Выходным параметром сенсора является частота, которая за висит от деформации кристалла, вызванной приложенным дав лением.
Цифровой принцип нового датчика, использующего частоту в качестве полезного сигнала, обеспечивает лучшую воспроизво димость и стабильность, чем аналоговые, и имеет существенный «иммунитет» к вибрациям, температуре, статическому давлению и перегрузке.
Электронная часть построена на основе микропроцессора и со стоит из трех моноблоков: сенсорного модуля; вычислителя; жид кокристаллического индикатора (по заказу).
Все блоки универсальны и при замене не требуют настройки. Электронный блок вычислителя совместим со всеми типами дат чиков. Индикатор поставляется по заказу и может поворачиваться на 90° либо 180° для удобства считывания показаний.
Механическая часть датчика состоит из двух основных час тей: фланцев; корпуса электронной части.
Фланцы выполнены так, что при необходимости пользователь может изменить стороны присоединения импульсных трубок, т. е. аппаратным образом изменить сторону высокого и низкого давления (изменение сторон высокого и низкого давления также может быть произведено программным способом).
Для удобства обслуживания прибора корпус может поворачи ваться на 90° либо 180°. В комплект поставки, по отдельному заказу, включают вентильный блок; монтажный кронштейн.
Монокристаллический сенсор содержит два резонатора. Под дей ствием цепи возбуждения резонаторы находятся в состоянии по стоянной генерации частоты, которая детектируется в вычисли теле.
Высокое и низкое давление от измеряемого объекта через раз делительные мембраны и масляный наполнитель прикладывает ся к чувствительному элементу, деформация которого вызывает изменение собственных частот резонаторов. Сенсор сконструиро ван так, что при деформации частоты резонаторов изменяются в разные стороны, а от влияния паразитных факторов (темпера тура, статическое давление и т. п.) в одну. Таким образом, раз ность частот двух резонаторов пропорциональна приложенному давлению.
Вычислитель преобразует разность частот в аналоговый сиг нал от 4 до 20 мА.
Конструктивные преимущества: базовые модели датчика име ют исполнения разделительных мембран из Hastelloy, а другие части конструкции, вступающие в контакт с изеряемой средой, из нержавеющей стали (по заказу возможны другие материалы), что обеспечивает высокую коррозионную стойкость прибора и его дли тельную эксплуатацию.
Индикатор, поставляемый по отдельному заказу, обеспечивает работу в температурном диапазоне “ 30...4*80 °С.
227
15*
Функциональные преимущества: широкий динамический ди апазон; возможность цифровой коммуникации; широкие возмож ности конфигурирования; встроенная самодиагностика, упроща ющая поиск неисправностей; модульная конструкция; высокая временная стабильность и низкая зависимость от влияющих фак торов.
Датчик используют в тепловых сетях как в летний, так и зим ний периоды благодаря перестройке диапазонов, высокому клас су точности и стабильности нуля. Так, класс точности для модели EJA 110±0,1 % (для других ±0,07 %). Диапазон перенастройки 100 : 1. Капсула М настроена на перепады от 1 до 100 кПа, L — от 0,5 до 10 кПа, Е — от 0,1 до 1 кПа, Н — от 5 до 500 кПа.
Дополнительная погрешность от изменения температуры воз духа ±0,09 % . Стабильность 0,1 % — в течение 24 месяцев.
Вне сомнений, что такие дифманометры перспективны для ис пользования во всяких расходомерах переменного перепада дав ления. Они эффективно применяются в тепловых сетях г. Хабаров ска [13]. Дипазон по расходу у них 32 : 1.
Краткое техническое описание дифманометров EJA дано выше. Для сравнения данные дифманометров «Сапфир», выпускаемых заводом «Манометр» (г. Москва), приведены в п. 9.5, а комплекс ный датчик «Гиперфлоу-ЗП», изготовленный НПФ «Вымпел» (г. Саратов), описан далее.
Рис. 96. Блок-схема датчика расхода модели 3095MV «Роземаунт»
228
Наряду с микроЭВМ, вычисляю щими расход с применением раз личных сужающих устройств, ши роко используют микроЭВМ вмес те с напорными, в том числе осредняющими трубками (см. гл. 5).
Датчик расхода модели 3095MV функционально делится на модуль сенсора и модуль электроники (рис. 96).
Многопараметрический модуль сенсора датчика расхода одновре менно измеряет три технологичес ких параметра и включает в себя высокоточные емкостный сенсор для измерений перепада давлений и пьезоресистивный сенсор для из мерений абсолютного давления; кроме того, имеется вход для под ключения четырехпроводного тер мосопротивления при измерении
температуры процесса. Микропроцессор, расположенный в моду ле сенсора, обеспечивает линеаризацию и коррекцию показаний сенсоров.
Модуль электроники воспринимает от модуля сенсора три скор ректированные цифровые переменные процесса и с помощью соб ственного микропроцессора проводит вычисление расхода, ском пенсированного по давлению и температуре. На выходе модуля формируется сигнал 4-20 мА, который можно использовать с тра диционными приборами. Кроме того, модуль электроники обес печивает также коммуникацию по HART-протоколу с програм мой Engineering Assistant, установленном на персональном ком пьютере HART-коммуникатором или другим устройством HART путем наложения цифрового сигнала на токовый 4-20 мА.
Диапазоны измерений перепада давления:
Код диапазона..................................... |
2 |
3 |
Верхние границы пределов диапазо |
0,62-62,2 (1 : 100) |
2,48-206 (1 : 83) |
на измерений (ВГД), кПа................. |
||
Пределы измерений сенсора, кПа. . . |
-62,2-62,2 |
-206-206 |
Предел основной преведенной по |
±0,075 для шкал от 1 : 1 до 10 : 1 от ВГД |
|
грешности, % ....................................... |
||
Стабильность, % .................................. |
±0,1 от ВГД за 12 мес. |
|
Кроме вычисления формул расхода при измерениях методом переменного перепада давления микроЭВМ используют для сбора и обработки информации от многих расходомеров с далеко распо ложенными друг от друга диафрагмами. «Гиперфлоу-ЗП» (рис. 97) позволяет по двухпроводной линии связи до 1 км обеспечивать
229
питание до 10 комплексных датчиков (перепада давления, давле ния и температуры в каждом) и по этой же линии получать ин формацию о параметрах газа, воды и пара вычислять расход и объем,
«Гиперфлоу-ЗП» имеет встроенную регулировку нуля первич ных преобразователей, самодиагностику, автоматическую настрой ку пределов измерения и цифровую индикацию параметров. От носительная погрешность в диапазоне температур газа от -30 до +50 °С составляет 0,5 % в диапазоне расходов 1 0 :1 . Перепад давления до 0,25 МПа, давление до 16 МПа.
Цифровой выход микропроцессора реализует M-BUS прото кол, внешний источник питания его от 24 до 36 В постоянного тока, встроенный источник питания на 1,5 года работы. Вторич ный блок обрабатывает информацию и осуществляет связь с уда ленной головной ЭВМ.
Г л а в а 10
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ
10.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Компенсационными называются дифманометры, у которых пе ремещение чувствительного элемента воздействует на релейно-кон тактное или усилительное устройство, управляющее посторонним источником энергии; этот источник создает противодействующую силу, уравновешивающую усилие от измеряемого перепада давле ния. В результате чувствительный элемент дифманометра во всем диапазоне измерения почти не меняет своего местоположения.
По роду уравновешивающих сил различают дифманометры с компенсацией: пружинной, грузовой, пневматической и электри ческой.
По способу управления постоянным источником энергии ком пенсационные дифманометры разделяют на две группы. В пер вой из них контактно-релейное или усилительное устройство при переходе порога чувствительности включает двигатель, изменяю щий противодействующую силу (натяг пружины, плечо груза) до тех пор, пока она не уравновесит усилие от перепада давления. При этом подвижная система в состоянии компенсации возвра щается в исходное нулевое положение (в пределах зоны нечув ствительности). В другой группе с помощью усилителя создается противодействующая сила, которая зависит от измерительного перемещения чувствительного элемента и связанной с ним под вижной системы прибора. Эта зависимость обычно пропорциональ на Ар или у]Ар . Следовательно, здесь чувствительный элемент и подвижная система в состоянии компенсации не возвращаются в исходное нулевое положение. Но у всех этих приборов отклонение от нулевого положения ничтожно мало, так как полное измери тельное перемещение обычно меньше 1 мм. К первой группе отно сятся компенсационные дифманометры преимущественно с пру жинным и грузовым, а ко второй с пневматическим и электричес ким уравновешиванием.
Благодаря очень малому измерительному перемещению ком пенсационные дифманометры имеют много достоинств. Важней шие из них — быстродействие и существенное уменьшение вли яния упругих свойств чувствительных элементов (мембран, силь фонов) на точность измерения. Кроме того, отпадает необходи мость в сальниковом уплотнении выводного рычага, которое мож но заменить гибким сильфоном или мембраной. Одновременно можно исключить трение в подшипниках, заменив их ленточны ми крестообразными подвесами. Все это благоприятно отражает ся на точности данных дифманометров, приведенная погрешность
231