Расчет и выбор измерительных преобразователей

5.3   Расчет и выбор измерительных преобразователей

Основой для выбора преобразователей является достижение требуемой точности измерений. В нашем случае есть два контура регулирования – pBr и температуры, и для каждого применяется свой комплект датчиков и измерительных преобразователей.

5.3.1   Выбор комплекта для измерения pBr

Для измерения pBr в реакторе выбираем комплект, состоящий из датчика погружного ДПг-4М-2-1600 и нормирующего преобразователя типа П-201. В качестве сравнительного электрода применяется непроточный хлорсеребряный электрод 5268, в качестве измерительного – аргентитовый электрод ЭА-2-220. Пределы измерений устанавливаются на приборе П-201 с помощью специальных перемычек. В нашем случае выбираем пределы 1 – 7 единиц pBr. Рабочая температура в пределах +5…+70 °С. Время установления сигнала преобразователя < 10 с. Поэтому принимаем передаточную функцию датчика и нормирующего преобразователя в виде апериодического звена первого порядка.

,

где T_д = 0.05 мин.

Для регистрации pBr используется автоматический самопишущий мост типа КСУ-1М. Рассчитаем пределы погрешности измерительного комплекта для регистрации pBr. Схема комплекта приведена на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Схема комплекта для измерения pBr

Значение pBr, регистрируемое мостом, будет равно: (pBr_д ± ΔpBr), где pBr_д – действительное значение pBr, ΔpBr – абсолютная погрешность измерения. Эта погрешность вычисляется по формуле:

, (5.3)

где Δ_и – инструментальная погрешность;

Δ_м – методическая погрешность;

Δ_л – личная погрешность.

Личную составляющую погрешности определим как половину цены деления шкалы вторичного прибора Δ_л = 0.1 pBr.

Инструментальная погрешность: Δ_и = δ_и·ΔN₁. В свою очередь, относительная погрешность вычисляется по формуле:

, (5.4)

относительные погрешности отдельных элементов комплекта вычисляются по формулам:

, (5.5)

где Δ_ДПГ – абсолютная погрешность датчика, ±0.1 pBr;

, (5.6)

где γ_П-201 – приведенная погрешность вторичного преобразователя, 0.01;

, (5.7)

где γ_КСУ – приведенная погрешность моста, 0.005.

Проведя вычисления по этим формулам, получаем: δ_ДПГ = 0.045, δ_П-201 = 0.018, δ_КСУ = 0.009. Подставив полученные значения в (5.4), получаем δ_и = 0.054. Абсолютная погрешность Δ_и = 0.12 pBr.

Методическую погрешность принимаем равной нулю, т.к. статические характеристики датчика и вторичного прибора являются линейными.

Подставляя полученные результаты в (5.3), получаем значение абсолютной погрешности измерения pBr: ΔpBr = 0.15 pBr.

Полученное значение меньше, чем диапазон требуемой точности поддержания величины pBr в аппарате. Поэтому выбранный нами комплект удовлетворяет требованиям процесса с метрологической точки зрения.

5.3.2   Выбор комплекта для измерения температуры

Для измерения температуры в реакторе и в рубашке выбираем термопреобразователь сопротивления типа ТСП-0879-01 со статической характеристикой 50П. Пределы измерения: –50…+250 °С. Рабочее давление – не выше 0.4 МПа. Инерционность – 30…40 с. На основании этого принимаем постоянную времени датчика 0.2 мин.

В будущем планируется использовать регулятор типа Р17.2, имеющий входы для двух сигналов от термопреобразователей сопротивления. Поэтому в использовании нормирующих преобразователей надобности нет. Для регистрации температуры используется автоматический самопишущий мост типа КСМ-4, имеющий вход для сигнала от термопреобразователя сопротивления.

Рассчитаем пределы погрешности измерительного комплекта для регистрации температуры. Схема комплекта приведена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 – Схема комплекта для измерения температуры

Значение температуры, регистрируемое мостом, будет равно (t_д ± Δt), где t_д – действительное значение температуры, Δt – абсолютная погрешность измерения.

Эта погрешность вычисляется по формуле:

, (5.8)

где Δ_и – инструментальная погрешность;

Δ_м – методическая погрешность;

Δ_л – личная погрешность.

Личную составляющую погрешности определим как половину цены деления шкалы вторичного прибора Δ_л = 0.5 °С.

Инструментальная погрешность: Δ_и = δ_и·ΔN₁. В свою очередь, относительная погрешность вычисляется по формуле:

 , (5.9)

относительные погрешности отдельных элементов комплекта вычисляются по формулам:

, (5.10)

где Δ_ТСП – абсолютная погрешность датчика, ±1 °С;

, (5.12)

где γ_КСУ – приведенная погрешность моста, 0.005.

Проведя вычисления по этим формулам, получаем: δ_ТСП = 0.022, δ_КСМ = 0.011. Подставив полученные значения в (5.4), получаем δ_и = 0.027. Абсолютная погрешность Δ_и = 1.2 °С.

Методическая составляющая погрешности возникает по причине незначительной нелинейности статической характеристики термопреобразователя и вычисляется как отклонение измеренного значения температуры от истинного:

Δ_м = N₁ - t_д. (5.13)

Пусть измеренное значение равно N₁ = 45 °С. Пределы измерения температуры мостом равны 0…100 °С. Тогда чувствительность моста равна

°С/Ом.

Тогда

 Ом.

Действительное значение температуры найдем из статической характеристики датчика ТСП, имеющей вид:

,

где

Из статической характеристики получаем, что t = 44.628 °С. Тогда по формуле (5.13) получаем, что Δ_м = 0.372 °С.

Подставляя полученные результаты в (5.8), получаем значение абсолютной погрешности измерения температуры: Δt = 1.5 °С.

Полученное значение больше, чем диапазон требуемой точности поддержания температуры в аппарате. Однако выбранный комплект используется только для регистрации температуры, в измерительной цепи регулятора используется только один термопреобразователь сопротивления.