Требования к отчету

Отчет должен содержать:

• цель работы;

• рисунки 9, 10;

• таблицу с данными экспериментов и результаты определения погрешности поверяемого датчика;

• градуировочную характеристику датчика для унифицированного токового сигнала;

• выводы по работе.

Краткие теоретические сведения Назначение датчика давления Метран-150

Датчики давления Метран-150 (в дальнейшем датчики) предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин - давления избыточного, абсолютного, разности давлений, гидростатического давления нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи и цифровой сигнал на базе HART-протокола.

Датчики предназначены для работы во взрывобезопасных и взрывоопасных условиях. Взрывозащищенные датчики имеют вид взрывозащиты «Взрывонепроницаемая оболочка» и «Искробезопасная электрическая цепь».

Датчики совместимы со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, системами управления, воспринимающими стандартные сигналы постоянного тока 0-5 или 4-20 мА или цифрового сигнала на базе HART- протокола.

Датчики с HART-протоколом могут передать информацию об измеряемой величине в цифровом виде по двухпроводной линии связи вместе с сигналом постоянного тока 4-20 мА. Этот цифровой сигнал может приниматься и обрабатываться любым устройством, поддерживающим протокол HART. Цифровой выход используется для связи датчика с портативным ручным HART-коммуникатором или с персональным компьютером через стандартный последовательный порт и дополнительный HART-модем, при этом может выполняться чтение измеряемого давления, настройка датчика, выбор его основных параметров, перестройка диапазонов измерений, корректировка «нуля» и ряд других операций. HART-протокол допускает в системе наличие двух управляющих устройств: системы управления и ручного коммуникатора. Эти два управляющих устройства имеют разные адреса и, следовательно, Метран-150 может распознать и выполнить команды каждого из них.

Таким образом, по двухпроводной связи передается два типа сигналов -аналоговый сигнал 4-20 мА и цифровой сигнал на базе протокола HART, который

накладывается на аналоговый выходной сигнал датчика, не оказывая на него влияния.

Основные технические данные

Датчики давления Метран-150 являются многопредельными и настраиваются на верхний предел измерений или диапазон измерений от P_min до P_max. В данной лабораторной работе изучается модель датчика 150TG. Буква Т означает, что чувствительный элемент представляет собой тензорезистивный тензомодуль, а буква G - избыточное давление. Основные технические характеристики для этой модели датчика приведены в таблице 2.

Кроме того, датчики этой модели могут перенастраиваться в пределах от минус 101,3 кПа до P_max, при этом предполагается, что атмосферное давление равно 101,3 кПа.

Датчики выпускаются предприятием-изготовителем со стандартной настройкой параметров, в соответствии с которой датчик настраивается на P_max в кПа или МПа (при этом нижний предел измерений равен нулю), линейно возрастающую зависимость выходного сигнала и низкий уровень выходного сигнала неисправности.

Таблица 2 – Основные технические характеристики модели 150TG

Код диапазона	1		2		3		4		5
Минимальный диапазон измерений (верхний предел измерений), Pmin	3,2 кПа	0,02 МПа		0,12 МПа		0,5 МПа		16 МПа
Максимальный верхний предел измерений, Pmax	160 кПА	1,0 МПа		6,0 МПа		25,0 МПа		60,0 МПа
Давление перегрузки, МПа	4	10		10		40		100
Предел допускаемой основной погрешности, ± γ, %	0,075* 0,075(Pmax/Рв)**							0,075***
Примечания: Рв – верхний предел, на который настроен датчик * - если выполняется условие Рв ≥ Pmax/15 ** - если Рв < Pmax/15 *** - если выполняется условие Рв ≥ Pmax/5

Датчики изготавливаются как со встроенным индикаторным устройством на основе жидких кристаллов (ЖКИ), так и без индикатора.

Вариация выходного сигнала γ_г не превышает абсолютного значения допускаемой основной погрешности |γ|.

Датчики Метран-150 всех исполнений имеют линейно-возрастающую или линейно-убывающую, или пропорциональную квадратному корню зависимость аналогового выходного сигнала от входной измеряемой величины (давления).

Номинальная статическая характеристика датчика с линейно-возрастающей зависимостью аналогового выходного сигнала от входной измеряемой величины соответствует виду

(4)

где I - текущее значение выходного сигнала;

Р - значение измеряемой величины;

1_в, 1_н - соответственно верхнее и нижнее предельные значения выходного

сигнала;

Р_в - верхний предел измерений;

Р_н - нижний предел измерений для всех датчиков (для стандартных

условий Р_н = 0).

Нижнее и верхнее предельные значения выходного сигнала составляют: 1_н = 4 мА, 1_в = 20 мА - для датчиков с выходным сигналом 4 - 20 мА; 1_н = 0,1_в = 5 мА - для датчиков с выходным сигналом 0 - 5 мА.

Номинальная статическая характеристика датчика с линейно-убывающей зависимостью аналогового выходного сигнала от входной измеряемой величины соответствует виду

(5)

где I, P, 1_в, 1_н, Р_в, Р_н - то же, что и в формуле (4).

Номинальная статическая характеристика датчика с функцией преобразования входной измеряемой величины по закону квадратного корня соответствует виду

(6)

где P - входная измеряемая величина - перепад давления;

I, I_в, I_н, Р_в – то же, что и в формуле (4).

Значение аналогового выходного сигнала датчиков, соответствующее нижнему предельному значению измеряемого параметра, равно: 0 и 4 мА - для датчиков с возрастающей характеристикой вида (4) и (6); 5 и 20 мА - для датчиков с убывающей характеристикой вида (5).

Датчик имеет электронное демпфирование выходного сигнала, которое характеризуется временем усреднения результатов измерения (t_д). Время усреднения результатов измерения увеличивает время установления выходного сигнала, сглаживая выходной сигнал при быстром изменении входного сигнала. Значение времени выбирается из ряда: 0,045; 0,5; 1,2; 2,5; 5; 10; 20; 40 с и устанавливается потребителем при настройке.

Время включения датчика, измеряемое как время от включения питания датчика до установления аналогового выходного сигнала с погрешностью не более 5% от установившегося значения, не более 2 с при минимальном электронном демпфировании выходного сигнала датчика.

На дисплее индикатора датчика в режиме измерения давления отображается:

а) величина измеряемого давления в цифровом виде, в установленных при настройке единицах измерения или в процентах от диапазона изменения выходного сигнала;

б) единицы измерения давления, мм рт. ст., мм вод. ст., бар, кгс/см², кгс/м², Па, кПа, МПа; % от диапазона;

в) диагностические сообщения об ошибках, неисправностях, а также предупреждения в соответствии с таблицей 3. Диагностические сообщения (при наличии) выводятся в режиме переключения с единицами измерения. При наличии двух условий одновременно сообщения формируются поочередно, при этом единицы измерения не отображаются.

Сообщения на дисплее индикатора датчика формируются на русском или английском языках. Необходимый язык устанавливается потребителем по специальной команде HART или кнопочными переключателями в соответствии с блок-схемой, приведенной в паспорте датчика.

Таблица 3 – Диагностические сообщения об ошибках и неисправностях

Символы на цифровом индикаторе (русский / английский)	Режим работы датчика
	Переполнение индикатора вследствие неправильно выбранных единиц работы
	Обнаружен сбой в работе датчика, не влияющий на выходные параметры. Датчик формирует коды ошибок в соответствии с паспортом
	Выходной ток в ограничении
	Обнаружен сбой в работе датчика, влияющий на выходные параметры. Датчик формирует коды ошибок в соответствии с паспортом. Установлен ток неисправности
	Одна из кнопок управления застряла в нажатом состоянии или нажата слишком долго

В режиме нормального функционирования датчик обеспечивает постоянный контроль своей работы и формирует сообщение о неисправности не только в виде сообщений на индикаторе, но и посредством установки определенного значения аналогового выходного сигнала: менее 3,76 мА (так называемый низкий уровень) или более 22 мА (высокий уровень). Значение выходного сигнала неисправности устанавливается предприятием–изготовителем на низком уровне, но может быть изменено потребителем.

Датчики выполняют самотестирование по проверке технического состояния:

• микропроцессора;

• программируемого запоминающего устройства на плате аналого-цифрового преобразователя (АЦП);

• перепрограммируемой памяти микропроцессора;

• связи с платой АЦП;

• режима работы датчика;

• сенсора.

Датчики выдерживают в течение 1 мин давление перегрузки, в 2,5 раза превышающее верхний предел измерения Р_в. Поскольку в отдельных случаях перегрузка может привести к незначительным изменениям нормированных характеристик датчика, после ее воздействия необходимо произвести корректировку начального значения выходного сигнала.

Датчики обеспечивают возможность настройки на смещенный диапазон измерений с установкой нижнего предела измерений (смещение «нуля») на любое значение в допустимых пределах датчика при выполнении условия: диапазон измерений больше или равен P_min, верхний предел измерений меньше или равен P_max (где P_max - максимальный верхний предел измерений, P_min - минимальный диапазон измерений).

Датчики имеют внешнюю кнопку для корректировки смещения характеристики датчика (калибровка «нуля») от монтажного положения на объекте или статического давления, расположенную на корпусе электронного преобразователя.

Датчики имеют защиту от обратной полярности напряжения питания.

Настройка датчиков с установленным индикатором осуществляется встроенными средствами управления.