Файл: Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов.pdf

Г Л А В А V

ДИСТАНЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ПОКАЗАНИИ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ КОМПЕНСАТОРЫ

Измерительные приборы могут быть установлены на небольшом расстоянии от места измерения (примерно до 50 м). Дальнейшее уве­ личение этого расстояния приводит к появлению дополнительных погрешностей у электрических преобразователей и увеличению за­ паздывания показаний прибора у пневматических преобразователей, что недопустимо при контроле многих технологических процессов. При необходимости передачи показаний на расстояние более 50 м от точки замера используют электрические или пневматические си­ стемы передачи показаний с первичного прибора на вторичный. Первичный прибор устанавливают у объекта измерения, вторичный прибор может быть расположен на расстоянии в несколько сот мет­ ров от первичного. В первичном приборе измеряемый параметр пре­ образуется в пропорциональную ему величину электрического на­ пряжения, тока или давления, которая перемещает стрелку вто­ ричного прибора. Существует несколько систем передачи показа­ ний.

§ Ѵ.І. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ТРАНСФОРМАТОРНАЯ СИСТЕМА

Работа дифференциально-трансформаторной системы основа­ на на принципе компенсации разности трансформируемых напря­ жений в катушках первичного и вторичного приборов (рис. Ѵ.І)^. В систему входят две одинаковые катушки Д ТХи Д Т 2, электронный усилитель ЭУ и двухфазный электродвигатель РД, перемещающий сердечник катушки Д Т г. С выходным валом электродвигателя свя­ заны показывающая стрелка и самопишущее устройство, перо ко­ торого перемещается по движущейся диаграммной ленте. Первичные обмотки катушек соединены последовательно и питаются перемен­ ным током от силового трансформатора, входящего в блок электрон­ ного усилителя ЭУ. Вторичные обмотки включены встречно. Сер­ дечник катушки Д Т1связан с измерительной системой Д. Когда сер­ дечник катушки находится в среднем (нейтральном) положении, э.д. с. ех и е2, индуктируемые в каждой из вторичных обмоток, бу­ дут равны и направлены навстречу друг другу. Следовательно, разность э. д. с. во вторичных катушках будет равна нулю

АUx = ех — е%= 0.

79

Если сердечник катушки Д Т 2 вторичного прибора находится в среднем положении, то разность э. д. с. во вторичных обмотках этой катушки также равна нулю

At/ 2 = е3 — е4 = 0.

При одинаковых параметрах катушек напряжение на входе рав­ но нулю

AU = A Ux — AU2 = 0

и система находится в покое.

Рис. Ѵ.1. Схема дифференциально-трансформаторной системы передачи показаний

При смещении сердечника катушки ДТХпервичного прибора от среднего положения изменится распределение магнитных потоков во вторичных обмотках, и индуктируемые в них э. д. с. не будут равны друг другу. Во вторичной цепи измерительной схемы возник­ нет напряжение

А U = AUX— AU2.

Величина этого напряжения является функцией линейного пе­ ремещения сердечника катушки Д Ти а фаза — функцией направ­ ления перемещения сердечника от среднего положения.

Напряжение AU усиливается ЭУ и поступает на обмотку управ­ ления электродвигателя, который кулачком К перемещает сердечник катушки Д Т 2вторичного прибора до тех пор, пока не сравняется на­ пряжение, индуктируемое в обеих обмотках вторичных катушек. Одновременно переместятся перо и стрелка прибора, связанные с выходным валом электродвигателя РД. Таким образом, каждому положению сердечника катушки ДТХпервичного прибора соответст­ вует определенное положение сердечника катушки Д Т 2 вторичного прибора.

80

§ V.2. ФЕРРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Ферродинамическая система передачи показаний предназначе­ на для передачи величины, измеряемой первичным прибором с ферродинамическим преобразователем, на вторичный прибор. Ферродинамические преобразователи преобразуют угловые перемещения в пропорциональные изменения э. д. с. переменного тока. Действие ферродинамической системы основано на компенсации э. д. с., раз­ виваемой первичным прибором, э. д. с. ферродинамического преоб­ разователя вторичного прибора.

Система (рис. Ѵ.2) состоит из ферродинамического преобразова­ теля 1 первичного прибора, линий связи 2, ферродинамического пре­ образователя 3 вторичного прибора, электронного усилителя 4 и реверсивного электродвигателя 5'’вторичного прибора.

Рамка ферродинамического преобразователя первичного при­ бора механически связана с измерительной системой чувстви­ тельного элемента 4. Угол поворота рамки преобразователя а х, а следовательно, и развиваемая им э. д. с. Ег пропорциональны изме­ нению контролируемого параметра. Рамка ферродинамического преобразователя 3 вторичного прибора механически связана с элект­ родвигателем, поворачивающим ее на угол а 2, при котором преобра­ зователь вторичного прибора развивает э. д. с. Е2. Рамки преобразо­ вателя первичного прибора и преобразователя вторичного прибора соединены последовательно, но так, что развиваемые ими э. д. с. на­ правлены навстречу, поэтому на вход электронного усилителя и по­ дается разность этих э. д. с. АЕ = Е1 — Е2. Если АЕ = 0, ,то систе­ ма находится в равновесии. При изменении величины измеряемого параметра изменяется угол ах и э. д. с. Ег. Равновесие системы на-

81

рушается, и э. д. с. АЕ поступает на вход электронного усилителя, а затем после усиления — на электродвигатель, перемещающий рам­ ку преобразователя вторичного прибора. Перемещение происходит до момента равенства углов поворота рамок аг и а 2и, следовательно, равенства э. д. с. Е2 и Еѵ

§ Ѵ.З. ТОКОВАЯ СИСТЕМА

Электрическая токовая система приборов и средств автоматиза­ ции представляет собой группу взаимно сочетающихся приборов и устройств, при помощи которых производят автоматическое регу­ лирование и контроль технологических процессов. В этой системе принят единый унифицированный электрический токовый сигнал О—5 и 0—20 мА для передачи информации, что позволяет использо­ вать совместно с системой первичных приборов и регуляторов раз-

Рис. Ѵ.З. Схема включения токового преобразо­

вателя

личные электронные машины централизованного контроля и управ­ ления. В этой системе все приборы можно разделить на две основные группы:

1) первичные приборы, преобразующие измеряемый параметр

вунифицированный токовый сигнал (0—5 или 0—20 мА);

2)вторичные приборы и устройства, которые в свою очередь можно разделить на приборы контроля и автоматические регуля­ торы.

Вторичные токовые приборы и устройства подключают к первич­ ному прибору с унифицированным токовым сигналом последователь­ но (рис. Ѵ.З), а вторичные приборы для измерения напряжения (по­

тенциометры) — параллельно нагрузочному сопротивлению R n. Первичные токовые преобразователи отличаются большой даль­ ностью передачи сигналов (до 10 км). В качестве первичных приборов, работающих с регуляторами электрической ветви ГСП, можно ис­ пользовать термопары, термометры сопротивления, а также маномет­ ры, дифманометры и т. д., снабженные трансформаторными, индук­ ционными или ферродинамическими преобразователями.

82

§V.4. ЭЛЕКТРОННЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ КОМПЕНСАТОРЫ

Вкачестве вторичных приборов, работающих в рассмотренных выше системах передач, используют приборы, называемые автома­

тическими компенсаторами. В технологическом контроле широко применяют различные компенсаторы, в которых при помощи элект­ ромеханической следящей системы уравновешиваются напряжения, сопротивления и индуктивности. Несмотря на различие по виду из-

меряемых величин и по назначению, приборы этих групп имеют сход­ ное конструктивное решение. В современных компенсаторах преду­ сматривают модификации, рассчитанные на работу с преобразовате­ лями унифицированного сигнала постоянного тока (миллиампермет­ ры и милливольтметры), что значительно расширяет область приме­ нения автоматических компенсаторов.

Электронные автоматические потенциометры предназначены для непрерывного измерения, записи и регулирования малых напряже­ ний или других величин, преобразованных в напряжения. На рис. V.4 показана измерительная схема потенциометра КСП-3 с при­ соединенной к нему термопарой 777. При измерениях в схеме срав­ ниваются Е х и компенсирующее напряжение U CD, снимаемое с то­ чек С и D моста. При неизменных сопротивлениях моста и постоян­ ном Е напряжение U CD зависит только от положения движка 1 рео­ хорда. Если Е х и U C D отличаются между собой, к электронному

83

усилителю поступает сигнал рассогласования АU = Ех — UCD в форме сигнала постоянного тока. В усилителе сигнал постоянного тока преобразуется вибропреобразователем в сигнал переменного тока, а затем усиливается по напряжению и мощности. С выхода усилителя сигнал поступает на управляющую обмотку реверсивного двигателя, вследствие чего двигатель начинает вращаться. Направ­ ление вращения двигателя зависит от знака рассогласования. Ось двигателя при помощи зубчатых передач и гибкой нити связана с движком реохорда и с указывающей и записывающей системами.

Мостовая схема состоит из верхней и нижней ветвей. В верхнюю часть включены реохорды и резисторы RH, R m, R 6 (все резисторы из­ мерительной схемы, за исключением R M, выполняют из манганино­ вой проволоки). Сопротивление обмотки реохорда R v для всех моди­ фикаций автоматического потенциометра КСП-3 одинаково и состав­ ляет приблизительно 130 Ом. Токосъемник 2 реохорда имеет сопро­ тивление такое же, как и обмотка реохорда, а для уменьшения наво­ док от магнитных полей он закорочен. Обмотка реохорда шунти­ руется резистором Rm. Соотношение сопротивлений RH, Rm и R6 определяет потенциал движка в начале и конце реохорда. Величи­ ны этих сопротивлений подбирают с учетом градуировки и измери­ тельного диапазона прибора. Падение напряжения на реохорде к расчетному значению подгоняют при помощи подгоночных сопро­ тивлений г при наладке прибора, а также по мере изнашивания реохорда.

В нижнюю ветвь включены резисторы RM и R K, составляющие цепь автоматической компенсации при изменении температуры сво­ бодных концов термопары. Резистор R M, изготовленный из медной проволоки, устанавливают на входной панели в том же месте, где присоединяют концы термопары. Поэтому свободные концы термо­ пары и резистор RMнаходятся в условиях одной и той же темпера­ туры. При повышении температуры окружающей среды одновремен­ но возрастают т. э. д. с. в месте подсоединения свободных концов термопары и происходит падение напряжения на сопротивлений RM. Эти изменения в сигнале, поступающем к усилителю, взаимно компенсируются.

Резисторы R 0и Rn используют при градуировке и контроле рабо­ ты прибора. При градуировке вместо резистора R Mвключают резис­ тор R 0, выполненный из манганиновой проволоки. Сопротивление резистора R 0 равно сопротивлению медного резистора R Mпри 0° С, что позволяет градуировать прибор непосредственно по градуиро­ вочным таблицам термопары без поправки на температуру окружаю­ щего воздуха. В рабочем режиме резистор R 0 закорочен. При конт­ роле исправности прибора вход термопары закорачивают, а парал­ лельно резистору RKвключают резистор Rn. В исправном приборе стрелка устанавливается против цветного индекса.

84

Для уменьшения влияния наводок от электромагнитных полей на компенсационных проводах и электродах термопару к измери­ тельной схеме присоединяют через двухзвенный фильтр # фСф. Пи­ тание мостовой схемы производится от стабилизированного источ­ ника питания 3 через резистор R.

Электронные автоматические мосты предназначены для непре­ рывного измерения, записи и регулирования электрического сопро­ тивления или других величин, преобразованных в изменение со­ противления.

На рис. V.5 показана измерительная схема моста КСМ-3 с при­ соединенным к нему термометром сопротивления R t. При изменении сопротивления термометра R t возникает напряжение в диагонали CD. Это напряжение подается к электронному усилителю и через него к реверсивному двигателю РД. В результате двигатель начи­ нает вращаться; направление его вращения зависит от знака раз­ баланса. Ось реверсивного двигателя связана с движком 1 реохорда и с указывающей системой 2. Двигатель останавливается при дости­ жении в мостовой схеме равновесия. В момент равновесия стрелка прибора указывает температуру контролируемой среды. Сопротив­ ления резисторов R a, R 6, R B и Rm выбирают в соответствии с тре­ буемой градуировкой и измерительным диапазоном прибора. Изме­ рительная схема автоматического моста питается переменным током 6,3 В или постоянным током 1,5 В. Электрический термометр сопро­ тивления R t присоединяют к прибору по трехили двухпроводной схеме.

В мостах КСМ-3 предусмотрен контроль исправности прибора, для чего при помощи тумблера закорачивают вход термометра со­ противления, а параллельно резистору R 6 включают резистор Rn. В исправном приборе при контроле стрелка должна устанавливать­ ся против цветного индекса. Резисторы Rx и Д2 служат для подгонки сопротивления линии 3 до стандартной величины (5 Ом). Сопротив­ ления г предназначены для установки шкалы прибора.

Индуктивные дифференциально-трансформаторные и ферродинамические вторичные приборы предназначены для непрерывного из­ мерения, записи и регулирования различных неэлектрических ве­ личин, преобразованных при помощи встроенных в первичные при­ боры преобразователей. Указанные вторичные приборы широко применяют для контроля и регулирования расхода, уровня, давле­ ния, перепада давления и т. п.

На рис. V.6 показана электрическая схема Б вторичного прибо­ ра КСД-3 , к которому присоединен первичный прибор А с диффе­ ренциально-трансформаторным индуктивным преобразователем. Перемещение плунжера 1 в катушке преобразователя осуществляет­ ся чувствительным элементом 2 и зависит от величины измеряемо­ го параметра. Во вторичный прибор встроена аналогичная катушка, плунжер 3 которой вместе с указывающей и записывающей система­ ми 4 прибора перемещается реверсивным двигателем РД при помо­ щи лекала 5. Обмотки катушек преобразователя и вторичного при-

85