Ремонт та монтаж технічних засобів вимірювання й автоматизації

Урок №1

Тема: Принцип дії і будова контрольно вимірювальних приладів

Електровимірювальні прилади призначені для вимірювання електричних величин. У технічних електровимірювальних приладах відлік показів відбувається за допомогою стрілки, електронного променю, а також цифрового відліку.

Електровимірювальні прилади, які показують числове значення вимірюваної величини, називаються показувальними або приладами безпосередньої оцінки (наприклад, вольтметр, амперметр, омметр та інші).

Найчастіше у вимірювальних приладах провідник зі струмом виконується у вигляді легкої рамки або котушки, витки якої відчувають дію сил магнітного поля, що утворюють обертальний момент. Магнітне поле в приладах утворюється постійним магнітом або нерухомою котушкою, яку обтікає вимірюваний струм. Існують також прилади, засновані на дії магнітного поля на внесений в нього прилад «сердечник» .

У сучасній електровимірювальній техніці використовуються прилади з механізмом, який складається з рухомої та нерухомої частин. При цьому в процесі вимірювання рухома частина механізму повертається відносно нерухомої частини на кут, пропорційний вимірюваній величині.

Електровимі́рювальні при́лади — клас пристроїв, що застосовуються для вимірювання різних електричних величин. До групи електровимірювальних приладів також належать й інші засоби вимірювань — міри, перетворювачі, комплексні установки.

Вимірювання фізичних величин застосовують не тільки в технічних науках, а й в інших галузях. Вимірювання є гарантом забезпечення ефективних технологічних процесів та високої якості продукції, без вимірювання не мислимі всі дослідження науки і техніки. Загальний рівень розвитку науки і техніки, технічний прогрес у всіх галузях завжди визначався і визначається рівнем розвитку вимірювальної техніки. Це ствердження випливає з ролі вимірювань як джерела найоб’єктивнішої інформації про навколишній матеріальний світ. Особливо важлива роль електричних вимірювань, які завдяки ряду переваг над неелектричними вимірюваннями, стали основними.

Переваги електричних вимірювань:

– Універсальність, тобто можливість вимірювань не тільки електричних величин, а й неелектричих, попередньо перетворивши на електричні;

– Дистанційність – можливість передачі вимірюваної інформації у вигляді електричних сигналів на практично довільні відстані від досліджуваного об’єкта;

– Можливість вимірювань швидкозмінних величин за допомогою малоінерційних електронних засобів вимірювальної техніки;

– Можливість забезпечення високої чутливості та потрібної точності;

– Можливість комп’ютеризацї вимірювань.

Сучасна інформаційна техніка дає можливість вимірювати найрізноманітніші величини (електричні, магнітні та неелектричні – теплові, механічні, світлові і т. д.). У переважній більшості неелектричні величини вимірюються електричними вимірювальними приладами після попереднього перетворення неелектричних величин в електричні як найзручнішу для передачі, підсилення, порівняння точного вимірювання. Тому предметом вивчення дисципліни буде вивчення методів, засобів електричних вимірювань електричних, магнітних та неелектричних величин.

Електровимі́рювальні при́лади — клас пристроїв, що застосовуються для вимірювання різних електричних величин. До групи електровимірювальних приладів також належать й інші засоби вимірювань — міри, перетворювачі, комплексні установки.

Класифікація:

Електровимірювальні прилади для вимірювання електричних величин поділяються на:

· прилади для вимірювання сили струму — Амперметри ;

· прилади для вимірювання напруги — Вольтметри ;

· прилади для вимірювання активної та реактивної потужності — Ватметри та Варметри ;

· прилади для вимірювання cos φ — Фазометри ;

· прилади для вимірювання опорів — Омметри , Мегометри ;

· прилади для вимірювання частоти змінної напруги або струму — Частотоміри ;

· прилади для вимірювання ємності — Фарадометри ;

· прилади для дослідження повного набору характеристик пасивних електронних компонентів - вимірювачі імітансу;

· прилади для вимірювання добротності — Куметри ;

· прилади для спостереження форми електричних сигналів та вимірювання параметрів сигналів - Осцилографи .

Системи електровимірювальних приладів

Магнітоелектрична система.

Прилади даної системи працюють за принципом взаємодії магнітного поля нерухомого постійного магніту з магнітним полем провідника зі струмом, що проходить по рухомій котушці.

Електромагнітна система

У вимірювальних механізмах електромагнітної системи обертальний момент обумовлений електромеханічною дією магнітного поля вимірюваного струму в нерухливій котушці приладу на рухливий феромагнітний якір. Механічні сили прагнуть перемістити якір так, щоб енергія магнітного поля механізму стала можливо більшої. В електромагнітному механізмі якір втягується в котушку, включену в ланцюг вимірюваного струму.

Для посилення магнітного поля й регулювання значення обертаючого моменту служить нерухливий феромагнітний сердечник. Протидіючий момент створюється спіральною пружиною. Для захисту від зовнішніх магнітних полів вимірювальний механізм поміщений у феромагнітний екран. У загальному випадку обертаючий момент, що діє на рухливу частину, дорівнює похідної енергії магнітного поля по координаті переміщення індуктивність і струм котушки

Магнітне поле котушки з вимірюваним струмом відносно слабке, тому що його магнітні лінії більшу частину шляхи проходять у повітрі. Із цієї причини чутливість вимірювального механізму електромагнітної системи мала і його необхідно захищати від зовнішніх магнітних полів або виготовляти астатичним.

В астатичному вимірювальному механізмі число котушок, рівною мірою, що беруть участь в утворенні обертаючого моменту, подвоюється, а їх власні магнітні поля мають протилежні напрямки. Зовнішнє однорідне магнітне поле, підсилюючи магнітне поле однієї котушки, у такому ж ступені послабляє магнітне поле другої котушки, не змінюючи загальний обертаючий момент вимірювального механізму.

Основні переваги приладів, що показують, електромагнітної системи - простота конструкції, стійкість нерухливої котушки до перевантажень по струму, незалежність показань від форми кривої струму. Основні недоліки - нерівномірність шкали, що частково можна виправити вибором геометричної форми рухомого сердечника, і низький клас точності внаслідок магнітного гістерезису й втрат енергії у феромагнітних елементах вимірювального механізму.

Електродинамічна та феродинамічна системи

Принцип дії електродинамічної системи заснований на взаємодії магнітних полів, рухомою і нерухомою котушок зі струмом. Відмінністю феродинамічного вимірювального механізму є розміщення нерухомої котушки на вісі механізму, які вмикають паралельно до двох спіральних пружини, які створюють момент протидії та за допомогою яких струм подається в рухому котушку. Замкнуте через залізо (феродинамічний) механізм, в якому магнітний потік, створений струмом, проходить по замкнутій шіхтованной (виконаної з набору листів) магнітного ланцюга. Ці механізми дуже міцні, проте вони поступаються за точністю вимірювальним механізмам електродинамічної системи. Зокрема, вони не можуть бути застосовані для вимірювань постійного струму.

Завдання: Опрацювати конспект, вивчити класифікацію КВП, знати їх будову та призначення

Урок 2: Класифікація контрольно-вимірювальних приладів (КВП)

І. За способом відображення інформації:

1. Вказуючі (мають шкалу і стрілку).

2. Сигналізуючі (реагують на одне допустиме мін. чи макс. значення вимірювання).

II. За будовою:

1. Електричні:

Живляться від електромережі автомобіля. Складаються з датчика (в місті контролю) і приймача (в місці спостереженя).

2. Механічні:

Дають покази використовуючи енергію вимірюваного середовища.

Превагою електричних приладів є простота передачі сигналу з місця контролю до місця

спостереження.

IIІ. За призначенням:

1. Вимірювання температури (покажчики температури).

2. Вимірювання тиску (покажчики тиску).

3. Вимірювання рівня палива (покажчики рівня палива).

4. Контролю зарядного режиму АКБ (покажчики струму і напруги).

5. Вимірювання швидкості авто і пройденого шляху (спідометри).

6. Вимірювання частоти обертів (тахометри).

7. Вибору економічної витрати палива (економетри) і ін.

Вимоги до КВП:

1. Витримувати вібраційні та ударні навантаження.

2. Працювати в широкому діапазоні температур навкол. середов. (-45°С-80°С).

3. Мати мінімально допустиму похибку показів.

4. Надійність, довговічність і простота в обслуговуванні.

Покажчики температури з терморезисторним датчиком і магнітоелектричним приймачем мають границі виміру від 40 до 120 °С. Датчик ТМ-100

Будова:

1. Латунний балон з шестигранником під ключ і різьбою.

2. Терморезистор (зміна опору від 450 до 50 Ом при зміні температури від 40 до 120 °С).Пружина

що притискає терморезистор до плоского дна балона.

3. Ізолююча втулка між пружиною і стінкою балона.

4. Гвинт для з^єднання датчика з приймачем.

Приймач.

Будова:

1. Пластмасовий каркас з двох частин.

2. Стяжні гвинти.

3. При вимірюванні катушки намотані на каркас. (Дуга під /L 90° до двох інших).

4. Постійний магніт закріплений на осі із стрілкою.

5. Підп'ятник осі.

6. Пластина з шкалою закріпл. на каркасі.

7. Екранізуючий циліндр.

При вимиканні датчика і приймача в коло живлення струм проходить по двох паралельних колах.

Перше: дві катушки і термокомпенсаційний резистор. Друге: третя котушка приймача і терморезистор датчика.

Струм в першому колі створює постійні вектори напруженості.

Струм в другому колі залежить від температури датчика, і змінює величину вектора напруженості. Магніт повертаючись стає вздовж магнітних силових ліній цього вектора і повертаючи стрілку вказує температуру на шкалі.

Похибка ± 5° С при t 80°С і 100° С.

3. За конструкцією манометричні покажчики поділяють на покажчики безпосередньої дії

та електричні.

Покажчики безпосередньої дії мають чутливий елемент і приймач у вигляді суміщеного вузла на панелі перед водієм, а тиск контрольованго середвища підводиться до чутливого елемента по трубопроводу.

На авто, манометричних покажчиках застсов. три типи чутливих елементів:

1. Трубчаста пружина (покажчики безпосередньої дії).

2. Мембрана (гофрована) (електричні покажчики і сигналізатори).

3. Діафрагма з протидіючою пружиною (сигналізатори).

Урок 3

Тема: Класи точності приладів

Клас то́чності— узагальнена характеристика засобу вимірювальної техніки, що визначається границями його допустимих основних і додаткових похибок, а також іншими характеристиками, що впливають на його точність, значення яких регламентуються стандартами на окремі види засобів вимірювань.

Отже, клас точності — це відносна похибка від верхньої межі вимірювання, виражена у відсотках. Наприклад, якщо манометр на верхню межу вимірювання 500 кгс/см2 має клас точності 2, то це означає, що максимально можлива похибка складає 2 відсотки від 500 кгс/см2, що відповідає абсолютній похибці в 10 кгс/см2.

Значення класу точності відповідно до стандарту, як правило є написане на шкалі приладів. Промислові прилади мають такі класи точності: 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 3; 4.

При вимірюванні величин у відсотках клас точності на шкалі приладу обводиться колом. Для встановлення похибок засобу вимірювання, він періодично повіряється зразковими засобами, які за класом точності на декілька класів вищі. Повірка проводиться спочатку при збільшенні вимірюваної величини (прямий хід), а потім при її зменшенні (зворотний хід). Якщо при повірці приладу встановлено, що найбільша приведена похибка не перевищує або дорівнює класу точності, то прилад визнається придатним для подальшої експлуатації.

В залежності від обраної класифікаційної ознаки існують різні класифікації похибок вимірювання, серед яких можна виділити найбільш поширені:

-за формою вираження;

-за джерелами виникнення;

-за закономірностями виникнення та прояву.

За формою вираження похибки вимірювання поділяються на абсолютні та відносні. За джерелами виникнення похибки вимірювання бувають інструментальні, методичні та особисті (похибки оператора). За закономірностями виникнення та прояву розрізняють систематичні, випадкові та надмірні похибки.

Виходячи з того, що на практиці доводиться вимірювати надзвичайно велику кількість фізичних величин, користуючись при цьому різними приладами, ці прилади мають відповідати своєму класу точності, мати нормовані метрологічні характеристики, бути своєчасно повіреними та відповідати вимогам одноманітності.

Точність є основною якісною характеристикою будь-якого засобу вимірювання, тому усі засоби вимірювання відповідно до Держстандарту характеризуються класом точності, під яким розуміють узагальнену характеристику точності засобу вимірювання, яка визначається для даного засобу вимірювання границями допустимих інструментальних похибок.

Клас точності може бути визначений і позначений на засобі вимірювання одним з таких шести способів:

1. За значеннями абсолютної похибки - цей спосіб застосовується для мір довжини, маси, ЕРС, опорів, ємностей, індуктивностей.

В цьому випадку класи точності визначається арабськими цифрами : 0, 1, 2…При цьому більші порядкові номери класу відповідають більшим значенням похибки, хоч номер класу безпосередньо не зв'язаний із значенням абсолютної похибки, тому для визначення абсолютної похибки певного класу точності у цьому випадку необхідно користуватися додатковими таблицями Держстандарту на класи точності, в яких наведені значення абсолютної похибки кожному класу точності для певного виду засобу вимірювань.

Наприклад: для штрихової міри довжини - зразкової металевої лінійки із штрихами через одну одиницю довжини певного класу точності абсолютна похибка не перевищує ±0,05 мм незалежно від її довжини.

2. По значенню зведеної похибки:

δ_зв = (ΔX/X_н)*100%,

тут X_н - нормоване значення вимірювальної величини.

Цей спосіб застосовується для вимірювальних приладів, в яких переважає адитивна складова похибки. До таких вимірюваних приладів відносять показуючий і самописучий прилади. В цьому випадку клас точності визначається арабськими цифрами, дорівнює допустимому значенню основної зведеної похибки у відсотках: 0,1; 0.2; 0,3...

3. По значенню основної відносної похибки - цей спосіб застосовується в вимірювальних приладах, в яких переважає мультиплікативна складова похибки, і в яких неможливо визначити нормоване значення. Наприклад: для лічильників.

В цьому випадку клас точності позначають числом, що дорівнює значенню допустимої основної відносної похибки, визначеної у відсотках і уміщеної у коло.

4. Двома цифрами, розділеними косою рискою, в яких перша цифра дорівнює сумі значень зведеної адитивної і відносної мультиплікативної складових допустимої похибки, а друга цифра - адитивної зведеної похибки. Наприклад: 0,02/0,01.

Сумарне значення допустимої похибки для таких приладів визначається формулою:

δ₀ = ⁺ [c + d((X_н/m) – 1)],

де X_н – нормоване значення вимірювальної величини;

m –виміряне значенняX_н,

c та d -перша і друга цифри в позначенні класу точності.

Наприклад: сумарне значення допустимої похибки прикладу класу 0,02/0,01 зі шкалою від 0.до 100 при вимірюванні величини 50 дорівнює:

δ₀ = ⁺ [0,02 + 0,01((100/50) – 1)] = ⁺ 0,03

Цей спосіб застосовується для цифрових приладів і приладів зрівноважування (цифрових мостів, компенсаторів).

5. У відсотках довжини шкали. Цей спосіб застосовується для вимірювальних приладів з нелінійною, показовою, логарифмічною шкалою.

В цьому випадку клас точності визначається таким чином: наприклад, 0.5. Це означає, що допустима похибка дорівнює 0,5% довжини шкали приладу.

6. Для засобів вимірювання, що використовуються в акустиці, електроніці, відчитовий (испр. звітній) пристрій яких градуйовано у дБ чи інших логарифмічних одиницях . Границі допустимих похибок визначаються у цих самих одиницях. В цьому випадку клас точності, наприклад, Кл = 0,5 дБ

Відповідно до вимог державного стандарту класи точності засобів вимірювань мають відповідати таким рядам: 0.01; 0.015; 0.02;

0.025; 0.04; 0.05; 0.06; 0.1; 0.15;

0.2; 0.25; 0.4;

0.5; 0.6; 1.0;

1.5; 2.0; 2.5; 4.0.

При чому для окремих видів засобів вимірювань вибирається не більше 4-х класів точності в межах 0.01-0.06.

0.1-0.6. 1.0-4.0.

Крім стандартизації класів точності засобів вимірювань передбачена стандартизація і уніфікація наступних їх параметрів:

1. вхідних і вихідних сигналів;

2. джерел енергії;

3. приєднувальних пристроїв для з’єднання засобів вимірювань між собою, із джерелами живлення і т.п.:

4. розмірів приладів для полегшення їх взаємної компоновки, монтажу на щитах.

Завдання: Опрацювати опорний конспект в зошитах, зробити класифікаційну таблицю 6 способів позначень класів точності

Урок 4

Тема: Реєструючи контрольно-вимірювальні прилади

Якими контрольно-вимірювальними приладами (КВП) обладнують котельні агрегати?

Контрольно-вимірювальні прилади(КВП) , що встановлюються для спостереження за правильною роботою та безпечною експлуатацією котлів, за формою відліку умовно поділяються на дві основні категорії: показуючи та реєструючи.

Реєструючи прилади застосовуються для постійного визначення параметрів роботи агрегату або за будь-який проміжок часу, які встановлюються на щитку управління котла, зручному для спостереження за їх показниками, що визначають режим роботи котла.

Контрольно-вимірювальні прилади (КВП) слугують для систематичного контролю за такими величинами і параметрами котла:

температурою і тиском перегрітої пари на виході;

тиском пари в котлі і температурою води, що живить котел;

рівнем води в котлі;

кількістю води, що надходить у котел, і кількістю пари, що виробляється;

розрідженням у топці копта і перед димовсмоктувачем;

температурою і тиском повітря до і після повітропідігріву;

вмістом С02 у димових газах.

Для вимірювання надлишку тиску використовуються різної конструкції манометри, циферблат яких має бути у вертикальній площині або з нахилом вперед до 30°. На циферблаті манометра наносять червону риску за тиском, який має відповідати вищому допустимому робочому тиску для конкретного котельного агрегату. Манометри мають проходити раз у 6 місяців контрольну перевірку, бути справними і опломбованими.

У складі будь-якого реєструючого приладу є два основних елементи: вимірювальний пристрій і вузол, який формує діаграму записи. Рід або тип запису відносить прилад до одного з трьох видів: група приладів безперервної дії; група приладів переривчастої дії, також званих дискретними; група цифродрукуючий приладів. Метод вимірювання реєструючого приладу: прилади для порівняння; прилади для безпосередньої оцінки.

В основному, реєструють вимірювальні прилади реєструють величини з тимчасової функції, іноді їх особливий вид - двокоординатні прилади - порівнюють дві вимірювані величини без часової залежності.

Автоматичні реєструючі прилади - отримують, вимірюють, зіставляють, регулюють і записують ті дані, які надходять до них з можливістю прив'язки процесів до часової шкали. Ці реєструючі прилади служать в установках, блоках контрольних та інформаційних систем і приладів, наприклад:

КСП 2 - прилад, який регулює температуру або інші величини за допомогою зміни їх значень напругою постійного струму.

КСМ 2 - в цій моделі виробляються зміни контрольного значення в зміни активного опору.

КСД 2 - прилад, який регулює рівень, витрата і тиск рідини за допомогою вимірювання зазначених величин індуктивними диференційно-трансформаторними датчиками.

КСД 3 - автоматичний реєструючий прилад, що вимірює взаємну індуктивність і перетворюють контрольні значення в електричні сигнали з записом на діаграмні диск.

Завдання: Опрацювати теоретичні відомості, законспектувати, ознайомитися з технічними характеристиками реєструючих КВП