Вимірювання тиску. Перетворювачі надлишкового тиску Sitrans р серії z та ZD

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1-Т-Р

ВИМІРЮВАННЯ ТИСКУ. ПЕРЕТВОРЮВАЧІ НАДЛИШКОВОГО ТИСКУ SITRANS Р серії Z та ZD

Мета роботи

1.1.Вивчити принцип дії, конструкцію та методику поревірення компактних вимірювальних перетворювачів надлишкового тиску Sitrans P серії ZD (з цифровою індикацією за місцем) та перетворювача серії Z з уніфікованими вихідними сигнали по струму, а також познайомитись з цифровим реєстратором Sirec DS фірми «Siemens».

1.2.Провести перевірення приладів.

Завдання на виконання роботи

2. 1. Познайомитись з лабораторним стендом.

2.2. Вивчити загальні теоретичні відомості про тиск, одиниці тиску,

поняття абсолютного, надлишкового та барометричного тисків. Вивчити класифікацію манометрів по виду вимірюваного тиску.

2.3. Вивчити загальну теорію тензорезисторних перетворювачів тиску. Вивчити будову та структурну схему вимірювального перетворювача надлишкового тиску Sitrans P ZD з цифровою індикацією та уніфікованим вихідним сигналом по струму, суть схеми живлення в два проводи при передачі вимірювальної інформації.

2.4. Вивчити конструкцію, технічні характеристики та використовування перетворювача тиску Sitrans P серії Z та реєстратора Sirec DS.

2.5 Зняти реальні статичну характеристику перетворення манометру Sitrans P серії ZD та статичні характеристики перетворення тиску в ІВК з приладами Sitrans P серії Z та ZD у вихідні уніфіковані сигнали по струму та їхнє відображення на екрані реєстратора Sirec DS.

2.6. По статичним характеристикам перетворення визначити абсолютну, відносну та приведену похибки по діапазону вимірювання для обох приладів та побудувати графіки для обох приладів: а) реальної статичної характеристики перетворення; б) залежності приладів похибок по діапазону вимірювання.

Теоретичні відомості

Принцип дії вимірювального перетворювача надлишкового

Тиску SITRANS Р.

Загальна структурна схема та конструкція перетворювача

Sitrans P серії ZD фірми Siemens.

Перетворювач Sitrans P ZD – це вимірювальний прилад зі здатністю до конфігурування, який встановлюється за місцем і використовується для

вимірювання надлишкового та абсолютного тисків в різних областях промисловості (хімічній, харчовій, водо забезпеченні і ін.).

Структурна схема та зовнішній вигляд приладу та основні складові перетворювача Sitrans P серії ZD приведені на рис.4.

Sitrans P ZD надлишкового тиску складається із: вимірювальної комірки; плати електроніки, яка розміщена поряд в тому ж в корпусі, та вбудованого цифрового індикатора. У деяких приладів Sitrans P, вимірювальна комірка і плата виготовляються, як єдине ціле.

Вимірювальна комірка складається із розподільчої мембрани 1, що виготовлена із нержавіючої сталі, рідини заповнення (силіконове мастило), що передає зусилля, та безпосередньо вимірювальної мембрани, в якості якої використовується тонка керамічна плівка з нанесеними на неї тензорезисторами (тензомодуль- P). Розподільча мембрана 1 із нержавіючої сталі захищає перетворювач від дій агресивних середовищ. Вимірювальна комірка забезпечена також схемою температурної компенсації. Під дією цієї сили, що діє на розподільчу мембрану 1, вона прогинається і передає зусилля через силіконове масло на вимірювальну мембрану Р, що теж прогинається. При цьому чотири встановлені на ній за мостовою схемою тензорезистори змінюють свою величину. Зміна опорів приводить до розбалансування мосту і появи напруги у вимірювальній діагоналі, яка підсилюється у вимірювальному підсилювачі та надходить на аналого-цифровий перетворювач (АЦП) А/D та перетворюється в цифрову форму.

СВДЗ СВДЧ РКД

 

 

Рис. 4. Структурна схемата зовнішній вигляд приладу Sitrans P серії ZD.

На платі електроніки Sitrans P серії ZD (рис.4) розміщені:

■ A/D - аналого-цифровий перетворювач (АЦП);

■ D/A - цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП);

■ 3 клавіші конфігурування параметрів;

■ EEPROM – енергонезалежна пам’ять для всіх параметрів;

■ U/ I – перетворювач напруги ЦАП U_а в струм (стабілізатор струму);

■ ЕМV - вихідний каскад із захисними компонентами, що поєднує струм

споживання та уніфікований вихідний;

■ I _{а -} - вихідний уніфікований сигнал по струму (4…20мА), який

дорівнює струму, що споживає перетворювач;

■ U_к - контрольна (зразкова) напруга стабілізатора струму;

■ РКД -рідинно-кришталевий дисплейвимірюваних параметрів;

■ СВД З та СВД Ч – зелений та червоний світло діоди індикації виходу тиску за нижню та верхню межі діапазону;

■ C - функціональний мікропроцесорний контролер.

Інформація в цифровій формі аналізується в мікропроцесорі C, коригується в відповідності із температурною характеристикою і характеристикою лінійності, та перетворюється у цифро-аналоговому перетворювачі (ЦАП) D/А у напругу постійного струму.

Далі напруга перетворюється в уніфікований вихідний аналоговий сигнал по струму в перетворювачі U/I, який надходить у вихідний каскад ЕМV. Останній поєднує уніфікований інформаційний струм та струм споживання.

Основною перевагою перетворювача Sitrans P є схема живлення в два проводи, суть якої в тому, що струм ланцюга живлення перетворювача одночасно є уніфікованим вихідного аналоговим сигналом вимірювальної інформації по струму в межах 4…20 мА і який відповідає значенню вимірюваного тиску. Тобто, при налаштованому початковому значенні вимірюваного тиску, схема перетворювача споживає струм 4 мА напругою постійного струмі в межах 12…30В. В кінці діапазону – перетворювач споживає струм 20 мА при тих же межах напруги живлення. Для передавання інформації про значення вимірюваного тиску немає необхідності в додаткових лініях зв’язку. Вихідний каскад ЕМV вміщує в собі одночасно і компоненти захисту від короткого замикання.

Для отримання інформації про значення тиску достатньо в ланцюг підведення живлення по двом проводам, ввімкнути опір навантаження величиною 500 Ом та отримати на ньому, на необхідній відстані місця вимірювання, спад напруги, який маже бути використаний, наприклад, для перетворення в аналого-цифровому перетворювачі (АЦП) мікропроцесорного контролера системи керування технологічним процесом.

Одночасно Sitrans P забезпечує цифрову індикацію значення тису за місцем

встановлення в багатьох одиницях. Режим вибору одиниць задає мікропроцесор і його можна змінити за допомогою клавіш конфігурування.

Специфічні параметри вимірювальної комірки, параметри електроніки

та налаштування фіксуються в енергонезалежній пам’яті EEPROM.

Дві відокремлювані частини перетворювача (сенсор та електроніка), підт-

римують модульний принцип побудови конструкції, можливість незалежної їх

заміни і корекції.

Вбудований 5-ти розрядний дисплей (РКД), в залежності від вибраногорежиму індикації, може надавати за місцем наступну інформацію:

■ вимірюване значення тиску; ■ одиниця вимірювання (по замовчанню в барах);

■ двопозиційний сигнал «більше / менше», при відхиленні тиску за встановлені граничні межі, що фіксується світлодіодами та символами стрілочки (менше – зеленим та , а більше – червоним та ).

Конфігурування (зміна режимів роботи та індикації) відбувається за допомогою 3-х кнопок, що розташовані поруч із дисплеєм.

Кнопкою М вибираються наступні режими:

■ вимірюване значення тиску; ■ пароль, який блокує зміну параметрів після

налаштування; ■ одиниця вимірювання; ■ початок та кінець діапазону;

■верхнє та нижнє допустиме значення тиску; ■ корекція нуля; ■ верхня (20 мА) та нижня (4 мА) межі вихідного струмового сигналу, що відповідають вибраному діапазону вимірювань; ■ фільтрація сигналу.

Ще дві кнопки дозволяють змінювати вибраний параметр в більшу або меншу сторону.

 

Порядок виконання роботи.

5.1.Ввімкнути тумблер подачі живлення “ Живлення ~220В ” на стенд манометрів та ввімкнути тумблери подачі живлення на вимірювальний перетворювач «Sitrans P ZD».

5.2. Подати на стенд стиснуте повітря живлення 140 кПА та ввімкнути

пневмоклапани «Sitrans P ZD» і зразкового манометра (кл. 0,4).

5.3. Зняти пряму (▼) та зворотну (▲) гілки характеристики перетворення вимірювального перетворювача «Sitrans P ZD».

5.3.1. За допомогою пневматичного вентиля, що знаходиться під зразковим манометром збільшувати тиск повітря у системі зразкового манометра та перетворювача «Sitrans P ZD» від нуля до максимального значення (120 кПа). Значення тиску на зразковому манометрі повинні відповідати оцифрованим поділкам з дискретністю 10 кПа (0,1бара).

Одночасно знімати покази з дисплея «Sitrans P ZD». Дані заносити до табл. №1 протоколу перевірення у колонку прямого (▼) ходу по характеристиці перетворення «Sitrans P ZD».

Таблиця 1

Покази манометра за умови ходу, кгс/см^2 Варіа- ція, кгс/см^2   Похибка за умови ходу Зразко -вого МО Sitrans P ZD Абсолютна, кгс/см^2 Відносна, % Приведена,% ▼ ▲ ▼ ▲ ▼ ▲ ▼ ▲                     0,1                   0,2                   0,3                   0,4                   0,5                   0,6                   0,7                   0,8                   0,9                   1,0                   1,1                   1,2

5.3.2. Після досягнення максимального значення тиску, повторити дії наведені в п.5.3.1 знижуючи тиск в системі до нуля; отримані дані занести в таблицю протоколу у колонку (▲ ) зворотного ходу по ХП.

5.4. В ввімкнути додатково живлення перетворювача «Sitrans P Z», вторинного приладу «ТРМ 200» та цифрового реєстратора Sirec DS.

Ввімкнути пневмоклапан «Sitrans P Z».

Таблиця 2

Покази манометрів за умови ходу, бар Коригована ХП каналу Варіа-ція, бар   Похибка за умови ходу Ди-сп-лей P ZD Канал P ZD -Sirec DS Schreiber 1 P ZD - Sirec DS, бар Абсолютна, бар Відносна, % Приве- дена, % ▼ ▲   ▼ ▲ ▼ ▲ ▼ ▲                       0,1                     0,2                     0,3                     0,4                     0,5                     0,6                     0,7                     0,8                     0,9                     1,0                     1,1                     1,2

Таблиця 3

Покази манометра за умови ходу, бар Коригована харак-теристика Варіа-ція, бар   Похибка за умови ходу Ди-сп-лей P ZD Канал P Z - Sirec DS Schreiber 2 Sitrans P Z - Sirec DS Абсолютна, бар Відносна, % Приве дена, % ▼ ▲   ▼ ▲ ▼ ▲ ▼ ▲                       0,1                     0,2                     0,3                     0,4                     0,5                     0,6                     0,7                     0,8                     0,9                     1,0                     1,1                     1,2                     5.5. Зняти пряму (▼) та зворотну (▲) гілки характеристики перетворення інформаційно-вимірювальних каналів (ІВК): ■ перетворювач «Sitrans P Z» - цифровий реєстратор Sirec DS; ■ перетворювач «Sitrans P ZD» - цифровий реєстратора Sirec DS. Інформацію ІВК «Sitrans PZD» - цифровий реєстратор Sirec DS знімати з цифрового індикатора останнього «Schreiber 1», а іншого ІВК – з індикатора «Schreiber 2». 5.5.1. Прямокутники записів результатів вимірювання та розрахунків варіації в табл. 2 та табл. 3 розбити на дві частини, провівши діагональ від правого верхнього кута до нижнього лівого. Результати вимірювань (покази манометра) для прямого «▼» ходу по ХП записувати у верхніх частинах прямокутників, а для зворотного (▲) ходу (для варіації) – у нижній. Змінювати тиск у відповідності із пунктом 5. 3.1 та одночасно знімати покази по цифровим індикаторам з екрану реєстратора Sirec DS, що відображають передану дистанційно інформацію про тиски по двом каналам від Sitrans P ZD та Z. Результати досліджень заносити у табл. 2 та табл. 3 у відповідні комірки колонки (▼) прямого ходу по ХП у верхніх їх частинах. 5.5.2. Після досягнення максимального значення тиску, повторити дії, що наведені в п. 5.5.1, знижуючи тиск в системі до нуля. Отримані дані занести в табл. 2 та табл. 3 протоколу у колонки (▲) зворотного ходу у верхніх їх частинах. 5.6. Вимкнути задіяні пневмоклапани та живлення приладів і стенду.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1-Т-Р

ВИМІРЮВАННЯ ТИСКУ. ПЕРЕТВОРЮВАЧІ НАДЛИШКОВОГО ТИСКУ SITRANS Р серії Z та ZD

Мета роботи

1.1.Вивчити принцип дії, конструкцію та методику поревірення компактних вимірювальних перетворювачів надлишкового тиску Sitrans P серії ZD (з цифровою індикацією за місцем) та перетворювача серії Z з уніфікованими вихідними сигнали по струму, а також познайомитись з цифровим реєстратором Sirec DS фірми «Siemens».

1.2.Провести перевірення приладів.