рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Учебная дисциплина Производственная и пожарная автоматика Часть 1. Производственная автоматика

Учебная дисциплина Производственная и пожарная автоматика Часть 1. Производственная автоматика - раздел Производство, Учебная Дисциплина «Производственная И Пожарная Автоматика»...

Учебная дисциплина «Производственная и пожарная автоматика»

Часть 1. «Производственная автоматика»

Тема №1. «Приборы контроля параметров технологических процессов».

Практическое занятие №1.«Электронные приборы для измерения неэлектрических величин».

Классификация и принцип работы измерительных преобразователей

Конкретные методы измерений определяются видом измеряемых величин, их размерами, требуемой точностью результата, быстротой процесса измерения, условиями, при которых проводятся измерения, и рядом других признаков. Каждую физическую величину можно измерить несколькими методами, которые могут отличаться друг от друга особенностями как технического, так и методического характера. В отношении технических особенностей можно сказать, что существует множество методов измерения, и по мере развития науки и техники, число их все увеличивается. С методической стороны все методы измерений поддаются систематизации и обобщению по общим характерным признакам. Рассмотрение и изучение этих признаков помогает не только правильному выбору метода и его сопоставлению с другими, но и существенно облегчает разработку новых методов измерения. Для прямых измерений можно выделить несколько основных методов: метод непосредственной оценки, дифференциальный метод, нулевой метод и метод совпадений. При косвенных измерениях широко применяется преобразование измеряемой величины в процессе измерений. Если мы проанализируем известные нам процессы измерений, то обнаружим, что в подавляющем большинстве случаев мы получаем числовое значение измеряемой величины, только после того, как тем или иным способом видоизменим ее. Рассмотрим в качестве примера измерение массы тела, которую мы измеряем с помощью обыкновенных равноплечих весов. Под действием земного притяжения создаются силы. Масса тела вместе с этими силами давит на одну чашку, а масса гирь - на другую. Подбирая гири, мы добиваемся равновесия, т.е. равенство этих сил. Это дает нам право сказать, что масса взвешиваемого тела равна массе гирь, принимая, что сила земного притяжения на расстоянии между чашками остается одной и той же. Как видим, для измерения массы нам пришлось преобразовать массы тела и гирь в силы, а для сравнения сил между собой преобразовать их действие в механическое перемещение рычагов весов. Приведенный пример показывает, что даже простые измерения проводятся путем преобразования измеряемой величины. Необходимо отметить, что преобразования измеряемых величин всегда таят в себе опасность внесения погрешностей. Например, при взвешивании, описанном выше, мы не учли закона Архимеда, в соответствии с которым вес тела, находящегося в какой - либо среде, уменьшается на вес вытесненного телом объема среды, если плотность материала гирь отличается от плотности вещества взвешиваемого тела. Другими словами, объем вытесненного воздуха различен, при взвешивании влияние этого явления может исказить результат. Правда это влияние оказывается очень небольшим и учитывать его приходится только при точных взвешиваниях, в частности, при взвешивании драгоценных металлов. Основным выводом из сказанного является то, что в подавляющем большинстве случаев измерения связаны с преобразованием измеряемой величины.

Измерения проводятся с помощью технических средств измерений. Основные виды средств измерений следующие:

- мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера, например, мера массы – гиря;

- измерительный прибор – это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператором.

- измерительный преобразователь – это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не подающейся непосредственному восприятию оператором.

Измерительные преобразователи в зависимости от их назначения подразделяются на первичные, промежуточные, передающие, масштабные и другие.

- первичный измерительный преобразователь – это преобразователь, к которому подведена измеряемая величина.

Передающий измерительный преобразователь предназначен для дистанционной передачи сигнала измерительной информации, масштабный измерительный преобразователь – для изменения измеряемой величины в заданное число раз.

- измерительное устройство – это средство измерений, состоящее из измерительных приборов и измерительных преобразователей.

В зависимости от назначения измерительные устройства подразделяются на первичные и вторичные. - измерительные информационные системы – это измерительное устройство, которое осуществляет многоканальное измерение и обработку информации по некоторому заданному алгоритму.

Измepитeльнaя уcтaновкa - cовoкyпнocть oбъeдинeнныx технических cpедcтв измерений (измepительныx пpибopов, меp, измеpитeльныx пpеoбpазoватeлeй) и дpyгиx ycтpойств, котоpое ocyщecтвляeт перевод технической xаpактepистики сигналoв измepитeльнoй инфopмaции в фoрмy, пoдxодящyю для пpямого воспpиятия наблюдателем, и paзмeщенная cтaционapнo.

Измepитeльнaя система - сoвoкyпность технических cрeдcтв измерений и вспомогательных yстpойcтв, oбъeдиненныx кaналами связи, кoтoроe ocyщеcтвляeт перевод технической xаpактеpистики сигналов измepитeльнoй информации в фоpмy, пoдxодящей для aвтoматичеcкой обpaбoтки, пepедачи и иcпoльзoвания в качестве упpaвляющиx сигналов.

Виды измерительных преобразователей:

Первичные - (непосредственно воспринимающие измеряемую величину).

Передающие, на выходе которых величина приобретает форму, удобную для регистрации или передачи на расстояние.

Промежуточные, работающие в сочетании с первичными и не влияющие на изменение рода физической величины.

Комплексная автоматизация производства и измерений связана с получением данных о значении различных физических величин, характеризующих состояние объекта управления (исследования), — механических, тепловых, химических, оптических и других величин, которые принято называть неэлектрическими.

Существует ряд способов измерения неэлектрических величин, различающихся по виду энергии сигнала измерительной информации.

Однако мы опишем только электрический способ измерения, так как это наиболее широко распространенный способ измерения. Он имеет ряд достоинств, которые способствовали ему широкое распространение, а именно точность, удобство в эксплуатации измерительных приборов, легкость в исполнении (проектировании, производстве) измерительных приборов, хорошо изученный математический материал, компактность измерительных приборов, возможность сопряжения с вычислительной машиной.

 

Рис. 1.1 Структура устройства для измерения не электрических величин.

Упрощенная структурная схема приведена на рис 1.1, где:

1. ПП — первичный измерительный преобразователь

2. ИЦ — измерительная цепь

3. ОУ — отчетное устройство, в качестве которого используют электроизмерительный показывающий прибор.

В отдельных случаях результат измерения представляется в цифровой форме (кодируется).

Размещенный непосредственно на объекте ПП преобразует неэлектрическую величину Х в электрическую величину У. Кроме термина "первичный преобразователь" для обозначения элемента, преобразующего неэлектрическую величину в электрическую, применяют термин "датчик неэлектрической величины” или просто "датчик".

К первичным преобразователям (ПП) предъявляют требования воспроизводимости и однозначности характеристики преобразования У=F(Х), стабильности во времени характеристики преобразователя, минимального обратного действия преобразователя на исследуемый объект, точности быстродействия и др.

Первичные измерительные преобразователи очень разнообразны по принципу действия, устройству, виду энергии входного сигнала, метрологическим и эксплуатационным характеристикам.

Целесообразно классифицировать их по физической природе явлений, лежащих в основе их работы, с учетом вида преобразуемой энергии. По указанным признакам первичные преобразователи можно подразделить на:

1. механические резистивные (контактные, реостатные, тензометрические)

2. электростатические (емкостные, пьезоэлектрические)

3. электромагнитные (индуктивные, индукционные, магнитоупругие)

4. теплоэлектрические (термоэлектрические, терморезистивные)

5. электрохимические (резистивные элктролитичекие, кулонометрические, химотронные)

6. оптико-электрические

7. гальванокинетические

8. атомные (ионизационного излучения, квантовые).

Только одно перечисление групп первичных преобразователей неэлектрических величин свидетельствует о том, сколь широк круг вопросов, относящихся к измерению неэлектрических величин, и как важно унифицировать методы и средства их измерений.

На вход первичного преобразователя кроме входной величины Х действуют и другие параметры объекта и окружающей среды. В этих условиях первичный преобразователь должен избирательно реагировать только на значение входной величины и не реагировать на влияние всех остальных факторов. Задача подавления чувствительности первичного преобразователя к влияющим величинам относится к важным задачам, решаемым конструктивными и схемными методами.

Если изменение неэлектрической величины приводит к изменению пассивного параметра ПП — сопротивления, емкости, индуктивности или взаимной индуктивности, то ПП называются параметрическими, а если к генерированию активной величины (ЭДС тока), то генераторными.

Особенно широко применяются дифференциальные ПП. Чувствительные элементы (ЧЭ) таких первичных преобразователей показаны на рис1.2.

 

 

 

Рис. 1.2. Чувствительные элементы дифференциальных датчиков:

а — резистивного; б — индуктивного

При воздействии измеряемой величины Х на ЧЭ дифференциального ПП на выходе его формируются два сигнала, направленных навстречу друг другу. Разность этих сигналов поступает в измерительный канал, состоящий из преобразователей и измерительного прибора. Например, ЧЭ индуктивного дифференциального первичного преобразователя (рис.1.2, б) состоит из двух одинаковых неподвижных сердечников с обмотками и одного общего якоря, при перемещении которого на расстояние Х изменяются индуктивности L1 и L2 обмоток. В зависимости от направления перемещения одна из индуктивностей увеличивается, а другая уменьшается.

Аналогично устроены резистивные, емкостные и другие дифференциальные первичные преобразователи. Аддитивная составляющая погрешности преобразования дифференциальных первичных преобразователей существенно меньше, чем у недифференциальных, так как погрешности, вызванные влияющими величинами, взаимно компенсируются, а реакция на изменение неэлектрической величины гораздо сильнее.

Выходной сигнал первичного преобразователя У поступает в канал преобразования измерительной информации, структурные схемы которого зависит от типа первичного преобразователя, его выходной мощности, а также от требований к точности и быстродействию измерительного устройства.

Измерительные цепи ИЦ (см.рис:1.2) могут строиться по структурным схемам прямого и уравновешивающего преобразователя.

Измерительные цепи (ИЦ) прямого преобразования, в свою очередь, делятся на работающие с генераторными и параметрическими первичными преобразователями.

Основным принципом построения ИЦ прямого преобразования с генераторными ПП является принцип согласования выходных и входных сопротивлений последовательно включенных преобразователей, обеспечивающий минимальные потери измерительной информации в канале преобразования.

С параметрическими ПП используются три вида измерительных цепей прямого преобразования (рис1.3): цепи последовательного включения (а), цепи в виде делителей (б) и цепи в виде небалансных (неравновесных) мостов (е).

Рис. 1.3. Измерительные цепи приборов для измерения неэлектрических величин с параметрическими датчиками

Реостатные преобразователи

Реостатным преобразователем называют реостат, подвижный контакт которого перемещается в соответствии со значением измеряемой величины. Естественная входная величина реостатного преобразователя - перемещение, выходная - активное сопротивление.

Используют реостатные преобразователи двух основных типов: проволочные и пленочные. Наибольшее распространение получили проволочные преобразователи, схема конструкции которых приведена на рис. 1.4, а. На неподвижный каркас плотно наматывают изолированный провод, который образует обмотку с сопротивлением R. Обмотка включается в цепь постоянного напряжения V. На обмотке очищается от изоляции "контактная дорожка", по которой может перемещаться щетка 1, жестко закрепленная в щеткодержателе 2. При этом создается скользящая контактная пара: щетка - контактная дорожка. Каркас преобразователя изготавливают из изоляционных материалов: эбонита, текстолита, радиокерамики и других. Наиболее распространенными материалами

 

 

Рис. 1.4. Реостатные преобразователи

Провода являются манганин, константан, а также сплавы из благородных металлов; золота с никелем, серебра с медью и других. Диаметр провода изменяется, в пределах 0,03-0,1 мм для прецизионных реостатов и достигает 0,3 мм в грубых реостатах. Щетку выполняют в виде двух-трех проволочек диаметром 0,1-0,2 мм. Каркас может иметь не только прямоугольную, но и более сложную форму. Для получения нелинейной характеристики используют фигурные каркасы (рис. 1.4,б).Статической характеристикой реостатного преобразователя является зависимость Rвых = f(x) или Uвых = ψ(x), где х — перемещение щетки. Эти зависимости могут быть линейными (рис. 1.4, а) и нелинейными (рис.1.4, б). На рис.1, а сплошной линией показана реальная характеристика проволочных реостатных преобразователей. Ступенчатый вид характеристики показывает, что при движении щетки в момент перехода от одного витка к другому сопротивление или напряжение изменяется скачками. С помощью ступенчатой кривой определяется порог чувствительности или витковая погрешность преобразователя. Для линейного реостата витковая погрешность определяется.

 

 

Рис. 1.5. Схемы включения реостатных преобразователей

 

Наиболее распространенные схемы включения реостатных преобразователей приведены на рис.1.5. Недостаток первых трех схем - нелинейная зависимость тока от перемещения движка. Значительно меньшую нелинейность имеют мостовые схемы (рис. 1.5.г и д).Расчет линейного реостатного преобразователя сводится к определению диаметра и длины намоточного провода, а также геометрических размеров каркаса. Реостатные преобразователи применяют для измерения перемещений. В сочетании с упругими элементами их используют в датчиках для измерения усилий и давлений. Основной недостаток реостатных преобразователей - наличие трущегося контакта, которое приводит, с одной стороны, к уменьшению надежности, с другой — к возникновению погрешности преобразователя вследствие изменения контактного сопротивления. Во многих случаях нежелательное явление — наличие дискретности.

Тензорезисторные преобразователи

В основе работы тензорезисторных преобразователей лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении активного сопротивления проводников при их механической деформации. Входная величина преобразователя - деформация, выходная - изменение сопротивления. В настоящее время получили распространение проволочные, фольговые и полупроводниковые тензорезисторы. В наиболее простом случае тензорезисторы представляют собой отрезок проволоки, который жестко закреплен при помощи клея или цемента На упругодеформируемой детали. Сжатие или растяжение детали вызывает пропорциональное сжатие или растяжение проволоки, в результате чего изменяются ее длина, поперечное сечение и удельное сопротивление, что в итоге приводит к изменению электрического сопротивления проволоки

 

R = ρ

 

где l - длина;

S — поперечное сечение;

ρ - удельное сопротивление проволоки, то при растяжении ее сопротивление изменится на величину Δ R и составит R + Δ R. Относительное изменение сопротивления тензорезистора равно

 

= ( l + 2 μ)

где - изменение длины;

μ - коэффициент Пуассона:

= : - отношение относительного поперечного сужения (растяжения) к относительному продольному удлинению (сжатию). Частное от деления относительного изменения сопротивления = на относительное изменение проводника = - в пределах упругой деформации характеризуется постоянной величиной, которая называется коэффициентом тензочувствительности : = = kт Коэффициент тензочувствительности - основная характеристика тензорезистора. Сопротивление преобразователя не должно изменяться от действия внешних факторов (температуры и других) более чем на сотые доли процента. Для измерений приходится применять высокочувствительную аппаратуру- основной недостаток металлических тензорезисторных преобразователей. Конструктивно проволочные тензосопротивления представляют собой спираль (решетку), состоящую из нескольких петель (витков) проволоки, наклеенных на тонкую бумажную (пленочную) основу (рис. 1.6). Сверху решетка закрыта также тонкой бумагой или пленкой. Длина петли lб называется базой преобразователя. Обычно lб = 8—15 мм. Применяются тензорезисторы с меньшей базой (до 2,5 мм). Ширина преобразователей от 3 до 10 мм, сопротивление порядка 50 - 150 Ом. Изготавливают преобразователи и больших размеров (до 100 мм), имеющие сопротивление 800 - 1000 Ом. Промышленность выпускает достаточно разнообразный ассортимент проволочных тензорезисторов. Более совершенные тензорезисторы - фольговые. Они имеют решетку в виде тонких полосок фольги прямоугольного сечения, наносимых на лаковую основу. Из-за большей площади соприкосновения полосы фольгового тензорезистора с объектом измерения и большой теплоотдачи, чем у проволочного, он имеет большую чувствительность и по нему можно пропустить больший ток. Кроме того, преимущество фольговых тензорезисторов в возможности изготовления решеток любого рисунка, наиболее полно удовлетворяющего условиям измерений.

 

 

Рис. 1.6. Проволочный тензорезистор Рис. 1.7. Фольговые тензорезисторы

 

 

Рис. 1.8. Схемы включения тензорезисторов.

 

Основа полупроводниковых тензорезисторов- кристалл кремния или германия. В зависимости от количества примесей типа р или п сопротивление пластинок тснзорезисторов изменяется от 100 Ом до 10 кОм. Знак тензоэффекта (при растяжении) в полупроводниках п-типа проводимости — отрицательный, а р-типа — положительный. Проводимость р-типа имеют тензорезисторы КТД. а n-типа — КТЭ.

Недостаток полупроводниковых тензорезисторов - малые значения прочности и гибкости. Другой недостаток в том, что. несмотря на большую Тензочувствительность. реализовать ее довольно сложно из-за нелинейности характеристик, высокой чувствительности к воздействию внешних условий (температуры, освещения и т.д.) и существенного разброса параметров от образца к образцу.При выборе метода измерения механических величин тензорсзисторам часто отдают предпочтение. Действительно, они являются универсальными преобразователями и могут с успехом использоваться во многих случаях, но они не всегда представляют собой лучшее средство. Тензорезисторные датчики представляют собой упругий элемент, на который наклеены тензорезисторы. Деформация упругого элемента должна иметь достаточно большую величину. Это обстоятельство часто недооценивается при выборе метода измерения. Так, например, датчик давления, представляющий собой диафрагму с наклеенными на ней тензорезисторами, имеет линейную характеристику только в диапазоне относительно малых деформаций. Индуктивный или емкостный преобразователи в этом случае имеют лучшую линейность при более высоком уровне сигнала. Преобразователи имеют широкую область применения, прежде всего датчики динамометров для измерения усилий. Большинство динамометров представляют собой цилиндрическую колонку, которая подвергается сжатию. Для измерения усилий ниже 1 т обычно применяют кольцевые динамометры с наклеенными тензореэисторами. Для измерения давления применяются датчики с консольной балкой.При изменении температуры возникает погрешность за счет изменения сопротивления от температуры независимо от деформации, т.е. изменение от температуры крутизны градуировочной характеристики, вызванное температурной зависимостью модуля упругости упругого элемента, на который наклеены тензорезисторы, и сопротивления тензорезистора. Температурная коррекция выполняется путем включения последовательно и параллельно с тензорезистором сопротивления с отрицательным температурным коэффициентом (рис.1.8,а).

Корректирующие сопротивления должны обладать как можно большим температурным коэффициентом, чтобы ею значение было меньше сопротивления тснзорезистора. Этому требованию удовлетворяют только полупроводниковые материалы (термисторы).

Температурная коррекция выполняется также путем включения пар тензорезисторов в смежные плечи моста (рис. 1.8, б).

 

Электромагнитные преобразователи

Индуктивные преобразователи.

Преобразователи, преобразующие естественную входную величину в виде перемещения в изменение индуктивности, называются индуктивными.

Индуктивный преобразователь представляет собой дроссель с изменяющимся воздушным зазором (рис..6. а.) или изменяющейся площадью поперечного сечения (рис.6. б)

 

 

Рис. 6. Конструкция и схемы включения индуктивных пореобразователей.

 

Выходной параметр индуктивного преобразователя – изменение индуктивности L обмотки, надетой на сердечник, при изменении зазора δ или площади S.

Для измерения больших перемещений применяют индуктивные преобразователи соленоидного типа (рис.6. в.). Изменение индуктивности в этих преобразователях вызывается перемещением в катушке ферромагнитного сердечника. Соленоидные преобразователи могут применяться для измерения перемещений 100 – 1000 мм.Особенность индуктивных преобразователей в том, что чувствительность их к внешним факторам не зависит от чувствительности к измеряемой величине, поэтому увеличение чувствительности к измеряемой величине приводит к уменьшению погрешности преобразователя.Индуктивные преобразователи применяют для измерения перемещений, толщены покрытий, в микромерах. Изготавливают также индуктивные динаметры и манометры, в которых усилие и давление преобразуется в перемещение при помощи упругих элементов, т.е. промежуточных преобразователей.При эксплуатации индуктивных преобразователей следует учитывать электромеханическую силу, действующую на подвижный сердечник. Поэтому их можно использовать только для измерения достаточно больших сил.Динамические характеристики индуктивных преобразователей определяются в основном параметрами подвижной механической системы, которая чаще всего является колебательной.

Трансформаторные преобразователи.

Преобразователи, преобразующие перемещение в изменение взаимоиндуктивности, называются трансформаторными.

На рис.7. а и б показаны трасформаторные преобразователи с подвижным сердечником.

 

 

Рис.7. Конструкции и схемы включения трансформаторных преобразователей

 

Достоинства трансформаторных преобразователей : достаточная мощность сигнала без усилительных устройств, сравнительная простота для измерения усилий и давлений. Трансформаторные преобразователи применяют в сочетании с упругими элементами (мембранами, пружинами).Недостатки индуктивных и трансформаторных преобразователей - в большой инерционности, необходимости регулировки и компенсации начального напряжения на выходе преобразователя. Кроме того, для уменьшения помех оба преобразователя нуждаются в тщательной экранировке, что увеличивает размеры и массу преобразователя. Погрешности трансформаторных преобразователей вызываются в основном нестабильностью напряжения и частоты источника питания, а также влиянием изменения температуры.При измерении динамических процессов частота источника питания должна быть значительно выше частоты измеряемого процесса. При измерении медленно меняющихся процессов преобразователь подключают к источнику питания промышленной частоты.

Магнитоупругие преобразователи.

Существует большое разнообразие конструктивных форм магнитоупругих преобразователей. Их можно разбить на две основные группы: преобразователи…    

Индукционные преобразователи.

Н1 UIII

Емкостные преобразователи

В основу работы емкостного преобразователя положено изменение его емкости под действием входной измеряемой величины. Емкость плоского конденсатора, как известно, выражается формулой

= S / δ где — диэлектрическая проницаемость среды между обкладками; S — площадь поверхности обкладки; δ - расстояние между обкладками, или толщина диэлектрика. Таким образом, изменение емкости преобразователя можно получить, изменяя:1) расстояние между обкладками (рис. 11, а); 2) площадь электродов, образующих емкость (рис. 11,6); 3) диэлектрическую проницаемость диэлектрика (рис. 11, в). Как видно из формулы зависимость емкости от диэлектрической проницаемости и площади пластин имеет линейный характер, а от расстояния между пластинами - нелинейный, гиперболический характер.Если обозначить емкость, в отсутствие измеряемой величины через , а в момент измерения , то изменение емкости составляет: = –

 

 

Рис.11. Основные типы емкостных преобразователей

 

Емкостные преобразователи с изменяющимся воздушным зазором используют для измерения малых перемещений (от долей микрометра до долей миллиметра), для измерения силы, давления при наличии промежуточных преобразователей силы и давления в перемещение.

Преобразователи с изменяющейся площадью применяют для измерения больших. линейных и угловых перемещений.

Преобразователи с изменяющейся диэлектрической проницаемостью чаще всего используют для измерения влажности твердых тел (тканей, пластмасс), сыпучих тел, аморфных (например, мазута), а также для измерения уровней, толщины изоляционных материалов, усилий. В последнем случае используется свойство сегнетоэлектриков, применяемых в качестве диэлектрика в преобразователе, изменять диэлектрическую проницаемость под действием сжимающей силы. Их применяют только для измерения сравнительно больших усилий. Достоинства емкостных преобразователей: высокая чувствительность, простота конструкции, малая инерционность. Наряду с этим емкостным преобразователям присущи и недостатки: 1) большое внутреннее сопротивление, что вызывает необходимость производить питание током высокой частоты; 2) необходимость тщательной экранировки для уменьшения влияния внешних электрических полей и паразитных емкостей.

Пьезоэлектрические преобразователи

На использовании прямого пьезоэффекта строятся преобразователи усилий, ускорений, давлений; обратного - вибраторы, ультразвуковые излучатели и… Пьезокерамические материалы получены трех разновидностей: титанат бария,…  

Тензочувствительные преобразователи

Изменение частоты при деформациях пьезорезонатора определяется уровнем и характером механических напряжений, поэтому более точно характеризует… Тензочувствительные преобразователи строятся главным образом на основе…  

Тепловые преобразователи

Термоэлектрические преобразователи. Принцип действия термоэлектрических преобразователей или термопар основан на… На рис.1 изображена электрическая цепь, состоящая из двух разнородных проводников.

Терморезисторы.

Терморезистор представляет собой проводник или полупроводник, сопротивление которого достаточно сильно зависит от температуры. Большинство химически чистых металлов обладает положительным температурным коэффициентом сопротивления ТКС.

Для изготовления терморезисторов применяют материалы, обладающие высокостабильным ТКС; линейной зависимостью сопротивления от температуры ;инертностью к воздействию окружающей среды; хорошей воспроизводимостью свойств. К таким материалам в первую очередь относятся платина и медь. Применяются также вольфрам и никель. Платиновые терморезисторы применяются в диапазоне температур от –2000 до +6500С и выше. Медные терморезисторы применяются в диапозоне температур от –500 до +2000С. При более высоких температурах медь окисляется.

Зависимость сопротивления от температуры платиновых терморезисторов практически линейная. Полупроводниковые терморезисторы имеют более высокую чувствительность. Температурный коэффициент сопротивления полупроводниковых терморезисторов 3 · 10-2 – 4 · 10-2 1/град. Он отрицателен и уменьшается пропорционально квадрату абсолютной температуры. где А и В - постоянные коэффициенты, зависящие от физических свойств проводника. Для изготовления полупроводниковых терморезисторов применяют кристаллы некоторых металлов (например, германия) и окислы титана, магния, никеля, меди и др.

 

Элетрохимические преобразователи

Выделяя зависимость одного из этих электрических параметров от измеряемой неэлектрической величины, создают электрохимические преобразователи для… Гальванические преобразователи. Принцип действия гальванических измерительных преобразователей основан на зависимости электродных потенциалов, т.е.…

При этом в воде и водных растворах ионное произведение воды

= αн + αон   является величиной постоянной, при 220С равной 10-14.

Оптические преобразователи

Логометр является прибор магнитоэлектрической системы и служит для измерения температуры. Подвижная система логометра состоит из двух скрещенных и… Термопара (Термоэлектрический термометр). Термометр представляет собой спай двух разнородных металлических проводников (термоэлектродов) которые предназначены…

Милливольтметры

  1 постоянный магнит 2 рамка 3 пружина спиральная 4 стрелка 5 шкала 6… Принцип измерения милливольтметром заключается в изменении термоэдс развиваемой в термопаре под действием термоэдс…

Электронный автоматический уравновешенный мост

Принципиальная измерительная схема рассматриваемого прибора–мостовая. Измерения неэлектрических величин электрическими методами очень широко… Многообразие мостовых схем базируется на классической мостовой схеме, которая… Измерение основано на соблюдении определенного соотношения между сопротивлениями (плечами) моста, называемого условием…

Автоматический потенциометр.

В электронных потенциометрах применяется потенциометрический (компенсационный) метод измерения, который основан на уравновешивании (компенсации)… Из принципиальной схемы (рис.5) видно, что термопара подключена так, что ее… Передвигая подвижный контакт Д при условии, что ЕТП<ЕБ, можно найти такое его положение, при котором ток в цепи…

Погрешности измерений и класс точности приборов.

Физические величины. Методы измерений:

Автоматизация технологических процессов требует измерения разнообразных физических величин. О количестве и разнообразии физических величин можно судить по тому факту, что принятая международная система измерений СИ (SI – The International Sistem of Units) (ГОСТ 8.417-81 Единицы физических величин) включает в себя 7 основных (длина – метр, масса – килограмм, время – секунда, температура – кельвин, сила тока – ампер, сила света – канделла, количество вещества – моль) две дополнительных (плоский угол – радиан, телесный угол – стерадиан) и 113 производных единиц.

Замечание: для исключения ошибок при вычислениях по формулам, физические величины в вычислениях лучше преобразовывать в систему СИ.

Для удобства разработки или выбора тех или иных методов и средств измерений все физические величины делят на:

- электрические и магнитные (сила тока, напряжение, сопротивление, емкость, индуктивность и т.д.)

- неэлектрические (температура, давление, расход, масса, время, уровень, скорость и т.д.)

 

Характерной особенностью современных измерений является то, что не только электрические и магнитные, но и неэлектрические величины измеряются электрическими методами, т.е. путем предварительного преобразования неэлектрической величины в электрическую. Причины: электрические величины удобно передавать на большие расстояния, высокая скорость передачи, универсальность, легкость преобразования в цифровой код, высокая точность и чувствительность приборов измерения электрических и магнитных величин.

В теории измерений различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямые измерения, характеризуемые равенством (1), заключаются в непосредственном сравнении измеряемой величины с единицей измерения при помощи меры или измерительного прибора со шкалой, выраженной в этих единицах. Большую часть физических величин определяют не путем непосредственных измерений, а с помощью вычислений, пользуясь известными функциональными зависимостями.

Измерения, при которых искомую измеряемую величину определяют вычислениями по результатам прямых измерений, связанных с искомой величиной известной функциональной зависимостью, называют косвенными измерениями. При этом значение измеряемой величины определяют по формуле

Q=f(A,B,C,..,) (2)

 

где A, B, C – значения величин, полученные при прямых измерениях. Примерами косвенных измерений могут служить: определение объема тела по прямым измерениям его геометрических размеров, расхода вещества, протекающего в трубопроводе, по перепаду давления на дроссельном устройстве и т.п. Косвенные измерения представляют самый многочисленный ряд измерений.

Совокупными измерениями называют такие, при которых искомые значения величин находят с помощью системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместными измерениями называются производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.

Измерение определяется принципом и методом.

Под принципом измерений подразумевают совокупность физических явлений, на которых основаны измерения. Например, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.

Методом измерения называют совокупность приемов и средств измерения. В современной теории измерений различают следующие основные методы, принципиально отличные друг от друга.

Метод непосредственной оценки предусматривает определение искомой величины по отсчетному устройству измерительного прибора.

Метод сравнения основан на сравнении измеряемого значения величины со значением величины, воспроизводимой мерой. Разновидностями метода сравнения являются методы: дифференциальный, нулевой, замещения и совпадений.

Дифференциальный метод заключается в таком сравнении с мерой, при котором на измерительный прибор воздействует разность между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Нулевой метод заключается в таком сравнении с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводится до нуля.

Метод замещения основан на сравнении с мерой, когда измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

Метод совпадений также основан на сравнении с мерой, причем разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических отметок.

Средства измерения:

Характеристики средств измерения

В состав измерительной аппаратуры входят меры, измерительные приборы и вспомогательные устройства. По назначению меры и измерительные приборы бывают образцовыми и рабочими.

Образцовые меры и измерительные приборы служат для воспроизведения и хранения единиц измерения, а также для градуировки и поверки рабочих измерительных устройств.

Рабочие меры и измерительные приборы предназначены для прямого или косвенного сравнения измеряемых величин с соответствующими единицами измерения или мерами и разделяются на две группы–лабораторные и технические. Лабораторные меры и измерительные приборы характеризуются установленной точностью, и при их применении в результат измерения следует вносить поправки в соответствии с паспортными данными, а также учитывать влияние внешних факторов. Для технических мер и измерительных приборов точность принимается заранее заданной, и в результат измерения, который считается точным в установленных техническими условиями или государственными стандартами пределах нормируемых метрологических характеристик не требуется вносить какие-либо поправки. В общем случае под измерительным прибором понимается средство измерения, предназначенное для выработки сигналов измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. По способу выдачи информации измерительные приборы могут быть показывающими или регистрирующими, а при наличии устройств сигнализации–сигнализирующими. Метрологические характеристики измерительных устройств, определяющие достоверность получаемой информации, т.е. главную функцию средств измерений, служат основными критериями их качества. В число нормируемых метрологических характеристик средств измерений входят следующие показатели.

1. Пределы измерения в виде номинальной статической характеристики, наименьшей цены деления неравномерной шкалы измерительного устройства, выходного кода или номинальной цены единицы измерения.

2. Нормы (точности измерения погрешности средств измерения, динамические характеристики, чувствительность, стабильность и вариация показаний и т.д.).

3. Виды, способы, выражения и методы нормирования погрешностей.

4. Методы аттестации и испытаний. Под номинальной статической характеристикой средства измерения понимается функциональная зависимость выходного сигнала (перемещение отсчетного устройства и т.п.) от измеряемого параметра А (выходного сигнала) при заданных внешних условиях и в установившемся состоянии системы. Статическая характеристика будет линейной лишь в случае постоянства дифференциальной чувствительности S для всего рабочего диапазона значений А, когда

 

Минимальное значение x0 измеряемой величины, которое способно вызвать наименьшее заметное перемещение указателя или изменение выходной величины, называется порогом чувствительности.

Под постоянной прибора понимается число единиц измерения, на которое надо умножить отсчет (число, определяемое положением отсчетного устройства) для получения показания в определенных единицах измерения. В большинстве измерительных приборов отсчетные устройства выполнены в виде шкалы и указателя. Шкала представляет собой совокупность отметок, расположенных вдоль какой-либо линии. Начало и конец шкалы, соответствующие нижнему и верхнему пределам измерения, определяют диапазон измерения. Инерционность средств измерений в процессе перехода параметра от одного установившегося значения к другому оценивается динамическими характеристиками, такими, как постоянная времени, время установления показаний и т.п.

Погрешности:

Важными характеристиками измерительных устройств являются погрешности. Погрешностью измерительного устройства называется разность между результатом измерения х некоторой величины и ее действительным значением х0:

D= х-х0

где D–есть основная количественная характеристика измерения, называемая абсолютной погрешностью. Относительная погрешность, равная отношению абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины, выражается в процентах

 

или с учетом D и х:

 

При вычислении относительной погрешности абсолютную погрешность можно относить непосредственно к показанию прибора.

Погрешности измерительных устройств могут быть порождены несовершенством конструкции, условиями технологического процесса изготовления, а также условиями его эксплуатации. В связи с этим погрешности измерительных устройств могут быть классифицированы так:

статические и динамические, в зависимости от условий и режимов эксплуатации;

систематические, случайные и грубые, в зависимости от характера их проявления и возможностей устранения.

Статической погрешностью называется погрешность, возникающая при установившемся значении измеряемой величины и неизменных внешних условиях.

Динамической погрешностью называется погрешность, возникающая при изменении измеряемой величины и внешних воздействий.

Систематическими погрешностями называются постоянные по величине и знаку или изменяющиеся по определенному закону погрешности, повторяющиеся при многократных измерениях. Систематические погрешности определяются путем многократных измерений одной и той же величины при постоянных прочих условиях и устраняются посредством регулировочных устройств или введением коррекций с помощью специальных элементов. Систематические погрешности подразделяют на прогрессирующие и периодические. Прогрессирующими называются непрерывно возрастающие или убывающие погрешности. К ним относятся погрешности от износа деталей, контактов и т.п.

Периодическими называются погрешности, изменяющиеся по величине и знаку, возникающие при функционировании измерительных устройств.

Случайные погрешности представляют собой погрешности, неопределенным образом изменяющиеся по величине и знаку. Они определяют точность измерительного устройства. По случайным погрешностям производится оценка точности как самих измерительных устройств, так и методов измерения. Вследствие случайной погрешности истинное значение измеряемой величины неизвестно, поэтому при подсчете случайных погрешностей за измеренное значение принимают среднее арифметическое х из полученных N измерений х1, х2 ,……, хN ,т.е.

 

где nXi–частота появлений значений xi; N – число измерений. Случайные погрешности являются случайными величинами и так же, как последние, могут быть охарактеризованы с помощью понятий и характеристик теории вероятностей.

Среднее арифметическое является наиболее достоверным значением измеряемой величины:

 

 

При N®¥ эта величина определяет математическое ожидание случайной величины. При большом числе независимых причин, вызывающих появление случайных погрешностей, плотность распределения выражается законом Гаусса (нормальное распределение см. на рис. 1):

 

(9)

 

где w(х) – плотность распределения вероятности; s – среднее квадратичное отклонение.

Случайную погрешность принято оценивать либо средним квадратичным отклонением, либо вероятным значением Е, либо предельным Dlim. Средняя квадратичная погрешность отдельных измерений определяется по формуле:

 

Средняя квадратичная погрешность является основной и исходной при подсчете других. Так, предельная погрешность определяется по формуле

Dlim=±3s

Вероятная (средняя) погрешность–по формуле

Е=0,674s

На рис. 2 схематически показаны систематические и случайные погрешности. Первые определяются по величине среднего арифметического для данной точки, а вторые–через среднее квадратичное отклонение.

Грубые погрешности представляют собой погрешности, превосходящие предельное (±3s) значение случайной погрешности. Они происходят от резких изменений внешних условий измерения. Обобщенной метрологической характеристикой средств измерения является класс точности, определяемый, как правило, граничными значениями, допускаемыми ГОСТом основной приведенной погрешности. По приведенной допускаемой основной погрешности измерительные приборы делят на классы точности 0,01-4,0. Промышленные приборы в большинстве случаев выпускают с классом точности 0,5; 1,5.

 

 

IX. Литература

Основная:

1. Соснин О.М. Основы автоматизации технологических процессов и производств: Учебное пособие: Допущено УМО, 2008. – 240 с.

2. Навацкий А.А., Бабуров В.П., Бабурин В.В., Фомин В.И., Федоров А.В. Производственная и пожарная автоматика: Учебник – М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. - 374 с.

3. Членов А.Н., Буцынская Т.А., Дровникова И.Г., Фомин В.И., Бабуров В.П., Бабурин В.В. Технические средства систем охранной и пожарной сигнализации - М.: Пожкнига, 2008.

4. Бабуров В.П., Бабурин В.В., Фомин В.И. Автоматические установки пожаротушения: Учебно-справочное пособие. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2009.

5. С.В. Собурь. Установки пожаротушения автоматические: Учебно-справочное пособие.-5-е изд. (перераб.). - М.: Пожкнига, 2008. – 312 с., ил.

Нормативно-правовые акты:

1. Федеральный закон Российской Федерации от 21.12.1994
№69-ФЗ «О пожарной безопасности».

2. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г.
№ 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

3. Федеральный закон Российской Федерации № 68-ФЗ "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" от 21 декабря 1994 г (с изменениями от 28 октября 2002 г., 22 августа 2004 г., 4, 18 декабря 2006 г.).

Дополнительная:

4. ГОСТы «Система проектной документации для строительства». М., 1977-1982.

5. ГОСТ 12.1.004-91*. Пожарная безопасность. Общие требования. – М.: Издательство стандартов, 1992.

6. ГОСТ 12.1.044 – 89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

7. ГОСТ Р 22.2.08- 96. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Взрывы. Термины и определения.

8. ГОСТ Р 22.1.01-95 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. ГОСТ Р 53280.5-2009 «ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения»;

9. ПУЭ—98 Правила устройства электроустановок

 

 

ТЕМА№2

 

Термохимические газоанализаторы

Среди методов, применяемых для определения горючих паров или газов, наибольшее распространение в мировой практике получил термохимический метод.… Термохимические приборы, в основе которых лежит термохимический метод, могут… К первой группе относятся приборы, в которых реакция горения сопровождается выделением тепла, протекает на…

Газоанализаторы, основанные на физических принципах измерения.

Рассмотренные выше термохимические газоанализаторы наряду с очевидными достоинствами имеют и существенные недостатки: сравнительно большую величину запаздывания, потерю платиной, входящей в чувствительный элемент, своих свойств при наличии в анализируемой смеси примесей хлора, фтора и сернистых соединений и т.д. Эти обстоятельства привели к необходимости разработки газоанализаторов типа СВИ, СДК, обладающих более широкими возможностями в измерении концентраций горючих паров и газов.

Газоанализатор—сигнализатор типа СВИ

В работе сигнализатора используется принцип искусственного воспламенения горючей смеси взрывной камере датчика. Метод искусственного воспламенения… • обеспечение и индикация прохождения исследуемого воздуха через датчик… • обогащение исследуемого воздуха горючим газом в строго определенном соотношении и поддержание этого соотношения…

Газоанализатор-сигнализатор типа СДК

Газоанализатор состоит из блока преобразователя датчика и электронного блока. Работа датчика основана на ионизации молекул органических веществ в… При отсутствии органических веществ водородное пламя обладает очень низкой… В электронном блоке смонтированном в корпусе, расположены: усилитель постоянного тока, выпрямители питания…

Устройство и принцип действия современных газоанализаторов

Автоматический аналитический контроль обеспечивает: 1.непрерывное определение концентрации контролируемого компонента; 2.выдачу светозвукового сигнала при превышении концентрацией контролируемого компонента предельного значения;

Устройство и принципы работы газоанализатора СВК.

Газоанализатор конструктивно состоит из датчика и блока питания. Датчик имеет взрывозащищенное исполнение и может быть установлен во взрывоопасных… Принцип действия сигнализатора основан на определении теплового эффекта… Газоанализатор СВК выдает два сигнала:

Схема измерительного преобразователя представлена на рисунке 2.

 

Рис. 2. Схема измерительного преобразователя

1. катализатор (цилиндр из окиси алюминия)

2. терморезистор (платиновая спираль)

Газоанализатор–сигнализатор типа СВИ представляет собой стационарное устройство периодического действия, предназначенное для сигнализации о наличии довзрывоопасных концентраций (до 20 % от НПВ) горючих газов, паров и их смесей в воздухе производственных помещений.

В работе сигнализатора используется принцип искусственного воспламенения горючей смеси во взрывной камере датчика. Метод искусственного воспламенения обеспечивает высокую универсальность сигнализатора за счет аддитивности горючих свойств компонентов сложной газовой смеси и полноты прохождения реакции сгорания при взрыве.

В функции устройств газовой смеси входит:

обеспечение и индикация прохождения исследуемого воздуха через датчик взрыва;

обогащение исследуемого воздуха горючим газом в строго определенном соотношении и поддержание этого соотношения постоянным;

обогащение исследуемого воздуха горючим газом до взрывной концентрации при автоматической и ручной проверках работоспособности прибора;

выдача пневмоимпульса при взрыве в датчике.

 

Ручная и автоматическая проверки работоспособности газоанализатора осуществляются следующим образом. Если при подаче в камеру датчика взрыва взрывоопасной смеси происходит контрольный взрыв, то это свидетельствует о работоспособности прибора, если взрыва нет, то выдается сигнал «Неисправность».

 

Газоанализатор–сигнализатор типа СДК представляет собой стационарный прибор промышленного изготовления, предназначенный для непрерывного контроля и автоматической сигнализации о наличии до-взрывоопасных концентраций горючих паров или газов органических веществ, а также их смесей в воздухе производственных помещений. В зависимости от условий работы сигнальная концентрация варьируется в пределах 20–50 % от нижнего предела воспламенения. Поскольку чувствительность газоанализатора связана с величинами НПВ органических веществ, он отградуирован на довзрывоопасную концентрацию метана и сигнализирует о близких по значению довзрывоопасных концентрациях контролируемых органических веществ.

Газоанализатор состоит из блока преобразователя датчика и электронного блока. Работа датчика основана на ионизации молекул органических веществ в пламени водорода, созданном в ионизационной камере с последующим измерением ионизационного тока.

При отсутствии органических веществ водородное пламя обладает очень низкой электропроводностью, а возникающий при этом фоновый ионизационный ток составляет 10-12 А. Появление в водородном пламени органических веществ и последующая их ионизация приводят к резкому увеличению ионизационного тока по сравнению с его фоновым значением (10-7 А). Изменение ионизационного тока пропорционально количеству органических веществ, поступивших в пламенно– ионизационную камеру датчика. Пламенно– ионизационная камера содержит коллекторный электрод Э1, электрод Э2,зажигающий элемент Э3 и термоэлемент ТЭ. На электрод Э2 с блока электроники подается стабилизированное напряжение постоянного тока, равное 300 В. На зажигающий элемент в момент включения подается переменное напряжение, равное 6.3 В. Термоэлемент связан с миллиамперметром, который служит индикатором горения пламени. К ионизационной камере подводятся два газовых потока: поток смеси водорода с анализируемым воздухом и поток воздуха для поддержки горения.

В электронном блоке смонтированном в корпусе, расположены: усилитель постоянного тока, выпрямители питания ионизационной камеры и усилителя, источник питания зажигающего элемента и индикатор пламени. На панели блока расположены: тумблер «Включена сеть» с сигнальной лампой, кнопка зажигания и индикатор пламени.

Датчик газоанализатора СДК выполнен взрывобезопасным с уровнем взрывозащиты В4а Т5–В. Датчик может применятся во взрывоопасных помещениях всех классов (согласно классификации ПУЭ, гл. VII–3), в которых могут образовываться взрывоопасные смеси паров и газов с воздухом 1,2,3 и 4а категорий, групп Т1, Т2, Т3, Т4, Т5, а также горючих пылей и волокон с воздухом, температура тления и воспламенения (возгорания) которых выше 150 0С. Электронный блок имеет нормальное исполнение и должен устанавливаться в невзрывоопасных помещениях на расстоянии от датчика до 100 м.

 

При отработке четвертого учебного вопроса (15 мин) основной преподаватель доводит информацию об условиях применения и размещения газоанализаторов.

 

Условия применения и размещения газоанализаторов

Блоки сигнализации и питания газоанализаторов изготавливаются в обыкновенном исполнении с маркировкой IP00 или IP20 по ГОСТ 12997-84 и должны быть… Содержание механических, агрессивных примесей (хлора, серы, фосфора, мышъяка,… Автоматические газоанализаторы могут эксплуатироваться в следующих условиях:

VIII. Литература

Основная:

1. Собурь С.В. Установки пожаротушения автоматические: Справочник. – 5 – е изд., доп. – М.: Пожкнига, 2008. – 312 с.

2. Собурь С.В. Установки пожарной сигнализации: Справочник. – 5-е изд., доп.-М.: Пожкнига, 2006. - 280 с.

Нормативно-правовые акты:

1. Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании»;

2. Федеральный закон от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»;

 

Дополнительная:

1. ГОСТ 12.1.004 – 91* «ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования»;

2. ГОСТ Р 53280.5-2009 «ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения»;

3. ПУЭ—98 Правила устройства электроустановок.

 

Тема №3. «Основные понятия теории и техники автоматического регулирования».

Практическое занятие №3.«Системы автоматического регулирования».

При отработке первого учебного вопроса (20 мин) преподаватель доводит общие сведения о принципе регулирования по возмущению.

Принцип регулирования по возмущению

По способу определения управляющего воздействия, необходимого для компенсации отклонения управляемой величины от требуемого значения, различают 3… - управление по возмущению, когда управляющее воздействие на объект… - управление по отклонению, когда управляющее воздействие на объект формируется в зависимости отклонения…

Автоматическим регулированием называется изменение какой-либо физической величины по требуемому закону без непосредственного участия человека.

Принцип регулирования по возмущению. Этот принцип был предложен французским ученым Понселе и впервые реализован во второй половине ХIХ в русским… Основной величиной, отклоняющей регулируемую величину от требуемого закона… Для компенсации вредного влияния какого–либо возмущающего воздействия после его измерения можно осуществить…

Принцип регулирования по отклонению

Данный принцип управления иногда называют компенсационным принципом Ползунова-Уатта. Такой способ управления является основным для большинства…   Рис. 4. Функциональная схема САУ, построенной на базе принципа управления по отклонению.

Замкнутой САУ называют систему, в которой процесс управления ОУ зависит от результата управления.

Рассмотрим особенности замкнутых САУ. Объект управления характеризуется уравнением вида .

Принцип регулирования комбинированный.

  Рис. 7. Структура САУ, построенной на базе комбинированного принципа… При использовании принципа комбинированного управления управляющее воздействие на ОУ определяется как

Исполнительные механизмы систем автоматического регулирования.

Исполнительный механизм (ИМ) представляет собой приводную часть исполнительного устройства. Исполнительный механизм (ИМ) предназначен для перемещения регулирующего органа… По виду потребляемой энергии ИМ подразделяются:

Пневматические исполнительные механизмы

Поршневые отличаются от мембранных большей величиной перемещения рабочего органа и большим развиваемым усилием. Применяются они редко. Мембранно-пружинные исполнительные механизмы (МИМ) в зависимости от… В обозначение МИМ входят: тип механизма, диаметр заделки мембраны, полный ход выходного звена, комплектация…

Позиционеры

Принцип работы позиционера основан на преобразовании импульса, поступающего от регулирующего прибора, в давлении воздуха, необходимое для… Все позиционеры, кроме П4- 10- IV, имеют встроенный редуктор. При выпуске… П4 – 10- IV – стабилизатором давления воздуха. Рычажные позиционеры в зависимости от способов крепления (Г – образным…

Особенности управления пожаро- и взрывопожароопасными технологическими процессами

Задачи АСУТП: - вести процесс с максимальной производительностью, достижимой для данных… управлять процессом с учетом контроля качества выпускаемой продукции;

Устройство и принцип действия автоматических систем противоаварийной защиты технологическими процессами

Переключающие (отключающие) механизмы (предотвращение переполнения, отключение питания, защита от перегрева и избыточного давления, включение… Механизмы сигнализации (контрольной - положение задвижек, насосов,… Регистрирующие механизмы (регистрация режимов работы для выяснения причин нарушения нормального режима работы).

Автоматические системы управления технологическими процессами.

Для защиты объектов разрабатывается и внедряется большое количество современных, высокоэффективных средств пожарной сигнализации и установок… В данной статье, обобщен опыт производства и эксплуатации промышленных систем… Производство промышленных систем пожарной безопасности (особенно взрывоопасных объектов) предусматривает выполнение…

Физический интерфейс и линии связи.

На практике, в качестве полевой линии связи хорошо себя зарекомендовал интерфейс RS-485, имеющий ряд преимуществ: o RS-485 физически представляет собой токовую биполярную петлю, имеющую… o относительно низкая стоимость полевого, особенно бронированного кабеля (например, по сравнению с CAN, Ethernet и т.…

Протокол передачи данных.

o Однако наряду с преимуществами, для построения обширной и разветвленной сети передачи данных, MODBUS-RTU имеет ряд недостатков: o Классический протокол MODBUS подразумевает наличие только одного… Для устранения этого недостатка в рамках протокола MODBUS разработан механизм взаимной синхронизации MASTER-устройств,…

IX. Литература

Основная:

5. Собурь С.В. Установки пожаротушения автоматические: Справочник. – 5 – е изд., доп. – М.: Пожкнига, 2008. – 312 с.

6. Собурь С.В. Установки пожарной сигнализации: Справочник. – 5-е изд., доп.-М.: Пожкнига, 2006. - 280 с.

Нормативно-правовые акты:

1. Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании»;

2. Федеральный закон от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»;

 

Дополнительная:

7. ГОСТ 12.1.004 – 91* «ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования»;

8. ГОСТ Р 53280.5-2009 «ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения»;

9. ПУЭ—98 Правила устройства электроустановок.

 

Тема № 5: «Автоматизированные системы управления пожарной безопасностью технологических процессов»

Практическое занятие № 5: «Автоматические системы обнаружения и подавления взрывов в технологических аппаратах».

 

Методы взрывозащиты технологического оборудования

Взрывозащита технологического оборудования – предупреждение его разрушения вследствие воспламенения находящихся в нем горючих пара или пылегазовых… Основные методы взрывозащиты технологического оборудования: 1. Исключение опасности образования взрывоопасных смесей, пылей и паров и снижение уровня опасных концентраций.…

Автоматические системы локализации и подавления взрывов в технологических аппаратах, устройство и принцип работы.

1) исключение возможности образования взрывоопасных смесей, воспламенения горючих газов, пылей и паров горючих жидкостей 2) снижение уровня опасных концентраций с помощью систем вентиляции, продува и… Предусматриваются также меры, не допускающие взрывоопасное исполнение агрегатов, двигателей, электросистем и других…

Рис. 1. Схема автоматической системы локализации взрывов

Принцип действия заключается в обнаружении аварийного состояния прибором контроля (датчиком взрыва), усилении сигнала усилителем и подачи исполнительным органом управляющего импульса в устройства разгерметизации, блокирования,

1. Датчики взрыва основаны на обнаружении внешних признаков взрыва - светового излучения - индикаторы взрыва на основе счетчика фотонов (высокое быстродействие 0,0001 сек, однако не пригодны в пылевых средах).

2. Датчики повышения температуры, терморезисторы (время срабатывания 0,05 сек, высокая надежность).

3. Датчики повышения давления, реле давления (время срабатывания 0,05 сек, могут работать в любых средах).

3. Датчики ионизации газа - ионизации газов.

Устройства разгерметизации - защита технологического оборудования от разрушения, путем создания в аппарате проходного сечения для сброса избыточного давления. Данные устройства разделяются на пассивные (предохранительные клапаны - многоразовые, мембраны -одноразовые) и активные (клапаны с пироприводом, управляемые мембраны).

Предохранительные клапаны являются устройствами многократного действия и при срабатывании не разрушаются.

Предохранительные мембраны при срабатывании разрушаются при повышении давления в аппарате на заданную по условиям безопасности величину. В зависимости от условий работы технологического оборудования предпочтительны следующие отношения давления разрушения предохранительных мембран к рабочему давлению:

-к постоянному рабочему давлению 1,5;

-к слабо пульсирующему рабочему давлению 1,75;

-к сильно пульсирующему рабочему давлению 2,0.

Площадь предохранительных мембран на практике определяется по формуле

 

где с-коэффициент проемистости (удельная площадь рабочего сечения), м23; V0-объем защищаемого аппарата.

В случаях, когда взрывной процесс протекает с высокой скоростью, необходимо разгерметизировать оборудование в начальный момент взрыва. Для этой цели используют устройства активной разгерметизации: клапаны с электро- или пироприводом и управляемые мембраны. В разгерметизирующей предохранительной мембране, показанной на рис. 2, разрушение мембраны 4 обеспечивается ножом 3, закрепленным на плунжере 2, который приводится в действие под давлением газов, образующихся при срабатывании пиротехнического заряда 7.

Рис. 2. Схема активного устройства разгерметизации управляемой мембраны

 

Блокирование аварийного технологического аппарата или производственного участка производится с целью исключения распространения пожара или взрыва по коммуникациям и вентиляционным каналам.

Предотвратить распространение пламени по технологическим коммуникациям можно с использованием быстродействующих отсекающих устройств-пламеотсекателей. Общепромышленная запорная трубопроводная арматура с пневмо- и электроприводом для этих целей не пригодна из-за присущей ей инерционности. Для взрывозащиты технологического оборудования используются пламеотсекатели с электрическим, пневматическим, гидравлическим и пиротехническим приводами.

Разработанные устройства решают задачу механического преграждения распространения пламени, а в ряде случаев обеспечивают одновременную подачу огнетушащего вещества. В нашей стране применяются быстродействующие поворотные клапаны с приводом от энергии падающего груза.

Устройства блокировки - блокирование аварийного технологического аппарата или производственного участка с целью исключения распространения взрыва или пожара по коммуникациям и вентиляционным каналам. Предотвратить распространение пламени по технологическим коммуникациям можно с использованием быстродействующих отсекающих устройств - пламеотсекателей. Промышленная запорная трубопроводная аппаратура для этих целей не пригодна из-за присущей ей инерционности.

В нашей стране применяются быстродействующие поворотные клапаны с приводом от энергии падающего груза.

Клапаны являются полуавтоматическими запорными устройствами, предназначенными для герметичного перекрытия газопроводов диаметром 200, 300, 400 и 500 мм. Запорный орган состоит из тарелки 3 и рычага 4 (рис. 8.3). Подвижное соединение тарелки с рычагом обеспечивает правильную посадку тарелки на седло 2. Запорный орган установлен внутри корпуса 1. На конце вала 5 установлен рычаг 9 настройки клапана. Приводом клапана служит электромагнит 6, установленный на кронштейне. На концевой части электромагнита есть защелка 7. К рычагу приварен диск 8 с пазом. При подаче напряжения на обмотку электромагнита сердечник перемещается вверх и защелка 7 выходит из зацепления с диском 8, в результате чего тарелка 3 под действием силы собственной тяжести и груза 10 перемещается, перекрывая проходное сечение клапана. Для открытия клапана рычаг 9 вручную поворачивают на 90o, защелка входит в паз диска и клапан фиксируется в открытом положении. Время срабатывания клапанов такой конструкции 2 – 3 с.

5
1
2
3
4
10
9
8
7
6
А
Вид А

 

Рис. 8.3. Поворотный грузовой отсечной клапан

 

Для увеличения быстродействия общепромышленных отсекателей разработана конструкция, показанная на рис. 8.4, которая обеспечивает работу отсекателя как в нормальном режиме управления технологическим процессом, так и для аварийного перекрытия трубопровода. Пневмопривод отсекателя снабжен двумя дополнительными полостями А и В, отделенными мембранами 2 и 3. Полость А заполнена сжатым газом, и в ней расположен пирозаряд 1. При подаче управляющих пневматических импульсов через штуцер 4 отсекатель работает в режиме управления технологическим процессом. В аварийной ситуации подается электрический сигнал на срабатывание пирозаряда, который разрушает мембрану 2, и сжатый газ, деформируя мембрану 3, перемещает запорный орган в закрытое положение. Установка привода такой конструкции позволяет повысить быстродействие серийно выпускаемых пневмоотсекателей в 20 – 30 раз.

Наиболее высоким быстродействием обладают отсекатели с пироприводом. Одна из конструкций такого клапана показана на рис. 8.5.

1
2
3
4
А
В
Рис. 8.4. Модернизированный пневмоотсекатель
5
4
3
2
1
6
Рис. 8.5. Пробковый отсекатель с пироприводом

 


Он состоит из корпуса 1 с поперечной полостью 2 в виде конического седла, в котором заклинивается запорный орган 3 в виде усеченного конуса с уплотнительным пояском 4. При подаче сигнала на закрытие срабатывает пирозаряд 5 и под действием давления образующихся газов, срезая уплотнительный поясок 4, запорный орган 3 перемещается в коническом седле и перекрывает канал 6.

На рис. 8.6 показана схема пламеотсекателя-оросителя с поворотной заслонкой. Отсекатель состоит из корпуса 4 и заслонки 3, при повороте которой на 90o происходит перекрытие потока технологической среды. Поворот заслонки обеспечивается реактивной силой струи огнетушащей жидкости, вытекающей через распылитель 2. В открытом положении заслонка удерживается гидравлическим замком 1, который при подаче жидкости освобождает заслонку от сцепления с ним.

1
2
3
4

 

 


Рис. 8.6. Пламеотсекатель-ороситель с поворотной заслонкой

 

В ряде случаев локализовать пламя в трубопроводах можно форсуночными заградительными устройствами, схема которых приведена на рис. 8.7. Внутри трубопровода 1 (рис. 8.7, а) размещено несколько сопел 2 с радиально направленными отверстиями. Через трубу 3 к соплам подводится огнетушащее вещество. В другом варианте (рис. 8.7, б) в центре трубопровода 1 расположено сопло 2, направленное вдоль оси трубопровода. Для спуска воды служит патрубок 4.

Для блокирования распространения пламени по трубопроводам и пневмотранспорту используются различные модификации пламеотсекателей-гидрозатворов.

1
2
2
3
1
2
3
4
а
б

 

Рис. 8.7. Форсуночные заградительные устройства:

а – с радиально направленным соплом; б – с осевым соплом

 

Эффективность работы отсекателей определяется их быстродействием и местом расположения датчиков пламени. При этом должно выполняться условие

t < L/v, (8.8)

где t – полное время срабатывания отсекателя от момента обнаружения пламени датчиком до полного перекрытия трубопровода; L – расстояние от датчика пламени до отсекателя; v – скорость распространения пламени.

В качестве устройств блокирования могут использоваться также в зависимости от условий технологического режима различные типы огнепреградителей, воздушно-водяные и водопенные завесы.

Автоматические системы подавления взрывов, их устройство и принцип работы.АСПВ предназначены для обнаружения, локализации и полного подавления взрыва в технологических аппаратах и производственных помещениях в начальной стадии процесса. Отличительной особенностью АСПВ является то, что АСПВ допускают воспламенение взрывоопасной смеси и включаются в начальный момент развития взрыва. Структурная схема АСПВ представлена на рис.4.

Для резервуаров больших размеров это время возрастает пропорционально корню кубическому из объема. Время безопасного развития больше 200 – 350 мс (миллисекунд) не имеет особого смысла, так как к этому времени завершается взрывозащитное, взрывоподавляющее действие АСПВ, практически в любом достижимом объеме.

Схема развития и подавления взрыва и блок-схема АСПВ приведены на рис. 8.8.

1
2
3
4
6
5
7
10
9
8


 

 

Рис. 8.8. Схема развития и подавления взрыва автоматической системой:

1 – фронт пламени; 2 – источник зажигания; 3 – датчик;

4 – усилитель; 5 – пороховой заряд; 6 – фронт потока ингибитора;

7 – объем, заполненный ингибитором; 8 – продукты горения;

9 – непрореагировавшая смесь; 10 – взрыв подавлен

 

Начальный момент взрыва обнаруживается датчиком АСПВ по одному из характерных для взрыва параметров (излучение, давление, ионизация). Выходной сигнал датчика, усиленный в каскаде усиления, передается к исполнительному органу взрывоподавляющего устройства – пороховому аккумулятору давления. Под действием давления пороховых газов огнетушащая жидкость вытесняется из агрегата впрыска ингибитора взрывоподавляющего устройства. Распространяясь по всему объему защищаемого пространства, струи ингибитора распыляются на отдельные капли, испаряются и, смешиваясь с газовой средой, нейтрализуют взрывоопасную горящую смесь, локализуя тем самым очаг взрыва в зоне его возникновения. Затем, распространяясь дальше, поток массы ингибитора достигает зоны первоначального зарождения взрыва и подавляет горение во фронте пламени. Развитие и распространение взрыва прекращается, при этом максимальное давление взрыва не превышает допустимого значения давления в защищаемом объеме.

Таким образом, АСПВ обеспечивает обнаружение взрыва, ввод ингибитора и его равномерное распределение в объеме защищаемого объекта и, следовательно, подавление взрыва. В процессе развития взрыва и его активного подавления можно выделить три характерных участка (рис. 8.9): развитие взрыва до момента обнаружения загорания датчиком, срабатывание системы и активное подавление пламени огнетушащим веществом, постепенное снижение температуры газопаровоздушной смеси и выравнивание давления в технологическом аппарате до первоначального.

pвзр.доп
p
Tинк
t


 

 

Рис. 8.9. Процесс развития и подавления взрыва:

I – развитие взрыва до момента обнаружения;

II – активное подавление взрыва;

III – взрыв подавлен

 

Основное требование, которому должны соответствовать АСПВ, для обеспечения их максимальной эффективности, – быстродействие, т.е. если полное действие системы – tсист , а время инкубационного (безопасного) развития взрыва – tинк , то условие эффективности записывается следующим образом:

tсист £ tинк . (8.16)

Полное время срабатывания системы складывается из времени срабатывания датчика, времени преобразования первичных импульсов в усиленный командный сигнал, времени срабатывания пиротехнического устройства, порохового аккумулятора, времени истечения ингибитора, времени полета, испарения и перемещения ингибитора с взрывоопасной средой и собственно времени, идущего на подавление и гашение пламени взрыва. Для малых объемов баков (Rmax < 1 м), n £ 50 мс (Rmax – максимальный радиус полета струи ингибитора или наибольший размер защищаемого сосуда).

Для уменьшения времени срабатывания АСПВ датчики обнаружения взрыва создаются на чувствительных элементах, реагирующих на световое излучение. Время срабатывания чувствительных элементов излучения, как правило, находится во временном интервале 10-4–10-5 с при большой их чувствительности. Выявлено, что пламя имеет полосатый спектр излучения и что энергия излучения в спектре распределена по длинам волн от УФ до ИК области, и это обстоятельство должно учитываться при проектировании датчиков АСПВ.

При выборе чувствительных элементов датчиков необходимо также учитывать условия применения АСПВ, особенности защищаемых объектов и вид горючей смеси. Для пылегазовых смесей важно учесть возможное снижение интенсивности светового потока. В темных или слабо
освещенных помещениях датчики могут быть изготовлены на
фоторезисторах или фотодиодах. Для помещений с ограниченными источниками освещения могут быть использованы фотоумножители с набором светофильтров, а в помещениях с интенсивным освещением, дневным или искусственным светом целесообразно использовать фотоумножители с высокочувствительными элементами.

 

 

Рис. 4. Схема автоматической системы подавления взрывов

Начальный момент взрыва обнаруживается датчиком АСПВ по одному из характерных для взрыва параметров (излучение, повышение давления, ионизация). Выходной сигнал датчика, передается усилителем сигнала к исполнительному органу взрывоподавляющего устройства -пороховому аккумулятору давления. Под действием давления пороховых газов специальное вещество - ингибитор распространяется по всему объему защищаемого пространства, нейтрализует взрывоопасную горящую смесь, локализуя очаг взрыва в зоне его возникновения.

Основными параметрами взрыва, которые учитываются при выборе методов и способов взрывозащиты, являются:

-давление и температура взрыва,

-скорость нарастания давления, -

-скорость распространения пламени,

-"инкубационный" безопасный период развития взрыва, концентрационные пределы различных добавок и разбавителей.

Область применения системы локализации и подавления взрывов.Наиболее широко и эффективно системы локализации и подавления взрывов используются на предприятиях нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической и других отраслей промышленности, связанных с обращением легковоспламеняющихся жидкостей, горючих газов и взрывоопасных пылей. Из ряда типовых систем взрывозащиты технологических аппаратов наибольший интерес для использования в различных отраслях промышленности представляет система, основанная на методе вакуумирования и взрывоподавления.

Система подавления взрывов в закрытых аппаратах методом вакуумирования предназначена для пожаро- и взрывозащиты технологических процессов, защиты от разрушений технологических аппаратов, предотвращения развития крупных вторичных пожаров в производственных зданиях. Подавление взрывов в закрытых аппаратах методом вакуумирования возможно двумя способам: активным и пассивным.

Активный способ основан на регистрации загорания в технологическом аппарате датчиком и принудительной (под действием электрической энергии) разгерметизации сбросного трубопровода, соединяющего рабочий технологический аппарат и буферную емкость, находящуюся под разрежением.

Пассивный способ заключается в разрушении предохранительной мембраны разгерметизирующего устройства под действием механического привода, побудителем которого является собственно энергия взрыва технологической среды.

Условные графические обозначения элементов производственной автоматики

В ходе изучения вопроса курсант излагает заранее подготовленный доклад по изучаемой теме. Преподаватель направляет ответ курсанта наводящими и… Расчёт производится по приложению «И» СП 5.13.130-2009 «Системы… Количество модулей, необходимое для пожаротушения по площади защищаемого помещения, определяется по формуле:

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Соснин О.М. Основы автоматизации технологических процессов и производств. Учебное пособие: Допущено УМО, 2008. – 240 с.

2. Навацкий А.А., Бабуров В.П., Бабубрин В.В. Производственная и пожарная автоматика. Учебник: М.: АГПС МЧС России, 2007. – 374 с.

3. Членов А.Н., Буцынская Т.А., Дровникова И.Г., Фомин В.И., Бабуров В.П., Бабубрин В.В. Технические средства систем охранной и пожарной сигнализации. – М.: Пожкнига, 2008.

 

Дополнительная:

1. Шишмарёв В.Ю. Автоматизация технологических процессов. Учебное пособие: Допущено Минобразования России. 3-е изд., 2008. – 352 с.

2. Шишмарёв В.Ю. Автоматика. Учебник: Допущено Минобразования России, 2008. – 286 с.

Нормативно-правовые акты

ГОСТ 12.1.004–91*. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.033-81 «Пожарная безопасность. Термины и определения»

 

– Конец работы –

Используемые теги: учебная, дисциплина, производственная, Пожарная, автоматика, часть, производственная, автоматика0.128

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Учебная дисциплина Производственная и пожарная автоматика Часть 1. Производственная автоматика

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Методические указания По курсовому и дипломному проектированию по дисциплине Ремонт автомобилей Методические указания предназначены для оказания практической помощи учащимся при выполнении курсового проекта по дисциплине Ремонт автомобилей . 1 Общая часть
Методические указания... По курсовому и дипломному проектированию... раздел Технологическая часть...

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ по дисциплине Финансы организаций Тема и варианты практического задания разработаны в соответствии с учебным материалом дисциплины. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ по дисциплине Финансы организаций... ВВЕДЕНИЕ Тема и варианты практического задания разработаны в соответствии с учебным материалом дисциплины Учебные цели и задачи...

Экологическое право. Курс лекций В настоящее время издано немало учебников и учебных пособий по учебной дисциплине Экологическое право
Предисловие... В настоящее время издано немало учебников и учебных пособий по учебной дисциплине Экологическое право обязательной для всех юридических высших...

Учебное пособие по дисциплине История составлено в соответствии с рабочей программой дисциплины
на учебное пособие по дисциплине История разработанное преподавателем ЮУРГТК Агеевой О В... Учебное пособие по дисциплине История составлено в соответствии с рабочей программой дисциплины...

Экологическое право. Курс лекций В настоящее время издано немало учебников и учебных пособий по учебной дисциплине Экологическое право
Предисловие... В настоящее время издано немало учебников и учебных пособий по учебной дисциплине Экологическое право обязательной для всех юридических высших...

Учебно-методические материалы По учебной дисциплине УГОЛОВНОЕ ПРАВО УКРАИНЫ (ОСОБЕННАЯ ЧАСТЬ)
Науки молодежи и спорта... Украины... Донецкий национальный...

Курс лекций по дисциплине Отечественная история Тема 1. История как наука и учебная дисциплина. В.О. Ключевский
Автор составитель В Н Фридкин к ист н доцент... Тема История как наука и учебная дисциплина...

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ по дисциплине EUR 1106 - Экология и устойчивое развитие ООД 1 Учебно-методическое пособие по дисциплине Экология и устойчивое развитие / – Астана: Изд-во ЕНУ
Евразийский национальный университет им Л Н Гумилева... Кафедра Управления и инжиниринга в сфере охраны окружающей среды...

РАЗРАБОТКА МАКЕТА УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ МЕТОД ПО ДИСЦИПЛИНЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И МАКЕТИРОВАНИЕ ОДЕЖДЫ Структура учебного пособия Моделирование и макетирование одежды
Учебное пособие основной источник информации Предметное и педагогическое содержание Определяет содержание обучения...

Рабочая программа учебной дисциплины "Навигационное оборудование морских регионов" для высших учебных заведений.
ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ... Затверджено...

0.051
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам