Контрольно измерительные приборы судовых систем

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Блог судового электромеханика. Электроника, электромеханика и автоматика на судне. Обучение и практика. В помощь студентам и специалистам

30.10.2011

Классификация контрольно-измерительных приборов. Основные понятия техники измерений

Судовые контрольно-измерительные приборы (КИП) служат для контроля за параметрами судовых энергетических установок (СЭУ), источников электрического тока и общесудовых систем.

На судах используются следующие КИП: электрические и электронные приборы постоянного и переменного тока, механические приборы, рабочей средой которых является жидкость или газ, приборы преобразующие неэлектрический параметр (давление, температуру, уровень жидкости, линейное перемещение, частоту вращения, и др.) в электрический (э. д. с., напряжение, ток, сопротивление), тепловые, электронные с электронно-лучевой трубкой, акустические и т. д.

По назначению, КИП подразделяются на приборы для измерения следующих параметров: давления и разрежения, температуры, частоты вращения, крутящего момента и мощности, уровня жидкости, расхода (пара, газа, жидкости, электроэнергии), а также для анализа газа, воды, топлива, масла.

По способу отсчета, KИП разделяются на приборы:

• показывающие: цифровые и аналоговые;
• регистрирующие, автоматически записывающие на движущейся бумажной ленте или вращающемся бумажном диске в реальном времени значение контролируемого параметра (в соответствующем масштабе);
• суммирующие (счетчики или интеграторы), служащие для определения суммарного количества проходящего через них вещества (водомер, газовый счетчик, счетчик электрической энергии, оборотов и т. п.);
• комбинированные, в которых имеется шкала и стрелка, указывающая в каждый момент времени значение контролируемого параметра и соединенная с записывающим пером регистрирующей части прибора;
• сигнализирующие, имеющие подвижный контакт на стрелке прибора и контактный ключ на шкале и служащие для включения световой или звуковой сигнализации при отклонении контрольного параметра за пределы уставки.

Измерение — это процесс сравнения измеряемой величины с величиной той же природы, принятой за единицу измерения. Измерения подразделяются на прямые, косвенные и совокупные. Основной характеристикой КИП является точность их показаний, т. е. степень, соответствия измеренной величины действительному значению.

При любых измерениях неизбежно некоторое расхождение между измеренным и действительным значениями величины, которое называется погрешностью прибора.
Погрешности показаний прибора подразделяются на инструментальную, абсолютную, относительную, приведенную и основную.

Инструментальная погрешность — погрешность измерения, зависящая от качества изготовления прибора. Вследствие износа, остаточных деформаций, загрязнений прибора она увеличивается с течением времени.

Абсолютной погрешностью показаний прибора ΔАабс называется разность между показанием прибора Апр и действительным значением измеряемой величины Ад (определяется образцовым прибором), выраженная в единицах измерения:
ΔАабс = ±(Апр – Ад).

Абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком, называется поправкой. Ее определяют по графику поправок для данного прибора и алгебраически прибавляют к показаниям прибора для получения действительного значения измеряемой величины: Апр ± ΔАабс = Ад.

Относительной погрешностью показаний прибора ?Аотн называют выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины: ΔАотн = ΔАабс/Ад * 100%.

Приведенной погрешностью показаний прибора Априв называется выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к наибольшему значению, которое может быть измерено по шкале прибора: Априв = ΔАабс/Аш * 100%.

Установленный стандартами и нормами наибольший размер приведенной погрешности при определенных условиях работы прибора называется допустимой погрешностью.

Основной погрешностью прибора называется погрешность, определяемая при нормальных, неизменных условиях, точно соответствующих условиям градуировки прибора: температуре окружающей среды 20±5°С, давлению 1013 гПа (760 мм рт. ст.), нормальному положению прибора и т. д.

Величина основной погрешности определяет класс точности прибора. Например, приборы, приведенная погрешность измерения которых при нормальных условиях работы составляет ±0,2 %, ±0,5 %, ±2,5 %, ±4,0 %, имеют класс точности соответственно 0,2; 0,5; 2,5 и 4,0.

Обозначение класса точности ставится на шкале прибора в кружке.

С течением времени из-за износа подвижных частей, остаточных деформаций, загрязнений и механических повреждений погрешность приборов увеличивается. Поэтому периодически все КИП подлежат обязательной проверке.

По точности измерений КИП подразделяются на:

• технические (стационарные и переносные);
• контрольно-эталонные;
• образцовые.

Технические КИП предназначенные для постоянного или периодического эксплуатационного контроля, соответствуют классу точности 1,5 и 2,5.

Стационарные КИП могут быть местного отсчета (устанавливают в том месте системы, где контролируется параметр) и дистанционного. В местных приборах визуального отсчета чувствительный элемент (ЧЭ), передаточный механизм, стрелка со шкалой либо просто шкала находятся в общем корпусе, укрепленном с помощью штуцера на трубопроводе или в резервуаре в месте измерения. В приборах дистанционного измерения ЧЭ находится в датчике, установленном непосредственно в месте измерения, а показывающий прибор — в некотором отдалении на пульте или приборном щите. Датчик и показывающий (вторичный) прибор дистанционного измерения соединены линией связи (в электрических — проводами, в механических — трубками). Связи могут быть сложными с включением в них преобразователей, усилителей или счетных устройств.

Переносные приборы подключают на промежуток времени необходимый для снятия показаний, например индикаторы, пиметры, максиметры, газоанализаторы и т. д.
Контрольно-эталонные приборы применяются для периодического контроля работы технических приборов (в соответствии с графиком проверок), имеют класс точности — 0,5 и 1,0.

Образцовые приборы высокого класса точности используются при проведении испытаний и наладок энергетических установок и систем, имеют класс точности — 0,35 и выше.

Источник

Контрольно-измерительные приборы для судового оборудования

Устройство контрольно измерительных приборов

Судовые контрольно-измерительные приборы или КИП предназначены для энергетических установок, общесудовых систем и источников тока. На судах используются самые разные контрольно-измерительные приборы. Это электронные и электрические устройства постоянного тока и переменного.

Нередко применяются механические приспособления, в которых используется определенная рабочая среда, например, такая как жидкости, газ. Широкое использование находят и устройства, преобразующие неэлектрический параметр (например, давление и температуру, уровень жидкости, а также частоту вращения) в электрический.

Надо сказать, что подобное судовое оборудование выполняет важнейшие функции. Оно позволяет контролировать оборудование в двигателях, скорректировать работу узлов.

Назначение контрольно-измерительных приборов

Нельзя не подчеркнуть, что каждый КИП играет важную роль. Рассмотрим предназначение и устройство контрольно-измерительных приборов:

Тахогенератор. Представляет собой агрегат, у которого внушительная мощность. Устройство преобразует частоту вращения самого вала в ток. Для него применяют генераторы, как переменного, так и постоянного токов;

Тахометр важен для вычисления скорости. Его называют вторичным приспособлением, к нему подключается непременно и тахогенератор. Они работают в симбиозе и не требуют наличия источника питания. Приборы просто устроены, но являются весьма надежными;

Капиллярный термометр позволяет определять температуру двигателя. Он используется в диапазоне от -25 до +300°С;

Манометры дают возможность контролировать работу дизельного двигателя, они предотвращают возникновение аварийных ситуаций. Наиболее часто устанавливаются пружинные или жидкостные манометры;

Дифманометр служит для определения возникающих перепадов давления. Также он позволяет измерить уровень жидкости в резервуарах под давлением, а также расход таких сред, как пар, газ, жидкая среда. Дифманометр может быть механическим или жидкостным.

Амперметры, а также вольтметры требуются для установления значений тока, либо напряжения в определенных энергетических агрегатах.

Это лишь малая часть приспособлений, используемых на судне. Стоит подчеркнуть, что качественные КИП являются залогом длительной и стабильной работы самого разного оборудования. При необходимости получить подробную информацию, вы всегда можете обратиться к нашим специалистам.

Источник

Контрольно-измерительные приборы

Приборы для измерения давления и разрежения.

Жидкостные манометры используются для измерения небольших давлений и разрежений. Простейший жидкостный манометр (рис. 157) состоит из U-образной стеклянной трубки 1, закрепленной на корпусе 2 со шкалой 3. Трубка залита ртутью или подкрашенной водой. Один конец трубки сообщается с измеряемой средой, другой — с атмосферой. Разность уровней h показывает давление в миллиметрах ртутного или водяного столба.

Напоромеры и тягонапоромеры применяются для измерения давлений и разрежений до 100—1200 мм вод. ст. На рис. 158, а показан мембранный тягонапоромер и схема его измерительного механизма. Давление измеряемой среды подводится внутрь мембранной коробки 2, размещенной вместе с передаточным механизмом 1 в корпусе 3. Движение мембраны передается сектору 6, сцепленному с зубчаткой 7, которая находится на оси стрелки 5. Отсчет производится по шкале 4.

Пружинный манометр (рис. 158, б) состоит из трубки Бурдона 5, которая через штуцер 1 сообщается с измеряемой средой. Под давлением внутри трубки ее свободный конец разгибается и через сектор 2 и зубчатку 4 поворачивает стрелку 6. Пружина 3 служит для устранения влияния на стрелку зазора в зубчатом сцеплении. Трубка Бурдона для давлений до 150 бар изготовляется из латуни, выше 150 бар — из стали. Манометры показывают избыточное давление. Нулевая отметка соответствует атмосферному давлению.

При эксплуатационном контроле работы установки применяют технические манометры с классом точности 1,5 и 2,5. Класс точности показывает допустимую погрешность в процентах от предельного значения шкалы прибора. Контрольные манометры имеют класс точности 0,5 и 1,0 и применяются для периодического контроля работы штатных технических Манометров.

Дифференциальные манометры (рис. 159, а) используются для измерения разности или перепада давлений. В корпусе расположены две трубки Бурдона с отдельным подводом давления к каждой. Трубки имеют независимые передаточные механизмы секторного типа. Механизм меньшего давления (—) имеет трубчатую ось и указатель в виде диска 1, а большего давления (+) — внутреннюю ось и стрелочный указатель 2. Отсчет давления ведется по общей шкале 3, а разности давлений — по шкале на диске 1.

Вакуумметры применяются для измерения глубокого разрежения и градуируются в мм рт. ст. Устройство вакуумметра аналогично устройству манометра. Прибор показывает разность давлений между измеряемой средой и атмосферой. Для получения абсолютного давления необходимо знать барометрическое (атмосферное) давление, из которого вычитается давление, показываемое мановакуумметром.

Электронно-механические манометры позволяют контролировать давление (разрежение) измеряемой среды на практически любом расстоянии от объекта. Они находят применение в системах дистанционного контроля. Манометр состоит из датчика (рис. 159, б), электронного усилителя и показывающего прибора. Питание осуществляется переменным током напряжением 127 или 220 В.

Во внутреннюю полость трубки Бурдона 2 через штуцер 7 и держатель 1 подается давление, под действием которого свободный конец трубки перемещается. Через присоединенную к нему скобу 4 и регулировочный винт 3 перемещение передается сердечнику 5 дифференциального трансформатора 6.

При изменении давления сердечник изменяет свое положение, что приводит к появлению небаланса напряжений на входе в усилитель. Усиленное напряжение небаланса поступает на показывающий прибор и перемещает указательную стрелку до тех пор, пока электрическая обратная связь не приведет небаланс к нулю.

Приборы для измерения температуры.

Жидкостные термометры, ртутные и спиртовые, получили широкое распространение при измерении температуры. На рис. 160 показан ртутный термометр и схема его установки на трубопроводе. Хвостовая часть термометра должна быть полностью погружена в оправу 1. Для улучшения теплопередачи между измеряемой средой и термометром в оправу заливается масло 2 или, для высоких температур, засыпается мелкая красномедная стружка. Затем накладывается изоляция 3.

В системах сигнализации и защиты применяются контактные термометры, в которых ртутный столбик при достижении заданного значения температуры замыкает электрическую цепь.

С помощью ртутных термометров можно измерять температуру от —30 до +750° С.

Биметаллические термометры работают на принципе деформации биметаллической винтовой пружины пропорционально изменению окружающей температуры. Схема термометра приведена на рис. 161, а. Один конец биметаллической пружины 1 жестко прикреплен к корпусу, а другой — к оси 2, на которой закреплена стрелка 3. При изменении температуры пружина деформируется и поворачивает в соответствующем направлении стрелку. Отсчет показаний производится по шкале 4.

Биметаллическими термометрами обычно измеряют температуру от —30 до +120° С.

Манометрический термометр (рис. 161, б) состоит из термобаллона 1, капилляра 2 и манометра 3 со шкалой, градуированной в единицах температуры. Термобаллон может заполняться жидкостью (ртуть, метиловый спирт и др.) или инертным газом (азот и др.). При увеличении температуры давление жидкости или газа разгибает трубку Бурдона в манометре, которая связана со стрелкой прибора.

Манометрические термометры применяются для измерения температур от —130 до +550° С.

Термоэлектрический термометр (пирометр) состоит (рис. 162, а) из термопары 1, проводников 2, компенсационного сопротивления 3 и милливольтметра 4. В корпусе термопары находятся два стержня из разнородных металлов или сплавов, концы которых спаяны между собой. Работа термометра основана на возникновении термоэлектродвижущей силы (термоэ. д. с.) в термопаре при нагреве ее рабочего конца (горячий спай). Измерение термоэ. д. с. производится милливольтметром 4, шкала которого отградуирована в °С. Сопротивление 3 подбирается при тарировании прибора.

Термоэлектрические термометры обычно объединяют в комплект с общим показывающим прибором, расположенным на щите поста управления дизелем.

Диапазон температур, измеряемых термоэлектрическими термометрами, составляет от —50 до +1300° С и выше.

Электрический термометр сопротивления работает на принципе изменения электрического сопротивления проводника при изменении температуры. На рис. 162, б показана схема такого термометра. Датчик 1 и милливольтметр 3 включены в цепь источника питания 2. Датчик представляет собой катушку, на которую намотана медная или платиновая проволока, или полупроводниковый резистор (термистор). При изменении температуры датчика изменяется его электрическое сопротивление, что приводит к отклонению стрелки показывающего прибора 5, градуированного в °С. Чаще термометр сопротивления включают в уравновешенный электрический мост, одним из плеч которого является термосопротивление.

Электрические термометры сопротивления применяются в системах дистанционного контроля.

Термометрами сопротивления измеряют температуру в диапазоне от —120 до +600° С.

Приборы для измерения частоты вращения.

Тахометр показывает частоту вращения вала. Счетчик оборотов измеряет количество оборотов, совершенное валом с момента установки прибора или его включения.

По конструктивному исполнению тахометры делятся на стационарные и переносные, а по принципу действия — на механические, магнитоиндукционные и вольтметровые.

Механический, тахометр. Принцип его действия (рис. 163, а) основан на явлении центробежных сил. На валике 1 имеется поперечная ось 3, на которой свободно крепится кольцевой груз 4, эластично соединенный при помощи спиральной пружины 2 с поперечной осью. С помощью тяги 5 груз соединен с муфтой 6, свободно сидящей на валике 1. Муфта через зубчатую рейку 7 и шестерню 8 связана со стрелкой 9. При вращении валика 1 кольцевой груз стремится занять положение, перпендикулярное оси вращения, перемещая при этом стрелку по шкале. Положение кольцевого груза относительно оси вращения устанавливается такое, которое отвечает равновесию центробежных сил, действующих на кольцо, и усилию пружины 2.

Переносные тахометры (рис. 163, б) используют во время испытаний и для контроля за работой стационарных тахометров. Прибор снабжен комплектом наконечников и удлинителей, чтобы его можно было соединить с валами разной формы. С помощью переключающего устройства тахометр можно использовать для измерения от 25 до 10 000 об/мин. Следует иметь в виду, что если измеряемая частота вращения превышает установленную переключающим устройством, то тахометр может выйти из строя.

Механические тахометры не показывают направление вращения вала.

Магнитоиндукционный тахометр (рис. 163, в) состоит из постоянного магнита 4, который охватывается медной или алюминиевой чашкой 3. При вращении магнита в чашке возникают вихревые токи (токи Фуко) и образуется собственное магнитное поле . В результате взаимодействия магнитных полей чашка увлекается в направлении вращения магнита. Пружина 2 допускает поворот чашки на угол, соответствующий частоте вращения постоянного магнита. Через передаточный механизм 1 поворот чашки передается стрелке прибора.

Эти тахометры обычно используют в дистанционном исполнении. Тахогенератор, приводимый во вращение от вала, частота которого измеряется, вырабатывает ток соответствующей частоты. Питаемый этим током синхронный двигатель, расположенный в показывающем приборе, вращает постоянный магнит. Таким образом частота вращения магнита всегда соответствует измеряемой частоте вращения.

Магнитоиндукционные тахометры устанавливаются на нереверсивных двигателях.

Вольтметровый тахометр (рис. 164) предназначен как для измерения частоты вращения, так и для указания направления вращения вала. В связи с этим вольтметровые тахометры широко применяются на главных двигателях.

Якорь тахогенератора 4 приводится во вращение от гребного вала 6 с помощью втулочно-роликовой цепи 5. Напряжение вырабатываемого тахогенератором постоянного тока пропорционально частоте вращения вала. Через переходную коробку 3 напряжение поступает на показывающий прибор 1, представляющий собой магнитоэлектрический вольтметр, градуированный в об/мин. По кабелю 2 подается питание на освещение шкалы прибора.

Обычно от одного тахогенератора работают три показывающих прибора, которые устанавливаются в машинном отделении, на мостике и в каюте старшего механика.

Счетчик оборотов служит для подсчета количества оборотов, наработанных со времени постройки, ремонта, моточистки и т. п. Он может иметь качающийся или вращающийся привод. На рис. 165, а показан суммирующий счетчик оборотов с вращающимся приводом. Счетный механизм 3 роликового типа размещен в остове 2, который закрыт никелированным кожухом 4 с боковыми окнами для отсчета оборотов и торцовым окном для ключа возвратного устройства, надеваемого на ось 5. С остовом счетчика соединен корпус приводного узла 1. Роликовый счетный механизм состоит из цифровых барабанчиков. Каждый барабанчик поворачивается на 1/10 оборота после поворота предшествующего барабанчика на один оборот.

Тахоскоп (см. рис. 165, б) состоит из суммирующего счетчика оборотов 1 и секундомера 2, закрепленных в общем корпусе. Приводной валик 3 получает вращение при прижатии насаженного на него наконечника к центровому конусу на торце вала. Секундомер и счетчик включаются одной кнопкой. Другая кнопка возвращает стрелки обоих приборов на нуль. Частное от деления показания счетчика на показания секундомера (в мин) дает среднюю частоту вращения в минуту за период замера.

Специальные теплотехнические приборы. Индикатор служит для снятия индикаторной диаграммы, после обработки которой определяется среднее индикаторное давление p_t и подсчитывается индикаторная мощность цилиндра дизеля. Сумма индикаторных мощностей всех цилиндров дает индикаторную мощность двигателя.

На рис. 166 показана схема индикатора с цилиндрической пружиной, установленного на цилиндре дизеля. Корпус индикатора устанавливают и закрепляют на индикаторном кране. На корпусе расположен барабан с возвратной пружиной внутри и пишущий механизм. Барабан 8 через гибкий шнур 9 присоединяется к индикаторному приводу 10, правое плечо которого с помощью тяги соединено с поршнем двигателя. Барабан воспроизводит движение поршня и, следовательно, в определенном масштабе, величину объема цилиндра при каждом положении поршня двигателя.

При открытии индикаторного крана газы из цилиндра 1 двигателя поступают в цилиндр 2 индикатора и воздействуют на поршень 3. Под действием давления газов поршень перемещается вверх и через шток 5 растягивает цилиндрическую пружину 6 до момента достижения равновесного состояния. Через систему шарнирных рычагов пишущего устройства 4 движение поршенька передается на карандаш 7, который может перемещаться строго по вертикали. На барабан 8 надевается бумажный бланк, где карандашом вычерчивается диаграмма цикла.

Пиметр показывает среднее давление в цилиндре по времени рт. С его помощью осуществляется контроль за равномерностью распределения нагрузки между цилиндрами двигателя. Однако определить мощность с помощью пиметра нельзя, так как он не показывает p_i

На рис. 167, а изображена схема пиметра инерционного типа. Он устанавливается на индикаторном кране и закрепляется гайкой 1. Под давлением газов поршенек 2, находящийся в цилиндре 3, перемещается вверх и через рычажный механизм 4 и сектор 5 поворачивает ось 6. Перемещению поршенька противодействует пружина 5, а повороту оси 6 — закрепленная на ней масса, выполненная в виде диска. Несмотря на колебания давления, стрелка 7, сидящая на общей с массой оси 6, устанавливается в определенном положении, соответствующем упругости пружины 8. Отсчет показаний прибора производится по шкале 9.

Максиметр предназначен для определения максимального давления в цилиндре р_z. При выключении топливного насоса прибор показывает давление конца сжатия рс.

Манометрический максиметр (рис. 167, б) состоит из корпуса 2, соединенного с манометром 7. С помощью гайки 1 прибор закрепляют на индикаторном кране. Газы из цилиндра двигателя проходят через сетчатый фильтр 3, невозвратный клапан 4, дроссельную шайбу 5 и поступают в манометр. После нескольких колебаний стрелка манометра устанавливается в положении, соответствующем давлению в цилиндре. Клапан 6 служит для выпуска газов из максиметра после его отключения от цилиндра.

Торсиометр служит для определения эффективной мощности двигателя и устанавливается на валопроводе. Принцип работы прибора основан на скручивании вала при передаче им мощности.

Индуктивный торсиометр (рис. 167, в) состоит из закрепленных на валу 3 железного якоря 1 и, на некотором расстоянии от него двух катушек 2. Каждая катушка имеет две обмотки. В первичную обмотку катушек подается переменный ток. При скручивании вала изменяются зазоры между якорем и катушками, в результате чего напряжение во вторичных обмотках становится неодинаковым. Изменение напряжения в обмотках пропорционально скручиванию вала и, следовательно, величине крутящего момента, передаваемого валом. После установки торсиометра производится его тарировка и составляются таблицы, по которым определяется эффективная мощность двигателя — в зависимости от напряжения электрического тока вторичных обмоток.

Источник