Методические указания по измерению температуры и расхода воды с использованием управляющего контроллера

Температура тел не поддаётся непосредственному измерению. Поэтому в измерительном канале (ИК) температура t первоначально преобразуется в промежуточную величину, хорошо поддающуюся измерению. При использовании термопреобразователя сопротивления (элемент 1 на рис. 7а) температура преобразуется в величину электрического сопротивления R [1]. Элементом 2 ИК – аналого-цифровым преобразователем - это сопротивление измеряется и преобразуется в числовую величину R_t. Вычислительным устройством (элемент 3) эта величина преобразуется в температуру в соответствии с номинальной статической характеристикой термопреобразователя по ГОСТ Р 8.625-2006 [10].

 

Рис. 7. Структурные схемы микропроцессорных измерительных каналов

температуры (а) и расхода (б)

 

t – температура; R – сопротивление термопреобразователя; R_t – результат измерения сопротивления; t_И – результат измерения температуры; Δt_И – абсолютная погрешность измерения температуры;

G – расход; u – напряжение импульсного выходного сигнала первичного преобразователя расхода; F – частота импульсов; G_И - результат измерения расхода; ΔG – абсолютная погрешность измерения расхода;

 

1 – первичный преобразователь температуры в электрическое сопротивление; 1а - первичный преобразователь расхода; 2 - измерительный преобразователь сопротивления; 2а – определитель частоты импульсов F; 3 – вычислительное устройство

 

В лабораторном эксперименте в качестве первичного преобразователя температуры горячей воды, поступающей в отопительный прибор и выходящей из него, используется платиновый термометр сопротивления типа ТСП W ₁₀₀ =1,385 класса допуска А с пределом допускаемых отклонений

 

Величина его сопротивления R измеряется модулем cFP-RTD-122 микропроцессорного управляющего контроллера Compact FieldPoint (модель сFP-2020). Абсолютная погрешность измерения сопротивления составляет в пересчете на температуру ±0,016 °С.

Преобразование сопротивления R_t в температуру t _и выполняется контроллером Compact FieldPoint по формуле

 

 

где R ₀ =100 Ом, А= 3,9083·10^-3, В=-5,775 ·10^-3 (для t ≥ 0). Вычислительной погрешностью преобразования ввиду малости можно пренебречь.

В лабораторном эксперименте по измерению расхода воды в качестве первичного преобразователя расхода используется электромагнитный расходомер «Взлет ЭР» (исполнение ЭРСВ-410).

Структурная схема ИК расхода представлена на рис. 7б. Первичный преобразователь расхода (элемент 1а) преобразует расход воды в последовательность импульсов. Частота импульсной последовательности F измеряется элементом 2а. Вычислительным устройством 3 частота преобразуется в величину объемного расхода.

Принцип действия электромагнитного расходомера основан на измерении электродвижущей силы (ЭДС) индукции электропроводящей жидкости E_i, движущейся в магнитном поле, которая пропорциональна средней скорости потока жидкости v, расстоянию между электродами d и электромагнитной индукции В _i

 

 

По измеренной ЭДС вычислительным блоком ЭРСВ-410 рассчитывается объёмный расход по формуле

 

 

и преобразуется в выходную последовательность импульсов амплитудой 5 В  и частотой

 

 

где K_P – константа преобразования импульсного выхода[2]. Предел допускаемой относительной погрешности ЭРСВ-410 не превышает значений, определяемых по формуле

 

 

где v – средняя скорость воды в трубопроводе, м/с

 

 

где Q – измеренное значение расхода, м³/ч; D _У – диаметр условного прохода трубопровода, мм.

Модулем cFP-AI-112 контроллера путём измерения величины напряжения на импульсном выходе ЭРСВ-410, фиксируется время начала очередного импульса и период их следования. Вычисляется частота импульсов

 

 

где Δτ – период следования импульсов, с. Предел допускаемой относительной погрешности cFP-AI-112 равен ±0,03%.

Контроллером Compact FieldPoint рассчитывается объёмный расход

 

 

Вычислительной погрешностью контроллера ввиду малости можно пренебречь.

Абсолютная погрешность ИК может быть найдена среднеквадратическим суммированием абсолютных погрешностей отдельных элементов

 

Контроллер Compact FieldPoint сконфигурирован для работы в локальной сети кафедры «Энергообеспечение предприятий» и позволяет производить измерения температуры и расхода непосредственно с персональных компьютеров (ПК) студентов при помощи виртуальных приборов (ВП). Дистанционное управление положением дроссельного регулирующего органа возможно с помощью ВП измерения расхода. ВП написаны на LabVIEW, их лицевые панели приведены на рис. 8, 9.

Лабораторный эксперимент по измерению температур и расхода воды с помощью микропроцессорного управляющего контроллера выполняется в следующей последовательности.

1.Подать питающее напряжение ~200 В на механизм реверсивный прямоходный МРП-1,6 (ИМ), пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М, ЭРСВ-410, контроллер Compact FieldPoint , ПК.

2. Запустить ВП измерения температуры и расхода воды на ПК, программу TAU . xls .

3. С помощью кнопок «Больше» и «Меньше» ВП измерения расхода открыть дроссельный РО на 5%. Наблюдая за графиками изменения температуры, дождаться установившегося режима. Включить запись температур и расходов в файлы. По истечении 1 мин выключить запись.

4. Повторить измерения, открывая РО на 10, 15, 30 и 100%.

5. При помощи ВП «Средние значения» рассчитать средние значения температуры и расхода воды в каждом опыте. Записать полученные средние значения в протокол программы TAU . xls (табл. 1).

6. Рассчитать погрешности измерения температуры.

Отчет по лабораторной работе должен содержать протокол результатов измерений и расчетов погрешностей, выводы по результатам эксперимента, схематическое изображение и краткие описания:

- одноконтурной АСР тепловым объектом, её структурной схемы,

- структуры АСУТП с супервизорным и непосредственным цифровым управлением,

- структурной схемы АСР с цифровым регулятором,

- РО, ИМ, пускателя, контроллера, использовавшихся в лабораторной работе,

- структурных схем ИК температуры и расхода.

 

Рис. 8. Лицевая панель ВП измерения температуры

 

Рис. 9. Лицевая панель ВП измерения расхода и управления ИМ

Таблица 1