Учебный комплекс по дисциплине «Автоматизация производственных процессов» Преподаватель: Набиуллина Г. Р.
ГСП Общие сведения об измерениях Приборы для измерения давления Приборы для измерения температуры Приборы для измерения расхода Приборы для измерения уровня Приборы для измерения плотности Приборы для измерения вязкости Приборы для измерения влажности 2
3
Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации – это совокупность унифицированных блоков, приборов и устройств для получения, обработки и ис пользования информации. ГСП имеет единые параметры вход ных и выходных сигналов, а также унифицированные габарит ные присоединительные размеры. Блочно модульный принцип построения позволяет совершенствовать системы автоматического управления путем замены отдельных блоков и элементов. 4
Первая функциональная группа Устройства получения информации о состоянии управляемых процессов. Устройства этой группы технических средств ГСП предназначены для сбора и преобразования информации без изменения ее содержания. Состав измеряемых и управляемых величин ГСП включает в себя пять групп величин и более 30 основных параметров, характеризующих большинство технологических объектов. 5
6
Вторая функциональная группа Устройства приема, преобразования и передачи информации по каналам связи. Датчики физических величин воспринимают контролируемый параметр и преобразуют его в величину, удобную для передачи по каналам связи или дальнейшего преобразования. Измерительные преобразователи переводят выходной сигнал датчиков в выходную физическую величину: перемещение, усилие, сопротивление, напряжение, ток, частоту. 7
Третья функциональная группа Устройства обработки, хранения, представления информации и устройства формирования команд управления. • • • Анализаторы сигналов; Логические устройства памяти; Регуляторы; Задатчики; Управляющие вычислительные комплексы. 8
Четвертая функциональная группа Устройства использования командной информации на объекте управления. • • Исполнительные механизмы; Показывающие приборы; Регистрирующие приборы; Самопишущие приборы. 9
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ И УСТРОЙСТВ ГСП Устройства ГСП по роду используемой вспомогательной энергии носителя сигналов в канале связи, применяемой для приема и передачи информации и команд управления, делятся на электрические, пневматические и гидравлические. В ГСП входят также устройства, работающие без использования вспомогательной энергии (приборы и регуляторы прямого действия). 10
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ Имеют преимущества по чувствительности, точности, быстродействию дальности связей, обеспечивают высокую схемную и конструктивную унификацию приборов. Недостатком является взрыво пожароопасность. 11
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ Характеризуются безопасностью применения в легковоспламеняющихся и взрывоопасных средах, высокой надежностью в тяжелых условиях работы, особенно при использовании в агрессивной атмосфере. Они легко комбинируются друг с другом. Однако пневматические приборы уступают электрическим в тех случаях, когда технологический процесс требует высокого быстродействия или передачи сигналов на значительные расстояния. 12
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ Подходят для задач требующих большие силы, имеют высокий показатель мощность на объем. Потеря жидкости в гидравлических приводах приводит к меньшей эффективности, требуют много сопровождающих компонентов, включающих резервуар для жидкости, двигатели, насосы 13
УНИФИЦИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ ГСП Унифицированный сигнал (УС) ГСП — это сигнал дистанционной передачи информации с унифицированными параметрами, обеспечивающий информационное сопряжение между блоками, приборами и установками ГСП. В зависимости от вида унифицированных параметров в ГСП применяют унифицированные сигналы четырех групп: Ø тока и напряжения электрические непрерывные; Ø частотные электрические непрерывные; Ø электрические кодированные; Ø пневматические. 14
Унифицированные сигналы ГСП 15
Общие сведения об измерениях и измерительных приборах
Метрология - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Основные задачи метрологии: qразвитие общей теории измерений, qустановление единиц физических величин, qразработка методов и средств измерений, способов определения точности измерений, qобеспечение единства измерений, однотипности средств измерений.
Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении физическим объектам, но индивидуальное для каждого объекта в количественном отношении (длина, масса, электропроводность и пр. ) Единица физической величины – мера для количественного сравнения одинаковых свойств объектов. Значение физической величины – её оценка в виде числа принятых для неё единиц измерения. Измерения - это нахождение значения физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств. Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.
По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения делятся на: Статическое измерение – измерение физической, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерений. Динамическое измерение – измерение изменяющейся по размеру физической величины.
По способам получения результатов Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. Косвенное измерение – определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин, при которых искомые значения величин определяют путём решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких не одноимённых величин для определения зависимости между ними.
Контрольно–измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для восприятия наблюдателем. Универсальные (для измерения одинаковых физических величин различных объектов) Специализированные (для измерения параметров однотипных изделий).
Измерительный преобразователь – средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительная система – совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединённых между собой каналами связи. Измерительные устройства – средства измерения, состоящие из измерительного прибора и преобразователя
Принцип измерения – совокупность физических явлений и закономерностей, положенных в основу измерения. Методы измерений – это совокупность принципов и средств измерения. Методы делятся на: Непосредственной оценки – метод измерений, при котором значение величины определяют по показывающему средству измерений (например – измерение давления пружинным манометром, силы электрического тока амперметром ит. д. ). Метод сравнения с мерой – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например – измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями).
Точность измерений – качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Истинное значение – это значение физической величины, которое идеальным образом отражает количественные и качественные свойства объекта. Действительное значение – значение, полученное опытным путём (измерением).
Метрологические показатели средств измерений Номинальное значение меры – значение величины, указанное на мере или приписываемое ей. Действительное значение меры – значение величины, воспроизводимое мерой. Длина деления шкалы – расстояние между осями двух соседних отметок шкалы. Цена деления шкалы – разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Чувствительность прибора определяется отношением сигнала на выходе прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины.
• Начальное и конечное значения шкалы – наибольшее и наименьшее значение измеряемой величины, указанные на шкале. • Диапазон показаний – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности прибора. • Предел измерений – наибольшее и наименьшее значение диапазона измерений.
Погрешности измерений • Погрешность – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. • Различают: 1. Абсолютная погрешность где Хо – истинное значение величины Пример: Дано Х=230 Y, Хо=220 Y. Определить абсолютную погрешность. Решение:
2. Относительная погрешность , где Хо истинное значение измеряемой величины. Пример: Дано Х=230 Y, Хо=220 Y, определить Решение :
3. Приведённая погрешность , где – нормирующая величина (конечное значение шкалы, если шкала начинается с 0, или диапазон шкалы).
Класс точности Обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений.
Поверка приборов это совокупность операций по определению соответствия средств измерения требованиям ГОСТ и техническим условиям. государственные ведомственные
Государственную поверку выполняют органы государственного метрологического надзора по договору с предприятием. Ведомственную поверку выполняют в лаборатории КИП и А предприятия при условии, что лаборатория аттестована и зарегистрирована в органах госнадзора.
Виды поверки Первичная поверка — поверка, выполняемая до ввода в эксплуатацию средства измерений или после ремонта, а также при ввозе средства измерений из за границы, при продаже. Периодическая поверка — поверка средств измерений, находящихся в эксплуатации или на хранении, выполняемая через установленные межповерочные интервалы времени. Внеочередная поверка — Поверка средства измерений, проводимая до наступления срока его очередной периодической поверки. Инспекционная поверка — поверка, проводимая органом государственной метрологической службы при проведении государственного надзора за состоянием и применением средств измерений. Экспертная поверка — проводится при возникновении разногласий по вопросам, относящимся к метрологическим характеристикам, исправности средств измерений и пригодности их к применению.
Приборы для измерения давления
Давлением P называется отношение нормальной составляющей силы F к единице площади S, на которую действует эта сила:
Барометрическое давление Рбар – давление, оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней предметы. Избыточное давление Ри представляет собой разность между абсолютным и барометрическим давлением. Ри= Рабс- Рбар Если Рабс<Рбар то Ри называется давлением разряжения
Приборы для измерения давления Жидкостные основанные на уравновешивании давления столбом жидкости Поршневые измеряемое давление уравновешиваетс я внешней силой, действующей на поршень Пружинные давление измеряется по величине деформации упругого элемента Электрические основанные на преобразовании давления в какуюлибо электрическую величину
По роду измеряемой величины МАНОМЕТРЫ измерение избыточного давления ВАКУУММЕТРЫ измерение давления разряжения НАПОРОМЕТРЫ измерение малых избыточных давлений ТЯГОМЕРЫ измерение малых давлений разряжени я ДИФМАНОМЕТРЫ измерение разности давлений БАРОМЕТРЫ измерение барометрич еского давления
Какие бывают манометры Манометры подразделяются по классам точности: 0, 15; 0, 25; 0, 4; 0, 6; 1, 0; 1, 5; 2, 5; 4, 0 (чем меньше число, тем точнее прибор).
Жидкостные манометры Принцип действия основан на уравновешивании измеряемого давления или раз ности давлений давлением столба жидкости . К таким мано метрам относятся U образные манометры, остоящие с из сообщаю щихся сосудов, в которых измеряемое давление определяют по од ному или нескольким уровням жидкости.
Дифманометры Является разновидностью U образного трубного манометра, у которой одна из трубок заменена сосудом большего диаметра. Измеряется давление действующее на жидкость в широком сосуде, а открытый конец трубки совмещен с атмосферой
Деформационный манометр В деформационных манометрах от измеряемого давления зави сит степень деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы. В состав деформационных входит трубчато пружинный манометр, в котором чувствительным элементом является трубчатая пружина.
Мембранные манометры Применяют для измерения избыточного давления, разрежения и перепада давления. Воспринимающим шаровой шарнир элементом этих приборов является соединительный болт мембрана Мембраны делятся на упругие и вялые. циферблат мембранная камера стрелка зубчатое зацепление сегмент тяга верхний фланец нижний фланец присоединительный штуцер
Сильфонные приборы функционирует на основе тонкостенной металлической камеры с гофрированной боковой поверхностью. Приборы этого типа предназначены для измерения избыточного давления, разрежения и разности давлений.
Грузопоршневые манометры В грузопоршневых приборах, имеющих в большинстве случаев в качестве рабочего тела жидкость и часто называемых жидкост ными, измеряемое давление уравновешивается давлением, созда ваемым массой поршня с грузоприемным устройством, и массой грузов с учетом сил жидкостного трения.
1 масляный бачок 2 ручной насос 3 обратные клапаны 4, 5, 6 вентили подвода слива и измерительной колонки 7 измерительная колонка 8, 9 зажимы 10 11 вентили поверяемых маномеров 12 пресс Слайд № 46
Электрические манометры функционируют по принципу зави симости одного из электрических параметров чувствительного элемента первичного преобразователя от давления. К ним относятся манометры сопротивления, пьезоэлектрические, емкостные, ионизационные и радиоизотопные манометры.
Общепромышленные манометры предназначены для измерения давления непосредственно в ходе производственных процессов в рабочих точках промышленного оборудования. Эталонные приборы используются для хранения и передачи размера единиц давления в целях единообразия, достоверности и обеспечения высокой точности его измерений.
Средства измерения температуры
Температурой называют физическую величину, характеризующую степень нагретости тела.
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ Приборы для измерения температуры делятся на две группы: контактные имеет место надежный тепловой контакт чувствительного элемента прибора с объектом измерения; бесконтактные чувствительный элемент термометра в процессе измерения не имеет непосредственного соприкосновения с измеряемой средой
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ Классификация по принципу действия: 1. Термометры расширения – принцип действия основан на изменении объема жидкости (жидкостные) или линейных размеров твердых тел (биметаллические) при изменении температуры. Предел измерения от минус 190°С до плюс 600 °С.
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ 2. Манометрические термометры – принцип действия основан на изменении давления жидкостей, парожидкостной смеси или газа в замкнутом объеме при изменении температуры. Пределы измерения от минус 150 °С до плюс 600 °С.
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ 3. Электрические термометры сопротивления основаны на изменении электрического сопротивления проводников или полупроводников при изменении температуры. Пределы измерения от – 200 °С до + 650 °С.
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ 4. Термоэлектрические преобразователи (термопары) основаны на возникновении термоэлектродвижущей силы при нагревании спая разнородных проводников или полупроводников. Диапазон температур от – 200 °С до + 2300 °С.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ Полупроводниковые термометры сопротивления, которые называются термисторами или терморезисторами, применяются для измерения температуры в интервале от – 90 до +180 0 С.
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ (ТЕРМОПАРЫ) Электрическая схема термоэлектрического преобразователя (термопара) Представляет собой цепь, состоящую из двух соединенных между собой разнородных проводников
ТЕРМОМЕТРЫ ЦИФРОВЫЕ МАЛОГАБАРИТНЫЕ Термометры состоят из термопреобразователя (ТТЦ), электронного блока и сетевого блока питания. ТТЦ состоит из чувствительного элемента (ЧЭ) с защитной оболочкой, внутренних соединительных проводов и внешних выводов, позволяющих осуществить подключение к электронному блоку термометра.
БЕСКОНТАКТНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ К бесконтактным приборам относятся пирометры излучения: 1. Пирометры частичного излучения (яркостные, оптические), основанные на изменении интенсивности монохроматического излучения тел в зависимости от температуры. Предел измерений от 800 до 6000 ºС.
БЕСКОНТАКТНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ • 2. Радиационные пирометры основаны на зависимости мощности излучения нагретого тела от его температуры. Предел от 20 до 2000 ºС.
БЕСКОНТАКТНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ 3. Цветовые пирометры основаны на зависимости отношения интенсивностей излучения на двух длинах волн от температуры тела. Пределы измерения от 200 до 3800 ºС.
ПИРОМЕТРЫ Переносные пирометры ST 20/30 Pro, ST 60/80 Pro. Plus
ПИРОМЕТРЫ • Переносные пирометры ST 20/30 Pro, ST 60/80 Pro. Plus Быстродействующие, компактные и легкие пирометры пистолетного типа обеспечивают бесконтактные точные измерения температуры малых, вредных, опасных и труднодоступных объектов, просты и удобны в эксплуатации.
ПИРОМЕТРЫ Переносные пирометры ST 20/30 Pro, ST 60/80 Pro. Plus Диапазон измеряемых температур от – 32 до +760 ºC. Погрешность в диапазоне от – 32 до +26 ºC. Прицел: лазерный. Спектральная чувствительность: 7– 18 мкм. Время отклика: 500 мс. Индикатор: ЖК дисплей с подсветкой и разрешением; 0, 1 ºC ST 60 Pro. Температура окружающей среды: 0– 50 0 C.
ГЛУБИННЫЕ ДИСТАНЦИОННЫЕ ТЕРМОМЕТРЫ Дистанционный глубинный манометр состоит из глубинного снаряда, в котором расположены чувствительный элемент и пре образователь канала связи, и вторичного прибора.
В основании 2 жестко закреплены неподвижные концы трубчатых пружин 1, подвижные концы которых соединены упругой пере мычкой 9. Давление внешней среды через штуцер 11, капилляр 10 и канал 7 действует на внутреннюю полость пружин 1, которые при этом стремятся распрямиться и натягивают упругую пере мычку 9 силой, пропорциональной измеренному давлению. В основании 2 помещаются электромагнит 8, служащий для возбуждения колебаний в упругой перемычке, и электромагниты 3, предназначенные для преобразования этих колебаний в ЭДС. Катушки электромагнитов 3 включены последовательно. К вы ходам электромагнитов и ко входу электромагнита 8 с помощью контактов 4 подключен усилитель
Достоинствами глу бинных дистанционных манометров являются: . во первых, практи чески неограниченное время пребывания измерительного устрой ства в скважине, что весьма важно при исследовании неустано вившихся процессов в пласте, во вторых, возможность наблюдать на поверхности значение изменяющегося давления в процессе его измерения.
Измерение количества и расхода
Основные понятия Количество вещества определяют его массой или объемом и измеряют в единицах массы (кг, т) или в единицах объема (м 3, л). Прибор измеряющий количество вещества называют счетчиками. Расход количество вещества, проходящее через данное сечение канала в единицу времени. Прибор измеряющий расход называется расходомером. Массовый расход измеряется в кг/с, объемный в м 3/с.
Объемные счетчики. Принцип действия основан на непосредственном отмеривании объемов измеряемой среды с помощью мерных камер известного объема и подсчета числа порций, прошедших через счетчик. Объемные счетчики Лопастные С овальными зубчатыми колесами
Лопастные счетчики Принцип действия основан на том, что поток измеряемой жидкости, поступая через входной патрубок, проходит через измерительную камеру, где теряет часть напора на создание крутящего момента, приводящего во вращение ротор с выдвижными лопастями.
Счетчик с овальным зубчатым колесом Прохождение жидкости вызывает вращение двух овальных зубчатых роторов в пределах измерительной камеры, и с каждым оборотом через счетчик проходит фиксированный объем жидкости.
Скоростной счетчик Они основаны на принципе измерения средней скорости движущегося потока. Чувствительным элементом скоростных счетчиков является турбинка, приводимая во вращение потоком жидкости, протекающим через счетчик.
Расходомеры переменного перепада давления. Расходомерами переменного перепада давления называются измерительные приборы, принцип действия которых основан на измерении перепада давления, создаваемого при протекании жидкого или газообразного вещества, через сужающее устройство, установленное внутри трубопровода.
Расходомеры постоянного перепада давления Принцип действия ротаметров состоит в том, что гидродинамическое давление измеряемого потока среды воздействует на поплавок, вызывая его вертикальное перемещение.
Электромагнитные расходомеры Принцип действия основан на взаимодей ствии движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем. Достоинства электромагнитных расходомеров: 1. Безынерционны 2. Наличие взвешенных частиц в жидкости и пу зырьков газа 3. Физико химические свойства измеряемой жидкости (вязкость, плотность, температура и т. п. ) 4. Расход агрессивных и абразивных сред Недостатки: слабая помехоустойчивость.
Электромагнитные расходомеры
Ультразвуковые расходомеры Принцип действия ультразвукового расходомера жидкости и газа основан на явлении смещения звукового колебания проходящего сквозь движущуюся жидкую или газообразную среду.
Ультразвуковые расходомеры
Достоинствами ультразвуковых расходомеров являются: • малое или полное отсутствие гидравлического сопротивления, • надежность (так как отсутствуют подвижные механические элементы), • высокая точность, • быстродействие, • помехозащищенность. Недостатками ультразвуковых расходомеров является • чувствительность к содержанию твердых и газообразных включений, • сильная подверженность электромагнитным помехам.
Вихревые расходомеры Вихревыми называются расходомеры, расход которых зависит от частоты колебания давления. Колебания давления возникают в потоке в процессе вихреобразования после препятствия определенной формы, установленного в трубопроводе. Для измерения частоты возникающих вихрей могут использоваться электромагнитные, акустические, силовые преобразователи
Достоинства: * Простота и надежность преобразователя расхода; * Отсутствие подвижных частей; * Большой диапазон измерений; * Линейный измерительный сигнал; * Достаточно высокую точность измерения; * Стабильность показаний; * Независимость показаний от давления и температуры; * Сравнительная несложность измерительной схемы; * Возможность получений универсальной градуировки.
Недостатки вихревых расходомеров § Невозможно использовать при малых скоростях потока; § Значительная потеря давления (может достигнуть 30 50 к. Па); § Изготавливают для труб имеющих диаметр от 25 до 150 300 мм; § Работу вихревых расходомеров могут нарушать акустические и вибрационные пульсации (такие помехи создаются различными источниками: насосами, компрессорами, вибрирующими трубами и т. д. ).
Кориолисовые расходомеры • Принцип действия массового кориолисового расходомера основан на изменениях фаз механических колебаний U образных трубок, по которым движется среда. 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.
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.
Тепловой расходомер Принцип действия расходомера: Измерение эффекта теплового воздействия на поток, зависящее от расхода. Применение: Расходомеры в основном предназначены для измерения расхода газа в лабораторных условиях, реже жидкости. Разновидности тепловых расходомеров: калориметрический тепловой расходомер термоконвективный тепловой расходомер термоанемометрический тепловой расходомер Недостатки: Малая надежность.
Дебитомер — прибор, записывающий изменение дебита скважины При исследовании скважины дебиты жидкости (нефти, воды) замеряют с помощью расходомеров и дебитомеров различной конструкции. Глубинные дебитомеры применяют в процессе исследования добывающих скважин и имеют различные цели, из которых выделим основные: Изучение профилей притока жидкости и газа. Определение расхода жидкости отдельных интервалов вскрытого разреза при исследовании скважин методом установившихся отборов. Определение величины дополнительного притока жидкости в скважину после ее закрытия (при исследовании методом восстановления давления).
Дебитомер состоит из трех соединяющихся рабочих узлов: часового механизма, измерительной части, струенаправляющего аппарата. • В узел часового механизма входят: часовой механизм 2, планетарный редуктор 3, барабан 4 и перо 5, которое закреплено в верхней части штанги 6. • Измерительная часть включает в себя: корпус измерительного цилиндра 10, поплавок 12, штангу 6, закрепленную на пружине 7, ограничительные кольца 8 и пружину 9 для поддержания поплавка в нулевом положении. • Струенаправляющий аппарат состоит из зонтичного пакера 13, струенаправлюющей трубы 15, стальной муфты 16 и масляного реле.
Измерение уровня 90
Уровнемер — это прибор, предназначенный для определения уровня содержимого в открытых и закрытых резервуарах и хранилищах. Под содержимым подразумеваются разнообразные виды жидкостей, в том числе газообразующие, сыпучие и другие материалы. Уровнемеры иногда называют датчиками/сигнализаторами уровня, преобразователями уровня. Тем не менее, главное отличие уровнемера от сигнализатора уровня — возможность измерять градации уровня, а не только его граничные значения. По режиму работы различают преобразователи для непрерывного измерения уровня и для контроля в отдельных точках (реле уровня, переключатели уровня, сигнализаторы уровня). 91
Методы измерения уровня • Контактный метод измерений применяется в любых средах и реализуется обычно в емкостных, гидростатических, буйковых и поплавковых уровнемерах. Эти приборы легко установить в резервуаре любой формы и размера либо в непосредственной близости от него, они отличаются низкой стоимостью, механической прочностью, простотой монтажа и надежностью измерений. • Бесконтактные методы позволяют измерять уровень без непосредственного контакта с измеряемой средой и заключаются в зондировании звуком (ультразвуковые), зондировании электромагнитным излучением (радарные, рефлексные) и зондировании радиационным излучением. Такие датчики стоит использовать в агрессивных, вязких, кристаллизирующихся, пенящихся средах, где есть риск засорения или коррозии элементов прибора. 92
Классификация уровнемеров Уровнемеры разделяют по продукту (веществу), уровень которого измеряется: • датчики уровня для жидкостей (вода, растворы, суспезии, нефтепродукты, масла и т. п. ) • датчики уровня для сыпучих веществ (порошки, гранулы и т. п. ) 93
Классификация уровнемеров По принципу действия уровнемеры для жидкостей и сыпучих веществ разделяются на: • механические (поплавковые, буйковые) – для измерения уровня используется поплавок, находящийся на поверхности жидкости или массивное тело (буёк), частично погружаемое в жидкость; • гидростатические – основанные на измерении гидростатического давления столба жидкости; • электрические – величины электрических параметров зависят от уровня жидкости; • акустические (ультразвуковые) – основаны на принципе отражения от поверхности звуковых волн; • микроволновые (радарные, волноводные) – основанные на принципе отражения поверхности сигнала высокой частоты (СВЧ); • радиоизотопные, основанные на использовании интенсивности потока ядерных излучений, зависящих от уровня жидкости 94
Механические уровнемеры бывают: • поплавковые, с чувствительным элементом (поплавком), плавающим на поверхности жидкости; • буйковые, действие которых основано на измерении выталкивающей силы, действующей на буёк. 95
Механические уровнемеры 96
Механические уровнемеры Преимущества использования поплавковых уровнемеров: • Простота. • Прочность. • Невысокая стоимость. • Показания уровня почти не зависят от изменений плотности жидкости. • Высокая точность 0. 01% и повторяемость 0. 005%. • Не требуется периодическая калибровка. • Только один подвижный элемент – поплавок. Недостатки: • непригодны для клейких жидкостей; • проблемы с плещущимися жидкостями; • плавучесть зависит от размеров поплавка; • точка срабатывания зависит от изменений (колебаний) плотности вещества. 97
Принцип действия Среди поплавковых уровнемеров различают: • сигнализаторы из полипропилена, • магнитные сигнализаторы уровня, • магнитострикционные уровнемеры 98
Принцип действия Поплавковые сигнализаторы из полипропилена. Поплавковые сигнализаторы уровня из полипропилена состоят из корпуса поплавка со встроенным микровыключателем и присоединительного кабеля. Процесс переключения запускается качанием датчика, когда он отклоняется от горизонтального положения в любом направлении. Угол срабатывания составляет от ± 3 до ± 18° относительно горизонтальной плоскости. 99
Принцип действия Магнитный сигнализатор уровня состоит из плавучего тела (поплавка), который закреплен на подвижном рычаге и имеет магнитную связь с установленным снаружи микровылючателем. Магнитострикционные уровнемеры изготавливаются с одним или несколькими поплавками. Вариант с двумя поплавками применяется для измерения уровней раздела фаз двух жидкостей с разными плотностями. Направляющая труба может быть жесткой или гибкой. 100
Применение поплавковых уровнемеров Важной характерной особенностью поплавковых уровнемеров, является высокая точность измерений. Поплавковый метод может с успехом применяться в случае пенящихся жидкостей. Типичным применением поплавковых уровнемеров является измерение уровня топлива, масел, легких нефтепродуктов в относительно небольших емкостях и цистернах в процессе коммерческого учета. Метод явно неприменим только в вязких средах, образующих налипание, отложение осадка на поплавок, а также коррозию поплавка и конструкции чувствительного элемента 101
Буйковые уровнемеры часто применяются для измерения уровня раздела фаз двух несмешивающихся жидкостей, находящихся под вакуумметрическим, атмосферным или избыточным давлением, и незаменимы при работе с высокими давлениями и температурами продукта. В буйковых уровнемерах применяется неподвижный погруженный в жидкость буек. Масса буйка выбирается так, чтобы он не всплывал при полном его погружении в жидкость. 102
Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила. Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень преобразуется в пропорциональную ему выталкивающую силу. Действие этой силы воспринимает тензопреобразователь, либо заслонка, перекрывающая сопло (пневматические уровнемеры). 103
Гидростатические уровнемеры Гидростатический метод измерения уровня основан на измерении гидростатического давления столба жидкости. Гидростатические датчики давления (уровня) применяются для измерения уровня любых жидкостей, начиная от воды и заканчивая пастами, в резервуарах, скважинах, колодцах. Имеют ограниченное применение из за условий применения (монтаж на днище резервуара, требуется постоянная плотность измеряемого объекта, только для спокойных объектов/процессов). 104
Гидростатические уровнемеры Конструктивно гидростатические датчики бывают двух типов: колокольные (погружные) и мембранные (врезные) 105
Принцип действия основан на преобразовании деформации упругого чувствительного элемента под воздействием гидростатического давления (столба жидкости над чувствительным элементом) в аналоговый токовый сигнал 106
Выносные разделительные мембраны следует использовать в следующих случаях: • Температура технологического процесса выходит за рамки стандартного рабочего диапазона датчика давления и не может быть скомпенсирована с помощью импульсных линий; • Рабочая среда является агрессивной и может потребоваться частая замена датчика или использование специальных материалов мембраны; • Рабочая среда содержит взвешенные частицы или обладает повышенной вязкостью в результате чего может произойти закупорка импульсной линии; • Имеется необходимость в удобной очистке соединений от рабочей среды во избежание накапливания отложений; • Рабочая среда может замерзать или затвердевать внутри датчика или импульсной линии; • В случае необходимости измерения плотности или уровня раздела сред. 107
Гидростатические уровнемеры Достоинства: • точность; • применим для загрязнённых жидкостей; • реализация метода не предполагает использования подвижных механизмов; • соответствующее оборудование не нуждается в сложном техническом обслуживании. 108
Гидростатические уровнемеры Недостатки: • движение жидкости вызывает изменение давления и приводит к ошибкам измерения • зависимость показаний от плотности жидкости, поэтому изменение плотности может быть причиной ошибки измерения. 109
Электрические уровнемеры Принцип действия электрических уровнемеров основан на различии электрических свойств жидкостей и газов. Основным параметром, определяющим электрические свойства проводников, является их электропроводность, а диэлектриков – относительная диэлектрическая проницаемость. В зависимости от того, какой выходной параметр (сопротивление, емкость или индуктивность) первичного преобразователя «реагирует» на изменение уровня, электрические уровнемеры подразделяются на такие виды: емкостные, кондуктометрические и вибрационные. 110
Емкостные уровнемеры Простейший первичный преобразо ватель емкостного прибора представля ет собой электрод, расположенный в вертикальной металлической трубке. Емкость такого конденсатора зави сит от уровня жидкости, так как при его изменении от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости воздуха до диэлектрической проницаемости жидкости. Емкостной метод обеспечивает хорошую точность, имеет те же ограничения, что и поплавковый – среда не должна налипать и образовывать отложения на чувствительном элементе. 111
Принцип действия емкостных уровнемеров основан на различии диэлектрической проницаемости контролируемой среды (водных растворов солей, кислот, щелочей) и диэлектрической проницаемости воздуха либо водяных паров. 112
Применение емкостные уровнемеров Достоинства емкостных датчиков уровня: быстродействие; простота; малая масса; высокая чувствительность; отсутствии механических подвижных инерционных частей; электроды с фторопластовым покрытием обеспечивают возможность их применения в агрессивных средах. 113
Применение емкостные уровнемеров Недостатки: • высокая чувствительность к изменению электрических свойств жидкостей, обусловленных изменением их состава, температуры и т. п. , • образование на элементах датчика электропроводящей или непроводящей пленки вследствие химической активности жидкости, конденсации ее паров, налипания самой жидкости на контактирующие в ней элементы и т. п. 114
Кондуктометрические уровнемеры Кондуктометрические датчики уровня применяют для контроля одного или нескольких предельных уровней жидкости, проводящей электрический ток. Действие кондуктометрического (омического) уровнемера основано на измерении сопротивления между электродами, помещенными в измеряемую среду. Кондуктометрические уровнемеры (уровнемеры сопротивления) применяются для измерения уровня проводящих жидкостей: растворы щелочей и кислот, расплавленные металлы, вода, водные растворы солей, молоко и сыпучие материалы. 115
Кондуктометрические уровнемеры Применимость кондуктометрических датчиков по условиям давления и температуры рабочего процесса в емкости находится в пределах 350°С и 6, 3 МПа). Ограничения на применение данного типа датчиков могут накладывать такие свойства рабочей среды как сильное парение, вспенивание, образование проводящих отложений на изоляторе или изолирующих отложений на чувствительном элементе. 116
Принцип действия Первичный преобразователь кондуктометрического уровнемера представляет собой два электрода, глубина погружения которых в жидкость и определяет текущее значение ее уровня, причем одним из электродов может быть стенка резервуара или аппарата. Основные факторы, ограничивающие точность кондуктометрических уровнемеров – непостоянство площадей поперечных сечений электродов, а также образование на электродах пленки (окисла или соли) с высоким удельным сопротивлением, что приводит к резкому снижению чувствительности датчика. Кроме того, на точность кондуктометрических уровнемеров существенное влияние оказывает изменение электропроводности рабочей жидкости, поляризация среды вблизи электродов. 117
Кондуктометрические уровнемеры Достоинства: • простота и прочность; • отсутствие движущихся механических частей; • нечувствительны к турбулентности; • технологическим процессом допускается высокая температура и давление; • простая регулировка и обслуживание. Недостатки: • непригодны для клейких веществ и диэлектриков; • масляные вещества могут вызывать налипание на электроды тонкого слоя непроводящего покрытия, что может быть причиной отказа. 118
Применение 1. Защиты от переполне ния, сигнализации верхне го или нижнего уровня. 2. Защиты насосов от "сухого" хода при установ ке на трубопровод. 3. Определения уровня при вертикальном монта же за счет удлиненного исполнение. 119
Вибрационные датчики уровня используются в качестве надежных сигнализаторов уровня жидких и сыпучих веществ различной плотности и вязкос ти в широком диапазоне давлений и температур. Сигнализатор уровня практически не критичен к химическим и физическим свойствам жидкости. Вибрационные сигнализаторы выпускаются для пищевых производств, взрывоопасных условий, агрессивных сред. 120
Принцип действия датчика – вибрационный, основанный на различии резонансных колебаний чувствительного элемента. Пьезоэлектрический кристалл при подаче на него напряжения создает колебания чувствительной вибрационной вилки. Изменения этой частоты колебаний в свободном состоянии отслеживаются электроникой в непрерывном режиме. 121
Вибрационные датчики уровня Основные достоинства: • отсутствуют движущиеся части; • не требуют дополнительных допусков и испытаний во время эксплуатации; • нет потребности в калибровке; • невосприимчивы к образованию конденсата; • нечувствительны к образованию пены и внешней вибрации; • допускают любую пространственную ориентацию; • нечувствительны к большинству физических свойств измеряемого вещества (исключение – плотность ρ); 122
Вибрационные датчики уровня • могут определять уровень твердых веществ с минимальной плотностью до 0, 008 г/см 3; • проверка функционирования может проводиться на месте монтажа. Недостатки: • клейкие вещества и твёрдые частицы в жидкостях могут служить причиной отказов; • твёрдые частицы могут заклинивать колебательную вилку. 123
Применение • Защиты от переполнения. • Зашиты от ложных переключений. • Защиты насосов при установке на трубопровод. • Сигнализации верхнего или нижнего уровня. 124
Ультразвуковые уровнемеры имеют много преимуществ перед другими видами – они обладают хорошей точностью измерения, не меняют своих характеристик при использовании и имеют низкую стоимость. В акустических (ультразвуковых), уровнемерах используется явление отражения ультразвуковых колебаний от плоскости раздела сред жидкость газ. Действие уровнемеров этого типа основано на измерении времени прохождения импульса ультразвука от излучателя до поверхности жидкости и обратно. 125
Ультразвуковые уровнемеры • 126
Ультразвуковые уровнемеры Распространен вариант установки ультразвукового датчика в верхней части емкости. При этом сигнал проходит через воздушную среду, отражаясь от границы с твердой (жидкой) средой. Уровнемер в этом случае называется акустическим. Существует, также, вариант установки датчика в дно емкости. Сигнал в этом случае отражается от границы с менее плотной средой. Такой датчик называется – ультразвуковым уровнемером. 127
Ультразвуковые уровнемеры Уровнемер акустический предназначен для бесконтактного автоматического дистанционного измерения уровня жидких сред, в том числе взрывоопасных, агрессивных, вязких, неоднородных, выпадающих в осадок, а также сыпучих материалов, за исключением сильнопарящих, сильнопенящихся жидкостей и пористых гранулированных продуктов. Диапазон работы ультразвуковых уровнемеров – до 25 м. Для получения точных результатов измерения жидкость должна быть равномерной по составу и иметь одинаковую температуру. 128
Ультразвуковые уровнемеры Основные достоинства ультразвуковых уровнемеров: • бесконтактный; • применим для загрязнённых жидкостей; • реализация метода не предъявляет высоких требований к износостойкости и прочности оборудования; • независимость от плотности контролируемой среды. Недостатки: • большое расхождение конуса излучения; • отражения от нестационарных препятствий (например, мешалок) могут вызвать ошибки измерения; • звуковой сигнал не может распространяться в вакууме; • на показания оказывают влияние: температура, влажность, давление, турбулентность, пена, пар, изменение концентрации жидкости, газовые смеси. 129
Применение Ультразвуковой уровнемер используется для измерения уровня в закрытых емкостях и открытых резервуарах, в том числе каналах. Факторы, приводящие к искажению результата измерения: • Влияние поверхности жидкости (пенобразующие жидкости). • Влияние конструкции резервуара (мешалки). 130
Микроволновые радарные уровнемеры Радарные уровнемеры – наиболее универсальные средства измерения уровня и подобно акустическим уровнемерам, используют явление отражения электромагнитных колебаний от плоскости раздела сред жидкость газ. От ультразвуковых бесконтактных уровнемеров их выгодно отличает гораздо меньшая чувствительность к температуре и давлению в рабочей емкости, а также большая устойчивость к запыленности, испарениям с контролируемой поверхности, пенообразованию. 131
Микроволновые радарные уровнемеры Датчик уровня построен по принципу радиолокатора. Преимущества: • радиоволны могут распространяться и в вакууме, на них не влияет температура, давление, влажность, пена/туман/пыль, вид материала, плотность, значение диэлектрической постоянной, химически агрессивная среда, проводимость, изменение свойств материала (комкование), наличие подвижных поверхностей; • надёжное измерение порошкообразных материалов; • измерение уровня жидкостей при образовании пены в условиях повышения давления; Недостатки: • электромагнитные волны поглощаются диэлектриками (пластмасса, стекло, бумага и т. д. ); • клейкие вещества могут вызвать отказы. 132
Рефлексные (волноводные) уровнемеры Рефлексные уровнемеры предназначены для измерения уровня, дистанции и объема жидко стей, паст и сыпучих продуктов, а также разде ла фаз жидких продуктов. Рефлексные (волноводные) уровнемеры по принципу работы подобны радарным уровне мерам, но электромагнитный импульс распространяется не в газовой среде, а по специальному зонду – волноводу. 133
Принцип действия Данный датчик уровня использует электромагнитные импульсы, которые проходят по волноводу и отражаются от границы резкого изменения диэлектрической постоянной, что означает границу между воздухом и продуктом. Когда радарный импульс достигает среды с другим коэффициентом диэлектрической проницаемости, часть энергии импульса отражает ся в обратном направлении. Чем выше коэффициент диэлектрической проницаемости, тем выше интенсивность отраженного сигнала. 134
Применение волноводных уровнемеров ü Наличия в резервуаре внутренних конструкций вблизи зонда. ü Среды с более высоким значением диэлектрической постоянной отражают лучше, следовательно, для них диапазон измерений больше. ü Наличие пены и частиц в атмосфере резервуара может ухудшить качество измерений. ü Для оптимальной работы однопроводного зонда в неметаллических резервуарах (например, бетонных или пластиковых) зонд следует монтировать с металлическим фланцем. ü Спокойная поверхность обеспечивает лучшее отражение, чем турбулентная, поэтому для турбулентной поверхности диапазон измерений будет меньше. ü Наличия в резервуаре электромагнитных помех. ü Следует избегать эксплуатации уровнемера в применениях со средами, вызывающими сильные налипания/загрязнения зонда. 135
1. 2. 3. 4. 5. Типы зондов Коаксиальный, Жесткий одностержневой, Жесткий двухстержневой, Гибкий однопроводный, Гибкий двухпроводный. 136
Радиоизотопные уровнемеры применяют для измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов в закрытых емкостях и делятся на две группы: • со следящей системой, для непрерывного измерения уровня; • сигнализаторы (индикаторы) отклонения уровня от заданного значения. 137
Радиоизотопные уровнемеры Достоинства: • Непрерывное, бесконтактное измерение уровня любых продуктов. • Применение даже при самых тяжелых условиях процесса: высоком давлении, высокой температуре, высокой коррозийности, токсичности, абразивности. • Применяется на любых промышленных емкостях при наличии конструкционной оснастки внутри контролируемого пространства: реакторах, автоклавах, сепараторах, резервуарах с кислотой, смесителях, циклонах, вагранках. • Подключение к системе по открытым протоколам. • Используется в системах безопасности для определения предельного уровня. Недостатки: • Требуется наличие лицензирования на возможность использования приборов с источниками излучения. • Дополнительное техобслуживания 138
Плотномеры
Плотностью вещества называют физическую величину, определяемую как отношением массой вещества занимаемую им объёмом. Средства измерения плотности называют плотномерами (динситометры). По принципу действия выделяют: поплавковые, массовые, гидростатические, радиоизотопные, вибрационные, ультразвуковые.
Поплавковые плотномеры • Частично погруженны й поплавок – мерой плотности служит глубина погружения поплавка. Полностью погруженный поплавок – глубина погружения остаётся неизменной, а изменяется действующая на него выталкивающая сила.
Весовой плотномер Принцип действия основан на непрерывном взвешивании постоянного объёма вещества в некоторой ёмкости или трубопроводе. Достоинствами весовых плотномеров являются независимость показаний от скорости протекания жидкости и высокая точность
Вибрационные плотномеры Принцип действия основан на зависимости частоты колебаний от плотности вещества. Вибрационные плотномеры проточные, предназначенные для контроля плотности движущейся жидкости в трубопроводе, и погружные (или зондовые), для контроля плотности среды как в трубопроводах, так и в резервуарах. Преимущества вибрационных плотномеров: отсутствие движущихся частей, нейтральность к электрическим свойствам среды, высокая точность и стабильность измерений, работоспособность при высоких и низких температурах (от минус 70 до 200 °C), больших статических давлениях (до 20 МПа), малые масса и габариты, компактность (диаметр 25 мм), низкое энергопотребление (0, 5 2, 5 Вт).
Ультразвуковой плотномер Ультразвуковые плотномеры относятся к приборам, обеспечивающим бесконтактные измерения плотности любых жидкостей. Показания прибора не зависят ни от свойств, ни от состава жидкости. Достоинством ультразвуковых плотномеров является их высокая чувствительность, безынерционность и отсутствие контакта чувствительных элементов прибора с измеряемой средой.
Радиоизотопный плотномер предназначен для бесконтактного измерения плотности жидкостей, растворов, суспензий и пульп в трубопроводах или других емкостях, полностью заполненных контролируемым веществом. Измерение плотности с помощью радиоактивного излучения основано на зависимости степени ослабления потока излучения от плотности контролируемой среды.
Гидростатические плотномеры Принцип действия основан на зависимости столба жидкости от плотности среды Гидростатические плотномеры позволяют измерять давление столба жидкости неизменной высоты, погрешность соответствует 4% Недостаток – можно измерять только при атмосферном давлении.
Измерение вязкости
Вязкость Вя зкость (вну треннее тре ние) — свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одного слоя относительно другого. Характерной особенностью этого вида трения является то, что оно наблюдается не на границе твердого тела и жидкости, а во всем объеме жидкости.
Измерения вязкости жидкости. • Вискозиметры – приборы для измерения вязкости – в настоящее время широко применяются в различных областях науки, техники и промышленности.
по температуре исследуемой среды различают высокотемпературные вискозиметры и вискозиметры, изготовленные из нетермостойких материалов; по свойствам исследуемой вязкой среды различают универсальные вискозиметры и специальные (т. е. предназначенные для измерения вязкости сред с определёнными заранее известными свойствами, например ньютоновских жидкостей); по точности измерений различают высокоточные вискозиметры и даже т. н. образцовые вискозиметры; по области применения различают промышленные, лабораторные, медицинские вискозиметры;
В капиллярном вискозиметре жидкость из одного сосуда под влиянием разности давлений истекает через капилляр в другой сосуд. Из рисунка видно, что сосуды имеют во много раз большее поперечное сечение, чем капилляр вискозиметра, и соответственно этому скорость движения жидкости в обоих сосудах в N раз меньше, чем в капилляре вискозиметра.
Метод капиллярной вискозиметрии опирается на закон Пуазейля о вязкой жидкости, описывающий закономерности движения жидкости в капилляре.
Вибрационный метод вискозиметрии базируется на определении изменений параметров вынужденных колебаний тела правильной геометрической формы, называемого зондом вибрационного вискозиметра, при погружении его в исследуемую среду. Вязкость исследуемой среды определяется по значениям этих параметров, при этом обычно используется градуировочная кривая вискозиметра.
• Метод падающего шарика вискозиметрии основан на законе Стокса, согласно которому скорость свободного падения твердого шарика в вязкой неограниченной среде можно описать следующим уравнением: где V – скорость поступательного равномерного движения шарика вискозиметра; r – радиус шарика; g – ускорение свободного падения; d – плотность материала шарика; ро плотность жидкости.
• Ротационный метод вискозиметрии заключается в том, что исследуемая жидкость помещается в малый зазор между двумя телами, необходимый для сдвига исследуемой среды. • Одно из тел на протяжении всего опыта остаётся неподвижным, другое, называемое ротором ротационного вискозиметра, совершает вращение с постоянной скоростью. • Момент вращения ротора ротационного вискозиметра является мерой вязкости. R 1, L радиус и длина ротора ротационного вискозиметра; ω постоянная угловая скорость вращения внешнего тела; R 2 радиус вращающегося резервуара ротационного вискозиметра;
Сущность метода ультразвуковой вискозиметрии заключается в том, что в исследуемую среду погружают пластинку из магнито стрикционного материала, называемую зондом вискозиметра на которую намотана катушка, в которой возникают короткие импульсы тока, приводящие к возникновению колебаний. Вискозиметр определяет вязкость среды по частоте следования импульсов. Вискозиметры, действие которых основано на ультразвуковом методе вискозиметрии, нельзя отнести к классу вискозиметров с широким диапазоном измерений. К классу высокотемпературных вискозиметров их также нельзя отнести в силу величины относительной погрешности, возникающей при высокотемпературной вискозиметрии и свойств материалов прибора.
Вискозиметр Брукфильда высокоточный прибор для поточного измерения вязкости сред. Поточные промышленные вискозиметры Брукфильд (Brookfield) используют в своём устройстве ротационный метод вискозиметрии и широко применяются на нефтяных и газовых скважинах, где необходим непрерывный контроль вязкости сред.
В настоящее время наиболее распространены вискозиметры электроротационные : внутренний цилиндр, погруженный в вязкую среду, приводится во вращение электродвигателем. Вращающийся с постоянной скоростью ротор вискозиметра при погружении в жидкость или расплав встречает сопротивление равномерному вращательному движению, на валу двигателя возникает тормозящий момент, прямопропорциональный вязкости среды, что вызывает соответствующее изменение электрических регистрируемых характеристик двигателя. Следует отметить важную особенность вискозиметров ротационных: выполненный из термостойких материалов вискозиметр ротационный может представлять из себя высокотемпературный вискозиметр. Вискозиметры ротационные используются для измерения вязкости сред при температурах от 60°C (масла) до +2000°C (расплавы металлов и силикатов) и позволяют вести измерения с погрешностью в пределах ± 3 5%.
Чашечные вискозиметры приборы для измерения вязкости жидких сред, выполненные в форме воронки (или чашечки) и использующие в своём устройстве капиллярный метод вискозиметрии Чашечный вискозиметр TQC
Применение вискозиметров Области применения вискозиметров чрезвычайно разнообразны. Так в нефтяной промышленности используются ротационные вискозиметры , а так же капиллярные. Если рассматривать эти два вида приборов, то можно с уверенностью сказать, что капиллярные вискозиметры выигрывают по положительным техническим характеристикам у ротационных. Они отличаются простотой, требуют малого количества жидкости, дешевы и дают достаточно точные результаты. Но существует и один недостаток, а именно то, что эти вискозиметры не могут измерить вязкость очень вязких жидкостей. Применение ротационных вискозиметров менее распространено, но они тем не менее позволяют определить вязкость с высокой точностью, измерения можно проводить для высоковязких жидкостей, но сложность конструкции по сути и будет является основной из причин ограниченности их использования. Далее рассмотрим отечественные и зарубежные приборы.
Влагомеры
Влагомером нефти называют измерительный прибор, назначение которого состоит в измерении содержания воды в сырой или переработанной нефти в процентном соотношении. Влагомеры нашли свое применение во всех областях нефтяной промышленности, включая и добычу, и переработку, и транспортировку нефти и её производных. 1 6
Влагомеры нефти способны непрерывно определять отношение объема воды в нефти к общему объему этой нефти. Это позволяет вычислять среднюю влажность сырья. Если же, влагомер нефти используется совместно со счетчиком расходомером для определения объемов исходного нефтесырья, то можно узнать объем чистой нефти в исходном сырье. 1 6
Влагомеры нефти производят замеры комплексного сопротивления водной эмульсии нефти, которая протекает по датчику. Само значение комплексного сопротивления находится в неразрывной связи от количества воды. Эту взаимосвязь рассчитывает специальный контроллер и выдает результат. 1 6
Вообще, влагомеры нефти могут работать, используя один из трех методов измерения: • диэлькометрический метод, • микроволновый метод, • оптический метод. Также существуют комбинированные приборы, но методика работы от этого не изменяется. 1 6
1. Диэлькометрический метод измерения – суть метода состоит в том, что диэлектрическая проницаемость эмульсии прямо пропорциональна содержанию воды в ней. Электрод преобразователя изменяет емкость нагрузки, в результате чего изменяется частота выходного сигнала. Особенностью приборов, является то, что они способны работать при содержании не более 60% воды в нефти. 1 6
2. Микроволновый метод измерения базируется на том факте, что нефтяная эмульсия способна поглощать микроволновое излучение. Процесс измерения проводится в два этапа: сперва, измерительный и эталонный генераторы волн прибора настраивают на одну частоту, а после заполнения датчика нефтяной смесью, производят повторную настройку. Разница, между значениями настройки до и после наполнения чаши датчика служит мерой влажности. Такая мера может быть переведена в относительные показатели. Микроволновым является потоковый влагомер нефти МВН 1, 3 1 6
3. Суть оптического метода состоит в том, что водонефтяная смесь проверяется на просвет, т. е. измеряются её светопропускание. Как правило, влагомер нефти конструктивно состоит из первичного преобразователя, в котором находятся датчики и блока для обработки и вывода данных. 1 6
По сфере применения, влагомеры нефти делят на три группы: 1) Поточные влагомеры нефти – предназначаются для использования при подготовке нефтесырья перед переработкой, а также в системах контроля качества. Работа поточных влагомеров строится на измерении сопротивления эмульсии нефти, проходящей через прибор. Сопротивление при этом зависит от содержания воды в нефти и нефтепродуктах. Поточный влагомер предназначается для постоянного проведения измерений в автоматическом режиме. 1 6
Примером поточного влагомера является влагомер сырой нефти серии ВСН 2 и полнопоточный влагомер сырой нефти ВСН 2 ПП Влагомеры сырой нефти ВСН 2 предназначены для измерения объѐмной доли воды (в %) в нефти, нефтепродуктах и других жидкостях органического происхождения после сепарации газа при транспортировке по технологическим трубопроводам. 17
Принцип действия влагомеров основан на методе измерения полного комплексного сопротивления первичного преобразователя с протекающей через него водо нефтяной смесью с последующим преобразованием измеренной величины в цифровой сигнал, далее в числовое значение влагосодержания (%, об. доля), которое выводится на индикатор блока обработки и внешние устройства регистрации данных. 17
2) Лабораторные влагомеры нефти – предназначаются для применения в научных лабораториях для качественного анализа образцов нефти в целях контроля её качества. Такие измерения проводятся для определения уровня качества нефти, которая отправляется от нефтедобывающей компании заказчику. Лабораторным является влагомер нефти УДВН 1 Л. 17
Влагомер нефти УДВН 1 л используется для быстрого измерения в лабораторных и полевых условиях наличия воды и ее количества в: нефти; газовом конденсате, а также во многих нефтепродуктах: мазут; трансформаторное масло; турбинное масло; моторное масла. 17
Широкого используется в электроэнергетике, на морском и речном транспорте. Влагомер данного типа экономичен, надежен в эксплуатации и экологически чист. Определение содержания влаги в нефтепродуктах происходит путем погружения нижней части датчика прибора в сосуд с измеряемым веществом и последующим визуальным считыванием показаний с цифрового индикатора прибора. Он предназначен для применения вне взрывоопасных зон. 17
17
17
17
17
Скачать презентацию Учебный комплекс по дисциплине Автоматизация производственных процессов Преподаватель
УМК АПП.pptx