Оглавление
Оглавление. 1
Глава 1 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ. 2
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.. 2
Глава 2. Технологические измерения и приборы в прокатном производстве. 16
2.1 ВВЕДЕНИЕ.. 16
2.2 ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ И СКОРОСТИ ПРОКАТЫВАЕМОГО МЕТАЛЛА.. 18
2.2.1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ДЛИНЫ... 19
2.2.2 ФОТОИМПУЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ДЛИНЫ... 21
2.2.3 Фотоимпульсные измерители длины с прямым счетом импульсов. 24
Глава 3. Электрические машины и электропривод автоматических устройств. 28
3.1 BPAЩAЮЩИECЯ TPAHCФOPMATOPЫ... 30
3.1.1 Назначение и устройство вращающихся трансформаторов. 30
3.1.2 Cинycнo-кocинycный вpaщaющийcя тpaнcфopмaтop. 32
3.1.3. Линейный вращающийся трансформaтop. 36
Глава 4 Управление процессами прокатного производства. 40
4.1ПPИMEHEHИE УBM ПPИ АBTOMАTИЗАЦИИCOPTOBЫX ПPOKATHЫX CTАHOB.. 40
4.1.1 АCУ TП непрерывного мелкосортного стана. 40
4.1.2 Информационное сопровождение металла и начальная настройка стана. 41
4.1.3. Cиcтeмa ynpaвлeния cкopocтным peжимoм пpoкaтки (УCPП) 43
4.1.4. Cиcтeмa oптимaльнoro pacкpoя пpoкaтa (COPП) 44
4.1.5. ACУ TП бaлoчныx пpoкaтныx cтaнoв. 46
4.1.6. Aвтoмaтизиpoвaннaя cиcтeмa пpoгpaммнoгo yпpaвлeния пpoкaтными клeтями. 50
Глава 5. Автоматическое регулирование и регуляторы.. 55
5.Типовые идеальные регуляторы непрерывного действия. 55
5.1.Пропорциональные регуляторы.. 55
5.2. Интегральные регуляторы. 57
5.3. Пponopцuoнaльнo-интeгpaльныe регуляторы. 58
5.4. Пponopцuoнaльнo-дuффepeнцuaльныe регуляторы. 59
5.5 Пponopцuoнaльнo-uнтeгpaльнo-дuффepeнцuaльныe peгyлятopы. 60
Глава 1 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯЗадачей контроля (от французского controle—проверка чего-либо) является обнаружение событий, определяющих ход того или иного процесса. В случае, когда эти события обнаруживаются без непосредственного участия человека, такой контроль называют автоматическим.
Важнейшей составной частью контроля является измерение физических величин, характеризующих протекание процесса. Такие физические величины называются параметрами процесса. Металлургические процессы в основном характеризуются значениями таких физических величин (параметров), как температура, давление, расход и количество, химический состав и концентрация жидких, паровых и газовых сред; уровень жидкого металла и сыпучих материалов; гранулометрический состав (крупность) и влажность шихтовых материалов, давление (вакуум) в технологических линиях и агрегатах.
Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Конечной целью любого измерения является получение количественной информации об измеряемой величине. В процессе измерения устанавливается, во сколько раз измеряемая физическая величина больше или меньше однородной с нею в качественном отношении физической величины, принятой за единицу.
Число, выражающее отношение измеряемой величины к единице измерения, называется числовым значением измеряемой величины. Оно может быть целым или дробным, но является отвлеченным числом. Значение величины, принятое за единицу измерения, называется размером этой величины.
Если Q-измеряемая физическая величина, |Q|-некоторый размер физической величины, принятой за единицу измерения, q — числовое значение величины Q в принятой единице измерения, то результат измерения величины Q может быть представлен следующим равенством:
Q=q |Q| (1)
Уравнение (1) называют основным уравнением измерения. Из него следует, что значение q зависит от размера выбранной единицы измерения |Q|. Чем меньше выбранная единица, тем больше для данной измеряемой величины будет числовое значение. Например, длина 1 м равна 10дм, 100 см и т.д.
Результат всякого измерения является именованным числом. Поэтому для определенности написания результата измерения рядом с числовым значением измеряемой величины ставится сокращенное обозначение принятой единицы измерения. С 1963 г. в СССР введена как предпочтительная Международная система единиц по ГОСТ 9867—61. которая сокращенно обозначается СИ. На основе учета результатов первого периода внедрения ГОСТ 9867—61 и принятого в 1978 г. Постоянной комиссией СЭВ по стандартизации стандарта СТ СЭВ 1052—78 «Метрология. Единицы физических величин» в СССР разработан ГОСТ 8.417—81 «ГСИ. Единицы физических величин» со сроком внедрения с 1 января 1982 г. СИ принята в большинстве стран мира (свыше 130) и признана всеми международными организациями.
Кратные и дольные единицы измерения образуются из наименований единиц СИ при помощи установленных ГОСТ 8.417—81 приставок для образования кратных и дольных единиц, приведенных в приложении 1.
Сведения о значениях измеряемых физических величин называют измерительной информацией.
Сигналом измерительной информации называется сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной (например, сигнал от термометра сопротивления).
Средством измерения (СИ) называют техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.
Сигнал измерительной информации, поступающий на вход средства измерений, называют входным сигналом, получаемый на выходе, - выходным сигналом средства измерений.
Для контроля параметров технологических процессов в большинстве случаев используется не одно, а несколько средств(измерения и преобразования сигналов, образующих канал измерения этого параметра.
Существуют три основные вида средств измерений: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы.
Мера—это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.
Меры бывают однозначные, и многозначные. Примерами однозначных мер являются: катушки сопротивления, катушки индуктивности, нормальные элементы и др. К многозначным мерам относятся: магазины сопротивлений, индуктивностей и емкостей, калибраторы напряжения и тока и др.
Измерительный преобразователь — это средство измерении, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем (в практике часто применяется термин «датчик»),
Измерительный преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, т.е. первый в канале измерения (измерительной цепи), называется первичным измерительным преобразователем (или сокращенно первичным преобразователем). Например, сужающее устройство (диафрагма) для измерения расхода, электрод сигнализатора уровня и т.п.
В системах автоматического контроля применяются устройства для выдачи сигнала о выходе значения пари метра за установленные пределы. Причем сигнал появляется при наличии самого факта выхода независимо от его размера. Такие устройства называют датчиками-реле или сигнализаторами.
Для удовлетворения возросших потребностей промышленности создана Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), представляющая собой эксплуатационно, информационно, энергетически, метрологически и конструктивно организованную совокупность средств измерений, средств автоматизации,, средств управляющей вычислительной техники, а также программных средств, предназначенных для построения автоматических и автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования, диагностики и управления производственными процессами, технологическими линиями и агрегатами (ГОСТ 26.207—83. ГСП. Основные положения). Номенклатура технических средств ГСП в настоящее время насчитывает свыше 2 тыс. типов изделий, организация ГСП дает возможность создавать самые разнообразные, любой сложности системы автоматического контроля, регулирования и управления из стандартизованных средств измерения и средств автоматизации.
В зависимости от вида энергии питания, входных и выходных сигналов ГСП разделяют на электрическую, пневматическую и гидравлическую ветви. В основном применяют средства электрической и изредка пневматической ветвей ГСП, которыми предусмотрены общепромышленные унифицированные электрические и пневматические сигналы передачи информации со следующими (пределами) измерений:
сигнал постоянного тока 0—5; 5—0—5; 0—20; 4—20 мА;
сигнал напряжения постоянного тока 0—1; 1—0—1;
0-Ю; Ю—0—10В;
сигнал напряжения переменного тока частотой 50 и 400 Гц 0,25—0—0,25; 0—0,5; 1—0—1; 0—2 В (у приборов с сигналами напряжения переменного тока частотой 50 и 400 Гц, основанных на измерении взаимной индуктивности, пределы измерения взаимной индуктивности выбираются из ряда 0—10; 10—0—10; 0—20 МГн при номинальном токе питания 0,125 или 0,32 А. Противоположные значения взаимной индуктивности получаются при перемене фазы напряжения питания на 180°);
частотный сигнал переменного тока {наиболее широко применяется сигнал с диапазоном частот 4—8 кГц);
пневматический сигнал с переделами изменения давления 0,02—0,1 МПа.
На металлургических предприятиях в основном применяется аппаратура, использующая электрические сигналы.
Средство измерения, с помощью которого измерительная информация выдается в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, называется измерительным прибором. В практике для измерительных приборов, устанавливаемых на щитах контроля и управления, применяется термин вторичный прибор т. е. устройство, воспринимающее сигнал от первичного или передающего измерительного преобразователя и выражающее его в воспринимаемом виде с помощью отсчетного устройства (шквалы, диаграммы, интегратора, сигнального устройства).
К первичным преобразователям также относят и отборные устройства. Отборным устройством (отбором) называют устройство, устанавливаемое на трубопроводах и технологических агрегатах и служащее для непрерывного или периодического отбора контролируемой среды и передачи" ее параметров к измерительному преобразователю или измерительному прибору. В отличие от первичного измерительного преобразователя отборное устройство передает к измерительному прибору или преобразователю измеряемую величину, не изменяя ее физической природы (например, отбор давления среды в технологическом аппарате и передача его по импульсной трубке для измерения к манометру). Импульсной трубкой называют трубопровод небольшого диаметра обычно от 1/2 до 2 связывающий технологический объект с преобразователем или измерительным прибором.
Место установки отборных устройств и первичных измерительных преобразователей, может сильно влиять на точность измерения, поэтому технологам с особым вниманием необходимо относиться к выбору мест установки датчиков, отборов давления, разрежения и проб на химический анализ.
Отборные устройства располагаются на границе соприкосновения технологического оборудования и технологических трубопроводов с измерительной системой. Для монтажа отборных устройств используются специальные закладные конструкции — устройства, встраиваемые в технологическое оборудование и трубопроводы и обеспечивающие:
а) установку на них первичных измерительных преобразователей и местных измерительных приборов таким образом, чтобы чувствительный элемент преобразователя или прибора находился в зоне измерения технологического параметра, например, показывающего ртутного термометра или термоэлектрического термометра (термопары) (см. рис. 4, а, б);
б) присоединение импульсного трубопровода и закрепление запорного устройства, если первичный измерительный преобразователь или местный измерительный прибор устанавливается на некотором расстоянии от технологического аппарата или трубопроводов, например, манометра бесшкального с дистанционной передачей показаний, манометра местного показывающего (см. рис. 4,в,г).
Совокупность средств измерений и вспомогательных 1 устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки передачи и (или) использования в автоматических системах управления, называется измерительной системой.
К вспомогательным устройствам измерительной системы относятся устройства, предназначенные для питания энергией средств измерения, защиты их от внешних воздействий, внутренних перегрузок и т. д.
В зависимости от назначения и поставленных задач измерительная система может включать в себя один или несколько измерительных преобразователей и измерительных приборов.
Под определением системы автоматизации следует понимать совокупность приборов и средств автоматизации (измерительной, преобразующей, передающей, исполнитель-
Рис.4. Примеры установки первичных измерительных преобразователей для измерения температуры и отборных устройств для измерения давления газа:
а—установка стеклянного показывающего термометра ртутного углового в защитной оправе на трубопроводе; б — установка термометра термоэлектрического (термопары) на трубопроводе или металлической стенке с внутренней кирпичной кладкой; в—установка отборного устройства для измерения давления газа; г— закладная конструкция отборного устройства для измерения давления газа; 1— термометр показывающий ртутный стеклянный угловой; 2 — термометр термоэлектрический (термопара); 3— импульсная трубка; 4— вентиль; 5—прокладка; 6—заглушка; 7—штуцер; 8—закладная конструкция (перед установкой преобразователей, измерительных приборов; присоединением импульсной линии или запорного органа пробки-заглушки и прокладки с закладных конструкций снимают); 9—легкоснимаемый изоляционный слой.
ной и другой аппаратуры, а также вычислительной техники), связанных между собой каналами связи в единые системы. Например, измерительные системы, системы авто-матического управления (регулирования), системы сигнализации, защиты и управления технологическим процессом.
В показывающих приборах измерительная информация воспроизводится положением стрелки или какого-либо другого указатели относительно отметок шкалы прибора. Шкала представляет собой совокупность отметок, расположенных вдоль какой-либо линии, и проставленных около некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой величины.
Для каждого измерительного прибора устанавливается диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная начальным и конечным ее значением.
Любые технические измерения относительны, поскольку всегда существует положительная или отрицательная разность между наблюдаемым или численным значением измеряемой величины и ее истинным значением, называемая погрешностью. Таким образом, погрешность — это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.
Погрешности измерения в зависимости от их происхождения разделяются на три группы: систематические погрешности, случайные погрешности и субъективные погрешности (промахи).
Систематические погрешности имеют постоянный характер и по причинам возникновения делятся на: инструментальные погрешности; погрешности от неправильной установки средств измерений; погрешности, возникающие вследствие внешних влияний; методические (теоретические) погрешности.
Инструментальные погрешности могут вызываться конструктивными и технологическими погрешностями, а также износом и старением средств измерений.
Конструктивные погрешности вызываются несовершенством конструкции или неправильной технологией изготовления средства измерения. Плохая балансировка измерительного механизма, неточности при нанесении отметок шкалы, некачественная сборка прибора вызывают технологическую погрешность. Конструктивная погрешность у приборов одного типа постоянна, технологическая же погрешность меняется от экземпляра к экземпляру.
Длительная или неправильная эксплуатация прибора, а также длительное хранение приводят к погрешностям, которые называют погрешностями износа и Старения.
Погрешности от неправильной установки могут вызываться наклоном прибора, т. е. отклонением от нормального рабочего положения; установкой на ферромагнитный щит прибора, градуированного без щита; близким расположением друг к другу однотипных приборов.
Погрешности, возникающие вследствие внешних влиянии. вызываются вибрацией, электромагнитными полями, конвекцией нагретого воздуха и др.
Следует иметь в виду, что наиболее сильное воздействие на показания приборов оказывает изменение температуры окружающей среды. Даже незначительные перепады температуры между отдельными элементами прибора приводят к заметным погрешностям вследствие, например, возникновения паразитных термо-э.д.с., или по другим причинам. Поэтому не рекомендуется устанавливать измерительные приборы вблизи источника тепла.
Методические погрешности возникают в результате несовершенства метода измерений и теоретических допущений (использование приближенной зависимости вместо точной). К таким погрешностям относятся, например, погрешности, обусловленные пренебрежением внутренним сопротивлением (проводимостью) прибора, т. е. пренебрежением собственным потреблением электроэнергии.
Для исключения погрешности до начала измерений следует определить причину, вызывающую погрешность, и устранить ее. Например, если погрешность вызывается влиянием внешнего электромагнитного поля, то нужно либо экранировать прибор, либо удалить источник помехи. Для исключения температурной погрешности средство измерений термостатируют, вибрацию устраняют путем установки амортизаторов. В процессе измерения погрешность устраняется применением специальных методов измерения.
Исключение погрешности после проведения измерений достигается путем введения соответствующей поправки, в показания приборов, численно равной систематической погрешности, но противоположной ей по знаку.
В некоторых случаях применяют не поправку, а поправочный множитель — число, на которое нужно умножить результат измерения, чтобы исключить систематическую погрешность. Поправочные множители применяются для исключения систематической погрешности делителей напряжения, плеч отношения в мостах и т. п.
Случайные погрешности вызываются независящими друг от друга случайными факторами и изменяются слушанным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Проявляются случайные погрешности в том. что при измерениях одной и той же неизменной величины одним и тем же средством измерения и с той же тщательностью, получают различные показания. Следует отметить, что если при повторных измерениях одной и той же величины одним и тем же средством измерения получают совершенно одинаковые результаты, то это обычно указывает не на отсутствие случайной составляющей погрешности, а на недостаточную чувствительность средства измерения. Плотностью совпадающие, как и сильно разнящиеся результаты наблюдений при измерениях одинаково свидетельствуют о их неточности. Случайные погрешности могут возникнуть, например, из-за трения в опорах, люфтов в сочленениях кинематической схемы измерительного прибора, неправильного режима работы электронных устройств и по многим другим, трудно объяснимым причинам. Знак случайных погрешностей выражается в виде ±.
Субъективные погрешности (промахи)-это погрешности, вызванные ошибками лица, производящего измерение например, неправильный отсчет по шкале прибора, неверное подключение проводов к датчику и др.).
Погрешности средств измерений устанавливаются при поверке—определении метрологическим органом погрешностей средств измерений и установления пригодности их к применению (применять сочетание слов «поверка показаний» не рекомендуется, следует говорить «поверка средств измерений»). Слово проверка применяется для установления комплектности чего-то, оценки состояния взаимодействия элементов, например, электрической схемы.
Совокупность операций по доведению погрешностей средств измерений до значений, соответствующих техническим требованиям, называется юстировкой средств измерений.. Зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений, составленная в виде таблицы, графика или формулы, называется градуировочной характеристикой. Определение градуировочной характеристики называется градуировкой средств измерения (термин «тарировка» применять не рекомендуется).
Различают абсолютные и относительные погрешности измерения.
Абсолютная погрешность D-это разность между измеренным Х и истинным значениями измеряемой величины. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины
(2)
Поскольку истинное значение измеряемой величины определить невозможно, вместо него в практике используют действительное значение измеряемой величины, которое находят экспериментально по показаниям образцовых средств измерений. Таким образом, абсолютную погрешность находят по формуле
(3)
Относительная погрешность - это отношение абсолютной погрешности измерения к истинному (действительному) значению измеряемой величины, выраженное в процентах:
(4)
Пример I. Определить абсолютную и относительную погрешности измерения давлении, если при действительном значении давления среды 70 кПа показание прибора равно 68,5 кПа.
Из выражения (3) находим абсолютную погрешность измерения:
D=68,5—70=-1.5кПа.
Согласно выражению (4) относительная погрешность
Абсолютная погрешность измерительного прибора — это разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины. Поскольку, как указывалось выше, истинное значение величины остается неизвестным, на практике вместо него пользуются действительным значением величины , отсчитанное по образцовому прибору. Таким образом
(5)
Поправкой называют величину, одноименную с измеряемой, которую следует алгебраически прибавить к показаниям прибора, чтобы получить действительное значение. Поправка равна абсолютной погрешности измерения, взятой с обратным знаком.
Относительная погрешность измерительного прибора -это отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к действительному значению измеряемой им величины. На практике, как правило, относительную погрешность выражают в процентах:
(6)
Приведенная погрешность измерительного прибора -это отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к нормирующему значению (обычно выражается в процентах):
(7)
Нормирующее значение-условно принятое значение, которое может быть равным верхнему пределу измерений, диапазону измерений, длине шкалы и др. Как правило, за нормирующее значение принимаются: конечное значение диапазона измерений (для приборов, имеющих нулевую отметку на краю шкалы); арифметическая сумма конечных значении диапазона измерений [для приборов, имеющих двустороннюю шкалу (нулевая отметка в середине шкалы). Например, для термометра со шкалой от минус 50 до плюс 50 °С величина будет определяться суммой 50+50=100]; разность конечного и начального значений диапазона измерений для приборов со шкалами без нуля (так называемые шкалы-с «подавленным нулем»). Например, для потенциометра со шкалой 300—1600°С величина будет определяться разностью 1600—300 ==1300.
Необходимо отметить, что приведенная погрешность характеризует лишь метрологические свойства самого прибора, а не погрешность измерений, полученных с помощью этого прибора, которые могут выражаться только в виде абсолютной погрешности. Абсолютная и относительная погрешности в соответствии с выражениями (5), (6) и (7) связаны с приведенной следующими соотношениями:
(8)
(9)
Как видно из уравнения (9) относительная погрешность практически всегда больше приведенной (кроме случая, когда измеряемая величина больше, например, верхнего предела измерения, т.е..> ). Причем, чем меньше значение измеряемой величины , тем больше относительная погрешность. Поэтому измерительные приборы рекомендуется выбирать таким образом, чтобы при измерениях указатель находился во второй половине шкалы, а также подбирать предел измерения образцового прибора таким образом, чтобы он превышал предел измерения поверяемого прибора не более чем на 25 %.
На показания приборов оказывают значительное влияние внешние факторы, называемые влияющими величинами.
Область значений влияющей величины, устанавливаемая в стандартах или технических условиях на средства измерения данного вида в качестве нормальной для этих средств измерений, называется нормальной областью значений. При нормальном значений влияющей величины погрешность средств измерения минимальна. Условия применения средств измерений, при которых влияющие величины (температура и влажность окружающего воздуха, характер вибрации, напряжение питания, величина внешнего магнитного и электрического поля и т.д.) находятся в пределах нормальной области значений, называются нормальными условиями применения средств измерений. Нормальные условия оговариваются в технических условиях заводов-изготовителей средств измерений.
Погрешность средств измерений, используемых в нормальных условиях, называется основной погрешностью. Изменение погрешности средств измерений, вызванное отклонением одной из влияющих величин от нормального значения, называется дополнительной погрешностью.
В зависимости от основной и дополнительной погрешности средствам измерений присваиваются соответствующие классы точности.
Класс точности - обобщенная характеристика средства измерения, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами средства измерения, влияющими на точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.
Средства измерений выпускаются на следующие классы точности: 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0.1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0; 5,0; 6,0. Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств (под точностью средств измерений понимается качество измерений, отражающее близость к нулю его погрешностей). На циферблаты, щитки, корпуса средств, измерений наносят условные обозначения класса точности, включающие числа и прописные буквы латинского алфавита.
Пределом допускаемой погрешности средства измерений называется наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению. Предел допускаемой основной погрешности может выражаться одним из трех способов в форме абсолютной погрешности, относительной погрешности и приведенной погрешности.
Для средств измерений, у которых нормируются абсолютные погрешности, класс точности обозначается прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами. В определенных случаях добавляются индекс в виде арабской цифры. Такое обозначение класса точности не связано с пределом допускаемой погрешности, т.е. носит условный характер.
Для средств измерений, у которых нормируется приведенная или относительная погрешность, класс точности обозначается числами и существует связь между обозначением класса точности и конкретным значением предела допускаемой погрешности.
При выражении предела допускаемой основной погрешности в форме приведенной погрешности класс точности обозначается числами, которые равны этому пределу, выраженному в процентах. При этом обозначение класса точности зависит от способа выбора нормирующего значения. Если нормирующее значение выражается в единицах измеряемой величины, то класс точности обозначается числом, совпадающим с приведенной погрешностью. Например, если v=1,5%, то класс точности обозначается 1,5 (без кружка). Если нормирующее значение принято равным длине шкалы или ее части, то обозначение класса точности (пpи v==l,5 %) будет иметь вид 1,5 (в кружке).
При выражении предела допускаемой основной погрешности в форме относительной погрешности необходимо руководствоваться следующим.
Предел допускаемой относительной погрешности согласно выражению (6)
(10)
где— предел допускаемой абсолютной погрешности;
Х — измеренное значение.
В том случае, когда предел относительной погрешности остается постоянным во всем диапазоне измерений выражение (10) имеет вид:
(11)
где с – постоянное число.
Если же предел относительной погрешности изменяется, то
(12)
где с и d—постоянные числа, причем с—численно равно относительной погрешности на верхнем пределе измерения, a d—численно равно погрешности на нижнем пределе измерения, выраженной в процентах от верхнего предела;
—конечное значение диапазона измерений.
В первом случае число, обозначающее класс точности и предел допустимой основной погрешности, выраженной в процентах, совпадают. Это число заключается в кружок.
Во втором случае в обозначение точности входят два числа, которые разделяются косой чертой (первое с, второе d). Например, 0,02/0,01, без кружка.
Погрешности ряда средств электрических измерений нормируются по двухчленной формуле вида:
(13)
где е и f—постоянные числа ( е=с-d; f=d)
В этом случае в условное обозначение класса точности входит только число е, которое заключают в кружок. Таким образом, обозначение класса точности не отличается от случая с постоянной относительной погрешностью.
Пример 2. Основная погрешность потенциометра постоянного тока в диапазоне 0—50 мВ нормируется по формуле
где—показания потенциометра, мВ.
Условное обозначение класса точности —0,05 (в кружке). Предел допускаемой погрешности: в конце диапазона измерения для этого прибора
в середине диапазона
Таким образом, фактическая относительная погрешность потенциометра значительно превышает число, указанное в условном обозначении класса точности. Поэтому при проверке приборов, погрешности которых нормированы по Двухчленным формулам, следует во избежание ошибок особенно внимательно относиться к анализу погрешности образцовых и рабочих средств измерений. Примеры обозначений класса точности средств измерений представлены в табл. 1.
Применяются и другие обозначения класса точности. В эксплуатационной документации на средства измерений указываются государственные или отраслевые стандарты, в соответствии с которыми установлен класс точности.
По классу точности прибора можно определить его допустимые погрешности и
Для приборов с нулем в начале шкалы абсолютная основная погрешность
(14)
где К—класс точности прибора; —нормирующее значение, равное верхнему пределу показаний прибора.
Тогда, согласно выражению (7), приведенная основная погрешность прибора
(15)
Для приборов, имеющих шкалу «с подавленным нулем», необходимо дополнительно учитывать погрешность показаний на начальной отметке шкалы. Для таких приборов абсолютная основная погрешность
(16)
где Е—диапазон шкалы прибора; Д—диапазон «подавления» (нижний предел измерения); d—значение поправки на «подавление нуля» (для приборов классов 0,5 и 1,0 d=±0,15; для класса 1,5- d=± 0,25).
Заменяя в выражении (7) на Е, получим, что для приборов с «подавленным нулем» приведенная основная погрешность определяется следующим образом;
(17)
или
(18)
Таким образом, для этого типа приборов численное значение приведенной основной погрешности будет превышать число, указанное в условном обозначении класса точности на величину dД/Е.
Пример 3. Определить погрешность потенциометра типа КСП3-П класса точности 1,5 для измерения температуры, имеющего шкалу +300¸1600 °С. По (16) находим, что абсолютная основная погрешность на всех точках шкалы не должна превышать значения
Приведенная основная погрешность согласно выражению (17)
или по формуле (18)
Пример 4. Определить погрешность вторичного прибора типа КСДЗ класса точности 1,0 для измерения расхода со шкалой 0—400. Согласно (14) определяем абсолютную основную погрешность:
.
Приведенная погрешность по формуле (15) =±K=±l,0 %.
Вариацией показаний прибора называется разность между значениями отдельных показаний прибора, соответствующих одному и тому же значению измеряемой величины, полученных при приближении к нему как от меньших значении к большим, так и от больших к меньшим. Вариация показаний определяется одновременно с основной погрешностью как разность действительных значений измеряемой величины (по показаниям образцового прибора), соответствующих одной и той же отметке шкалы поверяемого прибора сначала при увеличении (прямое направление), а затем при уменьшении (обратное направление) значения измеряемой величины. При нескольких подходах к данной точке диапазона измерений в каждом из двух направлениях вариация определяется как средняя разность.
Вариация обычно выражается в процентах от принятого нормирующего значения где - значения измеряемой величины при прямом и обратном направлениях подхода к данной точке измерения; —нормирующее значение,
Вариация показаний вызывается появлением трения в опорах, люфтами, износом кернов, подпятников и др.
Вариация показаний не должна превышать 0,2 % для приборов класса точности 0,25 и выше и половины допустимого значения основной погрешности для приборов остальных классов точности.
Измерительные приборы характеризуются также и чувствительностью, под которой понимается отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины. Иногда чувствительностью называют величину перемещения указателя прибора при изменении измеряемой
Таблица 1. Примеры обозначения класса точности средств измерений.
| Форма выражения погрешности | Предел допускаемой основной погрешности (форма представления) | Предел допускаемой основной погрешности, %
| Обозначение класса точности
| |
| в документации | На средствах измерения | |||
| Приведенная | По формуле (7), если нормирующее значение определяется в единицах измеряемой величины | ±1.0 | Класс точности 1.0 | 1.0 |
| То же, если нормирующее значение определяется длиной шкалы или ее пасти | ±0,25 | Класс точности 0,25 | 0,25 | |
| Относительная | По формуле (11) | ±0,2 | Класс точности 0,2 | 0,2 (в кружке) |
| По формуле (12) | Класс точности 0,02/0,01 | 0,02/0,01 | ||
| Абсолютная | По формуле Dg =±а или Dg =±(а+bХ), где Dg — предел допускаемой абсолютной основной погрешности; Х — значение измеряемой величины; а и b — положительные числа, не зависящие от Х. | __ | Класс точности М | М |
величины на единицу (например, 2 мм/град или 1° дуги/град). Чувствительность не связана с величиной погрешности прибора. Иногда высокочувствительные приборы могут иметь большую погрешность, а прибор с малой чувствительностью— высокую точность измерений.
Если класс точности собственно измерительного прибора известен по его документации, то класс точности измерительной системы в целом, включая первичный измерительный преобразователь и канал связи, не может нормироваться заранее, так как зависит от конкретных условий эксплуатации.
Согласно теории вероятностей можно считать, что с вероятностью, близкой к 100%, одновременное воздействие нескольких знакопеременных факторов (X, Y, Z, U...) дает суммарную погрешность:
(19)
где —погрешности X, Y, Z, U, выраженные в процентах.
Вычисленная таким образом погрешность получила название средней квадратичной погрешности.
Обозначив погрешности различных элементов, входящих в измерительную систему через , где i=1,2…,n в соответствии с (19) получим:
(20)
Пример 5. Определить суммарную погрешность измерительной системы, состоящей из термометра термоэлектрического (термопары) ТХА-0806; преобразователя измерительного НП-ТЛ1-11, преобразовывающего термо-э. д. с. термопары в унифицированный сигнал постоянного тока 0-5 мА, и вторичного показывающего прибора с токовым входом типа КСУЗ, шкалой 0—900С, и предназначенной для измерения температуры в печи для термообработки металла, отапливаемой газом.
Глава 2. Технологические измерения и приборы в прокатном производстве.
2.1 ВВЕДЕНИЕПри контроле и исследовании технологического процесса выводы об условиях работы оборудования и о характере отклонений в протекании процесса делаются на основании анализа величин, полученных при измерении технологических параметров. Под измерением обычно понимают познавательный процесс, заключающийся в экспериментальном определении численного соотношения между измеряемой физической величиной и значением, принятым за единицу измерения.
С точки зрения общих приемов получения результатов измерения их можно разделить на прямые, косвенные и совокупные.
К прямым измерениям относятся те, результат которых получается непосредственно из опытных данных. При этом значения искомой величины получаются либо непосредственным сравнением ее с мерами, либо посредством измерительных приборов, градуированных в соответствующих единицах, например измерение длины при помощи метра, температуры при помощи термометра, давления металла на валки при помощи месдозы и т. п.
К косвенным измерениям относятся такие измерения, результат которых получается на основании опытных данных прямых измерений нескольких величин, связанных с искомой величиной определенным уравнением. Известно, например, что толщина горячекатаного листа определяется зазором между валками в ненагруженном состоянии и величиной упругой деформации системы клеть—_валки. Величина упругой деформации системы клеть – валки в свою очередь является функцией давления металла на валки. Поэтому, если каким-либо способом измерять толщину листа после каждого прохода, то при известней величине зазора между валками в нагруженном состоянии по установленным функциональным связям можно найти давление металла на валки.
Следует отметить что в ряде случаев косвенным измерением можно получить более точный результат, чем при прямом измерении.
К совокупным измерениям относятся измерения, состоящие из совокупности (ряда) прямых измерений одной или нескольких однородных величин. При этом одно измерение отличается от другого тем, что меняются либо условия измерения, либо сочетания измеряемых величин. Совокупные измерения производят, например, при градуировке различных датчиков.
Качество приборов, с помощью которых осуществляются измерения, зависит от ряда присущих им свойств, определяющих степень доверия к полученным при их помощи результатам измерения. Основными свойствами прибора следует считать точность, чувствительность, постоянство.
Разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины называется погрешностью показаний прибора, которая характеризует его точность. Однако сама по себе абсолютная погрешность не дает представления о качестве измерительного прибора. Поэтому практически большее значение имеют относительные погрешности: отношение абсолютной погрешности к значению измеряемой величины (действительному или по показанию прибора).
Наибольшая погрешность показания прибора, допустимая нормами, называется допустимой погрешностью, характеризуемой числовым значением и поставленными перед ним знаками ± или одним из этих знаков.
Под чувствительностью измерительного прибора .понимают отношение линейного или углового перемещения указателя прибора к единице измеряемой величины.
Под постоянством измерительного прибора понимают степень устойчивости показаний прибора при одних и тех же внешних условиях его работы. Постоянство характеризуется вариацией прибора. Это наибольшая (получаемая экспериментально) разность между повторными показаниями измерительного прибора, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины при неизменных внешних условиях.
В зависимости от выбранного метода измерений, а следовательно, и от выбранного типа измерительного прибора в процессе самого измерения технологических параметров возникают погрешности, которые по их происхождению разделяют на случайные; систематические инструментальные или приборные; систематические или случайные методические; динамические.
Случайные погрешности измерений технологических параметров обусловлены рядом причин. Прежде всего к. ним следует отнести изменения показаний используемого измерительного прибора, неточность отсчета его показаний, погрешность его проверки, неучитываемые влияния внешних факторов на показания прибора.
К категории случайных погрешностей относятся неучтенные систематические погрешности, обусловленные невозможностью их строгого учета.
Под инструментальной, или приборной понимают погрешность измерений технологических параметров с помощью данного прибора или установки, определяемую измерительными качествами прибора.
В том случае, если условия применения прибора отличаются от условий при проверке (например, переход от горизонтального в наклонное положение, повышенная температура корпуса, наличие вибраций т.п.), то возникающие вследствие этого дополнительные погрешности измерений также относятся к категории инструментальных погрешностей.
Следует отметить, что инструментальная погрешность, определяемая свойствами прибора в нормальных условиях его применения, называется основной погрешностью.
Методические погрешности представляют собой совокупность таких погрешностей, которые определяются условиями измерений технологических параметров на данном объекте, условиями применения данного прибора и не зависят от свойств и характеристик измерительного прибора. Например, при контактном методе измерения температуры нарушается температурное поле объекта в процессе измерения, и возникающая при этом дополнительная погрешность определяется главным образом условиями теплообмена датчика (термоприёмника) и объекта исследования.
Оценка величины методической погрешности позволяет правильно организовать измерительный процесс и осуществить рациональный выбор используемого измерительного прибора. Часто при недостаточно продуманной организации измерительного процесса величина методической погрешности измерений во много раз превышает величину инструментальной погрешности прибора. Очевидно, при значительной методической погрешности измерений бессмысленно применять приборы высокой точности. Рациональным, по-видимому, является такой выбор измерительного прибора, при котором его инструментальная погрешность была соизмерима с величиной методической погрешности измерений.
В условиях измерения меняющихся технологических параметров результаты измерения оказываются искажёнными; помимо инструментальной и методической погрешностей, возникает погрешность только в динамическом режиме, получившая поэтому название динамической.
Под динамической погрешностью понимают разность мгновенных значений показаний прибора и измеряемой величины, меняющейся во времени. Причина возникновения динамической погрешности – инерция датчиков преобразователей, а также наличие инерциональных и демпфирующих сил в механизме измерительного прибора.
Величина динамической погрешности , возникающей в процессе измерения, определяется не только свойствами самого прибора, но и характером изменения измеряемой величины. При криволинейном характере изменения измеряемого технологического параметра величина динамической погрешности измерений оказывается меняющейся со временем.
Более подробные сведения о свойствах случайных и других погрешностей измерений, а также о выборе методов и измерительных прибопров можно найти в специальной литературе.
2.2 ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ И СКОРОСТИ ПРОКАТЫВАЕМОГО МЕТАЛЛАПриборы для измерения длины проката условно можно классифицировать но трем основным признакам:
1) но направлению измерения относительно движения изделия;
2) по виду преобразователя, устанавливаемого на линии движения проката;
3) но наличию или отсутствию контакта измерителя с измеряемым изделием.
В зависимости от направления измерения относительно оси движения изделия различают два случая, когда изделие перемещается либо перпендикулярно оси измерения, либо параллельно.
Измерение в первом случае (обычно в поперечном потоке перед сортировкой продукции по длине) производится с помощью пневматического досылателя изделий до упора по пути, пройденному головкой толкателя. Данные поступают в запоминающее устройство, которое и управляет механизмом сортировки. Небольшая скорость измерения ограничивает применение данного способа в случае больших скоростей прокатки. В связи с этим большинство измерителей длины проката разработано для работы в продольном потоке.
В зависимости от вида преобразователя, устанавливаемого на линии движения проката, измерители длины можно разбить на два больших класса: электромеханические измерители длины (контактные) и фотоимпульсные измерители длины (бесконтактные). Кроме того, к бесконтактным измерителям длины относятся приборы с магнитными и тепловыми метками, а также приборы, основанные на эффекте Доплера.
2.2.1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ДЛИНЫПринцип работы электромеханических измерителей длины заключается в следующем: мерительный цилиндрический ролик, вращаемый на оси, прижимается к изделию и обкатывает его при поступательном движении. С роликом жестко связан импульсатор, который выдаст определенное число импульсов на один оборот ролика. Цена импульса может быть определена по следующей формуле:
где D – диаметр мерительного ролика;
n — число импульсов на один оборот импульсатора;
—передаточное отношение между роликом и импульсатором.
Подсчитав число импульсов т, можно определить длину изделия L:
В данной системе возможно проскальзывание ролика по изделию. Чтобы избежать этого, применяют магнитные ролики или специальные прижимы.
В качестве мерительного ролика могут быть также использованы подающие ролики или валки прокатной клети. В последнем случае для определения цены импульса необходимо учитывать опережение металла. В процессе работы мерительный ролик изнашивается. При этом изменяется цена импульса:
Поскольку относительное изменение диаметра ролика уменьшается с увеличением последнего, то для уменьшения ошибки измерения ролик при прочих равных условиях делают большего диаметра. Кроме того, для уменьшения износа ролика в конструкции ролика предусмотрена сменная рубашка из легированной стали, например ШХ15
В качестве импульсаторов применяют сельсины, высокочастотные генераторы, а также фотоэлектрические, электромеханические, электромагнитные и другие устройства
При выборе импульсатора важна стабильность импульса во время работы изммерительного ролика. Кроме того, надо учитывать, что увеличение числа импульсов на один оборот измерительного ролика уменьшает цену импульса, т.е. увеличивает точность измерения
Несмотря на все принимаемые меры, полностью избежать проскальзывание между роликом и изделием не удается, особенно в переходных режимах. Ошибка измерения в этом случае зависит от длины изделия и может достигать величин, не удовлетворяющих требованиям производства. В связи с этим схему измерительной установки строят так, что производят измерение с помощью мерительного ролика не всего изделия, а только части, равной превышению длины изделия над так называемым «базовым расстоянием» . Длину базового расстояния принимают обычно равной минимально возможной длине изделия. Точность измерения в этом случае значительно повышается.
При использовании для измерения длины сортового металла в качестве мерительных роликов валков прокатных станов нужно учитывать непостоянство катающего диаметра, а при использовании подающих роликов - возможность возникновения пробуксовки в переходных режимах, что приводит к изменению цены импульса. В этом случае наряду с базовой длиной вводится еще контрольная длина, на которой происходит уточнение значений длины, соответствующей одному импульсу (калибровка импульсов). Базовая и контрольная длины в ряде случаев могут быть совмещены. Схема устройства базовой и контрольной длиной приведена на рис.120.
В качестве мерительных роликов используются валки 3 прокатного стана, с одним из которых соединен фотоэлектрический импульсатор 1, состоящий из диска 20 с равномерно нанесенными по окружности отверстиями, 21, осветителей 22 и фотоэлементов 23 и 24. Число отверстий, нанесенных на одной дорожке, отличается на единицу от числа отверстий, нанесенных на каждой соседней дорожке. Базовая длина размещена между фотоэлементами 7 и 9. При прокатке диск импульсатора 20 получает вращение и на его выходе появляются импульсы, поступающие через усилитель 17 на счетчик 5.
Однако за время прохождения передним концом изделия базового состояния импульсы, выдаваемые импульсатором, не учитываются счетчиком 5, так как
ключ 13 в этот период заперт. При появлении изделия в поле действия фотоэлемента 9 открывается ключ 13 и импульсы поступают в счетчик 5. Счет импульсов заканчивается при прохождении задним концом изделия фотоэлемента 7—в этот момент ключ 13 запирается.
Таким образом, счётчик 5 считает импульсы на длине изделия, превышающей базовую длину. Если предварительно в счетчике 5 установить базовую длину, то он будет показывать полную длину изделия.
Так как катающий диаметр валков при прокатке различных профилей может изменяться, то меняется и цена одного импульса. Поэтому перед счетом импульсов счетчиком 5 необходимо уточнить цену одного импульса или
изменить число импульсов импульсатора 20 за один оборот диска так, чтобы цена одного импульса осталась без изменения.
В рассматриваемой схеме используется последний вариант. Для этого в схему вводится контрольная длина, ограничиваемая фотоэлементами 8 и 9. При достижении изделием фотоэлемента 8 импульсы с крайней дорожки диска импульсатора через усилитель 18 попадают на счетчик импульсов контрольной длины 4. Счет этих импульсов прекращается, когда передний конец изделия достигает фотоэлемента 9. В зависимости от числа импульсов в счетчике контрольной длины 4 при помощи устройства 16 выбирают одну из дорожек на диске импульсатора таким образом, чтобы цена импульса осталась без изменения. В дальнейшем импульсы в счетчик 5 попадают именно с этой дорожки импульсатора.
Электромеханические измерители длины применяют для измерения длины горячекатаных труб, а также среднего и крупного сорта проката. При этом ошибка в измерении длины составляет не более ±1,0%.
2.2.2 ФОТОИМПУЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ДЛИНЫФотоимпульсные измерители длины в зависимости от получаемой информации с фотодатчиков можно разбить на три группы:
1) приборы, в которых длину изделия измеряют по времени прохождения изделием какого-либо датчика с учетом средней скорости движения за это время;
2) с прямым счетом импульсов;
3) с применением развертывающих систем.
Принципиальная схема измерителей первой группы приведена на рис. 121.
На линии движения изделия устанавливают два фотодатчика 1 и 2 на базовом расстоянии друг от друга, равном минимально возможному размеру изделия. Длина изделия равна Отрезок подлежит измерению. Если скорость изделия и постоянна, то , где время прохождения изделием от момента пересечения передним концом датчика 2 до момента пересечения задним концом датчика 1. В этом случае время может служить мерой отрезка изделия .
.
Практически использовать эту схему можно лишь в том случае, когда не только скорость перемещения данного изделия по время измерения постоянна, но также постоянна скорость и для всех изделий, что встречается сравнительно редко. В тех случаях, когда скорость от одного изделия к другому может меняться, необходимо измерять скорость для каждого изделия. Схема такой установки приведена на рис. 121,6. В этом случае на линии проката устанавливают еще один датчик 3 на расстоянии по ходу движения от датчика 1. По-прежнему принимается, что скорость изделия во время измерения остаётся постоянной, однако от изделия к изделию скорость может меняться. Скорость изделия определяется из соотношения где —время прохождения задним концом изделия расстояния . Тогда
Замерив интервалы времени и и разделив их один на другой, можно найти искомую длину - Таким образом, при использовании данного метода главной задачей прибора является деление друг на друга временных интервалов.
Деление временных интервалов можно произвести при помощи электронно-вычислительных машин или электрических схем с конденсаторами. Применение электронно-вычислительных машин рекомендуется, если требуется очень высокая точность или операцию деления можно передать счетно-решающему устройству, обслуживающему стан по ряду операций. В других случаях целесообразнее применять метод, использующий схемы с конденсаторами, сущность которого заключается в следующем. При делении интервал времени преобразуется в пропорциональное напряжение , где
- коэффициент пропорциональности. Гиперболическая функция времени аппроксимируется выражением
где А, N, - постоянные величины, которые выбирают из условия наилучшей аппроксимации. Тогда
Это выражение можно реализовать с помощью схемы, представленной на рис. 122. Два последовательно соединенных конденсатора и , отношение емкостей которых равно заряжаются постоянным током в течение времени до суммарного напряжения . Напряжение на конденсаторе будет равно , а на . Во время зарядки конденсаторов ключ K разомкнут. По окончании заряда ключ К замыкается на время . Конденсатор разряжается по экспоненциальному закону на сопротивление R. с постоянной времени . Через время напряжение на конденсаторе будет равно
а суммарное напряжение на обоих конденсаторах
при этом величина пропорциональна На рис. 123 показана блок-схема прибора для измерения длины проката, использующая для деления временных интервалов вышеописанный метод. Основные узлы прибора: линейный интегратор, представляющий собой стабилизатор тока с последовательно включенными емкостями, и разрядное устройство. При помощи интегратора время , преобразуется в напряжение , а при
помощи разрядного устройства реализуется уравнение (187).
Схема работает следующим образом. При прохождении передним концом трубы фотодатчика 2 возникает импульс, который поступает на ключ 5 и открывает интегратор 6. Через время задний конец трубы выйдет из поля зрения фотодатчика 1 и возникший при этом импульс поступит на ключ 5 и интегратор закроется. Одновременно ключ 4 откроет разрядное устройство 7. Когда через время задний конец трубы выйдет из поля зрения фотодатчика 3, возникший импульс закроет разрядное устройство. Напряжение , которое останется к этому моменту на емкостях интегратора, будет пропорционально . После окончания разряда открывается ключ 8 и напряжение . передается в выходное устройство 9. Данный метод измерения используется, например, для измерения длины горячих труб в пределах 7—8 м на станах печной сварки. Скорость передвижения труб: 3—8 м/с. Ошибка измерения при этом не более мм.
2.2.3 Фотоимпульсные измерители длины с прямым счетом импульсов.Указанные измерители характеризуются тем, что датчики, установленные на линии продольного движения проката, при прохождении мимо них измеряемого изделия выдают в измерительную систему импульсы, равные определенной фиксированной длине. Простейшая схема такого устройства показана на рис. 124,а. Передний конец изделия 10, выходя из валков, попадает в поле зрения первого фотодатчика, а за-
тем, продвигаясь вперед по рольгангу, изделие
Рис.124. Система для измерения длинны изделий по фотоимпульсному методу с прямым счётом импульсов:
а – система только с грубым отсчётом; б – система с грубым и точным отсчётами; 1-7 – фотодатчики грубого отсчёта;8 – счётчик; 9 – фотодатчики точного отсчёта; 10 – изделие.
последовательно проходит мимо фотодатчиков 2, 3 и т. д. Импульсы от фотодатчиков поступают в счетчик 8 и суммируются. Каждый импульс соответствует расстоянию L. Таким образом, длина изделия будет равна L (п—1), где п-—число засвеченных фотоэлементов. Счет импульсов прекращается, когда задний конец изделия выйдет из поля зрения фотодатчика 1. Точность измерения таким методом зависит от шага L установки фотодатчиков. Для увеличения точности измерения с одновременным снижением числа фотодатчиков схему измерения строят по принципу грубого и точного отсчётов. В этом случае в отличие- от предыдущего, где отсчет ведется одним концом изделия, а другой дает сигнал об окончании счета, отсчет ведется обоими концами изделия (рис. 124,6). Грубый отсчет ведется по переднему концу изделия, показаний конец изделия не выйдет из поля зрения фотодатчика 1. Точный отсчет изделия ведется по заднему концу изделия с момента выхода заднего конца из поля зрения фотодатчика 1 до момента засветки следующего фотодатчика грубого отсчета (на рис. 124,б это фотодатчик 7). Длина полосы при этом равна
где l—шаг установки фотодатчиков точного отсчета;
т — количество засвеченных датчиков точного отсчета.
К изделиям длины изделий с прямым счетом импульсов относятся и приборы с нанесением магнитных, тепловых, радиоактивных, люминесцентных и других меток. Каждая метка имеет определенную цену длины изделия. При прохождении мимо регистратора эти метки считаются измерительной схемой (рис. 125). При прохождении передним концом фотодатчика 1 подается команда на головку записывающего прибора 8 для нанесения метки в изделие. При дальнейшем движении метка проходит мимо приемника 4, который считает метки и дает команду прибору 3 на нанесение следующей метки.
Путь, пройденный прокатом, определяют по формулегде п – число меток;
- расстояние между записывающей головкой и приемником.
Точность прибора мало зависит от скорости изделия и в основном определяется расстоянием между записывающей головкой и приемником·такие измерители применяются в основном для измерения метража длинных и «бесконечных» полос при намотке их в рулон и для проволоки.
Фoтoимпyльcныe измерители с применением развертывающих систем. Позволяют определять не только поперечные, но и продольные размеры проката, принцип действия этих приборов подробно изложен в гл.· IX. здесь следует отметить, что для измерения длины прокатанных изделий применяют приборы с механическими и электрическими развертывающими системами. B механических развертывающих системах для развертки используют архимедову спираль, барабаны с целью в виде винтовой линии или по образующей, а также барабаны с линзами или зеркалами Из электрических развертывающих систем для измерения длины чаще всего применяют различные варианты телевизионных измерительных систем
Ha рис., 126 приведена схема прибора для измepeния длины проката с механической развертывающей системой. прибор предназначен для измерения длины проката на реверсивном стане, Ha специальном валу, расположенном вдоль прокатного изделия, устанавливают измерительные головки. число головок равно n+1 (п. – число нечетных проходов, при которых необходим контроль длины проката).·одну из головок 1 устанавливают стационарно непосредственно возле валков реверсивной клети, а другие — подвижные 4 и 5 — на расстоянии от первой, равном номинальному значению контролируемой длины раската. подвижные головки связаны с валом скользящими шпонками 6 и 7. B каждой измерительной головке вмонтирована оптическая система, состоящая из объектива 16 и собирательной линзы 14. объектив проектирует конец проката на щелевую диафрагму 15, которая «вырезает»·из вceгo Поля зрения объектива узкую полоску изображения конца полосы в направлении длины проката на фоне осветителя. осветитель находится внизу под изделием (на рисунке не показан). за диафрагмой расположен барабан с винтовыми прорезями, световой поток, пройдя через диафрагму и винтовую прорезь, собирается линзой 14 и попадает на фотоэлемент 13.
Щелевая диафрагма и винтовые прорези при непрерывном вращении барабанов создают развертку изображения конца полосы на фоне осветителя, причем за один оборот диска просмотр изображения происходит столько раз, сколько винтовых прорезей на барабане, длительность затемнения фотоэлемента за время одного просмотра конца ,полосы пропорциональна величине A для головки 1 и величине Б для головки 4. следовательно, напряжение, снимаемое с фотоэлементов, будет обратно пpoпopциoцaльнo длинaм A и Б. Oбa эти нaпpяжeния cyммиpyютcя· Пoлyчeннoe cyммapнoe нaпpяжeниe peгиcтpиpyeтcя втopичным пpибopoм, кoтopый гpaдyиpyeтcя в eдиницax длинны Пpи пoмoщи гoлoвoк 1 и 4 пpoиcxoдит зaмep длины пpoкaтa пpeдпocлeднeгo нeчeтнoгo пpoxoдa, a c пoмoiцыo гoлoвoк 7 и 5—пocлeднeгo прохода
Ha pиc, 127 пpивeдeнa блoк-cxeмa тeлeвизиoннoй cиcтeмы для диcтaнциoннoгo измepeния длин зaгoтoвoк. Teлeвизиoннaя пepeдaющaя кaмepa 3 noмeщeнa пpoтиuв двyx зepкaл 5, pacпoлoжeнных мeждy coбoй пoд пpямым yглoм. Гpaдyиpoвaннyю шкaлy 6 ycтaпaвливaют пapaллeльнo оптичecкoй ocи кaмepы. Oптичecкaя ocь кaмepы и шкaлa нaxoдятcя пapaллeлънo плocкocти, в кoтopoй вeдeтcя измерение. C пoмoщью зepкaл и cиcтeмы линз 4 дocтигaeтcя coвмeщeниe изoбpaжeния зaгoтoвки и шкaлы в плocкocти paзвepтки пepeдaющeй кaмepы, Cиcтeмa зepкaл мoжeт пpивoдитьcя вo вpaщeниe cepвoмexaнизмoм, кoтopый yпpaвляeтcя oт кoнтpoльнoro пpибopa из бyдки oпepaтopa пpoкaтнoгo cтaнa. Пpи пoвopoтe cиcтeмы зepкaл гpaдyиpoвкa шкaлы бyдeт cкoльзить вдoль изoбpaжeния зaгoтoвки, пpи этoм нaчaлo шкaлы мoжeт быть coвмeщeнo c oдним кoнцoм зaгoтoвки, тогдa пo втopoмy кoнцy мoжнo пpoизвecти oтcчeт длинны. C пoмoщью этoй cиcтeмы мoжнo измepять длинy зaгoтoвoк в пpeдeлax oт 3,65 дo 11 мс пoгpeшнocтью ±3 мм.
Глава 3. Электрические машины и электропривод автоматических устройств.
Bpaщaющиecя (поворотные) трансформаторы (BT) предназначены для получения переменного напряжения, зависящего от угла поворота ротора. По назначению BT относятся к информационным электрическим машинам (см., §9.1) и применяются в системах автоматического регулирования в качестве измерительных элементов (датчиков угла) для измерения рассогласования между двумя вращающимися Осями. B вычислительных устройствах вращающиеся трансформаторы используют при решении различных математических задач, связанных с построением треугольников, преобразованием координат, сложением и разложением векторов и т.п. Вращающийся трансформатор конструктивно представляет электрическую Машину индукционного типа малой мощности. Наибольшее применение получили двухполюсные BT с двумя парами одинаковых взаимно перпендикулярных обмоток: обмотки и (C1 — C2 и C3 — C4) расположены на статоре; обмотки и (P1 — P2 и P3 — P4) — на роторе (рис, 11.1). Обмотка возбуждения (C1— C2) включается в сеть переменного тока, компенсационная обмотка C3 — C4 замыкается накоротко или на резистор. Обмотки на роторе называются вторичными: синусной P1—P2 и косинусной P3—P4, электрический контакт с обмотками ротора осуществляется с помощью контактных колец и щеток (аналогично контактным сельсинам) либо посредством спиральных пружин, если BT работает в режиме ограниченного угла поворота. B последнем случае yгoл пoвopoтa poтopa BT oгpaничивaeтcя мaкcимaльным yглoм зaкpyчивaния cпиpaльныx пpyжин.
Пpинцип paбoты вpaщaющиxcя тpaнcфopмaтopoв ocнoвaн нa взaимнoй индyктивнocти мeждy oбмoткaми cтaтopa и poтopa, кoтopaя измeняeтcя в oпpeдeлeннoй фyнкциoнaльнoй зaвиcимocти oт yглa пoвopoтa poтopa.·Элeктpoдвижyщиe cилы, нaвoдимыe пyльcиpyющим мaгнитным пoтoкoм вoзбyждeния в oбмoткax poтopa, cтpoгo cлeдyют этoй зaвиcимocти. Ecли BT иcпoльзyeтcя в кaчecтвe измepитeльнoгo элeмeнтa, тo пoвopoт poтopa ocyщecтвляeтcя пocpeдcтвoм peдyктopнoгo мexaнизмa выcoкoй тoчнocти, кoтopый либo вcтpaивaeтcя в кopпyc BT, либo мoнтиpyeтся отдельно от ВТ и соединяется с его валком. ecли BT пpeднaзнaчeн для paбoты в peжимe пoвopoтa poтopa в пpeдeлax oпpeдeлeннoгo yглa, тo в кaчecтвe oбмoтoк вoзбyждeния и кoмпeнcaциoннoй иcпoльзyютcя oбмoтки cтaтopa, a в кaчecтвe втopичныx — oбмoтки poтopa.
Ecли BT paбoтaeт в peжимe нeпpepывнoгo вpaщeния poтopa, тo oбычнo пpимeняют «oбpaтнoe» иcпoльзoвaниe oбмoтoк: oбмoтки poтopa иcпoльзyют в кaчecтвe oбмoтoк вoзбyждeнйя и кoмпeнcaциoннoй, a oбмoтки cтaтopa —в кaчecтвe втopичныx· Ecли кoмпeнcaциoннaя oбмoткa зaмыкaeтcя нaкopoткo, тo пpи «oбpaтнoм» иcпoльзoвaнии oбмoтoк нa poтope пpимeняют лишь двa кoнтaктныx кoльцa, чтo yпpoщaeт кoнcтpyкцию, пoвышaeт нaдeжнocть и тoчнocть BТ.
B зaвиcимocти oт гpaфикa фyнкциoнaльнoй зaвиcимocти ЭДC втopичнoй oбмoтки oт yглa пoвopoтa poтopa вpaщaющиecя тpaнcфopмaтopы paздeляют нa cлeдyющиe типы:
1. cинycнo-кocинycный вpaщaющийcятpaнcфopмaтop (CKBT) — y нeгo вoзникaют нaпpяжeние нa выxoдe oбмoтки , нaxoдящeеcя в cинycнoй зaвиcимocти oт yглa пoвopoтa poтopa a, и нaпpяжeниe нa выxoдe oбмoтки , нaxoдящeecя в кocинycнoй зaвиcимocти oт yглa пoвopoтa poтopa a;
0 комментариев