Раздел 3 Исполнительные устройства и вторичные приборы
Тема 3.1 Вторичные приборы
1 Приборы контроля: модификации, назначение, устройство, область применения
2 Пневматические и электрические приборы контроля
Приборы контроля: модификации, назначение, устройство, область применения
Назначение и конструкция вторичных приборов
Вторичный прибор - измерительный прибор, в конструкцию которого не входит первичный преобразователь. Главным назначением вторичных приборов является преобразование измерительной информации в вид, удобный для восприятия пользователем или дальнейшей передачи. Кроме этих функций вторичные приборы могут выполнять множество других. Например в прибор может быть встроен регулятор, сигнализирующее устройство и т.д
В общем случае в конструкцию любого вторичного прибора входят следующие элементы:
• измерительный преобразователь - основная его функции состоит в том, чтобы воспринимать сигнал от первичного преобразователя, не входящего в состав прибора, и преобразовывать в те формы, которые в конечном счете необходимы для преобразования в показания прибора, тип измерительного преобразователя определяет принцип действии прибора;
• измерительный механизм - перемещение частей этого механизма приводит к отображению показаний. Тип этого механизма определяет метод отображения измерительной информации в приборе, но зачастую зависит от типа измерительного преобразователя; это может быть магнитное устройство, реверсивный двигатель, преобразователи сигнала в показания семисегментных индикаторов или разрядных ламп;
• отсчетное устройство -часть прибора, с помощью которой измерительная информация представляется наблюдателю.
Эти три элемента входят в состав каждого вторичного прибора. Элементов может быть больше, и между ними в приборах могут создаваться дополнительные связи, однако целью всех преобразований всегда является отображение показаний на отсчетном устройстве прибора.
Главным назначением вторичных приборов является передача измерительной информации пользователю. В локальных системах управления, где не подразумевается централизованное управление технологическим процессом с помощью АСУТП, вторичные приборы играют весьма важную роль, поскольку по показаниям данных приборов оператор получает информацию о коде процесса и путях воздействия на него. До широкого внедрения вычислительной техники и компьютеров в управление технологическими процессами, рабочее место оператора представляло собой щитовой комплекс довольно большой площади, на котором в определенном порядке располагались вторичные приборы и сигнальные устройства. Каждый прибор информировал оператора о состоянии определенного параметра технологического процесса. Учет показаний приборов велся вручную путем заполнения журнала в определенные промежутки времени. В таком обилии показаний было довольно трудно разобраться, поэтому для удобства пользования на щитах создавался макет технологического процесса, называемый мнемосхемой. Однако все равно в таких условиях на человека оказывалась существенная эмоциональная нагрузка. В современных системах управления, как правило, применяется компьютерная техника. Компьютер, обладая расширенными возможностями связи с пользователем, более эффективно отображает измерительную информацию. Однако вторичные приборы при этом не потеряли своей актуальности и по-прежнему используются на производстве. Многие вторичные приборы сегодня обладают множеством дополнительных функций, а также возможностью передачи измерительной информации на персональный компьютер. Таким образом, решается задача автоматического учета показаний. Вторичные приборы незаменимы при управлении несложными технологическими процессами, где применение централизованных систем управления экономически не выгодно, при дублировании централизованной системы управления для показания особо важных параметров (не более З... 5 на установку). Кроме того, вторичные приборы используются для измерения параметров. значение которых не используется для целей управления процессом, но важно для обеспечении сохранности оборудования и предотвращения возникновения аварийных ситуаций (измерение электрических параметров силовых цепей, температуры обмоток двигателей. Подшипников насосов).
Классификация вторичных приборов
Вторичные приборы можно классифицировать по различным признакам.
По роду измеряемой величины принято выделять приборы для измерения температуры, давления, расхода, состава и т.д. В особый класс здесь следует выделить приборы для измерения температуры. поскольку выпуск первичных преобразователей температуры со стандартным выходным сигналом начат сравнительно недавно и их применение на производстве весьма ограничено. Таким образом, измерительная схема прибора должна быть настроена на преобразование сигнала конкретного чувствительного элемента (например, ТХК). Вторичные приборы. работающие с разными преобразователями, должны различаться по принципу действия. Первичные преобразователи других величин, как правило, выдают стандартный измерительный сигнал, и измерительная схема прибора должна быть настроена на работу с конкретным первичным преобразователем только в плане правильного отображения показаний в единицах измеряемой величины. Однако существуют приборы, шкала которые проградуирована в процентах. Такие приборы настроены на работу со стандартными сигналами и называются универсалы.
Не менее важна классификация приборов по п р и н ц и п у д е й с т в и я. т. е. по типу измерительной схемы, с помощью которой измерительный сигнал первичного преобразователя преобразуется в показания прибора. По этому признаку приборы можно разделить на два больших класса: аналоговые и цифровые приборы.
Принципы действия аналоговых приборов разнообразны. Основу измерительной схемы каждого из этих приборов составляет измерительный преобразователь. Каждый из таких приборов рассчитан на определенный тип датчика. Однако на смену аналоговым приборам все чаще приходят приборы цифровые. Цифровые приборы не отличаются разнообразием принципов действия. Главным измерительным преобразователем в таких приборах является аналогово-цифровой преобразователь. По сути, в цифровых приборах процесс измерения заканчивается, как только измерительный сигнал поступает на вход аналогово-цифрового преобразователя. На выходе из этого блока получается цифровой электрический сигнал в виде кода. В дальнейшем с полученным кодом происходит ряд вычислительных преобразований, результатом которых является отображение измерительной информации на табло прибора. Для этого используются цифровые электронные схемы, а в более сложных приборах - микропроцессоры. Этим обусловливается унификация конструкции таких приборов.
По способу представления измерительной инф о р м а ц и и приборы делятся на показывающие, регистрирующие, интегрирующие или суммирующие и комбинированные. Приборы различных классов существенно отличаются по конструкции, внешнему виду и, как правило, входят а различные серии.
По числу измеряемых сигналов различают:
• одноточечные приборы - приборы, предназначенные для работы только с одним первичным преобразователем;
• многоточечные приборы - приборы, предназначенные для работы с несколькими первичными преобразователями, но содержащие только одну измерительную схему (в данный класс входят только аналоговые приборы);
• многоканальные приборы - цифровые приборы, предназначенные для одновременной работы с несколькими первичными преобразователями, причем сигнал с каждого преобразователя в них преобразуется отдельной схемой, независимо от остальных. Измерительная информация в таких приборах образует множество измерительных каналов, отчего приборы и получили название;
• одноканальные приборы с коррекцией - сложные цифровые приборы, предназначенные для измерения одного параметра с последующей коррекцией его значения, в зависимости от значений других параметров, влияющих на него. Например, прибор, предназначенный для измерения расхода методом переменного перепада давлений. На данный параметр оказывают сильное влияние плотность жидкости, температура потока и давление в трубопроводе. Прибор может измерять четыре параметра и использовать их для вычисления одной величины. Следующий признак классификации касается д о п о л н и т е л ь н ы х ф у н к ц и й, выполняемых приборами кроме измерения. Кроме своих основных функций вторичные приборы нередко выполняют множество дополнительных, что облегчает создание системы управления. Сигнализирующие приборы кроме отображения показаний осуществляют сигнализацию при выходе показаний прибора за определенные пределы. Поскольку стандарты безопасности запрещают собирать схемы сигнализации из отдельных нестандартных изделий, эта функция вторичных приборов может оказаться весьма полезной. В основном в приборах осуществляется световая сигнализация. Регулирование - одна из самых полезных дополнительных функций вторичных приборов. Собственно регуляторы, как отдельные устройства, давно не производятся. Приборы с функцией регулирования способны осуществлять регулирование по любому из законов, от простейших до самых сложных. Преобразующие приборы осуществляют дополнительное преобразование сигнала в форму, удобную для передачи другим устройствам (например, передачу цифрового сигнала на компьютер).
По степени защиты вторичные приборы бывают в обыкновенном, а также пыле-, водо-, взрывозащищенном, герметичном исполнении и т. д. В пыле- и водозащищеииых приборах особым образом выполнен корпус и особенно места соединений прибора с внешними устройствами. Взрывозащита выполняется различными способами. Способы взрывозащиты указаны в ГОСТ Р 51330-99, согласно этому стандарту все взрывозащищенные приборы маркируются знаком Ех с дальнейшими обозначениями, уточняющими способ взрывозащиты. К наиболее распространенным способам взрывозащиты приборов относятся: искробезопасные электрические цепи, взрывонепроницаемая оболочка, различное заполнение оболочки (кварцевое, масляное, инертным газом), что позволяет предохранить составные части прибора от контакта со взрывоопасными смесями.
По характеру п р и м е н е н и я вторичные приборы можно разделить на стационарные и переносные. Стационарные приборы предназначены для крепления на щите управления. Корпус таких приборов оснащается приспособлениями для монтажа. Если прибор достаточно громоздкий, в комплекте с ним поставляются монтажные материалы (рейки, скобы). Переносные приборы для крепления не предназначены, поскольку используются для мобильных измерений параметра в разных точках. Это могут быть образцовые или лабораторные приборы, а также различные компактные приборы, применяемые службами мониторинга.