1.2. Малогабаритный датчик давления Метран-55

В системах автоматического регулирования, автоматической защиты оборудования применяются измерительные преобразователи давления (датчики), имеющие на выходе унифицированный электрический сигнал в виде тока, напряжения или частоты.

Следует иметь ввиду, что в соответствии с РМГ 29-99 [3] измерительный преобразователь – это техническое средство, имеющее нормативные метрологические характеристики, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейшего преобразования, индикации или передачи.

В данной работе используется малогабаритный датчик давления [4] серии Метран-55ДИ модели 515. Он имеет верхний предел перенастройки 1 МПа, код климатического исполнения t₁, что соответствует предельным значениям температуры окружающей среды при эксплуатации от плюс 5 до плюс 50 ^oC. Его предел допускаемой основной погрешности в диапазонах настройки γ = ± 0,25 %, степень защиты от воздействия пыли и воды IP 65, напряжение питания +36 В, сопротивление нагрузки 50 Ом. Потребляемая мощность датчика не более 1 ВА.

Схема датчика Метран-55ДИ приведена на рис.3.

Рис. 3. Схема датчика Метран-55

1 – корпус датчика; 2 – блок чувствительного элемента; 3 – блок электронного преобразователя.

Чувствительный элемент датчика выполнен в виде пластины монокристаллического сапфира, соединенный с металлической измерительной мембраной. Чувствительный элемент датчика выполнен в виде пластины монокристаллического сапфира, соединенной с металлической измерительной мембраной. Под действием давления мембрана прогибается в пределах упругой деформации, что приводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторов, нанесенных на пластину, и соединенных в мостовую схему. Возникающий электрический сигнал разбаланса мостовой схемы подается в электронный преобразователь, в котором выполняется формирование стандартного токового выходного сигнала.

Электронный блок датчика состоит из фильтра радиопомех и платы микропроцессора, содержащей следующие функциональные узлы (рис. 4): стабилизатор напряжения (CH) в цепи питания датчика; источник опорного напряжения (ИОН); аналого-цифровой преобразователь (АЦП); микропроцессор (МП); энергонезависимое постоянное запоминающее устройство (ЭПЗУ); преобразователь напряжения в токовый сигнал (ПНТ); кнопочные переключатели (КП).

Рис.4. Структурная схема электронного преобразователя

Информация из АЦП, полученная по сигналу давления от тензопреобразователя ТП, обрабатывается микропроцессором МП с использованием калибровочной информации, хранящейся в ЭПЗУ. При этом вычисляется истинное давление, преобразуясь в напряжение, которое в ПНТ формирует унифицированный токовый сигнал 4-20 мА. С помощью кнопочных переключателей КП производится плавная настройка выходного сигнала (кнопкой 1 устанавливается нижний предел измерения, кнопкой 2 – верхний).

Электрическое питание датчика осуществляют от источника питания постоянного тока напряжением от 12 до 42 В с выходным сигналом 4-20 мА и напряжением от 22 до 42 В с выходным сигналом 0-5 мА.

Монтаж датчика может быть выполнен по одной из схем (рис. 5):

Рис. 5. Схемы электрических соединений датчика с блоком питания

Датчик Метран-55 имеет линейно-возрастающую зависимость выходного сигнала от измеряемой величины-давления. Номинальная статическая характеристика (НСХ) рассчитывается по уравнению:

,

где I­ – текущее значение выходного сигнала, мА;

P – текущее значение выходной измеряемой величины, МПа;

I_в, I_в – соответственно верхнее и нижнее предельные значения выходного сигнала (I_н = 4 мА, I_в = 20 мА для датчиков с выходным сигналом 4-20 мА; I_н = 0, I_в = 5 мА для датчиков с выходным сигналом 0-5 мА);

P_в – верхний предел измерений, МПа;

P_н – нижний предел измерений (для всех датчиков кроме датчиков, измеряющих давление ниже атмосферного, он равен нулю).

Датчик является многопредельным и может настраиваться на верхний предел измерений, выбираемый для модели 515 из стандартного ряда 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5, МПа по ГОСТ 2252-85 [5]. Датчик может быть настроен на верхний предел, отличающийся от стандартного, и на смещенный в пределах : в этом случае за принимается значение , равное выбранному верхнему пределу измерения.

Дополнительная погрешность датчика, вызываемая изменением температуры окружающего воздуха на каждые 10 ^oC за пределами рабочего интервала температур в процентах от диапазона измерения выходного сигнала определяется выражением:

. (2)

Дополнительная погрешность, вызываемая воздействием вибрации, выраженная в процентах от диапазона измерения выходного сигнала, не превышает величины, определяемой по формуле:

. (3)

При пульсациях давления с частотой более 10 Гц эта погрешность не нормируется.