Конструкция и принцип действия малогабаритного датчика давления ATR-10LS

1.1 Назначение и область применения

Датчик давления -- это устройство, в котором выходные параметры зависят от давления исследуемой среды, будь то жидкость, газ или пар. Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент - приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала.

Датчики давления ATR-10LS измеряют статическое и динамическое давление гидравлической жидкости, выдавая пропорциональное напряжение или опорный сигнал. Они предназначены для использования в системах с обратной и без обратной связи согласно блок-схеме. Малогабаритные микропроцессорные 8-диапазонные датчики давления полевого исполнения. Датчики имеют высокую степень пылевлагозащитные (до IP67) и коррозионностойкое исполнение корпуса. Датчики предназначены для непрерывного преобразования абсолютного давления, избыточного давления, избыточного давления-разряжения, дифференциального давления в унифицированный выходной токовый сигнал 4...20 мА.

Для конфигурации датчики имеют 6 микропереключателей и 2 подстрочных резистора (тонкая подстройка «нуля» и диапазона). Без винтовая виброустойчивая клеммная колодка обеспечивает быстрое и удобное подключение цепей питания и токового выхода.

Датчики оснащены современными тензорезистивными сенсорами с металлическими и керамическими мембранами. Тензорезистивные сенсоры с металлической разделительной мембраной из нержавеющей стали 316L, выполненные по технологии КНК, имеют высокую перегрузочную способность до 300% от верхнего предела измерений. Примененные в датчиках керамические сенсоры обладают высокой стойкостью к перегрузкам (до 600%) и особо высокой стойкостью к агрессивным средам.

1.2 Конструкция и принцип действия

Принцип действия преобразователей основан на использовании зависимости между измеряемым давлением и упругой деформацией мембраны первичного преобразователя.

Преобразователи изготавливаются в виде единой конструкции. В их состав входят: первичный преобразователь, электронное устройство, светодиодный (СД) или жидкокристаллический (ЖК) индикаторы. Преобразователи могут иметь исполнение с глухой крышкой. Среда под давлением подается в камеру первичного преобразователя и деформирует его мембрану, что приводит к изменению электрического сигнала первичного преобразователя.

Краткое описание:

Виды и верхние пределы измерения давления:

a) абсолютное (ДА) -- 100 кПа…6 МПа;

b) избыточное (ДИ) -- 100 кПа…6 МПа;

c) 2 диапазона измерения давления возможность изменения единиц измерения с помощью построечного резистора;

d) подстройка «нуля» и диапазона;

e) линейно-возрастающая зависимость аналогового выходного сигнала от входной измеряемой величины (давления);

f) возможность установки внешнего индикатор.

Показатели надежности:

a) по устойчивости к электромагнитным помехам соответствует группе исполнения и критерию качества функционирования IIA, IVA по ГОСТ Р 50746-2000;

b) степень защиты от воздействия пыли и воды -- IP65;

c) устойчивость к механическим воздействиям -- группа исполнения М6 по ГОСТ 17516.1-90;

d) средняя наработка на отказ -- 125000 ч;

e) средний срок службы -- 12 лет;

f) межповерочный интервал: 3 года -- для кода класса точности В02; 5 лет -- для кода класса точности С04, D06;

g) гарантийный срок эксплуатации -- 5 лет.

1.3 Погрешность датчика давления

Погрешность - значение погрешности датчика давления относительно диапазона измерений, заявленная заводом изготовителем для нормальных условий эксплуатации.

Дополнительная погрешность - значение погрешности, вызванное отклонением условий эксплуатации от нормальных, ввиду особенностей данного конкретного применения.

Одной из основных составляющих дополнительной погрешности является температурная погрешность, которая указывается в технической документации к датчикам давления и может быть рассчитана для конкретного значения температуры рабочей среды.

При расчете погрешности измерительной системы в целом нужно также учитывать класс точности измерительного прибора -- индикатора.

К инструментальным погрешностям относятся:

a) Шкаловые погрешности;

b) Погрешности, вызываемые трением в механизме;

c) Погрешности от неуравновешенности деталей передаточно-множительного механизма;

d) Температурные погрешности;

e) Погрешности гистерезиса.

Величина погрешности от изменения модуля упругости неодинакова по всей шкале: при нулевой разности давлений, погрешность равна нулю; с увеличением разности давлений погрешность возрастает.

Общая погрешность преобразователя составляет до ± 0,14% от Pв и складывается из основной допускаемой погрешности и дополнительных погрешностей от изменения температуры окружающей среды на ± 28°С от нормальной (20°С) в пределах перенастройки диапазона от Pmax до Pmax/5 и изменения статического давления в трубопроводе на 6,9 МПа.

1.4 Характеристика выходных сигналов и энергопотребления

Код выхода А

Выходной сигнал 4/20 мА постоянного тока с наложенным на него цифровым сигналом HART.

Датчик работает от внешнего источника питания с напряжением от 10,5 до 55 В постоянного тока без нагрузки. Максимальное сопротивление нагрузки определяется уровнем напряжения внешнего источника питания и не должно выходить за пределы рабочей зоны.

Если программа самодиагностики обнаружит неисправность датчика, то для предупреждения пользователя аналоговый выходной сигнал устанавливается: либо ниже 3,75 мА, либо выше 22 мА. Высокий или низкий уровень сигнализации выбирается пользователем.

Код выхода М, экономичный.

Выходной сигнал 1/5 В или 0,8/3,2 В постоянного тока с изменением по линейному закону или закону квадратного корня от входного параметра с наложенным цифровым сигналом в стандарте HART.

Датчик работает от внешнего источника питания с напряжением от 6 до 12 В постоянного тока без нагрузки. Максимальное сопротивление нагрузки 100 кОм. Потребляемая мощность 18/36 мВт, потребляемый ток 3 мА.

При обнаружении неисправности на выходе датчика устанавливается сигнал ниже 0,94 В либо выше 5,4 В (ниже 0,75 В либо выше 4,4 В для опции С2). Высокий или низкий уровень сигнализации выбирается пользователем.

Коды выхода F и W

Цифровой сигнал по протоколу (код F) или по протоколу (код W). Для датчиков с кодами выхода F и W требуется внешний источник питания постоянного тока от 9 до 32 В. Потребление тока 17,5 мА для всех конфигураций.

1.5 Поверка

Поверка - это совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим характеристикам.

Виды поверок:

Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (стран СНГ) установлены следующие виды поверки.

1) Первичная поверка -- поверка, выполняемая до ввода в эксплуатацию средства измерений или после ремонта, а также при ввозе средства измерений из-за границы, при продаже.

2) Периодическая поверка -- поверка средств измерений, находящихся в эксплуатации или на хранении, выполняемая через установленные межповерочные интервалы времени.

3) Внеочередная поверка -- Поверка средства измерений, проводимая до наступления срока его очередной периодической поверки.

4) Инспекционная поверка -- поверка, проводимая органом государственной метрологической службы при проведении государственного надзора за состоянием и применением средств измерений.

5) Экспертная поверка -- проводится при возникновении разногласий по вопросам, относящимся к метрологическим характеристикам, исправности средств измерений и пригодности их к применению.

При проведении первичной и периодической поверок должны быть выполнены следующие операции:

1) Внешний осмотр.

2) Опробование.

3) Определение основной погрешности преобразователя.

4) Определение вариации выходного сигнала преобразователя.

Основные средства поверки:

1) комплекс поверочный давления и стандартных сигналов «ЭЛЕМЕР-ПКДС-210», диапазон измерений тока: от 0 до 25 мА, пределы допускаемой основной абсолютной погрешности: ±0,003 мА; верхние пределы измерений давлений: от 10 кПа до 60 МПа, пределы допускаемой основной погрешности: от ±0,03 % до ±0,3 %;

2) калибраторы давления портативные «ЭЛЕМЕР-ПКД-160», диапазон воспроизведения давления: от 0 до 16 МПа, пределы допускаемой основной относительной погрешности: ±0,02; ±0,03; ±0,05 %; диапазон измерений тока: от 0 до 25 мА, пределы допускаемой основной погрешности: ±(10-4I + 1) мкА;

3) калибратор-измеритель унифицированных сигналов ИКСУ-260, диапазон измерений тока: от 0 до 25 мА, пределы допускаемой основной абсолютной погрешности: ±(10-41 + 1) мкА;

4) манометры грузопоршневые МП-60, МП-600, диапазон измерений: от 0,6 до 60 МПа, пределы допускаемой основной погрешности: ±0,02 %, ±0,05 %;

5) манометр абсолютного давления МПАК-15, диапазон измерений от 0 до 400 кПа, пределы допускаемой погрешности: ±6,65 Па в диапазоне от 0 до 20 кПа, ±13,3 Па в диапазоне от 20 до 133 кПа, ±0,01 % от действительного значения измеряемого давления в диапазоне от 133 до 400 кПа;

6) задатчики избыточного давления «Воздух-6,3», «Воздух-4000», диапазоны измерений: от 10 до 630 кПа, от 0,02 до 40 кПа, пределы допускаемой основной погрешности: ±0,02 %, ±0,05 %;

7) калибратор давления пневматический «Метран-505 Воздух», диапазон измерений: от 0,02 до 25 кПа, пределы допускаемой основной погрешности: ±0,015 % от действительного значения измеряемого параметра;

8) калибратор давления пневматический «Метран-504 Воздух», диапазон измерений: от 40 до 1000 кПа, пределы допускаемой основной погрешности: ±0,01 % от действительного значения измеряемого параметра;

9) задатчик разрежения «Метран-503 Воздух», диапазон воспроизводимого давления: минус 0,25...минус 63 кПа, пределы допускаемой основной погрешности ±0,02 % от действительного значения измеряемого параметра;

10) измерительная поршневая система грузопоршневого манометра СРВ 5000-ХН, диапазоны измерений: от 0,2 до 100 МПа, класс точности: 0,005.

При проведении поверки должны соблюдаться следующие условия:

1) температура окружающего воздуха , °С 23 ± 2;

2) относительная влажность воздуха, % 30 - 80;

3) атмосферное давление, кПа (мм рт.ст.) 84,0 - 106,7 (630 - 800);

4) напряжение питания, В 36 ± 0,72 или 24 ± 0,48;

5) пульсация напряжения питания не должна превышать ±0,5 % значения напряжения питания;

6) нагрузочное сопротивление, Ом:

Проведение поверки осуществляется:

1) Внешний осмотр:

Внешний осмотр поверяемых ATR-10LS производится в соответствии настоящего руководства по эксплуатации.

2) Проверка герметичности системы:

Проверку герметичности системы проводят при значении давления, равном максимальному верхнему пределу измерений поверяемого ATR-10LS.

При проверке герметичности системы, предназначенной для поверки ATR-10LS, на место поверяемого ATR-10LS устанавливают преобразователь, герметичность которого проверена, или любое другое СИ, имеющее не более 2,5 % и позволяющее фиксировать изменение давления, равное 0,5 % заданного значения давления.

Создают давление и отключают источник давления. Если в качестве эталонного СИ применяют грузопоршневой манометр, его колонку и пресс также отключают. Систему считают герметичной, если после трехминутной выдержки под давлением, равным верхнему пределу измерения, в течение последующих 2 мин в ней не наблюдают падения давления.

3) Опробование:

При опробовании поверяемых ATR-10LS проверяют их работоспособность в соответствии настоящего руководства по эксплуатации.

Проверку герметичности ATR-10LS рекомендуется совмещать с операцией определения основной погрешности.

Методика проверки герметичности ATR-10LS аналогична методике проверки герметичности системы. В случае обнаружения не герметичности системы с поверяемым ATR-10LS следует проверить отдельно систему и поверяемый ATR-10LS.

4) Проверка электрической прочности изоляции

Проверку электрической прочности изоляции производят между контактами для подсоединения напряжения и корпусом с помощью установки GPI-745А, позволяющей поднимать напряжение равномерно ступенями, не превышающими 10 % значения испытательного напряжения.

Испытательное напряжение следует повышать, начиная с нуля или со значения, не превышающего номинальное напряжение цепи до испытательного в течение не более 30 с. Погрешность измерения испытательного напряжения не должна превышать ±5 %.

Изоляцию выдерживают под действием испытательного напряжения в течение 1 мин. Затем напряжение снижают до нуля или значения, не превышающего номинальное, после чего испытательную установку отключают.

Проверку электрической прочности проводят при испытательном напряжении для соответствующих моделей. Проверяют и при необходимости производят подстройку «нуля». По эталонному средству измерений на входе устанавливают номинальное измеряемое давление, а по другому эталонному средству измерений измеряют выходной сигнал.

Основную погрешность определяют как максимальное отклонение измеренных значений выходного сигнала от расчетных. Поверка производится при значениях измеряемого давления.

Вариация - различие значений какого-либо признака у разных единиц совокупности за один и тот же промежуток времени. Причиной возникновения вариации являются различные условия существования разных единиц совокупности.

Вариация - необходимое условие существования и развития массовых явлений. Определение вариации необходимо при организации выборочного наблюдения, статистическом моделировании и планировании экспертных опросов. По степени вариации можно судить об однородности совокупности, устойчивости значений признака, типичности средней, о взаимосвязи между какими-либо признаками.

Положительные результаты первичной поверки оформляют записью в паспорте, заверенной поверителем и удостоверенной оттиском клейма, и (или) оформлением свидетельства о поверке по форме приложения 1 к ПР 50.2.006-94.

Результаты поверки для конкретных диапазонов оформляют записью в паспорте, заверенной поверителем и удостоверенной оттиском клейма, и (или) оформлением свидетельства о поверке по форме приложения 1 к ПР 50.2.006-94 с указанием результатов поверки.

Заключение

В данной работе была сделана попытка рассмотреть датчик давления, изучить физические принципы их работы. В процессе выполнения были получены навыки работы со справочной литературой, периодическими изданиями, использовались и электронные виды информации (internet). Основная цель курсовой работы было закрепление теоретических знаний и практических навыков. При написании и выполнении данной курсовой работы получила много очень интересной и необходимой информации.

В курсовой работе описывается назначение, устройство и принцип действия преобразователя давления АTR-10LS, который предназначен для измерений и непрерывного преобразования значений абсолютного давления, жидких и газообразных, а также избыточного давления-разрежения газообразных.

датчик давление измерение

Список используемых источников

1. ГОСТ 12997-84 «Изделия гсп. Общие технические условия»;

2. ГОСТ 22520-85 «Датчики давления, разрежения и разности давлений с электрическими аналоговыми выходными сигналами ГСП. Общие технические условия»;

3. ГОСТ 8.240-77 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Преобразователи измерительные разности давлений ГСП с унифицированными токовыми выходными сигналами. Методы и средства поверки»

4. Бикулов А.М. Поверка и калибровка измерительных преобразователей давления. Учебное пособие. -- М.: АСМС, 2003. -- 49 с.

Размещено на Allbest.ru