремиконт).
Ремиконт предназначен для автоматизации непрерывных и не-
прерывнодискретных процессов в химической и других отрас-
лях промышленности. Он может быть использован в виде ав-
тономного изделия, а также для работы на нижнем уровне
иерархии распределенных АСУ ТП. Используя его, можно
обеспечить аналоговый и импульсный ПИД-закон регулирова-
ния; он позволяет построить системы программного, каскадно-
го, супервизорного, многосвязанного регулирования, системы
управления с переменной структурой, а также несложные си-
стемы логического управления.
Ремиконт является программируемым устройством. При про-
граммировании конкретной системы управления его целесооб-
разно представить в виде функциональной структуры, приве-
денной на рис. 3.27. Функциональная структура представляет
собой условное поле, состоящее из 64 клеток, в каждой из ко-
торых может быть помещен алгоритмический блок (алгоблок)',
библиотеку алгоритмов, средства ввода и вывода информации
и средства связи с оператором. Алгоблоки размещены в конт-
роллере по зонам управления, в каждой зоне по восемь алго-
блоков. Число зон управления может достигать восьми, а об-
щее число алгоблоков достигать 64. Каждый алгоблок имеет
144
Рис 3.27. Функциональная структура Ремнконта
/ средства ввода; 2 — средства обработки информации. Л
Ства связи с оператором
средства вывода; 4 — сред
свой двухзначный код. Старшая цифра кода равна номеру зо
ны управления, а младшая — номеру алгоблока в этой зоне.
Программирование структуры Ремнконта сводится к выбор}
из библиотеки необходимых алгоритмов, размещению их в оп
ределенные алгоблоки и конфигурации (соединению) алгобло
ков между собой и с входами — выходами контроллера, к ко-
торым присоединены измерительные преобразователи и испол-
нительные устройства системы управления. Система собирается
оператором с панели.
В любой алгоблок может быть помещен любой алгоритм из
библиотеки алгоритмов, причем один и тот же алгоритм может
быть использован в нескольких алгоблоках. При реализации
системы управления может быть использована только часть ал-
гоблоков. Отдельные каналы системы управления могут со-
стоять из разного >1исла алгоблоков. В простейшем случае ка
пал управления может состоять из одного алгоблока, в который
помещен ПИД-алгоритм. Если каналы управления работают
автономно, Ремиконт выполняет функции многоканального ре
гулятора.
Алгоблоки (рис. 3.28) обрабатывают поступающую на их
вход информацию в соответствии с находящимися в них алго-
ритмами и вырабатывают командные или управляющие воз-
10—1392
145
Рис. 3.28. Функциональная схема алгоблока:
ПО — панель оператора; ЗДН— задатчик; РЖМ— переключатель режимов работы (руч-
ного— «ручн», автоматического—«авт», каскадного «каск», супервизорного—«увм»);
РУЧ—узел ручного управления: ВДЩ— ведущий алгоблок в каскадной связи; УВМ—
управляющая вычислительная машина
действия, т. е. они выполняют функции аналоговых приборов.
Но в то же время они отличаются от аналоговых приборов тем,
что реализуемые ими математические операции жестко не фик-
сированы и простой заменой алгоритма алгоблоки могут опе-
ратором превращаться в аналоговый или импульсный регуля-
тор, интегратор, сумматор и др. Алгоритмы вводятся в алго-
блоки программно. При этом все входы и выходы алгоритма
соединяются с соответствующими входами и выходами алгобло-
ка. В исходном состоянии входы и выходы алгоблока ни с чем
ие соединены. Алгоблок имеет задатчик ЗДН, переключатель
режимов работы РЖМ и орган ручного управления РУЧ.
Алгоритмы управления. Информация, поступающая на Реми-
конт, обрабатывается в соответствии с алгоритмами, запрограм-
мированными в постоянной памяти контроллера и реализуемы-
ми в процессе этих программ. Библиотека алгоритмов состоит
из 25 (45) наиболее употребительных в практике управления тех-
нологическими процессами алгоритмов: аналоговое или импульс-
ное ПИД-регулирование, дифференцирование, интегрирование,
программное изменение сигнала, суммирование, умножение, де-
ление, извлечение квадратного корня, селектирование, некоторые
операции управляющей логики и др. Каждый алгоритм имеет
двухзначный код, под которым он хранится в библиотеке
В качестве примера рассмотрим обработку информации с
использованием алгоритма РАС (код 01), обеспечивающего
146
Рис. 3.29 Алгоритм аналогового стандартного регулирования
10
аналоговое стандартное регулирование (рис. 3.29). На входы
алгоритма (1—8, ЗДН) поступают входные сигналы XI—Х8 и
сигнал задания Хзди. Алгоритм имеет аналоговый (11) и дис-
кретный (12) выходы. Алгоритм формирует сигнал рассогласо-
вания и преобразует его по ПИД-закону.
Сумматор суммирует три входных сигнала (XI—ХЗ),
а сумматор S2—два сигнала (Х4, Х5). Сигналы на их выходах
равны
Y1 — XI + К2Х2 + КЗХЗ;
Y2 = К4Х4 + К5Х5,
где К2—К5—масштабные коэффициенты по каналам. На выхо-
де сумматора Si установлен фильтр низких частот — апериоди-
ческое звено с передаточной функцией 1Уф(£) = 1 (T$s+ 1). Сиг-
нал рассогласования е формируется на выходе сумматора S3
и вычисляется по равенству (без учета фильтра)
е = Y1 ± Y2 — Х3дН,
В процессе работы сумма сигналов не должна выходить за диа-
пазон изменения сигнала Хздн, равный ±102%.
Сигнал рассогласования е проходит последовательно нели-
нейное звено типа «зона нечувствительности», инвертор, ПИД-
преобразователь, звено типа «ограничение» и далее поступает на
аналоговый выход алгоритма. При зоне нечувствительности, рав-
ной А, сигнал на выходе первого звена при |е | <А/2 равен нулю,
а при Jе| >Д/2— равен по модулю |е|—Д/2, знак его определяет-
ся знаком сигнала е. Используя коэффициент Н5, устанавливают
величину зоны А. Инвертор изменяет знак поступающего на не-
го сигнала. ПИД-устройство выполняет преобразование в со-
ответствии с передаточной функцией
/ 1 T„s \
Г («) = ^1 + rHs + 0,1257±s + I)
Ограничитель уменьшает диапазон изменения выходного сиг-
нала ПИД-преобразователя по минимальному и максимальному
значениям. Их величина устанавливается при помощи коэффи-
циентов Н1 и Н2.
Алгоритм РАС обеспечивает контроль величины сигнала
рассогласования е, используя стандартный нуль-орган. Величи-
ну его порога срабатывания устанавливают коэффициентом ИЗ,
а гистерезис релейной характеристики — коэффициентом Н4.
Выход нуль-органа направляется на дискретный выход алго-
ритма, который подключают к цепям сигнализации. Сигнал на
выходе появляется при превышении е установленных значений.
При подаче дискретных команд по схеме «или» на входы 7
и 8 алгоритм можно перевести в режим дистанционного управ-
ления. В этом режиме выход 11 отключается от ПИД-звена и
148
Таблица 3.4. Параметры настройки алгоритма
Основное назначение Обозначение Диапазон изменения Единицы измерении Минималь- ный шаг
Масштабные коэффи- циенты Ограничение мииим. Ограничение максим. Пири! нуль-ир1ана Гистерезис иуль-орга- иа Зона нечувствитель- ности Коэффициент пропор- циональности Время интегрирова- ния Время дифференциро- вания Время фильтрации Время компенсации р ассог л асов а н ия Время компенсации сигнала дистанцион- ного управления или время исполнительно- го механизма К2 КЗ К4 Кб 1Н(_|) Н2(Г) Но v _t ) H4(JT) Н5 (Л) Кб (k„) Т1 (Г„) Т2 (Гд) ТЗ (Гф) Т4 (Гк) Т5 (Гм) —7,99. .4-7,99 —102...+ 102 —127,8+. .127,9 0,01—136 при Го=О,27 с 0.01—272 при Г0 = 0,51 с 0,02—545 при Го= 1.02 с 0,02—1091 при Г0 = 2,04 с Абсолют- ные еди- ницы % Абсолют- ные еди- ницы Мин 0,01 0,1 0,1 3% от текущего значения
подключается ко входу 6. Для безударного включения алгорит-
ма и плавного перехода в режим дистанционного управления
предусмотрены балансировки введением соответственно компен-
сационных сигналов Х9 и ХЮ на сумматоры S4 и S5. Обозначе-
ния параметров настройки алгоритма и диапазоны их измене-
ния приведены в табл. 3.4.
Ремиконт представляет собой компьютерное устройство, об-
рабатывающее информацию в цифровом виде. Его основными
элементами являются микропроцессорный вычислитель, устрой-
ство связи с объектом и устройство связи с оператором.
Микропроцессорный вычислитель состоит из собственно про-
цессора (ПРЦ), функционального расширителя процессора
(ФРП), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) и опе-
ративного запоминающего устройства (ОЗУ). Модули ПРЦ и
ФРП служат для арифметической и логической обработки дан-
ных в соответствии с заданной программой, а также для орга-
149
низации обмена данными между устройствами Ремиконта. В мо-
дуле ПЗУ «зашито» программное обеспечение контроллера —
программа организации вычислений, алгоритмы управления
обслуживания оператора и внешних технических устройств, тес-
тирования и самодиагностики Модуль ОЗУ предназначен для
.хранения информации о конфигурации системы управления,
алгоритмах ее работы, значениях коэффициентов, заданий, вре-
мени цикла обегания переменных. Эта информация может быть
изменена оператором.
Устройство связи с объектом предназначено для ввода и вы-
вода информации. Оно реализовано в виде преобразователей
аналоговых и дискретных сигналов в цифровую форму, а так-
же преобразователей цифровых сигналов в аналоювые, им-
пульсные и дискретные сигналы. В контроллере имеются ана-
лого-цифровой преобразователь АЦП, дискретно-цифровой пре-
образователь ДЦП, цифро-аналоговый преобразователь ЦАП,
цифро-дискретный преобразователь ЦДП, цифро-импульсный
преобразователь ЦИП, выполненные в виде модулей. Модуль
АЦП имеет 16-канальный мультиплексор и собственно аналого-
цифровой преобразователь. Мультиплексор поочередно подклю-
чает до 16-ти входных аналоговых сигналов.
Управление мультиплексора осуществляется микропроцессо-
ром. Модуль ДЦП воспринимает до 16 дискретных сигналов.
В Ремиконте предусмотрена возможность установки четырех
модулей АЦП и четырех модулей ДЦП. Модули ЦАП. ЦДП,
ЦИП формируют выходную информацию. Модуль ЦАП явля-
ется 8-канальным преобразователем. Мультиплексирование в
нем не предусмотрено, что связано с необходимостью запоми-
нать значение выходного сигнала в случае останова микропро-
цессора. Модули ЦДП и ЦИП имеют по 16 каналов преобразо-
вания сигнала.
Средства ввода позволяют подать на Ремиконт 64 аналого-
вых и 126 дискретных сигналов, а средства вывода — сформи-
ровать на его выходе до 64 импульсных, 64 аналоговых и 126
дискретных сигналов. Сигналы каждого вида разделены на
группы по восемь входов или выходов в каждой группе. Вход-
ные и выходные аналоговые сигналы составляют 0—5; 0—2(1;
4—20 мА и 0—10 В; входные дискретные сигналы 0 (0—3 В) и
1 (18—30 В); выходные импульсные и дискретные сигналы —
разомкнутое или замкнутое состояние контактов. Ко входам
Ремиконта подключают измерительные преобразователи, к вы-
ходам— исполнительные устройства. И-мпульсные выходы Ре-
миконта управляют исполнительными устройствами постоянной
скорости, аналоговые выходы — пропорциональными исполни-
тельными устройствами (регулирующими клапанами), дискрет-
ные выходы — позиционными устройствами (реле, индикато-
рами).
150
Устройство связи с оператором выполнено в виде панели
оператора ПО. При помощи ПО оператор может провести тех-
нологическое программирование, наблюдать за ходом протека
ния технологического процесса, оперативно управлять им. При
управлении нестационарными объектами, при изменении их
динамических свойств, оператор может скорректировать алго-
ритм управления непосредственно на работающем объекте, опе-
ративно изменяя коэффициенты настройки алгоритма или кон-
фигурацию управляющего контура.
Информация в Ремиконте обрабатывается в реальном мас-
штабе времени циклически и обновляется один раз в цикл. В те
чечие цикла выходной сигнал не измеияе.сл. Время цикла То
устанавливается оператором при настройке Ремиконта и может
иметь одно из следующих значений: 0,27; 0,51; 1,02 и 2,04 с. При
То = 0,27 с максимальное число аналоговых входов контроллера
равно 32, а при всех других значениях Го равно 64. При То =
= 0,51 с в Ремиконте можно реализовать до 16 импульсных
или до 20 аналоговых ПИД-регуляторов; при 7’о = 2,04 с — до 64
как импульсных, так и аналоговых ПИД-регуляторов.
Конструктивно Ремиконт изготавливается в виде прибора
или шкафа и панели оператора ПО. Основу его конструкции
составляет блочный каркас, в котором установлено до 23 мо-
дулей, выполненных в виде печатных плат. Последние через
разъемы подключены к шине цифрового внутриблочного интер-
фейса Внешние устройства и ПО подсоединяются кабельными
линиями к клеммным колодкам, смонтированным с задней сто-
роны Ремиконта.
На панели оператора расположены клавиатура для выдачи
команд, а также цифровой н ламповые индикаторы для пред-
ставления информации оператору. Все надписи на ПО выполне
ны в терминах, обычно используемых при автоматизации произ-
водственных процессов. Это позволяет обслуживающему персо-
налу, не знакомому с основами программирования, относитель
но просто и быстро сформировать желаемый алгоритм
управления и настроить контроллер на конкретный технологи-
ческий объект.
Техника программирования на ПМК Ремиконт Р-100. Алго-
ритмы управления реализуются на Ремиконте программным ме-
тодом, но с использованием технологических терминов, тради-
ционных в практике автоматического регулирования. Такое про-
граммирование называется технологическим, опо не требует от
обслуживающего персонала знания методов программирования
на ЭВМ. Программирование включает в себя три этапа: про-
граммирование общих параметров, программирование алгобло
ков и оперативное управление и контроль.
Программирование выполняется оператором с панели ПО,
лицевая сторона которой приведена на рис. 3.30. При програм-
151
Рис. 3.30. Панель оператора:
I — область программирования общих параметров; II— область программирования алго-
блоков; III — область оперативного управления
мировании оператор последовательно нажимает клавиши и
контролирует свои действия по ламповым ЛИ и цифровому ЦИ
индикаторам. На ЦИ информация высвечивается в виде сочета-
ния цифр в трех зонах: левой, средней и правой. Ключ, располо-
женный в левом нижнем углу ПО, можно устанавливать в пра-
вое и левое положения. При перемещении его в правое положе-
ние программирование Ремнконта разрешается, в левое положе-
ние— выполнение операций программирования блокируется, но
разрешается выполнение операций оперативного контроля и
управления. После включения Ремиконт программируют, реали-
зуя на нем заданную систему управления, проверяют ее рабо-
тоспособность и переводят Ремиконт в режим вычисления. При
необходимости процесс вычислений можно остановить и пере-
программировать систему управления.
Сведения по программированию далее приведены в сокра-
щенном объеме, но достаточном для выполнения лабораторных
работ в гл. 7 и 8.
П рограммирование общих параметров Ремиконта. На дан-
ном этапе проводят общее обнуление, устанавливают комплект-
ность и контролируют время цикла. Эти операции проводят, пе-
реместив ключ в правое положение.
152
Общее обнуление проводят для того, чтобы освобо-
дить все алгоблоки от алгоритмов, разорвать все связи в алго-
блоках, установить все коэффициенты и сигналы равными ну-
лю, т. е. подготовить Ремиконт для программирования. Для
выполнения этой операции отключают перезапуск: на модуле
ФРП Ремнконта нажимают клавишу «откл. перезап». Отключе-
ние подтверждается загоранием ЛИ «откл. перезап». Далее, по-
вернув ключ направо, снимают запрет на изменение програм-
мируемых параметров. Затем на ПО нажимают и удерживают
клавиши «обнул. общее» (общее обнуление) и «изм» (измене-
ние), после этого выполняют ручной перезапуск, т. е. последо-
вательно нажимают и отпускают клавишу «пуск-стоп» Здесь и
в дальнейшем клавиша «изм» всегда нажимается и удержива-
ется вместе с какой-либо другой клавишей только в случае из-
менения параметров настройки или установки внешних связей
алгоритмов.
Установка комплектности представляет собой за-
дание числа зон управления и числа модулей АЦП, используе-
мых при последующей реализации системы управления. Для
перехода ПО в режим установки комплектности нажимают кла-
вишу «компл», что фиксируется загоранием ЛИ «компл». Код
комплектности изменяют нажатием и удержанием клавиш «здн»
и «изм». При этом в средней зоне ЦИ высвечивается трехзнач-
ный код комплектности. Старшая цифра кода всегда равна ну-
лю. Средняя цифра соответствует числу используемых при про-
граммировании зон управления, а младшая цифра — числу мо-
дулей АЦП. Цифры левой и правой зон не высвечиваются.
В режим установки комплектности ПО переходит также пос-
ле перезапуска. Если нажатые при выполнении процедуры об-
щего обнуления клавиши удерживать в течение нескольких се-
кунд, ПО также переходит в режим установки комплектности,
о чем свидетельствует загорание ЛИ «компл» и устанавливает-
ся минимальная комплектность: одна зона управления и один
модуль АЦП. При этом в левой зоне ЦИ высвечивается код 1 1
(код 1-го алгоблока 1-й зоны управления), а в средней зоне —
код минимальной комплектности 0.1.1. Время цикла при такой
комплектности устанавливается равным То = 0.51 с.
Контроль времени цикла. Для перевода ПО в этот
режим нажимают клавишу «То» до загорания ЛИ «Т„». В сред-
ней зоне ЦИ высвечивается значение времени цикла в секун-
дах, а в правой зоне — время, затрачиваемое на выполнение
программы. Это время должно быть на 15—20% меньше вре-
мени цикла.
Идентификация ошибок. Наличие ошибки в процес-
се программирования вызывает свечение ЛИ «ошибка» мигаю-
щим светом. Для квитирования ошибки, т. е. для подтвержде-
ния принятия ее оператором, нажимают клавишу «квит, ош».
153
после этого ПО переходит в режим определения ошибки. При
этом загорается ЛИ «квит, ош», ЛИ «ошибка» переходит с ми-
гающего на ровный свет, и на ЦИ выдается информация об
ошибке: в средней зоне указывается код ошибки, а в правой
зоне выводится информация об источнике ошибки.
Программирование параметров алгоблока. На данном этапе
программирования составляют систему управления последова-
тельно ио алгоблокам. Для каждого алгоблока выполняют сле-
дующие операции: выбор алгоблока, установку в него одного
из алгоритмов управления, конфигурирование алгоблока и уста-
новку коэффициентов алгоритма.
Выбор алгоблока. Алгоблоки выбирают нажатием
h^itlBniun иОЛ/z, <u ovyiiy у ираВлСпил O^nc/BptiiVivhhbi М паЖаТИ-
ем клавиш «алгобл» и « j | ». Высвечиваемый при этом в левой
зоне ЦИ двухзначный код алгоблока изменяется. Младшая
цифра кода (номер алгоблока) и старшая цифра (номер зоны)
соответственно возрастают от 1 до 8 и от 1 до максимального
значения, отвечающего коду комплектности контроллера, за-
тем они вновь возвращаются к первому номеру. Код установ-
ленного алгоблока высвечивается на ЦИ непрерывно до вызо-
ва нового алгоблока.
Выбор алгоритма. ПО переводят в режим установки
алгоритма нажатием клавиши «алгоритм». При этом загорает-
ся ЛИ «алгоритм» и в средней зоне ЦИ высвечивается двух-
значный код алгоритма. Для изменения кода алгоритма пере-
водят алгоблок в ручной режим работы (см. ниже изменение
режима управления), а затем нажимают и удерживают клави-
шу «изм» и одну из клавиш «здн Щ>.
Установка конфигурации. Конфигурирование Ре-
миконта, т. е. соединение алгоблоков одного с другим и с вхо-
дами или выходами Ремиконта проводят по принципу «от алго-
блока». Сначала выбирают конкретный алгоблок, а затем для
его входов назначают источники сигналов (входы Ремиконта
или выходы алгоблоков), а для выходов — приемники сигналов
(выходы Ремиконта или задатчики других алгоблоков, напри-
мер, при каскадном регулировании). Для определения этих со-
единений применяют систему кодировок.
Рассмотрим коды соединений Ремиконта при реализации
аналогового и импульсного регулирования (рис. 3.31). Входы и
выходы конфигурируемого алгоблока имеют двухзначные ко-
ды: 1-й — 8-й входы алгоблока имеют соответственно коды
01—08, аналоговый выход— 11, дискретные выходы— 12. Источ-
ники и приемники сигналов конфигурируемых цепей имеют
трехзначный код.
Старшая цифра кода адреса обозначает соединение входа
алгоблока с одним из аналоговых входов Ремиконта (цифра 1)
154
Коды входов код источника
Кроме 9.8.8
1. 2 0 3 1. 2. 4
Код номера
алгоблока
Код конфигурируемой
цепи аглоблока
код источника или
приемника сигнала
Рис. 3.31. Конфигурирование Ремиконта при аналоговом и импульсном регу-
лировании:
а — конфигурирование входных цепей алгоблока; б — конфигурирование выходных цепей.
в — расположение кодов на цифровом индикаторе
или с аналоговым выходом одного из алгоблоков (цифра 3);
соединение аналогового выхода алгоблока с одним из импульс-
ных выходов Ремиконта (цифра 5), с одним из аналоговых вы-
ходов Ремиконта (цифра 6) или с задатчиком одного из алго-
блоков при реализации каскадных связей (цифра 7); соедине-
ние дискретного выхода алгоблока с одним из дискретных вы-
ходов Ремиконта (цифра 9).
Средняя цифра кода при соединении входа алгоблока ука-
зывает на номер группы для входа Ремиконта (после цифры 1)
или на номер зоны управления для выхода алгоблока (после
цифры 3), при соединении аналогового выхода алгоблока—
на номер группы или аналогового или импульсного выхода Ре-
миконта (после цифр 5 или 6) или на номер зоны управления
для входа алгоблока для каскадной связи (после цифры 7),
155
з при соединении дискретного выхода алгоблока — на номер
группы для дискретного выхода Ремнконта (после цифры 9).
Младшая цифра кода при соединении входа алгоблока опре-
деляет номер входа Ремнконта в пределах выбранной группы
или номер алгоблока в пределах выбранной зоны управления,
а при соединении аналогового и дискретного выходов опреде-
ляет номер выхода Ремнконта в пределах выбранной группы
или номер алгоблока в пределах выбранной зоны управления
при каскадной связи, с которыми реализуется соединение. Сред-
няя и младшая цифры кода адреса изменяют в диапазоне от
1 до 8.
При конфигурировании конкретного соединения алгоблока
на ЦИ одновременно высвечиваются: в лево/, зоне - кед алго
блока, в средней зоне —код входа или выхода алгоблока, в пра-
вой зоне — код источника или приемника сигнала.
В режим конфигурирования ПО переводят нажатием кла-
виши «конф» (конфигурация) Выполнение этой операции конт-
ролируется загоранием ЛИ «конф». Код конфигурируемой цепи
(входа или выхода) алгоблока при ручном режиме его работы
устанавливают одной из клавиш «здн Для установки тре-
буемого кода адресата нажимают и удерживают клавишу «изм»,
затем нажимают одну из клавиш «вых ||» и для ускорения
установки дополнительно нажимают клавишу « П » Здесь ука-
жем, что цепи 1 и 2 дискретного выхода алгоблока подсоединя-
ются одновременно к цепям 1 и 2 выбранного выхода Ремнконта.
Инвертирование сигнала. Инвертирование (изме-
нение знака) или неинвертирование сигнала, поступающего на
вход алгоблока, возможно только после конфигурирования его
входной цепи. Эта операция проводится для формирования в
замкнутых контурах регулирования отрицательной обратной
связи. При этом следует помнить, что алгоблок инвертирует
входные сигналы. Эту операцию осуществляют нажатием кла-
виш «изм» и «инв» (инвертирование) или клавиш «изм» и «без
инв» (без инвертирования) Выполнение этих операций фикси-
руется соответствующими ЛИ.
Установка коэффициентов. В режим установки
коэффициентов ПО переходит при нажатии и удержании кла-
виши «коэф» (коэффициент) до загорания ЛИ «коэф» и Кб
(fe„). Нажатием одной из клавиш «здн ||» выбирают один из
15 коэффициентов, которые последовательно фиксируются со-
ответствующими ЛИ. Наименования коэффициентов Ремнконта
перечислены в табл. 3.4. При этом в правой зоне ЦИ высвечи-
вается значение выбранного коэффициента: для К2—Кб в аб-
солютных единицах, для Н1—Н5 — в процентах, для Т1—Т5 —
в минутах Изменение’значений коэффициентов достигается од-
новременным нажатием клавиш «изм» и «вых jf», для уско-
156
t г уз-
ренного изменения дополнительно нажимают клавишу «>р
Изменение значений коэффициентов возможно при любом ре-
жиме управления. Диапазоны изменения коэффициентов Реми-
конта также приведены в табл. 3.4.
После установки коэффициентов вводится запрет на измене-
ние запрограммированных параметров поворотом ключа на-
лево.
Оперативное управление и контроль. При оперативном
управлении и контроле проводится контроль запрограммиро-
ванного Ремнконта и параметров настройки его алгоблоков,
а также изменение сигналов задания, выходных сигналов и ре-
жима управления алгоблоками. Эти операции осуществляют при
любом положении ключа. Сначала выбирают конкретный алго-
блок, а затем выполняют для него процедуры в соответствии с
последующим описанием.
Контроль аналогового входа алгоблока.
В Ремиконте предусмотрен контроль входного сигнала, посту-
пающего только на 1-й вход алгоблока. Для этого нажимают
клавишу «вх», что сопровождается загоранием ЛИ «вх», в сред-
ней зоне ЦИ; при этом высвечивается текущее значение вход
ного сигнала в процентах.
Контроль и изменение аналогового выхода
алгоблока. Аналоговый выход алгоблока контролируют на-
жатием клавиши «вых», при этом загорается ЛИ «вых», и в
правой зоне ЦИ появляется значение выходного сигнала в про-
центах. Для изменения выхода алгоблок переводят в ручной
режим работы, а затем нажимают и удерживают одну из кла-
виш «вых Щ>, что вызывает соответственно уменьшение или
увеличение сигнала. При необходимости ускорить изменение
выхода дополнительно нажимают и удерживают клавишу «Д»
Контроль и изменение задания. Задание конт-
ролируют нажатием клавиши «здн», что сопровождается заго-
ранием ЛИ «здн», При этом значение сигнала задания в про-
центах высвечивается в средней зоне ЦИ. Уменьшают или уве-
личивают сигнал задания нажатием и последующим удержа-
нием одной из клавиш «здн jj», для быстрого изменения зада-
ния дополнительно нажимают и удерживают клавишу « Ц».
Изменить задание нельзя только в случае, если данный алго-
блок работает в каскадном режиме и является ведомым, а так-
же, если в алгоблоке установлен алгоритм с кодом 00. Отме-
тим, что в Ремиконте предусмотрено изменение сигнала задания
при любом положении ключа и в любом режиме работы алго-
блока.
Контроль рассогласования. Рассогласование
контролируют нажатием клавиши «е». При этом загорается ЛИ
157
«е» и в правой зоне ЦП высвечивается значение сигнала рас-
согласования в процентах. Вход алгоблока, задание, рассогла-
сование и выходной сигнал изменяются в пределах ± 102%.
Изменение режима управления. Любой алго-
блок контроллера может работать в нескольких режимах: руч-
ном, автоматическом, каскадном и супервизорном. Режимы
управления выбранного алгоблока устанавливают нажатием
одной из клавиш «ручн», «авт», «каск» и «увм». Работа алго-
блока в одном из этих режимов или переключение из одного
режима в другой контролируется ЛИ с соответствующей над-
писью. В ручном режиме аналоговый выход алгоблока отклю-
чается от аналогового выхода алгоритма, и сигнал на аналого-
вом выходе алгоолока можно изменять вручную.
Режим «авт» обеспечивает соединение аналогового выхода
алгоритма с аналоговым выходом алгоблока и позволяет опера-
тору изменять сигнал задания. Режим «каск» не отличается от
режима «авт», если данный алгоблок является ведущим в кас-
кадной связи. Если же алгоблок при программировании выбран
ведомым, то его задатчик подключен к аналоговому выходу
ведущего алгоблока, и сигнал задания вручную не может быть
изменен. Режим «увм» в Ремикопте Р-100 аналогичен режиму
«авт».
После окончания установки коэффициентов следует по ЛИ
«ошибка» проверить, нет ли ошибок и запретить программиро-
вание поворотом ключа налево.
3.5. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Исполнительные устройства (ИУ) состоят из привода-—испол-
нительного механизма (ИЛ'!) и регулирующего органа (РО).
ИМ воспринимает командные сигналы регулятора или другого
управляющего устройства и развивает перестановочное усилие,
вызывающее перемещение его выходного элемента. РО непо-
средственно воздействует на технологический процесс. Наибо-
лее распространен РО дроссельного типа, который устанавлива-
ют на трубопроводе, он представляет собой местное гидравли-
ческое сопротивление. При перемещении затвора, жестко свя-
занного с выходным элементом ИМ, относительно неподвижно-
го седла гидравлическое сопротивление дроссельного РО изме-
няется, что приводит к изменению расхода протекающей через
него среды. ИУ могут представлять собой конструктивно единое
целое или могут комплектоваться по месту из отдельно постав-
ляемых ИМ и РО. Для возможности работы от пневматического
или электрического сигнала ИУ должны иметь пневматический
или электрический ИМ.
Пневматические исполнительные устройства. Применяют в
химических производствах более чем в 90% случаев. Это объ-
158
Рис. 3.32. Пневматическое исполнительное устройство
3
ясняется их взрыве- и пожаробезопасностью,
высокой надежностью, простотой обслужива-
ния, развитием достаточно больших переста-
новочных усилий, небольшими габаритами.
Их входным сигналом является изменение
давления командного воздуха в интервале
20—100 кПа, а выходным — изменение рас-
хода вещества или энергии. Они обычно ра-
ботают в комплекте с пневматическими регу-
ляторами. При необходимости работы от
электрических устройств командный сигмач
должен подаваться через электропневмопре-
образователь.
Наибольшее распространение получили ИУ, состоящие из
пневматического мембранного ИМ и клапана, называемые
пневматическими регулирующими клапанами (рис. 3.32). Проре-
зиненная мембрана 3 с жестким центром, связанным со што-
ком 5, зажата между двумя крышками, образующими в верх-
ней части герметически закрытую полость. Сжатый воздух от
регулятора подается в полость над мембраной и перемещает ее
вместе со штоком 5 вниз. При этом пружина 4, расположенная
под мембраной, сжимается и уравновешивает усилие, действу-
ющее на мембрану сверху. Перемещаясь в седле /, затвор 2
изменяет проходное сечение клапана и дросселирует поток сре-
ды, протекающей через него. При увеличении давления воздуха
над мембраной шток вместе с затвором движется вниз и при-
крывает проходное сечение клапана, что вызывает снижение
расхода. При уменьшении давления воздуха затвор сщюй пру-
жины приподнимается и клапан открывается.
Чтобы предотвратить просачивание из корпуса клапана сре-
ды, проходящей через РО, используют сальниковое уплотне-
ние 6 с лубрикатором 7 для периодического ввода смазки в
сальник. При подаче через РО веществ при высокой или низкой
температуре для поддержания нормальных условий работы
сальникового уплотнения клапаны обычно изготавливают с теп-
ловыми ребрами 8.
Пневматические регулирующие клапаны выполняют нор-
мально открытыми НО (с прекращением подачи воздуха на
мембрану проходное сечение между затвором и седлом полно-
стью открывается) и нормально закрытыми НЗ,— проходное
сечение которых закрывается. При повышении давления команд-
ного воздуха клапаны типа НО закрываются, а клапаны типа
НЗ открываются. Клапаны типа НО применяют в тех случаях,
когда при аварийном прекращении подачи воздуха на мембра-
ну по технологическим условиям более безопасно иметь откры-
159
Рис. 3.33. Схема установки пневматическо-
го регулирующего клапана на трубопро-
воде
тую линию. В противном случае устанавливают клапаны ти-
па НЗ.
Клапаны устанавливают на трубопроводах с учетом воз-
можности их замены без остановки технологического оборудова-
ния (рис. 3.33). До этого на трубопроводе до и после клапана
монтируют запорные вентили, а на обводном трубопроводе —
вентиль с ручным приводом, при замене клапана перекрывают
запорные вентили и пропускают технологический поток по об-
водной линии, регулируя его расход вручную.
Для обеспечения точности установки штока и повышения
быстродействия пневматические ИУ при работе в тяжелых усло-
виях (при больших скоростях протекающей среды, повышенной
вязкости среды, больших размерах клапана, большой длине
пневматической соединительной линии, при работе одного
регулятора с двумя ИУ и др.) снабжают позиционерами По-
зиционер представляет собой усилитель с обратной связью по
положению штока ИМ. Он содержит чувствительный элемент —
блок мембран, пружину обратной связи, одним концом закреп-
ленную со штоком ИМ, и золотниковое устройство, в которое
подается воздух питания давлением до 0,25 МПа. На чувстви-
тельном элементе сравниваются сила давления пневматического
командного сигнала и сила сжатия пружины обратной связи,
зависящая от текущего положения штока ИМ. При рассогласо-
вании этих сил чувствительный элемент управляет работой зо-
лотникового устройства, которое изменяет количество сжатого
воздуха, направляемого в полость на мембрану ИУ.
Электрические исполнительные механизмы (ЭИМ). Работа-
ют в комплекте с электрическими регуляторами. Они могут со-
здавать большие перестановочные усилия; их можно устанав-
ливать на значительном удалении от регулятора. Но они име-
ют большие габариты, потребляют много энергии, сложны в на-
ладке и обслуживании. ЭИМ состоят из электродвигателя, ре-
дуктора, выходного элемента и дополнительных устройств.
В ЭИМ используются различные электродвигатели с посто-
янной скоростью перемещения выходного элемента. ЭИМ по-
стоянной скорости могут находиться в трех установившихся со-
стояниях: перемещение выходного элемента с постоянной ско-
ростью S, неподвижное состояние, перемещение выходного эле-
мента в противоположном направлении со скоростью —S. ЭИМ
реализуют типовые законы регулирования в результате кратко-
временных включений электродвигателя с определенным соот-
160
ношением между длительностями включенного и выключенного
состояний Все ЭИМ допускают до 300 включений в час при
общей продолжительности включений до 25%. Они могут иметь
контактное и бесконтактное управление В первом случае для
включения, отключения и реверсирования электродвигателей
применяют релейную или контактную аппаратуру, во втором —
тиристорные усилители.
Редукторы применяют для увеличения крутящего момента и
обеспечения определенной скорости перемещения выходного
элемента. Выходные элементы ЭИМ выполняют в вице враща
ющегося выходного вала или в виде штока, совершающего пря
молипейное движение. ЭИМ с вращающимся валом бывают од-
нооооротные с углом поворота вала меньше 3bU“ и многообо-
ротные ЭИМ комплектуют бесконтактными датчиками положе-
ния выходного элемента и сигнала обратной связи, пропорцио-
нального положению затвора РО. Выхс хной элемент ЭИМ сое
динен тягами, рычагами и другими приспособлениями с РО
(клапаном, заслонкой, задвижкой)
Регулирующие органы. Основными показателями, определя-
ющими размеры и конструкцию дроссельного РО, являются
пропускная способность и условный проход.
Под пропускной способностью РО К понимают расход жид-
кости в м3/ч плотностью 1000 кг/м-*, пропускаемой РО при пе
репаде давления на нем, равном 0.1 МПа. Пропускная способ-
ность зависит от типоразмера РО и хода его затвора. Величину
К, выражают в м!/ч. Максимальную величину пропускной спо-
собности Д’, у, соответств} ющую максимальному ходу затвора, для
РО определенного типоразмера называю! условной пропускной
способностью Ее также выражают в м /ч. Условным проходом
в РО называют номинальный диаметр прохода РО в присоеди-
нительных фланцах и обозначаю! Оу Значения отличаются
от размеров прохода внутри корпуса РО Значения Л и Dx для
РО конкретных типов, серийно выпускаемых промышленностью,
приведены в справочной литературе
Зависимость пропускной способности РО от перемещения
его затвора называют пропускной характеристикой; зависимость
проходного сечения от перемещения затвора конструктивной
характеристикой.
Для регулирования расходов жидкостей, газов и пара в хи-
мической промышленности наиболее часто применяют регулиру-
ющие клапаны и заслонки
Регулирующие клапаны различают по материалу, из кото
рого они изготовлены, по конструкции пары затвор-седло, виду
пропускной характеристики, присоединительным размерам,
условной пропускной способности и др Основные детали серин
но выпускаемых к-яапанов изготавливают из серого чугуна, уг-
леродистой стали, нержавеющей стали различных марок.
11 — 1392 Ifil
Рис. 3.34. Односс 1С.1Ы1ЫП
(«) и 1н\хседс.чьный (о)
регулирующие клапаны
По виду запорного устройства пары затвор-седло различают
односедельпые и двухседельные клапаны (рис. 3.34). Первые из
них имеют неуравновешенный затвор, так как регулируемая
среда действует па пего сверху и снизу с разными силами. Это
ngecorпасование влияет на работу исполнительного привода, и
поэтому односеделытые клапаны применяют в исполнительных
устройствах малых размеров при низких давлениях среды.
Дву.хседелытые клапаны имеют почти уравновешенный затвор,
так k.jk технологическая среда, обтекая его, создает противопо-
ложно направленные примерно одинаковые силы. Поэтому их
используют в исполнительных устройствах больших размеров
при высоких давлениях среды.
Регулирующие клапаны выпускают с линейной или равнопро-
центной пропускной характеристиками. При линейной характе-
ристике приращение пропускной способности пропорционально
перемещению затвора, а при равнопроцентной — приращение
пропускной способности по ходу затвора пропорционально теку-
щему значению пропускной способности Пропускную характери-
стику клапана выбирают такой, чтобы практически обеспечить
постоянный коэффициент усиления АСР но всем диапазоне ра-
боты клапана. Если основными возмущениями объекта являют-
ся внешние, например изменение состава сырья, то желательно
выбрать клапан с линейной характеристикой. Если же основ-
ным возмущением объекта является возмущение по регулирую-
щему каналу, например изменение давления среды, протекаю-
щей через клапан, то выбирают клапан с равнопроценгной ха-
рактеристикой.
В промышленных условиях обычно применяют клапаны с
условным проходом Оу=15—300 мм и условной пропускной спо-
собностью К,-у = 0,1 2500 м’/ч
Заслонки предназначены для регулирования расходов до
10 000 м’/ч при небольших перепадах давления. Они просты по
конструкции, невелики по габаритам. Заслоночный РО (рис.
3.35) представляет собой кольцевой корпус /, в котором на ва-
лу 2, расположенном перпендикулярно направлению потока,
вращается затвор — диск 3. Конец вала 2 через сальниковое
уплотнение выводится наружу и закрепляется с кривошипом 4
исполнительного механизма. Диск промышленных заслоночных
РО поворачивается от 0, когда он расположен перпендикулярно
оси трубопровода, до 60°. При этом пропускная способность из
162
Рис. 3.35. Заслоночный регулирующий
2
3
орган
меняется от минимальной до макси-
мальной. Вследствие небольшого
кольцевого зазора между диском и
внутренней поверхностью корпуса
даже при перпендикулярном рас
положении диска заслоночные РО
не являются запорными устройст-
вами. Их условный проход колеб-
лется от 80 zew 600 мм.
Рассмотрим несколько специальных конструкций РО. Для
регулирования потоков агрессивных сред разработан диафраг-
мовый РО (рис. 3.36). Чугунный корпус / с входным и выход-
ным патрубками футерованы изнутри химически стойкими ма-
териалами (полиэтиленом, резиной, фторопластом) или покры
ты эмалью. Гибкий затвор — эластичная диафрагма 2, выпол-
ненная из резины или фторопласта-4, зажат по периферии
между корпусом 1 и крышкой 3, а в центре прикреплен к кре-
стовине 4. Для предохранения диафрагмы от выгибания под
давлением рабочей среды служит телескопическая опора 5, на-
бранная из колец. Перемещение центра диафрагмы вызывает
изменение проходного сечения диафрагмового РО. Диафрагмо-
вые РО рассчитаны на работ)' при низком давлении и нормаль-
ной температуре.
Для изменения расхода шламообразных потоков и сред, со-
держащих твердые частицы, используют шланговые РО (рис.
3.37). Между корпусом / и фланцами 2 зажимают отрезок ци-
Рис. 3.36. Диафрагмовый регулирующий орган
Рис. 3.37. Шланговый регулирующий орган
11*
163
линдрического шланга 3, выполняющего роль гибкого затвора.
В середине шланг пережимается валиками-траверсами 5 и 6,
перемещающимися в противоположных направлениях. Верхняя
траверса закреплена на штоке 4. При перемещении его вниз
траверсы сближаются, шланг пережимается, гидравлическое
сопротивление возрастает и поток уменьшается Шланг выпол
няют из резины с тканевой прослойкой, химически стойкой к
технологической среде. Шланговые РО применяют при темпера-
турах среды до 80 СС и давлении не выше 1 МПа.
Для регулирования расходов сыпучих материалов применя-
ют заслонки и различные питатели: ленточные, шнековые,
скребковые, дисковые и др.
Расчет и выбор регулирующих органов. Расчет РО заключается в оире
делении их пропускной способности К (см. ГОСТ 16443—70) по макси
мальномх расходу среды, протекающей через РО, и перепад) давления \Р.
возникающему на РО. Перепад давления ДР (в МПа) находят по равенств)
\Р. .\Р„-ЛРЛ,
где \Рп — располагаемый напор источника давления, МПа; ДР, — потерн
давления в технологической линии, МПа. Величину ДР определяют из гид
равлических расчетов трубопроводных систем. Желательно, чтобы перепад
давления на РО был не менее 70% общих потерь напора в линии при мак
симальиом расходе.
Расчет РО на жидкости. Пропускную способность Л’,. РО при протека-
нии через него жидкости рассчитывают по равенству
Kv<= 0.316Р У(?ЛР,
где I —максимальный расход жидкости. м3/ч; \Р—перепад давления на РО
при максимальном расходе. МПа. р — плотность жидкости, г см3.
Далее определяют условную пропускную способность РО в соответствии
с условием
где I) — коэффициент запаса, обычно принимаемый равным 1,2. Затем по зна-
чениям Л\.у, приведенным в справочниках и каталогах, выбирают типоразмер
дроссельного РО. Значения условной пропускной способности и условного про
хода для исполнительных устройств некоторых типов приведены в табл. 3.5
При маловязких жидкостях, когда критерий Re>2000, расчет считают окон-
ченным. При значениях Re<2000 выбранный РО проверяют на влияние вяз
кости протекающей через него жидкости
Расчет РО на газе. Пропускную способность Л\. РО на газе определяют
с учетом режима его течения через РО при максимальном расходе. При до-
критическом режиме, когда АР<0,52Р,, величину К.- рассчитывают по ра-
венству
Kv = Урн7\* (ДР /у/5280,
а при критическом режиме, когда ЛР>-0,52 Р} по уравнению
A^FHy^fe/(2640P1),
где FH — максимальный расход газа при Р = 0.1 МПа и <=0°С, м3/ч; Pt и
Pi — абсолютные тавления газа до и после РО, МПа; АР— перепад давле-
164
Таблица 3.5. Технические банные пневматических
исполнительных устройств
Наименование Тип. пропускная характеристика Ус чов- нын проход, мм Условная про пускная способ- Условное давле- ние. темпера!) ра регулируе- мой ср с is;
1 Клапаны perv- 25ч30нжМ. 15 4; 6 3 1,6 МПа; от
лирующие двухсе- (НО) 20 6,3: 10 — 15 до 300 °C
дельные чугунные 2 Клапаны регу 25ч32нжМ. (НЗ) Линейная; равно- процентная 25с48нжМ. 25 40 50 80 ЮО 150 200 250 300 15 10; 16 25; 40 40. 63 100; 160 100 око 400; 630 630. 1000 1000; 1600 1600: 2500 4; 6.3 6.4 МПа; oi
лирующие двухсе- (НО) 20 6,3; 10 —40 до 300 °C
дельные стальные 3. Клапаны регу- 25с50ижМ. (НЗ) Линейная: равно- процентная 25нж48нж. 25 40 50 80 100 150 200 То же. 10: 16 25; 40 40, 63 100 160 160; 250 400, 630 630 1000 То же, что и 6.4 МПа; от
лирующие двухсе- (НО) что и в в п. 2 — 40 до 300 °C
дельные нержа- веющие 4 Пневматические 25иж50нж. (НЗ) Линейная, равно- процентная ПОУ-7 (НО. НЗ) п. 2 15, 20 От 0.1 до 4.0 6.4 МПа; or
односедельные ис- полнительные уст- ПОУ-8 (НО. НЗ) 15. 20 От 0,1 до 4 0 —40 до 225 °C 16 МПа; oi
ройства для .ма- лых расходов ПОУ-9 (НО. НЗ) 15, 20 От 0.1 до 4.0 —40 до 225 °C 16 МПа; от
ния на РО при Линейная максимальном ра< 'ходе. МПа р„ — идо г 225 до 450 °C кисть газа при
Р = 0,1 МПа и / = 0°С. кг/м3; Г, — абсолютная температура газа перед регу-
лирующим клапаном. К\ k — безразмерный коэффициент, учитывающий от-
клонение реального газа от закона идеального газа
Расчет РО на водяном паре. Пропускаю способность К. РО на водя
ном паре при докритическом истечении, ког ia ЛЛ<0.52 Р,. находят по ра-
венству'
KB^G j/1 (р2ДР)/103,
а при критическом истечении, когда \Pis O.52 Р, по уравнению
Kv = gV\ (Pj-PJ/ZS.S,
где G — максимальный расход пара, кг/ч; ДР перепад давления иа РО при
максимальном расходе пара, МПа; Р, — абсолютное давление перед РО.
МПа; (>| и р2—плотности пара при давлениях до Р\ и после Р< РО и рабо-
чей температуре перед РО, кг/м3.
165
ГЛАВ! 4
АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Автоматические системы регулирования (АСР) предназначены
для автоматического поддержания постоянной или для измене-
ния по требуемому закону технологической величины объекта,
характеризующей протекающий в нем процесс. Эю aucihi ается
формированием автоматическим устройством (регулятором) ре-
гулирующих воздействий и введением их в технологический объ-
ект АСР могут осуществлять регулирование по отклонению и
по возмущению.
АСР по отклонению. В АСР по отклонению (рис. 4.1) выход-
ная величина у объекта регулирования ОР воспринимается из-
мерительным преобразователем ИП и подается на автоматиче-
ский регулятор АР. В АР величина у сравнивается с заданным
значением и и определяется рассогласование между ними е =
= у- и, т. е. ошибка регулирования. В зависимости от знака и
величины этой ошибки АР вырабатывает регулирующее воздей-
ствие д' и подает его через исполнительное устройство И У на
вход ОР для уменьшения или полной ликвидации ошибки ре
гулировапия. АСР по отклонению стремятся уменьшить ошиб
ку регулирования технологической величины независимо от то-
го, какими возмущениями она вызвана.
Рис. 4.1. Функциональная схема одноконтурной АСР
Рис. 4.2 Функциональная схема каскадной АСР:
ОР объект регулирования-, АР и АР^ — корректирующий и стабилизирующий регуля-
юры; ИП и 7//7} — измерительные преобразователи: ИУ - исполнительное устройство
166
АСР по отклонению являются замкнутыми системами. Сиг-
нал в них проходит по замкнутому контуру. АР с ИП и ИУ об-
разуют в АСР обратную связь, которая для устойчивости АСР
обязательно должна быть отрицательной. Это означает, что ес-
ли под воздействием возмущений технологическая величина ОР
отклонилась от заданного значения, то АСР должна выработать
регулирующее воздействие, которое со временем приведет к
уменьшению этого отклонения. АСР называются одноконтурны-
ми, если они имеют один контур регулирования. Схема однокон-
турной АСР показана на рис. 4.1.
АСР, предназначенные для поддержания регулируемой ве-
личины на постоянном заданном значении, называют стабили-
зирующими. Заданное значение в них устанавливается операто
ром. АСР, в которых регулируемая величина должна изменять-
ся по заранее известной зависимости, называют программными.
Заданное значение в них переменно во времени и устанавлива-
ется программным задатчиком.
Каскадные АСР. Для повышения качества регулирования
ОР, обладающих существенным запаздыванием и характеризу-
ющихся значительными возмущениями, используют каскадные
АСР (рис. 4.2). В каскадных АСР по сравнению с одноконтур-
ными дополнительно стабилизируют вспомогательную регули-
руемую величину у\, реагирующую на основное возмущение
объекта г} и на регулирующее воздействие г с меньшим за-
паздыванием по сравнению с запаздыванием основной регули-
руемой величины. Каскадная АСР имеет стабилизирующий кон-
тур с регулятором /1/ф, предназначенный для регулирования
вспомогательной величины у}, и корректирующий контур с регу-
лятором АР, обеспечивающий регулирование основной величи-
ны у. Выходная величина корректирующего регулятора АР на-
правляется в качестве задания на стабилизирующий регуля-
тор АР], выходная величина которого представляет собой ре-
гулирующее воздействие.
При наличии регулирующего х или возмущающего zt воз-
действий стабилизирующий контур быстрее, чем корректирую-
щий, вступает в работу и изменяет регулирующее воздействие,
что частично скомпенсирует отклонение величины у от задан-
ного значения и. Нескомпенсировапное отклонение величины у
приведет в действие корректирующий контур регулирования,
который постепенно ликвидирует это отклонение. Применение
каскадных АСР особенно эффективно в том случае, если наибо-
лее сильные возмущения zt воздействуют в основном на вспо-
могательную yi, а не на основную регулируемую величину у.
Каскадные АСР составляют из регуляторов типов П-ПИ,
ПИ-ПИ, ПИ-ПИД, где первым указан стабилизирующий, а вто-
рым — корректирующий регулятор.
167
Рис. 4.3. Функциональная схема
комбинированной АСР
Комбинированные АСР.
АСР. использующие прин-
цип регулирования по воз-
мущению, формируют ре-
гулирующее воздействие в
зависимости от величины
самого сильного, но до-
ступного для измерения возмущения объекта с целью его ком-
пенсации Изменение такого возмущения. вызывающее откло-
нение регулируемой величины от заданного значения, после
измерения поступает на компенсирующее устройство КУ, кото-
рое вырабатывает регулирующее воздействие, направляемое в
ОР и компенсирующее влияние возмущения на регулируемую
величину. Но АСР по возмущению не могут учесть влияния
других возмущений на отклонение регулируемой величины и
поэтому на практике в чистом виде не применяются. Обычно
применяются комбинированные АСР, реализующие одновремен-
но принципы регулирования по отклонению и по возмущению.
В комбинированных АСР выход КУ можно подавать на сумми-
рование с входным или выходным сигналом АР.
Структурная схема комбинированной АСР, в которой выход
КУ алгебраически суммируется с входным сигналом АР, при-
ведена на рис. 4.3. В такой АСР изменение возмущения Z\ бы-
стро проходит через КУ, АР, ИУ и вызывает регулирующее
воздействие, поступающее на ОР и компенсирующее влияние
возмущения еще до появления отклонения регулируемой вели-
чины от заданного значения. Если это рассогласование все же
появится, то вступит в действие АР по отклонению и ликвиди-
рует его.
АСР соотношения. При автоматизации химико-технологиче-
ских процессов часто приходится поддерживать постоянным со-
отношение между двумя технологическими величинами, обычно
расходами. Один из этих расходов является ведущим, а вто-
рой— ведомым. Изменение ведущего расхода приводит к изме-
нению заданного значения ведомого расхода, а следовательно,
и к изменению его текущего значения. Такие АСР относятся к
следящим системам, заданное значение регулируемой величи-
ны (ведомого расхода) которых изменяется во времени в зави-
симости от изменения другой технологической величины (веду-
щего расхода). Соотношение между расходами может поддер-
живаться постоянным, а может изменяться в зависимости от
изменения третьей технологической величины. АСР соотношения
широко применяют для регулирования химических реакторов,
массообменных аппаратов.
168
4.2. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Пневматические системы широко применяют в химической про-
мышленности для контроля технологических процессов и управ-
ления ими. Объекты в этом случае оснащают пневматическими
измерительными преобразователями и исполнительными уст-
ройствами, которые соединяют с регуляторами и другими тех-
ническими средствами пневматическими трубками. Применение
пневматических систем объясняется их взрыво- и пожаробез-
опасностью, высокой надежностью, простотой обслуживания,
сравнительно небольшой стоимостью. Однако они имеют огра-
ниченное быстродействие, что обусловлено конечной скоростью
оаспространения сигналов в пневмолиниях, а это отрицательно
сказывается на качестве управления.
Тем не менее, обычно это не сдерживает их применения при
автоматизации процессов химической технологии, инерцион-
ность большинства которых часто исчисляется несколькими ми-
нутами, а иногда и часами. Поэтому даже при большой протя-
женности пневмолиний запаздывание распространения сигнала
в них не приводит к заметному влиянию на переходный процесс
и ухудшению качества регулирования.
Пневмосистемы комплектуются из устройств, входящих в со-
став комплексов «Старт», «Центр», «Режим» и др. Они исполь-
зуются в качестве локальных систем регулирования и систем
нижнего уровня иерархии АСУ ТП.
Системы из устройств комплекса «Старт». Эти АСР форми-
руют сигналы регулирующего воздействия и дистанционного
управления с использованием работающих в комплекте автома-
тического регулятора АР и вторичного прибора ВП со встроен-
ной в него станцией управления СтУ.
Схемы одноконтурных АСР приведены на рис. 4.4. После
измерительного преобразователя ИП пневматический сигнал Ру,
пропорциональный текущему значению регулируемой величи-
Рис. 4.4. Схемы одноконтурных АСР стабилизации технологической величи-
ны (а) и программной АСР (б) из устройств комплекса «Старт»
16»
Рис. 4.5. Внешний вид пневматического вторичного прибора со станцией
управления (а) и положение кнопок переключателя при различных режимах
работы АСР (б)
пы у, поступает на АР и одновременно па ВП с СтУ. АР форми-
рует регулирующее воздействие х в виде пневматического сиг-
нала Рх, который направляется па пневматическое исполнитель-
ное устройство ИУ. В АСР стабилизации (рис. 4.4, а) постоян-
ный сигнал задания Р„ устанавливается задатчиком СтУ, а в
программных АСР (рис. 4.4, б) переменный во времени сигнал
задания Pu-I(t) вырабатывается внешним программным за-
датчиком ПЗ. В качестве АР применяют регулирующие устрой
ства ПР1.5, ПР2.8, ПР3.31 и др. (см. гл. 3), а в качестве ВП —
пневматические приборы ПВ3.2, ПВ10.1 (см. гл. 1).
Вторичный прибор (рис. 4.5) имеет три вертикальные шкалы
и обеспечивает показания (по левой шкале) или запись на диа-
граммной ленте текущего значения регулируемой величины,
указание сигнала задания (по средней шкале) и выходного сиг-
нала (по правой шкале), СтУ предназначена для обеспечения
работы АСР в трех режимах (ручного дистанционного управ-
ления Р, автоматического регулирования А и программного ре-
гулирования АП) и для плавного перехода с одного режима на
другой. Органами управления СтУ являются пятикнопочный
переключатель и ручной задатчик. При ручном управлении ре-
гулирующий сигнал РЛ формируется задатчиком, а при автома-
тическом и программном регулировании — автоматическим ре-
гулятором.
Сигнал задания Рн при автоматическом режиме устанавли-
вается задатчиком, а при программном регулировании — про-
граммным задатчиком. Кнопки переключателя расположены
слева направо в следующем порядке: Р (ручное управление).
170
А (автоматическое регулирование), АП (программное регули-
рование), Вкл (включение регулятора) и Отк (отключение ре-
гулятора). Одновременно могут быть включены только две
кнопки: одна из кнопок Р, А, АП и одна из кнопок Вкл или
Отк л.
Рассмотрим последовательность действий при переходе с од-
ного режима работы па другой. На рис. 4.5, б приведено поло-
жение кнопок переключателя при разных режимах. Нажатые
кнопки заштрихованы. Для установки режима ручного управ-
ления кнопкой Откл подают командное давление Рк в камеру Л
выключающего реле АР (см рис. 3.12 и 3.13), отключают выход
АР от И У и, нажав кнопку Р, подают на ИУ сигнал от задат-
чика. определяя его величину по правой шкале ВП. По левой
шкале ВП определяют текущее значение технологической пере-
менной. При переходе с ручного режима на автоматическое ре-
гулирование кнопкой /1 отсекают выход задатчика от ИУ и со-
общают его со шкалой задатчика прибора и АР; задатчиком,
следя по средней и левой шкалам ВП, устанавливают сигнал
задания Р„, равным Ру, для избежания удара в линии ИУ и, на-
жимая кнопку Вкл, соединяют выход АР и ИУ с левой шкалой
ВП.
При переходе с автоматического на программное регулирова-
ние кнопкой Откл отключают АР, т. е замораживают сигнал
Рх, и, нажав кнопку АП, подают давление с выхода програм-
много задатчика ПЗ на шкалу задания ВП. На вход АР в это
время поступает сигнал от ручного задатчика. В момент, когда
выходное давление ПЗ сравняется с давлением от ручного за-
датчика (во избежание удара в линии ИУ), кнопкой Вкл вклю-
чают АР. При переходе с программного иа автоматическое ре
гулирование кнопкой Откл отключают АР и, нажав кнопку А,
устанавливают ручным задатчиком давление, равное давлению
па выходе ПЗ в момент его отклонения, и кнопкой Вкл сооб
щают выход АР с линией ИУ. При переходе с автоматического
регулирования на ручное управление кнопкой Откл отключают
АР, ручным задатчиком по шкале задания ВП устанавливают
давление, равное давлению в линии ИУ и, нажав кнопку Р,
переходят на ручное управление объектом. Таким образом, при
ручном управлении, а также во всех промежуточных положени-
ях АР должен быть отключен.
Реализация каскадной АСР на устройствах комплекса
«Старт» приведена на рис. 4.6. Пневматические сигналы Ру и
Pwl, пропорциональные технологическим переменным у и yt,
подаются через вторичные приборы ВП и ВП{ со станциями
управления на корректирующий АР и стабилизирующий АР}
регуляторы. Сигнал задания регулятору АР устанавливается
ручным задатчиком прибора ВП. Выходной сигнал Рк регуля
тора АР направляется в качестве задания на регулятор АР\.
171
Последний формирует сигнал регулирующего воздействия Рх,
поступающий на исполнительное устройство ИУ. В качестве
стабилизирующих АР применяют регуляторы ПР2.8, ПР3.31,
в качестве корректирующих — ПР3.31, ПР3.35 (см. гл. 3), а в
качестве ВП—пневматические приборы ПВ3.2, ПВ10.1 (см.
гл. 1)
Для ограничения величины корректирующего сигнала Рк по
технологическим соображениям, например с целью недопущения
аварийной ситуации в системе, устанавливают два прибора
ограничения сигналов ПП11.1 (см гл 3) Один из них ограни-
чивает верхнее значение сигнала, а второй — нижнее. Каскад-
ная АСР вводится в работу через режимы ручного дистанцион-
ного управления ч автоматического регулирования вспомога
тельной регулируемой величины у\. В режиме каскадного регу-
лирования основной регулируемой величины у на ВП (см. рис.
4.6) должны быть нажаты кнопки переключателя А и Вкл, а па
ВП\ — АП и Вк.1
Схема комбинированной АСР из устройств комплекса
«Старт» приведена па рис 4 7 Корректирующий сигнал Рi
масштабируется компенсирующим устройством КУ (прибора
ПФ1 3 4) и направтяется па суммирующее устройство СМ (при-
бором ПФ1 1), где складывается с сигналом Ри, характеризую-
щим текущее значение регулируемой величины. Выход с устрой-
ства СМ поступает на АР который вырабатывает сигнал регу-
лирующего воздействия Рх. направляемый на ИУ
Вторичный прибор (ПВ10.2) имеет четыре шкалы. Он пред-
назначен для регистрации и пока шипя сигналов Р и Р .,
а также измерения сигналов задания Р и регулирующего воз-
действия Рд. При работе системы в режиме автоматического ре-
Рис 4.6 < тема каска ihoii \СР hi \< ipoii. гв ю екса »Старт
Рис. 4.7 Схема комбинированной АСР из устройств комплекса «Старт»
172
Рис. 4.8. Схема УСР соотношения
двух расходов из устройств комплек-
са «Старт»
гулироваиия на ВП должны
быть нажаты кнопки А и Вкл
переключателя. На рис. 4.7
приведена схема комбиниро-
ванной АСР, когда выход
компенсирующего устройства
КУ поступает на вход АР по
отклонению. Можно также со-
ставить схему, в которой вы-
\ОП KV q\ м HpVPTf'q с пыхи-
дом АР.
Схема АСР соотношения двух расходов (рис. 4..8) построена
па базе регулятора соотношения ПРЗ.ЗЗ При измерении расхо-
дов технологических потоков г, и F_> методом переменного пе-
репада давления сигналы на выходе измерительных преобразо
вателей — дифманометров РД1 и Рл2 — пропорциональны квад-
ратам расходов. Для извлечения квадратного корня и форми-
рования пневматических сигналов Pi и Р2, пропорциональных
расходам, в схеме предусмотрены функциональные приборы
ДФ| и ПФ-, (приборы ПФ1.17). Регулятор АР через ИУ воздей-
ствует на зависимый технологический поток и в замкнутом кон-
туре поддерживае! постоянным заданное соотношение игналов
Pt и Р? При работе в автоматическом режиме на станции
управления ВП должны быть нажаты попки А и Вк.1.
Аналогично может быть составлена схема АСР соотношения
двух расходов с корректировкой этого соотношения по третьей
технологической переменной. Такую схему можно построить на
базе регулятора соотношения ПР3.34 (см рис 3.15,6) На регу-
лятор помимо сигналов, между которыми поддерживается по-
стоянным соотношение также поступает корректирующий сиг-
нал Рк, как это выполнено в -хеме каскадной АСР Выходной
сигнал регулятора через ИУ должен воздействовать на зависи-
мый технологический поток
АСР, составленные из устройств комп текса Старт», монти-
руются на щитах в помещении управления. На щиты устанав-
ливаются ВП на их корпус с задней стороны крепятся АР че-
рез штекерный разъем Пневм л ни> по горы'1 сигналы под-
водятся от ИП и уходят на ИУ, подсоединяют к гшуцерам при
бора.
Управление современными технологическими установками и
производствами с большим числом точек контроля и управле-
ния с использованием таких щитовых систем представляет со-
бой довольно трудную задачу. Обычно щпгы имеют большую
протяженность Информация о текущем протекании процесса
рассредоточена, представлена в однообразном виде, не нагляд-
на. Объем ее велик. Оператор должен систематически осмат-
ривать многочисленные приборы, сравнивать их показания с
режимными значениями и в случае необходимости вводить кор-
рективы в протекание технологического процесса. Такая работа
требует от оператора большого внимания и сосредоточенности,
она утомительна. Поэтому не исключены ошибочные действия.
Комплекс технических средств «Центр». В комплексе «Центр»
обеспечен централизованный автоматический контроль при по-
мощи развитой системы сигнализации. Комплекс позволяет
представить оператору всю информацию о состоянии процесса,
а также обеспечивает сигнализацию об отклонениях технологи-
ческих величин за допустимые по регламенту значения что по-
эволяе! бышро оценить сложившуюся на объекте ситуацию.
При построении системы управления на базе комплекса
«Центр» могут быть реализованы следующие функции: автома-
тическая стабилизация технологических величин по П- и ПИ-
законам; сигнализация отклонений технологических величин за
установленные пределы; оперативный контроль сигналов по
вызову оператора; многоканальная цифровая регистрация тех-
нологических величин и их за тайных значений; дистанционное
управление исполнительными устройствами
Комплекс «Центр» построен по блочному принципу. Каждый
блок имеет свое функциональное назначение. Кратко охарак-
теризуем блоки, входящие в комплекс
Блок регуляторов БР Блок БР предназначен для выработки
воздействий на исполнительные устройства с целью регулиро-
вания технологических величин. Блок компонуется из суббло-
ков— регуляторов ПР2.8 и ПР3.31, обеспечивающих только П-
и ПИ-регулирование. При необходимости построения более
сложных схем (схем ПИД регулирования, каскадного, регули-
рования соотношения и др.) необходимо дополнительно исполь-
зовать соответствующие устройства комплекса «Старт». Их
устанавливают на отдельных щитах.
Блок обнаружения отклонений технологических величин
(выбегов) БОВ предназначен для авгома i ического обнаруже-
ния отклонения при выходе технологической величины за жест-
ко установленные границы, определяемые технологией процес-
са, а также при выходе ее за тону, установленную около за-
данного значения Зона допустимых отклонений перемещается
вместе с изменением заданного значения, но остается неизмен-
ной по ширине. Предусмотрено определение знака отклонения
(вверх или вниз). В блоке установлено 20 субблоков-—модулей
обнаружения отклонения.
Пульт контроля и управ гения (ПКУ) предназначен для мно-
гоканального контроля технологических величин, изменения
режимов работы АСР и ручного дистанционного управления ИУ.
174
'1, ।я вызова ихнологических величии и их оперативного кош
роля применяю! пневматический многоканальный прибор 1111ЛЛ-
2011. Текущее и заданное значения технологических величин
показывают по шкалам абсолютных значений прибора, а сиг-
налы ручного задатчика и выхода регулятора - но шкалам от
поснтельпых значений. Вызов технологических величин и осталь
пые функции ПКУ выполняю! с мнемосхемы
Мнемосхему набирают из типовых ячеек размером 40Х
Х40 мм; она имее, 24 ряда по горизонтали и 16 рядов по вер-
тикали. Ячейки могут иметь гнезда вызова, лампочки сигнали-
заций отклонений, ппевмосигпализагоры, переключатели режи-
мов работы, зататчики. а также быть пустыми. Технологические
аппараты па мнемосхеме выделяют ячейками более темного
цвета, чем фоновые. Каждый контур регулирования должен
быть отражен на мнемосхеме четырьмя ячейками: с гнездом
для вызова технологической величины и органами сигнализа-
ции; с задатчиком регулируемой величины; с задатчиком руч-
ного дистанционного управления; с переключателем режимов
работы.
Устройство непрерывного контроля (УПК) предназначено
для сопряжения внешних пневматических линий комплекса с
его межблочными связями, а также для непрерывной записи 12
или 4 сигналов приборами ПВ4.3Э.
Блок приборов извлечения квадратного корня (БКП-20)
предназначен для извлечения квадратного корня из сигналов,
поступающих от дифманометров расходомеров. В блок вмонти-
ровано 20 субблоков—функциональных приборов Г1Ф1.17, ре-
ализующих уравнение (3.31).
Авторегистратор АР-С предназначен для централизованного
сбора и регистрации текущих и заданных значений технологи-
ческих величин в цифровом виде. Регистрация осуществляется
в соответствии с заданным оператором периодом па равномер-
ном по времени бланке. Каждому параметру на бланке регист-
рации отводится свой столбец. Отклонившиеся величины и со-
ответствующее им время печатаются красным цветом.
Блок перфорирующий пневматический (АР П 3) предназна-
чен для регистрации на перфоленте 20 параметров в двоично-
десятичном коде, подаваемых на вход в десятичном двухразряд-
пом коде. Перфолента используется для последующей обработ-
ки в ЭВМ.
Блок питания групповой (БПГ) предназначен для питания
блоков комплекса очищенным воздухом постоянного давления.
Принципиальная схема системы управления технологическим
объектом с использованием комплекса «Центр» приведена на
рис. 4.9. Информация о текущем состоянии технологического
объекта от измерительных преобразователей ИП и управляю-
щая информация, воздействующая на объект через исполнитель-
175.
ка БР. Оператор получает
Рнс. 4.9. Принципиальная схема систе-
мы управления на базе комплекса
«Центр»
ные устройства И У, проходит
через устройство У НК. Сигналы
от дифманометров-расходомеров
дополнительно преобразуются в
блоки БКП. Сигнализация от-
клонений технологических вели-
чин от заданных значений форми-
руется в блоке БОВ и индициру-
етея чд мнемосхеме пульта КОНТ
роля и управления ПКУ при по-
мощи электролампочек или пнев-
мосигнализаторов. В отсутствие
аварийных отклонений процес-
сом управляют регуляторы бло-
информацию о протекании техноло-
гического процесса с ПКУ, от регистрирующих приборов уст-
ройства непрерывного контроля УНК, с бланка цифровой реги-
страции авгорегистратора АРС. В случае необходимости он
вмешивается в ход технологического процесса, используя орга-
ны управления пульта ПКУ, воздействуя на ИУ объекта или
изменяя задание регуляторам.
На рис. 4.10 приведены схемы соединений информационного
(и) и регулирующего (б) каналов. Взаимодействие блоков ком-
плекса в этих режимах вытекает из их функционального назна-
чения.
Применение комплекса «Центр» позволило отказаться от
громоздких щитовых систем управления, компактно располо-
жить оборудование, сократить размеры помещения управления,
а также значительно упростить pa6oiy обслуживающего персо-
нала, облегчив функцию контроля за протеканием технологиче-
ского процесса.
Компоновка блоков комплекса однотипными функциональ-
ными субблоками (регуляторами, модулями обнаружения от-
клонения и др.) привела к сложному монтажу внутри блоков
и разветвленным коммутациям между ними. Для устранения
этих недостатков разработан комплекс «Режим-1».
Комплекс технических средств «Режим-1». КТС «Режим-1»
применяют для построения пневматических систем централизо-
ванного контроля непрерывных технологических процессов и
управления ими. В нем получили дальнейшее развитие принци-
пы агрегатного построения технических средств и централиза-
ции функций контроля и управления. Системы управления, реа-
176
лизованные на основе этого комплекса, обеспечивают выполне-
ние следующих функций:
автоматическое одноконтурное или каскадное регулирование
технологических переменных по П- или ПИ-законам,
непрерывную регистрацию текущих значений основных тех-
нологических переменных;
контроль и регистрацию по вызову оператора текущих зна-
чений всех технологических переменных, их заданных значений
и управляющих сигналов;
сигнализацию режимных и аварийных отклонений перемен-
ных ог заданных значений на мнемосхеме или по вызову опе-
ратора; централизованный безударный переход с автоматиче-
ского режима на дистанционный и наобопот-
централизованное управление задатчиками регуляторов тех-
нологических величин и задатчиками дистанционного управле-
ния исполнительными устройствами.
Все это позволяет представить оператору достаточную ин-
формацию о протекании технологического процесса, акцептиро-
вать его внимание на отклонениях от режимных показателей,
помочь оценить сложившуюся на технологической установке
ситуацию и в случае необходимости вмешаться в нее.
Конструктивно КТС «Режим-1» выполнен в виде двух стоек:
стойки функциональной аналоговой (СФА) и стойки оператор-
ской аналоговой (СОА). В СФА текущая информация об объек-
те преобразуется в управляющую. В каждой СФА обрабатыва-
ется до 60 технологических величин, в том числе до 24 регули-
Рис. 4.10. Схемы соетинений информационного (о) и регулирующего (б) ка
налов на базе комплекса «Центр»;
ДУ дистанционное управление; Н- номинал (заданное значение!; О В — отклонение
(выбег); ОС — отключающий chi нал; П—переменная; РВ— регулирующее воздействие
12—1392
177
руемыч; можно сформировать шесть каскадных контуров
регулирования. В СФЛ установлено несколько субблоков: суо-
блок регулятора, реализующий ПИ-закон регулирования, суб-
блок обнаружения отклонений технологических величин от ре-
жимных и аварийных значений, субблок коммутации схем од-
ноконтурного и каска того регулирования и др. Стойка СОА
позволяет представить оператору информацию о протекании
технологического процесса в объекте в удобном виде, а также
в случае необходимости предоставляет ему возможность вме-
шаться в технологический процесс, откорректировать его или
лаже взять управление процессом па себя. Одна СОА обеспе-
чивает контроль и вызов до 60 технологических величин, а так-
же сигнализацию отклонений то 48 величин.
В СОА установлены субблок обшей сигнализации, субблок
ограничения изменения сигналов заданных значений и сигналов
дистанционного управления, субблок выбора шкал на вторич-
ном многошкальном приборе и др. Стойка СОА предназначена
для связи комплекса с оператором. Таким образом функцио-
нальная часть системы отделена от части, с которой взаимодей-
ствует оператор. Такое разделение функций, компоновка суб-
блоков и их агрегатизация позволяют упростить монтаж комп-
лекса и сократить длину коммутационных соединений.
Субблоки СФА и СОА реализуются с использованием в основ-
ном аналоговых элементов УСЭППА и конструктивно оформ-
лены в виде «кассет». Они снабжены быстросъемным разъемом,
что в случае необходимости дает возможность их быстро заме-
нить. Габариты стоек позволяют сочетать их с щитовыми пане-
лями и шкафами в помещении управления. Число СФА и СОА
для укомплектования системы управления конкретного объекта
определяется числом его контролируемых технологических ве-
личин.
На рис. 4.11 приведена принципиальная схема системы уп-
равления на базе КТС «Режим-1», имеющей по одной СФА и
СОА. Текущая информация об объекте / с выхода преобразо-
вателей // направляется в СФА /V', обрабатывается и в виде
управляющей информации вводится через исполнительные уст-
ройства III в технологический объект. Текущая и управляющая
информация из СФА поступает в СОА V для представления
оператору. Откорректированная оператором управляющая ин-
формация из СОА направляется в СФА и далее на объект.
На лицевой стороне СОА расположены мнемосхема, прибо-
ры контроля и регистрации и органы управления-.
Мнемосхема 4 в СОА представляет собой мозаичную панель
размером 960x640 мм, состоящую из 384 квадратных ячеек,
на которых отображается технологическая схема установки с
расположенными па ней точками контроля и управления. Не-
которые ячейки содержат индикаторы отклонения технологиче-
178
Рис. 4.11 Принципиальная схема системы управления на базе комплекса
«Режим!»
ских величин за допустимые или аварийные пределы и кнопки
вызова этих величин для контроля. Отклонение технологической
величины сверх допустимых или аварийных значений вызывае!
пульсирующий свет соответствующего индикатора.
Если технологическая установка состоит из нескольких од
потипных объектов, го с мнемосхемы к оператору поступает
информация о состоянии только одного объекта. О появлении
отклонений от технологического регламента в других объектах,
не вызванных на мнемосхему, сигнализируют индикаторы /, рас-
положенные над мнемосхемой. Они привлекают внимание к со-
ответствующему объекту пульсирующим светом. Для вызова
этого объекта на мнемосхему вставляют специальную ручку в
соответствующее пневмогнездо панели 6. По пульсирующему
свету конкретного индикатора мнемосхемы оператор определяет
нарушение технологического режима и нажатием кнопки кви-
тирования 7 заменяет пульсирующий свет ровным рвечением.
Квитирование помогает оператору отличать вновь появившие
ся отклонения технологических величин. Для постоянной pern
страции 12 наиболее ответственных технологических величин
используются четыре трехточечных вторичных прибора ПКЗ.З 2
С панели СОА можно вызвать любую технологическую ве
личин}' или контур регулирования для контроля, регистрации
или управления. Для контроля вызванных величин используется
многоканальный прибор ППМ-20П 13. включаемый кнопками
вызова с мнемосхемы. При вызове регулируемой величины ука
зываются текущее и заданное значения, выход регулятора и
12*
179
сигнал задатчика дистанционного управления исполнительным
устройством. При необходимости периодической регистрации
этих значений на диаграмме пятого прибора ПКЗ.З 2 оператор
должен нажать кнопку с памятью 3. Регистрация будет произ-
водиться до вызова другой технологической величины.
Для централизованного управления вызванным контуром
регулирования предназначены следующие органы управления:
кнопка для перевода контура на автоматический режим рабо-
ты 10, кнопка для перевода контура на дистанционный режим
8 тумблер для автоматического выравнивания при переходе с
режима на режим 9, кнопки «больше» и «меньше» для измене-
ния заданного значения контура 12, кнопки «больше» и «мень-
ше» для изменения сигнала задатчика дисгччпионного управ-
ления контура 11. Индикация режима работы контура осуществ-
ляется лампами 5. Рабочее место оператора находится около
СОА.
4.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Системы из приборов комплекса «Контур». Из приборов ком-
плекса «Контур» при наличии соответствующих измерительных
преобразователей и исполнительных устройств могут быть со-
ставлены системы позиционного, непрерывного, импульсного ре-
гулирования различных технологических величин, а также сис-
темы многоконтурного регулирования.
Схема одноконтурной системы импульсного регулирования с
использованием прибора Р25 представлена на рис. 4.12. После
измерительного преобразователя ИП электрический сигнал иу,
пропорциональный значению регулируемой величины у, направ-
ляется на вход регулятора АР - регулирующего прибора Р25.
Рис 4 12 Схема одноконтурной системы импульсного регулирования с ис-
пользованием прибора Р25
Рис 4.13 Схема каскадной АСР из приборов комплекса «Контур»
180
Его выходной сигнал в виде последовательности широт но-моду-
лировапных импульсов управляет через пускатель П работой
электрического исполнительного механизма ЭИМ постоянной
скорости, перемещение рабочего органа которого представляет
собой регулирующий сигнал х. Задание устанавливают задат-
чиком прибора. Рассогласование е контролируют по индикатору
«Отклонение» измерительного субблока прибора. Прибор не
имеет других показывающих или регистрирующих устройств.
Поэтому при необходимости, например для регистрации техно-
логической величины, такое устройство предусматривают допол-
нительно.
Примером каскадной АСР, составленной из приборов комп-
..cKva Uxoinyp», может служить схема, показанная на рис. 4.13.
Основная регулируемая величина у объекта ОР, преобразован-
ная ИП в электрический сигнал ии, поступает на корректирую-
щий регулятор АР—прибор К15 Задание прибору устанавли-
вают его задатчиком. Непрерывный выходной сигнал прибора
в качестве корректирующего сигнала пк направляют па один из
входов унифицированных сигналов стабилизирующего регуля-
тора АР, — прибора К15
Вспомогательная регулируемая величина у, после ИП, в
виде электрического сигнала и,,, также подается па регулятор
АР,. Сигнал их с выхода этого регулятора проходит через
электропневмопреобразователь ЭПИ и в виде давления сжатого
воздуха Р. направляется па пневматическое исполнительное
устройство ИУ. вырабатывающее регулирующее воздействие х.
Могут быть и другие варианты технологической реализации
каскадных АСР. Аналогичным образом составляют схемы ком-
бинированных АСР, систем соотношения и др
Возможно также шкафное исполнение систем управления
технологическими установками, при котором субблоки комплек-
са монтируют в блочные каркасы, размещаемые в унифициро-
ванных шкафах. В шкафы также устанавливают задатчики,
переключатели режимов управления, индикаторы положения
рабочих органов исполнительных механизмов, приводы дистан-
ционного ручного управления. Шкафное исполнение систем бо-
лее экономично по сравнению с приборным, так как при этом
проще реализуются сложные схемы, упрощаются коммутации,
уменьшаются габаритные размеры.
Системы из устройств комплекса АКЭСР. Аппаратура комп
текса АКЭСР позволяет реализовать разнообразные системы
регулирования и управления технологическими процессами.
Принцип построения систем — блочно-модульный при котором
любая АСР рассматривается как совокупность системных мо-
дулей, предназначенных для выполнения определенных функ-
циональных задач. Системные модули объединяют в следующие
группы: мо тулей формирования сигнала задания МФСЗ, моду-
181
Рис. 4.14. Схема пропорционального
регулирования из блоков комплек
са АКЭСР
У
БКР-I —Н<РИС
рующего импульсного блока
лей формирования информа
ционного сигнала МФИС, мо
дулей формирования сигнала
закона регулирования МФСР
модулей формирования воздей
ствий на управляемый про
цесс МФВП. Каждый модуль
набирается ич соотпетствмю-
щих блоков АКЭСР.
На рис. 4.14 приведена схе
ма АСР, обеспечивающая П
закон регулирования. Унифи
цированный токовый сигнал
у от измерительного преобра
зователя (на схеме не пока-
зан) поступает через модуль
МФИС, реализованный на бло
ке БК.Р-1, на модуль МФСР
Последний набран из регули-
РБИ и блока ручного управления
БРУ-У. На этот модуль также подается сигнал задания от мо-
дуля МФСЗ. Командный сигнал, сформированный моду
лем МФСР, направляется на модуль МФВП, включающий в
себя пускатель ПБР и исполнительный механизм МЭО. Сигнал,
пропорциональный положению регулирующего органа МЭО, по-
ступает на индикатор 4 блока управления и на вход сумматора
блока РБИ, обеспечивая тем самым П-закон регулирования.
При положении переключателя 3. показанном на рисунке, си-
стема работает в режиме автоматического регулирования. Сиг-
нал с выхода регулирующего блока РБИ проходит через пере-
ключатель 3 на пускатель ПБР, управляющий работой испол-
нительного механизма МЭО. Для перевода системы в режим
ручного управления нажимают кнопку Р двухкнопочного эле-
мента 1, переводя переключатель в левое положение, и кпоп
ками М («меньше») или Б («больше») двухкнспочного эле-
мента 2 устанавливают вручную необходимое значение команд
ного сигнала. При этом информация о положении рабочего
органа МЭО продолжает поступать па индикатор 4.
Схема каскадной АСР регулирования температуры с коррек
тировкой по температуре приведена на рис. 4.15. Основная и
вспомогательная регулируемые величины в виде унифицирован-
ных токовых сигналов (у и у\) через модуль МФИС, набранный
182
па двухкапалыюм блоке копдукгивпого разделения БКР-'l, про-
ходят соответственно па корректирующий МФСР и стабилизи-
рующий МФСР1 модули. На первый из них также подается
сигнал задания or модуля МФСЗ, представляющего собой за-
гадчик РЗД. Сигнал рассогласования г после импульсного пре-
образования в корректирующем блоке РБИ поступает через
переключатели 3 и 5 па блок прецизионного интегрирования
БПИ, сигнал с выхода этого блока направляется на индикатор
4 и одновременно в качестве задания па стабилизирующий ре
гулирующий блок РБИ модуля МФСР1, на выходе которого
формируется командный сигнал. Этот сигнал проходит через
ключ выбора режимов работы 6' блока БРУ-У и воздействует
на пу^кэтет ИБР исполнительного механизма МЭО. Сигнал с
датчика положения МЭО поступает на индикатор У. При поло
женин переключателей 3, 5 и 6, как показано па рисунке, осу
ществляется каскадное регулирование. Схема предусматривает
Рис. 4.15. Схема каскадной ЛСР из блоков комплекса «АКЭСР»
183
Рис. 4 16 Схема регулирования соотно-
шения двух расходов из блоков комп-
лекса АКЭСР
также возможность работы в
ручном и одноконтурном авто-
матическом режимах.
В ручной режим работы си-
стему переводят двухкнопочным
элементом 8, нажимая на кнопку
Р, и формируют командный сиг-
нал элементом 7 кнопками М
(меньше) и Б (больше). В этом
режиме може1 ылэпИлнуть боль
шой сигнал рассогласования
между сигналами, поступающи-
ми на сумматор стабилизирующе-
го блока РБИ, что при последу-
ющем переводе системы в авто-
матический режим работы мо-
жет быть для нее серьезным
возмущением. Для безударного
перехода на автоматический ре-
жим блок БПИ в ручном режи-
ме подключают к управляющим
цепям модуля МФСР1 через пе-
реключатель 5. В результате это-
го обеспечивается непрерывная
балансировка заданного и теку-
щего значений регулируемой ве-
личины.
В режим одноконтурного автоматического регулирования
систему переводят нажатием кнопки А элемента /. Величину
сигнала задания стабилизирующего контура регулирования
устанавливают кнопками элемента 2 по показаниям индика-
тора 4.
Схема АСР соотношения расходов приведена на рис. 4.16.
Независимый и зависимый расходы технологических продуктов
в виде унифицированных токовых сигналов yi и у2 поступают
на модуль МФИС, реализованный на блоке кондуктивного раз-
деления БКР-2. Сигнал независимого расхода умножается на
постоянный коэффициент в блоке вычислительных операций
БВО и направляется в качестве задания вместе с сигналом за-
висимого расхода на вход сумматора модуля МФСР. Рассогла-
сование е обрабатывается в блоке РБИ. Регулирующее воздей-
ствие с выхода блока поступает на пускатель ПБР, управляю-
щий исполнительным механизмом МЭО, регулирующий орган
184
которого установлен на трубопроводе зависимого продукта.
Переключатель режимов работы 3 управляется кнопками эле-
мента 1. В ручном режиме командный сигнал изменяют кноп-
ками элемента 2. Сигнал от датчика положения рабочего ор-
гана исполнительного механизма МЭО поступает на индика-
тор 4.
4.4. СИСТЕМЫ НА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРАХ
Одним из программируемых контроллеров является регулирую-
щий микропроцессорный контроллер — Ремиконт. На нем в за-
висимости от конфигурации алгоблоков могут быш реализова-
ны одноконтурные, программные, каскадные, супервизорные
АСР, а также довольно сложные системы с несколькими вхо-
дами и выходами. Все системы, рассмотренные в предыдущих
параграфах, могут быть запрограммированы на Ремиконте.
Ремиконт имеет 64 алгоблока. Если требуется только ПИД-
преобразование, то его можно сконфигурировать как многока-
нальный регулятор, обеспечивающий до 64 каналов управления.
При необходимости более сложных преобразований, при кото-
рых каждый канал составляется из нескольких алгоблоков,
число каналов управления уменьшается.
На Ремиконте программируют закон регулирования и пара-
метры настройки регулятора. Поэтому для работы с конкретным
объектом его подсоединяют провотпыми линиями связи со сред-
ствами получения информации процессе и средствами воздей-
ствия на процесс Входы Ремиконта соединяют с ИП, а выхо-
ды— с ИУ. установленными на объекте
Исходными данными для программирования АСР являются:
постановка задачи регулирования, функциональная схема цент-
ральной (программируемой) части АСР, а также данные по
комплектности Ремиконта, по его внешним соединениям с пери-
ферийными устройствами и по параметрам его настройки. По-
следние данные рекомендуется оформить в виде таблицы кон-
фигурации Ремиконта (табл. 4 1) и таблицы параметров на-
стройки (табл. 4.2). Таблица конфигурации содержит код
комплектности Ремиконта, код выбранного алгоблока (номер
зоны управления и помер алгоблока), код и обозначение алго-
Таблица 4 1 Конфигурация Ремиконта (комплектность 0... )
Код ал- гоблока Код и обо- значение алгоритма Г годные цепи Выходные цепи
коды входов алг облика коды источ инков сигна- лов инв. сигн. коды выхо- дов алго блока коды прием ников сиг налов
185
а также инвертируется или иеинвертируется сигнал, поступаю
щий на вход алгоблока.
Таблица параметров настройки включает в себя такие све-
дения: код алгоблока, значения четырех масштабных коэффи-
циентов К2—К5 (см. табл. 3.4), нелинейностей Н1-Н5, пара-
метров настройки Кб, TI—Т5, значение задания в процентах от
диапазона изменения (в пределах ±102%) и режим работы
алгоблока Число строк в этой таблице соответствует числу
алгоблоков, из которых набирается АСР. При программирова-
нии простых АСР неиспользуемые графы табл. 4.2 можно опус-
ти гь
Для наглядности сначала составляют блок-схему и алгорит-
мическую схему АСР в соответствии с данными, приведенными
в таблице конфигурации. Блок-схема АСР определяет число
алгоблоков для решения задачи регулирования и необходимые
для этого алгоритмы Алгоритмическая схема представляет со-
бой детализацию блок-схемы. Она отражает связи алгоблоков
между собой и со входами-выходами контроллера. При необхо-
димости схема сопровождается пояснениями. Алгоблоки удобно
конфигурировать по алгоритмической схеме
Технологическое программирование Ремнконта осуществля-
ют с панели оператора в соответствии с рекомендациями, при-
веденными в разделе 3.4. Для упорядочения работы по техно-
логическому программированию предварительно желательно
составить таблицу последовательности операций программиро
вания, включающую наименование операций, положение орга
нов управления и данные индикаторов ПО.
Ниже рассмотрены вопросы программирования одпокоптур-
ной и каскадной АСР. Их функциональные схемы и формули
ровка решаемых ими задач приведены в начале этой главы.
Программирование одноконтурной АСР. Одноконтурная АСР
реализуется на одном алгоблоке со стандартным алгоритмом
регулирования и ее программирование сводится к программи
рованию этого алгоблока. В качестве примера приведем зада
186
Таблица 4.3. Конфигурация одноконтурной АСР (комплектность 0.1.1)
Код ал- гоблока Код и обо- значение алгоритма Входные цепи Выходные цепи
КоДЫ ВХОДОВ алгоблока коды источ ников сигна- лов инв. сиги. коды выхо- дов алго- блока коды прием- ников СНГ налои
1.3 01 РАС 01 1.1.4 Без инв. и 12 6 1.3 9.1.1
вне на программирование такой АСР, оформленное в виде таб
лиц конфигурации и параметров настройки.
Таблица конфигурации (табл 4.3) расшифровывается сле-
дующим образом. В 3-м алюблоке 1-й зоны управления ^код
алгоблока 1.3) должен быть размешен аналоговый стандартный
алгоритм регулирования РАС (код 01). На 1-й аналоговый вход
алгоблока (код 01) должен поступать входной сигнал (код
1.1 4) от аналогового входа Ремнконта (старшая цифра кода),
находящегося в 1-й группе (средняя цифра) под номером 4
(младшая цифра). Этот сигнал на входе в алгоблок не доджей
инвертироваться. Аналоговый выход алгоблока (код 11) дол
жен направляться к приемнику сигнала (код 6.1.3)—к анало-
говому выходу Ремнконта (старшая цифра кода), находящемуся
в 1-й группе (средняя цифра) под номером 3 (младшая цифра).
Дискретный выход алгоблока (код 12) должен подаваться к
приемнику сигнала (код 9.1.1) — на дискретный выход Ремикоп-
та (старшая цифра кода), находящийся в 1-й группе (средняя
цифра) под номером 1 (младшая цифра).
Таблица параметров настройки Ремнконта (табл 4.4) сви-
детельствует о том, что сигнал в алгоблоке преобразуется в со-
ответствии с ПИ-закопом регулирования. На выходной сигнал
алгоблока наложены ограничения: нижнее—Н1=0 и верх
нее Н2= 100% Допустимое значение сигнала рассогласования
вдоп равно НЗ = 20%. Параметры настройки алгоритма регули
рования равны: коэффициент передачи kK (Кб) = 1,0, время ин
тегрировапия Тн (Т1) =6,5 мин, время дифференцирования Та
(Т2)=2,5 мин. Сигнал задания равен 50% Алгоблок должен
работать в автоматическом режиме
Таблица 4 4. Параметры настройки одноконтурной АСР
Масштабные коэффициенты Нелинейности Параметры настройки Режим ра- боты алго- блока
Код ал- гоблока 2 2 S -< 1 X н°- (Г) Г I Н4 (Д ) L.O 2 X •4 СМ •е- S Зада- ний
1.3 0 0 0 0 0 100 20 0 0 1 .0 6,5*2,5 0 0 0 50 \вт.
187
Рис. 4 17. Блок-схема регулирующей
части одноконтурной АСР:
1 — алгоблок; 2, 4 — ручные задатчики; 3 —
переключатель ручного Р и автоматическо-
го А режимов работы
Блок-схема регулирующей части одноконтурной АСР, реали-
зуемой на Ремиконте, показана на рис. 4.17. Входной сигнал у
с входа контроллера поступает на алгоритм РАС 1 к на вторич-
ный приСоп R/7 Сцгчап чатанчя и фоомипуется вручную за-
датчиком 4. Выходной сигнал х подается через аналоговый вы-
ход контроллера на ИУ. При выходе сигнала рассогласования
е за допустимые пределы еДО11 на дискретном выходе алгоритма
формируется сигнал сигнализации. В режим ручного управления
система переводится переключателем 3, который разрывает
цепь сигнала х между алгоритмом и выходом контроллера.
В ручном режиме на выход подается сигнал от задатчика 2
Упрощенная алгоритмическая схема Ремиконта, составлен-
ная в соответствии с данными табл. 4.3, приведена на рис. 4.18.
ПИ закон регулирования реализуют на алгоблоке 1.3, в который
внесен аналоговый стандартный алгоритм РАС (код 01). Кон-
фигурация алгоблока и коды источников и приемников сигналов
видны из рисунка. Необходимо помнить, что сигнал рассогла-
от по
от ПО
Рис. 4.18. Упрощенная алгоритмическая схема одноконтурной АСР
188
Таблица 4.5. Конфигурация каскадной АСР (комплектность 0.1.1)
Код ал- г об -кжа Код и обо чиачеиие алгоритма Входные цели Выходные цепи
коды ВХОДОВ алгоблока коды источ- ников сиг- налов ИНН, сиги. КОДЫ НЫ\1> дон a.itu- блока коды прием- ников vl<t налов
1.4 01 РАС 01 1.1 2 Без 11 7 1 5
МНВ. 12 9.1.5
1.5 01 РАС 01 1 2 1 » 11 6.1.4
сования в алгоритме РАС инвертируется и это нужно учитывать
при формировании в конкретном замкнутом контуре ООС. Сиг-
нал задания ЗДН устанавливают с ПО. Перевод алгоблока с
ручного режима на автоматический и наоборот осуществляется
с ПО. Выходной сигнал алгоблока при ручном режиме РУЧ из
меняется с ПО. Предусмотрен выход дискретного сигнала при
превышении сигналом рассогласования допустимого значения.
Технологическое программирование одноконтурной АСР про-
водят в такой последовательности. Сначала программируют об-
щие параметры Ремиконта, выбирают месторасположение
алгоблока и вводят в него заданный алгоритм регулирования.
В соответствии с таблицей конфигурации соединяют входы и
выходы алгоблока с задействованными входами — выходами
Ремиконта, а также инвертируют или не инвертируют сигнал,
поступающий на вход алгоблока Затем по данным таблицы
параметров настройки устанавливают числовые значения коэф
фициентов алгоблока В заключение устанавливают величину
сигнала задания. После окончания программирования проводят
оперативный контроль алгоблока и переводя! его в автоматиче-
ский режим работы.
Программирование каскадной АСР. Программирование кас-
кадной АСР во многом повторяет программирование однокоп
дурной АСР, хотя имеет свои особенности. Пример задания на
программирование каскадной АСР оформлен в виде табл. 4.5
и 4.6.
189
К цепям
сигнализации
Рис 4.19. Блок-схема регулирующей части каскадной АСР:
1, 4, 6 -ручные задатчики; 2, 5 - алгоблоки: 4. 7 — переключатели ручного Р и авто-
матического А режимов работы
Блок-схема регулирующей части каскадной АСР приведена
.а ри< 1.19. Входной сигнал у с входа контроллера поступает
на корректирующий алгоблок 2 и на вторичный прибор ВН.
Сигнал задания и формируется задатчиком /. Выходной сигнал
Xi алгоблока 2 направляется в качестве задания щ (и1 = х1) на
вход стабилизирующего алгоблока 5. На этот алгоблок со вхо-
да контроллера подается входной сигнал yt. Сигнал Ui в замк-
нутом контуре определяет текущее значение сигнала t/i, про-
порциональное технологической переменной. Поэтому на изме-
нение сигнала х, обычно устанавливают довольно жесткие
ограничения. В остальном работа стабилизирующего алгоблока
не отличается от работы алгоблока одноконтурной АСР.
Упрощенная алгоритмическая схема каскадной АСР, состав-
ленная в соответствии с заданием, приведена на рис. 4.20. Кас-
кадная АСР реализуется на двух алгоблоках: корректирующем
(1.4) и стабилизирующем (1.5). Каскадную АСР конфигуриру-
ют, начиная с корректирующего алгоблока, переходя затем к
от ПО
от ПО
от ПО
Рис 4.20. Упрощенная алгоритмическая схема каскадной АСР
190
стабилизирующему. Каждый алгоблок программируют в опи-
санной выше последовательности.
Запрограммированные на Ремиконте АСР могут быть до;
вольно легко модифицированы во время их последующей рабо-
ты па объектах.
В заключение укажем, что устанавливать комплектность
Ремиконта (число зон управления и модулей АЦП) больше,
чем необходимо для реализации программируемой АСР, не еле
дует. Для выполнения лабораторных работ, описанных в гл. 7
и 8, достаточна комплектность 0.1.1.
4.5 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АСУ ТП
Автоматизированные системы управления технологическими
процессами (АСУ ТП) предназначены для выработки и реали
зации управляющих воздействий на технологический объект
управления в соответствии с принятым критерием управления,
который принимает разные числовые значения в зависимости
от используемых управляющих воздействий. Для организации
управления в АСУ ТП используются различные критерии: ста-
билизация технологических переменных, обеспечение заданных
параметров получаемых продуктов; максимизация экономиче-
ского эффекта производства; минимизация расхода одного из
видов сырья.
Мерность технологических объектов в АСУ ТП довольно ве
лика. Для управления ими требуется обработка больших мае
сивов информации в реальном масштабе времени, т. е. с боль-
шой скоростью. Для реализации таких задач в качестве тех-
нического средства естественно было применить ЭВМ. Сначала
предлагалось обрабатывать информацию и формировать управ-
ляющие воздействия централизованно, из одного пункта управ-
ления, используя одну ЭВМ. Ожидалось, что централизованные
АСУ ТП позволят решать все проблемы управления. Однако
оказалось, что такие АСУ ТП имеют серьезный недостаток: они
обладают малой надежностью, низкой «живучестью».
Как альтернатива было предложено создание комбинирован-
ных АСУ ТП, включающих в себя элементы децентрализован-
ного и централизованного управления, как минимум с двумя
уровнями иерархии управления. На нижнем уровне осуществля-
лось управление через аппаратные устройства, на которые воз-
лагались функции автоматического регулирования, контроля,
сигнализации, защиты, несложного логического управления
А на верхнем уровне для управления также использовалась
ЭВМ, которая с целью оптимизации процесса вырабатывала
задающие воздействия и направляла их на локальные системы
нижнего х ровня иерархии. Такая структура АСУ ТП позволила
повысить их живучесть. Но они стали сложнее и не был ликви-
191
дирован основной недостаток централизованных систем — воз-
можность выхода из строя ЭВМ верхнего уровня. В этом случае
система продолжала функционировать, но без решения задач
оптимизации объекта. Недостаточная надежность, ограниченная
вычислительная мощность, сложность программирования задач
большой мерности по управлению параллельно работающими
аппаратами, высокая стоимость кабельных линий — все это вы-
звало необходимость пересмотра структуры АСУ ТП с одной
ЭВМ.
В настоящее время создаются и эксплуатируются децентра-
лизованные или распределенные АСУ ТП, выполненные на
микропроцессорах или микро-ЭВМ, объединенных в общую вы-
числительную сеть. Это позволило территориально рассредою-
чить вычислительные мощности внутри системы, осуществить
обработку информации вблизи датчиков и исполнительных уст-
ройств, устанавливаемых па технологическом объекте.
Распределенные АСУ ТП обычно состоят из одной централь
ной и нескольких локальных подсистем, т. е. имеют два уровня
иерархии. Локальные подсистемы нацелены на решение задач
контроля, регулирования, управления в пределах технологиче-
ского агрегата или установки, а также на обмен информацией
с другими локальными подсистемами и центральной подсисте-
мой. Локальные подсистемы реализованы на микро-ЭВМ. Цент
ральная подсистема решает задачи оптимизации, оперативного
управления и другие, в аварийных ситуациях она обеспечивает
реконфигурацию системы, т. е. перераспределяет функции меж-
ду локальными подсистемами при выходе из строя одной из них.
Центральная подсистема содержит мини-ЭВМ и централь-
ный пульт управления. В распределенных АСУ ТП наиболее
интенсивный обмен информацией происходит внутри локальных1
подсистем. Это значительно сокращает потоки информации по
вертикали, снижает загрузку мини ЭВМ и повышает надеж-
ность всей системы. Для организации обмена информацией в
распределенной АСУ ТП используются в основном магистраль-
ная или кольцевая структуры, позволяющие легко обеспечить
передачу коротких сообщений.
В качестве базовой на уровне локальных подсистем во мно-
гих АСУ ТП приняты микро-ЭВМ «Электроника-60». Микро-
ЭВМ «Электроника-60» — это 16-разрядная микро-ЭВМ, пост-
роенная по модульному принципу. Ее конфигурация определя-
ется пользователем в зависимости от конкретного применения.
Имеет 64 основные команды, различные способы адресации,
восемь регистров общего назначения, стековую память, полу-
проводниковую ОЗУ емкостью 4 К 16-разрядных слов, быстро
действие 120 тыс. операций в секунду. В качестве ЭВМ цент-
ральной подсистемы часто используется ЭВМ семейства малых
машин СМ-4, совместимая с микро-ЭВМ «Электроника—60».
192
Рис. 4.21. Схема обработки тех-
нологической информации с ис-
пользованием микро-ЭВМ
В заключение рассмотрим схему обработки технологической
информации с использованием микро-ЭВМ (рис. 4.21). Информа-
ция о протекании технологического процесса воспринимается
разнообразными измерительными преобразователями ИП, в слу-
чае необходимости она преобразуется в унифицированный элек-
трический сигнал. Для согласования ИИ с микро-ЭВМ предназ-
начен интерфейс, преобразующий сигналы в форму, удобную
для обработки на микро-ЭВМ. Микро-ЭВМ обрабатывает по-
ступающую на нее информацию в соответствии с заложенной в
нее программой в реальном масштабе времени. Выходные сиг-
налы микро-ЭВМ через схемы интерфейса поступают на испол-
нительные устройства ИУ, через которые командная информация
вводится в технологический процесс.
ГЛАВА 5
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ПРИБОРАМ
И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМ
ТЕМПЕРАТУРЫ, ДАВЛЕНИЯ, УРОВНЯ И РАСХОДА
5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В этой главе приведены лабораторные работы по измеритель-
ным устройствам основных величин, определяющих протекание
химико-технологических процессов — температуры, давления,
уровня, расхода. Отдельные лабораторные работы посвящены
поверке приборов и их градуировке.
Поверка измерительных приборов производится периодиче-
ски для определения погрешностей измерения и поправок к по-
казаниям приборов. Для этого сопоставляются показания пове-
ряемых и образцовых приборов, причем показания последних
принимают за истинные значения измеряемых величин. В качест-
ве образцового выбирают такой прибор, класс точности которо-
го в 3—4 раза выше класса точности поверяемого прибора. По-
верку производят при прямом (при повышении параметра) и
обратном (при понижении параметра) ходах стрелки поверяе-
13—1392
193
Таблица 5.1 Результаты градуировки (название измерительного прибора
или комплекта приборов)
Действительное значение
величины..........
Показания по шкале вторичного
прибора .............
Прямой'ход
обратный ход
мого прибора на всех его оцифрованных отметках, одновремен-
но определяя показания образцового прибора. По полученным
данным вычисляют абсолютную и приведенную относительную
||Ырештл1И. Поверяемый прибор нрШоден к последующей экс-
плуатации, если вычисленные погрешности не превышают зна-
чения допустимой основной приведенной относительной погреш-
ности.
Градуировка измерительных приборов выполняется в тех
случаях, когда шкала прибора построена в безразмерных или
относительных единицах, или неизвестны значения делений
шкалы прибора в единицах измеряемой величины. При градуи-
ровке делениям шкалы прибора придают значения, выраженные
в установленных единицах измерения. Выполняя градуировку,
экспериментально находят зависимость значений измеряемой
величины от числа делений на шкале прибора или от некото-
рой косвенной величины. Обычно эту зависимость выражают
в виде градуировочных таблиц или графически в системе пря-
моугольных координат: по оси абсцисс откладывают деления
по шкале прибора или косвенную величину, а по оси ординат —
действительные значения измеряемой величины в соответствую-
щих единицах. Для градуировки технических измерительных
приборов применяют образцовые приборы.
После нахождения первой точки по шкале прибора работу
повторяют еще для пяти—шести отметок шкалы при прямом и
обратном ходах. Затем при градуировке измерительного уст-
ройства строят соответствующий градуировочный график, а при
Таблица 5.2. Результаты поверки (название измерительного прибора
или комплекта приборов)
Показания Погрешности
образцового прибора, поверяемого прибора. ..... абсолютные, приведенные отно- сительные, ,%
прямой ход обратный ход прямой ход обратный ход прямой ход обратный ход
194
поверке вычисляют абсолютные и приведенные относительные
погрешности.
Результаты градуировки и поверки приборов целесообразно
заносить в таблицы (табл. 5.1 и 5.2).
При выполнении лабораторных работ следует:
1) ознакомиться с принципом действия и конструкцией со-
ответствующих измерительных устройств;
2) выполнить операции, указанные в разделе «порядок вы-
полнения работы»;
3) выполнить необходимые вычисления;
4) составить отчет о проведенной работе.
5.2. ПОВЕРКА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
В КОМПЛЕКТЕ С ВТОРИЧНЫМ ПРИБОРОМ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройст-
вом ТЭП в комплекте с вторичным прибором. Провести повер-
ку комплекта приборов для измерения температуры, градуиров-
ку хромель-копелевого ТЭП и поверку автоматического потен-
циометра.
Описание установки и методика проведения работы. Монтаж-
ная схема и приборы, предназначенные для поверки ТЭП и его
элементов, приведены на рис. 5.1. Установка состоит из термо-
комплекта, включающего автоматический потенциометр КСПЧ 3
Рис. 5.1. Установка для поверки термоэлектрического преобразователя и его
элементов:
/ — стабилизатор напряжения: 2— лабораторный автотрансформатор; 3— автоматический
потенциометр; 4— источник регулируемого напряжения ИРН; 5 — лабораторный перенос-
ный потенциометр; 6 — сосуд Дьюара; 1, 8— образцовые ртутные термометры; 9— ТЭП;
10— электрическая печь; 11— вентилятор; /7Ь /72 — переключатели
13*
195
со шкалой 0—300°C (градуировка ХК) и хромель-копелевого
ТЭП 9, источника регулируемого напряжения ИРН 4, лабора-
торного переносного потенциометра 5, сосуда Дьюара 6, стаби-
лизатора напряжения 1, лабораторного автотрансформатора
РНШ 2, электропечи 10, образцовых ртутных термометров 7, 8
и переключателей /7Ь П2.
Нагревательным элементом установки является электропечь
10, выполненная из керамической трубки и спирали, включае-
мая в сеть напряжением 220 В. Внутри электропечи, находится
медный блок, предназначенный для выравнивания ее темпера-
турного поля, с гнездами для ТЭП и ртутного термометра. Для
снижения инерционности медный блок обдувается воздушным
потоком, создаваемым вентилятором 11. Печь 10 рассчитана на
температуру не выше 300°C, поэтому в качестве образцового
прибора в данной работе используется ртутный термометр 8.
Для поддержания температуры в печи на заданном уровне ис-
пользуется автотрансформатор РНШ 2, питаемый от стабили-
затора напряжения /.
Лабораторный переносной потенциометр 5 служит для изме-
рения ТЭДС, которую развивает градуируемый ТЭП, соединен-
ный с ним медными проводами. При этом свободные спаи ТЭП
погружают в пробирки с вазелиновым маслом, которые, в свою
очередь, опускают в сосуд Дьюара 6 с тающим льдом. Сосуд
Дьюара предназначен для поддержания свободных спаев гра-
дуируемого ТЭП при 0 °C, чтобы избежать погрешности изме-
рения, связанной с изменением температуры свободных спаев.
Источник регулируемого напряжения ИРН 4 служит для пода-
чи и плавного изменения напряжения постоянного тока в пре-
делах 5—100 мВ.
Схема установки позволяет при соответствующем изменении
положения переключателей /71 и П2 производить: градуировку
ТЭП, поверку автоматического потенциометра, поверку ТЭП в
комплекте с автоматическим потенциометром.
А. Градуировка хромель-копелевого ТЭП. В данном случае
используются: электропечь с помещенным в ней ТЭП и ртутным
термометром, лабораторный переносный потенциометр и сосуд
Дьюара (переключатель П\ на рис. 5.1 в положении б, переклю-
чатель /72 разомкнут). ТЭП градуируется по образцовому ртут-
ному термометру 8, показания которого принимаются за дейст
вительные значения температуры в печи. Градуировка выпол-
няется при 50, 100, 150, 200, 250 и 300°С, устанавливаемых по-
очередно в печи поворотом ручки автотрансформатора РНШ 2,
подачей различного напряжения.
Момент снятия показаний определяется визуально по ртут-
ному термометру. Показания фиксируются через 5 мин после
того, как прекратится изменение показаний ртутного термо-
метра.
196
Полученные результаты измерений записывают в табл. 5.1
и наносят на график, по оси ординат которого откладывают
значения ТЭДС градуируемого ТЭП, определяемые по показа-
ниям лабораторного переносного потенциометра 5 (в мВ), а по
оси абсцисс — действительные значения температуры в печи,
определяемые по показаниям ртутного термометра (в °C).
При измерениях необходимо постоянно следить за показа-
ниями ртутного термометра, погруженного в сосуд Дьюара, где
находятся свободные спаи поверяемого ТЭП. Термометр в со-
суде Дьюара в течение всей работы должен показывать О’°С
(температура тающего льда). В противном случае в показания
лабораторного потенциометра 5 следует вводить поправку на
температуру свободных спаев ТЭП по уравнению (1.1).
Б. Поверка автоматического потенциометра К.СП4 произво-
дится источником ИРН и лабораторным переносным потенцио-
метром; переключатели на рис. 5.1 находятся в положениях:
/7| — разомкнут; Д2— в положениях а или б в зависимости от
включения соответственно потенциометра КСП4 либо лабора-
торного.
Поверка показаний шкалы автоматического потенциометра
производится сравнением его показаний с показаниями лабора-
торного переносного потенциометра. Напряжение для измерения
подводится к обоим потенциометрам от источника ИРН, позво-
ляющего подавать в потенциометр напряжение того же поряд-
ка, что и величина ТЭДС, развиваемая действующими ТЭП.
Основную погрешность поверяют на всех оцифрованных отмет-
ках шкалы поверяемого прибора при прямом и обратном ходах.
Предварительно ртутным термометром измеряют температуру
свободных спаев ТЭП и определяют по градуировочной таблице
значения ТЭДС, соответствующие поверяемым отметкам шкалы
потенциометра при температуре свободных спаев О °C и с уче-
том их действительной температуры. Последние значения ТЭДС
получают вычитанием величины ТЭДС, соответствующей темпе-
ратуре свободных спаев ТЭП (температура резистора /?к). из
значения ТЭДС, отвечающего поверяемой отметке шкалы. По-
лученные данные заносят в табл. 5.2, и по ним рассчитывают
значения абсолютных и относительных погрешностей прибора.
В. Поверка ТЭП в комплекте с автоматическим потенцио-
метром. При поверке используются: электропечь, хромель-копе-
левый ТЭП, автоматический потенциометр КСП4 и ртутный
термометр (переключатель П\ на рис. 5.1 в положении а, пере-
ключатель П2 — разомкнут).
Поверка производится при температурах 50, 100, 150, 200,
250 и 300°C, устанавливаемых поочередно в электрической печи
поворотом ручки автотрансформатора РНШ 2 подачей соответ-
ствующего напряжения. Показания ртутного термометра при-
нимаются -за действительные значения температуры в электри-
197
ческой печи. Поверка выполняется при прямом и обратном хо-
дах.
Момент снятия показаний определяется визуально по ртут-
ному термометру. Показания снимаются через 5 мин после пре-
кращения изменения показаний ртутного термометра.
Полученные результаты заносят в табл. 5.2 и по ним рас-
считывают погрешности измерительного комплекта.
Порядок выполнения работы. А. Градуировка ТЭП. Необходимо
1) переключателями /7, и П2 включить приборы, требуемые для гра-
дуировки ТЭП;
2) наблюдая за изменением температуры по показаниям ртутного тер-
мометра, зафиксировать момент, когда температура в печи достигнет задан-
ного значения; после необходимой выдержки занести полученную величину
ь i аол. 5.1,
3) одновременно со снятием показания ртутного термометра измерить
ТЭДС градуируемого ТЭП лабораторным переносным потенциометром;
4) работу по пп. 2) и 3) повторить, после того, как в печи установится
температура: 100, 150, 200, 250 и 300 °C;
5) по данным табл. 5.1 построить градуировочный график ТЭП.
Б. Поверка автоматического потенциометра
1) переключателями П} и П2 включить приборы, необходимые для этой
поверки;
2) измерить ртутным термометром температуру свободных спаев ТЭП
и вычислить значения показаний образцового потенциометра в °C, соответ-
ствующие поверяемым отметкам шкалы с учетом действительной темпера-
туры свободных спаев ТЭП. Записать полученные данные в табл. 5.2;
3) постепенно увеличивая напряжение, подаваемое с ИРН на зажимы
образцового потенциометра, установить на движках его реохордов значение
ЭДС, соответствующее вычисленному значению температуры с учетом дейст-
вительной температуры свободных спаев ТЭП для первой поверяемой от-
метки. Произвести отсчет показаний образцового и после изменения положе-
ния переключателя П2 поверяемого потенциометров; записать полученные
данные в табл. 5.2;
4) повторить работу по п. 3) при прямом ходе стрелки поверяемого по-
тенциометра на остальных оцифрованных отметках шкалы, достигнув макси-
мального значения и при обратном ходе.
В. Поверка ТЭП,в комплекте с автоматическим потенциометром-.
1) переключателями П\ и П2 включить приборы, необходимые для ука-
занной поверки;
2) установить ручку лабораторного автотрансформатора в положение,
соответствующее температуре в печи 50 °C. Наблюдать по показаниям ртут-
ного термометра за изменением температуры в электрической печи до тех
пор, пока эта температура не достигнет заданного значения. Затем снять
показания образцового ртутного термометра с выдержкой в течение 5 мин
и полученную величину занести в табл. 5.2;
3) одновременно со снятием показания ртутного термометра измерить
температуру в электрической печи ТЭП, работающим в комплекте с автома-
тическим потенциометром;
4) работу по пп. 2) и 3) повторить при прямом и обратном ходе.
5.3. ПОВЕРКА ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
В КОМПЛЕКТЕ С АВТОМАТИЧЕСКИМ УРАВНОВЕШЕННЫМ МОСТОМ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройст-
вом электрических ТС и вторичным прибором — автоматическим
уравновешенным мостом К.СМ4, предназначенным для измере-
198
Рис. 5.2. Установка для поверки ТС и автоматического уравновешенного
моста:
1 — лабораторный переносной потенциометр; 2 — источник регулируемого напряжении
ИРН; 3—миллиамперметр; 4 — образцовый магазин сопротивления; 5 — автоматический
мост;’ 6 — стабилизатор напряжения; 7 — лабораторный автотрансформатор; S — барбо-
тер; 9—нагреватель; 10 — ТС 11 — образцовый ртутный термометр; 12 водяная ба-
ня; 13 — вентиль; /7Ь Да и /7з — переключатели
ния величины электрического сопротивления ТС. Провести по-
верку комплекта приборов для измерения температуры, градуи-
ровку ТС и поверку автоматического уравновешенного моста.
Описание установки и методика проведения работы. При
проверке автоматического уравновешенного моста и ТС в ком
плекте с мостом, а также градуировке ТС используют схему,
приведенную на рис. 5.2.
Температуру в водяной бане 12 поддерживают на заданном
уровне подачей соответствующего напряжения на нагреватель
9. Это осуществляется перемещением в необходимое положение
ручки лабораторного автотрансформатора РНШ 7, питаемого
от стабилизатора напряжения 6. За действительное значение
температуры воды в бане принимают показания образцового
ртутного термометра 11.
Схема установки позволяет при соответствующем изменении
положения указанных переключателей произвести: градуировку
ТС; поверку автоматического уравновешенного моста; поверку
ТС в комплекте с автоматическим уравновешенным мостом.
А. Градуировка ТС. При градуировке ТС используют потен
циометрический метод измерения величины сопротивления ТС
Переключатель П2 включают, /73 отключают. Тогда в цепь
источника регулируемого напряжения 2 последовательно будут
199
включены: образцовое сопротивление /?м=100 Ом, ТС Rt 10 и
контрольный миллиамперметр 3. При помощи переключателя
/71 к переносному потенциометру 1 можно поочередно присое-
динять ТС Rt или образцовое сопротивление RN. Ток в цепи,
контролируемый миллиамперметром <3, поддерживается посто-
янным, не превышающим 5 мА.
Установив в водяной бане 12 необходимую температуру,
потенциометром 1 измеряют разности потенциалов при неиз-
менной силе тока / в цепи:
на образцовом сопротивлении UN = IRN;
на ТС Ut Ut=IRt.
Величину сопротивления рассчитывают по уравнению
RtS=(Ut/UN)RN. (5.1)
Градуировку ТС выполняют при температурах 0; 20; 40; 60;
80 и 100°С. Для градуировки при 0°С ТС помещают в термо-
стат с тающим льдом. Для градуировки его при других темпе-
ратурах используют водяную баню 12. Момент снятия показа-
ний определяется визуально по ртутному термометру И через
5 мин после того, как установятся его показания.
Полученные данные заносят в табл. 5.1 и наносят на график,
по оси абсцисс которого откладывают действительные значения
температуры в водяной бане 12, определяемые по показаниям
ртутного термометра в °C, а по оси ординат — величины сопро-
тивлений ТС Rt, находимые по уравнению (5.1).
Б. Поверка автоматического уравновешенного моста КСМ4.
При поверке моста к нему переключателем П3 присоединяют
образцовый магазин сопротивления 4 с интервалом изменения
сопротивления 0,01 Ом, имитирующий ТС.
Основную приведенную погрешность показаний моста КСМ4
определяют сравнением его показаний с показаниями магазина
сопротивлений, выраженных в °C, используя для этого градуи-
ровочную таблицу.
Показания моста КСМ4 и магазина сопротивлений сравни-
ваются на всех оцифрованных отметках шкалы моста сначала
при прямом, а затем при обратном ходе его стрелки. Получен-
ные данные заносят в табл. 5.2 и по ним рассчитывают значения
абсолютных и относительных погрешностей прибора.
В. Поверка ТС в комплекте с автоматическим уравновешен-
ным мостом RCM4. При поверке ТС в комплекте с равновесным
мостом последний переключателем П3 соединяют с ТС 10, на-
ходящимся в водяной бане 12, температуру которой можно из-
менять. Переключатели /7| и П2 должны быть отключены. По-
верка измерительного комплекта производится сравнением по-
казаний моста КСМ4 с показаниями ртутного термометра 11,
также расположенного в водяной бане. Показания ртутного
термометра принимают за действительные значения температу-
ры воды в бане. Поверку показаний моста выполняют на всех
оцифрованных отметках шкалы прибора при прямом и обрат-
ном ходе. Чтобы изменить температуру воды в бане 12, изменя-
ют положение ручки автотрансформатора РНШ 7.
Полученные результаты заносят в табл. 5.2 и по ним рас-
считывают погрешности измерительного комплекта.
Порядок выполнения работы. А. Градуировка ТС. Для этого необходимо:
1) включить переключатель /72, отключить переключатель 773, поместить
термометр в термостат с тающим льдом н после выдержки в течение 5 мнн
измерить лабораторным потенциометром 1, включаемым при помощи пере-
ключателя П,. разности потенциалов на образцовом сопротивлении /?л и на
ТС Ri при 0сС. Рассчитать величину сопротивления Rt по уравнению (5.1)
и результаты занести в табл. 5.1;
°) поместить тс в чотяную баню и последовательно устанавливая руч-
кой автотрансформатор РНШ 7 значения температур воды в бане, указан-
ные в методике проведения работы, повторить действия по п. 1).
Б. Поверка автоматического уравновешенного моста КС МТ:
1) включить переключателем П3 магазин сопротивлений, необходимый
для поверки моста. Переключатели П{ н П2 отключить;
2) постепенно изменяя величину сопротивления магазина сопротивлений,
провести поверку всех оцифрованных отметок шкалы моста КСМ4 при пря-
мом и обратном ходе.
В. Поверка ТС в комплекте с автоматическим уравновешенным мостом:
1) присоединить переключателем П3 к мосту ТС, находящийся в водяной
бане.;
2) установить ручкой автотрансформатора РНШ 7 температуру воды в
бане соответственно первой поверяемой отметке шкалы моста КСМ4;
3) после достижения в водяной бане постоянной температуры и 5-минут-
ней выдержки снять показания ртутного термометра и моста К.СМ4. За-
нести полученные данные в табл. 5.2. Повторить работу на других отметках
шкалы.
5.4. ПОВЕРКА ДЕФОРМАЦИОННЫХ МАНОМЕТРОВ
И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАВЛЕНИЯ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструк-
цией деформационных и грузопоршневого манометров. Выпол-
нить поверку манометра с одновитковой трубчатой пружиной,
а также преобразователя датчика давления МС-П1 системы
ГСП в комплекте с вторичным прибором.
Описание установки и методика проведения работы. Повер-
ка пружинных манометров производится сравнением показаний
поверяемого прибора с действительным давлением, измеряемым
образцовыми пружинными, поршневыми или другими маномет-
рами. Применение того или иного образцового манометра за-
висит от предела измерения поверяемого прибора. При этом
допустимая погрешность образцового манометра должна быть,
по крайней мере, в четыре раза меньше допустимой погрешно-
сти поверяемого прибора.
Приборы необходимо поверять в том положении, в котором
они находятся в рабочем состоянии. Давление, передаваемое на
201
поверяемый и образцовый приборы в соответствии с их преде-
лами измерения, создают обычно прессом, грузопоршневым ма-
нометром, сжатым воздухом или столбом жидкости. Ниже при-
ведены примеры поверки различных манометров.
А. Поверка манометра с одновитковой трубчатой пружиной.
Для поверки технических манометров с одновитковой трубчатой
пружиной обычно применяют грузопоршневой манометр.
При поверке манометров с пределами шкалы до 2,5 МПа их
присоединяют (см. рис. 1.13) к штуцерам 3 или 10. Игольчатые
вентили 2, 9, 11 открывают и на тарелку поршня помешают
грузы в количестве, соответствующем первой поверяемой отмет-
ке шкалы манометра. При этом, вращая маховик пресса /, под-
держивают глубину погпужения порч"4« r пределах 0,5 0,7
его длины. Для поверки последующих отметок шкалы добавля-
ют соответствующее количество грузов и снова отсчитывают
показания. Комплект грузов, прилагаемых к прибору, обычно
состоит из 24 грузов весом по 9,8 Н () кгс) каждый и одного
груза весом 4,9 Н (0,5 кгс).
При поверке манометров с пределами шкалы 2,5—25 МПа
сообщение пресса с внутренней полостью цилиндра 8 перекры-
вают вентилем 9, а к одному из штуцеров 3 или 10 присоеди-
няют соответствующий пружинный образовый манометр. Необ-
ходимое давление при этом создается вращением маховика
пресса /.
Закончив поверку при возрастающем давлении, выдержива-
ют поверяемый прибор под давлением на предельной отметке
его шкалы в течение 5 мин. Затем выполняют аналогичные из-
мерения при обратном ходе, т. е. с постепенным понижением
давления, снимая последовательно грузы с тарелки поршня.
Погрешности показаний поверяемого манометра с одновит-
ковой трубчатой пружиной определяют сравнением его показа-
ний с показаниями образцового поршневого манометра, прини-
маемыми за действительные значения измеряемой величины.
Поверка производится не менее чем в пяти отметках, распреде-
ленных равномерно в пределах шкалы- поверяемого манометра.
Полученные экспериментальные данные заносят в табл. 5.2
и по ним рассчитывают абсолютные и приведенные относитель-
ные погрешности прибора.
Б. Поверка датчика давления МС-П1 в комплекте с вторич-
ным прибором. Эта поверка выполняется па установке, схема
которой показана на рис. 5.3. Сжатый воздух из линии питания
через фильтр / и редуктор 2 одновременно направляется к по-
веряемому датчику давления 5 и к образцовому манометру 3
с одновитковой трубчатой пружиной. Для подачи давления пи-
тания в датчик предусмотрены редуктор 7 и технический мано-
метр 6. В качестве вторичного прибора 4 в работе использован
пневматический прибор ПВ.1.3.
202
Рис. 5.3. Установка для поверки
датчика давления МС П1 в комп-
лекте с вторичным прибором
Поверка датчика давле-
ния МС-П1 в комплекте с
вторичным прибором выпол-
няется аналогично поверке
манометра с одновитковой
трубчатой пружиной. Для изменения измеряемого давления ис-
пользуется редуктор 2; показания датчика давления в комплекте
с вторичным прибором сравниваются с показаниями образцового
манометра 3, принимаемыми за дейс^витечьиые значения изме-
ряемой величины. Измеряемое давление ^изм (кгс/см2) определяе-
мое датчиком давления МС-П1, рассчитывают по уравнению
Ризм — (Ршах/®>(^вых — 0,2) t
(5.2)
где Ртах — верхний предел измерения датчика МС-П1; Рвык —
давление сжатого воздуха на выходе датчика, фиксируемое
вторичным прибором.
Полученные данные заносят в табл. 5.2, и рассчитывают по-
грешности прибора.
Порядок выполнения работы. А. Поверка манометра с одновитковой
трубчатой пружиной:
1) подготовить к работе установку;
а) установить по уровню образцовый грузопоршневой манометр и убе-
диться в наличии минерального масла в нем;
б) закрыть вентили 2 и 11 (см. рис. 1.13), отключающие пружинные
манометры, и проверить плотность закрытия спускного вентиля 12; открыть
вентиль 9 и маховиком 1 установить поршень 5 в среднее положение;
в) установить в один из штуцеров корпуса образцового поршневого ма-
нометра поверяемый манометр с одновитковой трубчатой пружиной и вклю-
чить его на поверку вентилем 2 или 11;
2) положить на тарелку поршня грузы в количестве, соответствующем
первой поверяемой отметке шкалы; увеличивая давление маховиком 1, уста-
новить поршень 5 в среднее положение и сообщить ему небольшое враща-
тельное движение;
3) считать показания и полученные данные занести в таблицу 5.2;
4) повторить работу по пп. 2) и 3) при прямом ходе. Выдержать пове-
ряемый прибор на предельной отметке шкалы под давлением в течение 5 мнн
и провести поверку манометра на тех же отметках шкалы при обратном
ходе.
Б. Поверка датчика давления МС-П1 в комплекте со вторичным при-
бором:
1) подать редуктором 2 (см. рис. 5.3) сжатый воздух одновременно к
поверяемому датчику и образцовому манометру. Постепенно повышая давле-
ние, установить стрелку вторичного прибора, работающего в комплекте с
поверяемым датчиком давления, на первую оцифрованную отметку шкалы
вторичного прибора;
2) выполнить остальные работы так же, как и в случае поверки мано-
метра с одновитковой трубчатой пружиной.
203
5.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ МЕМБРАННЫМ
ДИФМАНОМЕТРОМ В КОМПЛЕКТЕ С ВТОРИЧНЫМ ПРИБОРОМ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конст-
рукцией пневматического мембранного дифманометра ДМ-П1,
работающего в "комплекте с вторичным прибором ПВ1.3. Вы-
полнить поверку измерительного комплекта и приобрести на-
выки в определении перепада давления указанными приборами.
Описание установки и методика проведения работы. Схема
установки для поверки пневматического мембранного дифмано-
метра ДМ-П1 в комплекте с вторичным прибором Г1В1.3 и оп-
ределения перепада давления в аппарате указанными прибора-
ми приведена на рис. 5.4.
Воздух центробежным вентилятором 1 подается в вертикаль-
ный цилиндрический аппарат 3 с решеткой 4, создающей пере-
пад давления. Для измерения последнего к аппарату (над ре-
шеткой и под ней) импульсными трубками присоединены парал-
лельно жидкостный дифманометр 9 с наклонной трубкой
ТНЖ-Н со шкалой 0—40 мм вод. ст. (0—400 Па) и мембран-
ный дифманометр ДМ-П1 8 на те же пределы измерения, также
выраженные в мм вод. ст. Дифманометр ДМ-П1 работает в
комплекте с вторичным прибором ПВ1.3 7. Измерение расхода
воздуха, поступающего в аппарат, и следовательно, перепада
давления по обе стороны решетки осуществляется изменением
степени открытия вентиля 5. Расход воздуха измеряется рота-
метром 2. Давление питания сжатого воздуха, подаваемого в
дифманометр ДМ-П1, устанавливается редуктором 6.
Рис. 5.4. Установка для определения перепада давления и поверки дифмано-
метра ДМ-П1 в комплекте с вторичным прибором ПВ1.3.
204
Таблица 5.3. Результаты определения перепадов давления
на решетках аппарата
№ решетки Расход воздуха, м3/ч Показания вторичного прибора
% мм вод. ст.
1
2
3
А. Поверка мембранного дифманометра в комплекте с вто-
ричным прибором. Поверка дифманометра ДМ-П1 и вторичного
прибора ПВ1.3, выполняемая с целью нахождения погрешности
измерительного комплекта, производится сравнением показаний
поверяемого дифманометра с показаниями жидкостного диф-
манометра с наклонной трубкой. Показания жидкостного диф-
манометра принимаются за действительные значения измеряе-
мого перепада давления Лд.
Показания вторичного прибора ПВ1.3 в процентах его шка-
лы могут быть выражены в мм вод. ст.
А — 100,
(5.3)
где Л — показания вторичного прибора ПВ1.3, мм вод. ст.;
Лтах—максимальный перепад, измеряемый мембранным диф-
манометром ДМ-П1 (указан на маркировочной таблице); а —
показания по шкале вторичного прибора, %.
Различные перепады давления, измеряемые дифманометром
ДМ-П1 создаются изменением расхода воздуха, продуваемого
через решетку, к которой присоединены импульсные трубки
дифманометра.
Поверке подлежат следующие отметки шкалы вторичного
прибора ПВ1.3; 0, 20, 40,.. ., 100% как при повышении пере-
пада давления, так и при его понижении (при прямом и обрат-
ном ходе). Результаты поверки дифманометра с вторичным
прибором заносят в табл. 5.2 и вычисляют абсолютные и отно-
сительные погрешности.
Б. Определение перепада давления мембранным дифмано-
метром в комплекте с вторичным прибором. Перепад давления
определяют на нескольких различных решетках, устанавливае-
мых поочередно в аппарате, для трех расходов воздуха, пода-
ваемого через пего. Необходимый расход воздуха устанавлива-
ют изменением степени открытия проходного сечения вентиля 5
и отсчитывают по ротаметру 2.
Показания вторичного прибора снимают через некоторое
время после включения вентилятора, когда стрелка прибора
останавливается на определенном делении его шкалы. Резуль-
таты испытаний заносят в табл. 5.3.
205
Порядок выполнения работы. А. Поверка мембранного дифманометра а
комплекте с вторичным прибором:
1) по равенству (5.3) вычислить расчетные значения перепадов давле-
ния h в мм вод ст. для шести отметок шкалы вторичного прибора, указан-
ных в методике, и занести нх в табл. 5.2;
2) через запорные вентили присоединить к аппарату поверяемый мем-
бранный и образцовый жидкостный дифманометры;
3) через редуктор 6 (см. рис. 5.4) подать в линию питания дифманомет-
ра ДМ-П1 сжатый воздух давлением 0,14 МПа;
4) включить центробежный вентилятор / и, изменяя степень открытия
проходного сечения вентиля 5, создать на решетке аппарата перепад давле-
ния. соответствующий первой поверяемой отметке по шкале вторичного при-
бора (20%);
5) снять показания жидкостного манометра и занести их в табл. 5.2.
Аналогичным образом осуществить поверку других заданных отметок шкалы
вторичного прибопа сначала ппи прямом ” затем при обратном ходе его
стрелки;
6) построить график зависимости перепадов давления, измеряемого
мембранным дифманометром, от показаний вторичного прибора.
Б. Определение перепада давления мембранным дифманометром в
комплекте с вторичным прибором:
1) отключить от аппарата жидкостный дифманометр запорными венти-
лями;
2) установить в аппарате решетку № 1;
3) включить центробежный вентилятор / и вентилем 5 установить по
ротаметру 2 заданный расход воздуха. Снять полученное показание с вто-
ричного прибора и занести его в табл. 5.3 Устанавливая другие значения
расхода воздуха, записать показания вторичного прибора также в табл. 5.3;
4) по графику, построенному ранее, определить перепады давления на
решетке № 1, выраженные в мм вод. ст. для разных расходов воздуха. По-
лученные данные также занести в табл. 5 3 Работу по пп. 1)—3) повторить
для тех же значений расходов воздуха с остальными решетками.
5.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ
УРОВНЕМЕРОМ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия, устройством
гидростатического дифманометрического уровнемера и методи-
кой определения уровня этим прибором. Выполнить поверку
измерительного комплекта.
Описание установки и методика проведения работы. Схема
установки для определения уровня жидкости и нахождения по-
грешности измерения гидростатического дифманометрического
уровнемера приведена на рис. 5.5.
В аппарат 1, уровень в котором измеряется, жидкость по-
дается по впускному трубопроводу с вентилем 3. Из аппарата
жидкость вытекает по сливной трубе с вентилем 6. При опре-
деленном положении вентилей 3 и 6 уровень жидкости Н в
аппарате 1 может поддерживаться на заданном значении или
изменяться. С нижней частью аппарата соединена одна им-
пульсная трубка мембранного дифманометра 5, и через нее в
в дифманометр подводится большее давление. Другая импульс-
ная трубка, по которой в дифманометр 5 подводится меньшее
206
3
Рис. 5.5. Установка для определения уровня гидростатическим уравномером
и погрешности измерения
давление, соединена с уравнительным сосудом 4, заполненным
затворной жидкостью с постоянным уровнем. Дифференциаль-
но-трансформаторные катушки дифманометра 5 и вторичного
прибора КСДЗ 7 соединены между собой проводами линий
связи.
Изменение уровня жидкости в аппарате 1 вызывает изме-
нение перепада давления в дифманометре 5, что приводит к
перемещению сердечника в катушке датчика и соответствую-
щему отклонению пера и стрелки вторичного прибора КСДЗ 7,
шкала которого отградуирована в единицах уровня. Одновре-
менно уровень жидкости в аппарате 1 можно определить по
показаниям уровнемерного стекла 2, соединенного с аппаратом.
При проведении работы в аппарате 1 вентилями 3 и 6 уста-
навливают различные уровни жидкости, которые измеряют гид-
ростатическим уровнемером и фиксируют по шкале вторичного
прибора КСДЗ; одновременно уровень определяют по уровне-
мерному стеклу 2, показания которого принимают за действи-
тельные значения измеряемой величины. Измерения проводят
в пяти—шести точках с постоянным интервалом как при повы-
шении уровня жидкости в аппарате /, так и при его понижении
(при прямом и обратном ходах). Полученные данные заносят
В табл. 5.2 и по ним рассчитывают погрешности прибора.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
I) установить в аппарате 1 вентилями 3 и 6 (см. рис. 5.5) уровень жид-
кости, соответствующий первой поверяемой отметке по шкале уровнемера
207
КСДЗ, и одновременно определить действительное значение уровня по уров-
немерному стеклу 2. Записать полученные данные в табл. 5.2;
2) повторить работу при прямом и обратном ходе стрелки уровнемера.
5.7. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА МЕТОДОМ ПЕРЕМЕННОГО
ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
Цель работы. Изучить способ измерения расхода методом пе-
ременного перепада давления. Ознакомиться с комплектом при-
боров, применяемых для измерения расхода этим методом,
и приобрести необходимые навыки при работе с ними. Выпол-
нить тарировку диафрагмы и поверку дифманометра-расходо-
мера.
Описание установки и методика проведем.... Слс. Ми
установки для проведения эксперимента показана на рис. 5.6.
Вода из мерного бака 4 свободно сливается в бак 5 через
отверстие, которое может перекрываться запорным устройст-
вом 2 с ручным приводом. Из сливного бака 5 вода центробеж-
ным насосом 12 подается, в зависимости от положения гибкого
шланга <?, в бак 5 или в мерный бак 4. Количество воды в мер-
ном баке 4 определяется по показаниям уровнемерного стекла 1.
Расход воды, протекающей по нагнетательному трубопрово-
ду с внутренним диаметром D варьируется изменением степе-
ни открытия вентиля 11 Этот расход можно определить по
количеству воды, поступающей в мерный бак 4 за известный
Рис. 5.6. Установка для определения расхода жидкости расходомером пере-
менного перепада давления
208
промежуток времени, или по двум расходомерам переменного
перепада давления. Последние состоят из одной нормальной
камерной диафрагмы ДКН-10 8 и двух параллельно соединен-
ных дифманометров: двухтрубного U-образного дифманометра
ДТ-50 7 с ртутным заполнением и мембранного пневматическо-
го компенсационного дифманометра ДМ-П2 9 с максимальным
перепадом h20, выраженным в мм рт. ст. (Па), работающего
в комплекте с вторичным прибором ПВ4.2Э 10.
В данной лабораторной работе расход вещества определяет-
ся расчетом по перепаду давления, возникающему на сужаю-
щем устройстве, а также экспериментально измерением коли-
чества вещества. Кроме того, выполняются тарировка диафраг
мы и поверка дифманометра в комплекте с вторичным
прибором.
А. Определение расхода воды расчетным путем. Расход во-
ды рассчитывают по формуле (1.17), в которой принимается
е=1 и /Q=l. Перепад давления АР (в кгс/м2), определяемый
мембранным дифманометром ДМ-П2, вычисляют по формуле:
ХР t= 0,001 fi20p'pig, (5.3)
где /?2о — разность высот столбов ртути в параллельно вклю-
ченном образцовом U-образном дифманометре при / = 20°С и
заполнении всей системы воздухом, мм; р'рт—плотность ртути
при нормальных условиях, равная 13546 кг/м3; g— ускорение
свободного падения, м/с2.
Подставляя выражение (5.3) в уравнение (1.17), получаем
рабочую формулу объемного (в м’/ч) расхода при определении
его мембранным дифманометром
Fr=0,0461amP2 Д//|20/р. (5.4)
Расход жидкости находят для всех оцифрованных отметок
равномерной 100%-ной шкалы вторичного прибора ПВ4.2Э.
Перепад (в Па или мм рт. ст.) для каждой оцифрованной от-
метки можно рассчитать по уравнению
/l2(l := Л20 ,п)аха/100 > (5.5)
где /?2о. max — максимальный перепад давления, измеряемый
мембранным дифманометром ДМ-П2 (указан на маркировоч-
ной табличке дифманометра); а — результаты показаний по
шкале вторичного прибора, %.
Для определения расхода воды по формуле (5.4) необходи-
мо предварительно вычислить значения h20 для каждой оциф-
рованной отметки вторичного прибора по уравнению (5.5) и
действительное значение коэффициента расхода а по равенству
(1.16). Затем находят действительное значение числа Рейнольд-
са по равенству (1.15).
14—1392
209
Таблица 5.4. Результаты определения расхода жидкости расчетным
и экспериментальным методами
Оцифрован- ные отметки вторичного прибора. п Расчетные данные Экспериментальные данные Погрешно- сти
перепад давления на диафрагме Л-20» Па или мм рт. ст. расход во- ды fp. мЗ/ч объем воды IV, посту- пившей в мерный бак, л время на- полнения т, с расход во- ДЬ' Кд, мЗ/ч абсо- лютные у, мЗ/ч приве- денные Рпр’ " °
Рсдн деветвитечьное значение чиста Рейнблыса Ре превы-
шает значение Remin, найденное по графику (рис, 1.19), то по-
лученное выше значение расхода правильно.
При Re<Remin рассчитанное значение расхода является
приближенным. Для его уточнения по равенству (1.16) опре
деляют действительное значение коэффициента расхода а и по
формуле (5.4) вычисляют истинный расход жидкости.
Б. Экспериментальное определение расхода воды. Правиль-
ность определения расхода воды расчетным путем проверяют
экспериментально на описанной выше установке (см. рис. 5.6).
После включения насоса 12 плавным изменением степени
открытия вентиля 11 добиваются, чтобы стрелка прибора
ПВ4.2Э устанавливалась поочередно на каждой поверяемой
оцифрованной отметке его шкалы. При этом каждый раз опре-
деляют фактический расход воды БД (в м3/ч), проходящей че-
рез сужающее устройство
дд = 3,6Г/т, (5.6)
где W — количество воды, поступившее в мерный бак 4 при
данном расходе за промежуток времени т (вс), л.
Расходы жидкости, вычисленные подстановкой эксперимен-
тальных данных в формулу (5.6), принимают за действительные
значения. Значения расхода воды для каждой оцифрованной от-
метки шкалы вторичного прибора, полученные расчетом, а так-
же в результате эксперимента, заносят в табл. 5.4.
В. Тарировка диафрагмы. Основное уравнение расхода мож-
но представить в виде
РЯ = АУ>1, (5.7)
где Ба — действительный расход, рассчитываемый по уравне-
нию (5.6); /г — разность столбов ртути в U-образном дифмано-
метре при рабочих условиях; А —тарировочный коэффициент,
зависящий от а, пт, р и Re.
Таким образом, если расход жидкости и разность высот
столбов ртути в U-образном дифманометре определить из опы
210
та, то, пользуясь уравнением (5.7), можно найти тарировочный
коэффициент А для различных значений расходов
A^Fn/Vh, (5.8)
Для данной конструкции и размеров сужающего устройства
при неизменных параметрах измеряемой среды и Re>Remin
тарировочный коэффициент является величиной постоянной.
Если же параметры измеряемой среды переменны или расход
измерен в области, где Re<Remin, то коэффициент расхода а —
величина переменная и, следовательно, переменным будет та-
рировочный коэффициент А. В этом случае и в случае нестан-
дартной диафрагмы или при нарушении правил ее установки,
а при неизвесшых диамшре и других параметрах ранее
установленной диафрагмы производят ее тарировку^
Тарировка диафрагмы заключается в экспериментальном
определении зависимости A=f(h) для различных расходов.
Зная эту зависимость, можно для любого значения /г найти
соответствующее значение тарировочного коэффициента Л и по
уравнению (5.7) рассчитать величину расхода F.
Сужающее устройство тарируют на экспериментальной уста-
новке (см. рис. 5.6) при значениях расхода, принятых в преды-
дущем разделе.
Перепад давления (в Па или мм рт. ст.), возникающий на
сужающем устройстве, определяется U-образным дифманомет-
ром ДТ-50 с ртутным заполнением. Соответствие между й2о и
разностью высот столбов ртути h в параллельно соединенном
U-образном дифманометре при рабочих условиях определяют
по равенству
h = ЛгоР'рт/Фр!— Р) (5.9)
где р'рт, рРт—плотность ртути при нормальных и рабочих ус-
ловиях, кг/м3; р — плотность измеряемой среды при рабочих
условиях, кг/м3.
Изменение и измерение расхода жидкости, протекающей че-
рез сужающее устройство, производится так же, как и в преды
дущем разделе.
Полученные значения тарировочного коэффициента А запо
сят в табл. 5.5, затем строят график зависимости A =f(h).
Таблица 5.5. Результаты тарировки диафрагмы
Перепад давле- ния h на диа- фрагме. Па илн мм рт. ст. Экспериментальные данные Тарировочный коэффициент .4
объем воды W, поступившей в мерный бак, л время на- полнения т, с расход воды Гд, м3/ч
14
211
Габлица 5.6. Результаты поверки ДМ-П2 в комплекте
с вторичным прибором
Поверяемые отметки вто- ричного при- бора, % Расчетный перепад давления Показания образцового дифманомет- ра Лд, Па или мм рт. ст. Погрешности
яри нормаль- ных услови- ях hiQ, Па, или мм рт. ст. при рабочих условиях Л, Па или мм рт. ст. абсолютные V. Па или мм рт. ст. приведенные ₽„р. %
Г. Поверка дифманометра в комплекте с вторичным при-
бором Поверк? мембрзннлгп пифмячометпа ЦМ П9 в коммрк-
те с вторичным прибором ПВ4.2Э производится с целью нахож-
дения их погрешности на описанной выше установке.
Изменение перепада давления осуществляется изменением
расхода жидкости, проходящей через диафрагму. Образцовым
дифманометром, показания которого принимаются за действи-
тельные значения измеряемого перепада, служит U-образный
дифманометр ДТ-50 с ртутным заполнением.
Расчетные значения перепада давления h20 для поверяемых
оцифрованных отметок вторичного прибора находят по уравне-
нию (5.5). Соответствие между h20 и разностью высот столбов
ртути h в параллельно присоединенном образцовом U-образном
дифманометре при рабочих условиях определяется по равенст-
ву (5.9).
Поверка производится сравнением показаний образцового
U-образного дифманометра с расчетными показаниями поверя-
емого комплекта приборов h при рабочих условиях, выражен-
ными в Па или мм рт. ст. Поверке подлежат пять равномерно
распределенных по шкале вторичного прибора оцифрованных
отметок (20, 40, 60, 80 и 100% верхнего предела измерения).
Результаты поверки дифманометра в комплекте с вторичным
прибором заносят в табл. 5.6.
Порядок выполнения работы. А. Определение расхода воды расчетным
путем. Для этого необходимо:
1) по равенству (5.5) вычислить перепад давления /г2о (в Па или мм рт.
ст.) для всех оцифрованных отметок вторичного прибора ПВ4.2Э и занести
сто в табл 5 4;
2) получить от преподавателя данные о размерах сужающего устройства
и трубопровода;
3) найти значения величин аИСх. Кш, Кв,
4) по равенству (1.16) определить значение коэффициента расхода а;
5) по уравнению (5.4) вычислить расход жидкости, протекающей через
диафрагму, для всех значений перепадов h2o, соответствующих оцифрован-
ным отметкам вторичного прибора;
6) используя уравнение (1.15) и рнс. 1.19, определить значения чисел
Рейнольдса Re и Remin для всех найденных значений расходов при Re>Remin
найденные выше расходы явчяются действительными и заносятся в табл. 5-4;
212
7) при Re<Re„,in необходимо вычислить действительные расчетные зна
чения расхода по формуле (5.4). предварительно определив по равенств}
(1.16) действительные значения коэффициента а.
Полученные расчетные значения расхода также заносят в табл. 5 4
Б. Экспериментальное определение расхода воды:
I) присоединить к диафрагме мембранный дифманометр ДМ-П2 и диф-
манометр ДТ-50:
2) подать редуктором сжатый воздух давлением 0,14 МПа в линию пи-
тания дифманометра;
3) направить гибкий шланг в бак 5 (см. 5.6) и включить центробежный
насос 12
4) постепенно открывая вентиль 11, установить стрелку вторичного при-
бора на первой поверяемой отметке (20%);
5) гибкий шланг 4 нач['°витч в мерный одновременно отм<чач
время по секундомеру;
6) набрав в мерный бак 4 определенное количество воды (UZ, л) пере-
местить гибкий шланг в сторону сливного бака 5, одновременно замеряя
секундомером время (т. с), в течениг которого в мерный бак 4 набралось
W л воды. Слить воду из мерного бака 4. открыв запорное устройство 2,
и вновь закрыть его;
7) повторить работу но пп 4)—6) при установке стрелки вторичного
прибора поочередно на всех оцифрованных отметках шкалы и полученные
данные занести в табл. 5 4.
8) перекрыть вентили 6 и 11, выключить насос и прекратить подачу
сжатого воздуха в линию питания дифманометра ДМ П2,
9) по формуле (5.6) вычислить действительные значения расхода воды,
проходящей через диафрагму, при установке стрелки вторичного прибора на
всех оцифрованных отметках его шкалы. Полученные значения также за-
нести в табл. 5.4.
8 Тарировка диафрагмы:
1) через запорные вентили присоединить к диафрагме U-образный диф
манометр ДТ-50 и отключить дифманометр ДМ-П2;
2) открыть вентиль 6 и включить центробежный насос 12:
3) плавно открывая проходное сечение вентиля 11, установить на
U-образном дифманометре ДТ 50 наименьшую разность высот столбов рту-
ти h из числа найденных выше;
4) гибкий шланг 3 направить в мерный бак 4, одновременно отмечая
время по секундомеру;
5) набрав в мерный бак определенное количество воды (И7, л), одно-
временно направить гибкий шланг 3 в сливной бак и измерить по секундо-
меру время (т, с), в течение которого в мерный бак набралось W л воды;
слить воду из мерного бака в сливной, открывая запорное устройство и
вновь закрывая его;
6) повторить работу по пп. 3) 5), устанавливая поочередно на U-об-
разном дифманометре различные разности высот столбов ртути /(;
7) перекрыть вентили 6 и 11 и выключить насос;
8) по формуле (5.6) вычислить действительные значения расхода воды,
проходящей через диафрагму, при различных разностях высот столбов рту-
ти й. Записать полученные данные в табл. 5.5;
9) пользуясь равенством (5.8), определить экспериментальные значения
тарировочиых коэффициентов А и также занести их в табл. 5.5. Построить
график зависимости Д = )(й).
213
Г. Поверка дифманометра в комплекте с вторичный прибором:
1) по уравнениям (5 5) и (5.9) определить расчетные значения /г20 и h
поверяемого комплекта приборов для пяти оцифрованных отметок вторично-
го прибора и записать их в табл. 5.6;
2) полностью открыть вентиль 6 (см. рис. 5.6) на всасывающем трубо-
проводе. Через запорные вентили присоединить к диафрагме поверяемый
мембранный дифманометр ДМ-П2 и образцовый U-образный дифманометр
ДТ-50;
3) подать сжатый воздух давлением 0,14 МПа в линию питания дифма-
нометра ДМ-П2. Направить гибкий шланг в сливной бак 5 и включить
центробежный насос 12;
4) создать в измерительном блоке дифманометра перепад давления, со-
ответствующий первой поверяемой отметке по шкале вторичного прибора'
(20%) и. сияв показания образцового прибора полученные данные занести
в табл. 5.6;
5) аналогичным образом поверить все последующие оцифрованные точ-
ки. Полученные результаты также занести в табл. 5.6;
6) перекрыть вентили 6 и 11, выключить центробежный насос и пере-
крыть подачу сжатого воздуха в линию питания дифманометра ДМ-П2.
5.8. ГРАДУИРОВКА ПОПЛАВКОВОГО РАСХОДОМЕРА
ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и методикой
определения расхода методом постоянного перепада давления.
Изучить устройство ротаметра с электрической дистанционной
передачей показаний на расстояние в комплекте с вторич-
ным прибором. Выполнить градуировку измерительного комп-
лекта.
Описание установки и методика проведения работы. Схема
установки, предназначенной для определения расхода методом
постоянного перепада давления ротаметром РЭ с электрической
передачей показаний на вторичный прибор КСДЗ, а также гра-
дуировки указанного комплекта, приведена на рис. 5.7.
Из сливного бака 2 центробежным насосом 9 жидкость по-
дается через ротаметр РЭ 11, являющийся датчиком расхода,
в мерный бак 5, снабженный уровнемерным стеклом 6 и запор-
ным устройством 7. Расход жидкости, перекачиваемой насосом
в мерный бак, можно регулировать вентилями 8 и 10. Гибкий
шланг 4 предназначен для направления жидкости в мерный
бак 5 в момент измерения расхода или в сливной бак 2. Пере-
мещения поплавка ротаметра 11, пропорциональные измеряе-
мому расходу жидкости, по проводам линий связи передаются
вторичному прибору 12, имеющему 100%-ную равномерную
шкалу. Вентили 3 и 1 служат для наполнения (при необходи-
мости) водой сливного бака 2 и последующего ее выпуска из
бака.
214
Рис. 5.7. Установка для определения расхода жидкости расходомером посто-
янного перепада давления и его градуировки
При проведении работы гибкий шланг 4 располагают так,
чтобы жидкость подавалась в сливной бак 2. Вентилем 8 или
10 устанавливают расход, соответствующий первой оцифрован
пой отметке по шкале вторичного прибора. Затем гибким шлан-
гом 4 жидкость направляют в мерный бак 5 и одновременно
включают секундомер. Когда мерный бак будет заполнен до
определенного уровня, отсчитываемого по уровнемерному стек
лу 6, секундомер выключают. Часовой расход F (в л/ч) опре
деляют по формуле
F =36007/4 (5.10
где V — объем жидкости, поданной в мерный бак, л; / — время
наполнения мерного бака, с.
Измерения проводят в пяти—шести точках, расположенных
равномерно по шкале вторичного прибора, и по полученным
данным, которые вносят в табл. 5.7, строят градуировочную
кривую комплекта приборов.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) направить гибкий шланг 4 (см. рис. 5.7) в сливной бак 2 и устано-
вить вентилем 8 или 10 расход воды, соответствующий первой градуируе-
мой отметке по шкале вторичного прибора;
Таблица 5.7. Результаты градуировки рота.четра
Показания но
ш^але прибора, %
Объем V жидкости
В мерном баке, л
Время заполнения
т, с
Действительное
значение расхода,
л ч
215
2) переместить гибкий шланг в мерный бак 5, одновременно включив
секундомер. После заполнения мерного бака жидкостью до определенной
отметки выключить секундомер. Определить объем жидкости, заполнившей
мерный бак, рассчитать расход по формуле (5.10) и записать полученные
данные в табл. 5.7;
3) повторить работу по пп. 2) и 3) еще для четырех — пяти точек, рас-
положенных равномерно по шкале вторичного прибора. Построить градуиро-
вочную кривую.
ГЛАВА 6
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ПРИБОРАМ
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ
6.1. ГРАДУИРОВКА ТЕРМОКОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО
ГАЗОАНАЛИЗАТОРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ГАЗОВОЙ СМЕСИ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструк-
цией термокондуктометрического газоанализатора; выполнить
его градуировку на диоксид углерода.
Описание установки и методика проведения работы. Схема
установки для градуировки термокондуктометрического газо-
анализатора приведена на рис. 6.1. Для удобства работы в сту-
денческой лаборатории газоанализатор градуируется на диоксид
углерода. Анализируемая смесь с различным содержанием СО2
получается смешением сжатого воздуха, отбираемого из линии
питания, и диоксида углерода, подаваемого из баллона 1 в сме-
ситель 2. Необходимое соотношение указанных компонентов
устанавливается вентилями ротаметров 4 и 5. Пройдя смеси-
тель 2 и фильтр 6, анализируемая газовая смесь направляется
к датчику 9\ процентное содержание анализируемого газа опре-
деляется по шкале вторичного прибора — потенциометра 10.
Градуировка термокондуктометрического газоанализатора
заключается в экспериментальном нахождении графической за-
висимости количества делений по шкале его вторичного прибо-
ра от объемного содержания определяемого газа в анализируе-
мой смеси. При этом за действительные содержания СО2 в ана-
лизируемой смеси газов принимаются показания химического
газоанализатора.
Изменение объемного содержания СО2 в анализируемой га-
зовой смеси достигается изменением степени открытия вентиля
ротаметра 5 при постоянном расходе воздуха, устанавливаемом
вентилем ротаметра 4. При градуировке измеряется концентра-
ция углерода в 8—10 газовых смесях с различным содержанием
216
Рис. 6.1. Установка для гра-
дуировки термокондуктомет-
рического газоанализатора:
I — баллон с диоксидом углеро-
да; 2 — смеситель, 3 — редуктор
воздуха; 4, 5 — ротаметры; 6—
фильтр; 7 — маностат; 8 — трех-
ходовой край; 9 — датчик газо-
анализатора; 10—вторичный
прибор; // — химический газо-
анализатор
СО2 по всей шкале вторичного прибора: сначала при увеличе-
нии содержания СО2 (прямой ход), а затем при его уменьше-
нии (обратный ход). Полученные данные вносят в табл. 5.1 и
по ним строят градуировочную кривую.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) проверить установку стрелки вторичного прибора газоанализатора на
нуль. Для этого вентилем ротаметра 4 при закрытом вентиле ротаметра 5
подать в датчик газоанализатора чистый воздух, контролируя его расход
по ротаметру регулятора расхода датчика. При этом трехходовой кран 8
должен быть установлен в положение, когда анализируемая газовая смесь
направляется в газоанализатор;
2) изменяя степень открытия вентилей ротаметров 4 и 5 и контролируя
расход подаваемой газовой смеси по ротаметру датчика (поплавок его дол-
жен находиться на контрольной отметке), направить в датчик газоанализа-
тора газовую смесь; при этом стрелка вторичного прибора должна остано-
виться на первой оцифрованной отметке его шкалы. Зафиксировать эту точ-
ку на шкале прибора и записать полученные данные в табл. 5.1;
3) через трехходовой кран 8 подать анализируемую газовую смесь в
химический газоанализатор // и определить с его помощью действительное
объемное содержание СО? в смеси. Полученные данные занести в табл. 5.1;
4) изменяя степень открытия вентиля ротаметра 5, получить несколько
газовых смесей и, аналогично фиксируя точки на шкале вторичного прибора,
определить содержание СО2 в этих смесях химическим газоанализатором —
сначала при увеличении содержания СО2 до максимального значения по
шкале прибора, а затем при уменьшении его до нуля; полученные данные
также записать в табл. 5.1 и построить градуировочную кривую.
6.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА ТЕРМОМАГНИТНЫМ
ГАЗОАНАЛ ИЗАТОРОМ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструк-
цией термомагнитного газоанализатора, выполнить его поверку
и определить содержание кислорода в газовой смеси.
Описание установки и методика проведения работы. Уста-
новка для определения кислорода в анализируемой газовой
смеси и поверки термомагнитного газоанализатора (рис. 6.2)
состоит из узла получения газовых смесей с различным содер-
217
Рис. 6.2. Установка для поверки термомагнитного газоанализатора
жанием кислорода и термомагнитного газоанализатора со шка-
лой 0—21% кислорода.
Газовую смесь для анализа приготовляют в смесителе 2,
в который подается азот из баллона / и сжатый воздух из ли-
нии через игольчатый вентиль 10. Расходы воздуха и азота
определяются по положениям поплавков ротаметров 8 и 9.
Исследуемая газовая смесь, полученная в смесителе, посту-
пает в газовую камеру датчика 4 газоанализатора, в комплект
которого также входит вторичный прибор 5. Анализируемая
смесь через трехходовой кран 3 может также быть направлена
в химический газоанализатор 6. Давление анализируемого газа
в смесителе поддерживается постоянным маностатом 7.
Установка предельных положений стрелки вторичного прибора
газоанализатора производится подачей в датчик чистого азота
из баллона / либо сжатого воздуха из линии.
Поверка термомагнитного газоанализатора заключается в
сравнении показаний, полученных при определении объемного
содержания кислорода в анализируемой газовой смеси термо-
магнитным и химическим газоанализаторами. При этом показа-
ния химического газоанализатора принимаются за действитель-
ные значения измеряемой величины. Поверка газоанализатора
в пределах его шкалы выполняется на 7—8 смесях с различным
содержанием кислорода.
Изменение объемного содержания кислорода в анализируе-
мой смеси осуществляется подачей в нее различных количеств
воздуха, для этого изменяют степень открытия вентиля 10. По-
верку производят сначала при увеличении содержания кисло-
рода в анализируемой смеси (прямой ход), а затем при умень-
шении содержания кислорода (обратный ход). Полученные
данные заносят в табл. 5.2.
218
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) проверить правильность установки стрелки вторичного прибора газо-
анализатора на минимальное предельное положение (нулевая отметка) в от-
сутствие кислорода в исследуемой газовой смеси. Для этого из баллона 1
через смеситель 2 и трехходовой кран .? подать в газовую камеру датчика
газоанализатора азот. Если стрелка вторичного прибора не устанавливается
на нулевой отметке, необходимо скорректировать ее положение переменным
резистором Re (см. рис. 2.3):
2) проверить правильность установки стрелки вторичного прибора газо-
анализатора на максимальное предельное положение (21% кислорода). Для
этого подать в прибор воздух, открывая игольчатый вентиль 10. Если
стрелка прибора не устанавливается на максимальной отметке шкалы, то ее
предельное положение можно отрегулировать, использовав переменный ре-
зистор Ry, расположенный в датчике прибора;
3) под,..ь в Да.ша газиияализатора азот из би.1лс..„ 1 сжатый воздух
из линии в таком соотношении, при котором стрелка вторичного прибора
установится на одной из отметок его шкалы. Измерить содержание кислоро-
да в полученной смеси магнитным и химическим газоанализаторами;
4) изменяя степень открытия вентиля 10, получить несколько газовых
смесей и определить содержание кислорода в них сначала при его увели-
чении, а затем при уменьшении его до нуля. Полученные результаты запи-
сать в табл. 5.2; рассчитать погрешности измерений.
6.3. ГРАДУИРОВКА ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКОГО ГАЗОАНАЛИЗАТОРА
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ГАЗОВОЙ СМЕСИ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструк-
цией оптико-акустического газоанализатора ОА-2209; произ-
вести его градуировку.
Описание установки и методика проведения работы. Схема
установки, предназначенной для градуировки оптико-акустиче-
ского газоанализатора ОА-2209 на СО2, приведена на рис. 6.3.
Анализируемую смесь получают смешением потока сжатого
воздуха, подаваемого из линии питания и регулируемого редук-
Рнс. 6.3. Установка для градуировки газоанализатора ОА-2209
219
тором 5, и диоксида углерода, подаваемого из баллона 4 в сме-
ситель 3. Изменяя степень открытия вентилей ротаметров 6 и 7,
устанавливают желаемое содержание СО2 в воздухе. Получен-
ную газовую смесь через трехходовой кран 8 и фильтр газа 9
направляют к маностату 10, поддерживающему постоянное
давление газовой смеси. Далее газовую смесь через трехходовой
кран 11 подают либо в измерительный блок газоанализатора
12, питаемый от стабилизатора напряжения 14, либо в химиче-
ский газоанализатор 15.
Для проверки нулевой точки при повороте трехходового
крана 8 в газоанализатор может подаваться из баллона / азот
через сосуд 2 с аскаритом, предназначенным тчя уда тения ди
оксида углерода.
Градуировка газоанализатора заключается в эксперимен-
тальном нахождении графической зависимости числа делений
на шкале вторичного прибора 13 от объемного содержания
анализируемого газа в смеси. При этом за действительные зна-
чения содержания СО2 в газовой смеси принимают показания
химического газоанализатора.
Изменение объемного содержания СО2 в газовой смеси до-
стигается изменением степени открытия вентиля ротаметра 7
при постоянном расходе воздуха, устанавливаемом вентилем
ротаметра 6. Измерения выполняются с 8—10 газовыми смеся-
ми, отличающимися содержанием СО2 во всем диапазоне шка-
лы прибора: сначала при увеличении содержания СО2 в газо-
вой смеси (прямой ход), а затем при его уменьшении (обрат-
ный ход). Полученные данные заносят в табл. 5.1 и по ним
строят градуировочную кривую.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) проверить установку стрелки прибора на нуль; для этого, располо-
жив соответствующим образом трехходовые краны 8 н //, подать азот из
баллона I в газоанализатор;
2) используя трехходовой кран 8, подать анализируемую газовую смесь
в газоанализатор. Затем, изменяя степень открытия вентилей ротаметров 6
и 7, направить в газоанализатор газовую смесь такого состава, при котором
стрелка прибора остановится на одной из отметок, расположенных в начале
его шкалы. Зафиксировать эту точку и записать полученные данные в
табл. 5.1;
3) изменив положение трехходового крана 11, подать анализируемую
газовую смесь в химический газоанализатор 15 и определить действительное
объемное содержание СО2 в газовой смеси. Полученные данные занести в
табл. 5.1;
4) изменяя степень открытия вентиля ротаметра 7, получить несколько
газовых смесей и, фиксируя аналогично точки иа шкале оптико-акустическо-
го газоанализатора, определить содержание СОг в этих смесях химическим
газоанализатором: сначала при увеличении содержания диоксида углерода
до максимального значения по шкале вторичного прибора, а затем при умень-
шении его до нуля; полученные данные записать в табл. 5.1 и построить
градуировочную кривую.
6.4. ИЗУЧЕНИЕ ХРОМАТОГРАФА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА
ГАЗОВОЙ СМЕСИ ПО ХРОМАТОГРАММЕ
Цель работы. Изучить принцип действия и устройство хрома-
тографа, приобрести навыки, необходимые при работе с ним,
и выполнить анализ газовой смеси.
Описание установки и методика проведения работы. Схема
установки, предназначенной для определения состава газовой
смеси хроматографом, приведена на рис. 6.4
Анализируемая газовая смесь, качественный состав которой
известен (например, смесь мегана, пропана и бутана), подает-
ся из газометра 7 к газораспределительной ..т.слп 7/ лримаю-
графа. Одновременно к газораспределительной панели из бал-
лона VI поступает газ-носитель—азот. Далее анализируемая
газовая смесь газом-носителем направляется в датчик V, рабо-
тающий в комплекте с вторичным регистрирующим прибором
III, на диаграмме которого фиксируются полученные результа-
ты. Управление работой хроматографа осуществляется блоком
управления IV.
Перед проведением анализа необходимо включить хромато-
граф и • обеспечить постоянный температурный режим работы
его узлов.
Блок управления включается тумблерами «Сеть» 14 и «Ба-
тарея» 22, а вторичный прибор — тумблером «Прибор». Через
несколько минут после прогрева схемы переключатель функции
Рис. 6.4. Установка для определения состава газовой смеси хроматографом:
/ — газометр; // — газораспределительная панель; III— вторичный прибор; IV—блок
управления; V — датчик; VI—баллон с азотом; 1— трехходовой кран; 2— игольчатый
вентиль; 3 — редуктор низкого давления газа-носителя; 4 — вентиль сброса газа в атмо-
сферу, 5 — редукторы низкого и высокого давления анализируемого газа; 6 — маномет-
ры; 7 — фильтр; 8, 9— ротаметры; 10 — вентиль подачи ,газа-носителя; 11 — трехходовой
кран; 12— кран отключения фильтра; 13— корректор точной настройки нуля; /^ — вклю-
чение сети, /5 — индикатор корректора нуля; 16— установка нуля детектора; 17 — рео-
стат установки тока термометра; 18— потенциометр установки температуры датчика:
19 — переключатель функций; 20 — переключатель шкалы регистратора; 21 — реостат уста-
новки тока детектора; 22— включение батареи; 23— включение таймера; 24— впуск
пробы прн ручном управлении
221
19 устанавливают в положение «Калибровка термометра»; при
этом указатель регистратора должен остановиться против крас-
ной отметки на его шкале. Если указатель регистратора не
стал на эту отметку, то вращением ручки реостата 17 его при
водят в указанное положение. Затем переключатель функций
устанавливают в положение «Температура датчика» и по шкале
регистратора измеряют температуру в датчике.
Если анализируемую газовую смесь следует, например, раз-
делять при 40°C, то для прогревания датчика до этой темпера-
туры ручку потенциометра 18 устанавливают на указанную от-
метку и, контролируя повышение температуры в камере датчи-
ка по показаниям стрелки на температурной шкале регистрато-
jj<i, ижидакл, пока leMiieparypa в датчике не стабилизируется и
не станет равной 40± 1 °C.
Далее устанавливают ток детектора. Для этого переключа-
тель функций 19 перемещают в положение «Ток детектора» и,
наблюдая по нижней шкале, вращением ручки реостата 21 ус-
танавливают силу тока в пределах 7—10 мА. От силы тока
детектора зависит чувствительность измерительной схемы при-
бора. Поэтому при проведении анализа ее следует периодиче-
ски контролировать, переводя в соответствующее положение
переключатель 19. Затем устанавливают нуль измерительной
схемы регистратора, для этого переключатель функции 19 ста-
вят в положение «Анализ» и ручками 16 и 13 добиваются уста-
новки указателя на нулевое деление шкалы. При этом необхо-
димо убедиться в том, что ползунок реохорда компенсации
схемы не находится в одном из своих крайних положений.
После того, как достигнута постоянная температура в дат
чике, установлены сила тока детектора и нуль регистратора,
переключателем 20 устанавливают в зависимости от процент-
ного содержания компонентов необходимое значение шкалы
регистратора и начинают пропускать газ-носитель.
Редуктором устанавливают давление газа-носителя на выхо-
де из баллона с азотом в пределах 0,2—0,5 МПа. Используя
редуктор 3 низкого давления, расположенный на газораспреде-
лительной панели, давление газа-носителя снижают до 0,09—
0,12 МПа.
Вентилем 10 устанавливают по ротаметру 9 расход азота,
равный 2±0,1 л/ч. Спустя 10—15 мин, необходимые для ста-
билизации потока азота по всей системе, ручками 16 и 13 кор-
ректируют положение указателя прибора, вновь устанавливая
его на нулевое деление шкалы. Затем в хроматограф направ-
ляют анализируемую смесь газов из газометра I Расход смеси
устанавливают игольчатым вентилем 2 в пределах 1,5—3 л/ч и
контролируют по ротаметру 8. Редукторы 5 в данной работе
не используются.
222
Рис. 6.5. Хроматограммы:
а — при полном разделении; б — при непол-
ном разделении; b — ширина вика; h — высо-
та пика; с— впуск пробы; / — время выхода
компонента
Трехходовой кран 1 служит для заполнения газометра ана-
лизируемой смесью газов перед началом проведения работы,
а также для подачи этой смеси в хроматограф. При выполнении
анализ# следует наблюдать подлавками ро.имс.ров 8 и 5,
поддерживая вентилями 10 и 2 постоянные расходы газа-носи
теля и анализируемой смеси газов.
Расшифровка хроматограммы и расчет концентраций ком-
понентов анализируемой газовой смеси выполняются следую-
щим образом. Так как время и порядок появления компонентов
смеси из данной разделительной колонки при постоянных усло-
виях проведения анализа также строго постоянны, то на диа
грамме вторичного прибора будут последовательно записаны
пики, соответствующие анализируемым компонентам смеси в
зависимости от их молекулярных масс. В качестве газа-носи-
теля используется азот. Если в анализируемой смеси газов име-
ется метан, теплопроводность которого выше теплопроводности
азота, то пик, отвечающий метану, расположится в обратную
сторону от нулевой линии, записываемой пером регистратора.
Содержание отдельных компонентов по хроматограмме
(рис. 6.5) рассчитывают методом замера площадей пиков. Сум-
му площадей всех пиков принимают за 100% и определяют со-
держание отдельного компонента (площадь его пика) по отно-
шению к 100% с учетом экспериментально найденных поправок
на теплопроводность газа.
Площадь каждого пика (рис. 6.5, а) находят как произве-
дение величин huh. При этом величину h измеряют на рас-
стоянии h/2 от нулевой линии, или по середине ширины боко-
вых линий пика, вычерченных пером прибора, или от внешней
стороны одной боковой линии до внутренней стороны другой,
как показано на рисунке. В случае неполного разделения пиков
(рис. 6.5, б) площадь каждого из них вычисляют, экстраполи-
руя их очертания, которые имели бы место в отсутствие нало-
жения пиков один на другой.
Поправки на теплопроводность k вводят в случае примене-
ния в качестве газа-носителя азота, или гелия Коэффициенты k
при температуре разделительной колонки 20—40°C и использо-
вании азота в качестве газа-носителя приведены в табл. 6 1
При расчете состава газа следует умножить произведение
bh для каждого компонента на соответствующий ему коэффи-
223
Таблица 6.1. Коэффициенты k при температуре разделительной
колонки 20—40 °C и использовании азота в качестве газа — носителя
Компоненты газо- вой смеси Молеку- лярная масса /? Компоненты газо- вой смесн Молеку- лярная масса k
Этан 30 5,30 Изобутен 56 0,91
Этилен 28 5,00 транс-Бутен 56 0,83
Пропан 44 1,50 дяс-Бутен 56 0,83
Пропилен 42 1,43 н-Пентан 72 0,76
Изобутан 58 1,03 Изопентан 72 0,78
н-Бутан 58 1,00 Пентены 70 0,76
я-Бутен 56 0,91 Гексан 86 0,57
циент k. Сумму всех произведений ILhhk принимают за 100%
и находят содержание каждого компонента как отношение про-
изведений hhk к сумме всех произведений ^Lbhk.
Полученные экспериментальные данные вносят в табл. 6.2
и рассчитывают концентрации компонентов в анализируемой
газовой смеси в % (об.)
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) включить прибор и установить: заданный тепловой режим его рабо-
ты; необходимую силу тока детектора; нуль измерительной схемы регистра-
тора;
2) подать в датчик хроматографа газ-носитель, отрегулировать его рас
ход и скорректировать установку указателя вторичного прибора на нуль;
3) ввести смесь газов в датчик хроматографа и выполнить ее анализ;
4) расшифровать хроматограмму и рассчитать содержание компонентов
в анализируемой газовой смеси; записать полученные данные в табл. 6.2.
6.5. ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИМ
ПЛОТНОМЕРОМ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструк-
цией пьезометрического плотномера ПМ, определить плотность
жидкости и выполнить поверку показаний прибора.
Описание установки и методика выполнения работы. Работа
выполняется на установке (рис. 6.6), состоящей из плотномера
с датчиком погружного типа 2, мембранного дифманометра
МС-П1 8 с пневматической передачей и вторичного прибора
Таблица 6.2. Результаты расшифровки хроматограммы и расчета
содержания компонентов анализируемой газовой смеси
Компоненты Высота пи- ка h. мм Ширина пи- ка Ь. мм k bhjt Содержание компонента, % (об.)
ТдМг —
224
Рис. 6.6. Установка для поверки пьезометрического плотномера с датчиком
погружного типа
ПВ4.2Э 9. Сжатый воздух, очищенный в фильтре 6, через олок
питания 5. состоящий из двух контрольных стаканчиков, редук-
тора 7 и манометра, подается в пьезометрические трубки 3 и Л
первая из которых опущена в исследуемую жидкость /, а вто-
рая — в эталонную. Исследуемую жидкость заливают через
воронку в пространство внутри защитных чехлов импульсных
трубок. После определения плотности жидкость сливают.
Погрешность измерений плотномера ПМ определяют срав-
нением его показаний с показаниями лабораторного ареометра,
принимаемыми за действительные значения измеряемой вели-
чины. Погрешность определяют в четырех точках шкалы плот-
номера, применяя четыре жидкости с различной плотностью.
Результаты эксперимента заносятся в табл. 6.3.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) заполнить датчик плотномера эталонной жидкостью;
2) подать редуктором 7 сжатый воздух давлением 0,14 МПа для пита-
ния дифманометра МС-П1. Давление сжатого воздуха контролируется по
правому манометру;
3) установить редуктором блока питания давление везде ха на входе в
контрольные стаканчики в пределах 0.08—0,1 МПа. Величина давления опре-
деляется по показаниям манометра блока питания;
4) регулирующими вентилями блока питания установить оптимальный
расход воздуха, поступающего в пьезометрические трубки плотномера;
Таблица 6.3. Результаты определении погрешности плотномера ПМ
Жидкость Показания. кг(м3 Погрешность
ареометра плотномера ПЧ абсолк» лая, кг/м3 приведения я относи тельная %
15—1:92
225
5) измерить плотность первой жидкости плотномером ПМ. Для этого
в датчик плотномера залить 500 мл этой жидкости и отсчитать показания
по шкале вторичного прибора. Слить жидкость из датчика. Аналогично за-
мерить плотности остальных жидкостей плотномером ПМ;
6) определить плотности этих же жидкостей ареометром. Занести полу-
ченные данные в табл. 6.3 и рассчитать погрешности измерений.
6.6. ИЗУЧЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО pH-МЕТРА И ЕГО ПОВЕРКА
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройст-
вом промышленного pH-метра pH-201, состоящего из магист-
рального чувствительного элемента ДМ-5М, высокоомного про-
мышленного преобразователя П-201 и самопишущего потенцио-
метра типа КСП2. Выполнить поверку показаний измеритель-
ного комплекта.
Рис. 6.7. Схема установки для поверкн показаний рН-метра
226
Таблица 6.4. Результаты поверки pH-метра
pH буфер- ных раство- ров Показания Погрешности
ВЫ'ОКООМ НО- ГО преобра- зователя са м опишу- щего потеи- ццоме]ра HbkoKouMHui о пре- образователи с □ мои ищуще] о Потениномсгра
абсолют- ные приведен- ные отно- сительные. % абсолют- ные приведен- ные отно- сительные, О’ /п
Описание установки и методика проведения работы. Схема
установки, предназначенной для поверки показаний рН-мегра,
показана на рис. 6.7. Установка состоит из отрезка трубопро-
вода 7, на котором смонтирован корпус чувствительного эле-
мента 6 со стеклянным электродом; вспомогательного электрода
4; высокоомного преобразователя 2 с показывающим мил-
ливольтметром самопишущего потенциометра /. Для запол-
нения отрезка трубопровода растворами с различными значе-
ниями pH предусмотрена воронка 5. Использованные растворы
сливают в сосуд 8 через кран 9.
Для поверки показаний pH-метра используют приготавли-
ваемые перед началом лабораторной работы буферные раство-
ры, устойчиво сохраняющие определенную концентрацию ионов
водорода и, следовательно, величину pH даже при некотором
разбавлении. Например, могут быть взяты буферные растворы
следующих составов;
1) 50 мл 0,1М раствора бифталага калия + 46,70 мл 0,1 п.
раствора НС1 + вода до 100 мл; рН = 2,2;
2) 50 мл 0,2 н. раствора уксусной кислоты + 50 мл 0,2 и.
раствора ацетата натрия; рН = 4,6;
3) 75 мл 0,2 М раствора борной кислоты Т25 мл 0,05 М
раствора буры; рН = 7,94;
4) 0,05 М раствор буры; рН = 9,24.
Буферные растворы заливают поочередно в отрезок трубо-
провода 7 в порядке возрастания величины их pH. После не-
скольких минут выдержки отмечают значение pH каждого бу-
ферного раствора по показывающему милливольтметру высо-
коомного преобразователя и самопишущему потенциометру.
Полученные данные заносят в табл. 6.4 и по ним рассчитывают
погрешности приборов.
Отрезок трубопровода промывают дистиллированной водой.
Предварительно, закрыв кран 9, отрезок трубопровода полно-
стью заполняют водой. Затем, открывая этот кран, воду слива-
ют в сосуд 8.
15*
227
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) промыть отрезок трубопровода дистиллированной водой;
2) при закрытом кране 9 залить в отрезок трубопровода буферный рас-
твор с наименьшим значением pH. Показания по шкале милливольтметра
высокоомного преобразователя и самопишущего потенциометра занести в
табл. 6.4;
3) открыв кран 9 опорожнить отрезок трубопровода, промыть его водой
и снова закрыть кран 9;
4) повторить работу по пп. 2) и 3) с остальными буферными растворами
в порядке возрастания величины pH и рассчитать погрешности измерений.
ГЛАВА 7
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО РЕГУЛИРУЮЩИМ
УСТРОЙСТВАМ И ДРУГИМ СРЕДСТВАМ
АВТОМАТИЗАЦИИ
Регулирующие устройства (автоматические регуляторы) при
наличии рассогласования е изменяют выходную величину х в
соответствии с законом регулирования. Изменение выходной
величины регулятора х при подаче на вход единичного ступен-
чатого сигнала е=1(() называют переходной характеристикой
h(t). Зависимости h(t) для разных законов регулирования при-
ведены в табл. 7.1. При подаче на вход регулятора ступенча-
того сигнала с постоянной амплитудой а, не равной единице,
для получения выражения зависимости x=f[a-l(/)] необходи-
мо все слагаемые переходных характеристик h(t) умножить
на а.
Таблица 7.1. Переходные характеристики законов регулирования
Закон ре- гулирования Уравнение динамики Переходная характеристика
п (3.1) Л„(О=*р
пн (3.2) ^ии (0 ~ * н
/ [ *
(3.3) /'пн (/) ^р ( 1 + ~7Х \ 1 из ')
ПИД (3.4) Лц|]д (0 — “Ь т "Г * и W)
(3.5) ^ПИД (i) ^Р [ 1 ~r гр L из
228
независимыми (б) н зависимыми (в) параметрами настройки
Рис. 7.2. Изменение выходных величин П- и ПД регулятора при изменении
рассогласования е с постоянной скоростью
По зависимостям табл. 7 1, найденным экспериментально,
можно определить действительные числовые значения парамет-
ров настройки регуляторов: коэффициента передачи kv и вре-
мени интегрирования Тн (изодрома Тиз), как показано па рис.
7.1. Но по этим графикам нельзя определить числовые значения
времени дифференцирования Тд (предварения Гг1), так как
дифференциальная составляющая /гд(/) определяется через
единичную импульсную функцию 6(1), представляющую собой
импульс, величина которого равна бесконечности, длитель-
ность— нулю, а площадь — единице.
Экспериментально определить Тд(7„) можно при подаче па
регулятор входного сигнала, изменяющегося с постоянной ско-
ростью dz/dt. Графики изменения выходных сигналов П- и ПД-
регулятора с независимыми параметрами настройки приведены
на рис. 7.2. Выходные величины П- и ПД-регуля торов изменя-
ются с одинаковой скоростью, равной kv-d?/dt, но выходная
величина ПД-регулятора всегда на TA(de/dt) больше, чем вы-
229
ходная величина П-регулятора. По сравнению с хп выходная
величина хпд достигает тех же значений с опережением, равным
TK/kp. Аналогично можно определить и время предварения 7’,,
7.1. настройка и поверка позиционного регулятора
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройст-
вом Пз-регулятора ПР 1.5 и произвести его поверку.
Описание установки и методика проведения работы. Схема
установки для поверки Пз-регулятора ПР1.5 приведена на рис.
7.3. Фильтром-редуктором 7 давление питания воздуха, пода-
ваемого в регулятор, устанавливается по показанию манометра
о, равным 0,14 МПа. Необходимое давление воздуха в измери-
тельной камере регулятора Рвх настраивается задатчиком / по'
показаниям образцового манометра 2. Для определения момен-
та срабатывания регулятора и изменения сигнала в выходной
линии предназначен манометр 5.
Поверка регулятора проводится сравнением величины фак-
тически поданного на него входного сигнала Рвх, при котором
регулятор срабатывает, с заданным значением Рзд. Последнее
устанавливается винтом задатчика и определяется по шкале
манометра 4, встроенного в регулятор 3. Поверку регулятора
выполняют при четырех—пяти значениях заданного значения
Рзд, устанавливаемых равномерно по шкале манометра 4. Вы-
бранные величины Рзд, а также значения Рвх, при которых
происходит изменение выходного сигнала регулятора, заносят
в табл. 7.2. Затем по полученным данным вычисляют в пове-
ряемых точках абсолютные и приведенные погрешности.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) ознакомиться со схемой поверки Пз-регулятора;
2) фильтром-редуктором 7 установить давление питания регулятора;
3) установить винтом задатчика регулятора по шкале манометра 4
поверяемое значение Р,ч и записать его в табл. 7.2;
4) задатчиком 1 постепенно повышать давление на входе регулятора до
тех пор, пока давление в выходной линии, измеряемое манометром 5 скач-
Рис 7.3. Установка для поверки Пз-регулятора ПР1.5
Рис. 7.4. Установка для поверки 11-регулятора ПР2.5
230
Таблица 7.2. Результаты поверки регулятора ПР1.5
Давление, кПа
Погрешность
заданное входное
абсолютная. кПа | приведенная %
кообразно не изменится. В этот момент измерить по манометру 2 давление
Рвх в измерительной камере регулятора и также записать в табл. 7.2;
5) повторить работу по пп. 3)—4) еще для трех — четырех отметок шка-
лы манометра 4 регулятора;
6) вычислить абсолютные и приведенные погрешности.
,.с. НАСТРОЙКА И ПОВЕРКА РАБОТЫ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО
РЕГУЛЯТОРА
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройст-
вом П-регулятора ПР2.8, выполнить его настройку и поверку,
а также снять статические характеристики регулятора.
Описание установки и методика проведения работы. Схема
установки для настройки и поверки П-регулятора приведена
на рис 7.4. Давление питания регулятора 5 устанавливается
фильтром-редуктором 8 по показанию манометра 7. Давления
воздуха Рвх и Рзд, пропорциональные текущему и заданному
значениям регулируемой величины, устанавливаются задатчи-
ками / и 3 по показаниям образцовых манометров 2 и 4. Для
определения выходного сигнала регулятора Рвых служит образ-
цовый манометр 6.
Перед началом поверки на регулятор подают питание и ус-
танавливают Рвх—Рзд=60 кПа. Затем винтом задатчика ре-
гулятора устанавливают по показаниям манометра 6 опорное
давление, равное Роп=60 кПа. При этом Рвых — Роп.
Статические характеристики регулятора, представляющие
зависимость давления сжатого воздуха на выходе регулятора
от давления на его входе, имеют
вид прямых (рис. 7.5). Их сни-
мают при значениях пределов
пропорциональности, равных 40,
100, 250%. Установив одно из
указанных значений предела про-
порциональности регулятора по
шкалам его органов настройки и
постепенно изменяя задатчиками
Рис. 7.5. Статические характеристики
П-регулятора при прямом (сплошные
линии) и обратном (штриховые линии)
действии
4РВ1, кПа
231
Таблица 7.3. Результаты проверки шкал пределов
пропорциональности регулятора
Установлен- ное значение предела про- порциональ- ности 6 % Давление, кПа Действи- тельное зна- чение преде- ла пропор- ционально- сти дд, % Отклонение 6Д 6,.. %
на входе Р 'нх на выходе
при прямом ходе при обрат- ном ходе среднее
1 и 3 давление Рв* и Рзл, подают на вход регулятора несколько
значений \РКХ — Р^—Рзп в пределах от —40 кПа до 40 кПа
при увеличении ДРВХ, а затем при его снижении. При этом за-
писывают изменения давления Рвых- Затем повторяют указанные
операции для других пределов пропорциональности. Получен-
ные данные заносят в табл. 7.3 и строят статические характе-
ристики регулятора, откладывая по оси абсцисс значения ДРВХ,
а по оси ординат — значения Рвых. Действительные значения
пределов пропорциональности регулятора 6Д (в %) определяют
ио формуле
6д= (ЛРвх ЛРвых) JOO,
где АРВХ— изменение давления на входе регулятора; ЛРВыХ—
изменение давления на выходе регулятора, соответствующее
изменению ДРВХ.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
I) ознакомиться с экспериментальной установкой;
2) фильтром-редуктором 8 установить давление питания регулятора, рав-
ным 0,14 МПа;
3) получить данные, необходимые для построения статических характе-
ристик регулятора, и внести их в табл. 7.3. Построить графики;
4) определить действительные значения пределов пропорциональности
регулятора н их отклонения от значений, указанных на шкалах настройки.
7.3, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНОГО РЕГУЛЯТОРА
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия н устройст-
вом пневматического ПИ-регулятора ПР3.31 и снять его кривую
разгона.
Описание установки и методика проведения работы. Схема
установки, предназначенной для снятия кривых разгона ПП-
регулятора ПР3.31, приведена на рис. 7.6. Фильтром редукто-
ром 8 по показаниям манометра 7 устанавливают давление
питания сжатого воздуха. Задатчики 1 \\ 2 служат для уста-
новки по образцовым манометрам 3 и 4 заданного Рзд и
текущего Р8Х значений давления воздуха. Текущие значения
?32
Рис. 7.6. Установка для снятия
кривых разгона ПИ-регулятора
ПР3.31
выходного давления сжато-
го воздуха регулятора Рвых
регистрируются вторичным
прибором ПВ4.2Э 6.
Для снятия кривой раз-
гона на регулятор 5 подают
ступенчатое возмущение задатчиком 2, изменяя величину Рвх
на 5—10 кПа. До нанесения возмущения регулятор приводят
в равновесное состояние устанавпчвая текущее Рнх и заданное
Рзд значения давления одинаковыми и добиваясь постоянства
выходного давления РВых о. Расчетные значения кривых разго-
на регулятора находят по уравнению
i
Рвых = (Рвых — Лзд) 4" Ти j Р^1) & т Раых о • (7.1)
0
для пределов пропорциональности 6 = 40, 100, 250% и для
двух—трех произвольно выбранных значений времени интегри-
рования Т„. Коэффициент передачи находят из соотношения
(В %)
* = (1.6) 100.
Вычисленные данные заносят в табл. 7.4 и по ним строят кри-
вые разгона.
По кривым, записанным вторичным прибором ПВ4.3Э для
тех же значений б и Т„, определяют экспериментальные значе-
ния коэффициентов передачи и времени интегрирования
Т'и.э. Полученные данные также заносят в табл. 7.4. Значения
коэффициентов передачи и времени интегрирования, найденные
из расчета и экспериментально, сопоставляют между собой.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) ознакомиться со схемой установки, предназначенной для снятия кри-
вых разгона регулятора ПР3.31;
2) по уравнению (7.1) рассчитать значения ряда точек кривых разгона
регулятора для пределов пропорциональности 6 = 40, 100, 250% и двух —
Таблица 7.4. Результаты исследования динамических свойств
регулятора ПР3.31
Расчетные данные Экспериментальные данные
б. % Т„ р. НИН кэ ги,3. мин
40
100
250
233
трех значений времени интегрирования. Полученные данные занести в табл. 7.4
и построить по ним кривые разгона;
3) установить фильтром-редуктором 8 по показаниям манометра 7
давление сжатого воздуха питания и подать электропитание на регистрирую-
щий прибор 6;
4) настроить регулятор на одно из заданных значений пределов пропор-
циональности 6 и времени интегрирования Ти;
5) наблюдая за показаниями образцовых манометров, установить соот-
ветствующими задатчиками давления сжатого воздуха, пропорциональные
текущему и заданному значениям и равные 50 кПа;
6) подать ступенчатое возмущающее воздействие на регулятор, увеличив
давление Р„к задатчиком 2;
7) определить по экспериментальной кривой разгона, записанной на
диаграммной ленте вторичного прибора, коэффициент передачи и время инте-
грирования. Полученные данные занести в табп 7 4-
о) повторить работу по пп. 4) 7) для других значений k и 7,,; '
9) сопоставить межЛу собой расчетные и экспериментальные значения
настроечных параметров регулятора н построить градуировочные графики.
7.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВА
ПРЯМОГО ПРЕДВАРЕНИЯ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструк-
цией пневматического устройства прямого предварения ПФ2.1.
Снять его характеристики при линейно изменяющемся сигнале.
Описание установки и методика проведения работы. Уста-
новка, предназначенная для снятия временных характеристик
устройства прямого предварения при линейном входном сигна-
ле, приведена на рис. 7.7. Сжатый воздух подается для питания
интегрирующего устройства 5 и устройства прямого предваре-
ния 6. Давление воздуха питания устанавливается фильтром-
редуктором 1 по показаниям технического манометра 4. Интег-
рирующее устройство служит для получения на выходе интег-
рирующего воздействия Р\ от изменения сигнала на его входе.
Заданное изменение входного сигнала ДР устанавливается за-
датчиком 2 по показаниям образцового манометра 3. Выход
интегрирующего устройств^ Р, направляется на вход устройст-
ва прямого предварения. Давления сжатого воздуха на входе
Pi и выходе Р2 устройства прямого предварения регистрируют-
ся вторичным прибором ПВ4.3Э 7, скорость движения диа-
граммной бумаги которого должна быть увеличена.
Интегрирующее устройство 5 собирается из элементов
УСЭППА. Устройство (рис. 7.8) включает в себя пятимембран-
Рис. 7.7. Установка для снятия
характеристик устройства ПФ2.1
при линейном входном сигнале
234
(см. рис. 3.13), формирующей И-со-
Рис. 7.8. Интегрир>ющее уст-
ройство
ный элемент сравнения /,
регулируемые дроссели 2
и 3, пневмокамеру 4 и по-
в горитель-усил итель мощ-
ности 5. Работа устройст-
ва аналогична работе ча-
сти ПИ-регулятора ПР3.31
ставляющую закона регулирования, и поэтому здесь не описы-
вается. Дроссель 2 необходим для сброса давления воздуха на
выходе интегрирующею ycip6ftciBa. Бремя Htiieiрирования еги
Ти настраивается дросселем 3. Он должен иметь такую же
шкалу, как и шкала дросселя времени предварения устройства
ПФ2.1. В данной работе интегрирующее устройство служит для
получения на его выходе линейно возрастающего давления Pi
при подаче на его вход ступенчатого сигнала ДР. Эта зависи-
мость имеет вид: Р| = (ДР/ТиН + Рю, где Р10—давление Р| в
момент изменения сигнала ДР; I — время.
Входной сигнал рекомендуется изменять в пределах 10—
20 кПа. Использование входного сигнала, превышающего эти
значения, приведет к большой скорости изменения давлений на
входе и выходе устройства ПФ2.1. Скорость изменения давле-
ния из выходе интегрирующего устройства рекомендуется уста-
навливать в пределах dPt/dt = 0,\— 1 кПа/мин.
При подаче ступенчатого сигнала ДР теоретически измене-
ние во времени давления Р2 на выходе устройства ПФ2.1 оп-
ределяется зависимостью
Рг = Pt Т„ (dP, dt) (АР 7’ц) t Р,„ + (ДР Ти) Тп.
Экспериментальное определение времени предварения Гп,эк
выполняют при трех—четырех значениях, устанавливая регу-
лируемый дроссель устройства ПФ2.1 на оцифрованные отмет-
ки его шкалы. После каждого эксперимента сбрасывают дав-
ление Pi на выходе интегрирующего устройства.
Зависимости реального изменения давления Р| и Р2 во вре-
мени, зарегистрированные на ленточной диаграмме прибора
11В4.3Э, имеют вид, приведенный на рис. 7.9. Обработку экс-
периментально полученных кривых проводят на участке, где
они расположены параллельно. Для этого через них проводят
горизонталь (на рис. 7.7 такая горизонталь соответствует дав-
лению, равному 80 кПа) и из точек пересечения опускают пер-
пендикуляры на ось абсцисс. Определив моменты времени tt и 12,
вычисляют экспериментальное значение времени предварения
по формуле 7'п.эк = /|—Д.
235
танавливаемые по шкале.
Рис. 7.9. Изменение давлений на
входе Г, и выходе Р% устройства
ПФ2.1 (к определению времени
предварения)
Полученные данные заносят в
г табл. 7.5 и по ним строят градуи-
ровочный график шкалы дросселя
времени предварения, откладывая
по оси абсцисс значения Тп. шк, ус-
а по оси ординат — значения Т„. эк.
вычисленные по экспериментальным кривым.
Порядок выпопнения работы Необт-^н----
I) ознакомиться со схемой установки, предназначенной для снятия
динамических характеристик ПФ2.1;
2) установить фильтром-редуктором 1 в камерах питания устройства
ПФ2.1 и интегрирующего устройства давление сжатого воздуха и подать
электропитание на регистрирующий прибор;
3) установить заданное значение времени предварения на устройстве
ПФ2.1 и времени интегрирования на интегрирующем устройстве;
4) подать за датчиком 2 на вход интегрирующего устройства ступенча-
тое изменение сигнала ДР;
5) определить по экспериментальным кривым записанным на ленточной
диаграмме вторичного прибора, значение времени предварения. Полученные
данные занести в табл. 7.5;
6) сбросить давление на выходе интегрирующего устройства;
7) повторить операции по пн. 3)—6) при других значениях времени
предварения;
8) отключить подачу сжатого воздуха н электроэнергии на эксперимен-
тальную установку;
9) построить градуировочный график шкалы регулируемого дросселя
устройства прямого предварения.
7.5. ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОСТЕЙШИХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ
НА ПРИБОРЕ АЛГЕБРАИЧЕСКОГО СУММИРОВАНИЯ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройст-
вом прибора алгебраического суммирования ПФ1.1, выполнить
математические операции над несколькими величинами, про-
вести поверку прибора.
Описание установки и методика проведения работы. Схема
установки, предназначенной для выполнения простейших мате-
матических операций прибором ПФ 1.1, а также для поверки
Таблица 7.5. Результаты исследования динамически*
характеристик устройства ПФ2.1
т п,шк <1 ^2 • Т * п,эк
236
прибора, приведена на рис, 7.10. Сжатый воздух через фильтр-
редуктор /<? подается для питания прибора ПФ1.1 10, давление
воздуха устанавливается по показаниям манометра 12. Необ-
ходимые значения давлений воздуха, пропорциональные вход-
ным величинам, устанавливаются задатчиками 1, 2 и <3 по по-
казаниям образцовых манометров 7, 8 и 9. Для соединения
камер прибора между собой при выполнении вычислительных
операций служат трехходовые краны 4, 5 и 6. При полном за-
крытии задатчиков 1, 2 или 3 соответствующие камеры прибора
сообщаются с атмосферой. Величина сигнала на выходе прибо-
ра Рвых определяется образцовым манометром 11.
При работе необходимо выполнить математические операции
алгебраического суммирования, умножения на 2 и вычитания,
усреднения, релейного действия, а 1акже поверть прибор при
проведении указанных операций. Для этого следует соединять
каждый раз камеры прибора, используя соответствующую схе-
му (см. табл. 3.2, рис. 3.18, схемы /, V, VII), и устанавли-
вать по образцовым манометрам 7, 8 и 9 значения вычисляемых
величин, направляемых в прибор ПФ1.1. Величина общего кор-
ректирующего сигнала Рс2—Pci устанавливается в данной ра-
боте задатчиками прибора равной нулю.
Прибор ПФ 1.1 поверяется сравнением величин расчетного и
фактического выходных сигналов. Расчетные значения выход-
ных сигналов определяются по уравнениям табл. 3.5. Давления
на входе блока необходимо выбирать такими, чтобы сигнал
Рвых. полученный в результате выполнения математических
операций, находился в пределах 20—100 кПа. Выбранные, рас-
считанные и полученным экспериментальные значения входного
и выходного давлений прибора заносят в табл. 7.6. За действи-
тельные значения выходного давления принимают его расчет-
ные значения.
Рис. 7.10. Установка для выполнения вычислительных операций прибором
ПФ 1.1 и его поверки
237
Таблица 7.6 Результаты выполнения математических операций
прибором ПФ1 1
Матема гическая операция Входные давления. кПа Выходное давле- ние. кПа Погрешность
Р| Рг Р-л расчетное р вых.р экспери- ментальное р г вы\\э абсолют- ная, кПа приве- денная, %
си гЛ а а. а. + . 3 Л V T а. 5 й? £ 1 < 1 " ~ X ° X а. сч = << с г. = II И s в « « z * и а. а. = i * а , а, а °- д s в •
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) ознакомиться со схемами включения прибора для выполнения мате-
матических операций и поверки ПФ 1.1;
2) подать фильтром-редуктором 13 (см. рис. 7.10) воздух в камеру пи-
тания прибора;
3) настроить прибор на выполнение необходимой математической опера-
ции. для этого соединить соответствующие камеры прибора между собой
(кранами 4. 5 и 6) и с атмосферой (задатчиками 1, 2 и .3);
4) выбрать значения входных давлений и по соответствующему уравне-
нию (см. табл. 3.5) рассчитать значение выходного давления Риых,р;
5) установить выбранные входные давления задатчиками /, 2 и 3 по ма-
нометрам 7. 8 и 9 и определить экспериментальное значение выходного дав
ления;
6) проделать эту же математическую операцию для других значений
входных давлений, также определить Р„ыК.р и P„„x.s и записать полученные
данные в табл. 7.6;
7) повторить работу по пп. 3)—4) для операций деления и умножения
входных аеличин на 2;
8) составить схему включения прибора для выполнения операции релей-
ного действия и реализовать эту схему на лабораторной установке (Р| = Р„ЫХ);
9) по манометру 8 установить давление Р2 в пределах его возможного
изменения и редуктором 3 медленно повышать давление до тех пор. пока
явление на выходе прибора, измеряемое манометром 11, не изменится скач-
ком от 0 до 1 В этот момент измерить манометрами 8 и 9 значения Р2
и Р3;
10) повторить работу по пп 8)—9) еще при двух — трех других значе-
ниях давления Р2;
11) вычислить абсолютные и приведенные погрешности прибора.
7.6. ПОВЕРКА ПРИБОРА УМНОЖЕНИЯ НА ПОСТОЯННЫЙ
КОЭФФИЦИЕНТ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструк-
цией прибора умножения на постоянный коэффициент ПФ 1.3.9
и произвести его поверку
238
Рис. 7.11. Установка для поверки
прибора ПФ1.3.9
Описание установки и
методика проведения рабо-
ты. Схема установки, пред-
назначенной для поверки
прибора умножения на по-
стоянный коэффициент
ПФ 1.3.9, приведена на рис.
7.11. Давление воздуха для питания прибора 5 устанавливается
редуктором 1 по показаниям манометра 4. Необходимое давле-
ние воздуха, поступающего на вход прибора 11Ф1.3.У, поддер-
живается редуктором 2 по показаниям манометра 3. Для опре-
деления величины фактического выходного сигнала прибора
ПФ 1.3.9 служит манометр 6.
Поверка прибора ПФ1.3.9 производится сравнением величин
фактического и расчетного выходных сигналов. Последний рас-
считывается по уравнению (3.29). Прибор ПФ 1.3.9 поверяют
при двух значениях коэффициента пропорциональности, мень-
ших единицы (например, при 0,5 и 0,7), или двух значениях,
превышающих единицу (например, 1,5 и 2,0), и при трех—че-
тырех заранее выбранных величинах входного давления. Для
перехода из области значений &<1 в область #>1, или наобо-
рот, изменяют положение диска переключателя, расположенно-
го в верхней части с правой стороны прибора, по имеющимся
на нем отметкам. При поверке прибора следует помнить, что
максимальное выходное давление не должно превышать
100 кПа. Выбранные, рассчитанные и полученные в результате
эксперимента значения входного и выходного давления прибо-
ра ПФ 1.3.9 заносят в табл. 7.7. За действительные значения
выходного давления принимают его расчетные значения.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) ознакомиться со схемой поверки прибора ПФ1.3.9:
2) установить редуктором 1 давление воздуха питания;
3) выбрать несколько значений (три—четыре) входного давления и
вычислить для них значения выходного Давления при заданном соотноше-
нии по формуле (3.29);
Таблица 7.7. Результаты поверки прибора ПФ1.3.9
Величина коэффициен- та соотно- шения Входное дав- ление, кПа Выходное давление, кПа Погрешность
расчетное фактическое абсолютная, кПа приведен- ная, %
239
4) поочередно подавая редуктором 2 на поверяемый прибор выбран-
ные заранее входные давления, определить фактические значения выходного
давления по показаниям манометра 6. Рассчитанные и экспериментальные
данные занести в табл. 7.7;
5) повторить работу по пп. 3)—4) при другом заданном значении ко-
эффициента пропорциональности;
6) рассчитать абсолютную и приведенную погрешности прибора.
7.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛЯТОРА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ МЕХАНИЗМОМ ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТИ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройст-
вом регулирующего прибора Р25.3 снять его временные харак
теристики и обработать их.
Описание установки и методика проведения работы. Схема
установки для снятия временных характеристик прибора Р25.3
в комплекте с электрическим исполнительным механизмом ЭИМ
постоянной скорости приведена на рис. 7.12. Сигнал постоян-
ного тока ивх формируется регулируемым источником напряже-
ния 1 с фиксированным интервалом 1 В и подается тумблером
2 на вход прибора Р25.3 3, работающего в комплекте с ЭИМ
постоянной скорости 4. Вращение вала ЭИМ преобразуется
преобразователем 5 в электрический сигнал »вых, регистрируе-
мый прибором 6.
Для снятия временных характеристик на регулирующий
прибор тумблером 2 подают ступенчатое изменение входного
сигнала нвх, установленное заранее источником напряжения I
в соответствии с заданием. Текущее изменение выходного сиг-
нала цвых записывается на диаграмме прибора 6. До начала
эксперимента по указателю «Отклонение», расположенному на
лицевой стороне прибора 3. следует убедиться в том, что рас-
согласование е на выходе измерительного субблока равно пулю.
Если г не равно нулю, то с помощью органов управления из-
мерительного субблока следует привести его в равновесное
состояние.
Зависимость ;/вых во времени имеет вид ломаной кривой,
приведенной на рис. 3.23, д. Временные характеристики полу-
чают при нескольких значениях коэффициента передачи kn и
времени интегрирования Тп. Обработка экспериментальных
Рис. 7.12. Установка для снятия временных характеристик импульсного регу-
лятора с электрическим исполнительным механизмом постоянно» скорости
240
Рис. 7 13. Установка для снятия временных характеристик запрограммиро-
ванного алгоритма Ремиконта
Kput»tjv чякп«->ичетсч « их аппроксимации и определении по
полученным кривым действительных значений параметров па-
стройки регулятора. Установленные на нем и полученные по
кривым значения параметров настройки сопоставляют между
собой. Временные характеристики снимают также при разных
положениях движков резисторов «Импульс», «Зона», «Демпфер»
п выявляют влияние этих параметров на вид кривых переход-
ного процесса регулятора.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) ознакомиться с экспериментальной установкой, предназначенной для
снятия временных характеристик регулирующего прибора Р25.3 в комплекте
с ЭИ VI постоянной скорости;
2) настроить прибор Р25.3 на одно из заданных значений коэффициента
передачи k„ и времени интегрирования Т„:
3) установить на выходе регулируемого источника напряжения 1 задан-
их к> величину' изменения сигнала ивч и тумблером 2 ступенчато нанести на
вход прибора. На диаграмме прибора 6 зафиксировать изменение выходного
сигнала. После окончания опыта снять сигнал w8x;
4) повторить работу по и. 3) при других значениях каждого параметра
настройки закона регулирования;
5) перенести полученные экспериментальные кривые в лабораторный
журнал и по ним определить действительные значения параметров настройки
регулятора. Проанализировать влияние этих параметров на вид временных
характеристик;
6) повторить работу по и. 3) при других значениях параметров «Им-
пульс». «Зона» и «Демпфер». Проанализировать их влияние на вид получен-
ных временных характеристик.
7.8. ПРОГРАММИРОВАНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ
НА МИКРОПРОЦЕССОРНОМ КОНТРОЛЛЕРЕ
Цель работы. Ознакомиться с принципом работы, составом и
конструктивным оформлением Ремиконта Р-100. Приобрести
практические навыки технологического программирования Ре-
мнкопта при реализации регуляторов. В соответствии с зада
пнем запрограммировать типовой закон регулирования и экс-
периментально снять его временные характеристики.
Описание экспериментальной установки и методика выпол-
нения работы. Работа выполняется на установке (рис. 7.13),
16—1392
241
Таблица 7.8 Конфигурация Ремиконта (комплектность 0.1.1)
Код ал- гоблока Код и обо- значение алгоритма Входные цепи Выходные цепи
коды входов алгоблока коды источ- ников сигна- лов ИНВ. СНГН. коды выхо- дов алю- блока коды прием- ников сиг- налов
1.2 01.РАС 03 1.2 4 Инв. и 6.1.2
исследуемыми элементами которой являются Ремиконт Р-100 3
в комплекте с ПО 5. Регулируемый источник напряжения 1
обеспечивает фиксированное изменение сигнала ивк с интерва-
лом 10 /о ог диапазона его изменении. Этот сигнал подается
на вход Ремиконта тумблером 2. Сигнал с выхода Ремиконта
«вых поступает на прибор 4 предназначенный для регистрации
однополярного сигнала.
Задание на программирование Ремиконта целесообразно
оформлять в виде таблицы конфигурации и таблицы парамет-
ров настройки (табл. 7.8 и 7.9). Также должна быть задана
величина изменения входного сигнала ДиВх- Алгоритмическую
схему строят по примеру схемы, приведенной на рис. 7.14.
В данной работе на Ремиконте программируют один регуля-
тор, используя алгоритм регулирования аналоговый, реализую-
щий несколько типовых законов регулирования При програм-
мировании используют рекомендации, изложенные в разделах
3.4 и 4.4.
Последовательность выполнения операций программиро-
вания приведена в табл. 7.10. Приведем некоторые особен-
ности программирования регулятора.
Процесс программирования состоит из нескольких операций,
которые проводят последовательно. Готовность Ремнконта к
выполнению очередной операции подтверждается загоранием
соответствующих ЛИ. За выполнением операции следят по по-
казаниям 13 разрядного ЦИ.
В табл. 7.10 приведены его показания после выполнения
соответствующей операции.
242
ОГЛ ПО
от ПО
Рис. 7.14. Упрощенная алгоритмическая схема аналогового регулятора на Ре
миконте
При повороте ключа направо программирование разреша-
ется (поз. 1). Затем производят общее обнуление Ремиконта
(поз. 2), после этого он переходит в ручной режим работы. Это
сопровождается высвечиванием ЛИ «пуск», «ручн» и «компл».
Начиная с позиции 4 высвечивание ЛИ «пуск» и «ручн» в табл.
7.10 не показывается.
Конфигурирование цепей выбранного алгоблока возможно
лишь при ручном режиме его работы и введении в него алго-
ритма. При установке кода источника или приемника сигнала
алгоблока младшую и среднюю цифры кода устанавливают на-
жатием клавиш «изм» и «вых |f», а старшую цифру — допол-
нительно нажатием клавиши «| '>> (поз. 8).
Операция «Без инвертирования» входного сигнала устанав-
ливается автоматически для всех восьми входов алгоблока при
выполнении операции обнуления. Это индицируется при уста-
новке кода конкретного источника сигнала (поз. 8). Поэтому
если в экспериментальной установке напряжение на выходе
источника / и входное напряжение прибора 4 (см. рис. 7.13)
имеют одинаковую полярность, то сигнал на входе в алгоблок
необходимо инвертировать (поз. 9).
Последовательность установки коэффициентов произвольна.
Но для уменьшения числа операций начинают с установки ко-
эффициента Кб. В данной работе программируют ПИ-регуля-
тор. Для его реализации достаточно установить только два
коэффициента: коэффициент передачи k„ (Кб) и время иитег
рирования Тн (Т1). Время дифференцирования 7Д (Т2) и дру
16
243
к ™LMI<a 7 ПО- Последовательность операций программирования канала регулирования
Наименование операций Положение органов управления ламповая индикация / цифровая индикация
1. Разрешение на программирование —
Ключ направо L
2. Общее обнуление, установка обнул. общее изм 0) пуск 0 ручн
комплектности 0.1.1 1.
1 б. 1. 1
3. Выбор алгоблока пуск-стоп пуск-стоп ЕЗГВ 1 II ® компл
4. Переход в режим установки ал- •
горптма алгобл г 2 0. 1. 1
5. Выбор алгоритма алгоритм
6. Переход в режим конфигурирова- ния алгоритм 1. 2 0 0
изм |здн| алгоритм
7. Установка кода входа алгоблока 1. 2 0 1
1 1 1 1 1 0
8. Установка кода источника сиг- нала
конф конф 0 1. 2 0 1 0. 0. 0.
|ЗДН|
9. Инвертирование входного сигпа- конф 1- 2 0 3 0. 0. 0
ла 1 1 1 0
ИЗМ |ВЫХ| f I конф без инв
10. Установка кода выхода алгобло- ка 1. 2 0 3 1. 2. 4
1 1 1 1 1 ; j 0 0
И. Установка кода приемника сиг- нала изм инв инв 1. 2 0 3 1. 2. 4
1 1 ( 1 0
4 ЗДН f
12. Переход в режим установки ко- конф t 2 1 1 0. 0. 0
1 1 1 0
эффициентов.
Выбор коэфф. Кб (/еп) изм I ВЫХ t t I конф 1. 2 1 1 6. 1. 2
1 1 1 1 1 L__J 0
коэф 1 1 К6(кп) 0 1. 2 0 0. 0
13. Установка коэффициента Кб (k„)
14. Выбор коэффициента Т1 (Ти)
15. Установка коэффициента Т1 (Ти)
16. Выбор коэффициента КЗ
17. Установка коэффициента КЗ
18. Выбор коэффициента 112
19. Установка коэффициента Н2
20. Введение запрета па изменение
запрограммированных параметров
21. Контроль задания
22. Контроль времени цикла
23. Переход в режим контроля входа
24. Установка кода источника и
контроль входного сигнала
25. Контроль выходного сигнала
26. Установка выходного сигнала
IS
w 27. Перевод в автоматический режим
U3M |ВЫХ { I 1 КБ(АП)
1 1 EU 1 L__J 0
1здн{ Т1(ТИ)
1 1 1 0
изм 4 вых + || Т1(ТИ)
1 1 C2U 1 1 | 0
|здн f КЗ
П- 1 1 0
изм |вых{ f 4 КЗ
1 | | | | ; ] 0
4 здн f Н2
С Л_ Z3 0
изм | вых f i { Н2
1 1 1 1 1 1 1 0
Ключ налево Н2 0
здн здн
[ ] 0
То То
1 0
контр, вх контр, вх
! 1 0
|здн| контр, вх
!" 1 0
вых ВЫХ
1 1 0
1 вых f i t ВЫХ
i J I i___J 0
авт авт
Г ~~ 1 0
гие постоянные алгоритма (ТЗ, Т4, Т5) должны быть равны
нулю. При подаче входного сигнала ивх на 3-й вход алгоблока
масштабный коэффициент КЗ устанавливают равным единице.
Диапазон изменения выходного сигнала алгоритма устанавли-
вают введением нижнего Н1 и верхнего Н2 ограничений на его
изменение. Это необходимо выполнить обязательно, так как
после общего обнуления указанный диапазон равен нулю. По-
скольку в экспериментальной установке прибор 4 воспринимает
однополярный сигнал, достаточно установить только верхнее
ограничение.
Экспериментальные кривые изменения сигнала цвых получа-
ют при ступенчатом изменении входного сигнала Л//Вх- Величи-
ну входного сигнала контролируют (поз. 24) и при замкнутом
тумблере 2 устанавливают источником I в соответствии с зада-
нием. Сигнал может быть установлен с некоторой погрешно-
стью. Его значение высвечивается па ЦИ в правой зоне. После
определения величины входного сигнала его снимают, размыкая
тумблер 2. Перед первым и каждым последующим опытом вы-
ходной сигнал алгоблока должен быть равен нулю. Если он не
равен нулю, как показано в табл. 7.10 (поз. 25), его необходимо
привести к нулю (поз. 26) Входной и выходной сигналы алго-
блока высвечиваются па ЦИ в процентах от диапазона измене-
ния.
Для получения кривых изменения сигнала ивых алгоблок
переводят в автоматический режим работы (поз. 27) и подают
на его вход сигнал Л«вх, замыкая тумблер 2. Изменение сигна-
ла »вых регистрируют на диаграмме прибора 4. После достиже-
ния стрелкой прибора конца шкалы опыт заканчивают, снима-
ют входной сигнал, размыкая тумблер 2, ключом снимают
запрет на программирование, переводят алгоблок в ручной
режим работы и устанавливают выходной сигнал равным нулю.
Кривые изменения сигнала пвых получают при нескольких
сочетаниях значений параметров настройки алгоблока, изменяя
числовые значения коэффициентов kn (Кб) и Тк (Т1) сначала
в сторону увеличения, а затем в сторону уменьшения. Для из-
менения коэффициента Кб (k„) необходимо выполнить по табл.
7.10 следующие позиции: 1 —12—13—20—25—26—27, а для из-
менения коэффициента Т1 (Ги)— 1 — 14—15—20—25—26—27,
затем тумблером 2 подают сигнал Аивх.
Обработка полученных кривых заключается в определении
числовых значений параметров настройки алгоритма регулиро-
вания так, как это показано на рис. 7.1. При обработке кривых
следует учитывать значения входного сигнала Анвх и скорости
перемещения диаграммной ленты прибора 4.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) ознакомиться с основами программирования Ремиконта, расположе-
нием клавиатуры и индикаторов на ПО. Получить затание на программиро
вание закона регулирования;
246
2) в соответствии с заданием составить алгоритмическую схему канала
регулирования;
3) провести программирование канала регулирования с ПО в последова-
тельности. привеченной в табл. 7.10;
4) установить на выходе регулируемого источника напряжения 1 (см.
рис. 7.13) латанную величину изменении сигнала н, используя тумблер 2.
ступенчато нанести его на вход Ремиконта 3. На диаграмме прибора 4 за-
фиксировать изменение выходного сигнала. После окончания эксперимента
снять сигнал на входе Ремиконта;
5) повторить работу по п. 4). установив еще по два других значения
каждого параметра настройки алгоритма регулирования;
6) вычертить кривые изменения выходного сигнала в лабораторном жур-
нале и по ним определить действительные значения настройки алгоритма
регулирования. Проанализировать влияние этих параметров иа вид получен-
ных Вр< ХКННЫХ XapaKicphilHK.
7.9. СНЯТИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПНЕВМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРУЮЩЕГО КЛАПАНА
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструк-
цией пневматического регулирующего клапана. Определить его
гидравлические потери и спять конструктивную и пропускную
характеристики.
Описание установки и методика проведения работы. Схема
экспериментальной установки для снятия характеристик пнев-
матического регулирующего клапана приведена на рис. 7.15.
Вода из сети через вентиль 1 подается в сосуд постоянного
уровня 2, по выходе из которого проходит через ротаметр 3,
пневматический регулирующий клапан 5 и поступает в сосуд
постоянного уровня 9. Подача сжатого воздуха на клапан уста-
навливается редуктором 7 по показаниям образцового мано-
метра 6. Гидравлические потери напора на клапане ДРКЛ и в
линии ДРЛ определяются по шкале пьезометрической трубки 4.
Рис. 7.15. Установка для снятия характеристик пневматического регулирую-
щего клапана
247
ЛРс
Рис. 7.16. Характер распределения по-
терь в системе
«
При протекании жидкости по
трубопроводу энергия столба
жидкости высотой Н затрачива-
ется на преодоление сопротивле-
ний линии ЛРЛ кПа и регулиру-
ющего клапана ДРКл кПа. Общие
потери в системе составят
= — pg(h. ' \'вАР;ЛХЛ/>. ,
где hi — высота столба жидко-
сти, соответствующая перепаду
давления на клапане, м; — высота столба жидкости, соот-
ветствующая потерям напора в линии, м; g — ускорение сво-
бодного падения, м/с2.
В случае полного закрытия клапана расход жидкости равен
нулю, тогда потери в линии ДРЛ = О и ДРс=Д/экл.
Характер распределения потерь в системе показан на рис.
7.16.
При проведении эксперимента для снятия конструктивной и
пропускной характеристик клапана открывают вентиль 1 (см.
рис. 7.15) и устанавливают небольшой перелив жидкости из
сосуда 2. Редуктором 7 подают на клапан сжатый воздух. По-
степенно увеличивая давление от 20 до 100 кПа, снимают через
равные промежутки показания в пяти—шести точках. При этом
фиксируют: величину поданного давления по манометру 6\ пе-
ремещение стрелки 8, связанной со штоком клапана; расход
жидкости F м3/ч—по ротаметру 3 и потери давления па кла-
пане ДРКЛ кПа — по пьезометрической трубке 4.
Полученные данные заносят в табл. 7.11 и по ним строят
графики k.PK„=f(F), и F=f2(l), где А (мм2) и
I (мм)—соответственно площадь переходного сечения и пере-
мещение штока регулирующего органа. График A=fl(l) строят,
используя чертеж седла и затвора клапана, представленный на
установке.
Таблица 7.11. Результаты эксперимента при испытании
пневматического регулирующего клапана
Р. кПа 1, мм Л, мм* ЛР, кПа F, м3/ч
248
При построении графиков аргументы указанных зависимо-
стей откладывают по оси абсцисс, функции — по оси ординат.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1) ознакомиться с установкой для снятия характеристик пневматическо-
го регулирующего клапана;
2) открыть вентиль 1 и установить перелив жидкости через сливной
патрубок (см. рис. 7.15);
3) подать редуктором 7 давление на клапан и зафиксировать перемеще-
ние его штока, расход жидкости в системе и потери иа клапане. Занести
полученные результаты в табл. 7.11;
4) повторить работу по п. 3), снимая данные для четырех-пяти других
значений давления сжатого воздуха, подаваемого на мембрану регулирующе-
го клапана;
5) построить графики потерь напора на клапане и его конструктивную
и пропускную характеристики.
ГЛАВА 8
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО АВТОМАТИЧЕСКИМ
СИСТЕМАМ РЕГУЛИРОВАНИЯ
8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Получение продукции высокого качества возможно лишь при
проведении технологического процесса с соблюдением требова-
ний регламента. Для стабилизации процессов объекты оснаща-
ют регуляторами. Но под влиянием возмущений регулируемая
величина в АСР отклоняется от заданного значения или при
изменении задания не успевает следить за его изменением, т. е.
в АСР возникает переходный процесс, появляется ошибка ре-
гулирования— рассогласование между текущим значением ре-
гулируемой величины и ее заданным значением во времени.
АСР обеспечивают протекание в них оптимальных переходных
процессов с заданными значениями показателей качества.
Показатели качества переходного процесса. Качество пере-
ходных процессов определяют по временной характеристике
АСР, полученной при ступенчатом возмущении или ступенча-
том изменении задания (рис. 8.1). Различают следующие пока-
затели качества переходного процесса:
динамическая ошибка регулирования уДКН представляет со-
бой максимальное отклонение регулируемой величины в пере-
ходном режиме от ее заданного значения. На рис. 8.1 эта ошиб-
ка равна первой амплитуде у, колебаний переходного процесса
(удпн=Уд;
время регулирования lv — это время, в течение которого,
начиная от момента приложения воздействия на АСР, регули-
249
Рис. 8.1. Показатели качества пере-
ходного процесса в АСР при ступен-
чатом возмущении (а) или ступенча-
том изменении задания (б)
руемая величина достигает
нового равновесного значения
с некоторой заранее установ-
ленной точностью ±е и в по-
следующем не выходит за пре-
делы зоны ±е. Время регули-
рования определяет быстро-
действие АСР;
перерегулирование перехои-
ного процесса ф представляет
собой выраженное в процентах отношение второй у2 и первой
yi амплитуд колебаний, направленных в противоположные сто-
роны
<₽ = (Уг/Уд ЮО;
интегральная квадратичная ошибка регулирования представ-
ляет собой квадрат площади между кривой переходного про-
цесса и новым установившимся состоянием системы
ос оо
1 = j" (у — Уа-. )2 dt или I == j* y-dt при ух = 0.
0 о
Чем меньше динамическая ошибка, время регулирования и
т. д., тем выше качество переходного процесса.
Типовые переходные процессы. К качеству регулирования
каждого технологического процесса предъявляют конкретные
требования; в одних случаях оптимальным может служить про-
цесс, обеспечивающий минимальное значение удин, в других
случаях — минимальное значение tp. Поэтому в соответствии
с требованиями технологии в качестве оптимального выбирают
один из следующих типовых переходных процессов (рис. 8.2):
Рис. 8.2. Типовые переходные процессы:
а —граничный апериодический с минимальным временем регулирования; б —с 20%-ным
перерегулированием; а — с минимальной квадратичной площадью отклонения (min y2dt)
0
250
граничный апериодический процесс характеризуется отсут-
ствием перерегулирования, минимальным временем регулиро
вания и наибольшей динамической ошибкой регулирования по
сравнению с другими типовыми процессами. Такой процесс ис-
пользуется в качестве оптимального при сильном влиянии
регулирующего воздействия в объекте на другие технологиче-
ские величины объекта, что ограничивает степень воздействия
регулятора на объект и вследствие этого приводит к большому
отклонению регулируемой величины от заданного значения;
процесс с 20%-ным перерегулированием характеризуется
меньшим отклонением регулируемой величины и большим вре-
менем регулирования, чем в тем случае. Эол процесс
выбирают в качестве оптимального, когда допустима большая
степень воздействия регулятора на объект и возможно некото-
рое перерегулирование;
процесс с минимальной квадратичной площадью отклонения
регулируемой величины обладает значительным (до 40%) пе-
ререгулированием, наибольшим временем регулирования и наи-
меньшей величиной динамической ошибки регулирования по
сравнению с другими типовыми процессами. Он возникает при
большой величине регулирующего воздействия и применяется
в качестве оптимального, если на величину динамической ошиб-
ки регулирования накладываются жесткие ограничения.
Переходный процесс в АСР зависит от динамических харак-
теристик объекта регулирования, характера и величины возму
щающего воздействия, от закона регулирования и числовых
значений параметров настройки регулятора. Для достижения
требуемого качества регулирования при известных динамиче-
ских характеристиках объекта и выбранном типовом переход-
ном процессе подбирают необходимый закон регулирования и
определяют параметры настройки регулятора.
Определение динамических характеристик объекта по кри-
вой разгона. В химической технологии объекты обычно устой-
чивы, имеют несколько емкостей и характеризуются запазды
ванием.
Аналитическое исследование таких объектов (составление и
решение их математических моделей) затруднено. Поэтому на
практике динамические характеристики объектов, как правило,
определяют экспериментально по кривым разгона, полученным
при ступенчатом изменении одной из входных величин, напри-
мер регулирующего воздействия. Кривые разгона устойчивых
объектов имеют S-образный вид (рис. 8.3). При некотором уп-
рощении объекты этого типа могут быть аппроксимированы по-
следовательно соединенными апериодическим звеном 1-го
порядка и звеном запаздывания.. Уравнение динамики такого
соединения имеет вид
7об [dy (/) ’dl] у. у _ kv6X (/ _ . (8.1)
251
Рис. 8.3. К определению времени запаздывания и постоянной времени
объекта
/ — крмвач па^гпнэ- —эппр щ.'нмиру'рп ~
Рис. 8.4. К определению динамического коэффициента регулирования си-
стемы:
/ — кривая разгона объекта: 2 — переходный процесс в системе
где х и (/—изменения входной и выходной величин объекта;
kot,— коэффициент передачи объекта; ТОб — постоянная вре-
мени; т — время запаздывания.
Аппроксимирующая кривая разгона описывается зависимо-
стью
//(/) = 0 при 0^/^т; ]
Г / *' (8.2)
У (0 W I 1 - ехр | — т— 11 при / > т. j
и в виде штриховой кривой также приведена па рис. 8.3. Ап-
проксимирующая кривая имеет точки пересечения с кривой
разгона.
Определению подлежат числовые значения величин k„6, Тос
и г. Коэффициент передачи объекта определяют по равенству
(в ед. изм. вых. вел./ед. изм. вх. вел.)
*об=!/об( (8.3)
где уоб(оо)—изменение выходной величины при достижении
объектом нового установившегося состояния; х—изменение
входной величины. Для нахождения значений Tnf, и т на кривой
разгона определяют значения t)\ — 0,33уоб(°о) и у2 = 0,7//Об(оо),
а также соответствующее им время (( и /2. Далее вычисляют
значения 7’<,б и т по равенствам
Тоб^ЦЗб^-/!);1 (8.4)
т = 0,5 (3/1— /2). (8.5)
Выбор закона регулирования. В химической промышленно-
сти наиболее часто применяют ПИ- и ПИД-регуляторы непре-
рывного действия, так как они в замкнутом контуре поддержи-
252
вают регулируемую величину на заданном значении. Поэтому
ограничим задачу выбора закона регулирования регуляторами
указанных двух типов
Исходными данными для выбора закона регулирования яв-
ляются: динамические характеристики химико-технологическо-
го объекта (/го6) и отношение т/Т^б! максимальная величина
возмущения zmax; вид типового переходного процесса; допусти-
мые значения динамической ошибки регулирования г/i доп и
времени регулирования (р.доп.
Закон регулирования выбирают в следующей последователь-
ности. Сначала проверяют, обеспечивает ли ПИ-регулятор за-
данное качество регулирования. Сель да, т^ переходя, о опре-
делению параметров его настройки. Если нет, то начинают про-
верять ПИД-регулятор.
Подбор ПИ-регулятора начинают с определения максималь-
ного динамического отклонения регулируемой величины у} в
замкнутой системе и сравнения его с допустимой динамической
ошибкой регулирования у\ до„. При этом должно соблюдаться
условие ,
?/i ?/1доп • (8.6)
Для устойчивых объектов значение у^ определяют по равенству
У1 — ^дУоб (>-)- RдДгтак *= Кдкобхв > (8.7)
где Ra — динамический коэффициент регулирования системы;
kB— коэффициент передачи объекта по каналу возмущающего
воздействия; zmax — максимальное возмущающее воздействие;
лв — регулирующее воздействие, вызывающее такое же измене-
ние регулируемой величины, как и zmBX. Коэффициент Дд ха-
рактеризует степень воздействия регулятора на объект (рис. 8.4)
и определяется по равенству /?д = г/1/гл>б(оо) С увеличением
коэффициента 7?д динамическое отклонение yi в АСР возрас-
тает. Величину коэффициента 7?д, при котором в замкнутой АСР
обеспечивается протекание заданного типового переходного
процесса, находят по графикам, приведенным па рис. 8.5. По
значению /?д, установленному для ПИ-регулятора, вычисляют
значение yt й сравнивают его с допустимым значением по ус-
ловию (8.6). При удовлетворении этого условия ПИ-регулятор
проверяют на время регулирования tp в соответствии с усло-
вием
^р^^рдоп. (8.8)
где tp Доп — допустимое время регулирования.
Значения (р/т, при которых в АСР обеспечивается протека-
ние заданного типового процесса, находят по данным табл. 8.1.
Если ПИ-регулятор не обеспечивает выполнение условий (8.6)
или (8.8), то аналогичным образом выполняют проверку ПИД-
253
Рис. 8.5. Динамические коэффициенты регулирования УД систем с ПИ (а)
и ПИД (б) регуляторами и устойчивыми объектами и для переходного про-
цесса:
1 апериодический; 2 —с 20%-ным перерегулированием; 3 — с минимальной квадратич-
ной площадью отклонения
регулятора. Последовательность выбора закона регулирования
при работе на устойчивых объектах приведена на рис. 8.6. Если
ни один из рассмотренных регуляторов не позволяет получить
переходный процесс, который не выходил бы за предельные
значения показателей качества, то для обеспечения заданного
качества регулирования исследуемого объекта вместо однокон-
турной используют более сложную многоконтурную систему,
например каскадную.
Определение параметров настройки регулятора. Оптималь-
ные значения настроечных параметров ПИ- и ПИД-регулято-
ров, установленных на устойчивых объектах, уравнения дина-
мики которых описываются равенством (8.1), приведены в табл.
8.2. Для регуляторов с независимыми параметрами настройки
Таблица 8.1. Относительное время процесса регулирования tpji
в системах с ПИ- и И И Д-регуляторами
Тип регулятора Типовой переходный процесс
граничный аперио- дический с 20%-иым перере- гулированием с минимальной квадратичной пло- щадью отклонения
пп 8 12 16
ПИД 5,5 7 10
254
1 лад
ПИ-регуляторы
I
•регуляторы
Jy?
tP/^=fWTo6)
коЁ кр(Тиз/'£-) —
=f(t-/T0<5)
</кр; Тиз
Q Конец')
> 1<р; Тиз; Тп
Q Конец)
^f(t/ro6)
У1 ~ ^Д ^об^В
Рис. 8.6 Схема последовательности выбора закона регулирования и опреде-
ления оптимальных значений параметров настройки регулятора на устойчи
вых объектах
значения времени интегрирования Tv и времени дифференциро-
вания Та определяются по равенствам
7Н “ 1 ИЗ'Ар И J Д — Тп Ар.
Параметры настройки регулятора позволяют изменять сте
пень его воздействия на объект и существенно влияют на вид
переходного процесса и показатели качества. С усилением воз-
действия на объект переходный процесс, возникающий в систе-
ме, постепенно видоизменяется от апериодического до колеба-
тельного со все большим перерегулированием вплоть до гармо-
нического процесса, для которого <р= 100%,
Определение параметров настройки регуляторов каскадных
АСР. Настроечные параметры регуляторов в таких системах
находят по зависимостям, приведенным на рис. 8.7. При таких
235
Таблица 8.2. Значения параметров настройки ПИ- и ПИ Д-регуляторов
ни устойчивых' объектах
Тип pel у 1 я тора Типовой переходный процесс
граничный апериоди- ческий с 20%-ным перерегу- лированием с минимальной квад- ратичной площадью отклонении
ПИ ПИД £р=0.67*ов/(£о6т) 7'нз=0,8т + 0.57'о6 £р=0,95ГОб/(£обТ) Гиз=2,4т Г,.=0,4 А’Р=0,7Го6/(Лобт) 7'нэ=т+О.ЗГоб Ар= 1,2Гоб/(^обт) Гиз = 2,0т 7,,=0,4 т /гР=7'Об/(Ловт) ГИз=т+0,357*06 &р= 1.47*ов/(Ловт) Гиз=1,3т ?*„ = 0,5т
значениях параметров настройки в системе возникает типовой
-к.
переходный процесс, обеспечивающий min | у2 dt.
Оптимальные настроечные параметры регуляторов опреде-
ляют по известным значениям следующих параметров объекта:
временам запаздывания в стабилизирующем (п) и корректи-
Рис 8.7. Графики оптимальных значений настроечных параметров регулято-
ров каскадной АСР типов П-IIII (о). ПИ-ПИ (о) н ПИ-ПИД (в):
параметры обьскта: С-,6 t и Ti— соопзетствен пи коэффициент передачи, постоянная
времени и время запаздывания по стабилизирующему мипуру. т—время запаздывания
по корректирующему контуру, параметры нас громки регуляторов: /?р н Гиз t соответст-
венно коэффициент передачи и время изодрома стабилизирующего контура; k)y, Ги<
и /.J — коэффициент мередачи, время нзодрома и время предварения корректирующего
ал ори।ма
256
рующем (г) каналах, коэффициенту передачи (/г.,б1) и посто-
янной времени (Т„ы) стабилизирующего канала. По найденным
при помощи графиков числовым значениям величин, отложен-
ным по осям координат, вычисляют, в случае П ПИ системы
коэффициенты передачи стабилизирующего /гр, и корректирую-
щего kp регуляторов, а также время изодрома Т„3 корректиру-
ющего регулятора; в случае ПИ-ПИ системы коэффициенты
передачи (/гр) и kp) и времена изодрома (Гиз! и Гиз) соответст-
венно для стабилизирующего и корректирующего регуляторов;
в ПИ-ПИД системе определяют дополнительно время предва
рения Г„ корректирующего регулятора.
8.2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ОДНОКОНТУРНОЙ АСР
С РЕГУЛЯТОРОМ КОМПЛЕКСА «СТАРТ»
Цель работы. Изучить особенности работы одноконтурной АСР
с аналоговым регулятором комплекса «Старт». Определить оп-
тимальные значения параметров настройки регулятора, обеспе-
чивающие заданное качество регулирования Экспериментально
получить кривые переходного процесса АСР при разных значе-
ниях параметров настройки регулятора и оценить их влияние
на качество работы АСР.
Схема экспериментальной установки и методика выполнения
работы. Исследование работы одноконтурной АСР с пневмати-
ческим регулятором проводится на экспериментальной уставов
ке (рис. 8.8), содержащей пневматическую мотель ОР 2 и ПИД-
регулятор комплекса «Старт» 5, работающий в комплекте со
вторичным пневматическим прибопом 6.
Прибор ПВ10.1 имеет станцию управления СтУ. предназпа
ченную для перевода АСР с ручного управления на автомати
ческое регулирование и обратно. Регулируемая величина в виде
давления сжатого воздуха Р„ с выхода ОР поступает на вход
Рис. 8.8. Установка для исследования одноконтурной АСР с регулятором
комплекса «Старт»
17—1392
257
АР, а регулирующее воздействие Рх с выхода АР направляется
через суммирующее устройство 7 на вход ОР. На суммирующее
устройство подается также сигнал возмущающего воздействия
Рг. формируемый задатчиком 9 по показаниям манометра 10
Непосредсiвенная подача этого сигнала осуществляется пнев
мотумбтером 8. Манометр 1 служит для измерения значения
регулирующего воздействия Рх. Значение регулируемой вели
чины Ptl регистрируют во времени на ленточной диаграмме
прибора работающего в комплекте с датчиком давления 4
Заданное значение регулируемой величины Р„ формируется
задатчиком СтУ прибора 6.
Модель ОР реализована в виде трех пневматических RC
цепочек кажтая из которых выпоппена на лементе регул.,
руемын дроссель — пневмокамера» и имеет развязывающий
повтори (ель, предназначенный для исключения влияния после
тующего элемента на предыдущий В динамическом отношении
модель представляет собой три последовательно соединенных
апериодических звена с уравнениями динамики (3.12). Модель
имитирует трехъемкостпый устойчивый объект. По каналам
регулирующего и возмущающего воздействий коэффициент
передачи объекта k, равен единице. В RC цепочках модели ОР
используются регулируемые дроссели ДР, снабженные ручками
со шкалой Ими можно изменять постоянные времени аперио-
дических звеньев и динамические характеристики объекта.
Задание па выполнение лабораторной работы должно вклю-
чать: положение ручек дросселей ДР|, ДР2 и ДР:1 модели объ-
екта, заданное значение регулируемой величины Ри=Р0\ вид
типового переходного процесса, допустимое отклонение регули-
руемой величины от заданного значения \РЦ доп = | Ру Д111,—Ро|;
допустимое отклонение времени регулирования /РД(„; макси
мальное возмущение, поступающее па объект, А/Дтах
При выполнении работы сначала снимают кривую разгона
объекта и определяют его динамические характеристики. По
ним в соответствии с методикой, изложенной в разделе 8.1, вы
бираюг закон регулятора и оптимальные значения параметров
настройки. Затем снимают переходные процессы в АСР при
найденных значениях параметров настройки АР и других зна-
чениях. В заключение выявляют влияние параметров настройки
АР на вид и качество переходных процессов АСР и определя-
ют, при каких значениях параметров настройки АСР обеспечи-
вает заданное качество регулирования.
Определение характеристик объекта. Характеристики объек-
та определяют по экспериментальной кривой разгона, получен-
ной при нанесении ступенчатого возмущения Д/Д,пах Дтя сня-
тия кривой разгона ОР размыкают АСР Для этого па СтУ
прибора 6 нажимают кнопки «Откл» и «Р», в результате чего
отключают выход АР от линии peiулирующего воздействия.
258
Таблица 8.3. Показатели качества переходных процессов
в одноконтурной системе при разных значениях параметров настройки
регулятора (алгоритма регулирования)
Параметры настройки аналого- ного рогуля юра (а. и оршма рег\ л иронии ия) Показатели качества переходного процесса
динамиче- ская ошцб к а регули- рования у1И1, время регу- лирования 'р перерегу- лирование <Г ив lerpa ib мая кна ipa- тичная ошибка /
коэффици- ент переда- ч>< лр время ин- тегрирова- ния 7~|f время диф- ференциро- вания /’
подсоединяют к ней задатчик СтУ и с его помощью, следя по
левой шкале прибора 6, изменяют сигнал в линии регулирую
щего воздействия до величины Ро, указанной в задании. Вели-
чин)' возмущения АЛ? max устанавливаю! задатчиком 9 по по-
казаниям манометра 10. После прихода ОР в равновесное
состояние тумблером 8 на пего подают возмущение ХРгтлх.
что приводит к изменению сигнала Ри. После окончания пере-
ходного процесса возмущение снимают. Кривую разгона с диа-
граммной ленты прибора 3 переносят в лабораторный журнал
По ней находят числовые значения времени запаздывания т
и постоянной времени объекта Т\>(, (см. рис. 83) и определяют
отношение т/Т,,,-,.
Выбор закона регулирования и определение оптимальных
значений параметров настройки регулятора. Закон регулирова-
ния и числовые значения параметров настройки АР, при кото-
рых на исследуемом объекте обеспечивается протекание типо-
вого переходного процесса с заданным качеством, находят в
последовательности, приведенной в разделе 8.1. Полученные
значения параметров настройки заносят в табл. 8.3 и устанав-
ливают па АР. Напомним, что предел пропорциональноеги 8
регулятора связан с его коэффициентом передачи kv равенст-
вом (3.6) и его значения устанавливают при помощи двух ре-
гулируемых дросселей, как изложено на стр. 116.
Снятие переходных процессов в системе. Переходные про-
цессы снимают при замкнутом состоянии АСР. АСР переводят
в автоматический режим работы при помощи СгУ прибора 6
(последовательность действий см. в разделе 4.2) и тумблером 8
подают ступенчатое возмущение \Ргт«, такое же по величине,
как и при снятии кривой разгона ОР. По окончании переход-
ного процесса возмущение снимают, переносят полученную
кривую в лабораторный журнал и по пей определяют числовые
значения показателей качества переходного процесса. Эти зна-
чения также заносят в табл 8.3. Затем устанавливают другие
17
259
значения параметров насiройки. снимают новые переходные
процессы и также их обрабатывают. В качестве таких значений
можно, в частности, выбрать значения, обеспечивающие проге
какие двух других типовых переходных процессов, не указан
ных в задании В заключение проводят анализ влияния пара
метров настройки АР па форму переходного процесса исследуе-
мой системы.
Порядок выполнения работы. Необходимо.
1) ознакомиться со схемой экспериментальной установки, мето шкой вы
бора закона регулятора и иахож юн ня оптима н.ных значений параметрон его
настройки получить за танке на выполнение работы:
2) подать на установку воз тух питания (велением 140 кПа. электро
энергию на приборы 3 и I и в соответствии > заданием установить ручки
регулируемых тросселей модели объект»'
3) снять кривую разгона ОР и определить по ней его динамические ха
рактерпстики;
4) выбрать закон регулирования, определить оптимальные значения сю
параметров настройки и занести их в табл 8.3;
5) снять переходные процессы замкнутой ХСР при оптима.и,ных значз
ннях параметров настройки АР и при тругих значениях; отключить пгиачу
воздуха и электропитания на установку;
6) перенести полученные переходные процессы в лабораторный журнал,
определить их показатели качества и занести в табл. 8.3. проанализировать
влияние параметров настройки АР иа изменение формы переходного про
цесса Отметить переходные процессы, удовлетворяющие качеству регулн
рования.
8.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ
РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В РЕЗЕРВУАРЕ
Цель работы. Ознакомиться с экспериментальной установкой
и входящими в нее устройствами. По динамическим характе
рисгикам объекта выбрать закон действия регулятора н опре
делить оптимальные значения его настроечных параметров.
Выявить их влияние на виг перехо того процесса в системе и
па показатели качества.
Схема экспериментальной установки и методика выполнения
работы. Лабораторная работа проводится на установке, схема
Рпс 89 Xci.iiiouk.i (ля iicc.icioB.tiiiih \('P уровня жпдкони н in ip.iB.шческом
ре icpnx ирс
260
которой приведена на рис. 8.9 На установке реализовано од
ноконтурное регулирование уровня жидкости в резервуаре.
Вода поступает в резервуар 4 (объем регулирования) но
длинному трубопроводу, на котором установлены параллельно
вентиль / и пневматический регулирующий клапан 2. Расхот
воды контролируют по показаниям ротаметра 3 Уровень воды в
резервуаре (регулируемую величину) измеряют гидростагиче
ским дифманометром-уровнемером 9. Пневматический сигнал
с его выхода поступает на вторичный прибор ПВ3.2 со станци-
ей управления 5 и работающий с ним в комплекте авгоматнче
ский регулятор комп.текса «Старт» ПР3.35 6, а также на мано-
метр 8 с электрическим выходом, подаваемым на регистрирую
"пн прибор 7 per i .. -р. i тпразляется па жтюлпи
тельное устройство — клапан 2. Вентиль 1 предназначен для
подачи на объект и в систему регулирования возмущающих
воздействий, вентиль 10 — для установки номинального расхо
да жидкости через обьект. Заданное значение уровня жидкости
в резервуаре устанавливают задатчиком станции управления
прибора 5.
Задание на выполнение лабораторной работы должно вклю-
чать: заданное значение регулируемой величины 1.0; номиналь-
ное значение расхода воды через резервуар Р<, вид типового
переходного процесса в системе; допустимое отклонение уровня
oi заданного уД111, д<111 = | La„„—Ln|; допустимое тначение
времени регулирования /рД<1||, максимальное возмущение но
расходу ВОДЫ Zmax = AFntHJl.
Определение характеристик объекта. Для определения ха
рактернстик объекта сначала переключателем станции управ-
ления прибора 5 систему переводят в режим ручного \правле-
ния и, подавая задатчиком командный сигнал на клапан 2, вы-
водят объект в равновесное состояние, при котором F—F» и
L=La.
Желательно, чтобы вентиль / и клапан 2 находились в се-
редине своего хода. Затем в приборе 7 включают тумблер при-
вод перемещения диаграммной бумаги и вентилем / на обьект
подают ступенчатое возмущение \Finili. определяя его величину
по показаниям ротаметра 3. Нанесение возмущения вызовет
изменение уровня в аппарате, что приведет к перемещению
стрелки прибора 5 в толь его шкалы и регистрации зависимости
«уровень — время» на диаграммной бумаге прибора 7. После
окончания переходного процесса обьект возвращают в прежнее
состояние равновесия. Кривую разгона переносят в .таборагор
ный журнал, обрабатывают ее, как показано на рис. 8.3, и по
равенствам (8.4) н (8.5) находят числовые шачештя времени
запаздывания т, постоянной времени Г() и вычисляют отношение
т/Г,1 и коэффициент пере тайн обд.екта но равенств} (в ч/м ')
к ) -М шах •
9«|
При этом безразмерный коэффициент передачи объекта рассчи-
тывают по равенству
А| ^11|Л<1б^|1К ,
где /?„„=.\/JHX/\L, кПа/м и £рк = ДА/ЛРВых, м’ДкПач)—ко
эффициенты передачи измерительного преобразователи
дифманометра-уровнемера 9 и регулирующего клапана 2 (оп-
ределяют по их техническим характеристикам).
Выбор закона регулирования и определение оптимальных
значений настроечных параметров регулятора. Закон регулиро
вания и параметры настройки регулятора, при которых обеспе
чиваегся заданное качество типового переходного процесса, на-
ходят в последовательности, описанной ь разделе 8 1. Получен-
ные значении параметров заносят в табл. 8.3 и устанавливают
на регуляторе.
Снятие переходных процессов в системе регулирования у ров
ня. Для снятия переходных процессов в АСР ее замыкают не
реключателем на станции управления прибора 5 и вентилем /
по показаниям ротаметра 3 подают в систему ступенчатое воз
мущепие ХАтах (такое же по величине, что и при снятии кри
вой разгона объекта). После окончания переходного процесса
систему возвращают в исходное равновесное состояние, кривую
переносят в журнал, определяют числовые значения показа те
лей качества переходного процесса и записывают их в табл. 8.3.
Затем аналогичным образом снимают еще несколько раз пере-
ходные процессы в АСР при других значениях настроечных
параметров регулятора и анализируют, как от них зависят
форма и показатели качества переходного процесса системы
регулирования уровня жидкости.
Порядок выполнения работы Необходимо
I) ознакомиться со схемой зкенернмеаталыюй установки. после н>вагель-
ностью работы на станции управления методикой опре селения оптимальных
значений параметров настройки регулятора в о шоков турион АСР. Получить
за [анис на выполнение работы
2) вывести объект в равновесное состояние и нанести на него ступенча-
тое возмущение. Получить его кривую разгона и. обработав ее. определить
свойства гидравлического резервуара как объект регулирования;
3) определить оптимальные значения параметров настройки регулятора
н установить их на регуляторе;
4) переключателем станции управления замкну ть ХСР и вентилем 1
нанести на нее возмущение, изменив расход жн (кости в резервуар на вели
чину AFmax. получить кривую перехо того процесса АСР,
5) повторить работу по и 4 при других значениях параметров настройки
регулятора;
6) перенести кривые переходного процесса и лабораторный журнал,
определить показатели качества и занести их в табл. К.З Сформулировать
выводы.
8.4. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛЯТОРА ТЕМПЕРАТУРЫ
НА ТЕПЛОВОМ ОБЪЕКТЕ
Цель работы. Ознакомиться с работой регулирующего прибора
Р25.3 комплекса «Контур». По характеристикам объекта опре
делить оптимальные значения параметров настройки регуляго
ра и настроить его на процесс Оценить качество переходных
процессов, полученных при разных значениях параметров на
стройки регулятора.
Схема экспериментальной установки и методика выполнения
работы. Схема установки, на которой исследуется работа им-
пульсного регулятора температуры в замкнутом контуре, при-
ведена ня рис. 8 10: расположение приборов и органов управ
ления на щите установки — на рис. 8.11.
Объектом регулирования замкнутой системы является элек
трический подогреватель ЭП, в котором размещен нагреватель-
ный элемент А?н, питаемый от сети через трансформатор Гр.
Воздух центробежным вентилятором ЦВ продувается через ЭП
Рис. 8.10. Электрическая схема экспериментальной установки:
ЭП электрическая печь; ЦВ - ценфобежный вентилятор; Д двигатель вентилятора;
Л. Т2 — термоэлектрические преобразователи; PH регистрирующий прибор; 1Р— элек-
тронный регулятор; КК — компенсационная коробка; И—пускатель; BKi, BKj концевые
выключатели; П{, П3 переключатели; СЛ— серводшп а (ель; Р—редуктор; Гр транс
форматор; Л —• амперметр; 7?н — нагревательный элемент; - реостат; — потен-
циометры
263
Рис 8 11 Расположение при
боров и органов управления
на щите хетановкн юбонначе
ння те же. что я на рис 8.10)
и нагревается в нем. Тем
пература воздуха (регу
тируемая переменная)
измеряется термоэлектрн
ческим преобразователем
Т-2. ТЭДС преобразовате-
пя чэрес ксробпу компен-
сации свободных спаев
КК направляется па элек
трический регулятор
ЭР — регулирующий при
бор Р25.3 комплекса
«Контур», работа и коп
струкция которого описа
ны в разделе 3.3. Выход-
ной сигнал прибора через
пускатель управляет ра
ботой серводвигателя СД,
который в свою очередь через редуктор Р перемещает движок
по трансформатору Тр (регулирующий орган), что приводит к
изменению подачи электроэнергии на нагревательный элемент
/?н и соответственно подачи тепла в объект. Возмущения на
объект наносят перемещением движка реостата Rt, определяя
величину возмущения по показаниям амперметра А, и измене-
нием скорое।и продувки воздуха вентилятором ЦВ, который
приводится в движение электродвигателем Д Число оборотов
крыльчатки вентилятора регулируют потенциометром /?2. За
данное значение температуры устанавливают задатчиком, рас-
положенным на лицевой панели прибора Р25.3 (см. рис. 3.24)
Регистрирующий прибор РП в комплекте с преобразовать
лем Т\ предназначены для записи изменения температуры воз-
духа на выходе из подогревателя ЭП при выполнении работы.
Питание на установку подают переключателем lit. Переключа-
тель П2 обеспечивает одновременную подачу электроэнергии
на нагреватель /?н подогревателя ЭП и на двигатель Д венти-
лятора ЦВ. Переключатель П2 имеет три положения: в сред-
нем положении (положение в) нагреватель /?„ и обмотки дви-
гателя Д обесточены; при установке /72 в правое положение (с)
включается двигатель //, воздух продувается через подогрева-
тель ЭП и на нагревательный элемент подается электроэнер-
гия, при таком положении /72 можно нанесги возмущение по
расходу воздуха
284
Для нанесения возмущения по подаче гепла переключите.!!
П> устанавливают в левое положение (а) предварительно пе
реместив движок по реостату /?ь Величина этого возмущения
зависит от перемещения движка. Пускатель П снабжен копне
выми выключателями ВК\ и Ы\>, которые обесточивают обмот
ки серводвигателя СД при достижении движком трапсформа
тора Тр крайних положений. Положение движка трапсформа
тора Тр контролируют по показаниям индикатора 19 (см.
рис. 3 24), расположенного па лицевой панели прибора Р25.3.
Показания индикатора зависят от положения движка потен
циометра R „ Выходной вал редуктора Р, движок трансформа
тора Тр, движок потенциометра и толкатель концевых вы
ключа гелей В.К, и ВК_ находятся ".т одной оси
Задание на выполнение лабораторной работы должно вклю-
чать: заданное значение температуры нагретого воздуха Т вид
типового переходного процесса, максимальное возмущение по
току, поступающее на объект.
При выполнении работы сначала снимают кривую разгона
объекта и определяют его динамические характеристики. По
ним находят оптимальные значения настроечных параметров
регулятора и, установив их, снимают переходные процессы в
АСР. В заключение изучают влияние параметров настройки АР
па вид и качество переходных процессов АСР.
Определение характеристик объекта. Характеристики объек-
та находят по его кривой разгона полученной при ступенчатом
изменении возмущения по току и разомкнутом состоянии АСР.
АСР размыкают регулирующим прибором Р25.3, переводя пе-
реключатель режимов работы /7 (см. рис. 3.24) в положение Р
(ручной). Величину ступенчатого возмущения (А/)2 уста-
навливают в следующей последовательности. Сначала орган
дистанционного управления 18 па приборе Р25.3 переводят в
положение «А» и удерживают в нем до тех пор, тюка движок
трансформатора Тр, а следовательно, и потенциометра /?3, не
придуч в свои крайние положения, о чем следят по показаниям
индикатора 19. Затем движки реостата ТС и потенциометра R2
устанавливают в положения, указанные преподавателем,
и включают тумблер перемещения диаграммной лепты регист-
рирующего прибора РП.
Ступенчатое возмущение наносят на объект в момент, когда
перо прибора РП подойдет к одной из поперечных линий на
диаграммной бумаге, переводя переключатель П2 в положение
а. При этом температура в подогревателе начнет возрастать.
За ее изменением следят по кривой, вычерчиваемой на ленте
прибора РП. Кривую разгона снимают до тех пор, пока темпе
рагура практически не перестанет изменяться.
Кривую разгона объекта, имеющую S-образный вид, обра-
батывают по методике, приведенной в разделе 8.1, находят чис-
265
левые значения времени запаздывания т и постоянной времени
7",.с коэффициент передачи объекта k определяют по равенст
ву (в °С/А2)
k \Т(х) (J2a-
где Л7"(оо) максимальное приращение температуры в объек-
те при снятии кривой разгона; Л и Л — сила тока до и после
нанесения возмущения.
Нахождение оптимальных значений параметров настройки
прибора Р25.3. Параметры настройки прибора Р25.3 могут быть
найдены по следующим формулам:
/ ' 3 Чт. | "Ри 0<т 7^ <0,2
I *Р-
т/Трб- 0,08
т/ Tof, - 0.6
при 0,2 < т Т„б < 1,5
Т„ О.ВГоб;
1//?г 24;
Г,, 0,6т
при т Гоб <1.5
При установке найденной из этих уравнений величины kr—ко
эффнциента пропорциональности прибора Р25.3 — следуе<
иметь в виду, что он представляет собой произведение
^|1 ^м^п^ро •
где /?м — коэффициент масштабирования измерительного суб
блока, В/мВ; k„ — коэффициент передачи регулирующего суб
блока (настраиваемая величина), мм/В; kp„ — коэффициент
передачи регулирующего органа, А2/мм.
Полученные значения параметров настройки прибора зано-
сят в табл. 8.3 и устанавливают с лицевой стороны прибора
(см. рис. 3.24).
Снятие переходных процессов в системе. Для снятия пере
ходных процессов АСР переводят в автоматический режим
работы, устанавливая переключатель режимов /7 (см. рис. 3.24)
в положение /1 (автоматический), и реостатом R\ наносят сту-
пенчатое возмущение, такое же по величине, что и при снятии
кривой разгона ОР. После прекращения изменения температу
ры кривую с ленточной диаграммы регистрирующего прибора
переносят в лабораторный журнал. По ней определяют показа
тели качества регулирования и заносят их значения в табл 8.3
Устанавливая другие параметры настройки, получают еще не
сколько кривых переходного процесса и обрабатывают их ана
логично. Сравнивая показатели качества разных переходных
процессов, выбирают оптимальный процесс.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
1 ) ознакомиться со схемой экспериментальной хстанонки. методикой на
266
хсж к'ния оптимальных значении параметров настройки ПИ-регулятора по-
лучить за 1анпе на выполнение работы;
2) переключателем II, подать электроэнергию на установки и, разомкнув
\СР. печать на объект ступенчатое возмущение по току;
3) спять крнвхю разгона объекта к опрс течнть по пей его зинамнческие
характеристики;
4) рассчитать оптимальные значения параметров настройки ШТ регу.тя
тора (/<„ 63 и 7„) и занести их в табл 83 Полученные значения установить
на pel у лирующем субблоке прибора Р25.3 и замкнуть АСР,
5) нанести на АС.Р ступенчатое возмущение, указанное в задании и
снять псрехо 1ПЫП процесс при оптимальных значениях параметров настрой-
ки АР;
6) снять переходные процессы в \СР при ipyrilx значениях параметров
настройки АР Отключить питание па установку;
7) перенести псрехо тыс процессы в лабораторный журиад. "шк (елить
п.х показатели качества и также запест в iao,i. о.о. ОценШь в,ш дар,,
метре.в настройки АР на изменение формы псрехо того процесса и показать'
леи его качества.
8.5. ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА РЕГУЛИРУЮЩЕМ
МИКРОПРОЦЕССОРНОМ КОНТРОЛЛЕРЕ ОДНОКОНТУРНОЙ АСР
И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ*
Цель работы. Ознакомиться с основами программирования АСР
на 11.ЧК Ремнконт Р-100. В соответствии с заданием реализо-
вать программированием одноконтурную аналоговую АСР тем-
пературы, экспериментально изучить влияние параметров на-
стройки алгоритма регулирования на качество переходного
процесса АСР.
Схема экспериментальной установки и методика выполнения
работы. Исследование переходных процессов одноконтурной
АСР проводится на экспериментальной установке (рис. 8.12).
Воздух продувается через подогреватель 3, в котором смонти-
рован электронагреватель 12. Температура воздуха на выходе
из подогревателя Т воспринимается термоэлектрическим пре
образователем 4. изменяется преобразователем 5 в стандартный
электрический сигнал, направляемый на вход Ремиконта
Р 100 7.
Выходной сигнал Ремиконта через тиристорный усилитель
// управляет выделением тепла на электронагревателе 12. Эго
приводит к изменению интенсивности нагрева потока воздуха и
изменению его температуры. Установка включается в сеть тумб-
лером 10. Расход воздуха F изменяют вентилем / и измеряют
ротаметром 2.
Одноконтурную АСР программируют на Ремиконте с ПО 8.
Кривые разгона подогревателя и переходных процессов в АСР
регистрируются прибором 6. Входные и выходные сигналы Ре-
* В постановке лабораторных работ 8.5 и 86 принимали участие Золо-
тарев С. С. и Коростелев Ю. В.
267
Рис. 8 12 Установка одноконтурного регулирования температуры воздуха с
исполь юна пнем Ремиконта
микоита контролирую! по показаниям ЦП ПО. При необходи-
мости можно предусмотреть также измерение этих сигналов
дополнительными аналоговыми приборами Выход температуры
за пределы установленных значений сигнализируется лампа-
ми 9.
Функциональная схема одноконтурной АСР приведена на
рис. 4.1. В данной установке объектом регулирования ОР явля-
ется подогреватель 3, регулятором АР — Ремиконт 7, измери-
тельным преобразователем ИП — преобразователи 4 и 5, испол-
нительным устройством ПУ—тиристорный усилитель //в
комплекте с электронагревателем 12. Регулируемая величина у
в системе — это изменение температуры воздуха Т на выходе
из подогревателя, регулирующее воздействие х — изменение
выходного сигнала т/ВЬ1Х Ремиконта, возмущение z - изменение
расхода воздуха F
Задание на программирование АСР и выполнение лабора-
торной работы оформляется в виде таблицы конфигураций Ре-
миконта (см. табл. 4.1). В задании также должны быть приве-
дены: заданное .значение температуры воздуха Г,.; номинал!.ное
значение расхода воздуха через подогреватель / <,; вид типового
переходного процесса в программируемой системе; допустимое
отклонение температуры от заданного значения t/дин д.,п =
= ^д..п= | Гд.х,— Го|; допустимое значение времени регулиро-
вания /рд.,,,; максимальное возмущение на расход воздуха
^тах = Л/7гпях. Таблица параметров настройки (см. табл. 4.2)
заполняется по мере определения тайных в процессе выполне-
ния лабораторной работы.
При выполнении работы сначала конфигурируют на Реми-
конге алгоблок со стандартным законом регулирования, снима-
ют сIэтические характеристики и кривую разгона объекта по
268
канал} регулирующего воздействия иаых-^Т и определяют ди
намическне характеристики объекта. По характеристикам нахо-
тяг оптимальные значения параметров настройки закона регу-
тнровапня. таполня ют таблицу параметров настройки Ремикон-
та и программируют коэффициенты алгоблока. Затем снимают
переходные процессы в системе при различных значениях па
раметров настройки алгоритма регулирования. В заключение
определяют, удовлетворяет ли запрограммированная система
заданным значениям показателей качества переходного про-
цесса.
Конфигурирование АСР. Программирование одноконтурной
АСР на Ремиконте проводят в соответствии с описанием, при-
веденным в разделе 4.4 и в лабораторной работе (раздел /8).
Сначала составляют блок схему и алгоритмическую схему сое-
динений Ремиконта, примерный вид которых приведен на рис.
4.17 и 4.18. Затем в соответствии с табл. 8.4 программируют
общие параметры Ремиконта, выбирают конкретный алгоблок.
вводят в него аналоговый алгоритм регулирования, проводят
конфигурацию алгоблока и в ручном режиме вызывают па ЦИ
его входной ивх и выходной /<вых сигналы. В результате этого
Ремиконт подготовлен к изменению выходного сигнала //В1,1Х,
OrxieiHM, что тля получения в данной системе ООС инвертиро-
вать сигнал, поступающий на вход алгоблока, не следует.
Определение характеристик объекта. Характеристики подо-
гревателя определяют по экспериментально полученным стати-
ческим характеристикам 7' = Ц//ВЫХ) и T — f(I) и кривой раз-
гона Т =((1). полученной при ступенчатом изменении ивых-
Для нахождения статической характеристики Г=/(пВых)
сначала вентилем / по показаниям ротаметра 2 устанавливают
расход воздуха через подогреватель .7 па номинальном значении
Затем, замыкая тумблер 10. через тиристорный усилитель
11 потают электроэнергию на подогреватель и с ПО устанав-
ливают последовательно четыре—пять значений ивык. добиваясь
каждый раз равновесного состояния объекта, о чем судят по
постоянству в нем температуры. По значениям ;/В1ИХ и Т для
равновесных состояний строят статическую характеристику Т—
— Дт/ных) По ней определяют значение икик 0, при котором
Т—Тп и коэффициент передачи объекта по каналу регулирую-
щего воздействия fc,.o = \Т/ \ипых. Изменяя 3—4 раза расход
воздуха при значении н«Н|1=иВихп. измеряют значения тем-
пературы Т п строят статическую характеристику T — f(F). По
ней находят значение коэффициента передачи объекта по ка-
нал) возмущающего воздействия k„= \T/\F.
Для снятия кривой разгона объект приводят в равновесное
состояние (при нвых—-нВмхо и /? = /7((), измеряют значение То
но показаниям прибора 6 и наносят на объект ступенчатое
регулирующее воздействие, изменяя выходной сигнал Ремикон-
269
Таблица 8 4 Последовательность конфигурирование одноконтурной АСР
№ I lawмгновение операции Положение органов управтения Ламповая индика- ция
1 2 3 4 5 6 7 К 9 10 11 12 13 К 15 Установка разрешения на программирование Общее обнулен нс н уста- новка ком идею нос гн 0.1.1. Выбор алгоблока 1.3 Переход в режим выбо- ра а.иоршма Выбор алгоритма Переход в режпх! конфи- гурирования Установка кода входа алгоблока Упаковка кода источни- ка сигнала Установка кода аналого- вого выхода алгоблока Установка кода прием- ника аналогового сигпа ла Установка кода дискрет- ного алгоблока Установка кода приемни- ка дискретного сигнала Контроль входного сиг- нала Контроль выходного (аналогового) сигнала Изменение выходного (ана тогового) сигпата Ключ направо обнул. общее изм. компл. I J с=з ® пуск-стоп пуск-стоп а l it алгобл компл. алгоритм алгоритм L 1 ® изм 4 здн 4 алгоритм CZZ2 1 _1 1 ® конср КОНф CZZT1 ® |здн{ конф 1—1—J ® изм (ВЫХ 4 | ( конф без ине 1— 1 1 I _J С__2 ® ® 4 здн 4 конф 1—1—J ® иЗм 4 вых 4 { t конф L 1 1 1 ® 4 здн { конф 1 1 J 0 изм 4 BblX f конф EZT2 [_1 L 1 ® вх вх EZZ3 ® вых вых CZZZ1 ® 4 вых f зых [ 1 1 С__2 ®
та неых с ПО па величину \»ВЬ|Х, определяемую по равенству
l^u T\te) \Т шач«
где k„a и kK — соответственно коэффициенты передачи объекта
по каналам регулирующего и возмущающего воздействий;
AFmax — максимальная величина возмущения, указанная в за-
дании.
270
Изменение \нвых контролируют по ЦИ ПО. При этом сле-
дует иметь в виду, что при времени цикла 0,51 с выходной сиг-
нал Ремиконта изменяется на 10% примерно за 6 с. Расход
воздуха при снятии кривой разгона должен оставаться постоян-
ным. Кривую разгона снимают до достижения температурой Т
нового постоянного значения, затем прекращают подачу элек-
троэнергии и воздуха на установку.
Кривую разгона переносят с диаграммы прибора 6 в лабо-
раторный журнал. Аппроксимируя объект последовательно со-
единенными звеном запаздывания и апериодическим звеном 1-го
порядка, по кривой разгона определяют числовые значения вре-
мени запаздывания объекта т, постоянной времени Л>б (см.
phi.. 8.3,. ^да,лее вычисляем! uibOkiiuni с, < (>,> и pciw-iriioiLxjiOi
безразмерный коэффициент передачи объекта по равенству
«О ' ^обЛип •
где /?ип — коэффициент передачи измерительного преобразова-
теля (определяется по данным технической характеристики).
П рограммирование параметров настройки Ремиконта. Алго-
ритм регулирования и числовые значения параметров его на-
стройки, при которых на исследуемом объекте обеспечивается
протекание типового переходного процесса с заданным качест-
вом, опретеляют в последовательности, изложенной в разделе
8.1. По полученным данным заполняют таблицу параметров
настройки Ремиконта и вводят их числовые значения в память
контроллера. Последовательность установки коэффициентов с
ПО приведена в табл. 8.5. Затем устанавливают ограничения
Н1 и Н2 на ивых (Н1=0, Н2=100%), порог срабатывания
нуль-органа алгоблока НЗ в соответствии с заданным значени-
ем АТдоп, определяемым по равенству (в %/10 В)
НЗ г - ЛццДТ’дО11 -100.
После этого контролируют время цикла То, устанавливают в
алгоблоке сигнал задания п3дн —«вх.о, соответствующий задан
пому значению температуры Тй и рассчитываемый по равенст
ву (в %/10 В)
п.здн s= ' 160.
В заключение выходной сигнал доводят до значения, равного
Пвых.о, вызывают на ЦИ сигнал рассогласования е и переводят
алгоблок в автоматический режим работы.
Снятие переходных процессов в замкнутой системе. После
подачи воздуха и электроэнергии экспериментальную уставов
ку выводят на заданный равновесный режим, при котором тем
пература воздуха на выходе подогревателя достигает заданно
го значения Т'0 и рассогласование е устанавливается равным
нулю. Для снятия переходного процесса вентилем / (см. рис.
271
Гиплща 8.5. Последовательность установки коэффициентов и ладани.ч
при программировании одноконтурной АСР
V „ „ Наименование операции Положение органон Ламповая индика- управдсиия цня
1 2 3 4 (> 7 Я 9 10 11 12 13 14 15 16 17 J 1 Переход в режим установки коэффициентов и выбор ко- эффициента Кб (/?.,) Установка коэффициента Кб (fr..) Выбор коэффициента TI (Л,) Установка коэффициент TI (Уп) Выбор коэффициента Т2 (7"я) Установка коэффициента Т2 (Л) Выбор верхнего ограничения Н2 Установка верхнего ограни- чения Н2 Вызов порога nv.ib-органа НЗ Установка порога пуль-ор- гана НЗ Контроль времени цикла Контроль задания Изменение задания Контроль выходного сигна- ла Изменение выходного сиг- нала Контроль рассогласования Перевод в автоматический режим КОЗф К6(ЯП) 1 1 ® U3M |ВЫХ t f t K6(An) 1=1 1 Z__2 ® 4 здн t Т1(ТИ) I 1 1 ® U3M 1рых ♦ } | T"T 1 I—n 1—J- J 0 4 здн * Т2(7Д) !=-ZL 1 ® 03" | вых f t I Т2(7д) CT7 (— 71 1 !~__2 0 Г ЗДН 4 H2(Г) 1 L 1 0 зЗ.м ,вых| f J Н2(Г) CZZ3 (—1 1 2__2 0 1 здн f ЧЗ(_Г) 1—-1 1 0 аэм 1 ВЫХ 1 | | НЗ(Т) 1. -J Г~ "1 1 0 То т здн здн 1—1 ® 4 здн t J ( здн 1—1 -I С__2 0 SbIX ВЫХ 1 1 0 4ВЬ1Х f t t вых L—J i г: -j 0 5 £ C=2 0 авт; а вид 1—1 ®
8.12) энергично изменяют расход воздуха через подогреватель
на величину AFmax и контролируют его новое значение по ро-
таметру 2. При этом будет наблюдаться временное отклонение
температуры воздуха.
272
После окончания переходного процесса возвращают расход
воздуха к номинальному значению Fo. Затем перевотят алго-
блок Ремиконта в ручной режим работы пажа гнем на ПО кла
виши «ручн», что сигнализируется загоранием ЛИ «ручн»,
устанавливают новые значения параметров настройки алгобло-
ка и, возвратив последний в автоматический режим работы,
снова наносят на объект возмущение AFmax.
Переходные процессы снимают при нескольких сочетаниях
значений параметров настройки алгоритма регулирования, из-
меняя каждый из них по два раза: один раз в сторону увели-
чения его числового значения, а второй раз - в сторону умень-
шения. Установленные значения параметров заносят в табл. 8.3.
По экспериментатьным кривым переходных процессов находят
числовые значения их показателей качества и также заносят в
табл. 8.3. В заключение проводят сравнительный анализ влия-
ния параметров настройки алгоритма регулирования на качест-
во переходных процессов исследуемой системы.
Порядок выполнения работы. Необходимо:
I) ознакомиться с экспериментальной установкой и получить задание на
программирование контроллера;
2) составить блок схему программируемой \СР и соответствуют» ю ей
алгоритмическую схему;
3) провести конфигурирование контроллера в соответствии с пп. 1 14
табл. 8.4;
4) подать воздух и электроэнергию на экспериментальную установку <т
снять статические характеристики объекта по каналу регулирующего (п. 15
табл. 8 4) и возмущающего воздействий, а также кривую разгона. По полу-
ченным характеристикам определить параметры объекта;
5) выбрать закон регулирования и определить оптимальные значения его
настроечных параметров. Заполнить таблицу параметров настройки Реми-
конта:
6) провести программирование параметров настройки выбранного алго
блока в соответствии с пп I 17 табл. 8.5;
7) снять переходные процессы в замкнутой системе при ступенчатом
изменении расхода воздуха.
8) снять переходные процессы при двух других значениях каждого коэф-
фициента настройки алгоблока контроллера и прекратить подачу воздуха и
электроэнергии на экспериментальную установку;
9) занести полученные переходные процессы в лабораторный журнал,
определить их показатели качества и заполнить табл. 8.3 Проанализировать
влияние параметров настройки алгоритма регулирования на качество пере-
ходного процесса.
8.6. ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА РЕГУЛИРУЮЩЕМ
МИКРОПРОЦЕССОРНОМ КОНТРОЛЛЕРЕ КАСКАДНОЙ АСР
И ИЗУЧЕНИЕ ЕЕ РАБОТЫ
Цель работы. Ознакомиться с основами программирования АСР
иа ПМК Ремиконт Р-100 В соответствии с заданием реализо-
вать программным путем каскадную АСР температуры. Экспе
риментально получить переходные процессы в каскадной и од-
ноконтурной АСР, охарактеризовать качество их работы.
273
18—1392
/4
Рнс. 8.13. Установка каска того регулировании температуры воздуха с ис-
пользованием Ремиконта
Схема экспериментальной установки и методика выполнении
работы. Схема экспериментальной установки, предназначенной
для исследования системы каскадного регулирования темпера
гуры, приведена на рнс. 8.13. Воздух нагнетается через подо-
греватель 3, на внешнюю изолированную поверхность которого
навита нихромовая спираль 14. При пропускании через нее
электрического тока выделяется тепло, и протекающий через
подогреватель воздух нагревается.
Температура воздуха па выходе из подогревателя Т воспри-
нимается термоэлектрическим преобразователем 4, изменяется
преобразователем 7 в стандартный электрический сигнал, кото
рый поступает на вход Ремиконта Р-100 3. Выходной сигнал
Ремиконта через тиристорный усилитель 13 управляет подачей
электроэнергии через спираль 14 подогревателя, что приводит
к изменению интенсивности нагрева потока воздуха и измене
нию его температуры Установка подключается к сети тумбле
ром 12.
Для повышения качества регулирования в схеме дополни-
гелыю предусмотрен стабилизирующий контур регулирования.
Температура внешней поверхности подогревателя после преоб
разовагелей 5 и 6 в виде стандартного сигнала также направ
тяегся на вход Ремиконта. Расход воздуха F изменяют венги
тем / и контролируют по показаниям ротаметра 2. Програм-
мирование каскадной АСР осуществляют с панели оператора
10. Для регистрации кривых разгона объекта и переходных
процессов в системе предусмотрен прибор 9. Об отклонении
(емпературы Т за установленные пределы сигнализирует инди-
катор ЛИ //.
Функциональная схема каскадной АСР была приведена на
рнс. 4.2. Объектом регулирования ОР в экспериментальной ус-
274
тановке является подогреватель 3, функции корректирующего
АР и стабилизирующего ЛР, регуляторов выполняют алгоблоки
Ремиконта. Измерительным преобразователем ИП являются
преобразователи 4 и 7, преобразователем ИП(—преобразова-
тели 5 и 6, исполнительным устройством ИУ —тиристорный
усилитель 13 со спиралью 14. Основная регулируемая величина
у—это изменение температуры воздуха Т на выходе из подо-
гревателя, вспомогательная регулируемая величина yt — изме-
нение температуры внешней поверхности подогревателя Ti, ре-
гулирующее воздействие л — изменение выходного сигнала пВЬ1Х
Ремиконта, возмущение г—изменение расхода воздуха F.
За тайне на прогрчммнрого’чие каскадной АСР и выполнение
лабораторной работы составляют в виде таблицы конфигураций
Ремиконта (см. табл. 4.5). В задании также должны быть при-
ведены: заданное значение температуры воздуха на выходе из
подогревателя То; поминальное значение расхода воздуха через
подогреватель Fo; вид типового переходного процесса в про-
граммируемой АСР (при проектировании каскадных АСР в ка-
честве типового переходного процесса обычно выбирают процесс
с минимальной квадратичной площадью отклонения как про-
цесс, обеспечивающий наименьшее значение динамической
ошибки регулирования по сравнению с другими типовыми про-
цессами); законы регулирования стабилизирующего и коррек-
тирующего алгоблоков; допустимое отклонение температуры
воздуха от заданного значения уа»„ д<„, = Л7’д„п= | Т а,,„—То|;
допустимое значение времени регулирования /рд,,,,; предельное
отклонение температуры 7", от номинального значения Тп,. оп-
ределяемое по равенству у, дивД1,„ = 'Т, д„„ — | Т| д„„—Г10|; мак-
симальное возмущение объекта по расходу воздуха zmax =
--AT max-
Таблицу параметров настройки Ремиконта (см. табл. 4.6)
заполняют по мере их получения после определения динамиче-
ских характеристик объекта.
Лабораторную работу начинают с конфигурирования на
Ремиконте корректирующего и стабилизирующего алгоблоков
со стандартными алгоритмами регулирования, т. е. с конфигу-
рирования каскадной АСР. Зачем экспериментально снимают
статические характеристики и кривые разгона объекта по ка-
налам регулирующего воздействия (пВых—и нкык-+7\) и оп-
ределяют его динамические характеристики. По ним находят
оптимальные значения параметров настройки алгоритмов регу-
лирования, заполняют таблицу параметров настройки Ремикоп-
та и программируют коэффициенты алгоблоков Затем снимают
переходные процессы в запрограммированной каскадной АСР
и соответствующей ей одноконтурной АСР, которую получают
исключением из каскадной АСР стабилизирующего алгоблока.
В заключение сравнивают показатели качества переходных про-
18* 275
пессов в каскадной н одноконтурной АСР. полученных при на
несении на системы одинаковых возмущающих воздействий
Конфигурирование каскадной АСР. Каска тую АСР конфи
гурируют на контроллере в соответствии с описанием. изложен
иым в разделе 4.4 и в лабораторных рабснах 7.8 н 8.5. Перед
конфигурированием ХСР составляют блок-схему и алгоригми
вескую схему соединений Ремиконта. примерный вид которых
приведен на рис. 4.19 и 4.20. Конфигурирование проводят в по
следова гелыюстн приведенной в табл. 8 6. Сначала ирограм
мируют общие параметры Ремнконта. выбираю! корректирую
щий алгоблок, вводят в него аналоговый алгоритм и конфнгу
рируют, затем выбирают стабилизирующий алгоблок. вводят в
пего алгоритм ч проводя! сю конфигурирование. Для получе
ния ООС в корректирующем н стабилизирующем контурах
входные сигналы алгоблоков инвертировать не следует. После
вызова на ЦИ выходного сигнала uBIJK стабилизирующего алго
блока Ремиконт готов к изменению этого сигнала вручную.
Определение характеристик объекта. Характеристики подо
гревателя определяют по экспериментально полученных! сатн
ческим характеристикам T=f(нвыя); Г| = П|ТВых) и Т ((F) и
по кривым разгона T = f(t) и Г, —/(/). полученным при ciyneu-
чатом изменении мВых-
Для нахождения статических характеристик T-- j(и ,ч) и
Т, =f(;твь,х) вентилем / (см. рис. 8.13) по показаниям ротамеч
ра 2 устанавливают через подогреватель 3 номинальный расход
воздуха Го. тумблером 12 подают электроэнергию па иотогре
ватель и с ПО устанавливают последовательно чеыяре пять
значений ивых. южидаясь каждый раз равновесного состояния
объекта, т. е. до прекращения изменения температур Г н Г,
По равновесным значениям этих температур и соответствующим
значениям нвых строят статические характеристики Т=-({на1ЛК)
и 7'1—/(/тВ|,|Х). По ним определяют значения иВых.<| н Гц,, при
которых Т— Тп, а также коэффициенты передачи объекта ио
каналам регулирующего воздействия ио равенствам
/об ^7'и\квых И /’‘об] ^7 [ Vzlib,v,
Устанавливая 3- 4 раза различные расходы воздуха F при зпа
пенни //ц|.,х = иВ1.1х п. определяют значения температуры Т, строят
статическую характеристику T—f(F) и по ней находя! значе
пне коэффициента передачи объема по каналу во тму тающего
воздействия Лн— \T/\F.
Для снятия кривых разгона объект принося! в равновесное
состояние (при и„ых~иН1 , и F—F. ) измеряют значения Тп и
Тц> по показаниях! прибора 9 и нанося! па объект с г\ ненчагое
регулирующее воздействие, изменяя выходной сигнал Ремикон
276
Таблица 8.6 Посм’донатс.и-ность конфигурирования каскадной АСР
№ пн. Наименование операции Положение органов управления Ннднкация ЛИ
1 2 3 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 11 15 16 17 18 19 20 21 Установка разрешения на программирование Общее обнуление н уста- новка комплектности 0.1.1 Выбор алгоблока 1.4 Пепехот в режим выбо- ра алгоритма Выбор алгоритма Переход в режим конфи- гурировании Установка кода входа алгоблока Установка кода источни- ка сигнала Установка кода аналого- вого выхода алгоблока Установка кода прием- ника аналогового сигна- ла Установка кода т.и< крот- кого выхода алгоблока Установка кода прием- ника дискретного сигна- ла Контроль входного сиг- нала Выбор алгоблока 1.5 Переход в режим выбо- ра алгоритма Выбор алгоритма Переход в режим конфи- гурирования Установка кода аналого- вого выхода алгоблока Установка кода прием, ника аналогового вы- хода Контроль выходного (аналогового) сигнала Изменение выходного (аналогового) сшиала Ключ направо обнул. общее озм 1 1 1 1 пуск-стоп пуск-стоп ко^л алгобл компл 1 1 8 алгоритм алгоритм изм | здн t алгоритм 1 1 1 1 1 ® KCHUJ конф 1 1 ® | ЗДН f конф 1 1 1 ® изм г вых) > i 1 конф без инв 1 1 1- 1 ~~1 С__3 8 8 1здн f конф 1 1 ] ® изм I ВЫХ 1 1 ‘ конф 1 1 1 1 1 ® ) здн f конф 1 1 1 8 изм )ВЫХ f t t конф (ZZJ 1 1 _J 8 вх ex Е=1 8 алгобл кемпл Г~П ® алгоритм алгоритм CZZO 8 изм | здн f алгоритм 1 1 1_ L 1 8 конф кона 1 1 8 |здн f конф 1 1 " 1 8 изм ( ВЫХ t J } КСНф L 1 1 1 1 Е__2 8 вых еых I ! 8 1 вых f f t вых L.._J J 8
та zzBblx с ПО на величину AzzBbIX, определяемую по равенству
-'Иных— £ -”inax>
где AFmax — максимальная величина возмущения, приведенная
в задании.
Изменение AzzBblx контролируют по ЦИ ПО. Расход воздуха
при снятии кривых разгона должен оставаться постоянным.
Кривые снимают до достижения температурами новых постоян-
ных значений. После окончания эксперимента подачу электро-
энергии и воздуха на установку прекращают.
Кривые разгона переносят с диаграммы прибора 9 в -тбо
раторный журнал и обрабатывают, как показано па рис. 8.3.
По кривой разгона T=f(l) определяют время запаздывания т,
а по кривой разгона 7'1=Ц/)—время запаздывания п и по-
стоянную времени Г01- Далее вычисляют отношение т\/Т0] и
рассчитывают безразмерный коэффициент передачи объекта
где А»нп 1 — коэффициент передачи преобразователей 5 и 6, оп-
ределяемый по их техническим характеристикам.
Программирование параметров настройки Ремиконта. Чис-
ловые значения параметров настройки стабилизирующего и
корректирующего алгоритмов регулирования, обеспечивающих
протекание в каскадной системе типового переходного процес-
са с min | у' di, определяют по зависимостям, приведенным на
о
рис. 8.7. По полученным данным заполняют таблицу парамет-
ров настройки Ремиконта.
Для стабилизирующего алгоблока ограничения принимают
равными Н1 = 0, Н2=1ОО°/о- Значение задания этого алгобло-
ка изд„ । вычисляют по равенству (в %/10 В)
нзди| FIIIll7’I,| 102,
а допустимые отклонения от этого значения по равенству (в
7о/ю В)
Хюдщ Fuji ^Пдоп' 162.
Значения ограничений для корректирующего алгоблока находят
по зависимостям
HI "...mi — А", л и,;
Н2 3 ZO;un •
Значение порога нуль-оргапа корректирующего алгоблока вы-
числяют по равенству (в %/10 В)
НЗ -- ЛцнАГдоп-юг.
278
Таблица 8.7. Последовательность установки коэффициентов и задания
при программировании каскадной АСР
№ н.п Наименование операции Положение органов управления Пи шкацим Jill
1 Переход в режим установки коэффициентов алгоблока 1.5 и выбор коэффициента Кб (/?„) Установка коэффициента Кб (М Выбор коэффициента Т1 (ТА Установка коэффициента Т1 (Л,) Выбор верхнего ограииче- козф n.D 0
ИЗМ 1 вых f 11 К6(кп
2 1 J L 1 J ®
| здн f TIlTpl
4 Г изм 1 1 вых f □ 11 ® n (TA
1 I L 1 _1 L
5 рдн f H2(D
Е 1 J ®
6 Установка верхнего ограни- чения Н2 U3M | вых f J t H2(r>
1 I L 1 I L
7 Контроль выходного сигна- ла вых ВЫХ
8 Изменение выходного сигна- 1 вых f 11 ЧЫЛ
ла L 1 ®
9 Перевод алгоблока 1.5 в каскадный режим работы каск MCK ®
10 Выбор алгоблока 1.4 алгобл К0МПЛ
11 Переход в режим установ- ки коэффициентов алгобло- ка 1.4 и выбор коэффициен- та Кб (/г„) Установка коэффициента Кб (Л„) Выбор коэффициента Г1 козф 1 1 45(Kn)
12 изм | вых f 11 56 Un)
1 1 Е 1 J L
13 | здн t
(ТА Установка коэффициента Т1 Е 1 ®
14 изм | ВЫХ 1 t T1(T„)
(Г„) 1 1 L 1 J L -»
15 Выбор коэффициента Т2 (Гд) Е ЗДН t Wfl)
1 1 ®
16 Установка коэффициента Т2 изм I вых f 11 Т2(Гд)
(ТА Выбор нижнего ограничения 1 1 L 1 J L
17 | здн f H1 f J)
Н1 Е 1 J ®
18 Установка . нижнего ограни- изм I вых t 11 H11J)
1 1 L I J L ~l ®
19 Выбор верхнего ограниче- ния Н2 Установка верхнего ограни- |здн{ Н21Г)
Е 1 1 ®
20 изм I вых f t t B21D
1 1 г 1 J !_ “1 ®
чепия Н2
Продолжение
.\ II -П Наименование операции Положение opiaiiou управления Индикации ЛИ
♦ здн f
I I ~ 1
НЗ(-Г)
нзсг)
21 Выюв порог.-, п\ 1ь-органа
НЗ
22 Установка порога нуль-ор-
гаиа
23 Контроль времени цикла
24 К , ......ад .
25 Изменение задания
26 Контроль рассогласования
27 Перевод в каскадный ре-
жим
изм |вых f f f
С I[ I 1
здн
здн
®
е
каск
где £И1| — коэффициент передачи измерительных преобразова-
телей 4 и 7 (находится по те