1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Филиал БНТУ “Институт повышения квалификации и переподготовки кадров по новым направлениям развития техники, технологии и экономики БНТУ” Кафедра «Метрология и Энергетика» Куличенков В.П., Чепуркин А.А. Средства измерений и метрология в теплоэнергетике Учебно-методическое пособие для слушателей курсов повышения квалификации специализации Э-101 «Теплотехнические измерения и приборы» и студентов энергетического факультета БНТУ Электронный учебный материал Минск ◊ БНТУ ◊ 2014 2 УДК 621.311.4+621.316.37(075.8) ББК 31.278я7 Д75 Авторы: Куличенков В.П. ,Чепуркин А.А. Рецензенты: Карпович С.С., кандидат технических наук, зав. кафедрой “Новые материалы и технологии” ИПК и ПК БНТУ; Романенков В.Е., кандидат технических наук, доцент, вед. науч. сотр. кафедры “Новые материалы и технологии” ИПК и ПК БНТУ Учебно-методическое пособие предназначено для курсов повышения квалификации в ИПК и ПК БНТУ и может быть использовано специалистами предприятий ГПО “Белэнерго” и студентами энергетического факультета БНТУ. Белорусский национальный технический университет, пр-т Независимости, 65, г. Минск, Республика Беларусь Тел. 2964732 E-mail: rectorat@ipk.by Регистрационный номер № © Куличенков В.П., Чепуркин А.А. © БНТУ, 2014 3 СОДЕРЖАНИЕ Введение ……………………………………………………………….….4 1 Метрология. Основные понятия. Закон об единстве измерений в Республике Беларусь ………………………………………………….4 2 Измерение температуры ……………………………………………….15 3 Измерение давления ……………………………………………………42 4 Методы и средства измерений уровня жидкостей…………….………65 5 Измерение расхода………………………………………………………78 6 Калибраторы……………………………………………………………103 Список используемой литературы ……………………………………..152 4 ВВЕДЕНИЕ Важнейшими показателями современного научно-технического прогресса в энергетике являются значительная интенсификация технологических процессов, расширение номенклатуры теплоэнергетических установок для получения электрической и тепловой энергии, повышение производительности агрегатов и тесно связанное с ними развитие технических средств измерений и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). В процессе управления теплоэнергетическими установками с помощью АСУ ТП требуются значительные по количеству и разнообразию средства измерений, обеспечивающие выработку измерительной информации в форме, удобной для преобразования, дистанционной передачи, сбора и обработки локальными средствами измерений либо контроллерами АСУ ТП. Наличие разнообразных средств измерений требует целенаправленного применения таких методов и средств измерений, которые в конкретных условиях эксплуатации обеспечивают выполнение возложенного функционального назначения. Одним из важных вопросов использования технических средств измерений и автоматизированных систем управления является разработка их метрологического обеспечения, позволяющего производить правильный выбор средств измерений и давать оценку точности измерительных систем. Настоящее учебно-методическое пособие предназначено для курсов повышения квалификации по дисциплине «Теплотехнические измерения и приборы». В настоящем пособии описаны физические принципы получения измерительной информации и приведены современные средства измерений температуры, давления, расхода и уровня. Более подробную информацию можно получить в руководствах по эксплуатации соответствующего прибора или устройства. 1 МЕТРОЛОГИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. ЗАКОН ОБ ЕДИНСТВЕ ИЗМЕРЕНИЙ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности называется метрологией. Измерение - это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Найденное значение называют результатом измерения. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессов с заданной точностью и достоверностью. Средства метрологии - это совокупность средств измерений и метрологических стандартов, обеспечивающих их рациональное использование. Измерение предполагает сравнение исследуемой физической величины с 5 однородной физической величиной, значение которой принято за единицу. Результат сравнения выражается числом. Метрологические характеристики средств измерений - это характеристики свойств средств измерений, влияющие на результаты и погрешности измерений. К нормируемым метрологическим характеристикам средств измерений (ГОСТ 8.009) относят номинальное значение однозначной меры, номинальную статическую характеристику преобразования измерительного преобразователя, наименьшую цену деления неравномерной шкалы стрелочного измерительного прибора, номинальную цену единицы младшего разряда кода цифровых средств измерений, характеристики систематической и случайной составляющих погрешности средства измерений, входное сопротивление измерительного прибора и другие характеристики. Рабочее средство измерений - средство, применяемое для измерений, не связанных с передачей размера единиц. Так, к рабочим относят измерительные приборы, которыми пользуются в повседневной практике. 1.1 Погрешности измерений Погрешность - это отклонение ΔХ результата измерения Хизм от истинного значения Хис измеряемой величины, определяемая по формуле: (1.1) ХХХ ИСИЗМ −=Δ Прямыми называются измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно по показаниям средств измерений. Например, весов - при измерении массы, термометра - при измерении температуры, вольтметра - при измерении напряжения. Косвенными называются измерения, при которых значение измеряемой величины находят на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. В общем случае зависимость, связывающую измеряемую величину Y и величины X1, Х2,..., Хn, подвергаемые прямым измерениям, можно представить в виде (1.2) n21 )Х ..., ,Х ,F(ХY = Классификация по числу измерений в ряду измерений. Данная классификация предполагает разделение измерений на однократные и многократные. Однократные измерения - это измерения, выполненные один раз. Многократные измерения - измерение физической величины одной размерности, при котором результат получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. состоящий из ряда однократных измерений. Полученный при этом ряд измерений может быть обработан в соответствии с требованиями математической статистики. В соответствии с условиями применения средств измерений погрешности разделяют: 6 основная погрешность средства измерений, которая имеет место при нормальных условиях (окружающая температура, относительная влажность, атмосферное давление, напряжение питания, частота переменного тока, нагрузка, входная и выходная мощность и др.), оговоренных стандартами и техническими условиями; дополнительная погрешность средства измерений, появляющаяся при отклонении условий эксплуатации средства измерения от нормальных, т.е. вызванная отклонением одной из влияющих величин от нормального значения или выходом ее за пределы нормальной области значений. По закономерности проявлений различают погрешности: систематическая - составляющая погрешности измерений, сохраняющая постоянное значение и знак или проявляющуюся с определенной закономерностью при повторных измерениях одного и того же значения физической величины (например, погрешность градуировки шкалы, температурная погрешность и т.п.); случайная - составляющая погрешности измерений, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одного и того же значения физической величины, т.е. погрешность, значение и знак которой не могут быть точно предсказаны (например, дрейф на выходе усилителя постоянного тока вольтметра; погрешности, обусловленные действием флуктуационных помех и т.п.); грубая – погрешность, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях измерений. В зависимости от способа выражения погрешности измерений делят на: абсолютную, выражаемую в единицах измеряемой физической величины (вольтах, ваттах, герцах и т. п.) и представляющую собой разность между результатом измерения А и истинным значением А0 величины: (1.3) АА 0−=Δ Поскольку истинное значение остается неизвестным, на практике пользуются действительным значением физической величины, под которым понимают значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной задачи может быть использовано вместо истинного; относительную, определяемую как отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой физической величины (при Ао≠0): (1.4) 0 , АΔ=δ которое часто выражают в процентах. Поскольку результат измерения А обычно мало отличается от истинного значения Ао, то на практике в (1.4) подставляют вместо Ао число А; приведенную, как отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению L: 7 (1.5) , L/г Δ= обычно выражаемую в процентах. Предел допускаемой основной погрешности - это наибольшая основная погрешность средства измерений, при которой средство измерений по техническим требованиям может быть допущено к применению. Способы выражения пределов допускаемых погрешностей измерительных приборов (средств измерений) регламентирует ГОСТ 8.401. Предел допускаемой основной абсолютной погрешности Δп.пред. измерительного прибора может быть выражен одним значением: (1.6) ,п.пред а±=Δ где а -постоянная величина. Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей выражают в форме приведенных, относительных или абсолютных погрешностей. Выбор формы представления зависит от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения средства измерений. В случае, если абсолютная погрешность задается формулой ±(а+bх), пределы допускаемой относительной основной погрешности: (1.7) , -1)]Xkd(c[ |/|х/ x+±=Δ=δ где с, d — отвлеченные положительные числа, выбираемые из ряда: (1 1,5 2 2,5 4 5 6) 10n; n=1; 0; -1; -2 и т.д.; xk - больший (по модулю) из пределов измерений, x – текущее значение предела измерения; класс точности обозначается в виде «0,02/0,01», где числитель - конкретное значение числа с, знаменатель - числа d. Отношение xk/x называется динамическим диапазоном измерений. Под метрологическим обеспечением (МО) понимается установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Качество измерений - понятие более широкое, чем точность измерений. 1.2 Характеристика измерений Сходимость измерений - качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях; воспроизводимость измерений - качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях (в различное время, в различных местах, разными методами и средствами). 8 Неисключенную систематическую погрешность результата измерений рассматривают как случайную и определяют доверительные границы. При этом руководствуются следующими рекомендациями. Если случайные погрешности пренебрежимо малы, то границами составляющих неисключенной систематической погрешности полагают пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей средств измерений. Проводя суммирование неисключенных систематических погрешностей результата измерения, такие погрешности средств измерений и погрешности поправок рассматривают как случайные величины. При отсутствии априорной информации о законе их распределения принимают модель равномерного распределения. Если неисключенные систематические погрешности обусловлены несколькими источниками (причинами), то доверительные границы (см. далее) вычисляют на основе композиции законов распределения отдельных погрешностей. При равномерном распределении не исключенных систематических погрешностей эти границы вычисляют по формуле: (1.8) , 1 2k ∑ = Θ=Θ m i i где Θ - граница i-й неисключенной систематической погрешности; k - коэффициент, зависящий от принятого значения коэффициента доверия α. Коэффициент k для значений α=0,9; 0,95; 0,98 и 0,99 полагают равным, соответственно, 0,95; 1,1; 1,3 и 1,4. При вычислении границ неисключенной систематической погрешности коэффициент доверия принимают таким же, как и при вычислении доверительных границ случайной погрешности результата измерения. Нормальные условия измерений - это условия измерений, характеризуемые совокупностью значений или областей значений влияющих величин, при которых изменением результата измерений пренебрегают вследствие малости. Нормальное значение влияющей величины - значение влияющей величины, установленное в качестве номинального, Нормальные условия измерений устанавливаются в нормативно-технической документации на средства измерений данного вида. При нормальных условиях определяется основная погрешность средства измерений. Рабочими называются условия измерений, при которых влияющие величины находятся в пределах своих рабочих областей. Рабочая область значений влияющей величины - это область, в пределах которой нормируется дополнительная погрешность или изменение показаний средств измерений. Предельными называются условия измерений, характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые 9 средство измерений может выдержать без разрушений и ухудшения его метрологических характеристик. Конечной цель любого измерения является его результат - значение физической величины, полученное путем ее измерения и представляемое именованным или неименованным числом. Совместно с результатом измерений, при необходимости, приводят данные об условиях измерений. Под единством измерений понимается характеристика качества измерений, заключающаяся в том, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам воспроизведенных величин, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за требуемые пределы. Воспроизведение основной единицы — это создание фиксированной по размеру физической величины (ФВ) в соответствии с определением единицы. Оно осуществляется с помощью государственных первичных эталонов. Например, единица массы - 1 кг (точно) воспроизведена в виде платиноиридиевой гири, хранимой в Международном бюро мер и весов в качестве международного эталона килограмма. Розданные другим странам эталоны имеют номинальное значение 1 кг. На основании последних (1979) международных сличений платиноиридиевая гиря, входящая в состав Государственного эталона РФ, имеет массу 1,000000087 кг. Воспроизведение производной единицы - это определение значения ФВ в указанных единицах на основании измерений других величин, функционально связанных с измеряемой величиной. Передача размера единицы - приведение размера единицы ФВ, хранимой поверяемым средством измерения, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке или калибровке. Размер единицы передается «сверху вниз», от более точных средств измерения к менее точным. Эталон - средство измерений (или их комплекс), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средства измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке Рабочий эталон – средство измерений, применяемое для передачи размера единицы рабочим средствам измерений с целью обеспечения их точности. Рабочие эталоны применяются во многих территориальных метрологических органах, возглавляя соответствующие локальные поверочные схемы. При необходимости рабочие эталоны подразделяются на разряды - 1, 2 и т.д., определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой. Для разных видов измерений число разрядов, исходя из требований практики, различное и определяется стандарта ми на поверочные схемы для данного вида измерений. Мера - это средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного (однозначная мера) или нескольких 10 (многозначная мера) размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Средство измерений (СИ) - это техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени (РМГ 29-99). Агрегатное средство измерений - это техническое средство или конструктивно законченная совокупность технических средств с нормируемыми метрологическими характеристиками, и всеми необходимыми видами совместимости в составе информационно-измерительной системы. Измерительный канал - функционально объединенная совокупность технических средств, по которой проходит один последовательно преобразуемый информативный сигнал, выполняющий законченную функцию измерений, имеющий нормированные метрологические характеристики. В измерительный канал входят агрегатные средства измерений и линии связи от первичного измерительного преобразователя до средства представления информации включительно. Электрический тракт измерительного канала - аналогичен измерительному каналу, только без первичного измерительного преобразователя: от его выхода до средства предоставления информации включительно. 1.3 Государственный комитет РБ по стандартизации и метрологии Государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений в РБ осуществляет Государственный Комитет Республики Беларусь по стандартизации и метрологии (Госстандарт РБ). Он является органом исполнительной власти, осуществляющим межотраслевую координацию, а также функциональное регулирование в области стандартизации, метрологии и сертификации (CMC). В своей деятельности он руководствуется Конституцией РБ, законами, указами и распоряжениями Президента РБ, постановлениями и распоряжениями Правительства РБ. Госстандарт осуществляет свою деятельность непосредственно и через находящиеся в его ведении территориальные центры CMC, а также через государственных инспекторов по надзору за государственными стандартами и обеспечению единства измерений. 1.4 Сфера законодательной метрологии Сфера законодательной метрологии распространяется на измерения, выполняемые при: осуществлении торговли и расчетов между покупателем и продавцом; определении налоговой базы; осуществлении таможенных и банковских операций; 11 обеспечении защиты жизни и охраны здоровья человека; проведении государственного технического осмотра транспортных средств, диагностике технического состояния транспортных средств; обеспечении промышленной безопасности опасных производственных объектов, пожарной безопасности и радиационной безопасности; осуществлении геодезической и картографической деятельности; осуществлении гидрометеорологической деятельности; оказании услуг почтовой связи и электросвязи; проведении испытаний и осуществлении контроля за соответствием продукции и сырья требованиям законодательства Республики Беларусь; проведении экспертиз; обеспечении обороны и безопасности государства; обеспечении охраны окружающей среды; обеспечении охраны труда; осуществлении государственного метрологического надзора; осуществлении метрологического контроля; осуществлении контроля за соблюдением требований, предъявляемых к фасованным товарам; проведении лабораторно-диагностических исследований ветеринарной службой; производстве и применении игровых автоматов и устройств с денежным выигрышем; регистрации международных и национальных спортивных рекордов. Законодательными актами Республики Беларусь сфера законодательной метрологии может распространяться на измерения, выполняемые в иных сферах деятельности. 1.5 Государственные испытания средств измерений В сферах распространения государственного метрологического контроля средства измерения подвергаются обязательным испытаниям с последующим утверждением их типа. Утвержденный тип СИ вносится в Государственный реестр СИ, который ведет Госстандарт РБ. Испытания на соответствие СИ утвержденному типу проводят: при наличии информации от потребителей об ухудшении качества выпускаемых или импортируемых СИ; при внесении в их конструкцию или технологию изменений, влияющих на их нормированные метрологические характеристики; при истечении срока действия сертификата об утверждении типа. 1.6 Метрологическая аттестация средств измерений Метрологической аттестации средств измерений подлежат средства измерений, предназначенные для применения в сфере законодательной метрологии, произведенные в Республике Беларусь или ввозимые в Республику 12 Беларусь в единичном экземпляре, а также в случаях, предусмотренных Президентом Республики Беларусь. Метрологическая аттестация средств измерений осуществляется на основе договора юридическими лицами, входящими в государственную метрологическую службу (ГМС) или иными юридическими лицами, аккредитованными для ее осуществления. Результаты метрологической аттестации средств измерений удостоверяются свидетельством о метрологической аттестации средств измерений. Метрологическая аттестация - это признание средства измерений (испытаний) узаконенным для применения (с указанием его метрологического назначения и метрологических характеристик) на основании исследований метрологических свойств этого средства. Она проводится в соответствии с ТКП 8004 « Метрологическая аттестация средств измерений». Метрологической аттестации должны подвергаться СИ, не подлежащие государственным испытаниям или утверждению типа органами ГМС, опытные образцы СИ, измерительные приборы, выпускаемые или ввозимые из-за границы в единичных экземплярах или мелкими партиями, а также измерительные системы, укомплектованные средствами измерений, внесенными в Государственный Реестр средств измерений РБ, в реальных условиях на месте эксплуатации. 1.7 Поверка средств измерений Поверка средства измерений это установление органом ГМС (другими уполномоченными на то организациями) пригодности СИ к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждение их соответствия установленным обязательным требованиям. По действующему законодательству, средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, должны подвергаться поверке при выпуске из производства или после ремонта, при ввозе по импорту и в процессе эксплуатации. Перечни групп СИ, подлежащих поверке, а также требования к организации и проведению поверки СИ приведены в ТКП 8003. Поверка производится в соответствии с нормативными документами, утверждаемыми по результатами испытаний. Результатом поверки является: подтверждение пригодности СИ к применению. В этом случае на него и (или) техническую документацию наносится оттиск поверительного клейма и (или) выдается ″Свидетельство о поверке″. Поверительное клеймо — знак установленной формы, наносимый на СИ, признанные в результате их поверки годными к применению. 13 Периодичность осуществления поверки средств измерений, применяемых в сфере законодательной метрологии, устанавливается Государственным комитетом по стандартизации Республики Беларусь. Периодическая поверка выполняется через установленные интервалы времени (межповерочные интервалы). Ей подвергаются СИ, находящиеся в эксплуатации или на хранении. Конкретные перечни СИ, подлежащих поверке, составляют их владельцы — юридические и физические лица. Органы ГМС в процессе надзора за соблюдением метрологических норм и правил проверяют правильность составления этих перечней. Важным при поверке является выбор оптимального соотношения между допускаемыми погрешностями эталонного и поверяемого СИ. Обычно это соотношение принимается равным 1:3 (исходя из критерия ничтожно малой погрешности), когда при поверке вводят поправки на показания образцовых СИ. Если же поправки не вводят, то эталонные СИ выбираются из соотношения 1:5. Соотношение допускаемых погрешностей поверяемых и эталонных СИ устанавливается с учетом принятого метода поверки, характера погрешностей, допускаемых значений ошибок первого и второго родов, и иногда может значительно отличаться от указанных ранее цифр. Поверка средств измерений, предназначенных для применения либо применяемых в областях, указанных в Перечне областей в сфере законодательной метрологии, осуществляется на основе договора юридическими лицами, входящими в государственную метрологическую службу или иными юридическими лицами, аккредитованными для ее осуществления. Поверка средств измерений, в отношении которых осуществлено утверждение типа средств измерений и которые применяются вне сферы законодательной метрологии, осуществляется юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями, осуществляющими производство средств измерений, их ремонт, реализацию, применение, передачу в аренду, в том числе прокат, либо на основе договора иными юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями. Периодичность осуществления поверки средств измерений, применяемых вне сферы законодательной метрологии, устанавливается юридическими лицами, индивидуальными предпринимателями и иными физическими лицами, применяющими эти средства измерений. Поверка осуществляется непосредственно поверителями. При этом соответствие метрологических характеристик средств измерений метрологическим характеристикам, установленным при утверждении типа средств измерений и указанным в Государственном реестре средств измерений Республики Беларусь, а также соответствие средств измерений требованиям законодательства Республики Беларусь об обеспечении единства измерений удостоверяются поверителями посредством нанесения на средства измерений и (или) на их эксплуатационную документацию знака поверки средств измерений. 14 Результаты поверки удостоверяются свидетельством о поверке средств измерений. Средства измерений, в ходе поверки которых выявлено несоответствие их метрологических характеристик метрологическим характеристикам, установленным при утверждении типа средств измерений и указанным в Государственном реестре средств измерений Республики Беларусь, признаются не прошедшими поверку, о чем составляется заключение. Указанные средства измерений могут применяться либо после ремонта и последующей поверки, либо после калибровки. 1.8 Калибровка средств измерений Калибровка средств измерений - совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений. Общие требования к организации, порядок проведения и оформление результатов калибровки средств измерений устанавливаются ТКП 8014. Калибровка осуществляется при выпуске средств измерений из производства или ремонта, при их применении и ввозе в Республику Беларусь. Калибровка средств измерений, предназначенных для применения либо применяемых в сфере законодательной метрологии, осуществляется на основе договора юридическими лицами, входящими в государственную метрологическую службу, или иными юридическими лицами, аккредитованными для ее осуществления. Периодичность калибровки средств измерений, применяемых в сфере законодательной метрологии, устанавливается Государственным комитетом по стандартизации Республики Беларусь. Калибровка средств измерений, применяемых вне сферы законодательной метрологии, осуществляется юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями, осуществляющими производство средств измерений, их ремонт, реализацию, применение, передачу в аренду, в том числе прокат, либо на основе договора иными юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями. Периодичность калибровки средств измерений, применяемых вне сферы законодательной метрологии, устанавливается юридическими лицами, индивидуальными предпринимателями и иными физическими лицами, применяющими эти средства измерений. Результаты калибровки удостоверяются свидетельством о калибровке средств измерений. Организация, выполняющая калибровочные работы, должна иметь: поверенные и идентифицированные средства калибровки - эталоны, установки и другие СИ, применяемые при калибровке в соответствии с установленными правилами. Они призваны обеспечить передачу размера единиц от государственных эталонов калибруемым СИ; 15 актуализированные документы, регламентирующие организацию и проведение калибровочных работ. К ним относятся документ на область аккредитации, документация на средства измерений и калибровки, нормативные документы ГСИ на калибровку, процедуры калибровки и использования ее данных; профессионально подготовленный и квалифицированный персонал; помещения, удовлетворяющие нормативным требованиям. Результаты калибровки удостоверяются калибровочным знаком, наносимым на средство измерений и свидетельством о калибровке. Требования к калибровочным лабораториям приведены в ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2000 «Общие требования к компетенции испытательных и калибровочных лабораторий». 1.9 Поверка средств измерений на энергопредприятиях На энергопредприятиях к сфере распространения государственного контроля и надзора и подлежащих поверке относятся средства измерений (СИ), результаты которых используются: для взаимных расчетов с поставщиками топлива и других материальных ресурсов, потребителями тепловой и электрической энергии; для обеспечения безопасных условий труда; для охраны окружающей среды; для испытания и контроля качества продукции в целях определения соответствия обязательным требованиям государственных стандартов; при обязательной сертификации продукции и услуг. К сфере распространения государственного контроля и надзора относятся также эталоны единиц физических величин, применяемые для поверки и калибровки средств измерений. Метрологическая служба каждого энергопредприятия составляет конкретный перечень СИ, подлежащих поверке. Поверка средств измерений, включенных в перечень, осуществляется органами Государственной метрологической службы или иными юридическими лицами, аккредитованными для ее осуществления. Порядок перевода средств измерений в разряд индикаторов определяют Методические указания РД РБ 09110.11.100-01. Перечень технологических параметров, наблюдение за которыми допускается осуществлять с помощью приборов-индикаторов, перечислены в приложении к данным методическим указаниям. 2 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ 2.1 Единицы измерения температуры Температурой называется величина, характеризующая степень нагретости вещества, т.е. уровень его теплового состояния. О значении температуры судят 16 по изменению физических свойств некоторых тел при нагревании до измеряемой температуры. За единицу температуры принят градус Кельвина. Градус Кельвина является единицей измерения температуры по термодинамической температурной шкале, основанной на законах технической термодинамики (цикл Карно). По термодинамической температурной шкале значение, равное нулю (абсолютный нуль), присвоено точке, при которой давление идеального газа равно нулю. Температура по этой шкале выражается в градусах Кельвина и имеет обозначение К. Эта величина входит в Международную систему единиц (СИ) как одна из основных единиц системы; к основным единицам относятся также метр, килограмм, секунда. Переход от температуры «t - градусы Цельсия» к температуре «Т – градусы Кельвина», производится по следующей формуле: Т = t + 273,16 (2.1) Температура измеряется, в основном, по принципу изменения физического свойства тел, функционально связанного с их температурой. Приборы для измерения температуры могут быть разделены на следующие группы, рассмотренные в дальнейшем. 1. Жидкостные стеклянные термометры на базе использования расширения жидкости в замкнутом объеме. 2. Манометрические термометры на базе использования изменения давления жидкости, газа или пара, заключенных в замкнутую систему постоянного объема. 3. Термоэлектрические приборы на базе использования термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), развиваемой термопарами из двух разнородных проводников в зависимости от разности температур рабочего и свободного концов термопары, включенной в измерительную схему. 4. Приборы с термометрами сопротивления или терморезисторами на базе использования изменения электрического сопротивления металлических проводников или полупроводниковых элементов. 5. Фотоэлектрические пирометры на базе использования зависимости между током нити накала и интенсивностью излучения объекта, температура которого измеряется. 6. Радиационные пирометры на базе испускания тепловых лучей накаленным объектом, температура которого измеряется. 2.2 Термометры, основанные на расширении рабочего вещества Термометры стеклянные жидкостные Основные сведения. Термометры стеклянные жидкостные применяются для измерения температуры в области от минус 200 до 750 ˚C. Несмотря на то, что кроме стеклянных жидкостных термометров имеется ряд других приборов для измерения температуры, удовлетворяющих в большой степени требованиям современной техники контроля технологических процессов, все же стеклянные 17 термометры получили применение как в лабораторной, так и в промышленной практике вследствие простоты обращения, достаточно высокой точности измерения и низкой стоимости. Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на тепловом расширении термометрической жидкости, заключенной в термометре. При этом показания жидкостного термометра зависят не только от изменения объема термометрической жидкости, но также и от изменения объема стеклянного резервуара, в котором находится эта жидкость. Таким образом, наблюдаемое (видимое) изменение объема жидкости преуменьшено на размер, соответственно равный увеличению объема резервуара (и частично капилляра). Для заполнения жидкостных термометров применяют ртуть, толуол, этиловый спирт, керосин, петролейный эфир, пентан и т. д. Из жидкостных термометров наибольшее распространение получили ртутные. Они обладают рядом преимуществ, благодаря существенным достоинствам ртути, которая не смачивает стекла, сравнительно легко получается в химически чистом виде и при нормальном атмосферном давлении остается жидкой в широком интервале температур (от минус 38,87 до 356,58 °С). Следует также отметить, что давление насыщенных паров ртути при температуре, превышающей 356,58 °С, невелико по сравнению с давлением насыщенных паров других жидкостей. Это дает возможность относительно небольшим увеличением давления над ртутью в капилляре заметно повысить ее температуру кипения, а вместе с тем и расширить температурный интервал применения ртутных термометров. Термометры в зависимости от назначения и диапазона измерений температуры изготовляют из стекла различных марок (ГОСТ 1224-71). Термометры стеклянные жидкостные по назначению и области применения могут быть разделены на следующие группы: образцовые; лабораторные и специального назначения (ГОСТ 215-57, ГОСТ 13646-68 и ГОСТ 5.1851-73); технические (ГОСТ 2823-73); Стеклянные жидкостные термометры, применяемые в технике, бывают следующих разновидностей: 1. Термометры, применяющиеся без введения поправок к их показаниям (термометры широкого применения): а) ртутные термометры (от минус 35 до 600 °С); б) жидкостные термометры с органическим наполнителем (от минус 185 до 300 °С). 2. Термометры, к показаниям которых вводятся поправки согласно свидетельству: а) ртутные термометры повышенной точности (от минус 35 до 600 °С); б) ртутные термометры для точных измерений (от 0 до 500 °С); в) жидкостные термометры с органическим наполнителем (от минус 80 до 100 °С). В качестве образцовых применяются следующие термометры: 18 (ГОСТ 8.083-73): ртутные равноделенные 1-го разряда с диапазоном измерений от 0 до 600 °С (доверительная погрешность Δ = 2δ = 0,002÷0,2 °C); ртутные переменного наполнения 2-го разряда с диапазоном измерений от 0 до 150 °С (доверительная погрешность Δ = 2δ = 0,004÷0,1 °С); ртутные 2-го разряда с диапазоном измерений от 0 до 600 °С (доверительная погрешность Δ = 2δ = 0,01÷1,0 °С); ртутные 3-го разряда с диапазоном измерений от 0 до 600 °С (доверительная погрешность Δ = 2δ = 0,03÷3,0 °С). Конструктивные формы стеклянных жидкостных термометров разнообразны, однако среди этого разнообразия можно выбрать два основных типа конструкций: палочные и с вложенной шкалой. Поправки к показаниям термометров, приведенные к давлению (755…765) мм рт. ст. и определенные для вертикального положения термометров на нулевой точке, не должны превышать ± 0,03 °С для термометров типа TP-I; ± 0,06 °С для термометров типа TP-II; ±0,15 °С для TP-III и ±0,03 °С—для TP-IV. Таблица 2.1. Типы термометров. Погрешность измерений термометров с учетом введения поправок не должна превышать ±0,01 °С для термометров типа TP-I; ±0,02 °С для TP-II; ± 0.05 °С для TP-III и ± 0,1 °С - TP-IV. Технические термометры. Ртутные технические термометры предназначены для области измерений температур от минус 30 до 600 °С, а термометры с органической жидкостью от минус 90 до 30 °С и от минус 60 до 200 °С. Их изготовляют только со вложенной шкалой; прямыми и угловыми (изогнутыми под углом 90°); нижняя часть выполняется различной длины (от 66 до 2000 мм). 2.3 Термоэлектрические преобразователи, их принцип действия Явление термоэлектричества заключается в следующем: если составить цепь из двух различных проводников (или полупроводников) а и б, соединив их между собой концами (рисунок 2.1, а), причем температуру Θ1 одного места соединения сделать отличной от температуры Θо другого, то в цепи потечет ток под действием ЭДС, называемой термоэлектродвижущей силой (термоЭДС) и представляющей собой разность функций температуры мест соединения проводников. Подобная цепь называется термоэлектрическим преобразователем или иначе термопарой; проводники, составляющие термопару, - термоэлектродами, а места их соединения - спаями. 19 Рисунок 2.1 Термоэлектрические преобразователи. ТермоЭДС при небольшом перепаде температур между спаями можно считать пропорциональной разности температур. Опыт показывает, что у любой пары однородных проводников, значение термо- ЭДС зависит только от природы проводников и от температуры спаев и не зависит от распределения температуры вдоль проводников. Термоэлектрический контур можно разомкнуть в любом месте и включить в него один или несколько разнородных проводников. Если все появившиеся при этом места соединений находятся при одинаковой температуре, то не возникает никаких паразитных термоЭДС. 2.4 Удлинительные термоэлектроды, измерительные цепи, погрешности термопар Удлинительные термоэлектроды. Свободные концы термопары должны находиться при постоянной температуре (рисунок 2.2). Однако не всегда возможно сделать термоэлектроды термопары настолько длинными и гибкими, чтобы ее свободные концы размещались в достаточном удалении от рабочего спая. Кроме того, при использовании благородных металлов делать длинные термоэлектроды экономически невыгодно, поэтому приходится применять провода из другого материала. Соединительные провода, идущие от зажимов в головке термопары до сосуда с определенным объемом, температуру в котором желательно поддерживать постоянной, называют удлинительными термоэлектродами. Далее для соединения с измерительным прибором можно использовать обычные провода. Чтобы при включении удлинительных термоэлектродов из материалов, отличных от материалов основных термоэлектродов, не изменилась термоЭДС термопары, необходимо выполнить два условия. 20 Рисунок 2.2 Удлинительные термоэлектроды. Первое - места присоединения удлинительных термоэлектродов к основным термоэлектродам в головке термопары должны иметь одинаковую температуру. И второе - удлинительные термоэлектроды должны быть термоэлектрически идентичны основной термопаре, т. е. иметь ту же термоЭДС в диапазоне возможных температур места соединения термоэлектродов в головке термопары (примерно в диапазоне от 0 до 200 °С). Для термопары хромель - алюмель удлинительные термоэлектроды изготовляются из меди и константана. Для термопары хромель - копель удлинительными являются основные термоэлектроды, но выполненные в виде гибких проводов. 2.5 Промышленные термопары и термометры сопротивления. Типы промышленных термопар, их обозначения, обозначения градуировок и основные параметры приведены в таблице 2.1. В ГОСТ 6616-94 приводится пять термопар. Характеристики термопары хромель-алюмель (тип ТХА) совпадают с характеристиками термопары типа К. В таблице 2.2 данные по термопаре ТХА приведены в скобках. Таблица 2.2 Материалы термоэлектродов. Обозна- чение типа термопары по Материал термоэлектродов ГО С Т 6 61 6- 94 Обозна- чение градуи- ровки по ГОСТ 6616-94 К ла сс т оч но ст и Пределы измерения при длительном применении, ºС Максима- льная темпера- тура кратко- времен- ного режима работы, ºС 21 Медь - копель Медь – меднони- келевый Железо - медно- никелевый Хромель – копель Хромель - медно- никелевый - - I - Е - - - ТКХ - - - - ХК68 - - -200…+100 -200…+400 -200…+700 -50…+600 -100…+700 - - 900 800 900 Хромель - алюмель К (ТХА) (ХА68) - -200…+1000 (- 50)…(+1000 ) 1300 (1300) Платинородий (10%) - платина S ТПП ПП68 1 2 0…+1200 0…+1300 1600 Платинородий (30%) – платинородий (6%) В ТПР ПР-30/668 - +300…+160 0 1800 Вольфрамрений (5%)- Вольфрамрений (20%) - ТВР ВР-5/20- 168 ВР-5/20- 268 ВР-5/20- 368 ВР-5/2068 - 0…+2200 2500 Промышленные термометры сопротивления выпускаются в соответствии с ГОСТ 6651 –94 двух типов - платиновые (ТСП) и медные (ТСМ). Основные характеристики термометров сопротивления приведены в таблице 2.3. Термометры сопротивления выпускаются нескольких классов точности. Для существующих классов точности допускаемые отклонения сопротивления R0 при 0 ºС и чувствительности S100=R100/R0, предъявляемой как отношение сопротивлений при 100 и 0º С. По числу выводных проводников термометры выпускаются с двумя, тремя и четырьмя выводами для включения их в измерительную цепь двух-, трех- или четырехпроводной линией соответственно. Под действием тока, протекающего по терморезистору и вызывающего его нагрев, сопротивление терморезистора не должно меняться на величину, большую 0,1% его номинального значения при нуле градусов Цельсия; ток при этом выбирается из ряда 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 10,0; 20,0; 50,0 мА. Таблица 2.3 Основные характеристики термометров сопротивления. Параметр термометра S100=1,3910 S100=1,4280 Тип термометра Класс точности ΔR0/R0, % +a -b +a -b 22 ТСП I II III IV V ±0,05 ±0,1 ±0,2 ±0,4 ±0,8 0,0015 0,0005 0,0010 0,0020 0,0030 0,0050 - ТСМ I II III IV V - ±0,1 ±0,2 ±0,5 ±1,0 - - 0,001 0,002 0,003 0,005 Некоторые современные приборы и устройства для измерений температуры приведены на рисунках 2.3…2.21. 23 Рисунок 2.3 Датчики температуры. 24 Рисунок 2.4 Датчики температуры (продолжение). 25 Рисунок 2.5 Датчики температуры (продолжение). 26 Рисунок 2.6 Датчики температуры (продолжение). 27 Рисунок 2.7 Датчики температуры (продолжение). 28 Рисунок 2.8 Датчики температуры (продолжение). 29 Рисунок 2.9 Датчики температуры (продолжение). 30 Рисунок 2.10 Датчики температуры (продолжение). 31 Рисунок 2.11 Датчики температуры и влажности. 32 Рисунок 2.12 Вторичные приборы. 33 Рисунок 2.13 Преобразователи измерительные. 34 Рисунок 2.14 Преобразователи измерительные (продолжение). 35 Рисунок 2.15 Преобразователи измерительные (продолжение). 36 Рисунок 2.16 Восьмиканальные преобразователи температуры. 37 Рисунок 2.17 Восьмиканальные преобразователи температуры (продолжение) 38 Рисунок 2.18 Датчики температуры Rosemount. 39 Рисунок 2.19 Термопреобразователи миропроцессорные. 40 Рисунок 2.20 Термопреобразователи сопротивления платиновые. 41 Рисунок 2.21 Переносные пирометры. 42 3 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ Измерение давления необходимо практически в любой области науки и техники: как при изучении происходящих в природе физических процессов, так и для нормального функционирования технических устройств и технологических процессов, созданных человеком. Давление определяет состояние веществ в природе (твердое тело, жидкость, газ). Чрезвычайно многообразно применение давления в науке, технике и производстве. Энергетические возможности тепло- и гидроэлектростанций, а также атомных электростанций определяются давлением пара или воды на лопасти турбин; под действием давления по каналам и трубопроводам на тысячи километров транспортируется вода, нефть и газ Давление приводит в движение автомобили и самолеты, геодезические ракеты и космические корабли, открывает и закрывает двери лифта, вагонов метро, троллейбусов и автобусов, подает воду и газ в квартиры наших домов. Посредством давления осуществляется работа разнообразных станков, механизмов и установок в различных отраслях производства. По давлению контролируют состояние рабочих сред в различных технологических процессах нефтехимической промышленности, при производстве искусственных волокон и пр. Во многих отраслях науки при проведении физических, термодинамических и метрологических исследований (определение концентрации газов в твердых веществах, констант уравнений состояния различных веществ, эталонные температурные и линейные измерения) также требуется измерять давление. 3.1 Основные термины и определения Давление характеризует напряженное состояние жидкостей и газов в условиях всестороннего сжатия и определяется следующим частным от деления нормальной к поверхности силы на площадь этой поверхности: р = N/F (3.1) где р - давление; N - нормальная сила, действующая на поверхность; F - площадь поверхности. При этом принимается, что нормальная сила равномерно распределена по поверхности, а в жидкости или газе отсутствуют касательные напряжения. Так как действующая сила всегда перпендикулярна к поверхности вне зависимости от ее расположения, то давление является скалярной величиной. При сравнении значений двух давлений одно из них принимается за начало отсчета их разности. По этому признаку различают следующие виды давления. Абсолютное давление - давление, значение которого при измерении отсчитывается от давления, равного нулю. Абсолютное давление воздушной оболочки Земли на ее поверхность называется атмосферным давлением. Давление, равное нулю, характеризует состояние жидкости или газа, обусловленное различными физическими причинами, при котором в них отсутствуют напряжения сжатия. 43 Во всех других случаях измеряемое давление сравнивается с давлением, значение которого не равно нулю. Данные виды давления, в отличие от абсолютного давления, являются относительными. Здесь следует выделить разность давлений и избыточное давление. Разность давлений - разность двух произвольных давлений, значение одного из которых принято за начало отсчета. В этом случае основное значение имеет разность давлений, а не абсолютные значения каждого из них. Разность давлений Δp = p1 – p2, (3.2) где р1 и р2 - сравниваемые между собой абсолютные давления, причем р2 принято за начало отсчета. При р1 > р2 разность давлений положительна, при p1 < p2 - отрицательна. Следует подчеркнуть, что понятие „разность давлений равна нулю" по определению не адекватно равенству нулю давлений р1 и р2. Избыточное давление - разность давлений, одно из которых, принятое за начало отсчета, является абсолютным давлением окружающей среды. В большинстве случаев абсолютное давление окружающей среды - это атмосферное давление в месте измерений. Избыточное давление р равно: р = р абс – р атм, (3.3) где рабс - абсолютное давление; ратм - атмосферное давление. Для газовых смесей применяется специальный термин - парциальное давление - абсолютное давление одного из компонентов газовой смеси. Под этим понимается абсолютное давление данного компонента при условии, что он займет весь объем, в котором находится газовая смесь. Сумма парциальных давлений всех компонентов газовой смеси равна абсолютному давлению смеси газов, т.е. (3.4) где рабс - абсолютное давление смеси газов; рпi- - парциальные давления каждого из компонентов смеси. Вакуум - состояние среды, абсолютное давление которой существенно меньше атмосферного давления. 44 Виды давления графически изображены на рисунке 3.1. Нижняя горизон- тальная линия с индексом „О" соответствует абсолютному давлению Рабс = 0, горизонтальная линия с индексом „Б" - атмосферному давлению (Рабс = Ратм) . Горизонтальные штриховые линии выше и ниже линии Б ограничивают зону изменений атмосферного давления в месте измерений. Заштрихованными столбиками обозначены подлежащие измерению давления в соответствии с их видом. Измерения абсолютного давления широко распространены в области вакуумной техники (от 10-12 до 103 Па), в метеослужбе, геодезии и авиационной технике (от 102 до 4 105 Па). Более высокие давления (до 1 - 10 МПа) измеряют при научных исследованиях, в том числе в термодинамике. Более высокие абсолютные давления измеряют крайне редко, так как в этих случаях их можно измерить более простыми методами измерения избыточного давления. Пределы измерений избыточного давления на несколько порядков выше. В области микроманометрии диапазон измерений составляет от 10-1 до 4 104 Па, в области средних давлений - от 4 104 Па до 250 МПа и в области высоких и сверхвысоких давлений - от 250 МПа до 10 ГПа. Наиболее широкое применение в науке и технике находит диапазон средних избыточных давлений, особенно давлений до (10 - 25) МПа. Широкое применение в технике находят также измерения разности давлений, например, при определении расхода, уровня и плотности жидкостей и газов. Пределы измерений разности давлений составляет от- 1 Па до 1 МПа, а в некоторых случаях до 10 МПа и выше. С учетом специфики каждого из видов давления при измерениях применяются специальные средства измерений - манометры и измерительные преобразователи давления. 45 Рисунок 3.1. Виды давления. Манометр - измерительный прибор или измерительная установка для измерения давления или разности давлений с непосредственным отсчетом их значения. Измерительный преобразователь давления (датчик) - первичный преобразователь, выходной сигнал которого функционально связан с измеряемым давлением или разностью давлений. Выходной сигнал датчика вторичными приборами преобразуется в показания значения давления или поступает в различные системы управления и регулирования. В соответствии с видами измеряемого давления применяют следующие виды средств измерения давления: манометр абсолютного давления - манометр для измерения абсолютного давления; барометр - манометр для измерения атмосферного давления; манометр избыточного давления - манометр для измерения положительного избыточного давления, вакуумметр - манометр для измерения отрицательного избыточного давления; мановакуумметр - манометр для измерения как положительного, так и отрицательного избыточного давления; дифференциальный манометр (дифманометр) - манометр для измерения разности двух давлений, каждое из которых отличается от атмосферного давления; 46 микроманометр - дифференциальный манометр для измерения малых разностей двух давлений, каждое из которых существенно больше их разности. 3.2. Единицы измерения давления Единицей измерения давления Международной системы единиц (СИ) является паскаль (Па). По определению (3.1) единица давления Паскаль представляет собой отношение единицы силы Ньютона к единице площади квадратному метру: 1 Па= 1 Н/м2 = 1 кг/ (м/с2). Размер единицы давления Па очень мал, его значение соответствует давлению столба воды высотой 0,1 мм. Поэтому на практике применяются единицы давления, кратные 1 Па, которые образуются добавлением к наименованию паскаль приставок, узаконенных СИ: килопаскаль (кПа), мегапаскаль (МПа) и гигапаскаль (ГПа). Численно указанные единицы давления 1кПа = 1 • 103 Па; 1 МПа = 1 • 106 Па; 1ГПа = 1 • 109 Па. Наряду с единицами давления СИ во многих отраслях народного хозяйства нашей страны, а также в зарубежных странах в настоящее время применяются единицы давления, которые должны быть изъяты по мере перехода на СИ. Наиболее близка к СИ единица давления бар (бар), размер которой очень удобен для практики (1 бар = 1 • 105 Па). Широко применяются также дольные и кратные значения этой единицы - миллибар (мбар) и килобар (кбар): 1 мбар = 1 • 102 Па, 1 кбар = 1 • 108 Па. В области измерения малых и средних давлений широкое распространение получили единицы давления килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2) и килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м2). Размеры указанных единиц давления: 1 кгс/см2 = 0,980665 • 105 Па; 1 кгс/м2 = 9,80665 Па. В применяемых до настоящего времени жидкостных манометрах мерой измеряемого давления является высота столба жидкости. Поэтому естественно применение единиц давления, определяемых высотой столба жидкости, т. е. основанных на единицах длины. В странах с метрическими системами мер получили распространение единицы давления миллиметр и метр водяного столба (мм вод. ст. и м вод. ст.) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), а в странах с дюймовыми системами - дюйм и фут водяного столба (in Н2 О и ft H2 О), дюйм ртутного столба (in Hg). Размеры этих единиц давления р пересчитываются в единицы СИ на основании следующей формулы: Р = Нρg, (3.5) где Н - высота столба жидкости, м, ρ - плотность жидкости, кг/м3, g - ускорение свободного падения, м/с2. Размеры единиц регламентированы условиями: плотность воды соответствует температуре, равной 4 °С, равна 1 • 103 кг/м3; плотность ртути соответствует температуре, равной 0 °С и равна 13595,1 кг/м3; 47 ускорение свободного падения, равное нормальному, составляет 9,80665 м/с2. Расчет по формуле (1.6) дает следующие значения размеров единиц: 1 мм вод. cт.= 9,80665 Па; 1 мм рт. ст. = 133,322 Па; 1 in H20 -= 249,089 Па; 1 in Hg = 3386,39 Па. Соотношения наиболее распространенных единиц давления приведены в таблице 3.1. Пользуясь данными таблицы, можно легко пересчитать результаты измерений. Например, если при измерении атмосферного давления показания барометра дают ратм = 737,2 мм рт. ст., то при пересчете на Па получим ратм = 98,285 кПа. Диапазоны измерения давления (рисунок 3.2), в которых применяется одна и та же единица давления, рекомендуется выбирать так, чтобы числовое значение давления находилось в диапазоне от 0,1до 1000. Размеры узаконенных СИ единиц давления (Па, кПа, МПа, ГПа) последовательно увеличиваются в 103 раза. Поэтому диапазоны их применения взаимно перекрываются (см. рисунок 3.2), что позволяет проводить измерения во всем диапазоне давлений. В таблице 3.1 показаны также размеры применяемых в настоящее время единиц давления, которые подлежат изъятию по мере внедрения единиц СИ (кгс/м2, кгс/см2, мм вод. ст., мм рт. ст.). Как видно из рисунка, размеры этих единиц не соответствуют размерам узаконенных единиц. Поэтому помимо последних в период перехода на СИ допускается применение кратных Па единиц с приставками, предусмотренными СИ, размеры которых близки к размерам старых единиц. Таблица 3.1. Размерности единиц давления. 48 Рисунок 3.2. Диапазоны давления, охватываемые единицей давления (Па) и ее десятичными кратными: 1 - единицы давления, установленные СИ; 2 - единицы давления с приставками, разрешенными СИ; 3 - единицы давления, основанные на единице бар, допускаемые к применению до принятия международного решения; 4 - единицы давления гПа и набор (1 гПа = 1 мбар) 3.3. Методы и средства измерения давления Методы измерения давления во многом предопределяют как принципы действия, так и конструктивные особенности средств 49 измерений. В этой связи в первую очередь следует остановиться на наиболее общих методологических вопросах техники измерения давления. Давление, исходя из самых общих позиций, может быть определено как путем его непосредственного измерения, так и посредством измерения другой физической величины, функционально связанной с измеряемым давлением. В первом случае измеряемое давление воздействует непосредственно на чувствительный элемент прибора, который передает информацию о значении давления последующим звеньям измерительной цепи, преобразующим ее в требуемую форму. Этот метод определения давления является методом прямых измерений и получил наибольшее распространение в технике измерения давления. На нем основаны принципы действия большинства манометров и измерительных преобразователей давления. Во втором случае непосредственно измеряются другие физические величины или параметры, характеризующие физические свойства измеряемой среды, значения которых закономерно связаны с давлением (температура кипения жидкости, скорость распространения ультразвука, теплопроводность газа и т. д.). Этот метод является методом косвенных измерений давления и применяется, как правило, в тех случаях, когда прямой метод по тем или иным причинам неприменим, например, при измерении сверхнизкого давления (вакуумная техника) или при измерении высоких и сверхвысоких давлений. Особое место среди применяемых в настоящее время единиц занимает единица давления бар, которая имеет размер, кратный размеру Па (1 бар = 105 Па), но при этом коэффициент кратности 105 не предусмотрен СИ. К тому же указанная единица имеет собственное наименование и вместе с ее дольными и кратными единицами (мбар, кбар) образует формально не зависимый от Па ряд, что противоречит основным принципам построения СИ. Вместе с тем, единица бар имеет ряд очевидных достоинств. Применение единицы давления бар, сохраняя десятичную кратность к основной единице Па, во многом упрощает переградуировку приборов при изъятии старых единиц (кгс/см2); дольная единица мбар численно равна гПа; кратная единица кбар более удобна при измерениях высоких и сверхвысоких давлений, чем ГПа. Единицы бар, мбар и кбар находят в настоящее время ограниченное применение и будут применяться вплоть до принятия соответствующего международного решения. Современные средства измерений давления представляют собой измерительные системы, звенья которых имеют различное функциональное назначение. Обобщенные блок-схемы манометров и измерительных преобразователей давления приведены соответственно 50 на рисунке 3.3, а и б. Важнейшим звеном любого средства измерения давления является его чувствительный элемент (ЧЭ), который воспринимает измеряемое давление и преобразует его в первичный сигнал, поступающий в измерительную цепь прибора. С помощью промежуточных преобразователей сигнал от ЧЭ преобразуется в показания манометра или регистрируется им, а в измерительных преобразователях (ИПД) - в унифицированный выходной сигнал, поступающий в системы измерения, контроля, регулирования и управления. При этом промежуточные преобразователи и вторичные приборы во многих случаях унифицированы и могут применяться в сочетании с ЧЭ различных типов. Поэтому принципиальные особенности манометров и ИПД зависят, в первую очередь, от типа ЧЭ. Рисунок 3.3. Структурные блок-схемы: а - манометра; б - измерительного преобразователя давления; р - измеряемое давление; 1 - чувствительный элемент (первичный преобразователь); 2 - промежуточные преобразователи; 3 - показания ;4 - регистрация; 5 - выходной сигнал к системам: I — измерение и контроль; II — регистрация; III — регулирование; IV — управление. По принципу действия чувствительные элементы измерения давления можно разделить на следующие основные группы: 1 Средства измерения давления, основанные на прямых абсолютных методах; поршневые манометры и измерительные преобразователи давления, в том числе и грузопоршневые манометры, манометры с нецилиндрическим неуплотненным поршнем, колокольные, кольцевые и жидкостные манометры. 51 В первом случае метод измерений реализуется уравнением (3.1), основанным на определении величины давления по отношению силы к площади; во втором (жидкостных манометрах) - уравнением, основанным на уравновешивании давления столбом жидкости. 2 Средства измерения давления, основанные на прямых относительных методах: деформационные манометры и ИПД, в том числе и с силовой компенсацией: полупроводниковые манометры к ИПД; манометры 3 Средства измерения давления, основанные на методах косвенных измерений: установки и приборы для определения давления по результатам измерения других физических величин; установки и приборы для определения давления по результатам измерения параметров физических свойств измеряемой среды. Соотношение между применяемыми единицами давления приведены в таблице 3.2. Таблица 3.2. Соотношение между единицами давления. Единицы Па кгс м-2 кгс см-2 мм вод. ст. мм рт. ст. 1 Па 1 0,10197 10,197 10-6 0,101197 7,50 10-3 1 кгс м-2 9,80665 1 10-4 1 73,56 10-3 1 кгс см-2 98,0665 103 104 1 104 735,56 1 мм вод.ст 9,80665 1 10-4 1 73,56 10-3 1 мм рт. ст. 133,322 13,595 13,595 10-4 13,595 1 3.4 Жидкостные приборы давления с видимым уровнем Приборы U-образные (двухтрубные) и чашечные (однотрубные) относятся к группе жидкостных приборов с видимым уровнем. Они применяются в качестве манометров (напоромеров) для измерения избыточного давления воздуха и неагрессивных газов до 700 мм вод. ст. (7000 Па) и 735 мм рт. ст. (0,1 МПа), тягомеров для измерения разрежения газовых сред до 700 мм вод. ст. (7000 Па), вакуумметров для измерения вакуума (разрежения) до 760 мм рт. ст. (0,101 МПа) и дифференциальных манометров для измерения разности давлений неагрессивных газов, находящихся под давлением, близким к атмосферному, до 700 мм вод. ст. (7000 Па) и неагрессивных жидкостей, газов и паров, находящихся под давлением более 1 кгс/см2 (0,1 МПа), до 700 мм рт. ст. (0,09 МПа). 52 Рисунок 3.4. Схема U-образного (двухтрубного) манометра. Приборы U-образные и чашечные используются в промышленности как местные приборы, т. е. они устанавливаются на площадках обслуживания или на отдельных элементах технологического оборудования. Приборы этого типа применяют в качестве контрольных и образцовых манометров и вакуумметров для поверки рабочих приборов, рассчитанных на одинаковые диапазоны измерения давления, разрежения или разности давлений На рисунке 3.1 показана схема U-образного двухтрубного манометра. Он состоит из U-образной стеклянной трубки, заполняемой, примерно, до половины своей высоты рабочей жидкостью и шкалы, позволяющей производить отсчет уровней в обоих коленах. Измеряемое давление, разрежение или разность давлений уравновешивается и измеряется столбом h рабочей жидкости, определяемым как сумма столбов h1 и h2 в обоих коленах. При этом устраняется погрешность из-за некоторого возможного различия сечений обоих колен U-образной трубки. В качестве рабочей жидкости обычно применяют воду или ртуть, а иногда и другие жидкости. Внутренний диаметр стеклянной трубки для изготовления U-образного прибора должен быть не менее (8 - 10) мм и по возможности одинаков по всей ее длине. При малом диаметре трубки капиллярные свойства воды не позволяют применять ее в качестве рабочей жидкости в приборах этого типа. В этом случае в качестве рабочей жидкости рекомендуется применять спирт. При применении U-образный манометр должен устанавливаться вертикально по отвесу. Для измерения избыточного давления в объекте правое колено трубки прибора соединяют с объектом, а левое оставляют открытым (сообщенным с атмосферой); при измерении разрежения левое колено прибора соединяют с объектом, а правое - оставляют открытым. При измерении разности давлений большее давление подводится к правому, а меньшее - к левому колену трубки прибора. Обычно с помощью U-образного прибора давление, разрежение или разность давлений измеряют в миллиметрах водяного или ртутного столба. 53 Результат измерения может быть выражен не в миллиметрах столба рабочей жидкости, а в паскалях по формуле p = hg(ρ - ρс), (3.6) где g - местное ускорение свободного падения, м/с2; h - разность уровня рабочей жидкости, м; ρ - плотность рабочей жидкости, кг/м3; ρс - плотность среды над рабочей жидкостью, кг/м3. Если ρс << ρ, уравнение принимает вид: p = hgρ. (3.7) Для перевода значения давления, выраженного в Па, в значение, выраженное в кгс/м2, необходимо полученный результат умножить на 0,102. Если отсчет высоты столба h рабочей жидкости по U-образному прибору производят невооруженным глазом, то при цене деления шкалы в 1 мм при отсчете в двух коленах пределы допускаемой основной погрешности измерения давления, разрежения или разности давлений не превышают ± 2 мм столба рабочей жидкости (при этом учитывается и погрешность самой шкалы). Значения плотности рабочих жидкостей, наиболее часто применяемых в этих приборах (вода, ртуть), могут быть взяты из таблиц с погрешностью, не превышающей 0,005 %. При этом необходимо быть уверенным в чистоте взятых жидкостей. Таким образом, практически погрешность определения плотности рабочей жидкости настолько мала, что на точность измерения она влиять не может и относительная погрешность при измерении давления, разрежения или разности давлений U-образным прибором зависит в основном от высоты столба рабочей жидкости и точности его отсчета. 3.5 Барометры ртутные Барометры предназначаются для измерения атмосферного давления. Применение их в технике необходимо главным образом при определении абсолютного давления. Ртутные барометры бывают двух типов: чашечные и сифонные. Наибольшее распространение получили чашечные барометры. На рисунке 3.5 показан чашечный ртутный барометр. В барометре этого типа широкий сосуд и стеклянная трубка вставлены в металлическую оправу 1 и 8. В верхней части этой оправы имеется сквозная прорезь 3 для наблюдения уровня ртути в стеклянной трубке. Вдоль прорези на латунной оправе нанесена шкала в миллиметрах с ценою деления 1 мм рт. ст. В прорези оправы помещен специальный визир 4, снабженный нониусом с ценой деления 0,1 мм рт. ст. Визир можно перемещать в прорези с помощью винта 5. Этим винтом осуществляется точная наводка визира на верхний уровень мениска ртути в трубке. Погрешность отсчета для барометров этого типа не превышает 0,1 мм рт. ст. 54 Рисунок 3.5. Чашечный ртутный барометр. Барометр должен находиться в вертикальном положении, для чего он свободно подвешивается на кольце 2. Снаружи к оправе 6 прикреплен термометр 7, который позволяет определять температуру ртутного столба и шкалы барометра. За меру атмосферного давления, как известно, принимают высоту ртутного столба, выраженную в миллиметрах при 0 °С и нормальном ускорении свободного падения gн = 9,80665 м/с2. В действительности высота ртутного столба по барометру обычно отсчитывается при иных значениях температуры и ускорения свободного падения. Поэтому показания барометра необходимо приводить к 0 ºС и нормальному ускорению свободного падения по формулам: ])(1[0 thh t αβ −−= , (3.8) H tH g ghh = , (3.9) где h0 - показания барометра, приведенные к 0 ºС, мм рт. ст.; ht - показания барометра при температуре t, мм рт. ст.; β - коэффициент расширения ртути, равный 0,00018 К-1; α - коэффициент линейного расширения латуни (шкалы барометра), равный 0,000019 К-1; hH - показания барометра, приведенные к нормальному ускорению силы тяжести, мм рт. ст. Некоторые современные приборы и устройства для измерений давления приведены на рисунках 3.6…3.16. 55 Рисунок 3.6 Обозначения в тексте. 56 Рисунок 3.7 Электронные манометры. 57 Рисунок 3.8 Датчики давления. 58 Рисунок 3.9 Датчики давления (продолжение). 59 Рисунок 3.10 Датчики давления (продолжение). 60 Рисунок 3.11 Датчики давления (продолжение). 61 Рисунок 3.12 Датчики давления Rosemount. 62 Рисунок 3.13 Схемы внешних соединений датчика. 63 Рисунок 3.14 Интеллектульные датчики давления Метран-150. 64 Рисунок 3.15 Датчик Метран – 662. Рисунок 3.16 Вспомогательная информацияю 65 4 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ 4.1 Уровнемеры с визуальным отсчетом Измерение уровня жидкостей и сыпучих тел играет важную роль при автоматизации технологических процессов, особенно если поддержание уровня связано с условиями безопасной работы оборудования. Уровнемеры широко используются в пищевой, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности, при производстве медикаментов и пищевых продуктов. Уровнемеры применяются либо для контроля за отклонением уровня от номинального и в этом случае они имеют двустороннюю шкалу, либо для определения количества вещества (в сочетании с известными размерами емкости) и в этом случае они имеют одностороннюю шкалу. Большую группу составляют сигнализаторы уровня, в которых выходной сигнал возникает при достижении уровнем верхнего или нижнего предельных значений. В зависимости от условий измерения, характера контролируемой среды используются различные методы измерения уровня. Если нет необходимости в дистанционной передаче показаний, то уровень жидкости можно измерять уровнемерами с визуальным отсчетом (указательные стекла). При необходимости дистанционного измерения уровня применяются более сложные уровнемеры: гидростатические (дифманометрические и барботажные), буйковые и поплавковые, емкостные, индуктивные, радиоизотопные, волновые, акустические, термокондуктометрические. Разнообразие принципов действия и конструктивных исполнений уровнемеров обусловлено их использованием для измерения уровня воды, растворов и суспензий, нефтепродуктов, границ раздела сред, содержащих взвеси, сыпучих тел в различных отраслях народного хозяйства. Такие уровнемеры основаны на визуальном измерении высоты уровня жидкости. При невысоких давлениях среды высота уровня измеряется в стеклянной трубке (указательном стекле), сообщающейся с жидкостным и газовым пространствами контролируемого резервуара (рисунок 4.1). При повышенных давлениях применяются плоские стекла, на поверхности которых со стороны жидкости нанесены вертикальные граненые канавки. Из условий прочности не рекомендуется применять указательные стекла длиной более 0,5 м, поэтому при большом диапазоне изменения уровня устанавливается несколько стекол в шахматном порядке таким образом, чтобы их диапазоны измерения перекрывались. Основным источником дополнительной погрешности таких уровнемеров является разница плотностей жидкости в контролируемом резервуаре и в стекле, вызываемая различием температур (особенно если жидкость в резервуаре имеет высокую температуру, а указательное стекло находится на значительном удалении). Различие плотностей приводит к различию уровней в резервуаре h1 и указательном стекле h2 (уровень в стекле иногда называют «весовым уровнем); при этом абсолютная погрешность измерения может быть вычислена по следующей формуле: 66 (4.1) 1 и 2 - плотность жидкости в резервуаре и в указательном стекле. Погрешность может достигать существенных значений, поэтому в целях ее уменьшения необходима либо тепловая изоляция уровнемера, либо продувка его жидкостью из резервуара перед отсчетом. Рисунок 4.1 Схема уровнемера с визуальным отсчетом 4.2 Гидростатические уровнемеры В данных уровнемерах измерение уровня Н жидкости постоянной плотности ρ сводится к измерению гидростатического давления р, создаваемого жидкостью: р = Hρg. (4.2) Измерение высоты уровня непосредственно по величине гидростатического давления можно производить в резервуарах, находящихся как под атмосферным, так и под отличающимся от него давлением. Измерительный зонд представляет собой трубку, внутренняя полость которой сообщается с жидкостью, таким образом давление внутри трубки совпадает с давлением жидкости. В нижней части трубки находится измерительная мембрана из нержавеющей стали. Ее деформация вызывает изменение сопротивления измерительного моста на тензорезисторах. Измерительная мембрана, тензопреобразователь и электроника защищены от измеряемой среды. Зонд выдерживает перегрузку до 0,6 МПа; выходной сигнал составляет 4...20 мА, погрешность не превышает ±0,3 %. Гидростатический уровнемер, в котором гидростатическое давление жидкости измеряется дифманометром, называется дифманометрическим. 67 4.3 Дифманометрические уровнемеры Схема подключения дифманометра к открытому резервуару, находящемуся под атмосферным давлением, изображена на рисунке 4.2. Обе импульсные трубки дифманометра 2 заполняются контролируемой жидкостью (если она не агрессивна). Дифманометр измеряет разность давлений, действующих на его чувствительный элемент. Рисунок 4.2 Схема подключения дифманометра при измерении уровня в открытом резервуаре, где 1 - уравнительный сосуд; 2 –дифманометр 4.4 Механические уровнемеры К этим уровнемерам относятся поплавковые, буйковые и идростатические уровнемеры. Все они реализуют абсолютный метод измерения уровня, основанный на использовании различия плотностей веществ, образующих границу раздела. В качестве первичного преобразователя поплавкового уровнемера используется тело (поплавок) обычно шарообразной или цилиндрической формы, плавающее на поверхности жидкости и имеющее постоянную осадку. Поплавок под действием выталкивающей („архимедовой") силы перемещается вместе с уровнем жидкости. Положение поплавка, являющееся мерой текущего значения уровня жидкости, фиксируется вторичным преобразователем и преобразуется в электрический, пневматический, частотный сигнал и (или) отсчитывается по шкале показывающего прибора. Связь поплавка со вторичным преобразователем может осуществляться с помощью механических элементов (троса, ленты, рычага) или с помощью бесконтактных (оптических, акустических, радиоизотопных и др.) следящих систем. Характерная особенность поплавковых уровнемеров с механической связью - необходимость герметизации вывода при измерении уровня токсичных, легкоиспаряющихся жидкостей, в сосудах с избыточным давлением, а также наличие 68 дополнительных погрешностей» связанных с упругой деформацией и трением элементов связи. В то же время использование для фиксации положения поплавка бесконтактных следящих систем усложняет конструкцию уровнемеров, обусловливает, как правило, нелинейность их характеристик преобразования. При тщательной градуировке и правильной эксплуатации поплавковых уровнемеров их основная погрешность может быть сведена к значению порядка ±1 мм в диапазоне измерений до 15 - 20 м. Наиболее существенное влияние на точность измерения уровня поплавковыми расходомерами оказывает изменение температуры в рабочей полости сосуда. Изменение температуры обусловливают температурную деформацию поплавка, изменение плотности жидкости и газа в полости над жидкостью, что, в конечном счете, приводит к изменению осадки поплавка. 4.5 Акустические уровнемеры Существуют и находят применение акустические уровнемеры трех основных типов - локационные уровнемеры, уровнемеры поглощения и резонансные. Все они реализуют различные физические явления, связанные с распространением звука в упругой (жидкостной или газовой) среде. Так, локационные уровнемеры (рисунок 4.3) реализуют эффект отражения звуковой волны от поверхности раздела сред. Генератор излучает в жидкость пачку импульсов высокой (ультразвуковой) частоты. Отраженный от границы раздела «жидкость – газ» сигнал улавливается приемником ультразвуковых колебаний. Время t между моментом посылки зондирующего импульса и моментом прихода отраженного от уровня импульса связано с текущим значением уровня h cледующей зависимостью: Рисунок 4.3 Локационный уровнемер 69 (4.3) где с — скорость звука в контролируемой среде; – угол наклона излучателя к горизонтальной плоскости.. Время t фиксируется соответствующей измерительной схемой и преобразуется в выходной сигнал уровнемера, пропорциональный (при постоянном и известном значении с) текущему значению уровня h. Локация уровня может производиться снизу (как показано на рисунке 4.3) и сверху. Во втором случае по времени прохождения ультразвуковых колебаний через газ определяется толщина газовой подушки. Локация снизу предпочтительней, так как при этом требуется меньшая мощность излучателя и меньшее усиление сигнала в приемной части уровнемера. Большинство локационных уровнемеров имеет одноэлементные датчики, у которых функции излучателя и приемника попеременно выполняет один и тот же элемент. Иногда, например, при измерении уровня агрессивных жидкостей или недопустимости нарушения целостности сосуда, датчик помещается в специальном кармане вне сосуда, и излучение зондирующего и прием отраженного сигналов производится через стенку днища сосуда. В этом случае карман заполняется веществом с акустическим сопротивлением, близким к сопротивлению контролируемой среды, а частота зондирующего сигнала выбирается такой, при которой влияние стенки сосуда на показания уровнемеров было бы минимальным. Обычно диапазон рабочих частот составляет 20 - 100 кГц при зондировании через газ и (0,1 - 2,0) МГц - при зондировании через жидкость. Одно из основных условий нормального функционирования лока- ционных уровнемеров - определенное взаимное положение источника - приемника ультразвуковых колебаний и отражающей поверхности уровня жидкости. Волнение поверхности жидкости в сосуде, наклон сосуда или датчика- излучателя могут привести к тому, что отраженный сигнал либо вообще не попадет на приемник, либо попадет настолько ослабленным, что не вызовет срабатывания системы измерения времени. В подобных условиях приходится применять специальные меры. Недостаток локационных уровнемеров - их повышенная чувстви- тельность к включениям в жидкости (микровзвесей, пузырьков газа). Этот недостаток отсутствует у двухканальных уровнемеров, работающих по схеме совпадений. В этом случае излучение ультразвуковых колебаний осуществляется одновременно двумя датчиками. Отраженные сигналы усиливаются и суммируются, срабатывание системы измерения времени происходит только от суммарного сигнала. Если же из-за наличия включений в зоне работы какого- либо датчика один из отраженных сигналов опережает другой, система измерения времени не срабатывает и, тем самым, исключается возможность 70 ошибочного измерения уровня. Другой способ устранения влияния неоднородности жидкости и деформации уровня - использование звуководов. В этом случае локация уровня производится сверху, но не через газ, а через специальный жидкостной или металлический звуковод. В точке встречи звуковода с жидкостью происходит отражение сигнала, по времени прихода которого к приемнику и определяется положение уровня жидкости. Такие уровнемеры (со звуководами) обладают сравнительно невысокой точностью (порядка ±3 %), но зато значительно расширяются их эксплуатационные возможности. В частности, они могут использоваться для измерения уровня низкокипящих жидкостей, при высоких температурах контролируемых веществ. Основными факторами (кроме погрешностей измерительной схемы) , влияющими на точность локационных уровнемеров, являются тепловое расширение сосуда и изменение скорости звука в среде. Влияние последнего фактора особенно существенно при локации через газ, так как скорость звука в газе зависит от его температуры, давления, влажности. Обычно скорость звука в рабочей среде определяется экспериментально в процессе градуировки уровнемера. Для этого на точно измеренном расстоянии от излучателя - приемника - устанавливают специальный отражатель, а измерительную схему дополняют переключающим устройством, позволяющим индицировать отраженный от него сигнал. Скорость звука определяется по времени прохождения сигнала от излучателя до отражателя и обратно на приемник. 4.6 Электрические уровнемеры Принцип действия электрических уровнемеров основан на различии электрических свойств жидкостей и газов. При этом жидкости, уровень которых измеряется, могут быть как проводниками, так и диэлектриками; газы же, находящиеся в пространстве над жидкостью - всегда диэлектрики. Основным параметром, определяющим электрические свойства проводников, является их электропроводность, а диэлектриков - относительная диэлектрическая проницаемость, показывающая, во сколько раз по сравнению с вакуумом уменьшается в данном веществе сила взаимодействия между электрическими зарядами. В зависимости от того, какой выходной параметр (сопротивление, емкость или индуктивность) первичного преобразователя реагирует на изменение уровня, электрические уровнемеры подразделяются на кондуктометрические, емкостные и индуктивные. 71 4.7. Оптические уровнемеры При измерении уровня жидкостей оптическими методами могут быть использованы различные явления, связанные с прохождением света через среды, образующие поверхность раздела: отражение или преломление света на поверхности раздела, ослабление его интенсивности в поглощающей среде и др. Однако на практике наибольшее распространение получили оптические уровнемеры с визуальной фиксацией границы раздела жидкость - газ и фотоэлектрические уровнемеры, использующие эффект отражения света от поверхности жидкости. При соответствующем (исключающем влияние мениска) диаметре меркой трубки, подсветке поверхности раздела и использовании специальных средств отсчета (например, катетометров) погрешность визуальных уровнемеров при неподвижной поверхности жидкости может быть сведена к десятым и даже сотым долям миллиметра. Вследствие этого они находят широкое применение в поверочных установках с мерными баками, образцовых мерниках. Сложность дистанционных измерений уровня, невозможность использования в системах регулирования автоматизированными технологическими процессами препятствуют широкому промышленному применению визуальных уровнемеров. Некоторые типы современных приборов и устройств для измерений уровня приведены на рисунках 4.4…4.9. 72 Рисунок 4.4 Радарный уровнемер Rosemount. 73 Рисунок 4.5 Радарный уровнемер Rosemount (продолжение). 74 Рисунок 4.6 Радарный уровнемер Rosemount (продолжение). 75 Рисунок 4.7 Ультразвуковые уровнемеры Rosemount. 76 Рисунок 4.8 Волновой уровнемер Rosemount. 77 Рисунок 4.9 Волновой уровнемер Rosemount (прдолжение). 5 ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА 78 При измерениях, связанных с учетом количества вещества, важнейшими исходными понятиями являются количество вещества и расход. Количество вещества можно измерять либо в единицах массы [килограмм (кг), тонна (т)]} либо в единицах объема [кубический метр (м3), литр (л)]. Расход есть количество вещества, протекающего через сечение трубопровода в единицу времени. В соответствии с выбранными единицами может производиться измерение либо массового расхода GM (единицы кг/с, кг/ч, т/ч), либо объемного расхода GQ (единицы м3/с, л/с, м3/ч). Единицы массы и массового расхода дают более полные сведения о количестве или расходе вещества, чем единицы объема, так как объем вещества, особенно газов, зависит от давления и температуры. При измерении объемных расходов газов для получения сопоставимых значений результаты измерения приводят к определенным (так называемым нормальным) условиям. Такими нормальными условиями принято считать температуру, равную 20 град. С, давление, равное 101,325 кПа (760 мм рт. ст.) и относительную влажность, равную нулю. В этом случае объемный расход обозначается GH и выражается в объемных единицах (например, м3/ч). Измерительный прибор, служащий для измерения расхода вещества, называется расходомером, а прибор для измерения количества вещества - счетчиком количества (счетчиком). В каждом конкретном случае к этим терминам следует добавлять наименование контролируемой среды. Во многих случаях показания расходомеров суммируются во времени и используются, как и показания счетчиков, для определения количеств израсходованного газа, отпущенной горячей воды или пара при проведении коммерческих расчетов или определении экономических показателей работы оборудования. 5.1 Расходомеры. Общая классификация Технические устройства, предназначенные для измерения массового или объемного расхода, называют расходомерами. При этом в зависимости от того, для измерения какого (объемного или массового) расхода предназначены расходомеры, их подразделяют на объемные и массовые. Существует различные признаки, по которым можно классифицировать расходомеры (например, по точности, диапазонам измерений, виду выходного сигнала и т. п.). Однако наиболее общей является классификация по принципам измерений, по тем физическим явлениям, с помощью которых измеряемая величина преобразуется в выходной сигнал первичного преобразователя расходомера. По принципу измерений расходомеры классифицируют по следующим основным группам (указываемый для каждой классификационной группы расходомеров принцип преобразования относится к их первичным преобразователям - датчикам). 79 1 Расходомеры переменного перепада давления (с сужающими устройствами; с гидравлическими сопротивлениями; центробежные; с напорными устройствами; струйные), преобразующие скоростной напор в перепад давления. 2 Расходомеры обтекания (расходомеры постоянного перепада - ротаметры, поплавковые, поршневые, гидродинамические), преобразующие скоростной напор в перемещение обтекаемого тела. 3 Тахометрические расходомеры (турбинные с аксиальной или тангенциальной турбиной; шариковые), преобразующие скорость потока в угловую скорость вращения обтекаемого элемента (лопастей турбинки или шарика). 4 Электромагнитные расходомеры, преобразующие скорость движущейся в магнитном поле проводящей жидкости в ЭДС. 5 Ультразвуковые расходомеры, основанные на эффекте увлечения звуковых колебаний движущейся средой. 6 Инерциальные расходомеры (турбосиловые; кориолисовы; гироскопические), основанные на инерционном воздействии массы движущейся с линейным или угловым ускорением жидкости. 7 Тепловые расходомеры (калориметрические; термоанемометрические), основанные на эффекте переноса тепла движущейся средой от нагретого тела. 8 Оптические расходомеры, основанные на эффекте увлечения света движущейся средой (Физо-Френели) или рассеяния света движущимися частицами (Допплера). 9 Меточные расходомеры (с тепловыми, ионизационными, магнитными, концентрационными, турбулентными метками), основанные на измерении скорости или состоянии метки при прохождении ее между двумя фиксированными сечениями потока. 5.2. Расходомеры переменного перепада давления. Принцип действия Принцип действия расходомеров данного типа, объединенных единым методом измерений, основан на измерении перепада давления, образующегося в результате местного изменения скорости потока жидкости, газа или пара. Метод переменного перепада давления - один из наиболее старых и изученных методов измерения расхода. Возможность косвенной градуировки и поверки стандартизованных первичных преобразователей - сужающих устройств, реализующих метод, их простота и надежность, серийный выпуск вторичных преобразователей - дифманометров обусловило его широкое использование в практике промышленных измерений расхода. Данный метод измерения расхода основан на зависимости перепада давления в неподвижном сужающем устройстве (СУ), устанавливаемом в трубопроводе, от расхода измеряемой среды. Это устройство следует рассматривать как первичный преобразователь расхода. Создаваемый в сужающем устройстве перепад давления измеряется дифманометром, который может быть показывающим со шкалой в единицах расхода. При необходимости дистанционной передачи показаний дифманометр снабжается преобразователем, 80 который линией связи соединяется с вторичным прибором и другими устройствами. Данный метод в основном используется для измерения расхода пара, газа, жидкостей в трубопроводах диаметром свыше 300 мм. Рассматриваемый принцип измерения заключается в том, что при протекании потока через отверстие сужающего устройства повышается скорость потока по сравнению со скоростью до сужения. Увеличение скорости, а, следовательно, и кинетической энергии вызывает уменьшение потенциальной энергии и статического давления. Расход может быть определен при известной градуировочной характеристике по перепаду давления на сужающем устройстве, измеренному дифманометром. Использование рассматриваемого метода измерения требует выполнения определенных условий: Сужающие устройства условно подразделяются на стандартные, специальные и нестандартные. Стандартными называются сужающие устройства, которые рассчитаны, изготовлены и установлены в соответствии с руководящими нормативными документами. К числу специальных относятся стандартные диафрагмы для трубопроводов с внутренним диаметром менее 50 мм. Сужающие устройства, не относящиеся к этим двум группам, называются нестандартными. Градуировочная характеристика стандартных сужающих устройств определяется с помощью расчетов без индивидуальной градуировки. Этот момент обусловил широкое применение данного метода для измерения расходов воды, пара, газа в трубопроводах больших диаметров. Градуировочные характеристики нестандартных сужающих устройств определяются в результате индивидуальной градуировки. Данному методу присущи следующие недостатки: - узкий динамический диапазон, не превышающий трех-пяти при использовании одного дифманометра; - диаметр трубопровода должен быть более 50 мм, в противном случае необходима индивидуальная градуировка; - значительные длины линейных участков; - наличие потери давления. 81 5.3. Тахометрические счетчики и расходомеры Тахометрическими называются расходомеры, в которых скорость движения рабочего тела пропорциональна объемному расходу измеряемой среды. В большинстве случаев рабочее тело - преобразователь расхода (крыльчатка, турбинка, шарик и т.п.) под воздействием потока вращается. В зависимости от устройства рабочего тела тахометрические расходомеры подразделяются на крыльчатые, турбинные, шариковые, камерные, кольцевые и др. Тахометрические преобразователи расхода могут использоваться как в счетчиках количества, так и в расходомерах. В первом случае преобразователь расхода (например, турбинка) связан со счетным механизмом. Тахометрические расходомеры содержат электрические тахометрические преобразователи частоты вращения чувствительного элемента в электрический сигнал, измеряемый затем вторичным прибором. Электрические преобразователи скорости оказывают незначительное тормозящее действие на подвижный элемент (по сравнению с механической передачей в счетчиках), в силу чего точность тахометрических расходомеров выше точности счетчиков с механическим редуктором. Тахометрические приборы измеряют объемные расходы. При необходимости измерения массовых расходов они должны снабжаться либо измерителями температуры и давления, либо плотномерами, вычислительными устройствами. Тахометрические расходомеры применяются для измерения расхода различных жидкостей (реже газов), причем некоторые их разновидности могут использоваться на загрязненных жидкостях. Наиболее широко эти расходомеры используются в коммунальном хозяйстве для учета индивидуального потребления горячей и холодной воды, газа. Крыльчатые и турбинные расходомеры применяются для измерения расхода различных жидкостей за исключением очень вязких и загрязненных, поскольку для них важной является смазывающая способность измеряемой среды. Для измерения расхода газа турбинные расходомеры применяются реже. Это связано с тем, что из-за малой плотности газа достаточно большой вращающий момент получается только при больших расходах, что уменьшает диапазон измерения расходомера и повышает порог чувствительности. Кроме того, в газовой среде ускоряется износ подшипников. При диаметрах трубопроводов от 15 до 40 мм применяются крыльчатые расходомеры, а от 50 до 250 мм - турбинные. В расходомерах частота вращения турбинки, пропорциональная объемному расходу, с помощью тахометрического преобразователя преобразуется в частоту импульсов выходного сигнала. При известной цене импульса их суммарное число определяет объемный расход на интервале времени. Импульсный сигнал с помощью специальной схемы преобразуется в аналоговый выходной сигнал. 82 5.4 Электромагнитные расходомеры Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости. Серийные электромагнитные расходомеры предназначены для измерения расхода жидкостей с электропроводностью не менее 103 См/м (соответствует электропроводности водопроводной воды). Имеются специальные расходомеры, позволяющие измерять расход жидкостей с электропроводностью до 105 См/м. В настоящее время электромагнитные расходомеры распространены для измерения расхода воды в трубопроводах диаметром менее 250 мм. Это объясняется их следующими свойствами: - показания не зависят от вязкости и плотности среды; - динамический диапазон достигает 100 и более; - преобразователи расхода являются безынерционными; - они не имеют частей, выступающих внутрь трубы, и, таким образом, не создают потери давления; - влияние местных сопротивлений значительно меньше, чем у других расходомеров, поэтому требуемая длина прямых участков для них минимальная; - электромагнитные расходомеры применяются на трубопроводах диаметром от 2 до 4000 мм; - электромагнитные расходомеры могут быть использованы в ряде случаев, когда применение расходомеров других типов затруднено или невозможно вовсе: при измерении расхода агрессивных, абразивных и вязких жидкостей, пульп, жидких металлов. К числу недостатков электромагнитных расходомеров следует отнести требования к минимальному значению электропроводности измеряемой среды, что сужает круг использования таких расходомеров. Другой недостаток расходомеров - низкий уровень информативного сигнала (мкВ) и необходимость тщательной защиты преобразователя и линий связи от внешних помех. 5.5. Ультразвуковые расходомеры Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении зависящего от расхода того или иного акустического эффекта, возникающего при прохождении ультразвуковых колебаний через контролируемый поток жидкости или газа. В последнее время используются две разновидности ультразвуковых расходомеров: расходомеры, основанные на перемещении ультразвуковых колебаний движущейся средой и доплеровский. Наибольшее распространение получила первая группа приборов. В таких расходомерах ультразвуковые колебания, создаваемые пьезоэлементами, направляются по потоку жидкости и против него. Разность времен прохождения ультразвуковыми импульсами 83 расстояния между излучателем и приемником по потоку и против потока пропорциональна скорости потока, т.е. скорость ультразвука относительно стенок трубы зависит от скорости потока. Основные трудности использования ультразвукового метода связаны с тем, что скорость ультразвука в среде зависит от физико-химических свойств последней: температуры, давления, и она значительно больше скорости среды, так что действительная скорость ультразвука в движущейся среде мало отличается от скорости в неподвижной среде. Разность времени прохождения достаточно мала и это обстоятельство обусловливает необходимость применения сложных электронных схем в сочетании с микропроцессорной техникой, обеспечивающих компенсацию влияния различных факторов. Некоторые типы современныех приборов и устройств для измерений расхода приведены на рисунках 5.1…5.19. 84 Рисунок 5.1 Расходомеры. 85 Рисунок 5.2 Расходомеры (продолжение). 86 Рисунок 5.3 Расходомеры (продолжение 87 Рисунок 5.4 Расходомеры (продолжение). 88 Рисунок 5.5 Расходомерные диафрагмы. 89 Рисунок 5.6 Расходомерные диафрагмы (продолжение). 90 Рисунок 5.7 Расходомеры Метран – 350. 91 Рисунок 5.8 Расходомеры Метран – 3 (продолжеие). 92 Рисунок 5.9 Расходомеры Метран – 3 (продолжеие). 93 Рисунок 5.10 Преобразователь расхода Метран – 300ПР. 94 Рисунок 5.11 Расходомеры электромагнитные. 95 Рисунок 5.12 Расходомеры электромагнитные (продолжение). 96 Рисунок 5.13 Расходомеры электромагнитные (продолжение). 97 Рисунок 5.14 Интеллектуальный вихревой расходомер. 98 Рисунок 5.15 Интеллектуальный вихревой расходомер (продолжение). 99 Рисунок 5.16 Интеллектуальный вихревой расходомер (продолжение). 100 Рисунок 5.17 Измерение плотности. 101 Рисунок 5.18 Расходомеры кориолисовые Метран – 360. 102 Рисунок 5.19 Массовые расходомеры и плотномеры. 103 6 КАЛИБРАТОРЫ Калибраторы - измерители унифицированных сигналов и давления предназначены для применения в качестве эталонных и измерений электрических сигналов силы и напряжения постоянного тока, сопротивления постоянному току, а также для воспроизведения и измерения сигналов термопреобразователей сопротивления (ТС) по ГОСТ 6651-94 и DIN N 43760 и преобразователей термоэлектрических (ТП) по ГОСТ Р 8.585-2001, а также преобразователей давления. Калибраторы - измерители используются в качестве эталонных средств измерений при поверке (калибровке) рабочих средств измерений, также в качестве высокоточных рабочих средств измерений при калибровке, поверке и настройке рабочих средств измерений в лабораторных и промышленных условиях. 6.1 Калибратор - измеритель унифицированных сигналов эталонный ИКСУ-2000 Назначение ИКСУ-2000 предназначен для воспроизведения и измерения: -электрических сигналов силы постоянного тока; - электрических сигналов напряжения постоянного тока; - сопротивления постоянному току; - сигналов термопреобразователей сопротивления по ГОСТ 6651-2009, ГОСТ 8.625-2006, ГОСТ 6651-94, DIN 43760; - сигналов преобразователей термоэлектрических по ГОСТ Р 8.585-2001. ИКСУ-2000 используются в качестве эталона для поверки (калибровки и градуировки): - термопреобразователей сопротивления (ТС); - термоэлектрических преобразователей (ТП, термопар); - преобразователей с унифицированным входным и выходным сигналом 0...5, 0...20 и 4...20 мА. Краткое описание ИКСУ-2000 - это многофункциональный микропроцессорный прибор, режимы работы которого задаются как при помощи клавиатуры, расположенной на лицевой панели прибора, так и при помощи программного обеспечения (ПО), установленного на персональном компьютере (ПК) (ПО поставляется по отдельному заказу). Состав ИКСУ-2000: - электронный блок; - сетевой блок питания; - аккумуляторы; 104 - зарядное устройство; - соединительные кабели; - один канал воспроизведения; - воспроизведение сигналов ТС и ТП различных НСХ; - ручная или автоматическая компенсация температуры холодного спая; - встроенный стабилизатор напряжения для питания первичных преобразователей напряжением 24 В постоянного тока; - полнофункциональная кнопочная клавиатура; - время установления рабочего режима - не более одной минуты; - ЖК-дисплей с подсветкой; - на экране дисплея ИКСУ-2000 отображаются результаты воспроизведения и измерения в цифровом виде, а также сведения о режимах работы ИКСУ; - пластмассовый корпус; - в состав программного обеспечения (ПО) входят две программы: - программа калибровки ИКСУ-2000 (индекс заказа «ПО1») (программа калибровки ИКСУ-2000 является бесплатной (скачать программу можно с сайта www.elemer.ru); - АРМ ИКСУ-2000 - автоматизированное рабочее место, позволяющее калибровать первичные преобразователи и вторичные приборы как в режиме воспроизведения, так и в режиме измерения сигналов (индекс заказа «ПО2»); - функции ПО АРМ ИКСУ-2000: - конфигурирование (настройка) измерительного канала; - управление ИКСУ-2000; - сбор оперативной информации и организация ее хранения; - отображение информации в цифровом и графическом виде; - обработка и анализ полученных данных; - связь ИКСУ-2000 с ПК осуществляется по интерфейсу RS-232; - напряжение питания: - напряжение 9,6 В постоянного тока от встроенных аккумуляторов; - напряжение 12 В постоянного тока от сетевого блока питания; - потребляемый ток в режиме работы прибора (без подсветки) - не более 200 мА; - масса - не более 1 кг. Показатели надежности, гарантийный срок ИКСУ-2000 соответствует: - по устойчивости к климатическим воздействиям - группе исполнения В2 (+10...+ 40) °С; - по степени защиты от попадания внутрь ИКСУ-2000 пыли и воды - IP30. Ресурс ИКСУ-2000 - 10000 ч в течение срока службы, равного 5 лет Гарантийный срок эксплуатации прибора - 12 месяцев со дня продажи. 105 Таблица 6.1 Метрологические характеристики Предел допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры окружающего воздуха от нормальной (20 ± 5) °С до предельных рабочих температур, равных, соответственно, +5 и +40 °С, не превышает предела допускаемой основной погрешности. Соединительные кабели, входящие в комплект поставки: - № 1 и № 2 - для связи ИКСУ с термопарами (ТП) типа ХА (К) и ХК (L) соответственно при работе в режиме измерения температуры, а также для связи с устройствами в режиме воспроизведения сигналов от указанных типов (ТП); - № 3 - для связи ИКСУ с термометрами сопротивлениями (ТС) по 3- проводной схеме подключения при работе в режиме измерения температуры и для связи с устройствами по 3-проводной схеме подключения в режиме воспроизведения сигналов от ТС; - № 4 - для связи с устройствами по 4-проводной и 2-проводной схемам подключения в режиме воспроизведения сигналов от ТС; - № 5/1 - для связи с устройствами в режимах измерения и генерации сигналов напряжения до 100 мВ; - № 5/2 - для связи с устройствами в режимах измерения сигналов напряжения до 120 В и генерации сигналов напряжения до 12 В; - № 6 - для связи с устройствами при работе в режиме воспроизведения сигналов силы постоянного тока; - № 7 - для связи с устройствами при работе в режиме измерения сигналов силы постоянного тока; - интерфейсный кабель для соединения ИКСУ с COM-портом персонального компьютера (ПК). На рисунке 6.1 представлен внешний вид калибратора ИКСУ-2000, 106 на рисунке 6.2 – подключение калибратора ИКСУ-2000 для калибровки измерительного модуля контроллера. Рисунок 6.1- Внешний вид калибратора ИКСУ-2000 107 Рисунок 6.2- Подключение калибратора ИКСУ-2000 для калибровки измерительного модуля контроллера 108 6.2 Калибратор – измеритель унифицированных сигналов эталонный ИКСУ-260 Назначение Калибратор - измеритель унифицированных сигналов ИКСУ-260 предназначен для воспроизведения и измерения электрических сигналов силы и напряжения постоянного тока, сопротивления постоянному току, а также для воспроизведения и измерения сигналов термометров сопротивления (ТС) и преобразователей термоэлектрических (ТП). ИКСУ-260 используется в качестве эталонного (образцового) средства измерений при поверке рабочих средств измерений, а также в качестве высокоточного рабочего средства измерений при калибровке, поверке и настройке рабочих средств измерений как в лабораторных и промышленных, так и в полевых условиях. ИКСУ-260 входит также в состав поверочного комплекса давления и стандартных сигналов ЭЛЕМЕР ПКДС-210. В составе комплекса ЭЛЕМЕР ПКДС-210 ИКСУ-260 измеряет давление, поступающее от эталонного преобразователя давления ПДЭ-010, осуществляет питание поверяемого первичного преобразователя давления и тестирование реле датчиков давления. Краткое описание ИКСУ-260 - это многофункциональный микропроцессорный прибор, режимы работы которого задаются как при помощи клавиатуры, расположенной на лицевой панели прибора, так и при помощи программного обеспечения (ПО), установленного на персональном компьютере (ПК); связь с ПК осуществляется по интерфейсу RS-232; 109 в состав ПО входит программа «АРМ (автоматизированное рабочее место) ИКСУ- 260» - программное обеспечение, позволяющее калибровать первичные преобразователи и вторичные приборы как в режиме воспроизведения, так и в режиме измерения сигналов. Функции ИКСУ-260 С помощью программного обеспечения: - конфигурирование (настройка) измерительного канала, - управление ИКСУ-260, - сбор оперативной информации и организация ее хранения, - обработка и анализ полученных данных. Ручная или автоматическая компенсация температуры холодного спая термопары. Функция поверки датчиков давления. 2 канала тестирования реле. Интуитивно понятный интерфейс. ЖК-экран с подсветкой - 128 х 64 пиксела. Питание - от встроенных аккумуляторов или сетевого блока питания. Запись результатов во встроенную память. Прочный металлический корпус ЭМС - III-A. Регулировка контрастности экрана. Звуковой сигнал при перегрузке в режиме калибровки преобразователей давления. Воспроизведение сигналов термометров сопротивления различных НСХ и электрического сопротивления в диапазоне 0...320 Ом. 4-проводная схема измерения. 2 канала тестирования реле. Запись в архив до 2000 кадров по 32 байта (в архив записываются все измеряемые и воспроизводимые величины, режимы работы ИКСУ и последовательность действий оператора). Сохранение результатов и режимов работы при выключении питания. На экране дисплея ИКСУ-260 отображаются результаты воспроизведения и измерения в цифровом виде, а также сведения о режимах работы. Режимы работы Измерение - в данном режиме пользователь имеет возможность проводить высокоточные измерения сигналов от: термоэлектрических преобразователей (ТП) с преобразованием входного сигнала в градусы Цельсия в соответствии с НСХ выбранного первичного преобразователя; термометров сопротивления (ТС) с преобразованием входного сигнала в градусы Цельсия в соответствии с НСХ выбранного первичного преобразователя; источника напряжения (мВ); источника постоянного тока (мА); сопротивления постоянному току (Ом). термоэлектрических преобразователей (ТП); 110 ручная или автоматическая компенсация температуры «холодного спая» в режимах работы с термоэлектрическими преобразователями (ТП); время установления рабочего режима - не более 1 мин; напряжение питания: ИКСУ-260 – напряжение 4,8 В постоянного тока от встроенных аккумуляторов; ИКСУ-260 – напряжение 12 В постоянного тока от сетевого блока питания (адаптера), входящего в комплект поставки; ИКСУ-260Ex - напряжение 4,8 В постоянного тока (во взрывоопасной зоне может осуществляться от искробезопасной цепи встроенного блока аккумуляторов); ИКСУ-260Ex - напряжение 7,2 В постоянного тока (вне взрывоопасной зоны может осуществляться от сетевого блока питания (адаптера); зарядка блока аккумуляторов осуществляется от адаптера вне взрывоопасной зоны); ток, потребляемый прибором в режиме работы без подсветки, не более 200 мА; климатическое исполнение - группа исполнения С4 (20...+60) °С; степень защиты от пыли и влаги - IP54; масса - не более 1 кг; гарантийный срок эксплуатации - 5 лет; ПО поставляется по отдельному заказу. Эмуляция - данный режим предназначен для генерации ИКСУ выходного сигнала с последующей передачей его на вход поверяемого измерительного прибора с целью проверки точности проводимых им измерений от источников различного типа. Использование ИКСУ в этом режиме может быть полезно при организации демонстрационных макетов и стендов, а также для проверки корректности работы систем управления без подключения к реальному объекту. Пользователь имеет возможность выбирать тип генерируемого выходного сигнала в виде: термоэлектрического преобразователя (ТП); термометра сопротивления (ТС); источника постоянного напряжения (мВ); источника постоянного тока (мА); сопротивления постоянному току (Ом). Поверка ПД - для проведения поверки датчиков давления путем сравнения их показаний с показаниями эталонного датчика давления. Результаты измерений от поверяемого и эталонного датчиков выводятся на дисплей ИКСУ. Пользователь имеет возможность произвести визуальную оценку измерений и по величине рассогласований сделать заключение о точности работы поверяемого датчика и возможности его дальнейшего использования. Симуляция - данный режим предназначен для проверки точности работы измерительных преобразователей и других аналогичных приборов. Выходной сигнал от ИКСУ подается на вход испытуемого прибора, на его выходе в результате генерируется унифицированный токовый сигнал, который поступает на 111 измерительный вход ИКСУ, преобразуется далее в физическую величину по заданному пользователем линейному закону, и результат сигнал, имитирующий: - термоэлектрический преобразователь (ТП); - термометр сопротивления (ТС); - источник постоянного напряжения (мВ); источник постоянного тока (мА); - сопротивление постоянному току (Ом). Возможно осуществление поверки различных приборов контроля давления: преобразователей давления, манометров, тягонапоромеров, реле давления и т. п. Возможность быстрого и плавного регулирования эталонного установочного давления, автоматический расчет погрешности, одновременная визуализация всех данных на дисплее калибратора - все это делает работу по поверке датчиков дав- ления легкой, понятной и продуктивной. Питание поверяемых электронных преобразователей давления осуществляется от калибратора ИКСУ. Метрологические характеристики: Таблицы 6.2 и 6.3 - пределы допускаемой основной погрешности Таблица 6.2 112 Таблица 6.3 Схемы подключения калибратора ИКСУ-260 приведены на рисунках 6.3…6.5. Рисунок 6.3 Схема подключения калибратора ИКСУ-260. 113 6.4 Схема подключения калибратора ИКСУ-260. Рисунок 6.5 Измеритель-калибратор ИКСУ-260. 6.3 Калибратор-измеритель стандартных сигналов КИСС-03 Руководство по эксплуатации 2.085.003 РЭ 114 Назначение Калибратор-измеритель стандартных сигналов КИСС-03 предназначен для проверки, настройки и поверки показывающих и регистрирующих приборов, различных измерительных комплексов, а также может применяться при выполнении пуско-наладочных работ в различных отраслях промышленности. Основные функции: – измерение значений постоянного тока или напряжения; – измерение сопротивления; – измерение температуры с помощью термопреобразователей сопротивлений (ТС) с номинальной статической характеристикой преобразования 50М, 100М, 50П, 100П (в дальнейшем – ТСМ50, ТСМ100, ТСП50, ТСП100, соответственно), Pt100, подключенных по 4-х проводной линии связи; – измерение температуры с помощью термопар (ТП) типов: S, K, L, В, А-1 (ГОСТ Р 8.585-2001) с компенсацией температуры холодных спаев; – генерация сигналов постоянного тока или напряжения с возможностью плавной регулировки и задания от одного до шести значений генерируемого параметра. Вывод значений осуществляется циклически, с помощью нажатия одной клавиши. Имеется возможность изменять направление вывода значений; – генерация ЭДС термопар (ТП) типов: S, K, L, В, А-1 с возможностью компенсации ЭДС холодных спаев и плавной регулировки выходного сигнала; – генерация и измерение постоянного тока и/или напряжения одновременно, с возможностью задания одного значения генерируемого параметра. Дополнительные функции: 115 – сервисный режим «Таблица значений ТС», который обеспечивает возможность просмотра на индикаторе значений сопротивлений ТСП и ТСМ по ГОСТ 6651-94, в Ом , при задании температуры в град.С; – измерение температуры с помощью внутреннего Pt100 (W 100 =1,3850) в диапазоне температуры от 5 до 45 град.С; – режим работы – «Калибровка КИСС-03». Технические характеристики: – калибратор работает в трех основных режимах: измерение, генерация, измерение и генерация одновременно; – характеристики основных функций калибратора приведены в таблице 6.1. – характеристики плавных регулировок калибратора в режимах генерации приведены в таблице 6.2; - пределы допускаемой основной погрешности калибратора приведены в таблице 6.3. Таблица 6.4.Характеристики основных функций калибратора Таблица 6.5 Характеристики плавных регулировок калибратора 116 Таблица 6.6 Пределы допускаемой основной погрешности калибратора 117 6.4 Поверочный комплекс давления и стандартных сигналов ЭЛЕМЕР-ПКДС-210 118 119 120 6.5 Калибраторы Метран 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 6.6 Калибратор элметро-Паскаль 139 140 6.7 Фирма «ВИКА». Задание и измерение температуры и давления 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 Список используемой литературы 1 Закон Республики Беларусь «Об обеспечении единства измерений». № 163-З от 20.07.2006 г. 2 Иванова Г.М. и др. Теплотехнические измерения и приборы. – М.:Издательство МЭИ, 2005, 459 с. 3 Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. - М.:Энергия, 1978, 703 с. 4 Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология.- М.: «Логос», 2001, 375 с. 5 Хансуваров К.И., Цейтлин В.Г. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара. Учебное пособие для техникумов.- М.:Издательство стандартов, 1990, 287 с. 6 Каталоги фирм «МЕТРАН», «ЭЛЕМЕР», «ЭЛМЕТРО» и «ВИКА».