Лабораторная работа
Тема . Изучение конструкции и поверка измерительного преобразователя
(ИП) давления Сапфир 22-ДИ
Цель работы:
1. Изучение конструкции Сапфир 22-ДИ
2. Проверка работоспособности Сапфир 22-ДИ
1 Изучение конструкции Сапфир 22-ДИ
Назначение, устройство измерительного преобразователя Сапфир 22-ДИ
Измерительный преобразователь предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивает непрерывное преобразование значения измеряемого параметра (давления избыточного) в унифицированный токовый выходной сигнал в пределах 0-5 или 0-20 или 4-20 мА постоянного тока.
Преобразователи давления (датчики давления): САПФИР 22Р, малогабаритный САПФИР 22Р ДИ, микропроцессорный САПФИР 22МР предназначены для непрерывного преобразования значения измеряемого параметра давления абсолютного (ДА), избыточного (ДИ), разрежения (ДВ), давления-разрежения (ДИВ), гидростатического (ДГ) и разности давлений (ДД) нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал.
Преобразователи разности давлений могут использоваться для преобразования значений уровня жидкости, расхода жидкости или газов, а преобразователи гидростатического давления – для преобразования уровня жидкости в унифицированный токовый выходной сигнал.
Преобразователи имеют исполнение:
- обыкновенное;
- взрывозащищенное (Ех, Вн см. основные технические характеристики);
- для эксплуатации на ОАЭ.
Преобразователи взрывозащищенные предназначены для установки во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок согласно ГОСТ Р 51330.13 и другим нормативным документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах.
Принцип действия преобразователей основан на воздействии измеряемого давления (разности давления) на мембраны измерительного блока (для моделей 2051, 2144, 2145, 2151, 2152, 2153, 2161, 2162, 2163, 2171, 2172, 2173, 2174, 2351 - на мембрану тензопреобразователя), что вызывает деформацию упругого чувствительного элемента и изменение сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя. Измеряемый параметр подаётся в камеру измерительного блока и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, размещённого в измерительном блоке.
Электронное устройство измерительного преобразователя преобразует изменение сопротивления в токовый выходной сигнал. Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми плёночными тензорезисторами, прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя. Схема преобразователей Сапфир 22-ДИ представлена на рис.1.
Измерительный преобразователь состоит из измерительного блока и электронного устройства. Преобразователи различных параметров имеют унифицированное электронное устройство и отличаются лишь конструкцией измерительного блока.
Мембранный тензопреобразователь 4 размещен внутри корпуса 6. Измеряемое давление подается в камеру 5 воздействует на мембрану тензопреобразователя, вызывая её прогиб и изменения сопротивления тензорезисторов. Полость 3 сообщена с окружающей атмосферой.
Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 1 по проводам через гермовывод 2.
  
1 - электронное устройство, 2 - гермовывод, 3 - полость сообщения с окружающей атмосферой, 4 - мембранный тензопреобразователь, 5 - рабочая камера, 6 - штуцер.
Рисунок 1 - Схема преобразователей Сапфир-22 ДИ моделей 2151,2161. 2171; Сапфир-22 ДИВ модели 2351
Электронный преобразователь смонтирован на трех платах 4,5,13 (рис.2) размещенных внутри специального корпуса 3. Корпус закрыт крышками 2, 6, уплотненными резиновыми кольцами. Преобразователь имеет сальниковый кабельный ввод 11 клеммную колодку 19 для подсоединения жил кабеля и болт 12 для заземления корпуса. Корректоры 9 и 10 служат соответственно для плавной настройки «диапазона» и «нуля» выходного сигнала Перемычки 16 и 17 служат для грубой настройки «нуля» выходного сигнала.
1 - винт для подсоединения экрана кабеля; 2,6 - крышка; 3 - корпус; 4,5,13 - платы; 7 - крышки; 8 -табличка; 9 - корректор настройки «диапазона»; 10 - корректор настройки «нуля»; 11 - кабельный ввод; 12 - винт заземления прибора; 14,15 - перемычки для изменения диапазона измерения; 16 - перемычки для грубой настройки «нуля»; 17 - перемычки для грубой настройки «диапазона»; 18 - винт крепления крышки 7; 19 - клеммная колодка.
Рисунок 2 - Электронный блок
Измерительный преобразователь могут работать со вторичными регистрирующими и показывающими приборами, регуляторами и другими устройствами автоматики, работающими от стандартного входного сигнала 0-5 или 0-20 или 4-20 мА постоянного тока.
Электрическое питание преобразователей осуществляется от источника питания постоянного тока напряжением (36+0,72)В 22БП-36.
Технические характеристики представлены в таблице 1 и 2.
Таблица 1 - Основные технические характеристики
Выходной сигнал, мА
|
4-20; 0-5; 0-20; 20-4; 5-0; 20-0
|
Верхние пределы измерения, МПа
|
0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0; 25,0; 40,0; 60,0
|
Погрешность измерения
|
±0,15 %
|
Климатическое исполнение
|
«У» категории 3.1 по ГОСТ 15150-69 (исполнение С3 по ГОСТ 12997-84), но для работы при температуре окружающего воздуха от минус 40 до плюс 70 °С
|
Тип взрывозащиты
|
«Специальный» и «Взрывонепроникающая оболочка», маркировка 1ExsdllIIBT4
|
Напряжение питания
|
24-36 В постоянного тока, от 50 до 400 Гц
|
Потребляемая мощность
|
0,85 В·А
|
Таблица 2 - Контролируемая среда
Тип
|
жидкие, газообразные, в т.ч. нефть и продукты ее переработки
|
Предельное давление
|
25 % от верхнего предела измерения
|
Температура окружающего воздуха
|
от -40 до +70 °С
|
По степени защиты от воздействия пыли и воды преобразователь соответствует исполнению IP-54 по ГОСТ 14254-80.
Материалы деталей, контактирующих с измеряемой средой - сталь 12Х18Н10Т, 36НХТЮ, фторопласт-4.
Пример записи заказа:
Сапфир-22-МПС-Ех-2430-А-01-У2*(-30+50)-0,25-25кПа-16-42-СК-К1/2-В-Р-Ц-НАRТ
Расшифровка обозначения (Сапфир22-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-15-16):
1. Сокращенное наименование модели преобразователя (датчика): Сапфир-22 (22М, 22МТ, 22МП, 22МПС, 22ПС, 22МР, 22Р, 22ЕМ) и др.
2. Исполнение по взрывозащите (Ех, Вн) проставляется только для взрывозащищенного исполнения:
Ех – Искробезопасная электрическая цепь;
Вн – Взрывонепроницаемая оболочка.
3. Модель (ДА-20хх, ДИ-21хх, ДВ-22хх, ДИВ-23хх, ДД-24хх, ДГ-25хх, см. таблицы моделей).
4. При заказе преобразователя, предназначенного для эксплуатации на объектах ОАЭ, следует поставить букву "А", при заказе преобразователя с приработкой 360 часов букву "П".
5. Обозначение исполнения по материалам ("01"-угл. ст., "02"-нерж. и пр., см. таблицу материалов).
6. Обозначение вида климатического исполнения и диапазон температур, отличный от установленных для основных вариантов исполнений (УХЛ3.1, У2, Т3).
7. Предел допускаемой основной погрешности (0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,5%, см. таблицы моделей).
8. Верхний предел измерений с указанием единицы измерений (кПа, МПа, см. таблицы моделей).
9. Предельно допускаемое рабочее избыточное давление в МПа (см. таблицы моделей).
10. Код выходного сигнала: "05" – 0…5мА; "50" – 5…0мА; "42" – 4…20мА; "24" – 20…4мА.
11. Код скобы и кронштейна – "СК".
12. Код комплекта монтажных частей (К1/2, К1/4, М20, СК, см. таблицу КМЧ, проставляется только при заказе комплекта.
13. Код вентильного блока "В", указывается согласно примечанию 4.
14. При заказе преобразователя с разъемом следует поставить букву "Р"(Разъем).
15. Наличие встроенного цифрового индикатора или выносного индикатора.
16. Наличие HART-протокола.
2 Настройка
Перестройка на другой диапазон намерений, смещение «нуля» производится с помощью элементов ступенчатой и плавной настройки перемычек 14 - 17 и корректоров 9, 10 (рис.2).
Перестановка перемычек производится в процессе настройки преобразователя. Перестановку перемычек следует производить при отключенном питании преобразователя.
Преобразователь настраивается в случае перенастройки на другой диапазон измерений, установки нуля со смещением более чем на 10% от диапазона измерений, в случае ремонта.
Настройку преобразователя производите следующим образом:
установите преобразователь в рабочее положение на грузопоршневой манометр;
освободите доступ к корректору «нуля»;
соберите схему указанную на рис.3, и откройте вентили к преобразователю линию для подачи давления;
снимите крышку 6 и при необходимости перенастройки преобразователя в соответствии с выбранными преподавателем значениями диапазона измерений и смещения нуля установите перемычки 14-17 согласно таблице 3;
включите питание, выдержите преобразователь во включенном состоянии 30 мин (время прогрева электроники) - преобразователь готов к работе;
установите значение выходного сигнала, соответствующее нижнему предельному значению измеряемого давления. Для этого подать в преобразователь давление равное нижнему предельному значению, и установить с помощь корректора «нуля» соответствующее ему значение выходного сигнала;
если корректор «нуля» 10 не обеспечивает достижение заданного значения выходного сигнала, поменять положение перемычки 16 на соответствующее соседнее отключив на это время питание;
установите значение выходного сигнала, соответствующее верхнему предельному значению измеряемого давления. Для чего увеличить измеряемое давление до верхнего предельного значения и установить с помощью корректора диапазона 9 соответствующее ему предельное значение выходного сигнала. Если корректор диапазона 9 не обеспечивает достижение данного диапазона измерения выходного сигнала, поменяют положение перемычки 17 на соответствующее соседнее отключив на это время питание;
уменьшить измеряемое давление до нижнего предельного значения и с помощью корректора «нуля» вновь установить значение выходного сигнала, соответствующее этому давлению. Для корректировки «нуля» необходимо освободить направляющее отверстие корректора «нуля» 10 от винта. Для корректировки диапазона необходимо снять табличку 8 и освободить направляющее отверстие корректора диапазона 9 от винта;
выполняют операцию по п.п.6, 7, 8 несколько раз пока предельные значения выходного сигнала не будут установлены с требуемой точностью;
установить на место крышку 6 и табличку 8.
RH- резистор нагрузки 1,2 кОм; ИП -милливольтметр; G - источник питания 22-БП-36; Р - давление от грузопоршневого манометра.
Рисунок 3 - Схема поверки Сапфир 22-ДИ.
3 Проверка работоспособности
Перед проведением проверки необходимо выполнить подготовительные работы:
дифманометр установить в рабочее положение
проверить герметичность системы(состоящей из соединительных линий и образцового прибора ).
При проведении проверки должны выполнятся следующие операции
установка начального значения выходного сигнала измерительного преобразователя
проверка герметичности между плюсовой и минусовой камерами измерительного блока
определение основной погрешности и вариации выходного сигнала.
Предел допускаемой основной погрешности САПФИР-22 , выраженный в % нормирующего значения или диапазона измерения выходного сигнала , численно равен классу точности поверяемого измерительного преобразователя.
Значение смещения «нуля» выходного сигнала в % от наибольшего диапазона измерений модели
|
Положение перемычки 16(Рис.2)
|
Положение перемычки 1 7(Рис.2)
|
Положение перемычек 14 и 15(рис.6) для преобразователей с возрастающей характеристикой выходного сигнала
|
Значение требуемого диапазона измерений в % от наибольшего диапазона измерений модели
|
100
|
63
|
40
|
25
|
16
|
От -10 до +7
|
1
|
6
|
6 или 5
|
5 или 4
|
4 или 3
|
3 или 2
|
АА и ВВ
|
От +7 до +24
|
2
|
6
|
6 или 5
|
5 или 4
|
4 или 3
|
3 или 2
|
От +24 до +41
|
3
|
-
|
6 или 5
|
5 или 4
|
4 или 3
|
3 или 2
|
От +41 до +58
|
4
|
-
|
-
|
5 или 4
|
4 или 3
|
3 или 2
|
От +58 до +75
|
5
*
|
-
|
-
|
-
|
4 или 3
|
3 или 2
|
От +75 до +90
|
6
|
-
|
-
|
-
|
-
|
3 или 2
|
От -10 до -27
|
2
|
6
|
6 или 5
|
5 или 4
|
4 или 3
|
3 или 2
|
АВ и АВ
|
От -27 до -44
|
3
|
6
|
6 или 5
|
5 или 4
|
4 или 3
|
3 или 2
|
От -44 до -61
|
4
|
6
|
6 или 5
|
5 или 4
|
4 или 3
|
3 или 2
|
От -61 до -78
|
5
|
6
|
6 или 5
|
5 или 4
|
4 ил 3
|
3 или 2
|
От -78 до -100
|
6
|
6
|
6 или 5
|
5 или 4
|
4 или 3
|
3 или 2
|
Таблица 2 - Положение перемычек
Нормирующее значение равно предельному номинальному перепаду давления (для измерительных преобразователей с линейной зависимостью выходного сигнала от измеряемого перепада давления)
Расчетное значение выходных сигналов , в заданном номинальном перепаде давлений для преобразователей с линейной зависимостью выходного сигнала от измеряемого перепада давлений определяют по формуле
-начальное значение выходного сигнала .
-верхнее значение (предельное номинальное )выходного сигнала
-предельный номинальный перепад давлений.
Задавая значения измеряемого давления через каждые 20% диапазона измерения измерьте выходной токовый сигнал, соответствующие этим значениям и занесите в таблицу поверки.
Расчётное значения выходного сигнала соответствующее измеряемому
давлению определяется по формуле:
где IH, ik - начальное и конечное значения выходного сигнала, мА;
Р -значение измеряемого давления, кгс/см (МПа);
ршк - верхний предел измерения (шкала) прибора, кгс/см2 (МПа).
Абсолютная погрешность определяется по формуле:
где AI - абсолютная погрешность, мА;
I - значение выходное сигнала соответствующее измеряемому давлению Р, мА
Таблица 3 - Результаты поверки
Значение измеряемой величины
кгс/см2
|
Показания образцового прибора
кгс/см2
|
Абсолютная погрешность
|
Вариация
|
прямой ход
|
обратный ход
|
прямой ход
|
обратный ход
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1. Для чего предназначен ИП Сапфир 22-ДИ ?
2. На чем основан принцип действия ИП 22-ДИ ?
3. Что является чувствительным элементом ИП ?
4. Из скольких блоков состоит ИП ?
5. Какие элементы расположены в электронном блоке ?
6. Как устроен измерительный блок ?
7. Как подготавливают к работе ИП ?
8. Как настраивается выходное значение соответствующее нижнему значению измеряемого перепада ?
9. Как настраивают диапазон изменения выходного сигнала при верхнем предельном значении измеряемого перепада давления ?
Ю.Как определяют выходное значение расчетного токового сигнала соответствующее измеряемому перепаду ?
|
