Презентация на тему Раздел iii

датчики – солдаты»
Yokogawa Electric Corporation, 1988
«Наука – полководец, а

принципов
и средств измерений.
Принцип измерения (принцип действия) – физическое явление

В нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и радиоэлектронной отраслях затраты на измерительную технику достигают 25% от всех затрат производства.

Значение измерительной техники в современном производстве

В настоящее время создание АСУТП высокотехнологичных производств невозможно без системы автоматического контроля, позволяющей получать информацию
о параметрах процессов,
качестве сырья, промежуточных и конечных продуктов.

Основные понятия

размера величины с единицей
прямые
косвенные
по характеру изменения измеряемой величины во

по форме представления измеряемой величины
аналоговые
цифровые

по отбору отсчетов во времени
непрерывные
дискретные (прерывистые)

по взаимодействию с объектами измерения
контактные
бесконтактные

по используемым физическим эффектам
Зеебека, Кориолиса, электромагнитной индукции и т.д.

метод
Компенсационный (нулевой) метод ….
по способу сравнения измеряемой величины с

Классификация методов измерения

измеряемой величины по
отсчетному устройству ИП прямого действия.







Примеры:
измерение

Рисунок 1 – Функциональная схема измерения методом непосредственной оценки

методы измерения, в которых измеряемую величину сравнивают с величиной,

По сравнению с методом непосредственной оценки более точны, но несколько сложны.

К этой группе методов относятся методы:
противопоставления,
компенсационный (нулевой),
дифференциальный,
совпадения,
замещения.

+ можно использовать приборы с относительно небольшими диапазонами показаний, вплоть до вырожденной шкалы с одной нулевой отметкой.

разности между
измеряемой и известной величиной, после чего измеряемая

Рисунок 2 – Функциональная схема дифференциального метода измерения

Дифференциальный метод измерений превращается в нулевой метод измерений, если разность между измеряемой и известной величинами доводят до нуля.

уравновешивании неизвестной
измеряемой величины известной.

При нулевом методе результирующий эффект

Рисунок 3 – Функциональная схема компенсационного метода измерения

технологических параметров
«Точность – вежливость поваров»
А.С. Пушкин

характеристика того, насколько
результаты измерений отличаются от истинных значений измеряемой
величины.

Чувствительность

- Изменение выходной величины

- Изменение входной величины

Порог чувствительности - наименьшее изменение значения измеряемой величины,
способное вызвать малейшее изменение показания измерительного прибора.

Порог чувствительности обусловлен в частности наличием трения в механизмах прибора. Выражается в долях от допускаемой основной погрешности.

Главное требование, предъявляемое к промышленным приборам контроля – способность формировать сигналы для связи с системой управления

- это и отличает их от бытовых и лабораторных приборов

вызывающей запаздывание показаний. Характеризует время с момента начала изменения

Основные показатели надежности прибора:
вероятность безотказной работы в течение заданного времени,
наработка на отказ (среднее время между двумя неисправностями),
частота отказов.

Надежность прибора – его свойство сохранять работоспособность в течение заданного времени. Часто в технической документации на прибор указывается вероятность безотказной его работы в заданном интервале времени.

- коэффициент инерционности, с-1

пределами
допускаемой основной и дополнительных погрешностей, а также
другими

Класс точности прибора устанавливают при выпуске, градуируя его по образцовому прибору в нормальных условиях.

Средствам измерения присваивают классы точности из ряда чисел:
(1 1,5 1,6* 2 2,5 3* 4 5 6) · 10n,
где n=1; 0; -1; -2 и т.д.
* - не устанавливается для вновь разрабатываемых средств измерения

- Абсолютная погрешность

- Разность верхнего и нижнего пределов измерения, т.е. диапазон измерений

Варианты обозначения класса точности на измерительных приборах

на измерительных приборах

линейкой ширины глупости»
В. Галашев

и совершенствования датчиков (Х.Харт)
Преобразование неэлектрической или ненормиро-ванной величины в

Подготовка сигнала для дальнейшей обработки, фильтрация и т.п.
(ПОС)

АЦП

Цифровая обработка микропроцессором
(ЦОС)

ЧЭ

Датчики

Придание системных функций

Придание интеллектуальных свойств

ФВ

X

Приборы для измерения ТП

диапазона.
Чтобы избежать разнообразия вторичных приборов, датчики оснащаются НП,

Приборы для измерения ТП

Таблица 2 – Унифицированные сигналы (по ГСП)

на датчики температуры давления, расхода, уровня
Температура
to
P
F
L
Давление
Расход
Уровень
Рисунок

Остальные 20% -
измерения состава,
э/м измерения и др.

связанных с продукцией, которая имеет сыпучее или жидкое состояние.

Для химической промышленности имеются специальные решения для высокотемпературных сред и со взрывозащитной.

Для измерения жидких сред (80% измерений) выпускаются датчики уровня различного принципа действия:
поплавковые (25%)
емкостные (15%)
ультразвуковые
лазерные
радарные
вибрационные
оптические
на основе микроволн…. и т.д.

Датчики уровня

т.д.
Датчики уровня

ли датчик уровня встраиваться в резервуар?
Допускается ли контакт датчика

Емкостной сигнализатор уровня

Поплавковые датчики уровня

Пороговый

Непрерывный

измерений на производстве).
Например:
На АЭС – более 1500 контрольных

При выборе датчиков температуры следует учесть:
Возможность погружения датчика в измеряемую среду или объект
Условия измерений: агрессивность среды, влажность, давление и т.д.
Время работы без замены и калибровки (некоторые типы датчиков обладают относительно низкой долговременной стабильностью, например термисторы)
Необходимый тип выходного сигнала
Время срабатывания, напряжение питания, разрешение датчиков и погрешность
Тип корпуса (для полупроводниковых датчиков)

Термистор — полупроводниковый элемент, сопротивление которого существенно зависит от температуры. Температурный коэффициент сопротивления термистора  от −2,4 до −8,4 К-1 в десятки раз превышает температурный коэффициент сопротивления у металлов
(+0,38 К-1 для платины).

до сотых долей градуса
(2) Термопары  могут изметрять температуры от

1

2

3

* Принцип работы термостата основан на принципе деформации биметаллического диска. При достижении
t срабатывания би-металл изгибается и воздействует на рычаг замыкающий электрическую цепь. При охлаждении термостата би-металл принимает первоначальную форму - контакты размыкаются.

4

5

обеспечения правильного хода ТП в ХП необходимо определять физические

Жидкие среды, пульпы, газы

Текучие среды, газы

Физико-химический параметр

Контролируемая среда

Приборы

контролируемой жидкости
Пример 1 – Схема весового плотномера с пневматическим

+ Постоянное сечение трубки и большая скорость движения жидкости исключает осаждение взвешенных твердых частиц

При увеличении плотности жидкости в основном трубопроводе 3 вес петлеобразной трубки 1 на гибком сочленении 2 увеличивается, она опускается. Сигнал перемещения через пневматический усилитель 4 передается на вторичный прибор 5.

Описание работы схемы

Методы измерения плотности

Весовой

Гидростатический

Поплавковый

Радиоизотопный

Акустический

Вибрационный

погружения поплавка (ареометры постоянного веса) или действующая на него
выталкивающая

Пример 2 – Схема ареометра постоянного веса

Пример 3 – Схема ареометра постоянного объема с пневматическим преоброзователем

Промышленные приборы

ДУВ (датчик удельного веса), ПЖК
0,5 – 2,5 г/см3

плотности жидкости
Принцип действия
Гидростатические плотномеры
Пример 4 – Схема плотномера непрерывной

1 – сосуд для исследуемой жидкости
2 – сосуд с эталонной жидкостью
3,4,5 – трубки
6 – дифманометр

Инертный газ по трубке 3 проходит через слой исследуемой жидкости постоянной высоты. Тот же газ по трубке 4 проходит через слой эталонной жидкости постоянной высоты, а затем по дополнительной трубке 5 газ проходит через небольшой слой исследуемой жидкости.

Описание работы схемы

+ Прохождение газа через небольшой слой исследуемой жидкости обеспечивает независимость показаний плотномера от колебания уровня жидкости в сосуде 1.

Показание дифференциального манометра 6 является мерой плотности исследуемой жидкости.

весьма вязких жидкостей, а также жидкостей, находящихся при высоких

Радиоизотопные плотномеры

Пример 5 – Схема радиоизотопного плотномера компенсационного типа

Изменение интенсивности пучка γ-лучей после прохождения его через измеряемую среду

Принцип действия

1 и 6 – источники излучения
2 – объект измерения
3 и 8 – приемники излучения - гамма-детекторы
4 и 9 – формирующие блоки
5 – электронный преобразователь (диф усилитель);
7 – компенсационный клин (гамма-поглотитель);
10 – реверсивный двигатель;
11 – дифференциально-трансформаторный
преобразователь;
12 – вторичный прибор

Co-60, Cs-136

движущихся деталей
+ метод применим для любого диапазона
Вибрационные плотномеры
Основаны на

Принцип действия

Наиболее распространенными являются проточные вибрационные датчики плотности с трубчатыми резонаторами, внутри которых протекает контролируемая жидкость

Ультразвуковые плотномеры

Основаны на одновременном измерении акустического сопротивления (Rак) и скорости ультразвука в измеряемой жидкости (v)

Принцип действия

- погрешность 10 кг/м3

Не нашли промышленного применения

содержания одного компонента
Концентратомеры
Определение содержания двух и более компонентов
Анализаторы состава
Состав

Прямые методы
измерения концентрации

Косвенные методы
измерения концентрации

Лабораторные

Промышленные

основаны на использовании однозначной функциональной зависимости между каким-либо физическим параметром анализируемого вещества, доступным непосредственному измерению, и составом этого вещества.

Титрование

Примеры:

Химическое поглощение

>>>

качестве косвенного параметра может быть выбран измеряемый физический параметр,

Электрокондуктометрический
Потенциометрический
Абсорбционный спектральный
Рефрактометрический
Термокондуктометрический
Термохимический
Термомагнитный
По температурной депрессии

По давлению насыщенных паров

Хроматография

Масс-спектромтрия

Косвенные методы
измерения концентрации

----- Удельная электропроводность
----- Электродный потенциал
----- Спектр поглощение
----- Показатель преломления раствора
----- Теплопроводность
----- Тепловой эффект каталитической реакции
----- Магнитопроницаемость
----- Разность температур кипящего раствора и насыщенного пара при одном давлении
----- Зависимость упругости паров бинарной жидкости от соотношения ее компонентов
----- Различие в скорости сорбции отдельных компонентов анализируемой смеси специально выбранным сорбентом.
----- Поведение ионизированных частиц анализируемого вещества с различным отношением массы к заряду в магнитном поле

Название метода

Физический параметр, зависящий от состава

масс-спектрометр МТИ-350ГС
На сублиматном производстве осуществляется фторирование закиси-окиси урана в

Назначение:
Предназначен для автоматического контроля состава смеси при сублиматном производстве гексафторида урана и оперативного управления технологическим процессом.

МТИ-350ГС обеспечивает измерение состава газовой смеси и управление работой реактора круглосуточно и непрерывно в полностью автоматическом режиме.

Характеристики:
Одновременно регистрируемые компоненты (массовые числа)
HF (20), N2 (28), O2 (32), F2 (38), Ar (40), UF6 (234 – 352)
Разрешающая способность (R) не менее 100

растворов
рН – десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с

аналогично

для воды при t=22oC

тогда

Кислотные и щелочные свойства растворов определяются активностью ионов водорода. При t=22 °С нейтральные водные растворы имеют рН=7,
кислые растворы имеют рН<7,
а щелочные - рН>7.

Т.к вода нейтральна, для неё

Число рН определяется двумя методами: колориметрическим и электрометрическим

Это произведение называется константой диссоциации и установлено экспериментально

растворе (числа рН)
Лабораторный
метод
Основан на свойствах некоторых органических красителей

Принцип действия

в растворе (числа рН)

Датчик рН-метра состоит из двух электродов:

Измерительный электрод – стеклянная трубка, к нижней части которой приварен шарик из специального стекла, содержащего металл (Li или Na). Ионы водорода из раствора проникают в стекло шарика, а ионы металла переходят из стекла в раствор, в результате на поверхности шарика возникает потенциал, величина которого зависит от концентрации водородных ионов [H+] в растворе.

Сравнительный электрод, в отличие от измерительного, не меняет свой потенциал относительно раствора, поэтому ЭДС датчика Ех зависит только от потенциала измерительного электрода и, следовательно, рН раствора.

Основан на измерении разности электрических потенциалов двух специальных электродов, помещенных в контролируемый раствор, один из которых (сравнительный) имеет постоянный потенциал

Принцип действия

Промышленный
метод

pH-метров
Используются для технических трубопроводов диаметр которых меньше 150

Основные требования при измерении pH растворов:
1) Взрывобезопасность помещения!
2) Термостатирование раствора или компенсация показаний при её изменении
3) Защита от механических воздействий (ударная нагрузка, вибрация, перемешивание)
4) Отсутствие вблизи pH-метра источника электромагнитных полей

Внешний вид проточных pH-метров

плёнкообразующих, содержащих твердые частицы и фторсодержащих жидких средах. Это

Характеристики промышленных pH-метров серии ПМП

Температура контролируемой среды: 0-100oC
Рабочее давление: 84-106,7кПа
Основная приведенная погрешность: ±0,2pH
Длинна погружной части ПП (для погружных): 600-2000мм
Выходные сигналы: 0-5мА, 4-20мА, 0-100мВ.

Область применения: оборотные воды предприятий, технологические растворы химических, нефтеперерабатывающих и других производств

(жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части

Методы и средства контроля вязкости жидкостей и газов

Основной закон вязкого течения

Формула Ньютона

Текучесть – величина обратная вязкости

Кинематическая вязкость – отношение вязкости к плотности
ед.изм. Стокс (Ст), м/с

Вязкость жидкостей с увеличением to уменьшается, а газов - увеличивается

скорости (или времени) движения тела (шарика) под действием сил

Измерение вязкости

Обычно измерение скорости сводится к измерению отрезка времени t, за который шарик, падая, проходит некоторый постоянный отрезок пути l

При включении насоса шарик 6 поднимается и останавливается у верхней ограничивающей сетки. В момент прикасания к сетке насос автоматически отключается блоком 4, управляемым сигналом усилителя 5, и шарик падает в неподвижной среде

Схема шарикового вискозиметра

для разовых экспресс-измерений
Химическая промышленность
(полимерные растворы, растворители, красители)
Нефтехимия (масла,

+ Цифровой секундомер, ЖК-дисплей
+ Для каждого поддиапазона свой шарик. Шарик G для газов
+ Циркуляционный термостат
+ Возвратное движение шарика при повороте трубки на 180о можно использовать для дополнительных измерений

Технические характеристики

возникающего на основании ротора (цилиндра, диска т.п.) погруженного в

При угловой скорости вращения ротора w=const крутящий момент однозначно определяет вязкость среды:

Измерение вязкости

а – измерение крутящего момента по углу поворота упругой нити подвески
б – --//-- по натяжению уравновешивающей пружины
в – ротационный вискозиметр с коаксиальными цилиндрами

упругая
нить

конический
редуктор