1081

Для уравновешенного моста справедливо уравнение

Соединительные провода выполняются одинаковым сечением, следовательно, r2 = r3 = r, тогда

При выполнении условия R2 R4 влияние изменения сопротивления соединительных проводов на результат измерения будет исключено.

Условие равновесия моста выполняется при R1 = R3, откуда следует, что уравновешивание моста достигается регулировкой R3 или введением регулировочного сопротивления в первое плечо моста и выбором его значения так, чтобы оно компенсировало изменение R1. Предпочтение отдают второму способу.

6.4.6.3. Четырехпроводная схема подключения

211

водов r1 и r4, а также изменение сопротивления R не влияют на ток I0. Если для измерения напряжения Uвых использовать вольтметр с высоким входным сопротивлением, то в измерительной цепи ток отсутствует и сопротивления проводов r2 и r3 также не влияют на результат измерения. Так обеспечивается практически полное исключение погрешностей, вызванных нестабильностью сопротивлений проводов соединительной линии, а напряжение Uвых определяется простым соотношением Uвых = I0R .

6.5. ДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Динамическая характеристика термоэлектрических термометров в общем виде описывается передаточной функцией

и время запаздывания соответственно.

Значения постоянной времени Т и транспортного запаздывания зависят от конструктивных размеров и используемых материалов защитного чехла. Для выпускаемых в настоящее время термо-

Динамическая характеристика термометров сопротивления может быть представлена передаточной функцией вида

Значения T и зависят от размеров защитного чехла и его материала, теплоемкости элементов, находящихся в чехле, а также от условий теплообмена. Так, при скачкообразном нагреве от 30 до 100 °С

212

в баке с водой для термопреобразователя со стальным чехлом = 8 с и T = 120 с, а с латунным чехлом = 3 с и T = 33 с.

6.6.ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

6.6.1.Преобразователи термоэлектрические ТХА «Метран-201» и ТХК «Метран-202»

Преобразователи внесены в Госреестр средств измерений. Назначение: преобразователи термоэлектрические ТХА «Мет-

ран-201» и ТХК «Метран-202» предназначены для измерения температуры жидких и газообразных сред.

Преобразователи имеют разборную конструкцию, состоящую из внутреннего чувствительного элемента, изготовленного на базе кабеля типа КТМС-ХА (ХК) или КТМСп-ХА ТУ 16-505.757-75.

Количество чувствительных элементов – 1 или 2.

НСХ: К – для ТХА «Метран-201», L – для ТХК «Метран-202». Класс допуска: 2 по ГОСТ Р 8.585.

Диапазон измеряемых температур:

–40…600 °С – для ТХК «Метран-202-01…06», –40…800 °С, –40…1000 °С – для ТХА «Метран-201-01…06».

Рабочий спай: изолированный.

Стандартный ряд монтажных длин от 60 до 3150 мм.

6.6.2. Термопреобразователи сопротивления медные взрывозащищенные ТСМ «Метран-253» (50М)

и ТСМ «Метран-254» (100М)

Внесены в Госреестр средств измерений. Свидетельство о взрывозащищенности электрооборудования № 01.130.

Назначение: для измерения температуры жидких и газообразных сред во взрывоопасных зонах и помещениях.

Класс допуска: В или С. Количество чувствительных элементов – 1.

213

Схема соединений: 2-, 3-, 4-проводная. Диапазон измеряемых температур:

–50…150 °С (для класса допуска В); –50…180 °С (для класса допуска С).

Степень защиты корпуса соединительной головки от воздействия пыли и воды IP65 по ГОСТ 14254.

Стандартный ряд длин – от 60 до 2000 мм.

6.6.3. Термопреобразователи сопротивления платиновые ТСП «Метран-245»; «Метран-246»

Внесены в Госреестр средств измерений.

Назначение: для измерения температуры малогабаритных подшипников и поверхности твердых тел.

Количество чувствительных элементов – 1. НСХ: 50П, 100П ТСП «Метран-245»;

Pt50, Pt100 ТСП «Метран-246».

Класс допуска:

В – для ТСП «Метран-245» (50П) -01, С – для ТСП «Метран-245» (50П) -02, -03, -04.

Схема соединений: 4-проводная.

Диапазон измеряемых температур: –50…120 C. Стандартный ряд монтажных длин – 60…500 мм.

6.6.4. Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом ТХАУ «Метран-271», ТСМУ «Метран-274», ТСПУ «Метран-276»

Внесены в Госреестр средств измерений. Имеют свидетельство о взрывозащищенности электрооборудования. Термопреобразователи ТХАУ «Метран-271-Ех», ТСМУ «Метран-274-Ех», ТСПУ «Метран-276-Ех» могут применяться во взрывоопасных зонах, в которых возможно образование взрывоопасных смесей газов, паров, горючих жидкостей.

Предназначены для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред.

214

Диапазон преобразуемых температур:

ТХАУ «Метран-271»: 0…600, 0…800, 0…900, 400…900, 0..1000 °С, ТСМУ «Метран-274»: –50…50, 0…50, 0…100, 0…150, 0…180 °С, ТСПУ «Метран-276»: –50…50, 0…100, 0…200, 0…300, 0…400,

0…500.

Выходной сигнал: 0…5; 4…20 мА.

Степень защиты термопреобразователя от воздействия пыли и воды IP65 по ГОСТ 14254. Напряжение питания – от 18 до 42 В постоянного тока. Стандартный ряд монтажных длин – 80…3150 мм.

6.6.5. Термопреобразователи микропроцессорные ТХАУ «Метран-271МП», ТСМУ «Метран-274МП», ТСПУ «Метран-276МП»

Внесены в Госреестр средств измерений. Имеют свидетельство о взрывозащищенности электрооборудования. Термопреобразователи микропроцессорные предназначены для измерения температуры жидких и газообразных сред.

Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика микропроцессорный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

Функциональные возможности микропроцессорного преобразователя (МП) позволяют осуществлять:

–перенастройку диапазона преобразуемых температур;

–детектирование обрыва или короткого замыкания первичного преобразователя температуры;

–самодиагностику;

–линеаризацию номинальной статической характеристики чувствительного элемента;

–перенастройку номинальной статической характеристики в случае замены чувствительного элемента на другой тип;

215

–калибровку датчика под индивидуальную статическую характеристику чувствительного элемента по 2…8 температурным точкам для повышения его точности;

–выбор времени демпфирования измеряемого сигнала;

–автоматическую компенсацию изменения температуры холодных спаев термоэлектрического преобразователя.

МП защищен от электромагнитных помех. Перенастройка, калибровка и выбор времени демпфирования осуществляются с помощью конфигуратора «Метран-671», состоящего из специализированного модема (RS232 / 4–20 мА), подключаемого к персональному компьютеру, и программного обеспечения M-Master.

Программа M-Master позволяет осуществлять следующие операции:

–считывание и отображение информации о датчике (тип датчика, серийный номер), а также изменение пользовательской информации;

–считывание переменных процесса (текущее значение температуры, процент диапазона измерений, выходной сигнал в мА, верхний

инижний пределы измерений);

–конфигурирование и настройку датчика;

–настройку и калибровку выходного токового сигнала;

–настройку и калибровку параметров чувствительного элемента;

–получение данных для дополнительной компенсации и введение дополнительной компенсации для повышения точности датчика;

–диагностику датчика.

Диапазоны преобразуемых температур:

ТХАУ «Метран-271МП»: 0÷1000 °С; ТСМУ «Метран-274МП»: –50÷180 °С; ТСПУ «Метран-276МП»: –50÷500 °С.

Выходной сигнал: 4÷20 (20÷4) мА Напряжение питания: от 12 до 42 В постоянного тока. Стандарт-

ный ряд монтажных длин – 60÷3250 мм.

216

6.6.6. Интеллектуальные преобразователи температуры «Метран-281», «Метран-286»

Внесены в Госреестр средств измерений.

Назначение Интеллектуальные преобразователи температуры (ИПТ) «Метран-280»: «Метран-281», «Метран-286» предназначены для точных измерений температуры нейтральных и агрессивных сред.

Сигнал первичного преобразователя температуры преобразуется в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4…20 мА с наложенным на него цифровым сигналом HART версии 5 с физическим интерфейсом Веll-202 с помощью электронного модуля, встроенного в корпус первичного преобразователя.

Для передачи сигнала на расстояние используются двухпроводные токовые линии.

Коммуникационный протокол HART обеспечивает двухсторонний обмен информацией между «Метран-280» и управляющими устройствами:

–ручным портативным HART-коммуникатором «Метран-650»;

–компьютером, оснащенным HART-модемом «Метран-681» и прог-

раммой H-Master;

–любым средством управления HART полевыми устройствами, например, коммуникатором 375.

Управление ИПТ осуществляется дистанционно, при этом обеспечивается настройка датчика:

–выбор его основных параметров;

–перенастройка диапазонов измерений;

–запрос информации о самом ИПТ (типе, модели, серийном номере, максимальном и минимальном диапазонах измерений, фактическом диапазоне измерений).

В «Метран-280» реализованы три единицы измерения температуры:

–градусы Цельсия, °С;

–градусы Кельвина, К;

–градусы Фаренгейта, F.

Электронный модуль (ЭМ) осуществляет:

217

–контроль перенастройки диапазонов измерений температуры

сучетом минимальной разницы между верхним и нижним значениями диапазона:

–100 °С – для «Метран-281»;

–50 °С – для «Метран-286»;

–детектирование обрыва или короткого замыкания первичного преобразователя температуры (ППТ);

–самодиагностику состояния ИПТ;

–линеаризацию НСХ чувствительного элемента первичного преобразователя температуры;

–автокомпенсацию изменения термоЭДС от изменения температуры холодных спаев чувствительного элемента первичного преобразователя температуры.

HART-протокол позволяет получить более подробную диагностическую информацию о неисправности конкретного компонента.

В «Метран-280» реализован режим защиты настроек датчика от несанкционированного доступа.

В многоточечном режиме датчик «Метран-280» работает в режиме только с цифровым выходом. Аналоговый выход автоматически устанавливается в 4 мА и не зависит от значения входной температуры. Информация о температуре считывается по HART-протоколу. К одной паре проводов может быть подключено до 15 датчиков. Каждый датчик в многоточечном режиме имеет свой уникальный адрес от 1 до 15.

Установка многоточечного режима не рекомендуется в случае, если требуется искробезопасность.

Диапазон измеряемых температур: «Метран-281»: от – 40 до 1000 °С; «Метран-286»: от – 50 до 500 °С.

Питание – от 18 до 42 В постоянного тока. Стандартный ряд монтажных длин – от 80 до 3150 мм.

218

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Сравните по точностным показателям и диапазону применения средства измерения температуры.

2.Какие средства измерения температуры являются эталонными для градуировки рабочих средств измерений по Международной практической температурной шкале?

3.Достоинства и недостатки:

–ртутных стеклянных термометров;

–манометрических термометров;

–термопар;

–термосопротивлений.

4.Как учесть температуру холодного спая термоэлектрического термометра?

5.Какие термопары самые распространенные и почему?

6.Назначение термоэлектродных проводов.

7.Сферы применения медных, платиновых, полупроводниковых термосопротивлений.

8.В каких случаях применять двухпроводную, трехпроводную, четырехпроводную схемы подсоединения термосопротивлений?

9.Как определить динамическую характеристику термоэлектрических и терморезисторных термометров?

10.Назовите фирмы, выпускающие промышленные средства измерения температуры.

11.Какие тенденции развития средств измерения температуры для современных микропроцессорных систем автоматизации?

219

7. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

Давление можно отнести ко второму, часто используемому параметру после температуры.

Контроль давления используется при протекании большинства технологических процессов в тепловой и атомной энергетике, металлургии, химии.

Давление определяется нормально распределенной силой, действующей со стороны одного тела на единицу поверхности другого.

Если действующая среда – жидкость или газ, то давление является одним из основных параметров состояния, характеризуя внутреннюю энергию среды.

При контроле технологических процессов и при проведении научных исследований в большинстве случаев приходится иметь дело с измерением избыточного и вакуумметрического давлений, а также с измерением разности давлений.

Под термином «абсолютное давление» подразумевается полное давление, под которым находится жидкость, газ или пар. Оно равно сумме давлений избыточного pи и атмосферного pа,

p pи pа .

Из этого уравнения

pи p pа ,

т.е. избыточное давление равно разности между абсолютным давлением, большим атмосферного, и атмосферным давлением.

Под термином «вакуумметрическое давление» (разрежение или вакуум) подразумевается разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением, меньшим атмосферного,

pв pа p .

Единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па), который равен давлению, создаваемому силой в один ньютон, дейст-

220