Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ответы по КИП 2011

.doc
Скачиваний:
67
Добавлен:
11.03.2016
Размер:
856.06 Кб
Скачать

18.3 Устройство сенсора. Структурная схема.

Индукционный – величина магнитного потока в последовательной цепи зависит от магнитного сопротивления элементов этой цепи. Величина воздушного зазора м/у сердечником и пластиной изменяется при перемещении пластины. Это приводит к изменению магнитного потока в цепи. Это изменение магнитного потока связано с изменением индуктивности катушки.

Пьезоэлектрический – когда некоторые кристаллы подвергаются деформации под действием сил сжатия или растяжения, на их противоположных поверхностях появляется разность электрических зарядов.

Примером таких кристаллов является кварц, турмалин, п/э керамика.

Емкостный – конденсатор, образованный 2 параллельными пластинами, разделенными диэлектриком, имеет емкость С. Изменение расстояния м/у пластинами конденсатора приводит к изменению емкости. Т.о. если пластина зафиксирована, то изменение положения подвижной пластины ведет к изменению величины емкости. Датчики Р, основанные на этом принципе, состоят из круглой мембраны, играющей роль одной из пластин конденсатора, и неподвижного диска в кач-ве др. Когда Р изменяется, мембрана деформируется, изменяя расстояние м/у ней и неподвижной пластиной, что приводит к изменению емкости.

Тензорезистивный – используется для элемента, кот. м/б приклеен на поверхность подобно почтовой марке, сопротивление кот. Изменяется при деформации объекта.

1.3Погрешность результата измерений – разность между результатом измерений и истинным значением измеряемой величины. ΔХИЗМИЗМД . Истинное значение величины неизвестно, его применяют только в теоретических исследованиях.

Абс. – погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. Она определяется выражением Δ=Х-Х0

Х – результат измерений; Х0 – ист.значение измеряемой величины (образцовое),

Отн. погрешность измерения - отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины (м/б в %).

δ =.*100%

Привед. погрешность – отношение абс.погрешности Δ к разнице наибольшего и наименьшего значения измеряемой величины (динамическому диапазону), определяемой для прибора = Δ/( Хмахмин)*100%

Класс точности средства измерений – обобщенная характеристика прибора, характеризующая допустимые по стандарту величины основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения.

Гистерезис – свойство системы не сразу реагировать на воздействие.

Диапазон измерения – интервал, внутри которого происходит измерение.

Дрейф – выходной сигнал со временем постепенно изменяется и это не зависит от изменения входного сигнала.

3.2 Потенциометрический метод анализа. Блок-схема.

РН – водородный показатель. Мера активности ионов водорода в растворе в дист. воде.

РН -7 – нейтральный

При добавлении к нейтральной воде кислоты концентрация РН увеличивается, число РН – уменьшается.

При добавлении щелочи концентрация РН уменьшаетсч, число РН – увеличивается.

В основе РН – метра лежит зависимост потенциала электрода от концентрации ионов водорода. Больше концентрация – больше ЭДС.

1.5.2. В замкнутой цепи состоящей из 2-х или нескольких разнородных проводников, возникает эл.ток, если хотя бы 2 места соединения (спая) проводников имеют разную Т.

Термопара представляет собой спай двух разнородных металлических проводников, которые предназначены для измерения Т-ры рабочих объектов. Конец термопары, помещенный в объект измерения, называют рабочим (или горячим) спаем. Свободные (или холодные) концы соединены через конпенсационные провода с измерительным прибором положительный и отрицательный электрод.

Термопарой осуществляется преобразование тепловой энергии в электрическую.

Принцип работы заключается в том, что при изменении Т-ры горячего слоя на свободных концах тер-ры изменяется термоэлектродвижущая сила (термо ЭДС).

1.4.Закон Ома формулируется следующим образом: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

Первый закон Кирхгофа Сумма всех токов, приходящих к узлу электрической цепи, равна сумме всех токов, выходящих из этого узла. Иначе, алгебраическая сумма токов в узле равна нулю: .

Второй закон Кирхгофа Алгебраическая сумма напряжений на сопротивлениях участков замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС источников, входящих в контур:

.

1.5 Термопары – в основу измерения t положен термоэлектрический эффект заключающийся в том, что в замкнутой цепи, состоящая из двух или нескольких разнородных проводников возникает электрический ток. Цепь состоящая из двух разнородных проводников называется термопарой. Спай который помещается в измеряемую среду называется горячим или рабочим, а спай имеющий постоянную t называется холодным или свободным.

1.2Свойства объектов регулирования. Законы регулирования П, ПИ, ПИД.

П-закон: по отклонению. Управляющее воздействие пропорционально мгновенному отклонению.

ПИ-закон: по отклонению и интегралу. Управляющее воздействие пропорционально величине не только по отклонению, но и его интегралу во времени.

ПИД-закон:по отклонению, интегралу и производной. Управляющее воздействие пропорционально величине отклонения, его интеграла и производных.

1.1.2. Обычный датчик предыдущего поколения, не имеющий в своем составе микропроцессор, соединяется отдельной линией (обычно, контрольным кабелем) с блоком ввода/вывода контроллера. По этой линии низковольтный аналоговый или частотно-импульсный выходной сигнал датчика поступает в систему автоматизации, где он преобразуется в цифровую форму и подвергается необходимой вычислительной и/или логической обработке. Никакие другие сигналы по данной линии ни от датчика к контроллеру, ни от контроллера к датчику не проходят.

Современные интеллектуальные датчики связываются с различными средствами автоматики (не обязательно только с контроллерами) иногда через аналоговые, но большей частью через цифровые полевые сети. При этом использование цифровой полевой сети позволяет по одной линии передавать выходные сигналы ряда датчиков, в необходимых случаях переносить различные сообщения от датчиков и к ним, производить дистанционное питание датчиков.

Для того, чтобы средства автоматизации (в том числе, датчики) разных производителей могли контактировать друг с другом через полевые сети, 'последние должны быть стандартизированы (де-факто или де-юре) и эти стандарты должны признаваться и использоваться большинством производителей средств. Использование стандартов заключается в том, что производители в выпускаемых ими средствах предусматривают программные и технические интерфейсы к тем или иным (или всем) стандартным полевым сетям.

2.5. Радарный уровнемер – это интеллектуальные приборы, питание которых поступает по двухпроводному сигнальному кабелю, построенные на основе волноводной технологии. Благодаря усовершенствованной аналоговой и цифровой обработке входного сигнала, что обеспечивает высокое отношение сигнала к уровню помех, эти датчики гарантируют высоконадежные измерения уровня жидкостей и взвесей даже в сложных технологических условиях.

Принцип действия. Микроволновые радиоимпульсы малой мощности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую среду, уровень которой нужно определить. Когда радиоимпульс достигает среды с другим коэффициентом диэлектрической проницаемости, часть энергии отражается в обратном направлении. Временной интервал между моментом передачи зондирующего импульса и моментом приема эхо-сигнала пропорционален расстоянию до границы раздела двух сред. Интенсивность отраженного сигнала зависит от диэлектрической проницаемости среды. Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем выше интенсивность отраженного сигнала. В датчике используется технология динамической оптимизации усиления, которая позволяет добиться наилучшего отношения сигнал/шум для каждого конкретного случая. Это повышает надежность измерений и расширяет область применения прибора.

2.2 Давление – отношение нормальной силы, действующей на площадь.

Различают абсолютное и избыточное давления.

Под абсолютным давлениемабс) аппарата понимают давление жидкости или газа на его стенки.

Разность между абсолютным (Рабс) и атмосферным (Ратм) давлениями, т.е. давлением окружающей среды, называется избыточным давлением Ризбизб = Рабс – Ратм), причем под абсолютным нулем понимают давление в сосуде, из которого полностью выкачан воздух.

Основными единицами для измерения давления являются:

  • ньютон на квадратный метр (Н/м2) или паскаль (Па);

  • техническая атмосфера (ат. Или кгс/см2);

  • миллиметр водяного столба (мм вод.ст.);

  • миллиметр ртутного столба (мм 2А.ст.);

  • физическая атмосфера (атм).

4.2Виды чувствительных элементов

Т – По расширению (биметаллическая пластина, жидкость в стеклянных трубках, газ в металлических конструкциях, давление паров); по сопротивлению (металлические проводники, термистор); термоэлектрический (термопара); пирометр (исчезающая нить накала, излучение, двухцветная).

Р – емкостные (изменение расстояния м/у пластинами конденсатора приводит к изменению емкости);

пъезометрические (кристаллы подвергаются деформации под действием сил сжатия или растяжения, на их противоположных поверхностях появляется разность эл.зарядов (кварц, турмалин);

индукционные (величина воздушного зазора м/у сердечником и пластиной изменяется при перемещении пластины. Это приводит к изменению магнитного потока в цепи. Это изменение магн.потока связано с изменением индуктивности катушки);

тензорезистинвные (проволочный датчик или металл.фольга – при их деформации меняется сопротивление.

Сильфоны, мембраны трубка Бурдона, мембранные коробки

У – буек, поплавок и др. как у Р.

4.4.2Пьезометрические уровнемеры.Они основаны на принципе гидравлического затвора. Для измерения уровня используется воздух или инертный газ под Р, который продувают через слой жидкости. Количество продуваемого воздуха ограничивают диафрагмой или иным способом так, чтобы скорость движения его в трубопроводе была минимально возможной. Это приближает к нулю потери на трение в трубопроводе после диафрагмы D. Уровень жидкости определяется по установившемуся Р (Р – Рx) в системе: P-Px=H·pж·g, откуда H=(P-Px)/pж·g . Р определяется по высоте столба жидкости манометра с замыкающейся жидкостью плотностью или иным любым способом. Как и в гидростат. Уровнемерах, возможно применение дифманометров с пневматическим, токовым или индуктивным сигналом. Датчик состоит из преобразователя Р (измерительного блока) ИБ и электронного преобразователя ЭП.  При измерении уровня Р раб.среды подается на разделительную мембрану и концентрируется на жестком центре .Усилие, возникшее на жестком центре, через шток передается на рычаг тензопреобразователя. Чувствит. Элемент – пластина монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя, Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны приводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы. Эл. сигнал с выхода мостовой схемы датчиков с АП поступает в электронный блок, где преобразуется в унифицированный токовый сигнал. МП электронный преобразователь датчиков с МП, МП1 принимает аналоговый сигнал от преобразователя Р и преобразовывает его в цифровой код. М.контроллер принимает цифровой сигнал, производит коррекцию и линеаризацию характеристики преобразователя Р, передает цифровой сигнал в ЦАП, который преобразует его в выходной токовый.

3.5 Термокаталитический метод измерения. Основные понятия.

Тепловые газоанализаторы, принцип работы основан на тепловых свойствах определенного компонента газовой смеси. Сгорая молекулы вещества (газа) отдают дополнительно тепло в измерительную ячейку. Изменение температуры ведет к дисбалансу моста.

5. 2Виды чувствительных элементов

Т – По расширению (биметаллическая пластина, жидкость в стеклянных трубках, газ в металлических конструкциях, давление паров); по сопротивлению (металлические проводники, термистор); термоэлектрический (термопара); пирометр (исчезающая нить накала, излучение, двухцветная).

Р – емкостные (изменение расстояния м/у пластинами конденсатора приводит к изменению емкости);

3А3енении3рические (кристаллы подвергаются деформации под действием сил сжатия или растяжения, на их противоположных поверхностях появляется разность эл.зарядов (кварц, турмалин);

индукционные (величина воздушного зазора м/у сердечником и пластиной изменяется при перемещении пластины. Это приводит к изменению магнитного потока в цепи. Это изменение магн.потока связано с 3А3енениием индуктивности катушки);

тензорезистинвные (проволочный датчик или металл.фольга – при их деформации меняется сопротивление.

Сильфоны, мембраны трубка Бурдона, мембранные коробки

У – буек, поплавок и др. как у Р.

5.3. В замкнутой цепи состоящей из 2-х или нескольких разнородных проводников, возникает эл.ток, если хотя бы 2 места соединения (спая) проводников имеют разную Т.

Термопара представляет собой спай двух разнородных металлических проводников, которые предназначены для измерения Т-ры рабочих объектов. Конец термопары, помещенный в объект измерения, называют рабочим (или горячим) спаем. Свободные (или холодные) концы соединены через конпенсационные провода с измерительным прибором положительный и отрицательный электрод.

Термопарой осуществляется преобразование тепловой энергии в электрическую.

Принцип работы заключается в том, что при изменении Т-ры горячего слоя на свободных концах тер-ры изменяется термоэлектродвижущая сила (термо ЭДС).

6.1 Физический смысл НАRT протокола. Понятие. – дистанционный преобразователь с адресацией по магистральному каналу. Является ручным интерфейсом который обеспечивает обмен данными между любыми МП-ными устройствами поддерживающими НАRT протокол. Используется метод частотного сдвига. Используется скорость обмена данными 1200 бот. Метод частотного сдвига: 1-1200гц, 0-2200гц, эта частота накладывается на аналоговый сигнал 4-20мА

6.3 Переменный ток – с течением времени периодически изменяется на величину и направление.

Постоянный ток – не меняет величину и направление со временем.

Период – время, в течение которого переменный ток совершает одно полное изменение по величине и направлению. Частота – число полных изменений тока совершаемых за 1 сек. Длина волны – расстояние м/у двумя последовательными частями волны.

6.5 Хромотография – метод разделения многокомпонентных смесей на элементарные составляющие.

Основой является хромотографическая колонка. Она набита мелкодисперсным наполнителем( активированный уголь, селикогель, алюмогель), способным поглощать газ. или жидкую анализируемую фазу. В хр.колонку непрерывно подается газ или жидкость, являющиеся носителями, обладающие инертными свойствами. В хр.колонку подается анализируемая смесь и под действием инертного носителя, она проталкивается по ходу движения, при этом происходит абсорбирование, причем известно, что в-ва с более высокой молек. массой поглощаются быстрее.

В результате происходящих в детекторе процессов (изменение теплопроводности, ионизационного тока и др.) фиксируется изменение концентрации выходящих компонентов; преобразованные в электрический сигнал, эти процессы записываются в виде выходной кривой.

7.2. 2Виды чувствительных элементов

Т – По расширению (биметаллическая пластина, жидкость в стеклянных трубках, газ в металлических конструкциях, давление паров); по сопротивлению (металлические проводники, термистор); термоэлектрический (термопара); пирометр (исчезающая нить накала, излучение, двухцветная).

Р – емкостные (изменение расстояния м/у пластинами конденсатора приводит к изменению емкости);

пъезометрические (кристаллы подвергаются деформации под действием сил сжатия или растяжения, на их противоположных поверхностях появляется разность эл.зарядов (кварц, турмалин);

индукционные (величина воздушного зазора м/у сердечником и пластиной изменяется при перемещении пластины. Это приводит к изменению магнитного потока в цепи. Это изменение магн.потока связано с изменением индуктивности катушки);

тензорезистинвные (проволочный датчик или металл.фольга – при их деформации меняется сопротивление.

Сильфоны, мембраны трубка Бурдона, мембранные коробки

У – буек, поплавок и др. как у Р.

7.4 Пирометры. Бесконтактный способ работает по принципу измерения либо яркости – длины световой волны, либо излучения – радиоционный. Действие приборов основано на линейном изменении длины волны от температуры. Погрешность данного класса м/доходить до 10%, т.к. прибор невозможно настроить на более узкий диапазон работы. В современных типах пирометров диапазон сужен до 200 С , что позволяет повысить точность. Из них наиболее распространены:

квазимонохроматический пирометр, действие которого основано на использовании зависимости температуры от спектральной энергетической яркости, описываемой для абсолютно черного тела с достаточным приближением уравнениями Планка и Вина;

пирометры спектрального отношения, действие основано на зависимости от температуры тела отношений энергетических яркостей в двух или нескольких спектральных интервалах;

пирометры полного излучения, действие основано на использовании зависимости температуры от интегральной энергетической яркости излучения.

8.1. В замкнутой цепи состоящей из 2-х или нескольких разнородных проводников, возникает эл.ток, если хотя бы 2 места соединения (спая) проводников имеют разную Т.

Термопара представляет собой спай двух разнородных металлических проводников, которые предназначены для измерения Т-ры рабочих объектов. Конец термопары, помещенный в объект измерения, называют рабочим (или горячим) спаем. Свободные (или холодные) концы соединены через конпенсационные провода с измерительным прибором положительный и отрицательный электрод.

Термопарой осуществляется преобразование тепловой энергии в электрическую.

Принцип работы заключается в том, что при изменении Т-ры горячего слоя на свободных концах тер-ры изменяется термоэлектродвижущая сила (термо ЭДС).

8.2 Ламинарное движение жидкости (менее 2320) – струя не перемешивается // друг другу. Турбулентное (более 2320) - хаотично друг другу. Число Рейнольдса - число безразмерного соотношения, кот., как принято считать, определяет ламинарный и турбулентный режимы течения жидкости и газа.

Уравнение Бернулли:

8.4 Термокаталитический метод измерения. Основные понятия.

Тепловые газоанализаторы, принцип работы основан на тепловых свойствах определенного компонента газовой смеси. Сгорая молекулы вещества (газа) отдают дополнительно тепло в измерительную ячейку. Изменение температуры ведет к дисбалансу моста.

9.1. Погрешность результата измерений – разность между результатом измерений и истинным значением измеряемой величины. ΔХИЗМИЗМД . Истинное значение величины неизвестно, его применяют только в теоретических исследованиях.

Абс. – погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. Она определяется выражением Δ=Х-Х0

Х – результат измерений; Х0 – ист.значение измеряемой величины,

Отн. погрешность измерения - отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины (м/б в %).

δ =.*100%

Привед. погрешность – отношение абс.погрешности Δ к разнице наибольшего и наименьшего значения измеряемой величины (динамическому диапазону), определяемой для прибор.= Δ/( Хмахмин)*100%

Класс точности средства измерений – обобщенная характеристика прибора, характеризующая допустимые по стандарту величины основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения.

Гистерезис – свойство системы не сразу реагировать на воздействие.

6.4. Класс точности средства измерений – обобщенная характеристика прибора, характеризующая допустимые по стандарту величины основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения. Промах – погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, кот. Для данных условий резко отличается от остальных. Цена деления – разность значения величины соответствующая двум соседним отметкам шкалы. Под чувствительностью понимают отношение ли­нейного или углового перемещения указателя к изменению зна­чения измеряемой величины, вызвавшему это перемещение: S = а/Q , где а— угловое или линейное перемещение указателя; Q — из­менение измеряемой величины

Наименьшее значение измеряемой величины, способное вызвать малейшее изменение показаний прибора, называется порогом чувствительности измерительного прибора. Наиболь­шая (полученная экспериментально) разность между повторными показаниями измерительного прибора при одном и том же действительном значении измеряемой величины и неизменных внешних условиях называется вариацией. У показывающих при­боров вариацию можно обнаружить, если изменять действи­тельное значение измеряемой величины от нижнего до верхнего пределов, а затем в обратном порядке, отмечая соответствующие этим значениям показания прибора. Для интегрирующих прибо­ров, отсчет которых не может быть повторен, за вариацию прини­мают наибольшую разность между отдельными погрешностями, соответствующими одному и тому же значению измеряемой вели­чины при прочих равных условиях.

5.4 Прямое измерение – измерение, при кот. Искомое значение величины получают непосредственно.

Косвенное – определение физической искомой величины на основании результатов прямых измерений других физических величин , функционально связанных с искомой величиной.

5.5 Разъяснить эффект дорожки Кармана.

При обтекании потоком среды препятствия возникают вихри. Частота образования вихрей пропорциональна скорости. Внутри препятствия размещается пьезоэлектрический сенсор с которого выходит частотный сигнал, возможно размещение сенсора за препятствием.

5.2 Радарный уровнемер – это интеллектуальные приборы, питание которых поступает по двухпроводному сигнальному кабелю, построенные на основе волноводной технологии. Благодаря усовершенствованной аналоговой и цифровой обработке входного сигнала, что обеспечивает высокое отношение сигнала к уровню помех, эти датчики гарантируют высоконадежные измерения уровня жидкостей и взвесей даже в сложных технологических условиях.

Принцип действия. Микроволновые радиоимпульсы малой мощности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую среду, уровень которой нужно определить. Когда радиоимпульс достигает среды с другим коэффициентом диэлектрической проницаемости, часть энергии отражается в обратном направлении. Временной интервал между моментом передачи зондирующего импульса и моментом приема эхо-сигнала пропорционален расстоянию до границы раздела двух сред. Интенсивность отраженного сигнала зависит от диэлектрической проницаемости среды. Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем выше интенсивность отраженного сигнала. В датчике используется технология динамической оптимизации усиления, которая позволяет добиться наилучшего отношения сигнал/шум для каждого конкретного случая. Это повышает надежность измерений и расширяет область применения прибора.

7.5 Ультразвуковые уровнемеры

При измерениях с помощью ультразвуковых уровнемеров прибор посылает ультразвуковой импульс к поверхности измеряемого вещества. Этот импульс отражается от поверхности вещества и возвращается в прибор как эхо. Временной интервал от момента излучения до момента приема сигнала пропорционален расстоянию между прибором и поверхностью материала.

Затухания такого резонатора увеличиваются при его помещении в жидкую среду, что является информативным признаком контакта резонатора с жидкостью. Возбуждение и прием сигналов колебаний резонатора происходит с помощью пьезоэлектрического преобразователя, вынесенного за пределы резервуара. Волновод позволяет разместить преобразователь в герметичном корпусе датчика отдельно от резонатора, защищая тем самым его от воздействия температуры и давления.

7.1 Разъяснить эффект Кориолиса.

Принцип измерения базируется на контролируемом возбуждении сил Кориолиса. Такие силы всегда присутствуют, когда одновременно имеют место поступательное (линейное) и вращательное (угловое) движение. Fc = 2*Δm (w*v) (сила Кориолиса = 2*масса движущегося тела (угловая скорость*радиальная скорость в колеблющейся или вращающейся системе).

Амплитуда силы Кориолиса зависит от движущейся массы Δm, ее скорости в системе v, а следовательно и от массового расхода.

Принцип действия расходомера основан на неравномерном изгибе чувствительного элемента, что приводит к изменения резонанса, вызванного колебанием.

9.2. Способы измерения температуры. температура — физическая величина, количественно характеризующая меру средней кинетической энергии теплового движения молекул какого-либо тела или вещества.

По расширению (биметаллическая пластина, жидкость в стеклянных трубках, газ в металлических конструкциях, давление паров); по сопротивлению (металлические проводники, термистор); термоэлектрический (термопара); пирометр (исчезающая нить накала, излучение, двухцветная).

(F-32)/1,8 = С

C*1,8+32 = F

K = С+273,2

Т кипения 212 F Т таяния льда 32F

8.5. Радарный уровнемер – это интеллектуальные приборы, питание которых поступает по двухпроводному сигнальному кабелю, построенные на основе волноводной технологии. Благодаря усовершенствованной аналоговой и цифровой обработке входного сигнала, что обеспечивает высокое отношение сигнала к уровню помех, эти датчики гарантируют высоконадежные измерения уровня жидкостей и взвесей даже в сложных технологических условиях.

Принцип действия. Микроволновые радиоимпульсы малой мощности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую среду, уровень которой нужно определить. Когда радиоимпульс достигает среды с другим коэффициентом диэлектрической проницаемости, часть энергии отражается в обратном направлении. Временной интервал между моментом передачи зондирующего импульса и моментом приема эхо-сигнала пропорционален расстоянию до границы раздела двух сред. Интенсивность отраженного сигнала зависит от диэлектрической проницаемости среды. Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем выше интенсивность отраженного сигнала. В датчике используется технология динамической оптимизации усиления, которая позволяет добиться наилучшего отношения сигнал/шум для каждого конкретного случая. Это повышает надежность измерений и расширяет область применения прибора.

9.3 Принцип действия электромагнитного расходомера основан на физическом эффекте названном электромагнитная индукция – в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает индуцируемый электрический ток и э.д.с. индукции. При прохождении электропроводной жидкости через однородное магнитное поле в ней, как в движущемся проводнике, возникает э.д.с. индукции, пропорциональная средней скорости потока жидкости.

U = B (сила магнитного потока)*L (расстояние м/у электродами)*V (скорость потока)

9.4. Понятие интеллектуальный датчик. Структурная схема.

И.Д.- устройство в котором используется микропроцессор или микроконтроллер.

основой любой системы является объект измерения, на него устанавливается первичные измерительные преобразователи в количестве необходимом для объема информации, позволяющего обеспечивать необходимый уровень качества. Сигналы с датчика поступают на блок аналогово-промежуточных преобразователей (сигнал непрерывен). На данный блок поступают сигналы в виде: Р, силы тока, напряжение и т.д. БАПП их преобразует в аналоговый токовый сигнал. Сигнал подается в блок аналогово-цифрового преобразования, где вся полученная информация преобразуется в коды. Центральный процессор или центр управления обрабатывает информацию, представляя ее через устройство вывода (на дисплей, принтер). БАПП и БАЦП может отсутствовать, если датчики (ПИП) обладают микропроцессорами.

10.1. Погрешность результата измерений – разность между результатом измерений и истинным значением измеряемой величины. ΔХИЗМИЗМД . Истинное значение величины неизвестно, его применяют только в теоретических исследованиях.

Абс. – погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. Она определяется выражением Δ=Х-Х0

Х – результат измерений; Х0 – ист.значение измеряемой величины,

Отн. погрешность измерения - отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины (м/б в %).

δ =.*100%

Привед. погрешность – отношение абс.погрешности Δ к разнице наибольшего и наименьшего значения измеряемой величины (динамическому диапазону), определяемой для прибор.= Δ/( Хмахмин)*100%

Класс точности средства измерений – обобщенная характеристика прибора, характеризующая допустимые по стандарту величины основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения.

Гистерезис – свойство системы не сразу реагировать на воздействие.

10.2.1 Гидростатические уровнемеры. К простейшим гидростатическим измерителям уровня жидкости относятся дифференциальные манометры. Дифманометром можно измерять уровень в открытых и закрытых сосудах, т. е. в сосудах, находящихся под давлением и разрежением. На рис. 2 показана схема трубных соединений при измерении уровня в открытом резервуаре и установка дифманометра ниже его дна.Рис. 2. Схема трубных соединений с размещением дифманометра ниже дна резервуара: а - при измерении уровня жидкости в открытом резервуаре; б - в резервуаре, находящемся под давлением. При применении дифманометра для измерения уровня обязательно устанавливают уравнительный сосуд, наполненный до определенного уровня той же жидкостью, что находится в резервуаре. Назначение уравнительного сосуда - обеспечение постоянного столба жидкости в одном из колен дифманометр. Высота столба жидкости во втором колене дифманометра изменяется с изменением уровня в резервуаре. Каждому значению уровня в резервуаре соответствует определенный перепад давления, показываемый дифманометром, что позволяет судить о положении уровня. При использовании дифманометра с пневматическим, токовым или индуктивным выходным сигналом можем получить уровнемер с дистанционной передачей данных и возможностью автоматического управления.

10.3.2 Чувствительный элемент термометра сопротивления выполняется в виде спирали из проволоки 1, помещенной в четырехканальный керамический каркас 2. Для защиты от механических повреждений и вредного воздействия измеряемой или окружающей среды чувствительный элемент помещен в защитную оболочку 3, которая уплотнена керамической втулкой 4, Выводы 5 чувствительного элемента проходят через изоляционную керамическую трубу Все это находится в защитном чехле 7, установленном на объекте измерения с помощью резьбового штуцера На конце защитного чехла располагается соединительная головка 9 термометра. В головке находится изоляционная колодка 10 с винтами И для крепления выводов термометра и подключения соединительных проводов. Головка закрывается крышкой. Соединительные провода выводятся через штуцер. Для уменьшения влияния внешних электрических и магнитных полей чувствительные элементы термометров сопротивления делают с безындуктивной намоткой.

11.1. Давление – отношение нормальной силы, действующей на площадь.

Различают абсолютное и избыточное давления.

Под абсолютным давлениемабс) аппарата понимают давление жидкости или газа на его стенки.

Разность между абсолютным (Рабс) и атмосферным (Ратм) давлениями, т.е. давлением окружающей среды, называется избыточным давлением Ризбизб = Рабс – Ратм), причем под абсолютным нулем понимают давление в сосуде, из которого полностью выкачан воздух.

Основными единицами для измерения давления являются:

  • ньютон на квадратный метр (Н/м2) или паскаль (Па);

  • техническая атмосфера (ат. Или кгс/см2);

  • миллиметр водяного столба (мм вод.ст.);

  • миллиметр ртутного столба (мм 5А.ст.);

  • физическая атмосфера (атм).

11.3. В чем заключается эффект Зеебека.

В замкнутой цепи состоящей из 2-х или нескольких разнородных проводников, возникает эл.ток, если хотя бы 2 места соединения (спая) проводников имеют разную Т.

Пельтье – обратен эффекту Зеебека. При пропускании тока по цепи, составленный из проводников один спай нагревается, а другой охлаждается. Какой нагревается, а какой охлаждается зависит от направления тока в цепи.

В основе работы элемента Пельтье лежит контакт токопроводящих материалов с разными уровнями энергии в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов электроны д/приобрести энергию, чтобы прийти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого проводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников.

11.4 Микропроцессор – устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических и операций управления, записанных в машинном коде.

Микроконтроллер – законченное устройство, выполненное на одном кристалле и может включать в себя микропроцессор.

12.1. Разъяснить эффект дорожки Кармана.

При обтекании потоком среды препятствия возникают вихри. Частота образования вихрей пропорциональна скорости. Внутри препятствия размещается пьезоэлектрический сенсор с которого выходит частотный сигнал, возможно размещение сенсора за препятствием

12.3. Переменный ток - с течением времени периодически изменяется на величину и направление.

Постоянный ток – не меняет величину и направление со временем.

Период – время, в течение которого переменный ток совершает одно полное изменение по величине и направлению. Частота – число полных изменений тока совершаемых за 1 сек. Длина волны – расстояние м/у двумя последовательными частями волны.

13.1. Закон Ома формулируется следующим образом: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

Первый закон Кирхгофа Сумма всех токов, приходящих к узлу электрической цепи, равна сумме всех токов, выходящих из этого узла. Иначе, алгебраическая сумма токов в узле равна нулю: .

Второй закон Кирхгофа Алгебраическая сумма напряжений на сопротивлениях участков замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС источников, входящих в контур:

.

1.5 Термопары – в основу измерения t положен термоэлектрический эффект заключающийся в том, что в замкнутой цепи, состоящая из двух или нескольких разнородных проводников возникает электрический ток. Цепь состоящая из двух разнородных проводников называется термопарой. Спай который помещается в измеряемую среду называется горячим или рабочим, а спай имеющий постоянную t называется холодным или свободным.

9.4.2. Обычный датчик предыдущего поколения, не имеющий в своем составе микропроцессор, соединяется отдельной линией (обычно, контрольным кабелем) с блоком ввода/вывода контроллера. По этой линии низковольтный аналоговый или частотно-импульсный выходной сигнал датчика поступает в систему автоматизации, где он преобразуется в цифровую форму и подвергается необходимой вычислительной и/или логической обработке. Никакие другие сигналы по данной линии ни от датчика к контроллеру, ни от контроллера к датчику не проходят.

Современные интеллектуальные датчики связываются с различными средствами автоматики (не обязательно только с контроллерами) иногда через аналоговые, но большей частью через цифровые полевые сети. При этом использование цифровой полевой сети позволяет по одной линии передавать выходные сигналы ряда датчиков, в необходимых случаях переносить различные сообщения от датчиков и к ним, производить дистанционное питание датчиков.

Для того, чтобы средства автоматизации (в том числе, датчики) разных производителей могли контактировать друг с другом через полевые сети, 'последние должны быть стандартизированы (де-факто или де-юре) и эти стандарты должны признаваться и использоваться большинством производителей средств. Использование стандартов заключается в том, что производители в выпускаемых ими средствах предусматривают программные и технические интерфейсы к тем или иным (или всем) стандартным полевым сетям.

9.5 Виды чувствительных элементов

Т – По расширению (биметаллическая пластина, жидкость в стеклянных трубках, газ в металлических конструкциях, давление паров); по сопротивлению (металлические проводники, термистор); термоэлектрический (термопара); пирометр (исчезающая нить накала, излучение, двухцветная).

Р – емкостные (изменение расстояния м/у пластинами конденсатора приводит к изменению емкости);

пъезометрические (кристаллы подвергаются деформации под действием сил сжатия или растяжения, на их противоположных поверхностях появляется разность эл.зарядов (кварц, турмалин);

индукционные (величина воздушного зазора м/у сердечником и пластиной изменяется при перемещении пластины. Это приводит к изменению магнитного потока в цепи. Это изменение магн.потока связано с изменением индуктивности катушки);

тензорезистинвные (проволочный датчик или металл.фольга – при их деформации меняется сопротивление.

Сильфоны, мембраны трубка Бурдона, мембранные коробки

У – буек, поплавок и др. как у Р.

11.2. Ультразвуковые уровнемеры

При измерениях с помощью ультразвуковых уровнемеров прибор посылает ультразвуковой импульс к поверхности измеряемого вещества. Этот импульс отражается от поверхности вещества и возвращается в прибор как эхо. Временной интервал от момента излучения до момента приема сигнала пропорционален расстоянию между прибором и поверхностью материала.

Затухания такого резонатора увеличиваются при его помещении в жидкую среду, что является информативным признаком контакта резонатора с жидкостью. Возбуждение и прием сигналов колебаний резонатора происходит с помощью пьезоэлектрического преобразователя, вынесенного за пределы резервуара. Волновод позволяет разместить преобразователь в герметичном корпусе датчика отдельно от резонатора, защищая тем самым его от воздействия температуры и давления.

10.3.2. В замкнутой цепи состоящей из 2-х или нескольких разнородных проводников, возникает эл.ток, если хотя бы 2 места соединения (спая) проводников имеют разную Т.

Термопара представляет собой спай двух разнородных металлических проводников, которые предназначены для измерения Т-ры рабочих объектов. Конец термопары, помещенный в объект измерения, называют рабочим (или горячим) спаем. Свободные (или холодные) концы соединены через конпенсационные провода с измерительным прибором положительный и отрицательный электрод.

Термопарой осуществляется преобразование тепловой энергии в электрическую.

Принцип работы заключается в том, что при изменении Т-ры горячего слоя на свободных концах тер-ры изменяется термоэлектродвижущая сила (термо ЭДС).

10.5 Переменный ток – с течением времени периодически изменяется на величину и направление.

Постоянный ток – не меняет величину и направление со временем.

Период – время, в течение которого переменный ток совершает одно полное изменение по величине и направлению. Частота – число полных изменений тока совершаемых за 1 сек. Длина волны – расстояние м/у двумя последовательными частями волны.

10.2.2 Пьезометрические уровнемеры.Они основаны на принципе гидравлического затвора. Для измерения уровня используется воздух или инертный газ под Р, который продувают через слой жидкости. Количество продуваемого воздуха ограничивают диафрагмой или иным способом так, чтобы скорость движения его в трубопроводе была минимально возможной. Это приближает к нулю потери на трение в трубопроводе после диафрагмы D. Уровень жидкости определяется по установившемуся Р (Р – Рx) в системе: P-Px=H·pж·g, откуда H=(P-Px)/pж·g . Р определяется по высоте столба жидкости манометра с замыкающейся жидкостью плотностью или иным любым способом. Как и в гидростат. Уровнемерах, возможно применение дифманометров с пневматическим, токовым или индуктивным сигналом. Датчик состоит из преобразователя Р (измерительного блока) ИБ и электронного преобразователя ЭП.  При измерении уровня Р раб.среды подается на разделительную мембрану и концентрируется на жестком центре .Усилие, возникшее на жестком центре, через шток передается на рычаг тензопреобразователя. Чувствит. Элемент – пластина монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя, Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны приводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы. Эл. сигнал с выхода мостовой схемы датчиков с АП поступает в электронный блок, где преобразуется в унифицированный токовый сигнал. МП электронный преобразователь датчиков с МП, МП1 принимает аналоговый сигнал от преобразователя Р и преобразовывает его в цифровой код. М.контроллер принимает цифровой сигнал, производит коррекцию и линеаризацию характеристики преобразователя Р, передает цифровой сигнал в ЦАП, который преобразует его в выходной токовый.

12.4. Пирометры.

Бесконтактный способ работает по принципу измерения либо яркости – длины световой волны, либо излучения – радиоционный. Действие приборов основано на линейном изменении длины волны от температуры. Погрешность данного класса м/доходить до 10%, т.к. прибор невозможно настроить на более узкий диапазон работы. В современных типах пирометров диапазон сужен до 200 С , что позволяет повысить точность. Из них наиболее распространены:

квазимонохроматический пирометр, действие которого основано на использовании зависимости температуры от спектральной энергетической яркости, описываемой для абсолютно черного тела с достаточным приближением уравнениями Планка и Вина;

пирометры спектрального отношения, действие основано на зависимости от температуры тела отношений энергетических яркостей в двух или нескольких спектральных интервалах;

пирометры полного излучения, действие основано на использовании зависимости температуры от интегральной энергетической яркости излучения.

11.5. Приборист должен знать:

- устройство, взаимодействие сложных приборов, технологический процесс сбрки приборов

- электрические, электронные схемы устройств тепловой автоматики сложных КИП,

- свойства оптического стекла, материалов, проводников, полупроводников,

- основы физики, механики, метрологии, электроники.

13.3.1 Гидростатические уровнемеры. К простейшим гидростатическим измерителям уровня жидкости относятся дифференциальные манометры. Дифманометром можно измерять уровень в открытых и закрытых сосудах, т. е. в сосудах, находящихся под давлением и разрежением. На рис. 2 показана схема трубных соединений при измерении уровня в открытом резервуаре и установка дифманометра ниже его дна.Рис. 2. Схема трубных соединений с размещением дифманометра ниже дна резервуара: а - при измерении уровня жидкости в открытом резервуаре; б - в резервуаре, находящемся под давлением. При применении дифманометра для измерения уровня обязательно устанавливают уравнительный сосуд, наполненный до определенного уровня той же жидкостью, что находится в резервуаре. Назначение уравнительного сосуда - обеспечение постоянного столба жидкости в одном из колен дифманометр. Высота столба жидкости во втором колене дифманометра изменяется с изменением уровня в резервуаре. Каждому значению уровня в резервуаре соответствует определенный перепад давления, показываемый дифманометром, что позволяет судить о положении уровня. При использовании дифманометра с пневматическим, токовым или индуктивным выходным сигналом можем получить уровнемер с дистанционной передачей данных и возможностью автоматического управления.

13.4. Физический смысл НАRT протокола. Понятие. – дистанционный преобразователь с адресацией по магистральному каналу. Является ручным интерфейсом который обеспечивает обмен данными между любыми МП-ными устройствами поддерживающими НАRT протокол. Используется метод частотного сдвига. используется скорость обмена данными 1200 бот. Метод частотного сдвига: 1-1200гц, 0-2200гц, эта частота накладывается на аналоговый сигнал 4-20мА

14.1. Ультразвуковые уровнемеры

При измерениях с помощью ультразвуковых уровнемеров прибор посылает ультразвуковой импульс к поверхности измеряемого вещества. Этот импульс отражается от поверхности вещества и возвращается в прибор как эхо. Временной интервал от момента излучения до момента приема сигнала пропорционален расстоянию между прибором и поверхностью материала.

Затухания такого резонатора увеличиваются при его помещении в жидкую среду, что является информативным признаком контакта резонатора с жидкостью. Возбуждение и прием сигналов колебаний резонатора происходит с помощью пьезоэлектрического преобразователя, вынесенного за пределы резервуара. Волновод позволяет разместить преобразователь в герметичном корпусе датчика отдельно от резонатора, защищая тем самым его от воздействия температуры и давления.

14.4. Свойства объектов регулирования. Законы регулирования П, ПИ, ПИД.

П-закон: по отклонению. Управляющее воздействие пропорционально мгновенному отклонению.

ПИ-закон: по отклонению и интегралу. Управляющее воздействие пропорционально величине не только по отклонению, но и его интегралу во времени.

ПИД-закон:по отклонению, интегралу и производной. Управляющее воздействие пропорционально величине отклонения, его интеграла и производных.

14.5 Как правильно подключить интеллектуальный датчик на рабочем столе

Параллельно, сопротивление не менее 250 Ом.

15.1. Радарный уровнемер – это интеллектуальные приборы, питание которых поступает по двухпроводному сигнальному кабелю, построенные на основе волноводной технологии. Благодаря усовершенствованной аналоговой и цифровой обработке входного сигнала, что обеспечивает высокое отношение сигнала к уровню помех, эти датчики гарантируют высоконадежные измерения уровня жидкостей и взвесей даже в сложных технологических условиях.

Принцип действия. Микроволновые радиоимпульсы малой мощности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую среду, уровень которой нужно определить. Когда радиоимпульс достигает среды с другим коэффициентом диэлектрической проницаемости, часть энергии отражается в обратном направлении. Временной интервал между моментом передачи зондирующего импульса и моментом приема эхо-сигнала пропорционален расстоянию до границы раздела двух сред. Интенсивность отраженного сигнала зависит от диэлектрической проницаемости среды. Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем выше интенсивность отраженного сигнала. В датчике используется технология динамической оптимизации усиления, которая позволяет добиться наилучшего отношения сигнал/шум для каждого конкретного случая. Это повышает надежность измерений и расширяет область применения прибора.

15.4. Виды чувствительных элементов

Т – По расширению (биметаллическая пластина, жидкость в стеклянных трубках, газ в металлических конструкциях, давление паров); по сопротивлению (металлические проводники, термистор); термоэлектрический (термопара); пирометр (исчезающая нить накала, излучение, двухцветная).

Р – емкостные (изменение расстояния м/у пластинами конденсатора приводит к изменению емкости);

пъезометрические (кристаллы подвергаются деформации под действием сил сжатия или растяжения, на их противоположных поверхностях появляется разность эл.зарядов (кварц, турмалин);

индукционные (величина воздушного зазора м/у сердечником и пластиной изменяется при перемещении пластины. Это приводит к изменению магнитного потока в цепи. Это изменение магн.потока связано с изменением индуктивности катушки);

тензорезистинвные (проволочный датчик или металл.фольга – при их деформации меняется сопротивление.

Сильфоны, мембраны трубка Бурдона, мембранные коробки

У – буек, поплавок и др. как у Р.

16.3. Свойства объектов регулирования. Законы регулирования П, ПИ, ПИД.

П-закон: по отклонению. Управляющее воздействие пропорционально мгновенному отклонению.

ПИ-закон: по отклонению и интегралу. Управляющее воздействие пропорционально величине не только по отклонению, но и его интегралу во времени.

ПИД-закон:по отклонению, интегралу и производной. Управляющее воздействие пропорционально величине отклонения, его интеграла и производных.

16.4. Пирометры.

Бесконтактный способ работает по принципу измерения либо яркости – длины световой волны, либо излучения – радиоционный. Действие приборов основано на линейном изменении длины волны от температуры. Погрешность данного класса м/доходить до 10%, т.к. прибор невозможно настроить на более узкий диапазон работы. В современных типах пирометров диапазон сужен до 200 С , что позволяет повысить точность. Из них наиболее распространены:

квазимонохроматический пирометр, действие которого основано на использовании зависимости температуры от спектральной энергетической яркости, описываемой для абсолютно черного тела с достаточным приближением уравнениями Планка и Вина;

пирометры спектрального отношения, действие основано на зависимости от температуры тела отношений энергетических яркостей в двух или нескольких спектральных интервалах;

пирометры полного излучения, действие основано на использовании зависимости температуры от интегральной энергетической яркости излучения.

17.1. Подключение электронных, интеллектуальных приборов.

Параллельно, сопротивление не менее 250 Ом.

Помехи 2 вида:

- наводка – интерференция. Возникает из-за влияния внешних эл.магнитных полей на электрическую цепь измерительной системы, включает в себя:

1) индуктивную связь (экранируют магнитомягким материалом (сталь, пермолоид)

2) емкостная связь - силовые кабели, провода заземления, проводники расположены близко друг к другу – приводит к помехам (разнести друг от друга)

3) плохое заземление системы

- случайный шум – хаотичное движение электронов и других заряженных частиц (Ме экранирование, заземление в одной точке, использование витой пары, диф.усилителей, использование входных фильтров).

14.3 Термокаталитический метод измерения. Основные понятия.

Тепловые газоанализаторы, принцип работы основан на тепловых свойствах определенного компонента газовой смеси. Сгорая молекулы вещества (газа) отдают дополнительно тепло в измерительную ячейку. Изменение температуры ведет к дисбалансу моста.

13.5. Разъяснить эффект Кориолиса.

Принцип измерения базируется на контролируемом возбуждении сил Кориолиса. Такие силы всегда присутствуют, когда одновременно имеют место поступательное (линейное) и вращательное (угловое) движение. Fc = 2*Δm (w*v) (сила Кориолиса = 2*масса движущегося тела (угловая скорость*радиальная скорость в колеблющейся или вращающейся системе).

Амплитуда силы Кориолиса зависит от движущейся массы Δm, ее скорости в системе v, а следовательно и от массового расхода.

Принцип действия расходомера основан на неравномерном изгибе чувствительного элемента, что приводит к изменения резонанса, вызванного колебанием.

13.3.2 Пьезометрические уровнемеры.Они основаны на принципе гидравлического затвора. Для измерения уровня используется воздух или инертный газ под Р, который продувают через слой жидкости. Количество продуваемого воздуха ограничивают диафрагмой или иным способом так, чтобы скорость движения его в трубопроводе была минимально возможной. Это приближает к нулю потери на трение в трубопроводе после диафрагмы D. Уровень жидкости определяется по установившемуся Р (Р – Рx) в системе: P-Px=H·pж·g, откуда H=(P-Px)/pж·g . Р определяется по высоте столба жидкости манометра с замыкающейся жидкостью плотностью или иным любым способом. Как и в гидростат. Уровнемерах, возможно применение дифманометров с пневматическим, токовым или индуктивным сигналом. Датчик состоит из преобразователя Р (измерительного блока) ИБ и электронного преобразователя ЭП.  При измерении уровня Р раб.среды подается на разделительную мембрану и концентрируется на жестком центре .Усилие, возникшее на жестком центре, через шток передается на рычаг тензопреобразователя. Чувствит. Элемент – пластина монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя, Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны приводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы. Эл. сигнал с выхода мостовой схемы датчиков с АП поступает в электронный блок, где преобразуется в унифицированный токовый сигнал. МП электронный преобразователь датчиков с МП, МП1 принимает аналоговый сигнал от преобразователя Р и преобразовывает его в цифровой код. М.контроллер принимает цифровой сигнал, производит коррекцию и линеаризацию характеристики преобразователя Р, передает цифровой сигнал в ЦАП, который преобразует его в выходной токовый.

15.2. Физический смысл НАRT протокола. Понятие. – дистанционный преобразователь с адресацией по магистральному каналу. Является ручным интерфейсом который обеспечивает обмен данными между любыми МП-ными устройствами поддерживающими НАRT протокол. Используется метод частотного сдвига. используется скорость обмена данными 1200 бот. Метод частотного сдвига: 1-1200гц, 0-2200гц, эта частота накладывается на аналоговый сигнал 4-20мА

15.3. В чем заключается эффект Зеебека.

В замкнутой цепи состоящей из 2-х или нескольких разнородных проводников, возникает эл.ток, если хотя бы 2 места соединения (спая) проводников имеют разную Т.

Пельтье – обратен эффекту Зеебека. При пропускании тока по цепи, составленный из проводников один спай нагревается, а другой охлаждается. Какой нагревается, а какой охлаждается зависит от направления тока в цепи.

В основе работы элемента Пельтье лежит контакт токопроводящих материалов с разными уровнями энергии в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов электроны д/приобрести энергию, чтобы прийти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого проводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников.

16.5. Микропроцессор – устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических и операций управления, записанных в машинном коде.

Микроконтроллер – законченное устройство, выполненное на одном кристалле и может включать в себя микропроцессор.

Электромагнитные расходомеры

В основе электромагнитных расходомеров лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, подчиняющееся закону электромагнитной индукции.

Основное применение получили такие электромагнитные расходомеры, у которых измеряется ЭДС, индуктируемая в жидкости, при пересечении ею магнитного поля. Для этого (рис. 10) в участок 2 трубопровода, изготовленного из немагнитного материала, покрытого изнутри неэлектропроводной изоляцией и помещённого между полюсами 1 и 4 магнита или электромагнита, вводятся два электрода 3 и 5 в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля. Разность потенциалов Е на электродах 3 и 5 определяется уравнением:

,

где – В – магнитная индукция; D – расстояние между концами электродов, равное внутреннему диаметру трубопровода; v и Q0 средняя скорость и объёмный расход жидкости.

4

S

3 5

2 1

Таким образом, измеряемая разность потенциалов Е прямо пропорциональна объёмному расходу Q0. Для учёта краевых эффектов, вызываемых неоднородностью магнитного поля и шунтирующим действием трубы, уравнение умножается на поправочные коэффициенты kм и kи, обычно весьма близкие к единице.

Достоинства электромагнитных расходомеров: независимость показаний от вязкости и плотности измеряемого вещества, возможность применения в трубах любого диаметра, отсутствие потери давления, линейность шкалы, необходимость в меньших длинах прямых участков труб, высокое быстродействие, возможность измерения агрессивных, абразивных и вязких жидкостей. Но электромагнитные расходомеры неприменимы для измерения расхода газа и пара, а также жидкостей диэлектриков, таких, как спирты и нефтепродукты. Они пригодны для измерения расхода жидкости, у которых удельная электрическая проводимость не менее 10-3 См/м.

Расходомеры

Принцип измерения базируется на контролируемом возбуждении сил Кориолиса. Такие силы всегда присутствуют, когда одновременно имеют место поступательное (линейное) и вращательное (угловое) движение. Fc = 2*Δm (w*v) (сила Кориолиса = 2*масса движущегося тела (угловая скорость*радиальная скорость в колеблющейся или вращающейся системе).

Амплитуда силы Кореолиса зависит от движущейся массы Δm, ее скорости в системе v, а следовательно и от массового расхода.

Физический эффект состоит в том, что во вращающейся системе отсчета материальная точка, движущаяся параллельно оси этого вращения, отклоняется по направлению, перпендикулярному к ее относительной скорости или оказывает давление на тело, препятствующее такому отклонению. В системах где присутствует сила Кориолиса возникает ускорение Кориолиса – как следствие изменения относительной скорости движения материальной точки при переносном движении и переносной скорости при относительном движении материальной точки. Переносное движение – движение всех точек подвижной системы относительно условно неподвижной. На Рис 5 видно, что на участке CD частицы протекающей среды будут ускорятся, на участке EF напротив тормозится. В результате трубка деформируется (DD\ EE\ FF\) как показано на рисунке. Трубка со средой не обязательно вращается на 3600 , ее достаточно вращать по неполной круговой орбите.

Расходомеры данного типа позволяют измерять расход независимо от плотности, давления, температуры, вязкости и поведения измеряемой среды. Наличие воздушных пузырьков и малых твердых частиц не влияет на точность измерения расхода, в отличии от расходомеров использующих ультразвуковой принцип измерения.

Рис. 5 Рисунок поясняющий принцип работы

датчика кориолисовых расходомеров.

Способы измерения уровня.

1) визуальные 2)поплавковые, в которых для измерения уровня используется поплавок или другое тело, находящееся на поверхности жидкости 3) гидростатические, основанные на принципе сообщающихся сосудов со средами одинаковой или различной плотности по сравнению с плотностью измеряемой среды 4) электрические, в которых величины электрических параметров зависят от уровня жидкости 5) ультразвуковые, основанные на принципе отражения звуковых волн  радиоизотопные, основанные на использовании интенсивности потока ядерных излучений, зависящих от уровня жидкости.

Термометры жидкостные стеклянные

Измерение температуры жидкостными стеклянными термометрами основано на различии коэффициентов объемного расширения жидкости и материала оболочки термометра. Применяют стекла спецсортов.

В качестве рабочей жидкости применяют: пентан (-190 до 20), этиловый спирт (-100 до 75), толуол (-90 до 100), ртуть (-30 до 700). Бывают палочные (образцовые 1-разряда) и со вложенной шкалой (технические).

Манометрические термометры.

Действие основано на изменении давления рабочего вещества, заключенного в емкость постоянного объема, при изменении его температуры. Прибор состоит из термобаллона, капиллярной трубки и манометрической части. Всю систему прибора (термобаллон, капилляр, манометрическая пружина) заполняют рабочим веществом. Термобаллон помещают в зону измерения температуры. При нагревании термобаллона давление рабочего вещества внутри замкнутой системы увеличивается. Увеличение давления воспринимается манометрической пружиной, которая воздействует через передаточный механизм на стрелку или перо прибора.

Вся система заполнена газом под некоторым начальным давлением. В качестве заполнителя термоситем в газовых манометрических термометрах применяют азот, аргон, гелий.

Принципы преобразования, применяемые в чувствительных элементах датчиков давления.

Тензометрические датчики. Работа основана на изменении активного сопротивления материала при его механической деформации, которая происходит:

-изменяются геометрические размеры проволоки (длина, сеченение) – при деформации изменяется удельное сопротивление материала проволоки.

Пьезоэлектрический датчик. Работа основана на физическом явлении- пьезоэлектрического эффекта: проявляется в некоторых кристаллах в виде появления на их гранях эл.зарядов разных знаков при сжатии кристалла в определенном направлении.

Частотные. Конструктивно состоят из резонансно-частотного первичного преобразователя давления в частоту и вторичного устройства преобразующего частоту в унифицированный сигнал 4-20мА.

13. Устройство и работа ДМ.

Под воздействием разности давлений (перепада), подводимых к камерам + и – на чувствительном элементе измерительного блока возникает пропорциональное перепаду давлений усилие. Под воздействием измерительного усилия рычаг поворачивается на неборльшой угол и перемещает заслонку относительно сопла. В случае увеличения измеряемого перепада заслонка приближается к соплу. При этом давление в камере пневмореле возрастает, мембрана закрывает клапан, а мембрана открывает клапан. В результате давление в камере и в связанном с нею сильфоне обратной связи увеличивается. Увеличивается и момент ОС, создаваемый сильфоном ОС на рычаг. Т.о.система уравновешивается. Р подводится через импульсные трубки, на которых установлены 2 запорных и уравнительный вентили. На маховичках вентилей имеются обозначения: у вентиля «+» камеры – «+», у «-» камеры – «-»., у уравнительного – 0. в диафрагме расположены клапаны, служащие для продувки и заполнения дифманометра. Под воздействием перепада Р нижняя мембранная коробка сжимается и жидкость из нее вытекает в верхнюю коробку, которая расширяется, вызывая перемещение сердечника диф.трансформатора, которое в свою очередь вызывает изменение взаимной индуктивности между первичной и вторичной цепями диф.трансформатора. Деформация чувствительного элемента происходит до тех пор, пока силы, вызванные перепадом Р, не уравновесятся упругими силами мембранных коробок. Дифманометры предназначены для преобразования перепада Р на диафрагме в пневматический сигнал и передачи его на вторичный прибор с дифференциально-трансформаторной системой типа КСД3 и используется для измерения перепада Р и преобразования его в электрический сигнал с выходом на вторичный прибор.. ДМ является бесшкальным прибором с индукционным датчиком.

Вихревой расходомер.

Датчик состоит из чувствительного элемента: призмы, расположенной перпендикулярно потоку.

В трубопроводе размещается чувствительный элемент, при протекании среды вдоль чувствительного элемента в потоке индуцируются вихри, число которых пропорционально расходу (при калибровке по определенному веществу).

Рис. 5 Рисунок поясняющий принцип работы

датчика кориолисовых расходомеров.

Принцип действия ультразвуковых расходомеров класса Расход-7 и Акустрон основан на эффекте Доплера для волн, распространяющихся в среде (газ, жидкость). Эффект Доплера заключается в следующем: если приемник и (или) передатчик движутся относительно среды распространения сигнала номинальной частоты f , то частота сигнала воспринимаемого приемником будет отличатся от частоты сигнала генерируемого передатчиком на величину f, которая зависит от скорости перемещения приемника и (или) передатчика сигнала и направления перемещения (отдаление или сближение).

Датчик ультразвуковых расходомеров представляет собой два пьезоэлектрических преобразователя (ППЭ) расположенных на противоположных стенках трубы с измеряемой средой и направленных навстречу друг другу. Первый датчик формирует сигнал, совпадающий с направлением движения среды – ППЭ по потоку, второй датчик соответственно против направления движения среды – ППЭ против потока. В момент генерации импульса ППЭ по потоку амплитудой 60В второй датчик подключается схемой управления на приемный тракт измерительной схемы. Время прохождения ультразвукового импульса по потоку фиксируется. Соответственно, в момент генерации импульса ППЭ против потока первый датчик коммутируется на приемный тракт измерительной схемы и время прохождения ультразвукового импульса против потока также фиксируется. Разница времени прохождения ультразвуковых импульсов по потоку и против потока – измеренная искомая задержка, определяющая скорость перемещения среды в трубопроводе. При известных остальных параметрах легко определить текущий расход.

Электромагнитные расходомеры

Таким образом, измеряемая разность потенциалов Е прямо пропорциональна объёмному расходу Q0. Для учёта краевых эффектов, вызываемых неоднородностью магнитного поля и шунтирующим действием трубы, уравнение умножается на поправочные коэффициенты kм и kи, обычно весьма близкие к единице.

Достоинства электромагнитных расходомеров: независимость показаний от вязкости и плотности измеряемого вещества, возможность применения в трубах любого диаметра, отсутствие потери давления, линейность шкалы, необходимость в меньших длинах прямых участков труб, высокое быстродействие, возможность измерения агрессивных, абразивных и вязких жидкостей. Но электромагнитные расходомеры неприменимы для измерения расхода газа и пара, а также жидкостей диэлектриков, таких, как спирты и нефтепродукты. Они пригодны для измерения расхода жидкости, у которых удельная электрическая проводимость не менее 10-3 См/м.

Гидростатический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении манометром или напоромером гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты её уровня.

Уровнемеры этого вида обычно используют для измерения неагрессивных, незагрязнённых жидкостей, находящихся под атмосферным давлением.

Для измерения уровней агрессивных сред используют специальные разделительные устройства.

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

Общие сведения о приборах измерения давления.

Жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления давлением соответствующего столба жидкости;

Деформационные, измеряющие давление по величине деформации различных упругих элементов или по развиваемой силе;

Грузопоршневые, в которых измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень;

Электрические, основанные или на преобразовании давления в одну из электрических величин, или на изменении электрических свойств материала под действием давления;

По роду измеряемой величины:

Манометры – приборы для измерения абс. И изб. давления.

Вакуумметры – для измерения вакуума.

Мановакуумметры – изб. и вакуума.

Дифманометры – для измерения разности 2 давлений, ни одно из которых не является давлением окружающей среды.

Барометры – атм.воздуха.

Напоромеры – малых избыточных давлений.

Тягомеры – малых разрежений.

Тягонапоромеры – малых давлений и разрежений.

Турбинный расходомер.

Предназначен для измерения объемного расхода и учета объемного количества, н-р газа. Он основан на принципе вращения натекающим потоком газа измерительной крыльчатки. Угловая скорость крыльчатки преобразуется в электрические импульсные сигналы, частота следования которых пропорциональна объемному расходу.

Магнитоиндукционный расходомер.

Согласно закону Эл.магн.индукции Фарадея в помещенном в магнитное поле движущемся проводнике индуцируется напряжение. При измерениях, основанных на принципе Эл.магн.индукции, роль проводника играет движущаяся среда. Величина индуцированного напряжения пропорциональна скорости потока, при этом соответствующий сигнал через 2 измерительных электрода подается на измерительный усилитель. Исходя из поперечного сечения трубопровода рассчитывается объемный расход среды. Постоянное магнитное поле генерируется постоянным током с переменной полярностью. В сочетании с запатентованным «интегрирующим контуром автоматической коррекции 0» это обеспечивает стабильность 0-ой точки, независимость результатов измерений от характеристик среды и нечувствительность по отношению к содержащимся в контролируемой среде твердым частицам.

UE=B*L*V (индуцированное напряжение = Эл.магн.индукция (магнитное поле) * расстояние м/у электродами * скорость потока).

Байпасные указатели уровня

Состоит из поплавковой камеры в виде трубы из нержавеющей стали, установленной сбоку резервуара в виде сообщающегося сосуда и присоединяемого 2 соединениями.

Благодаря этому принципу уровень в трубе соответствует уровню в резервуаре. Установленный в поплавковой камере цилиндрический поплавок сос встроенной магнитной системой бесконтактно передает уровень жидкости на магнитный роликовый указатель уровня, смонтированный вне трубы. В этом указателе на расстоянии 10 мм друг от друга установлены красно-белые пластмассовые или керамические ролики со вложенными стержневыми магнитами. При помощи фокусированного магнитного поля в цилиндрическом поплавке магнитные ролики поворачиваются на 180 гр. В соответствии с изменяющимся уровнем.

При повышении с белого на красный и наоборот.

Поверочная схема для датчиков давления.

Нормативный документ, устанавливающий соподчинение СИ, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим СИ (с указанием методов и погрешности при передаче).

Реле давления. Принцип действия основан на передаче упругой деформации чувствительного элемента на коммутирующее устройство при воздействии давления или разрежения контролируемой среды на чувствительный элемент. Контролируемая среда через штуцер воздействует на чувствительный элемент, который перемещает магнит, действующий своим магнитным полем на контакты геркона, замыкая или размыкая эл.цепь.

Вихревой расходомер.

Датчик состоит из чувствительного элемента: призмы, расположенной перпендикулярно потоку и сенсоров (излучатель-приемник).

В трубопроводе размещается чувствительный элемент, при протекании среды вдоль чувствительного элемента в потоке индуцируются вихри, число которых пропорционально расходу (при калибровке по определенному веществу). Для подсчета вихрей в генераторе основных импульсов индуцируются импульсы определенной частоты. Они приводят в действие пьезоизлучатели, которые начинают испускать сигнал. Сигнал улавливает пьезоприемник и направляет в фазовый детектор, который в свою очередь сравнивает сигналы от блока и в случае присутствия разности он формирует сигнал с блока выходных сигналов.