4.3 Мерен претворувач и мерен сигнал.

Transcript

1 4.3 Мерен претворувач и мерен сигнал. 1 2 Претворањето на процесната величина во мерен сигнал се изведува со помош на мерен претворувач. Може да се каже дека улогата на претворувачот е претворање на енергијата од еден облик во друг, бидејќи се работи за претворање на процесна величина создадена при делување на еден облик на енергија: механичка, топлинска, светлосна, електрична, магнетна, нуклеарна... во сигнал кој е поврзан со делувањето на друг облик на енергија. Претворувачот се нарекува мерен претворувач, бидејќи претворањата се користат за некоја мерна цел. Енергијата што ја дава мерниот претворувач обично е механичка или електрична, затоа што механичките и електричните величини се најсоодветни сигнали за мерење. Делот од мерниот претворувач кој непосредно чувствува некои промени во процесот се нарекува мерно сетило. Имено, мерното сетило само по себе е претворувач, но бидејќи во принцип дејствува како составен дел на некоја мерна каскада, таа мерна каскада во целина се нарекува мерен претворувач. Со неколку примери ќе го илустрираме претворањето на процесна величина во мерен сигнал и ќе го објасниме дејствувањето на мерното сетило. 1

2 3 I пример: Во првиот пример ќе покажеме набљудување на температура на течност која протекува низ затворен резервоар ( котел ) со посебна обвивка за пареа. Во обвивката на котелот се наоѓа прегреана водена пареа која својата топлина ја предава на течноста во котелот. Веќе се воочува оваа размена на топлината. Сл. 4.1 Процесната величина важна за набљудување е температурата на течноста која треба да се претвори во соодветен мерен сигнал. На сл.4.1 претставен е котелот и местото на вградување на мерното сетило за температура. 4 Мерното сетило за температура претставено е на сл.4.2. Како принцип на претворање искористена е појавата на топлинско издолжување на телата ( топлинска дилатација ), па и претставеното сетило се нарекува дилатационо сетило. Сл.4.2 Мерен претворувач на температура. При пораст на температурата на водата ќе расте и температурата на сетилото кое ќе се издолжува. Ако опаѓа температурата на водата ќе опаѓа и температурата на сетилото и тоа ќе се собира. Стапчестиот елемент што се наоѓа во сондата, со едниот крај допира на нејзиното дно и топлински многу малку се издолжува и собира, па речиси пропорционално ги следи поместувањата на сондата. 2

3 Така поместувањато на другиот крај на стапчестиот елемент ( крај што е поврзан со стрелка ), претставува мерен сигнал пропорционален на мерниот процесен сигнал - температурата. Тука постои и мерна скала, па поместувањата можат и бројчано да се одредат. Сондата директно ги чувствува промените на температурата на водата во процесот и ги претвора во поместување, значи сондата е сетило. Поместувањата се пренесуваат со соодветно прицврстен стапчест елемент кој на крајот каде што се наоѓа скалата е прицврстен со спирална пружина. Сондата, стапчестиот елемент и пружината градат мерен слог ( мерна каскада ), која во целина ќе ја наречеме мерен претворувач. 5 Значи точно би можеле да кажеме дека тоа е дилатационен мерен претворувач на температура во поместување. 6 Заклучок: Сетилото во дадениот процес е надворешно тело кое троши енергија од процесот, па дури може и да ја наруши состојбата во процесот. Затоа секогаш мерното сетило треба да се прилагоди на условите на примена, при што треба да се земат во предвид нивното дејствување, конструкција и нивната големина. Сетилото мора веродостојно да ги пренесува сите информации, па затоа при неговиот избор треба да се внимава на опсегот на мерената величина и брзината на нејзина промена. Не е можно во потполност да се исклучи влијанието на мерното сетило врз состојбата на процесот, меѓутоа тоа влијание со правилен избор и правилно вградување на мерното сетило може да биде занемарливо. Опишаниот дилатационен претворувач дејствуваше трошејќи енергија од процесот со претпоставка: масата на водата во котелот е многу поголема од масата на сетилото. Меѓутоа тоа сетило не би можело да се користи за набљудување на топлински промени на вода во мал сад или за набљудување на температура на гас во цевковод. За такви цели треба да се употреби мерно сетило со помала конструкција и со некој друг начин на дејствување. 3

4 7 II пример: Во вториот пример ќе покажеме набљудување на сила која се создава како последица на промена на густината на некоја течност која тече низ цевковод ( сл.4.3 ). Сл.4.3 Мерен претворувач на густина во поместување. Процесниот сигнал ја носи информацијата за густината на течноста ( нејзините промени не можат директно да се мерат ), па мерниот претворувач е конструиран на принципот на кои работат вагите. Дејствувањето е следно: при некоја основна густина на течноста, на пр. ρ 0, спиралната пружина го држи мерното сетило ( мерниот дел од цевката ) во хоризонтална положба. Тогаш во рамнотежа се тежината на течноста во мерното сетило и силата на пружината. 8 Ако порасне густината на течноста ( ρ > ρ 0 ), тогаш масата на течноста во сетилото е поголема па спиралната пружина ќе носи поголема тежина и ќе се издолжи. Во обратен случај спиралната пружина ќе се собере кога густината на течноста во сетилото ќе биде помала ( ρ < ρ 0 ). Мерниот дел од цевката и спиралната пружина го сочинуваат мерниот слог ( мерната каскада ) која во целина го нарекуваме мерен претворувач на густина. Тоа е претворувач на густина во поместување, а овој мерен принцип е искористен и во друг случај на претворање во електричен мерен сигнал. Во тој случај спиралната пружина е заменета со еластична жица која воедно претставува и електричен отпорник ( сл.4.4 ). Претпоставено е дека промените на густината ќе бидат мали и нема да предизвикаат трајна деформација на жицата. Сл.4.4 Мерен претворувач на густина во електричен сигнал. 4

5 Електричниот отпор на жицата ќе се менува пропорционално на нејзината еластична деформација. Еластичната деформација е предизвикана од тежината на мерното сетило и се менува со менување на густината на течноста. Така промените на електричниот отпор на жицата ќе бидат пропорционални на густината на течноста. Жицата е поврзана во електрично коло па со промена на отпорот може да се набљудуваат промените на струјата со помош на ma - метар. Во првата конструкција на претворувачот на густина, претворањето на сигналот изгледаше вака: а во втората: ГУСТИНА СИЛА ПОМЕСТУВАЊЕ ГУСТИНА СИЛА ПОМЕСТУВАЊЕ ЕЛЕКТРИЧЕН ОТПОР СТРУЈА ПОМЕСТУВАЊЕ ( на стрелката ) 9 Вториот пример на претворање е можен само со помош на извор на електрична енергија ( на пр. батерија ). Затоа треба да се истакнат два вида на мерни претворувачи: 1. активни и 2.пасивни. Активниот мерен претворувач дејствува на принцип кој овозможува претворање на сигналот со помош на енергија која ја зема од процесот. Пасивниот мерен претворувач за претворање мора да користи помошна енергија. Општа претстава за мерен претворувач може да се даде како на сл.4.5 на која е претставен и симболот за мерен претворувач според ISA стандардот ( Instrument Society of America - американско здружение за инструментација ). 10 Сл.4.5 5

6 Ваши прашања? Задача: Секој ученик да изврши анализа на еден мерен претворувач! Посетете ги следните сајтови: Благодарам на вниманието! 6