Преобразователь разности давлений Сапфир-22ДД

В химической промышленности комплексной механизации и автоматизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, а также чувствительностью их к нарушению режима, внедрению условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ и т. д.

По мере осуществления механизации производства сокращается тяжелый физический труд, уменьшается численность рабочих, непосредственно занятых в производстве, увеличивается производительность труда и т. д.

Ограниченные возможности человеческого организма (утомляемость, недостаточная скорость реакции на изменение окружающей обстановки и на большое количество одновременно поступающей информации, субъективность в оценке сложившейся ситуации и т. д.) являются препятствием для дальнейшей интенсификации производства. Наступает новый этап машинного производства- автоматизация, когда человек освобождается от непосредственного участия в производстве, а функции управления технологическими процессами, механизмами, машинами передаются автоматическим устройствам.

Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличинею количества, улучшению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда. Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, уменьшение численности основных рабочих, снижение капитальных затрат на строительство зданий (производство организуется по открытым небом), удлинение сроков межремонтного пробега оборудования.

Проведение некоторых современных технологических процессов возможно только при условии их полной автоматизации (например, процессы, осуществляемые на атомных установках и в паровых котлах высокого давления, процессы дегидрирования и др.). При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьезным последствиям.

Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха и водоемов промышленными отходами.

Комплексная автоматизация процессов (аппаратов) химической технологии предполагает не только автоматическое обеспечение нормального хода этих процессов с использованием различных автоматических устройств (контроля, регулирования, сигнализации и др.), но и автоматическое управление пуском и остановом аппаратов для реонтных работ и в критических ситуациях.

В автоматическом производстве человек переключается на творческую работу- анализ результатов управления, составление заданий и программ для автоматических приборов, наладку сложных автоматических устройств и т. д. Для обслуживания агрегатов, оснащенных сложными системами автоматизации, требуются специалисты с высоким уровнем знаний. С повышением квалификации и культурного уровня рабочих стирается грань между физическим и умственным трудом.

Задачи, которые решаются при автоматизации современных химических производств, весьма сложны. От специалистов требуются знания не только устройства различных приборов, но и общих принципов составления систем автоматического управления.

1. Описание контура.

Я проходил проходил производственную практику на ОАО «Концерн Стирол» в цехе №1. За время практики научился ремонтировать и настраивать приборы как: дифманометры, ПВ-10, ЭКМ, манометрические термометры, интеллектуальные датчики, позиционеры, сапфиры и др. Графически преобразователь Сапфир-22ДД можно представить на технологической схеме в следующем виде:

F – расход;

I – показания;

E – преобразование в эл. сигнал;

R – регистрация показывающая;

S – переключение;

C – регулирование;

A – автоматическая сигнализация.

Преобразователь Сапфир-22ДД в настоящее время широко применяется для измерения расхода в аммиачном производстве цеха №1.

2. Назначение.

Преобразователи предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения разности давлений нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Преобразователи могут использоваться для преобразования значений уровня жидкости, расхода жидкости или газа в унифицированный токовый сигнал. При работе с блоками извлечения корня БИК-1 получается линейная зависимость между расходом и выходным сигналом.

Преобразователи Сапфир-22ДД-Вн-А предназначены для преобразования значения измеряемого параметра в унифицированный токовый сигнал на объектах АС.

Преобразователи Сапфир-22ДД-Вн-К предназначены для преобразования значения измеряемого параметра газообразного кислорода и кислородосодержащих газов в унифицированный токовый сигнал.

Преобразователи Сапфир-22ДД-Вн-А, Сапфир-22ДД-Вн-К не предназначены для использования во взрывоопасных условиях.

Преобразователи  Сапфир-22ДД-Вн имеют взрывобезопасный уровень взрывозащиты, вид взрывозащиты- сочетание «специальный вид взрывозащиты» и «взрывонепроницаемая оболочка» (маркировка по взрывозащите Iexsd ПВТ4/Н₂) и могут применяться во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок согласно требованиям главы 7-3 ПУЭ или других нормативно-технических документов, определяющих применяемость электрооборудования во взрывоопасных средах, образуемых взрывоопасными смесями паров и газов с воздухом  категории до ПВ группы до Т4 включительно и категории ПС группы Т1 по ГОСТ 12.1.011-78.

Преобразователи относятся к изделиям ГСП.

Преобразователи предназначены для работы со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления, работающими от стандартного выходного сигнала 0-5 или 0-20 или 4-20 mA постоянного тока.

По устойчивости к климатическим воздействиям преобразователи в зависимости от исполнения соответствуют:

исполнению УХЛ категории размещения 3.1 по ГОСТ 15150-69, но для работы при температуре от 5 до 50⁰С (основной вариант исполнения) или, по обоснованному требованию потребителя, от 1 до 80⁰С;

исполнению У категории размещения 1 по ГОСТ 15150-69, но для работы при температуре от минус 30 до плюс 50⁰С (основной вариант исполнения) или, по обоснованному требованию потребителя, от минус 50 до плюс 80⁰С;

исполнению Т категории размещения 3 по ГОСТ 15150-69, но для работы при температуре от минус 10 до плюс 55⁰С или минус 20 до плюс 80⁰С в соответствии с заказом-нарядом внешнеторговой организации.

По устойчивости и прочности к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха преобразователи имеют группы исполнений, соответственно В4; С4; С3 по ГОСТ 12997-84.

3. Технические данные.

Наименование преобразователя, модель, верхние пределы измерений, предельно допускаемое рабочее избыточное давление указаны в таблице.

Каждый преобразователь имеет регулировку диапазона измерений и может быть настроена на любой верхний предел измерения, указанный для данной модели.

При выпуске предприятия-изготовителя преобразователь настраивается на верхний предел измерений, выбираемый в соответствии с заказом их значений, указанных в таблице, при этом нижний предел измерений равен нулю.

При выпуске преобразователя, предназначенного для измерения уровня жидкости, преобразователь может быть настроен в соответствии с заказом на любой верхний предел измерений, не выходящий за крайние значения, предусмотренные для данной модели.

По требованию потребителя, согласованному с предприятием-изготовителем, допускается сдвиг верхних пределов измерений, охватываемых данной моделью, в меньшую или большую сторону на один предел измерения.

Верхний предел измерений 2,5 кгс/см² обеспечивается только в случае, если этот предел измерений указан в заказе.

После перенастройки преобразователя на любой верхний предел измерений, предусмотренный для данной модели, основная погрешность не превышает 5% от соответствующего верхнего предела измерений.

Зона нечувствительности преобразователей не превышает 0,05% от верхнего предела измерений.

Предельные значения выходных сигналов: 0 и 5 или 0 и 20 или 4 и 20 mA постоянного тока.

Электрическое питание преобразователей осуществляется от источника питания постоянного тока напряжением 36 V.

Допускается питание преобразователей с предельными значениями выходного сигнала 4 и 20 mA осуществлять от источника постоянного тока напряжением от 15 до 42 V. При этом пределы допускаемого напряжения питания зависят от нагрузочного сопротивления и должны соответствовать границам рабочей зоны. Источник питания должен удовлетворять следующим требованиям: сопротивление изоляции не менее 40 Ом выдерживать испытательное напряжение при проверке электрической прочности изоляции 1,5 kV, пульсация выходного напряжения не должна превышать 0,5% от номинального значения выходного напряжения, при частоте гармонических составляющих, не превышающей 500 Hz.

Для преобразования напряжения переменного тока 220 V с частотой 50 Hz в напряжение постоянного тока 36 V рекомендуется использовать блок питания 22БП-36.

При использовании преобразователя с выходным сигналом 4 и 20 mA совместно с блоком извлечения корня БИК-1 питание преобразователя осуществляется от БИК-1. Питание БИК-1осуществляется переменным током напряжением 220 V частотой 50 Hz.

Нагрузочное сопротивление, кОм:

от 0,2 до 2,5- для преобразователей с предельными значениями выходного сигнала 0 и 5 mA при напряжении питания 36 V;

от 0,1 до 1,0- для преобразователей с предельными значениями выходного сигнала 0 и 20 или 4 и 20 mA при напряжении питания 36 V;

R_H- для преобразователей с предельными значениями выходного сигнала 4 и 20 mA при напряжении питания в диапазоне от 15 до 42 V.

Преобразователи предназначены для работы при барометрическом давлении от 84,0 до 106,7 kPa.

Преобразователи исполнений УХЛ и У устойчивы к воздействию относительной влажности окружающего воздуха 95% при температуре 35⁰С и более низких температурах, без конденсации влаги. Преобразователи исполнения Т устойчивы к воздействию относительной влажности окружающего воздуха 100% при температуре 35⁰С с конденсацией влаги.

Степень защиты преобразователей от воздействия пыли и воды – 1З54 по ГОСТ 14254-80.

По устойчивости к воздействию вибрации преобразователи относятся к группе исполнения N3 по ГОСТ 12997-84.

Дополнительная погрешность, вызванная воздействием вибрации во всем диапазоне частот, выраженная в процентах от диапазона изменения выходного сигнала, не должна превышать:

1,5 – для диапазона измерений менее 2,5 kPa;

0,6 – для диапазонов измерений от 2,5 kPa;

0,4 – для диапазонов измерений 10 kPa и более.

Амплитуда пульсации выходного сигнала, имеющей частоту в пределах полосы пропускания преобразователя не превышает 0,6% диапазона изменения выходного сигнала.

Изменение значения выходного сигнала преобразователей, вызванное изменением нагрузочного сопротивления от 100 Ом до 1000 Ом или от 200 Ом до 2500 Ом, соответственно у преобразователей с верхним предельным значением выходного сигнала 20 mA или 5 mA не превышает 0,25% диапазона изменения выходного сигнала.

Преобразователи имеют устройство, позволяющее перенастраивать их на любой из пределов измерений, предусмотренных для данной модели, а также перенастраивать их на смещенный диапазон измерений с установкой начального предельного значения выходного сигнала при значении измеряемого параметра в пределях:

от разрежения Pmax до избыточного давления 0,84 Pmax – для преобразователей моделей 2410, 2420, 2430, 2434;

от разрежения 0,1 Mpa до избыточного давления 0,84 Pmax – для остальных моделей;

где Pmax – максимальное значение верхнего предела измерений модели.

Пульсация выходного сигнала нормируется при нагрузочных сопротивлениях:

1 кОм – для выходного сигнала с предельными значениями 0 и 5 mA;

250 Ом – для выходного сигнала с предельными значениями 0 и 20 mA или 4 и 20 mA.

Средняя наработка на отказ преобразователей не менее 100000 часов.

Полный средний срок службы не менее 12 лет; при воздействии сред, содержащих сероводород до 6% - не менее 8 лет; до 25% - не менее 3 лет.

4 .Устройство и работа прибора.

Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного устройства.

Измеряемый параметр подается в камеру измерительного блока и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке.

Электронное устройство преобразователя преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), прочно соединяется с металлической мембраной тензопреобразователя. Тензопреобразователь мембранно-рычажного типа размещен внутри основания в замкнутой полости, заполненной кремний-органической (у преобразователя Сапфир-22ДД-Вн-К полиэфирфторированной)  жидкостью, и отделен от измеряемой среды металлическими гофрировнными мембранами. Мембраны приварены по наружному контуру к основанию и соединены между собой центральным штоком, который связан с концом рычага тензопреобразователя с помощью тяги. Фланцы уплотнены прокладками. Воздействие измеряемой разности давлений вызывает прогиб мембран, изгиб мембраны тензопреобразователя и изменение сопротивления тензорезисторов.

Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство. По проводам через гермоввод.

Измерительный блок выдерживает воздействие односторонней перегрузки рабочим избыточным давлением. Это обеспечивается тем, что при перегрузке одна из мембран ложится на профилированную поверхность основания.

Электронный преобразователь (ПЭС) включает в себя:

преобразователь изменения сопротивления тензомоста в выходной сигнал, выполненный в виде отдельной микросборки ПСТ-М;

элементы, обеспечивающие работу ПСТ-М в заданных режимах;

элементы, входящие в схему температурной компенсации и линеаризации выходной характеристики измерительного блока;

элементы для настройки начального значения выходного токового сигнала и диапазона измерения.

Транзисторы VT1 и VT2, функционально связанные со схемой ПСТ-М и имеющие повышенную мощность рассеяния, размещены непосредственно на центральной печатной плате. На этой же печатной плате  вместе с микросборкой ПСТ-М размещены также резисторы R5… R15, R17, R20 цепи термокомпенсации и резисторы R1… R4, определяющие работу ПСТ-М с заданными характеристиками.

Основное функциональное назначение элементов ПСТ-М следующее.

Транзисторы VT1-1, D1 и D2 входят в схему стабилизатора напряжения, в котором опорный сигнал формируется на параметрическом стабилитроне VD1 . необходимый ток стабилизации VD1 задается регулировкой сопротивления резистора R2, расположенного на плате А1. в выходной цепи СН установлен усилитель мощности, выполненный на транзисторе VT1, который снабжен радиатором и расположен на плате А1. выходное напряжение СН снимается с эмиттера этого транзистора. Величина стабилизированного напряжения определяется глубиной отрицательной обратной связи указанного усилителя мощности, который регулируется изменением сопротивления R1 платы A1.

Ток питания тензочувствительной схемы задается от стабилизатора тока, собранного по схеме балансного усилителя на транзисторах D4, D5, VT2, D6, D7. величина этого тока регулируется изменением сопротивления R4 платы А1.

Преобразователь напряжения в ток обеспечивает усиление напряжения, снимаемого с измерительной диагонали тензочувствительного моста и формирование унифицированного выходного токового сигнала.

В схему ПНТ входят сумматор, собранный на транзисторах Д8, Д9 и VT3, предварительный усилитель, выполненный на транзисторах Д10, Д11, VT4, VT5, D12 и VT1-2, а также регулятор выходного тока, собранный на транзисторе VT2, размещенным на плате А1.

В коллекторной цепи транзистора VT2 включен узел перенастройки диапазона, содержащий сборку из резисторов R32, R33, R34, R36, R37 и потенциометр R30. С помощью этого узла устанавливается заданное соответствие между диапазоном изменения сигнала тензопреобразователя и диапазоном изменения выходного токового сигнала.

К регулировочным элементам R3, R5, R6, R14 и R15, предназначенным для компенсации погрешностей измерительных преобразователей, имеется доступ со стороны верхней платы, что обеспечивает настройку ПЭС после сборки всего измерительного преобразователя. При этом с помощью резистора R3 осуществляется компенсация нелинейности измерительного преобразователя. Резистором R14- компенсация температурной погрешности нуля, резистором R15- компенсация температурной погрешности диапазона.

Элементы схемы настройки «нуля»- RR38… R46  и «диапазона» R28, R30… R37 смонтированы на верхней плате вместе с узлами перемычек ХВ3, ХВ4 и ХВ5.

Ступенчатое изменение величины и направления смещения начального значения выходного сигнала осуществляется соответственно с помощью узлов перемычек ХВ5 и ХВ4. Изменение диапазона производится при помощи переключателя узла перемычек ХВ3.

Измерительные преобразователи имеют корректоры для плавной настройки выходного сигнала. Резистором R45 осуществляют настройку «нуля», а резистором R30- настройку «диапазона».

Конденсаторы С1… С5 ПСТ-М служат для обеспечения устойчивости усилительных устройств схемы.

Эля этой же цели служат конденсаторы С1 и С4, расположенные на плате А1.

Конденсатор С2, размещенный на контактах клеммной колодки, обеспечивает низкий уровень пульсации выходного сигнала.

Электронный блок унифицирован для всех моделей измерительных блоков комплекса, выполнен на одной плате с двусторонним расположением DIP-элементов и элементов поверхностного монтажа. Сборка электронного блока осуществляется на самом современном технологическом оборудовании со 100 % контролем как собственно сборки, так и электрических характеристик, что значительно повышает как качество, так и надежность преобразователя в целом. Электронный блок полностью выполнен на радиоэлементах западноевропейского производства и производства США. Элементы коммутации и потенциометры оперативной регулировки удобно и доступно расположены на плате электронного блока.

Унификация электронного блока позволила во всех моделях без исключения получить:

1) переключаемые растущие и падающие характеристики выходного сигнала;

2) переключаемые различные токовые выходные сигналы;

3) сдвиг начального значения выходного сигнала - ±100%, что позволяет осуществить эффект "электронной лупы";

4) полноценный контрольный сигнал - "ТЕСТ", как токовый, так и по напряжению на одних и тех же специальных контактах.

В новом электронном блоке присутствуют традиционные для эксплуатации элементы регулировки. При разработке электронного блока в первую очередь были максимально учтены предложения и пожелания эксплуатирующих организаций различных отраслей промышленности.

Элементы коммутации и потенциометры оперативной регулировки удобно и доступно расположены на платах 4 и 7 электронного блока (см. рис.), размещенных внутри специального корпуса 5. Корпус 5 закрыт крышками 3 и 8, уплотненными резиновыми кольцами, плата 7 с органами регулирования - дополнительной крышкой 6, которая крепится к плате винтами 14. Канал 10 служит для доступа к корректору "ноль тонко". В зависимости от назначения преобразователя блок имеет сальниковый кабельный вывод 11 (рисунок - основное исполнение), электрический разъем (для ОАЭ - спец. разъем) или специальный кабельный вывод 11 для вида взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка".

 Клеммная колодка 1 предназначена для присоединения жил кабеля, винт 2 для присоединения экрана (в случае использования экранированного кабеля), болт 12 для заземления корпуса.

 Для предотвращения несанкционированного доступа к токонесущим элементам взрывозащищенных преобразователей служит пломбируемый винт. 9.

 На поверхности корпуса ЭБ преобразователей с видом взрывозащиты "искробезопасная цепь" закреплена не снимаемая табличка (вид В на рисунке).

Обозначение исполнения преобразователя по материалам, контактирующим с измеряемой средой