Инерциальные (кориолисовые) расходомеры

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Основные понятия и определения теории автоматического управления

Понятие управления

· Управление — это процесс планирования, организации,

мотивации и контроля, необходимый для того, чтобы

сформулировать и достичь цель.

· Управление — в теории: наука о принципах и методах

управления различными системами.

· Управление технической системой (объектом) –

создание условий, обеспечивающих требуемое протекание

технологического процесса, то есть поддержание необходимого

технологического режима с точки зрения качества получаемой

продукции.

· Технологический процесс – совокупность технологических операций,

проводимых над исходным сырьем в одном или нескольких аппаратах с целью

получения продукта, обладающего заданными свойствами.

· Технологический объект – совокупность технологического

оборудования и реализованного на нем по соответствующему регламенту

технологического процесса производства.

Технологический объект является составной частью технологического процесса.

· Задача управления технологическим процессом состоит в выработке оптимальных режимных параметров технологических аппаратов и оборудования для обеспечение желаемого протекания процесса, качества и количества продукции.

· Задача управления технологическим объектом – поддержание

заданных режимных технологических параметров (давление, температура, уровень, концентрация и пр.)

Основные понятия и определения ТАУ.

o Объект управления (ОУ) – любой аппарат, машина, агрегат в котором протекает технологический процесс, подвергающийся управлению.

o Регулируемая величина – физический параметр, характеризующий состояние объекта управления (ОУ).

o Задание (задающие воздействие) - желаемое значение регулируемой величины.

o Ошибка регулирования - отклонение регулируемой величины от заданного значения.

e(t)= y( t ) - x t

o Возмущающее воздействие (возмущение) - внешнее воздействие стремящееся вызвать нежелательное отклонение регулируемой величины от заданного значения.

o Управляющее воздействие - воздействие, наносимое системой регулирования на объект с целью выведения регулируемой величины на заданное значение.

o Регулятор – совокупность автоматически действующих устройств, обеспечивающих процесс регулирования без участия человека.

o Автоматическое регулирование – поддержание постоянным значения некоторой физической величины, или изменение ее по некоторому, возможно заранее неизвестному закону, с помощью автоматически действующих устройств.

Принципы регулирования.

В зависимости от характера и полноты доступной информации реализуют

различные принципы регулирования

- принцип регулирования по отклонению;

- принцип регулирования по возмущению;

- комбинированное регулирование.

· Принцип регулирования по отклонению

Достоинства принципа регулирования:

- высокая точность;

- низкие материальные затраты на реализацию.

Недостатки:

- низкое быстродействие.

· Принцип регулирования по возмущению

Достоинства принципа регулирования:

- высокое быстродействие.

Недостатки:

- низкая точность;

- высокие материальные затраты на реализацию.

· Комбинированное регулирование

Измерение технологических параметров

· Государственная система приборов (ГСП).

ГСП объединяет в себе все средства контроля и регулирования технологических процессов. Характерной особенностью ГСП является:

1) блочно-модульный принцип, лежащий в основе конструкций устройств;

2) унификация входных-выходных сигналов и сигналов питания.

Содержит три ветви:

Гидравлическую,

Пневматическую,

Электрическую.

Блочно-модульный принцип характеризуется наличием отдельных модулей или блоков, выполняющих достаточно простую функцию. Этот принцип позволяет уменьшить номенклатуру средств автоматизации, упрощает ремонт и замену, уменьшает стоимость, позволяет реализовать принцип взаимозаменяемости.

· Унифицированные сигналы:

1) Пневматические - сигналы давления сжатого воздуха

диапазон изменения сигнала: 0,2 - 1 кгс/см² или 0,02 - 0,1 МПа;

сигнал питания: 1,4 кгс/см²;

расстояние передачи сигнала: до 300 м.

2) Электрические сигналы имеют много диапазонов, которые можно разделить на две группы:

а) токовые (сигналы постоянного тока), например:

0 - 5 мА, 0 - 20 мА, 4 - 20 мА и др.;

б) сигналы напряжения постоянного тока, например: 0 - 1 В, 0 - 10 В и др.

Первичные приборы (датчики) могут преобразовывать измеряемый параметр в какой-либо унифицированный сигнал. Если же датчик выдает неунифицированный сигнал, то для приведения его к стандартному диапазону должен быть установлен соответствующий преобразователь.

· Точность преобразования информации.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных.

Косвенное измерение - измерение, при котором искомое значение величины находят на основании зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми, прямым измерениям.

Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Средство измерений – техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Аналоговый измерительный прибор – измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины.

Цифровой измерительный прибор – измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

Показывающий измерительный прибор – измерительный прибор, допускающий только отсчитывание показаний.

Показания средства измерений – измерение величины, определяемое по отсчетному устройству и выраженное в принятых единицах этой величины.

Градуировочная характеристика средства измерений – зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений, составленная в виде таблицы, графика или формулы.

Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная конечны и начальным значениями шкалы.

Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений.

Предел измерений – наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений.

Чувствительность измерительного прибора – отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины.

2.1. Основные погрешности.

1) случайные погрешности - имеют случайную природу и причина их неизвестна;

2) промахи - вызваны неправильными отсчетами по прибору;

3) систематические - обусловлены несовершенством методов определения, конструкции прибора.

Виды погрешностей:

1) абсолютные: DХ = Х - Х₀,

где Х - измеренное значение параметра, Х₀ - истинное значение;

Абсолютная погрешность измерения – погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины.

2) относительные: (выраженные в %-ах);

Относительная погрешность измерения – отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины. Относительная погрешность может быть выражена в процентах.

3) приведенные: ,

где Х_min и Х_max - минимальное и максимальное значения измеряемой величины.

Максимальная приведенная погрешность называется классом точности:

В зависимости от класса точности приборы делятся на эталонные (образцовые) и рабочие.

2.2 Приборы для измерения температуры. Классификация

· Преобразователи для измерения температуры в промышленности можно

разделить на 5 групп:

· Манометрические термометры

· Дилатометрические и биметаллические термометры

· Термометры сопротивления (терморезистивные преобразователи)

· Термопары (термоэлектрические преобразователи)

· Пирометры излучения

Манометрические термометры в настоящее время используются редко и в дальнейшем не рассматриваются.

2.2.1. Термометры расширения

Термометры расширения – это приборы основаны на свойстве тел увеличивать свой объем при нагревании. Среди них различают: биметаллические, стержневые (дилатометрические), жидкостные (стеклянные).

2.2.2. Термоэлектрические термометры

Термоэлектрические термометры (ТЭТ) – термопары широко применяются для измерения температур от минус 200 до плюс 2500 °С в различных областях техники и научных исследованиях. Однако в области низких температур ТЭТ получили меньшее распространение, чем термометры сопротивления.

2.2.3. Термометры сопротивления

Термометры сопротивления широко применяются на практике для измерения температур в пределах от 120 до 500⁰С. Вообще же они могут быть использованы для измерения температур в области от –200 до 750⁰С.

2.2.4. Бесконтактное измерение температуры

О температуре нагретого тела можно судить на основании измерения параметров его теплового излучения, представляющего собой электромагнитные волны различной длины. Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называются пирометрами. Они позволяют измерять температуру в диапазоне от 100 до 6000 °С и выше.

Физические тела характеризуются либо непрерывным спектром излучения (твердые и жидкие вещества), либо избирательным (газы). Участок спектра в интервале длин волн 0,02...0,4 мкм соответствует ультрафиолетовому излучению, участок 0,4... 0,76 мкм — видимому излучению, участок 0,76... 400 мкм — инфракрасному излучению. Интегральное излучение — это суммарное излучение, испускаемое телом во всем спектре длин волн.

Монохроматическим называется излучение, испускаемое при определенной длине волны.

На основании законов излучения разработаны пирометры следующих типов:

- суммарного (полного) излучения, в которых измеряется полная энергия излучения;

- частичного излучения (квазимонохроматические), в которых измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участке спектра;

- спектрального отношения, в которых измеряется интенсивность излучения фиксированных участков спектра.

В пирометрах полного излучения оценивается не менее 90 % суммарного потока излучения источника. При измерении температуры реального тела пирометры этого типа показывают не действительную, а так называемую радиационную температуру тела.

Поэтому эти пирометры называются радиационными. При известном суммарном коэффициенте черноты тела возможен пересчет с радиационной температуры тела на его действительную температуру. Исходя из этого, пирометры полного излучения удобно использовать при измерениях разностей температур в неизменных условиях наблюдения в диапазоне 100...3 500°С. Основная допустимая погрешность в технических пирометрах возрастает с увеличением верхнего предела измерения температуры. Так, для 1000 °С — ±12 %, для 2000 °С — ±20 %.

Рис. 2.98. Схема радиационного пирометра:

1 — линза; 2 — диафрагма; 3 — приемник излучения; 4 — окуляр; 5 — фильтр; ОУ — отсчетное устройство

В радиационном пирометре (рис. 2.98) лучи нагретого тела поступают на линзу 1, которая направляет их через диафрагму 2 на приемник излучения 3. Приемник излучения состоит из большого числа термопар (термобатарея), горячие спаи которых выполнены в виде секторных тонких пластинок. Сигнал с термопар, соединенных последовательно, подается на отсчетное устройство ОУ. Через окуляр 4 с фильтром 5 производится наведение пирометра на объект измерения. Основные метрологические характеристики приемников полного излучения, их принципиальные схемы, основные преимущества, недостатки и область применения представлены в табл. 2.21.

Они подразделяются на электрические (термобатареи, болометры, тепловые индикаторы, пироэлектрические кристаллы), пневматические (детектор Голея) и оптические (жидкие кристаллы). Наибольшая чувствительность (10⁵ В*Вт^-1) у пневматических приемников. У электрических она составляет от 10^-4 до 10³ В*Вт^-1.

2.3. Приборы для измерения давления. Классификация

Давлением называется равномерно распределенная сила, действующая перпендикулярно на единицу площади. Оно может быть атмосферным (давление околоземной атмосферы), избыточным (превышающим атмосферное) и абсолютным (сумма атмосферного и избыточного). Абсолютное давление ниже атмосферного называется разреженным, а глубокое разряжение - вакуумным.

Единицей давления в международной системе единиц (СИ) является Паскаль (Па). Один Паскаль есть давление, создаваемое силой один Ньютон на площади один квадратный метр. Поскольку эта единица очень мала, применяют также единицы кратные ей: килопаскаль (кПа)= Па; мегапаскаль (МПа)= Па и др. Ввиду сложности задачи перехода от применявшихся ранее единиц давления к единице Паскаль, временно допущены к применению единицы: килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см ) = 980665 Па;

килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м )

или миллиметр водяного столба (мм вод. ст) = 9,80665 Па;

миллиметр ртутного столба (мм рт. ст) = 133,332 Па.

Приборы контроля давления классифицируются в зависимости от метода измерения, используемого в них, а также по характеру измеряемой величины.

По методу измерения, определяющему принцип действия, эти приборы подразделяются на следующие группы:

- жидкостные, в которых измерение давления происходит путем уравновешивания его столбом жидкости, высота которого определяет величину давления (см. рис. 1 а, б);


а)	б)

Рис. 1.Жидкостный манометр

- пружинные (деформационные), в которых значение давления измеряется путем определения меры деформации упругих элементов (см. рис. 2);

- грузопоршневые, основанные на уравновешивании сил создаваемых с одной стороны измеряемым давлением, а с другой стороны калиброванными грузами действующих на поршень помещенный в цилиндр;

- электрические, в которых измерение давления осуществляется путем преобразования его значения в электрическую величину, и путем замера электрических свойств материала, зависящих от величины давления.

По виду измеряемого давления приборы подразделяют на следующие группы:

- манометры, предназначенные для измерения избыточного давления;

- вакуумметры, служащие для измерения разрежения (вакуума);

- мановакууметры, измеряющие избыточное давление и вакуум;

- напоромеры, используемые для измерения малых избыточных давлений;

- тягомеры, применяемые для измерения малых разрежений;

- тягонапоромеры, предназначенные для измерения малых давлений и разрежений;

- дифференциальные манометры (дифманометры), с помощью которых измеряют разность давлений;

- барометры, используемые для измерения барометрического давления.

2.3.1. Жидкостные приборы


а)	б)

Рис. 1.Жидкостный манометр

2.3.2. Деформационные приборы

Деформационные (пружинные) преобразователи давления

Принцип действия пружинных преобразователей (манометров) основан

деформации пружинных элементов под действием измеряемого давления с

дальнейшим преобразованием в унифицированный сигнал.

Деформационные (пружинные) манометры делятся на 3 группы

· Трубчатые

· Сильфонные

· Мембранные

2.3.3. Электрические приборы

Электрические манометры

В отличие от первичных приборов давления и приборов со встроенными преобразователями (давление — перемещение — унифицированный электрический сигнал) существуют электрические приборы давления, в чувствительных элементах которых происходит прямое преобразование давления в электрический измерительный сигнал.

Принцип действия

Основной принцип действия электрического манометра основывается на уравновешивании давления под действующей силой. При этом один его конец должен быть запаян в основной держатель, а второй связан с последовательным механизмом. Он преобразует прямое перемещение элемента и закольцовывает его по основной стрелке.

Во время использования манометра под действием давления меняются определённые характеристики материала. При этом на третьей мембране возникает сила, которая определяется её площадью. Эта сила совмещает обе пластины из кварца, в результате чего появляется заряд с такой же силой. Далее этот заряд превращается в обычный сигнал, после чего поступает по линиям связи к устройствам измерения.

2.4 Приборы для измерения уровня. Классификация

Измерение уровня

Измерение ( и регулирование) уровня осуществляется практически во всех

АСУТП. Существует большое число уровнемеров различного принципа действия

и назначения.

Классификация уровнемеров

По принципу действия уровнемеры классифицируются следующим образом

1. Поплавковые

2. Буйковые

3. Гидростатические и пьезометрические

4. Электрические

5. Акустические

6. Радарные

7. Радиооизотопные

8. Другие

Отметим одно важное обстоятельство. За исключением случаев коммерчесого

учета (например в резервуарных парках) значение уровня измеряется

(отображается) в процентах от некоторого базового значения. Предельные

значения уровня (сигнализация, ПАЗ) также указываются в процентах, например.

20% – минимальное предельное значение, 80% – максимальное.

2.4.1. Гидростатические уровнемеры

Основным принципом действия данных уровнемеров является измерение гидростатического давления, оказываемого жидкостью.

Величина гидростатического давления Рг зависит от высоты столба жидкости h над измерительным прибором и от плотности этой жидкости ρ.

Измерение гидростатического давления может осуществляться различными способами, например:

- манометром или датчиком давления, которые подключаются к резервуару на высоте, равной нижнему предельному значению уровня;

- дифференциальным манометром, который подключается к резервуару на высоте, равной нижнему предельному значению уровня, и к газовому пространству над жидкостью;

- измерением давления воздуха, прокачиваемого по трубке, опущенной в жидкость на фиксированное расстояние, и другими.

Рис. 1. Измерение уровня в резервуаре при помощи датчика избыточного давления

На рис. 1 приведена схема измерения уровня датчиком избыточного давления (манометром). Для этих целей может применяться датчик любого типа с соответствующими пределами измерений.

При измерении уровня гидростатическим способом погрешности измерения определяются классом точности измерительного прибора, изменениями плотности жидкости и колебаниями атмосферного давления.

Если резервуар находится под избыточным давлением, то к гидростатическому давлению жидкости добавляется избыточное давление над ее поверхностью, которое данной измерительной схемой не учитывается. Поэтому такая схема измерения для таких случаев не подходит.

В связи с этим, более универсальными являются схемы измерения уровня с использованием дифференциальных датчиков давления (дифманометров). С помощью дифференциальных датчиков давления можно также измерять уровень жидкости в открытых резервуарах, контролировать границу раздела жидкостей.

Рис. 2. Измерение уровня в открытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления

Схема измерения уровня жидкости в открытом резервуаре, находящемся под атмосферным давлением, представлена на рис. 2.

Плюсовая камера дифманометра ДД через импульсную трубку соединена с резервуаром в его нижней точке, минусовая камера сообщается с атмосферой.

В такой схеме устраняется погрешность, связанная с колебаниями атмосферного давления, т.к. результирующий перепад давления на дифманометре равен:

ΔР = (Рг + Ратм) – Ратм = Рг.

Такая измерительная схема может использоваться тогда, когда дифманометр расположен на одном уровне с нижней плоскостью резервуара. Если это условие соблюсти невозможно и дифманометр располагается ниже на высоту h1, то используют уравнительные сосуды (УС).

Схемы измерения уровня с уравнительными сосудами для резервуаров под атмосферным давлением представлены на рис. 3.

Рис. 3. Измерение уровня в открытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления с использованием уравнительного сосуда: а – с нижним расположением уравнительного сосуда; б – с верхним расположением уравнительного сосуда

Уравнительный сосуд используется для компенсации статического давления, создаваемого столбом жидкости h1 в импульсной трубке.

Для измерения уровня в резервуарах, находящихся под избыточным давлением Ризб, применяют измерительную схему, изображенную на рис.4.

Рис. 4. Измерение уровня в закрытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления с использованием уравнительного сосуда

Избыточное давление Ризб поступает в обе импульсные трубки дифманометра, поэтому измеряемый перепад давления ΔР можно представить в виде:

ΔР = ρgHmax – ρgh, где:
ρ - плотность жидкости,
g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.

При h = 0, ΔР = ΔРmax, а при h = Hmax , ΔР = 0.

То есть из уравнения следует, что шкала измерительного прибора уровнемера будет обращенной.

Более современным аналогом дифманометров являются датчики гидростатического давления. Как и у дифманометров, у них имеются две измерительные камеры. Одна из камер выполнена в виде открытой мембраны, а вторая - в виде штуцера. Такие датчики всегда можно установить непосредственно у дна резервуара, поэтому отсутствует необходимость в импульсных трубках, а значит, и в необходимости компенсации высоты импульсной трубки.

Наиболее распространенные измерительные схемы с использованием гидростатического датчика давления представлены на рис.5.

Рис. 5. Измерение уровня в резервуарах при помощи датчика гидростатического давления: а – для открытых резервуаров; б – для закрытых резервуаров без уравнительного сосуда; в – для закрытых резервуаров с уравнительным сосудом

Схема в) используется для процессов, в которых неизбежно образование обильного конденсате и его накопление в трубе, соединяющей датчик с объемом над жидкостью.

2.4.2. Поплавковые и буйковые уровнемеры

Поплавковым уровнемером называется уровнемер, основанный на измерении положения поплавка, частично погруженного в жидкость, причем степень погружения поплавка (осадка) при неизменной плотности жидкости не зависит от контролируемого уровня. Поплавок перемещается вертикально вместе с уровнем жидкости, и, следовательно, по его положению может быть определено значение уровня. В статическом режиме на поплавок действуют: сила тяжести G и выталкивающие силы жидкости и газовой среды. При перемещении поплавка появляется также сила сопротивления в подвижных элементах уровнемера. Если пренебречь силой сопротивления кинематики и выталкивающей силой газовой фазы, то действующие на поплавок силы связаны уравнением

G = V_жρ _жg, где V_ж — объем погруженной части поплавка, ρ _ж — плотность жидкости.

Объем V_ж однозначно определяет осадку (глубину погружения) поплавка. При изменении плотности контролируемой жидкости на Δρ _ж изменяется объем погруженной части на ΔV_ж, что приводит к изменению осадка, т.е. к появлению дополнительной погрешности. Выражение для ΔV_ж можно получить в виде

2. ΔV_ж = (δV_ж / δρ _ж)Δρ _ж = -V_ж (Δρ _ж / ρ _ж)

Таким образом, объем погруженной части V_ж, а следовательно, осадка поплавка, является параметром, определяющим дополни-тельную погрешность, вызванную изменением плотности контролируемой жидкости. Для снижения этой погрешности целесообразно уменьшить осадку поплавка, что может быть достигнуто либо увеличением площади поперечного сечения поплавка, либо облегчением поплавка.

В простейшем случае поплавок соединен с указателем с помощью гибкой механической связи. Размеры поплавка ограничиваются размерами уровнемера, масса поплавка не может быть сильно уменьшена из-за необходимости обеспечения требуемого натяжения гибкого элемента и преодоления сил трения. Сила сопротивления определяется выбором схемы связи поплавка с измерительной схемой уровнемера. Такая конструкция имеет большой диапазон измерения, но не обеспечивает хорошей герметизации резервуара, поэтому используется только при небольшом избыточном давлении или разрежении и невысоких температурах контролируемой среды. Примером такого уровнемера являются уровнемеры типа УДУ. Они предназначены для измерения уровня нефтепродуктов с температурой (-50...50) °С, в интервале избыточных давлений (-1,5...3) кПа. Диапазоны измерения 0...12 или 0...20 м, основная погрешность ±4 мм.

При более высоких значениях температуры и давления среды используются поплавковые уровнемеры с магнитными преобразователями. Примером таких приборов являются магнитные уровнемеры типа ПМП (рис. 1) НПП «СЕНСОР».

Рис. 1. Схема поплавкового уровнемера ПМП:

1 — корпус; 2 — кабельный вывод; 3 — зонтик; 4 — стопорное кольцо; 5 — постоянный магнит; 6 — поплавок; 7 — направляющая трубка; 8 — герконовое реле

По направляющей трубе 7 под влиянием изменения уровня жидкости перемещается поплавок 6 с постоянным магнитом 5. Внутри трубки 7 по всей ее длине находятся герконовые реле, которые срабатывают под действием магнитного поля поплавка. Стопорное кольцо 4 ограничивает перемещение поплавка вверх, а зонтик 3 защищает его от капель конденсата, который может образовываться на внутренних стенках резервуара. При диапазоне измерения от 0,5 до 6 м высота уровня измеряется с дискретностью 5 мм. При определении массы для учета изменения плотности жидкости в преобразователе производится измерение температуры. Эти преобразователи могут иметь в качестве выходной величины изменение сопротивления, токовый сигнал 4...20 мА или цифровой.

Магнитные поплавки входят в состав ультразвуковых уровнемеров.

Буйковыми уровнемерами называются уровнемеры, основанные на законе Архимеда: зависимости выталкивающей силы, действующей на буек, от уровня жидкости. Чувствительным элементом таких уровнемеров является массивное тело (например, цилиндр) — буек, подвешенное вертикально внутри сосуда и частично погруженное в контролируемую жидкость (рис. 2).

3. Рис. 2. Расчетная схема буйкового уровнемера

2.4.3. Электрические уровнемеры

К электрическим уровнемерам относятся те приборы измерения уровня, в которых уровень контролируемой среды преобразуется в какой-либо электрический сигнал. Наибольшее распространение получили емкостные уровнемеры икондуктометрические (омические) уровнемеры.

Принцип действия емкостных уровнемеров основан на различии диэлектрической проницаемости контролируемой среды (водных растворов солей, кислот, щелочей) и диэлектрической проницаемости воздуха либо водяных паров.

Измерительная схема емкостного уровнемера приведена на рис. 1.

Рис. 1. Ёмкостной уровнемер: 1, 2 - электроды; 3 - электронный блок

В сосуд с контролируемой жидкостью опущен преобразователь, который представляет собой электрический конденсатор. Емкость такого конденсатора зависит от уровня электропроводящей жидкости.

Преобразователи бывают пластинчатыми, цилиндрическими или в виде стержня.

Цилиндрические преобразователи выполняются из нескольких труб, расположенных концентрическим образом, пространство между которыми на высоту h заполняет контролируемая жидкость. Емкость преобразователя равна сумме емкостей двух его участков - погруженного в жидкость с одной диэлектрической проницаемостью (εж) и находящегося в воздухе с другой диэлектрической проницаемостью (εср, для воздуха εср = 1).

При измерении уровня агрессивных, но неэлектропроводных жидкостей обкладки преобразователя выполняют из химически стойких сплавов или покрывают тонкой антикоррозионной пленкой, диэлектрические свойства которой учитывают при расчете. Покрытие обкладок тонкими пленками применяют также при измерении уровня электропроводных жидкостей.

Кондуктометрические (омические) уровнемеры используют главным образом для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня электропроводных жидкостей. Принцип их действия основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представляющую собой участок электрической цепи с определенным омическим сопротивлением. Прибор представляет собой электромагнитное реле, включаемое в цепь между электродом и контролируемым материалом. Схемы включения релейного сигнализатора уровня могут быть различны в зависимости от типа объекта и числа контролируемых уровней. На рис. 2, а показана схема включения прибора в токопроводящий объект. В этом случае для контроля одного уровня h можно использовать один электрод, одно реле и один провод. При контроле двух уровней h1 и h2 (рис. 2, б) их требуется уже по два.

2.5. Приборы для измерения расхода вещества. Классификация

Измерение расхода и количества жидкости, газа и других материальных

потоков важнейшая функция АСУТП. Количество вещества измеряется в

объемных – м 3 , л (литры) единицах и весовых т, кг, г.

Расход – количество вещества, проходящее через определенное сечение за

единицу времени. Расход измеряется в объемных единицах – м 3 /час, л/мин и

весовых т/час, кг/мин и т.д. Для измерения количества и расхода вещества

наибольшее распространение получили скоростные и объемные методы.

 Скоростные – методы переменного и постоянного перепада давления,

турбинные, вихревые и им подобные.

 объемные методы, основанные на измерении объема жидкости или газа

2.5.1. Расходомеры постоянного перепада давления

У приборов этого типа измеряемое вещество (жидкость или газ) проходит непосредственно через расходомер, причем площадь проходного отверстия изменяется в зависимости от расхода; перепад давления при прохождении вещества через расходомер остается постоянным» Измерительная часть прибора (рис.) представляет собой вертикально расположенную трубку 1, в которой находится поплавок 2. Перепад давления при протекании череа коническую трубку жидкости, разность давлений до и после поплавка определяются весом поплавка и его геометрической формой. Поскольку эти параметры при измерении расхода не меняются, перепад давления остается постоянным.

При постоянном перепаде давления площадь кольцевого сечения между внутренними стенками конической трубкиJ и поплавком пропорциональна количеству жидкости, протекающей в данный момент (расходу).

В конической трубке площадь кольцевого сечения изменяется пропорционально высоте. Следовательно, поплавок изменяет свое положение по высоте в зависимости от расхода.

2.5.2. Расходомеры переменного перепада давления

Метод измерения расхода по переменному перепаду давления является наиболее универсальным, так как он позволяет измерять расход жидкостей газов и пара, протекающих в трубопроводах, практически при любых давлениях и температурах. В комплект установки для измерения расхода по переменному перепаду давления входят: сужающее устройство, соединительные линии (импульсные трубки), дополнительные устройства (разделительные сосуды, отстойники, конденсационные сосуды) и измерительный прибор — дифференциальный манометр.

Существует три типа нормализованных сужающих устройств* нормальные диафрагмы, нормальные сопла и нормальные трубы Вентури. Вследствие простоты устройства и монтажа наибольшее распространение получили сужающие устройства типа нормальной диафрагмы. Нормальная диафрагма (рис. а) представляет собой тонкий металлический диск, имеющий концентрическое отверстие с острой кромкой и цилиндрической частью со стороны входа. Для диафрагм диаметром d < 150 мм кромка со стороны входа должна быть острой, без завалов и заусенцев. Для диафрагм диаметром d > 150 мм допускается легкая шлифовка входной кромки наждачной бумагой. Толщина нормальной диафрагмы должна быть 0,1 D, длина цилиндрической части отверстия — 0,02 D. Диаметр отверстия цилиндрической части диафрагмы изготовляется с допуском ±0,001d. Нормальная диафрагма устанавливается между фланцами трубопровода (рис. б). Диафрагма 1 крепится двумя кольцевыми камерами 2 и 3. Камеры снабжены кольцевыми выточками, сообщающимися с сечением трубопровода до и после диафрагмы за счет зазоров. Кольцевые выточки специальными сверлениями соединены с трубками 4 .

2.5.3. Вихревые расходомеры

1. Вихревой расходомер — разновидность расходомера, принцип действия которого основан на измерении частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования.

2. Такие колебания давления в потоке появляются в процессе образования вихрей или колебания струи, путем обтекания препятствия некоторой формы, которое устанавливается в трубопроводе.

Принцип действия вихревого расходомера основан на хорошо известном явлении Кармана. Тело обтекания, помещенное в поток, проходящий через вихревой расходомер, создает после себя чередующиеся вихри, представляющие собой две вихревые дорожки. Их называют дорожками Кармана; в одной дорожке вихри вращаются по часовой стрелке, в другой - против. Вихри образуются в вихревом расходомере один за другим поочередно, сначала с одной стороны тела обтекания, затем - с другой. Вихри создают неоднородность давления в окружающем потоке газа или жидкости. Расстояние между вихрями (длина волны возмущения) постоянна и ее можно измерить. Следовательно, объем, занимаемый каждым вихрем постоянен, как показано ниже.

За телом обтекания вихревого расходомера расположен датчик скорости, который фиксирует прохождение вихрей. Считая количество вихрей, проходящих мимо датчика скорости в единицу времени(частоту), вычислитель вихревого расходомера определяет полный объем рабочей среды.

Измерение частоты вихрей Сенсор скорости вихревого расходомера включает в себя пьезоэлектрический элемент,измеряющий частоту вихрей. При образовании вихря на пьезодатчик действует деформирующая сила, которая преобразуется в электрический сигнал. Частота этого переменного сигнала пропорцилнальна частоте образовавшихся вихрей. Для чисел Рейнолдса более 5000 коэффициент пропорциональности между частотой образовавшихся вихрей и скоростью потока рабочей среды практически не зависит от числа Рейнолдса. По этой причине вихревые расходомеры с хорошей точностью измеряют скорость потока независимо от типа среды.

4. Преимущества вихревых расходомеров:

5. - Надежность и простота в эксплуатации;

6. - Отсутствие движущихся частей;

7. - Высокая точность измерений;

8. - Большой диапазон измерения по давлению и температуре, диаметру трубы;

9. - Подходит практически для всех жидких и газообразных сред;

10. - Стабильность показаний;

11. - Нечувствительность к загрязнениям и отложениям.

Электромагнитные расходомеры

Принцип действия электромагнитных преобразователей расхода — расходомеров основан на способности возбуждать электрический ток электропроводной жидкостью, при ее движении в условиях магнитного поля.

В электромагнитных расходомерах (и Э/М теплосчетчиках на их основе) используется явление электромагнитной индукции, что позволяет связать среднюю скорость, а, следовательно (при умножении скорости на площадь внутреннего сечения трубопровода), и объемный расход электропроводной жидкости (воды) с напряженностью поля в нём и разностью потенциалов, возникающих на диаметрально противоположно расположенных электродах (сенсорах).

По конструктивному исполнению различают следующие виды электромагнитных (э/м) преобразователей расхода:
1. Полнопроходные (проточные) врезные расходомеры, которые устанавливаются по средствам размыкания трубопровода методом вставки с последующей стяжкой фланцев крепежом.
2. Погружные (вставные) расходомеры, монтируемые в трубопровод через шаровый кран с выводом сенсоров цилиндрического датчика в центр потока или на 1/8 его диаметра (в точку среднеаксиальной скорости).

Ультразвуковые расходомеры

В данном разделе представлены Счетчики-Расходомеры УльтраЗвуковые (акустические), далее сокращенно — РУЗ:

Ультразвуковой расходомер – это устройство (прибор), принцип действия которого состоит в использовании акустических эффектов, возникающих при перемещении вещества, расход которого требуется вычислить. Неоспоримые достоинства ультразвуковых расходомеров: малое или почти полное отсутствие гидравлического сопротивления, надежность (т.к. нет подвижных трущихся механических элементов), относительно высокие точность, быстродействие и помехозащищённость, которые и оправдывают их широкое распространение в различных отраслях промышленности, энергетики и жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ).

Принцип действия ультразвуковых (акустических) расходомеров основан на измерении разницы во времени прохождения сигнала. При этом два ультразвуковых датчика (сенсора), расположенные по диагонали напротив друг друга на одной оси, функционируют попеременно как излучатель и как приёмник. Таким образом, акустический сигнал, поочередно генерируемый обоими сенсорами, ускоряется, когда направлен по потоку, и замедляется, когда направлен против потока жидкости. Разница во времени, возникающая вследствие прохождения сигнала по измерительному каналу в обоих направлениях, прямо пропорциональна средней скорости потока, на основании которой можно затем рассчитать объёмный расход (в условно несжимаемой жидкости, как произведение скорости потока на площадь поперечного сечения трубопровода). А использование нескольких акустических каналов позволяет компенсировать искажения профиля эпюры скорости потока.

Инерциальные (кориолисовые) расходомеры

Кориолисовы расходомеры — приборы, использующие эффект Кориолиса для измерения массового расхода жидкостей, газов.

Принцип действия массового кориолисового расходомера основан на изменениях фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется среда. Сдвиг фаз пропорционален величине массового расхода. Поток с определенной массой, движущийся через входные ветви расходомерных трубок, создает кориолисову силу, которая сопротивляется вибрации расходомерных трубок. Наглядно это сопротивление видно, когда гибкий шланг извивается под напором прокачиваемой через него воды.

Кориолисовый расходомер состоит из датчика расхода (сенсора) и преобразователя. Сенсор напрямую измеряет расход, плотность среды и температуру сенсорных трубок.

Преобразователь конвертирует полученную с сенсора информацию в стандартный выходной сигнал.

Измеряемая среда, поступающая в сенсор, разделяется на равные половины и протекает через каждую из сенсорных трубок. Движение задающей катушки приводит к тому, что трубки колеблются вверх-вниз в противоположном направлении друг к другу.

Сборки магнитов и катушек-соленоидов, называемые детекторами, установлены на сенсорных трубках. Катушки смонтированы на одной трубке, магниты на другой. Каждая катушка движется сквозь однородное магнитное поле постоянного магнита. Сгенерированное напряжение от каждой катушки детектора имеет форму синусоидальной волны. Эти сигналы представляют собой движение одной трубки относительно другой.

При движении измеряемой среды через сенсор проявляется физическое явление, известное как эффект Кориолиса. Поступательное движение среды во вращательном движении сенсорной трубки приводит к возникновению кориолисового ускорения, которое, в свою очередь, приводит к появлению кориолисовой силы. Эта сила направлена против движения трубки, приданного ей задающей катушкой, т.е. когда трубка движется вверх во время половины ее собственного цикла, то для жидкости, поступающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз. Как только жидкость проходит изгиб трубки, направление силы меняется на противоположное. Сила Кориолиса и, следовательно, величина изгиба сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу жидкости.

Преимущества применения кориолисовых расходомеров:

- высокая точность измерений параметров ;

- корректная работа вне зависимости от направления потока;

- не требуются прямолинейные участки трубопровода до и после расходомера;

- надёжная работа при наличии вибрации трубопровода, при изменении температуры и давления рабочей среды;

- длительный срок службы и простота обслуживания благодаря отсутствию движущихся и изнашивающихся частей;

- не требуется регулярная перекалибровка и техническое обслуживание;

- измерение расхода сред с высокой вязкостью.

Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 194; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!