Разработка структурной схемы измерительного канала давления и его метрологическое обеспечение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Список используемых сокращений

АСУТП - автоматизированная система управления технологическим процессом;

ИК - измерительный канал;

ИПД - измерительный преобразователь давления;

ИИС - информационно-измерительная система;

ИПД - измерительный преобразователь;

МКИ - межкалибровочный интервал;

МА - метрологическая аттестация;

МО - метрологическое обеспечение;

MX - метрологические характеристики;

НД - нормативная документация;

ПИП - первичный измерительный преобразователь;

АЦП - аналогово-цифровой преобразователь

БРТ - блок распределения токового сигнала;

СИТ - средство измерительной техники;

ЧЭ - чувствительный элемент;

ТП - технологический процесс;

ТЗ - техническое задание;

МС - метрологическая служба;

АЭС - атомная электростанция.

Введение

измерение давление

С развитием науки и техники усложняются объекты исследования и возрастают скорости измерений. Исследования сложных объектов измерения, как правило, могут выполняться при помощи СИТ адекватных по сложности объекту измерения. Как правило, такие СИТ обеспечивают необходимую скорость сбора, регистрации, и обработки данных в реальном масштабе времени. Таковыми можно назвать сложные информационно-измерительные системы (ИИС), которые отличаются разнообразием технических и конструктивных решений. Это в первую очередь обусловлено разнообразием видов свойств объектов измерения. Применение ИИС упрощает и облегчает доступ к измерительной информации, необходимой для управления сложными технологическими процессами (ТП)

Данная работа на тему «Разработка структурной схемы измерительного канала давления и его метрологическое обеспечение» выполняется, с целью закрепления теоретического материала, приобретения навыков работы с измерительной техникой, овладения методами расчета и проектирования измерительного канала.

В ходе выполнения работы рассматриваются следующие вопросы:

Составление структурной схемы ИК.

Построение математической модели измерительного канала (ИК) - математическая модель обладает свойствами ИК и при построении такой модели можно выявить недостатки и неточности системы, тем самым экономя материальные и временные ресурсы.

Описание элементов входящих в ИК, определение их технических и метрологических характеристик.

Расчет погрешности ИК.

Разработка программы метрологической аттестации для данного ИК.

Измерительный канал (ИК) - это измерительная цепь, образованная последовательным соединением средств измерений и других технических устройств, предназначенная для измерения одной физической величины и имеющая нормированные метрологические характеристики (MX).

Измеряемая величина или параметр характеризует свойство объекта или технологический процесс. Современное производство, промышленность, энергетика функционируют в условиях автоматизации всех производственных и технологических процессов. Для обеспечения автоматизации и работы автоматики непрерывно проводятся измерения сотен и тысяч параметров, имеющих самую разнообразную физическую природу.

Автоматические системы управления технологическим процессом получения электрической энергии на электрических станциях выполняют свои функции на основе информации о параметрах технических устройств и процессов в различных системах станции. В соответствии со спецификой электрической станции основное количество измерений приходится на теплотехнические и электротехнические измерения.

Отбор информации о параметрах может производиться в самых различных точках, при этом диапазон значений измеряемых параметров оказывается различным, различными оказываются и требования к точности измерений.

Источником информации об измеряемой физической величине является первичный измерительный преобразователь (ПИП). Эта информация в виде электрического сигнала поступает в электрический тракт, в конце которого производится использование информации, или дальнейшее преобразование (обработка).

На электрической станции измерительная информация с измерительных каналов, помимо отображения ее с помощью различных показывающих приборов, используется:

для работы защитной и противоаварийной автоматики;

для формирования управляющих воздействий в автоматических системах;

для переработки и хранения информации.

В соответствии с этими функциями измерений и назначением измерительной информации, получаемой с помощью ИК, строится сама система (структура) ИК.

Непосредственную связь с объектом измерений выполняет ПИП, который значение физической величины переводит в сигнал измерительной информации. Сигнал измерительной информации - это электрический сигнал, который может характеризоваться различными информативными параметрами: напряжением, током, частотой, фазой переменного тока и т. п.

1. Обзор методов и средств измерения давления

Измерение давления необходимо для управления технологическими процессами и обеспечения безопасности производства. Кроме того, этот параметр используется при косвенных измерениях других технологических параметров: уровня, расхода, температуры, плотности и т. д. В системе СИ за единицу давления принят паскаль (Па).

Методы измерения давления во многом предопределяют как принципы действия, так и конструктивные особенности средств измерений. В этой связи в первую очередь следует остановиться на наиболее общих методологических вопросах техники измерения давления.

Давление, исходя из самых общих позиций, может быть определено как путем его непосредственного измерения, так и посредством измерения другой физической величины, функционально связанной с измеряемым давлением.

В первом случае измеряемое давление воздействует непосредственно на чувствительный элемент прибора, который передает информацию о значении давления последующим звеньям измерительной цепи, преобразующим ее в требуемую форму. Этот метод определения давления является методом прямых измерений и получил наибольшее распространение в технике измерения давления. На нем основаны принципы действия большинства манометров и измерительных преобразователей давления.

Во втором случае непосредственно измеряются другие физические величины или параметры, характеризующие физические свойства измеряемой среды, значения которых закономерно связаны с давлением (температура кипения жидкости, скорость распространения ультразвука, теплопроводность газа и т. д.). Этот метод является методом косвенных измерений давления и применяется, как правило, в тех случаях, когда прямой метод по тем или иным причинам неприменим, например, при измерении сверхнизкого давления (вакуумная техника) или при измерении высоких и сверхвысоких давлений.

Методологически не менее важен и вопрос о способе, которым средство измерений воспроизводит единицу давления, что непосредственно сказывается на его функциональных возможностях.

Давление является производной физической величиной, определяемой тремя основными физическими величинами - массой, длиной и временем. Конкретная реализация значения давления зависит от способа воспроизведения единицы давления. Давление определяется силой и площадью с одной стороны, а с другой - длиной, плотностью и ускорением. Методы определения давления, основанные на измерении указанных величин, являются абсолютными (фундаментальными) методами и применяются при воспроизведении единицы давления эталонами грузопоршневого и жидкостного типа, а также позволяют, при необходимости, производить аттестацию образцовых средств измерений.

Относительный метод измерений, в отличие от абсолютного, основан на предварительном исследовании зависимости от давления физических свойств и параметров чувствительных элементов средств измерения давления при методах прямых измерений, других физических величин и свойств измеряемой среды - при методах косвенных измерений. Например, деформационные манометры перед их применением для измерения давления должны быть сначала отградуированы по образцовым средствам измерений соответствующей точности.

Помимо классификации по основным методам измерений и видам давления, средства измерений давления классифицируют по принципу действия, функциональному назначению, диапазону и точности измерений.

Наиболее существенный классификационный признак - принцип действия средства измерения давления.

Современные средства измерений давления представляют собой измерительные системы, звенья которых имеют различное функциональное назначение. Важнейшим звеном любого средства измерения давления является его чувствительный элемент (ЧЭ), который воспринимает измеряемое давление и преобразует его в первичный сигнал, поступающий в измерительную цепь прибора. С помощью промежуточных преобразователей сигнал от ЧЭ преобразуется в показания манометра или регистрируется им, а в измерительных преобразователях (ИПД) - в унифицированный выходной сигнал, поступающий в системы измерения, контроля, регулирования и управления. При этом промежуточные преобразователи и вторичные приборы во многих случаях унифицированы и могут применяться в сочетании с ЧЭ различных типов. Поэтому принципиальные особенности манометров и ИПД зависят, в первую очередь, от типа ЧЭ.

По принципу действия ЧЭ средства измерения давления можно разделить на следующие основные группы:

средства измерения давления, основанные на прямых абсолютных методах: поршневые манометры и ИПД, в том числе и грузопоршневые манометры, манометры с нецилиндрическим неуплотненным поршнем, колокольные, кольцевые и жидкостные манометры.

средства измерения давления, основанные на прямых относительных методах: деформационные манометры и ИПД, в том числе и с силовой компенсацией; полупроводниковые манометры и ИПД; манометры других типов, основанные на изменении физических свойств ЧЭ под действием давления.

средства измерения давления, основанные на методах косвенных измерений: установки и приборы для определения давления по результатам измерения других физических величин: установки и приборы для определения давления по результатам измерения параметров физических свойств измеряемой среды (термопарные и ионизационные вакуумметры, ультразвуковые манометры, вязкостные вакуумметры и др.).

Для измерения давления используют манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, датчики давления.

Манометры - приборы, предназначенные для измерения избыточного, абсолютного и дифференциального давления или разности давлений жидкостей и газов. Действие манометров основано на зависимости ряда физических параметров от давления. По принципу действия все приборы для измерения давления можно разделить на жидкостные, пружинные, грузопоршневые и с дистанционной передачей показаний.

Для измерения абсолютного давления, т. е. такого, которое считывается от абсолютного нуля, выпускаются манометры абсолютного давления; для измерения избыточного - манометры избыточного давления, и наиболее часто «по умолчанию» эти разновидности приборов называют манометрами. Большинство выпускаемых манометров применяются для измерения избыточного давления. Их отличительным признаком является показание «нуля» прибора при воздействии на чувствительный элемент атмосферного давления.

Измерение давления разреженного газа производят вакуумметрами. Соответственно вакуумметр - это манометр для измерения давления разреженного газа. Манометр, имеющий возможность измерять давление разреженного газа и избыточное давление (у прибора единая шкала), называют мановакуумметром.

Приборы, предназначенные для измерения разности давлений в двух произвольных точках, именуют дифференциальными манометрами (дифманометрами). Причем это название в большей степени применимо для показывающих приборов. Устройство измерения дифференциального давления с унифицированным выходным сигналом называют измерительным преобразователем разности давлений.

Тягомеры, напоромеры, дифманометры-напоромеры - приборы, предназначенные для измерения вакуумметрического, избыточного, а также разности вакуумметрических и избыточных давлений воздуха и неагрессивных газов.

Датчики давления - устройства, физические параметры которых изменяются в зависимости от давления. Предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - давления (избыточного ДИ, абсолютного ДА, разрежения ДВ, разности давлений ДД, давления и разрежения ДИВ) нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Одним из наиболее распространенных и надежных ПИП, используемых для контроля технологического процесса являются дифманометры типа «Сапфир» различных модификаций.

2. Выбор первичного преобразователя

2.1 Анализ измеряемого параметра и выбор ПП измерения давления

Измеряемой величиной в данной работе является давление. На основании исходных данных необходимо спроектировать ИК, предназначенный для изменения давления воды 0-16 МПа, погрешность которого не превышает 1, 6%, а дополнительная погрешность не более 0, 8%.

Одним из наиболее распространенных и надежных ПИП, используемых для контроля технологического процесса являются дифманометры типа «Сапфир» различных модификаций.

Для измерения избыточного давления воды в качестве ПИП устанавливается из таблицы 2. 1 выбираем Сапфир-22М-ДИ модели 2170, так как измерения производятся косвенным методом и по своим техническим и метрологическим характеристикам он наиболее соответствует заданным параметрам, отличается высокой точностью измерения и надёжностью.

Косвенный метод измерения давления воды более точен и конструктивно легкий в исполнении. Преобразователи избыточного давления Сапфир-22М-ДИ предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - давления избыточного нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного устройства.

Приборы имеют раздельную настройку нуля и диапазона. При выпуске из производства преобразователь настраивается на любой верхний предел измерений (в соответствии с заказом), не выходящий за крайние значения, предусмотренные для данной модели.

Потребляемая мощность преобразователя при напряжении питания 36 В - не более 0, 85 В А.

Степень защиты от воздействия пыли и воды IP-54.

Технические характеристики:

- материал - углеродистая сталь с покрытием;

- масса - 6, 3 кг;

- габаритные размеры - 122х218х215

- межповерочный интервал - 3 года;

- средний срок службы - 12 лет

Таблица 2. 1

Датчики избыточного давления (ДИ)

Тип датчика	Модель	Верхние пределы измерений, кПа	Погрешность
Сапфир-22М	2110	0, 25; 0, 4	0, 5
		0, 6; 1, 0; 1, 6	0, 25; 0, 5
	2120	2, 5; 4, 0	0, 25; 0, 5
		6, 0; 10, 0	0, 5
	2130	6, 0; 10, 0	0, 5
		16, 0; 25, 0; 40, 0	0, 25; 0, 5
	2140	40	0, 5
		60; 100; 160; 250	0, 25; 0, 5
	2150	0, 4 МПа	0, 25; 0, 5
		0, 6; 1, 0; 1, 6; 2, 5 МПа	0, 2; 0, 25; 0, 5
	2160	2, 5 МПа	0, 25; 0, 5
		4, 0; 6, 0; 10, 0; 16, 0 МПа	0, 2; 0, 25; 0, 5
	2170	16, 0 МПа	0, 5
		25, 0; 40, 0; 60, 0; 100, 0 МПа	0, 25; 0, 5

На рисунке 2. 1 представлен внешний вид измерительного первичного преобразователя



Рисунок 2. 1

2.2 Описание устройства, принципа действия и МХ ПП измерения давления

Преобразователи избыточного давления Сапфир-22М-ДИ предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - давления избыточного нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Преобразователи предназначены для работы со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления, работающими от стандартного выходного сигнала 0-5 мА, 4-20 мА, 0-20 мА постоянного тока.

Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного устройства. Преобразователи различных параметров имеют унифицированное электронное устройство и отличаются лишь конструкцией измерительного блока.

Измеряемый параметр подается в камеру измерительного блока и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке.

Электронное устройство преобразователя преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.

Сапфир-22М-ДИ модели 2170 предназначен для измерения давления до 16 МПа. Основные технические характеристики приведены ниже в таблице 2.

Таблица 2

Основные технические характеристики Сапфир-22М-ДИ

Параметры	Значение
Диапазон рабочих температур (°С)	-40... + 80
Специальное исполнение (по согласованию °С)	- 60... + 80
Относительная влажность воздуха при температуре 35°С	95%
Потребляемая мощность преобразователя при напряжении питания (36±0, 72) V, V * А, не более: для преобразователя с выходным сигналом 0-5 мА; для преобразователей с выходным сигналом 4-20 мА; для преобразователей с выходным сигналом 0-20 мА.	0, 5 0, 8 1, 2
Питание от внешних источников постоянного тока для преобразователей с выходным сигналом: 0... 5 мА 4... 20 мА	15... 42В 36 В
Сопротивление нагрузки для датчиков с сигналом 0 - 5, 5 - 0 Ом, кОм	2, 5
Сопротивление нагрузки для датчиков с сигналом 0 - 20, 20 - 0 Ом, кОм	1, 0
Питание датчиков с выходным сигналом 4 - 20; 20 - 4 мА, В	15... 42
Питание датчиков с выходным сигналом 0-5, 5-0; 0 - 20, 20-0 мА, В	36 ± 0, 72
Исполнения по взрывозащите	lExsdllBT4/H2 lExdllBT4/H2
Виброустойчивость	L3
Степень защиты	IP54
Габаритные размеры	112x189x262 мм
Масса	не более 6, 3 кг

Основные метрологические характеристики Сапфир-22М-ДИ приведены ниже в таблице 3

Таблица 3

Основные метрологические характеристики Сапфир-22М-ДИ

Параметры	Значение
Выходные сигналы	0... 5; 4... 20мА
Вариация выходного сигнала не должна превышать для преобразователей с верхним пределом измерений до 100 МПа исполнения по материалам 01... 03; 11; 12	0, 4 | г |
Дополнительная температурная погрешность от г, на 10 °С	0, 08
Предел основной допускаемой погрешности от г, %	0, 5

Зона нечувствительности преобразователей не превышает 0, 05% от диапазона измерений.

Р, МПа	0	3, 2	6, 4	9, 6	12, 8	16
I, мА	0	1	2	3	4	5

Зависимость между выходным сигналом и измеряемым параметром (номинальная статическая хаоактеоистика) имеет вид:

I

5

4

3

2

1

0 3,2 6,4 9,6 12,8 16 P

Средняя наработка на отказ преобразователя должна быть 150000 часа

Гарантийный срок хранения 6 меc., гарантийный срок З года, средний срок службы 15 лет.

3. Проектиравание измерительного канала давления

3.1 Разработка структурной схемы ИК давления

На сегодняшний день количество различных типов ИК применяемых на АЭС очень велико, но в основном они имеют однотипный состав и структуру, так как в основном строятся на базе унифицированных блоков.

Измерительный канал (ИК) - это измерительная цепь, образованная последовательным соединением средств измерений и других технических устройств, предназначенная для измерения одной физической величины и имеющая нормированные метрологические характеристики (MX) В основном ИК состоит из нескольких блоков, которые в общем виде можно описать следующим образом (рисунок 3. 1) :

- измерительный преобразователь (датчик, Д), который воспринимает измеряемую величину (X) и преобразует ее в выходную величину (Y), удобную для дальнейшего преобразования и передачи;

- нормирующий преобразователь (НП), в котором выполняются измерительные операции над выходным сигналом датчика с целью доведения сигнала (преимущественно напряжения) до уровня удобного для дальнейшего аналого-цифрового преобразования (Uнп) ;

- аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который осуществляет автоматическое преобразование величины аналогового сигнала в ее цифровой эквивалент (Nx) ;

- интерфейс (И) - группа технических устройств и соответствующих программ управления, которые предназначены для передачи измерительной информации (в виде цифровых данных Dx) между СИТ, вычислительными, отсчетными и регистрирующими устройствами.



Рисунок 3. 1 - Обобщенная структурная схема измерительного канала

Разрабатываемый измерительный канал в соответствие с заданием должен иметь следующие характеристики:

- Измеряемый параметр (физическая величина) - избыточное давление.

- Диапазон измерения - 0-16 МПа.

- Допустимая основная погрешность - 1, 6%.

- Дополнительная погрешность от влияющих факторов - 0, 8%.

Реальные условия эксплуатации:

- Температура окружающего воздуха - 20 - 60 0С.

- Относительная влажность воздуха - 60 - 80%.

- Атмосферное давление - 60 - 110 кПа.

- Напряженность внешнего магнитного поля - 400 А/м.

- Частота вибрации - 25 Гц.

- Амплитуда виброперемещения - 0, 01 - 0, 04 мм.

На основе этого разработаем структурную схему ИК давления.

Источником информации об физической величине является ПИП, в качестве которого, учитывая заданный диапазон измерения можно применить средства измерения с электрическими преобразователями давления, или так называемые первичные приборы давления. Эта информация в виде электрического сигнала поступает в электрический тракт, в конце которого производиться использование информации, или дальнейшее ее преобразование (обработка).

Структурная схема измерительного канала давления представлена на рисунке 3. 2.

Р I I' NX Рвых

Рисунок 3. 2 - Структурная схема измерительного канала давления воды

При изображении структурной схемы ИК давления воды были использованы следующие элементы, условные обозначения которых приведены ниже в таблице 3. 1.

Таблица 3. 1

Условные обозначения блоков ИК

Обозначение элемента	Полное название	Погрешность. %
Сапфир-22М ДИ	Датчик давления Сапфир-22М-ДИ модели 2170	±0, 5
БРТ	Блок распределения токового сигнала	±0, 2
М-64	Комплекс связи с объектом	±0, 6
СМ-2М	Комплекс вычислительный	±0, 2
РМОТ	Рабочее место оператора-технолога	Не вносит погрешность

3.2 Разработка математической модели ИК давления

Математическая модель ИК строится на основе моделей составляющих его структурных элементов. Основной характеристикой, определяемой в процессе моделирования, является уравнение преобразования (номинальная статическая характеристика) элементарного звена, т. е. функция, связывающая между собой его входной и выходной сигналы.

Наиболее удобной является линейная функция преобразования

xвых = kxвх,

где к - коэффициент преобразования.

Составляем уравнение преобразования, которое является математической моделью ИК давления воды:

Pвх>I>I'>Nх>Рвых

где: Рвх - входная величина давления воды, МПа;

I - унифицированы токовый сигнал на выходе из ПИП, мА;

I' - унифицированный токовый сигнал на выходе из БРТ (0-5мА) ;

Nх - сигнал в цифровом коде с М-64;

Рвых - цифровые данные полученные из комплекса вычисления, МПа

Опишем математическую модель следующим образом:

1) Давление преобразуется в электрический сигнал с помощью датчика давления Сапфир-22М-ДИ модели 2170.

Уравнение преобразования для датчика давления:

где I - расчетное значение выходного сигнала, соответствующее измеряемому давлению или перепаду давлений Р, мА;

Imax ~ наибольшее значение выходного сигнала, мА;

I0 - наименьшее значение выходного сигнала, мА;

Р - значение измеряемого давления или перепада давления, МПа;

Рmax - верхний предел измерений избыточного давления, МПа.

2) Выходной сигнал с преобразователя Сапфир-22М-ДИ подается на блок распределения токового сигнала БРТ:

где I' - унифицированный выходной сигнал постоянного тока, мА;

IН - нормированное значение входного сигнала постоянного тока, мА;

I0 -начальная отметка шкалы прибора, мА;

I - унифицированный входной сигнал постоянного тока, мА.

IК - конечная отметка шкалы прибора, мА.

3) Информация на выходе блока подвергается математической обработке комплексом связи с объектом М-64. Ток на выходе из БРТ преобразуется в цифровой код:

где NX - значение результата измерений;

q - величина использования при измерении меры (ступень квантования) ;

I' - унфицированный согнал постоянного тока с БРТ, мА.

3.3 Описание основных элиментов измерительного канала давления и их метрологических характеристик

Блок распределения унифицированного токового сигнала БРТ

Блоки распределения токового сигнала предназначены для размножения унифицированных токовых сигналов, поступающих с первичных и нормирующих преобразователей между несколькими потребителями, это блоки БРТ-01, Б2РТ-01. Так же они служат для приема и распределения выходного сигнала и возможности контроля наличия входных и выходных сигналов, сигнализации о выходе из строя блока и т. д. В данном ИК используется функция аналого-цифрового преобразования.

Блоки являются комплектующими изделиями унифицированного комплекса технических устройств (УКТС), предназначенных для применения в АСУТП атомных и тепловых электрических станций (АЭС и ТЭС). Предназначены для непрерывной эксплуатации.

Таблица 4

Технологические характеристики БРТ

Технические характеристики	Значение
Входное сопротивление блоков РТ не превышает: с выходными сигналами 0-5 мА с выходными сигналами 0 - 20мА	1, 01 кОм 250 кОм
Амплитудное значение пульсации выходных сигналов, измеренное на максимальной нагрузке на каждом выходе блока не более	±5 мВ
Условия функционирования (нормальные) : температура окружающего воздуха относительная влажность при t = 30°С атмосферное давление	+5-60°С от 40 до 90% от 84 до 107 кПа

Таблица 5

Метрологические характеристики БРТ

Метрологические характеристики	Значения
Предел допускаемой основной приведенной погрешности для БРТ не должен превышать	±0, 2%
Дополнительная погрешность, вызванная воздействием помех нормального вида амплитудой 10В и частотой 50Гц не должна превышать	0, 5 г
Дополнительная погрешность, вызванная изменением температуры окружающего воздуха от плюс (20 ± 2) °С на каждые 10°С в диапазоне изменения температур от +5°С до +60°С, не должна превышать	0, 5 г
Дополнительная погрешность, вызванная воздействием помехи общего вида амплитудой 100В, не должна превышать	5 г
Дополнительная погрешность, вызванная изменением напряжения питания на ±5% не должна превышать	± г
Дополнительная погрешность при верхнем значении относительной влажности окружающего воздуха (90%) и температуры (30°С) не должна превышать	0, 5 г

К входу преобразователя подключаются выходные цепи первичных или нормирующих преобразователей с унифицированными токовыми выходами с диапазонами 0-5мА, 0-20мА.

Основная приведенная погрешность: ± 0, 2%.

Зависимость между выходным сигналом и измеряемым параметром

(номинальная статическая характеристика) имеет вид:

I, мА	0	1	2	3	4	5
I', мА	0	1	2	3	4	5

I'

5

4

3

2

1

1 2 3 4 5 I

Блок соответствует требованиям к электромагнитной совместимости по НП 306. 5. 02/3. 035 -2000, группы исполнения П4.

Средний срок службы блоков не менее 10 лет. Техническое обслуживание 1 раз в год. Среднее время восстановления блоков не более 1 часа.

Параметр потока отказов блоков не превышает 4, 0-10-6 1/ч, а составляющая вероятность Р (8000) = 0, 97.

Средняя наработка до отказа 125 000 ч.

Комплекс связи с объектом М-64

Устройство логического управления второго уровня на базе МПК (М-64 - ЭВМ) выполняют функцию автоматизированного сбора и первичной обработки аналоговых и дискретных сигналов, выработки и выдачи управляющих воздействий в дискретной форме, обмена информацией с вычислительным комплексом. Кроме того устройства М-64 - ЭВМ применяются для функционально- группового управления технологическими процессами.

Таблица 6

Технологические характеристики М-64

Технические характеристики	Значение
Нормальные климатические условия эксплуатации: температура окружающего воздуха относительная влажность воздуха атмосферное давление	20 ± 5°С 65 ± 15% от 84 до 107 кПа
М-64--ЭВМ устойчивы к воздействию: температуры окружающего воздуха относительная влажность воздуха вибрации частотой амплитудой	от +5 до + 40°С от 40 до 90% 2 5 Гц 0, 1 мм
Длина линии связи аналоговых датчиков не более	500 м
Длина линии связи дискретных датчиков не более	1000 м
Разрядность АЦП	16 бит
Питание М-64 осуществляется от сети переменного тока частотой	50±1 Гц
Напряжением	220В ±10%
Входное сопротивление БГР в М-64	(600±6) Ом

Таблица 7

Метрологические характеристики М-64

Метрологические характеристики	Значения
Предел допустимого значения основной приведенной погрешности при доверительной вероятности Р = 0, 95 не превышает: - при вводе токовых сигналов 0... 5мА	0, 6%
- дополнительная погрешность, вызванная изменением температуры окружающей среды относительно (20 ±2) °С в диапазоне температур от +5 до +40°С от значения основной допустимой погрешности на каждые 10°С не превышает	0, 5 г
дополнительная погрешность, вызванная изменением относительной влажности окружающего воздуха в диапазоне от 40 до 90%, от значения основной допустимой погрешности не превышает - дополнительная погрешность, вызванная вибрацией частотой 50 Гц и амплитудой 0, 1 мм, не превышает дополнительная погрешность, вызванная воздействием помехи общего вида амплитудой 100В или нормального вида амплитудой 10В и частотой 50Гц, не превышает значения основной допустимой погрешности	0, 5 г 0, 25 г г
- погрешность программной линеаризации характеристик датчиков термосопротивления и термопар не превышает	0, 1%
Время опроса одного канала без программной обработки не превышает	300нс

Зависимость между выходным сигналом и измеряемым параметром (номинальная статическая характеристика) имеет вид:

I', мА	0	1	2	3	4	5
Nx х 103	0	13	26	39	52	65

N_x х10³

65

52

39

26

13

0 1 2 3 4 5 I'

Комплекс вычислительный СМ-2М

Комплекс вычислительный на базе ЭВМ СМ-2М в управляющей вычислительной системе «КОМПЛЕКС ТИТАН-2» предназначен для:

сбора и обработки аналоговых и дискретных параметров, поступающих от внешних систем (ФГУ, КСО, СВРК, А701-03) ;

расчёта непосредственно измеряемых параметров;

выявления отклонений аналоговых и дискретных параметров от нормы;

идентификации аварий блока для запуска регистрации аварий;

регистрации измеряемых, рассчитываемых и поступающих из других систем параметров;

регистрации очерёдности срабатывания защит и блокировок, начальное состояние и изменение начального состояния механизмов, положение и изменение положения арматуры, действий оператора-технолога по управлению блоком;

расчёта управления отдельными узлами энергоблока и выдачи управляющей информации оператору-технологу;

управление нагрузкой энергоблока в системе оптимального распределения активных нагрузок.

Условия эксплуатации:

- температура окружающего воздуха - +15 - +25 0С;

- относительная влажность воздуха - 50-80%

- атмосферное давление - 84-107кПа.

Комплекс выдерживает вибрацию с частотой 25Гц и амплитудой не более 0, 1 мм.

Напряжение питающей сети - 220±22 В.

Частота питающей сети - 50±1 Гц.

В соответствии с классификацией безопасности по ОПБ оборудование СМ-»М относятся к классу 3Н.

Технические параметры:

- объём оперативной памяти 256 кбайт;

- суммарная производительность каналов прямого доступа в память должна быть не менее:

а) в селекторном режиме:

- для однопроцессорного комплекса - 680 тыс. слов/с;

- для двухпроцессорного комплекса - 1360 тыс. слов/с;

б) в мультиплексном режиме:

- - для однопроцессорного комплекса - 730 тыс. слов/с;

- для двухпроцессорного комплекса - 1300 тыс. слов/с;

Комплекс готов к работе через 15 минут после включения питаня.

Функция преобразования входного цифрового кода имеет вид: Р=f (Px). Приведенная основная погрешность составляет ±0, 2%.

Зависимость между выходным сигналом и измеряемым параметром (номинальная статическая характеристика) имеет вид:

Рабочее место оператора-технолога РМОТ

РМОТ предназначено для предоставления информации оператору - технологу о ходе технологического процесса и состоянии оборудования.

РМОТ выполняет следующие функции:

1. Отображение по командам оператора на цветных графических дисплеях фрагментов мнемосхем объекта управления и таблиц с индикацией значений параметров и состояния оборудования;

Отображение по командам оператора на символьном дисплее текущих значений параметров;

Отображение на экранах информации об отклонениях значений параметров;

Отображение на экране символьного дисплея сообщений о событиях, происходящих с параметрами и оборудованием, представленными на формате, индицируемом на экране;

Отображение на экране символьного дисплея информации о невыполнении оборудованием команд защит и блокировок при возникновении условий срабатывания защит и блокировок;

Отображение на экране группы аналоговых параметров в виде гистограмм по заранее сформированному списку;

Сигнализация на клавиатуре РМОТ отклонений по важным параметрам;

Адресный режим, позволяющий определить цифры параметров, выводимых на вызванный формат;

Звуковая сигнализация;

Получение справки по аналоговым и дискретным параметрам.

3.4 Расчёт метрологических характеристик измерительного канала давления в реальных условиях эксплуатации

измерение давление

В состав измерительного канала входят пять структурных элементов, все они имеют свои технические и метрологические характеристики, значения нормальных условий эксплуатации, свои условия поверки и т. д. Для обеспечения нормальной работы всего ИК необходимо выбрать оптимальные параметры для всех структурных элементов. По звеньям ИК:

От +5 до + 40°С температура без учёта внесения поправок (если диапазон превышает указанный то необходимы дополнительные поправки). Определены по БРТ;

Относительная влажность воздуха от 40 до 90% (МСКУ) ;

Атмосферное давление от 84 до 107 кПа (БРТ) ;

Частота вибраций 25 Гц и амплитудой до 0, 1 мм (МСКУ) ;

Напряжение питания U =220±22 В;

Частота 50±1 Гц.

При расчёте метрологических характеристик определяется погрешность ИК давления воды, составленного из последовательно включенных аналоговых и аналого-цифровых компонентов, т. е. агрегатных средств измерений с меньшими функциями преобразования и нормированными MX для статического режима измерений. Требуется рассчитать значение приведенной погрешности ИК давления воды.

Компоненты ИК имеют следующие погрешности.

Первичный преобразователь Сапфир-22М-ДИ

Предел допускаемой приведенной основной погрешности равен ±0, 5%.

Диапазон измерения от 0 до 5 мА.

Блок распределения унифицированного токового сигнала

Предел допускаемой приведенной основной погрешности равен ±0, 2%. Диапазон измерения от 0 до 5 мА.

Дополнительная погрешность от температуры окружающего воздуха от (20 ± 2) °С на каждые 10°С в диапазоне изменения температур от +5°С до +60°С, не должна превышать 0, 5г.

Дополнительная погрешность при верхнем значении относительной влажности окружающего воздуха (90%) и температуры (30°С) не должна превышать 0, 5г.

г вл=0, 5·0, 2=0, 1%

Абсолютная погрешность первичного измерительного преобразователя Сапфир-22М-ДИ:



Комплекс связи с объектом М-64

Комплекс связи с объектом типа М-64. Основная приведенная погрешность в диапазоне от 0-до 5 мА будет равна ±0, 6%.

Абсолютная погрешность М-64определяется по формуле:

Рабочее место оператора-технолога РМОТ не вносит погрешность, либо погрешности незначительны, что даёт право пренебречь им.

Суммарная погрешность измерительного канала

Таким образом, получены все погрешности структурных элементов ИК, что даёт возможность вывести основную погрешность ИК.

Так как ИК заканчивается аналого-измерительным преобразователем, то суммарная погрешность ИК давления будет складываться из погрешности аналоговой части и погрешности аналого-цифрового преобразователя.

Таким образом, СКО погрешности измерительного канала в целом определяется по формуле и составит:

где гПИП - основная погрешность первичного измерительного преобразователя давления Сапфир-22М-ДИ;

гт - дополнительная погрешность БРТ от влияния температуры;

гВЛ - дополнительная погрешность БРТ от изменения влажности и других влияющих факторов;

гБРТ - основная погрешность блока распределения унифицированного токового сигнала БРТ;

гМ-64 - основная погрешность комплекса связи с объектом М-64;

гСМ-2М - основная погрешность управляющего вычислительного комплекса СМ-2М.

Предельно допустимое значение погрешности ИК находится по формуле:

где tp - коэффициент Стьюдента определяемый по заданной доверительной вероятности.

Принимая значение доверительной вероятности Р=0, 95, по таблице определяем tp=1, 96, тогда:

Полученное значение погрешности разработанного измерительного канала не превышает нормы точности измерения давления в ИК, которая составляет 1, 5%.

3.5 Разработка методики калибровки измерительного канала давления

Калибровка средств измерений выполняется с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений. Определение аналогично поверке, от которой калибровку отличает то, что она распространяется на средства измерений, которые не подлежат государственному метрологическому контролю и надзору, т. е. поверке. Если поверка является обязательной операцией, контролируемой органами Государственной метрологической службы, то калибровка - это добровольная функция, выполняемая либо метрологической службой предприятия, либо по его заявке любой другой организацией, способной выполнить работу.

Средства калибровки

При проведении калибровки измерительного канала используются следующие средства, приведенные в таблице 9.

Таблица 9

Средства кали бровки

Наименование	Условное обозначен ие	Метрологические характеристики
1. Манометр грузопоршневой образцовый МП4УУ2	МП4УУ2	Основная погрешность диапазона измерения (0-16) МПа равна ±0, 3%
2. Установка для калибровки приборов на постоянном и переменном токе		диапазон выходного тока U (0. 001- 1000) В; диапазон входного тока 0-2 0А
3. Вольтметр	Д50552	класс точности 0, 1; диапазон измеряемого напряжения (0- 600) В
4. Компаратор напряжения	Р3003	класс точности 0, 0005; номинальное напряжение ±10В; номинальный ток нагрузки 5мА; номинальное сопротивление не менее 2кОм
5. Магазин сопротивления	R33	- класс точности 0, 2; - величина сопротивления от 0, 1 до 99999, 9 Ом
6. Катушка сопротивления образцовая	Р321 - 10Ом	класс точности 0, 01; Рном =0, 1 Вт - Рmax=1 Вт
7. Поверочный стенд	Д-305М	Создаёт давление с погрешностью 0, 02%

Условия калибровки

Условиями калибровки называется совокупность внешних факторов, изменение которых может привести к изменению погрешностей элементов входящих в измерительный канал.

При проведении калибровки следует соблюдать следующие условия:

Температура окружающего воздуха - (20±2) °С;

Относительная влажность окружающего воздуха - (30 - 80) %;

Атмосферное давление - (80 - 106) кПа или (630 - 800) мм. рт. ст. ;

Напряжение питания - (220±5) В;

Частота питания - (50±0, 5) Гц; (60±0, 5) Гц; (400±12) Гц;

Сопротивление измерительного электрода - (500±50) мОм;

Сопротивление вспомогательного электрода - (10± 1) кОм;

Частота напряжение переменного тока - (45ч65) Гц.

Операции калибровки

Калибровка включает в себя следующие операции:

Внешний осмотр;

Опробование;

Определение электрического сопротивления изоляции;

Определение MX;

Определение погрешностей: основной, приведенной, абсолютной;

Оформление протокола калибровки.

При внешнем осмотре устанавливают соответствие ИК давления следующим требованиям:

отсутствие внешних повреждений корпусов приборов;

наличие и качество надписей;

соответствие комплектности приборов, указанной в паспорте;

контактные зажимы или выводы должны быть исправны и снабжены маркировкой;

отдельные части ИК давления должны быть прочно закреплены;

-болты для заземления, если он предусмотрен конструкцией, должен иметь

обозначение в соответствии с требованиями ГОСТ 21130;

корпусы элементов не должен иметь дефектов, с целью предотвращения утечек заполняющей его жидкой или газов;

короткозамыкатель и другие средства защиты, если он предусмотрен конструкцией, должен быть исправен;

на элементах ИК должны быть четко указаны паспортные данные.

корпус ПИП проверен на микротрещенны с целью исключения взрыва.

Если при внешнем осмотре обнаружены дефекты по приведенному

перечню, то ИК дальнейшим операциям поверки не допускается.

Опробование:

Подключить датчик согласно схеме соединений к блоку информационному Сапфир-22М-ДИ или внешнему блоку питания и внешнему миллиамперметру и прогреть в течение 15 минут;

Проверить исправность его функционирования. Индикация Сапфир-22М-ДИ не должна указывать на разрывы в цепи между датчиком и амперметром;

Проверить нулевые показания прибора. При необходимости провести регулировку нуля;

Подать при помощи приспособления для поверки подать ПГС на сенсор датчика, при этом должно наблюдаться нарастание показаний табло и его стабилизация.

Определение электрического сопротивления изоляции:

Проверка электрического сопротивления изоляции проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 22261-76. Сопротивление элементов ИК, предназначенных для эксплуатации в цепях с напряжением более 30 В, проверяют при помощи мегомметра на 1000 В - элементами ИК и их питанием. Правильность обозначения контактных зажимов и выводов определяют по схеме поверки, выбранной для определения погрешностей ИК.

Определение погрешности измерения

Определение погрешности измерения давления воды с использованием аттестованных манометра грузопоршневого МП4УУ2 осуществляют следующим образом:

1) Используя приспособление для поверки, собрать схему измерений, представленную на рисунке 6. 1. Подать на поверяемый датчик прибора из манометра давление равное 4 МПа;

Давление подавать до получения установившихся показаний. Зафиксировать показания. В случае необходимости, произвести регулировку чувствительности.

На поверяемый датчик прибора подавать давление 16МПа.

2) Определить основную относительную погрешность измерения по формуле:

<...