Доцент кафедры АТПП Прахова Марина Юрьевна ВИДЫ

Доцент кафедры АТПП Прахова Марина Юрьевна

ВИДЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Система автоматического регулирования (САР) Система автоматического управления (САУ)

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ Ш автоматизацией и телемеханизацией охватываются все основные и вспомогательные объекты; Ш полная местная автоматизация, исключающая необходимость постоянного присутствия обслуживающего персонала; Ш минимум информации, поступающей с объекта в пункт управления; Ш автоматический сбор и переработка информации; Ш автоматическая аварийная и предупредительная сигнализация с объекта.

РАЗДЕЛ 1 ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

МЕТРОЛОГИЯ - наука о получении количественной информации опытным путём, то есть экспериментально, посредством измерения μετρό + λόγόξ измерение, мера + учение, слово МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ИЗМЕРЕНИЯ Физическая величина (ФВ) Объект измерений (ОИ) Средство измерений (СИ) Принцип измерений Метод измерений ЗНАЧЕНИЕ ФВ (РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ) X = {X} [X]

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ По зависимости измеряемой величины от времени Статические Динамические С однократным наблюдением ИЗМЕРЕНИЯ По числу измерений С многократным наблюдением Прямые По способу получения результата Косвенные Совокупные (совместные)

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ Метод непосредственной оценки Метод сравнения дифференциальный Метод сравнения нулевой

РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ВЗВЕШИВАНИИ Метод непосредственной оценки Метод сравнения дифференциальный Метод сравнения нулевой

КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Средства измерений Измерительные устройства Измерительные установки Измерительные преобразователи Измерительные системы Информационно – измерительные системы Меры Первичные Промежуточные Передающие Измерительные приборы Аналоговые Цифровые Показывающие Регистрирующие Сигнализирующие Интегрирующие

ПРИМЕРЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ Аналоговый показывающий прибор Сигнализирующий прибор Цифровой показывающий прибор Регистрирующий прибор Интегрирующий прибор

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (МХ) СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ МХ: нормируемые и действительные Статическая характеристика (функция преобразования, характеристика шкалы): Y = f(X) – рабочая и градуировочная Чувствительность Порог чувствительности Хmin

Динамическая характеристика (переходная характеристика) Время завершения переходного процесса Постоянная времени Т (y = 0, 632 y 0)

ПАРАМЕТРЫ ШКАЛ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ Цена деления шкалы

ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ Точность измерения Погрешность измерения Модель погрешности измерения погрешность от нестабильности измеряемой величины погрешность наблюдателя погрешность метода измерения погрешность метода обработки результата погрешность применяемого средства измерения

РАЗДЕЛ 2 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ УСЛОВНЫЕ ШКАЛЫ θ – реперная точка Е – термометрическое свойство Шкала Реомюра (0 R) Шкала Фаренгейта (0 F) Шкала Цельсия (0 C) Θ Шкала Кельвина (К) АБСОЛЮТНАЯ ШКАЛА 1 К = 1/273, 16 часть температуры тройной точки воды

ТЕРМОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА § объем; § термо. ЭДС; § длина; § давление; § электрическое сопротивление; § тепловое излучение СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИБОРЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ § манометрические термометры; § пирометры § термометры расширения § термоэлектрические преобразователи (термопары); § термометры сопротивления. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ §мостовая §компенсационная §логометрическая

БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ РАСШИРЕНИЯ ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ РАСШИРЕНИЯ 1 – трубка; 2 – корпус; 3 – стержень; 4 – рычаг; 5 – пружина; 6 – контакт

МАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ D = 5 -30 мм L = 60 -500 мм а) б) в) Соединительный капилляр изготовляется из медной или стальной трубки с внутренним диаметром до 0, 5 и толщиной стенки до 2, 5 мм. Снаружи он защищен металлической оплеткой. 1 – термобаллон; 2 – капилляр; 3 – пружинный манометр а) – газовый МТ; б) – жидкостный МТ; в) – конденсационный МТ 20

Достоинства Автоматическая показаний Недостатки запись Невысокая точность измерения Возможность установки Большая инерционность прибора на некотором вследствие значительных расстоянии от места размеров термобаллона измерения Большая прочность механическая Трудность ремонта при нарушении герметичности термосистемы Возможность использования на Необходимость частой поверки взрывоопасных производствах 21

ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТСМ ТСП Термисторы Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) 1 – трубка; 2 – проволока из платины или меди; 3 – каркас; 4 – изоляционные цилиндры; 5 – разъем; 6 – соединительный корпус; 7 – штуцер 22

Материал терморезистора Диапазон измеряемых температур, 0 С Начальное сопротивление, Ом Значение КТС, 1/град ТСМ -50…+180 От 10 до 100 0, 00426 ТСП -200…+1100 От 1 до 500 0, 00391 Термисторы -100…+300 От 30 до 40 к. Ом - 0, 024… − 0, 084 23

ПРОВОДНИКОВЫЕ ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ Достоинства ШВозможность градуировки термометра в значительном диапазоне на любой температурный интервал ШВысокая степень точности измерения температуры (не хуже ± 1 °C, может доходить до 0, 01 °C) Ш Практически линейная характеристика Ш Возможность дистанционной передачи результатов измерений Ш Централизация контроля температуры путем присоединения нескольких термометров к одному измерительному прибору Недостатки Ш Необходимость постороннего источника питания Ш Ограничение по применению во взрывоопасной среде Ш Значительная длина чувствительного элемента, не позволяющая измерить температуру в заданной точке Ш Малый диапазон измерений и большая стоимость (по сравнению с термопарами) Ш Разрушаемость при вибрациях (для платиновых терморезисторов) 24

ТЕРМИСТОРЫ Достоинства Ш Высокая чувствительность Ш Малая тепловая инерция (инерционность) ШМалые габариты, что позволяет измерять температуру в труднодоступных местах ШВысокое омическое сопротивление (30 - 40 к. Ом) позволяет пренебрегать сопротивлением подводящих проводников и переходными контактными сопротивлениями Недостатки Ш Значительный разброс параметров (необходимость переградуировки после замены) Ш Нелинейность характеристики Ш Небольшой диапазон измеряемых температур 25

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ТЕРМОПАРЫ) EAB(tt 0) = e. AB(t) – e. BА(t 0) при t 0=0 EAB(tt 0) = e. AB(t) – с = f (t) A, B – термоэлектроды; 1 – рабочий (горячий) спай (конец); 2 – свободные (холодные) спаи (концы); 3 – удлинительные термоэлектродные провода СВОЙСТВА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ШРазвиваемая термо-ЭДС зависит только от материалов термоэлектродов и разности температур на концах и не зависит от длины термоэлектродов и распределения температуры вдоль них Ш любое место термоэлектрической цепи может быть включен третий проводник, если В 26 температура его концов одинакова

Тип Чувствительность ТПП 6 мк. В/0 С ТХА ТХК Материал электродов Международное обозначение Диапазон температур S 0… 1600 0 С 41 мк. В/0 С Платинородий / Платина Хромель / Алюмель K – 200. . . 1300 0 С 65 мк. В/0 С Хромель / Копель L – 200. . . 800 0 С платинородий (90% Pt + 10% Rh) Термоэлектродные сплавы хромель (9, 5% Cr + 90, 5% Ni) алюмель (94, 5% Ni + 2 % Al + 1% Si +2, 5% Mn) копель (55, 4 % Cu + 44% Ni + 0, 5% Mn + 0, 1% Fe). Введение поправки на температуру свободных концов θ 1 > 0 0 С θ 1 ' < 0 0 С Поправка на температуру свободных концов Результат измерения Термо-ЭДС, приведенная к температуре 0 0 С 27

РАЗДЕЛ 3 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ Датчики § тензорезисторные; § пьезоэлектрические; § емкостные; § резонансные и др. Приборы § манометры; § барометры; § вакуумметры; § мановакуумметры; § напоромеры и тягомеры; § дифференциальные манометры (дифманометры) ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВИДЫ ДАВЛЕНИЯ § атмосферное; § абсолютное; § избыточное; § вакуум (разрежение) § паскаль (1 Па = 1 Н/м 2) § кгс/см 2 (техническая атмосфера, ат); § физическая атмосфера, атм; § мм рт. ст. ; § мм вод. ст. ; § кгс/м 2; § бар § psi (lbf/in 2) 29

ДЕФОРМАЦИОННЫЕ МАНОМЕТРЫ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ Одно- и многовитковые трубчатые пружины Мембраны Сильфоны Одновитковая трубчатая пружина (манометрическая пружина, трубка Бурдона) ВЕРХНИЙ ПРЕДЕЛ ИЗМЕРЕНИЯ 1000 МПа 1 – трубчатая пружина, 2 – держатель, 3 – тяга, 4 – зубчатый сектор, 5 – шестерня, 6 – стрелка прибора, 7 – шкала, 8 – штуцер 30

СИЛЬФОН ВЕРХНИЙ ПРЕДЕЛ ИЗМЕРЕНИЯ 0, 4 МПа КМ = КП + КС /n, Fпр= КМ*h, Fпр= PA* Sэф 1 – измерительная камера; 2 – сильфон; 3 – пружина; 4 – рычаг; 5 – стрелка 1, 2 – сильфоны; 3 – шток; 4 – рычаг; 5 – стрелка; 6 – шкала 31

МЕМБРАНА ВЕРХНИЙ ПРЕДЕЛ ИЗМЕРЕНИЯ 2, 5 МПа 1 – гофрированная мембрана; 2 – фланцы; 3 – шток; 4 – зубчатый сектор; 5 – шестерня; 6 – стрелка; 7 – шкала; 8 – штуцер ВИДЫ МЕМБРАН § Плоские; § Гофрированные § Упругие; § Эластичные (вялые); § Эластичные с жестким центром 32

ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТЕХНОЛОГИЯ КНС 33

РАЗДЕЛ 4 ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА

Количество вещества Расход СИ расхода объем V (м 3, л) масса m (кг, т) объемный Q (м 3/с, мз/ч, л/мин) массовый G ( кг/с, кг/ч, т/ч) расходомеры счетчики количества V = q(N 2 – N 1) 35

ОБЪЕМНЫЕ ШЕСТЕРЕНЧАТЫЕ СЧЕТЧИКИ 0, 01 - 250 м 3/ч ± (0, 5 – 1)% 12 – 250 мм 1 – корпус; 2, 3 – овальные шестерни V = 4 V 1(N 2 – N 1) Ш Высокая точность Ш Малая потеря давления Ш Независимость показаний от вязкости Ш Необходимость тщательной фильтрации среды от механических примесей Ш Высокий уровень акустического шума 36

ТУРБИННЫЕ (СКОРОСТНЫЕ) РАСХОДОМЕРЫ И СЧЕТЧИКИ n = k. V ТУРБИННЫЕ СЧЕТЧИКИ С АКСИАЛЬНОЙ ТУРБИНОЙ Диаметр 50 – 300 мм Расход 3 – 1300 м 3/ч Q = VF ТУРБИННЫЕ СЧЕТЧИКИ С ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ ТУРБИНОЙ Диаметр 15 – 40 мм Расход 3 – 20 м 3/ч Недостаток – зависимость показаний от вязкости 37

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ Ø малые габариты и вес; Ø относительно низкие стоимость и чувствительность к пневмо-ударам; Ø значительный диапазон измерения расхода (до 1: 30) Ø стабильность коэффициента преобразования в самом широком диапа-зоне числа Рейнольдса Re измеряемого потока Ø некоторая чувствительность к искажениям потока на входе и выходе расходомера (требования к длинам прямых участков до и после прибора минимальные - всего 2 и 1 Ду); Ø неработоспособность на малых расходах (менее 8 - 10 м 3/ч по газу и 3 м 3/ч по жидкости); Ø повышенная погрешность при измерении пульсирующих потоков газа 38

РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ (ДРОССЕЛЬНЫЕ) СТАНДАРТНЫЕ СУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА Диафрагмы Сопла 1 – трубопровод; 2 – сужающее устройство; ДМ – дифманометр Трубы Вентури 39

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ Ø Простота конструкции Ø малый диапазон измерения (от 1: 3 до 1: 10 преобразователя расхода; при наличии многопредельного интеллектуального датчика давления); Ø возможность поверки беспроливным методом, т. Ø высокая чувствительность к е. при отсутствии расхонеравномерности эпюры скоростей потока на домерных стендов входе в СУ, обусловленной наличием в подводящем и/или отводящем трубопроводах гидравлических сопротивлений (запорной арматуры, колен и т. д. ); Ø необходимость наличия перед указанными СУ прямых участков длиной не менее 10 диаметров условного прохода (Ду) трубопровода 40

КОРИОЛИСОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ Направление силы Кориолиса Направление вращения Направление движения 41

Сигналы от детекторов при отсутствии потока Сигналы от детекторов при наличии потока 42

Достоинства и недостатки Ø Высокая точность Ø большая масса, габариты и цена; Ø влияние на показания внешней механической вибрации; Ø сфера применения для газов ограничена сетями высокого давления порядка 20 МПа (200 бар), в которых газ имеет плотность, достаточную для применения данного метода 43

РАЗДЕЛ 4 ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ

Единица измерения – 1 м СИ уровня уровнемеры сигнализаторы уровня узкого диапазона (0… 0, 5 м) широкого диапазона (0, 5… 20 м) ВИЗУАЛЬНЫЕ И БАЙПАСНЫЕ УКАЗАТЕЛИ УРОВНЯ 1 – байпасная труба; 2 – поплавок; 3 – магнитная система поплавка; 45 4 – магнитные индикаторные ролики

МЕХАНИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ПОПЛАВКОВЫЕ УРОВНЕМЕРЫ 1 – поплавок; 2 – корпус прибора; 3 – направляющая труба; 4 – постоянный магнит 46

МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ ПОПЛАВКОВЫЕ УРОВНЕМЕРЫ 1 – направляющая труба; 2 – волновод; 3 – поплавок; 4 – постоянный магнит; 5 – корпус прибора 47

ИЛЛЮСТРАЦИЯ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ МАГНИТОСТРИКЦИОННОГО УРОВНЕМЕРА 48

БУЙКОВЫЕ УРОВНЕМЕРЫ ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ 1 – зонд; 2 – преобразователь 1 – буек; 2 – корпус прибора P = gh 49

ЁМКОСТНЫЕ УРОВНЕМЕРЫ Cп = C 0 + C 1 + C 2 50

АКУСТИЧЕСКИЕ (УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ) УРОВНЕМЕРЫ 51

РАДАРНЫЕ УРОВНЕМЕРЫ Излученный сигнал f Принятый сигнал Δf t Δt 52

РАДАРНЫЕ ВОЛНОВОДНЫЕ УРОВНЕМЕРЫ ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УРОВНЕМЕР Vegaflex-65 Длина трубки 0, 5 – 4 м Диаметр 21, 3 мм Выходной сигнал 4 … 20 м. А/HART Минимальное значение ε = 1, 4 Погрешность ± 3 мм 53