Первичные преобразователи (датчики)

4 ВВЕДЕНИЕ.docx

Современное промышленное и сельскохозяйственное производство характеризуется большим многообразием технологических процессов. Для их осуществления были созданы тысячи самых разнообразных машин и механизмов.
Технологический процесс – это материальная база любого производства. Поэтому управляемость процессов и внедрение автоматизированных систем управления ими является одним из основных средств повышения производительности качества продукции и рентабельности производства. Прогрессивным явлением при создании средств управления и автоматизации технологических процессов является разработка и выпуск современных средств автоматизации в построении как локальных систем регулирования так и в создании современных развитых информационно-вычислительных и управляющих систем.
К техническим средствам автоматизации относятся все устройства входящие в систему контроля и управления предназначенные для получения информации ее передачи хранения и преобразования а также для осуществления управляющих и регулирующих воздействий на технологический объект управления.
В курсовом проекте рассматривается возможность измерения активной мощности потребляемой приводом дробилки. Технологическим процессом является дробление. Объектом управления выступает дробилка. Для решения данной задачи необходимо рассмотреть известные методы измерения технологического параметра; изучить формулы поясняющие сущность эффекта явления положенного в основу метода измерения. На основе выше перечисленного дать предварительную оценку возможности применения измерительного преобразователя (датчика) в заданных условиях. Далее рассмотрен анализ и выбор ветви ГСП к которой принадлежит принимаемый в проекте измерительный преобразователь.
Датчик входит в состав системы автоматического регулирования (рис.1) включающие в себя объект регулирования – ОР (или регулируемый участок) измерительный преобразователь – ИП (датчик) вторичный прибор – ВП элемент сравнения – ЭС задающее устройство - З автоматическое регулирующее устройство (регулятор – Р) исполнительный механизм – ИМ регулирующий орган – РО.
Рисунок 1. Типовая структурная схема САР
В соответствии с базовыми характеристиками для конкретных условий эксплуатацией выбран тип датчика ДИМ-2. В курсовом проекте также приведены конструкция и монтаж датчика техническая характеристика градуировка и методика поверки выбранного датчика. В заключении обобщен результат проделанной работы подтвержден факт соответствия выбранного датчика.
Благодаря автоматизированным системам управления человек освобождается от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке регулировке обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием.
Также происходит уменьшение численности обслуживающего персонала повышается надежность и долговечность машин увеличивается экономия материалов улучшаются условия труда и техники безопасности.
Основное направление в области автоматизации металлургического производства – создание и внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами на основе широкого применения современной вычислительной техники.

11 Заключение.docx

Выбор датчиков технологических параметров определяется физической природой параметра при этом анализируются технические характеристики и возможности всего ряда датчиков пригодных для измерения регулируемой величины.
При анализе в процессе выбора датчика в первую очередь учитывались характеристики окружающей среды (температура запыленность вибрация) в которых придется работать прибору. Условия окружающей среды влияют на исполнение датчика (искробезопасное тропическое и т.д.).
Диапазон действия датчика выбирался с учетом минимальных и максимальных длительных значений контролируемой величины. Необходимо было учитывать что необоснованно завышенный диапазон действия датчика снижает точность контроля.
Погрешность датчика не должна превышать допустимой погрешности контроля регулируемой величины которая определяется технологией производства и погрешностью регулирования по выбранному каналу управления.
Датчик выбирался с учетом передачи сигнала в последующие элементы автоматической системы управления. Это значит что выходной сигнал датчика должен соответствовать сигналу связи принятому в проектируемой автоматической системе управления.
При выборе датчика определялась возможность обеспечения условий для нормальной работы и реализации его паспортных параметров в предполагаемом месте установки.
При выборе датчика немаловажное значение уделялось его механической прочности и стоимости.
Список используемой литературы.
Стригин И.А и др. Основы металлургии т.VI. Средства и системы автоматического контроля и управления в цветной металлургии. М.: Металлургия 1973.
Троп А.Е. Козин В.З. Прокофьев Е.В. Автоматическое управление технологическими процессами обогатительных фабрик. М.: Недра 1986.
Каминский М.Л. Монтаж приборов контроля и аппаратуры автоматического регулирования и управления. М.: Высшая школа 1974.
Клюев А.С. Пин Л.М. и др. Наладка средств измерений и систем технологического контроля. М.: Энергоатомиздат 1990.
Емельянов А.И. Емельянов В.А. Калинина С.А. Практические расчеты в автоматике. М.: Машиностроение 1967.

9 Техническая характеристика, выбранного средства измерения.docx

7. Техническая характеристика датчика щелочности.
Наименование характеризуемого параметра
Значение измеряемого параметра единицы измерения
Активная мощность кВт
Погрешность измерения
Характеристика окружающей среды:
Межповерочный интервал
Потребляемая мощность
Сопротивление нагрузки

5 Анализ методов и средств измерения технологического параметра.docx

3. Анализ методов и средств измерения технологического параметра (физической величины).
Рассмотрим принцип измерения активной мощности двухполюсника и трехфазного приемника.
Выражение __ определяет активную мощность двухполюсника и источника
которая зависит от действующих значений напряжения и тока а также cos - коэффициента мощности.
Активную мощность двухполюсника можно измерить ваттметром (рисунок 2). Ваттметр имеет две измерительных цепи одна из которых включается последовательно с двухполюсником и ее ток равен току двухполюсника а вторая– параллельно с двухполюсником и напряжение на ней равно напряжению двухполюсника. Чтобы правильно учесть значение угла сдвига фаз между напряжением и током двухполюсника измерительные цепи должны быть включены аналогично относительно положительных направлений тока и напряжения. Поэтому один вывод каждой измерительной цепи имеет отличительное обозначение (звездочка).
Рисунок 2. Измерение мощности двухполюсника.
В трехфазной цепи при симметричной нагрузке мощности всех фаз приемника одинаковы а мощность приемника равна утроенному значению мощности одной фазы (формула 3.2).
Один из методов измерения активной мощности основан на эффекте Холла.
Эффект Холла возникает в пластине с током помещенной в магнитное поле и выражается в смещении носителей электричества к краям пластины между которыми возникает э.д.с. Холла. Обычно длина пластины значительно превышает ее ширину а ширина – толщину пластины. Практическое применение нашли датчики Холла с пластинами из полупроводниковых материалов. В них происходит смещение электронов на один край пластины и смещение дырок (под ними условно понимают положительно заряженные частицы с зарядом равным заряду электрона) – на другой.
Где I и В – ток в пластине и индукция магнитного поля α – угол между направлением вектора индукции и прямой соединяющей точки а и с на краях пластины (рисунок 3) град; - толщина пластины м; Кх – постоянная Холла м3Кл.
Рисунок 3. Эффект Холла.
С учетом неравномерного распределения тепловой скорости движения зарядов в полупроводниках постоянная Холла
где Кнос – подвижность носителей электричества (скорость при единичном градиенте напряжения).
Удельное электрическое сопротивление материала где е – заряд электрона; т – концентрация носителей электричества (в единице объема).
Искажения в величине э.д.с. Холла и погрешности датчика возникают с появлением термо-э.д.с. и гальванических э.д.с. в местах соединения металлических выводов с полупроводниковыми материалами. Чтобы исключить появление э.д.с. Холла при нулевом внешнем сигнале (В=0) необходимо расположить выводные электроды по краям пластины на одном Эквипотенциальном уровне. Колебания температуры вызывают изменения постоянной Холла удельного электрического сопротивления и размеров пластины. Для компенсации погрешности возникающей вследствие этих факторов применяют специальные схемы.
При использовании датчиков Холла изменяемыми величинами связанными с контролируемым параметром являются ток I в пластине индукция В или напряженность магнитного поля и угол наклона α пластины. Выходная величина – Э.д.с. Холла – измеряется на двух электродах. Два других электрода предназначены для полсоединения цепи тока. Т.о. датчики Холла применяются для контроля индукции или напряженности магнитного поля. Они могут быть и датчиками тока если индукция магнитного поля будет неизменной. Учитывая взаимосвязь между током и напряжением легко осуществить датчик напряжения на основе датчика Холла.
Если создать такой электромагнит чтобы индукция магнитного поля в его воздушном зазоре была однозначно связана с напряжением на его обмотке то на основе датчика Холла можно выполнить датчик электрической мощности. Действительно если напряжение U и ток Iэ в обмотке электромагнита с сопротивлением R связаны соотношением Iэ=UR а намагничивающая сила катушки с числом витков w полностью компенсируется падением магнитного потенциала в воздушном зазоре длиной lвз (магнитного сопротивление стали равно нулю) то по закону полного тока Iэ w=H lвз.
Тогда индукция магнитного поля в зазоре будет пропорциональна напряжению на катушке электромагнита: В=0Н=0wU( lвзR). С учетом этой зависимости э.д.с.Холла
При α=const э.д.с. Холла оказывается пропорциональной электрической мощности контролируемой установки.
В общем случае на основе датчика Холла можно осуществить такое устройство в котором ток будет пропорционален некоторому контролируемому параметру Х т.е. I=К1Х а индукция магнитного поля пропорциональна другому параметру Y: т.е. B=K2Y. Тогда э.д.с. Холла пропорциональна произведению этих параметров:
В этом случае датчик Холла будет выполнять функции множительного элемента.
Датчик активный мощности основанный на эффекте Холла применим в качестве измерительного преобразователя в условиях указанных в задании курсового проекта.

2 АННОТАЦИЯ.docx

Курсовой проект на тему: «Первичные преобразователи (датчики)» состоит из пояснительной записки на 18 листах и графической части на листе формата А3.
Курсовой проект содержит пункты:
Анализ методов и средств измерения технологического параметра (физической величины).
Обоснование и выбор ветви ГСП.
Выбор датчика. Общие положения.
Конструкция монтаж датчика по месту эксплуатации и монтажный символ.
Техническая характеристика выбранного средства измерения.
Методика поверки датчика.
Графическая часть проекта выполнена:
Лист №1 «Структурная схема измерительного преобразователя».

6 ВЫБОР ВЕТВИ ГСП.docx

4. Обоснование и выбор ветви ГСП.
ГСП – государственная система промышленных приборов и средств автоматизации регламентируется единой системой стандартов приборостроения. Она включает след средства (приборы и устройства): получение информации дистанционная передача и телепередача информации обработки информации и выработки команд управления дистанционная передача и телепередача команд управления воздействие на управляемый процесс. В ГСП предусмотрена широкая стандартизация и унификация всех измерений на основе агрегатно-блочно-модульного принципа их построение из унифицированных элементов модулей бланков и узлов.
ГОСТ 26001-80. Предусмотрена также согласованность информационных энергетических материальных и конструктивных связей между приборами источниками питания энергией и вспомогательными материалами. На базе стандартизации и унификации 5 групп параметров: входных и выходных сигналов; источников энергии; вспомогательных материалов; присоединительных размеров (для соединения приборов друг с другом); габаритных размеров приборов.
Выбор ветви Государственной системы приборов и средств автоматизации (ГСП) производится на основании характеристики условий работы проектируемой автоматической системы регулирования (взрывоопасность пожароопасность влажность запыленность агрессивность среды и т.п.) эксплуатационной надежности элементов системы для условий работы в данной среде возможности реализации системы регулирования с минимальными затратами необходимого быстродействия протяженности каналов связи от датчика до исполнительного механизма и т. д. Кроме того необходимо учитывать род используемой энергии или принятый род энергии в проекте автоматизации данной фабрики.
Государственной системы приборов и средств автоматизации подразделяется на следующие ветви :
а) электрическую ветвь ГСП;
б) пневматическую ветвь ГСП;
в) гидравлическую ветвь ГСП.
Технические средства электрической ветви ГСП характеризуются высокой чувствительностью точностью значительным быстродействием возможностью передачи сигналов на большие расстояния высокой степенью унификации (схемной и конструктивной). Приборы электрической ветви обеспечивают возможность непосредственной связи с управляющими вычислительными машинами что очень важно при функционировании автоматической системы регулирования в составе АСУ ТП обогатительной фабрики. Электрическая ветвь ГСП непрерывно совершенствуется на базе новых схем и элементов что приводит к уменьшению габаритов и массы приборов расширению их функциональных возможностей повышению надежности и сокращению потребляемой энергии.
Технические средства пневматической ветви ГСП могут использоваться во взрывоопасных и агрессивных средах при наличии пыли влаги перегрузок. Структура ветви позволяет реализовать любые сложные системы контроля и регулирования. Недостатками приборов пневматической ветви являются ограниченная протяженность каналов связи малое быстродействие и необходимость установки средств сушки и очистки питающего воздуха.
Технические средства гидравлической ветви ГСП характеризуются возможностью получения значительных механических усилий с высокой точностью при небольших габаритах работы в тяжелых условиях получения простыми средствами плавного изменения регулирующего воздействия в широких диапазонах. Недостатками этих приборов являются ограниченность радиуса действия и необходимость специального источника энергии.
Рисунок 4. Иерархическая структура технических средств ГСП
На основании задания курсового проекта выбираем электрическую ветвь ГСП. Так как датчик активной мощности является первичным преобразователем (средством получения информации) следовательно выбираемый датчик в иерархической структуре технических средств ГСП занимает первый уровень.

К курсовому по ТСА на печать.dwg

Измеряемая физическая величина
Чувстви- тельный элемент
Промежу- точный преобра- зователь
Норми- рующий преобра- зователь
Структурная схема измерительного преобразователя (датчика) прямого преобразования.

7 Выбор датчика.docx

5. Выбор датчика. Общие положения.
Данный измерительный датчик предназначен для измерения значения активной мощности потребляемой приводом дробильного комплекса и преобразования результатов измерения в стандартный выходной унифицированный токовый сигнал.
Датчик измерения активной мощности ДИМ-10.
Предназначен для преобразования активной мощности потребляемой нагрузкой в цепях переменного тока частоты 50 Гц и постоянного тока в пропорциональный сигнал токового интерфейса 0-20 мА или 4-20мА гальванически изолированного от измерительных цепей. Датчики выпускаются на несколько диапазонов измеряемой активной мощности токов: 1кВт 2кВт 10 кВт 20 кВт 200 кВт. Они предназначены для работы в составе измерительных и управляющих систем.
Основные технические характеристики датчиков
ДИМ-10ДИМ-20 ДИМ-200
Диапазон измеряемых мощностей кВт
Основная приведенная погрешность %
Напряжение источника питания В
Диаметр отверстия под токовую шину мм
Габаритные размеры мм
Характеристика окружающей среды эксплуатации:
температура: от -30до +100
класс защиты: IP-64 .
Основные преимущества датчиков:
гальваническая развязка силовых цепей и цепей контроля;
минимальные габариты датчика энергопотребление и масса.
Рисунок 5.Структурная схема преобразователя.
Датчик ДИМ-2 не имеет дополнительных параметров «интеллекта».

3 СОДЕРЖАНИЕ.docx

Введение. Актуальность разрабатываемой темы цели и задачи проекта ..4
Анализ методов и средств измерения технологического параметра (физической величины) 6
Обоснование и выбор ветви ГСП 9
Выбор датчика. Общие положения 11
Конструкция монтаж датчика по месту эксплуатации и монтажный символ .12
Техническая характеристика выбранного средства измерения ..13
Методика поверки датчика .14

8 Конструкция, монтаж датчика по месту эксплуатации и монтажный символ..docx

6. Конструкция монтаж датчика по месту эксплуатации и монтажный символ.
Датчики ДИМ-10 используют внешний источник питания. Состоят из замкнутого магнитопровода с двумя зазорами в которых размещены датчики Холла и печатной платы на которой установлены элементы электронной схемы обработки сигнала.
Монтаж производится на токоведущую шину диаметром
30 40 мм. Особенности по монтажу не имеет.
Монтажный символ представлен на рисунке 6.

1 титульный.docx

«Технические средства автоматизации»
Руководитель проекта:

10 поверка.docx

8. Методика поверки датчика.
Поверку датчика проводят органы Государственной метрологической службы или другие уполномоченные органы организации имеющие право поверки. Требования к организации порядку проведения поверки и форма представления результатов поверки определяются ПР 50.2.006-94 «ГСИ. Поверка средств измерений. Организация и порядок проведения».
Перечень операций которые проводят при поверке исследуемого датчика приведен в таблице 3.
Наименование операции
Обязательность проведения при поверке
Проверка электрической прочности и сопротивления изоляции
Проверка погрешности преобразования сигналов силы постоянного тока
При периодической поверке выполняют только проверку сопротивления изоляции.
После ремонта или замены любого измерительного компонента датчика поверку канала выполняют по пунктам первичной поверки.
Как правило приборы поставляются с действующей первичной поверкой. В тех случаях когда по согласованию с Заказчиком производится поставка приборов бу или складского хранения по желанию Заказчика может быть произведена поверка поставляемых приборов региональными органами Госстандарта РФ за дополнительную плату. Межповерочный интервал составляет 12 месяцев.
При проверке погрешности первичного преобразователя (датчика) необходимо использовать эталонные ваттметры-счетчики электрической энергии трехфазные ЦЭ-7008 или им подобные. ЦЭ-7008 предназначен для поверки и регулировки однофазных и трехфазных средств измерений активной мощности и энергии класса точности 02 и менее точных трехфазных средств измерений реактивной мощности и энергии класса точности 05 и менее точных и средств измерений напряжения и силы переменного тока класса точности 05 и менее точных. Номинальные значения информативных параметров: напряжение фазное В 577; 230; напряжение линейное В 100; 400; сила тока 005; 025; 1; 5; 10; 50; коэффициент мощности 10 и -10. Погрешности ±005% (счетчики активной энергии); ±01% (счетчики реактивной энергии).
3 ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ПОВЕРИТЕЛЕЙ
К поверке датчика допускают лиц освоивших работу с первичными преобразователями и используемыми эталонами изучивших рекомендации аттестованных в соответствии с ПР 50.2.012-94 "ГСИ. Порядок аттестации поверителей средств измерений и имеющих достаточную квалификацию для выбора методики проверки погрешности выбора соответствующих эталонов.
4 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
При проведении поверки соблюдают требования безопасности предусмотренные "Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей" и "Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей" (изд. 3) ГОСТ 12.2.007.0-75 ГОСТ 12.1.019-79 ГОСТ 12.2.091-94 и требования безопасности указанные в технической документации на первичные преобразователи применяемые эталоны и вспомогательное оборудование.
Персонал проводящий поверку проходит инструктаж по технике безопасности на рабочем месте и имеет группу по технике электробезопасности не ниже 2-й.
5 УСЛОВИЯ ПОВЕРКИ И ПОДГОТОВКА К НЕЙ
5.1 Потребитель предъявляющий первичный преобразователь на поверку представляет (по требованию организации проводящей поверку) следующие документы:
- эксплуатационную документацию на первичный преобразователь;
- перечень датчиков подлежащих поверке;
- протокол предшествующей поверки;
- техническую документацию и свидетельства о поверке эталонов (в случае использования при поверке эталонов потребителя).
Примечание. При невозможности обеспечения нормальных условий поверку проводят в фактических условиях эксплуатации. Условия поверки на месте эксплуатации не должны выходить за пределы рабочих условий указанных в технической документации. В этом случае должны быть рассчитаны пределы допускаемых погрешностей для фактических условий поверки .
5.2 Перед началом поверки поверитель изучает документы указанные в п. 8.5.1 и правила техники безопасности.
6 ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ
При внешнем осмотре проверяют маркировку наличие необходимых надписей на корпусах первичных преобразователей комплектность состояние коммуникационных и энергетических линий связи (шин кабелей) отсутствие механических повреждений.
Не допускают к дальнейшей поверке первичные преобразователи у которых обнаружено неудовлетворительное крепление разъемов грубые механические повреждения наружных частей обугливание изоляции и прочие повреждения.
6.2 Проверка электрической прочности и сопротивления изоляции
Электрическую прочность и сопротивление изоляции проверяют в соответствии с ГОСТ 22261-94 и технической документацией первичного преобразователем (датчика).
6.3.1 Поверяемый первичный преобразователь (датчик) и эталоны после включения в сеть оставляют в течение времени указанного в эксплуатационной документации.
6.3.2 Опробование первичного преобразователя (датчика) проводят в соответствии с руководством по эксплуатации. Допускается совмещать опробование с процедурой проверки погрешности датчика.
6.4 Проверку погрешности
Структурная схема контроля погрешности приведена на рисунке 7.
Исследуемый измерительный датчик
Рисунок 7. Структурная схема контроля погрешности.
Измерительный контроль осуществляется путём определения точечных оценок контролируемых характеристик и последующего сравнения их с допускаемыми для характеристик значениями (границами).
Датчик признаётся годным если толерантные пределы погрешности и (или) границы доверительных интервалов для характеристик составляющих погрешности оказываются внутри заданных границ (пределов допускаемых значений) для контролируемых характеристик проверяемого датчика во всех проверяемых точках. В противном случае датчик бракуется.
7 ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ
7.1 При положительных результатах поверки оформляют свидетельство о поверке согласно ПР 50.2.006-94 "ГСИ. Поверка средств измерений. Организация и порядок проведения" и датчик допускают к эксплуатации.
7.2 При отрицательных результатах поверки свидетельство о предыдущей поверке аннулируют и выдают извещение о непригодности ПР 50.2.006-94.