Автоматическое регулирование турбин - Измерительная аппаратура, методика и погрешности измерений

Глава 2. Измерительная аппаратура, методика измерений и обработки опытов
2.1. Измерительная аппаратура, методика и погрешности измерений
Пульсации давления, золотников и сервомоторов содержат широкий спектр частот (11,29,41,44), поэтому для их изучения требуются специальные малоинерционные датчики, усилительная и регистрирующая аппаратура, обеспечивающие запись этих процессов во всём диапазоне частот и амплитуд, характерном для АСР паровых и газовых турбин.
В дополнение к существующей усилительной и регистрирующей аппаратуре, отвечающей предъявляемым требованиям, автором были разработаны датчики перемещений и давлений для регистрации пульсаций в АСР турбоагрегатов как на электростанциях, так и на заводских стендах. Для регистрации пульсаций золотников и поршней сервомоторов на электростанциях применялись датчики малых перемещений, выполненные на базе реостатных преобразователей датчиков давления типа ЭДД с использованием (в зависимости от диапазона измерения) сменных рычажных приставок и индикаторных головок (рис. 2.1). Эти датчики позволили записать процесс пульсации золотников промежуточных гидроусилителей, отсечных золотников сервомоторов (0,1...0,5 мм) и поршней сервомоторов (0,5...7 мм) непосредственно (без применения усилительной аппаратуры) шлейфным светолучевым осциллографом. Исключение усилительной аппаратуры существенно облегчает испытания АСР многих турбин в условиях эксплуатации.

Рис. 2.1. Реостатный датчик малых перемещений:
I - реостатный преобразователь датчика давления типа ЭДД, 2 — рычажная приставка, 3 - индикатор

Схема подключения датчика к осциллографу и его тарировочная характеристика представлены на рис. 2.2. Погрешность датчика не превышает ±1,5% от предела измерения.
При исследованиях на стендах завода использовались малогабаритные датчики перемещений и давления, выполненные па базе тензорезисторов. Сигналы датчиков подавались на шлейфный светолучевой осциллограф после их усиления четырех канальными статодинамическими усилителями типа ТА-5. Полоса частот, пропускаемая усилителем - от 0 до 1000 Гц, нелинейность амплитудной характеристики - не более 2%.
Датчик малых перемещений включает в себя упругую Салочку с наклеенными на неё с разных сторон двумя проволочными тензорезисторами. Она закреплена на кронштейне, установленном на индикаторной головке с ценой деления 0,01 мм (рис. 2.3,а). Собственная частота колебаний тензобалочки - 280 Гц.
Тензодатчики собраны по схеме полумоста и подключены к входу тензоусилителя типа ТА-5, выходной сигнал которого подаётся на шлейфный осциллограф (рис. 2.3,6). На рис. 2.3,в представлена тарировочная характеристика этого датчика перемещений совместно с тензоусилителем.
Для регистрации пульсаций давления применялись малогабаритные датчики давления. Чувствительным элементом датчика служит стальная точёная мембрана диаметром 22 мм с наклеенным на неё блоком тензорезисторов (рис. 2.4, а). 

Рис. 2.2. Реостатный датчик малых перемещений: а) - схема измерений, б) - тарировочная характеристика, 1 - индикатор, 2 - датчик перемещений, 3 - шлейфный осциллограф
Частота собственных колебаний мембраны (в воздухе) около 10000 Гц. Амплитуды измеряемых пульсаций лежат в пределах от 3 до 50 кПа при абсолютном уровне давления 0,4...2,5 МПа.
Полумост датчика давления, включающий два рабочих плеча, подсоединялся к одному из каналов статодинамического усилителя ТА-5 (рис. 2.3,б), который обеспечивал требуемое усиление сигнала при регистрации пульсаций давления на шлейфном осциллографе и наблюдении за процессом с замером амплитуды при помощи катодного осциллографа. Тарировочная характеристика датчика давления совместно с тензоусилителем типа ТА-5 представлена на рис. 2.4,б.

Рис. 2.3. Тензометрический датчик малых перемещений (а), схема измерений (б) и тарировочная характеристика (в):
1 - тензобалочка, 2 - индикатор, 3 - тензоусилитель, 4 - шлейфный осциллограф

Рис. 2.4. Датчик давления:
а) конструктивная схема, б) тарировочная характеристика
Статистические характеристики процесса пульсации (давления, золотника и сервомотора), который после ряда пробных опытов и предварительных расчётов рассматривался как случайный стационарный эргодический [54, 55], вычислялись по реализациям процессов (осциллограммам), полученным путём одновременной записи на фотобумаге сигналов всех датчиков, установленных на испытуемом устройстве.
Для осциллографирования использовался шлейфный осциллограф типа Н-004 с шириной светочувствительной бумаги 200 мм. В табл. 2.1 приведены технические характеристики гальванометров, примененных при испытаниях.
Таблица 2.1

Для выбора типа гальванометра, масштабов записи и скорости протяжки фотобумаги проводилось пробное осциллографирование, в процессе которого было выявлено, что при использовании для регистрации давления гальванометра типа М.001.2 на случайный процесс пульсации накладывается высокочастотная периодическая составляющая.
Вместе с тем известно, что рабочий диапазон частот промежуточных гидроусилителей (Т ~ 0,02...0,04 с ) ограничен значениями 0.. .30 Гц, а сервомоторов регулирующих органов (Т = 0,1...0,2 с )-величинами 0... 6 Гц. Поэтому для регистрации процесса пульсации давления применялись гальванометры типа М.001.1 А, являющиеся одновременно фильтром высокочастотной составляющей. Для регистрации пульсаций золотников и поршней использовались гальванометры типа М.001.1А и М.001.2.
Осциллограммы, по которым определялись вероятностные характеристики, позволили также определить максимальный размер пульсаций. Однако из-за ограниченных длин реализаций на этих осциллограммах (до 5 с) из рассмотрения могли выпасть пульсации значительной амплитуды, вероятность которых хоть и мала, но не равна нулю.
Поэтому определение величины максимального размаха пульсации производилось также посредством длительного (до 4-х минут) визуального наблюдения за лучом на экране катодного осциллографа с послесвечением. Для этой цели использовался катодный осциллограф типа CI-19Б, имеющий экран с длительным послесвечением и маску с сеткой 20x20 делений (каждое деление 5x5 мм²). Выходные сигналы каналов тензоусилителей последовательно подавались на катодный осциллограф через переключатель. Выбор значений масштабов диктовался необходимостью так разместить на фотобумаге реализации всех одновременно замеряемых параметров, чтобы обеспечить в дальнейшем возможность удобной расшифровки осциллограммы.
Относительные погрешности находились из следующих выражений:
-         при определении масштаба записи, где Si и δ5 - соответственно относительные погрешности в определении при тарировке по прибору (манометру, индикатору) величины изменения регистрируемого параметра и соответствующего перемещения луча на фотобумаге;
-            при определении значения регистрируемого параметра при расшифровке осциллограммы, где дсч -  относительная погрешность считывания с осциллограммы.