Андреев Е.Б., Ключников А.И. и др. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 7.3. Внешний вид влагомера «Аквасенс»

нефти оптической плотностью. Логарифмическая зависимость

светопропускания смеси от содержания в ней нефти имеет ли-

нейный характер и преобразуется электронной схемой в частоту

выходного сигнала (кривая 1).

Прибор позволяет определять содержание воды в нефти от О

до 100 %. Модель измерения (см. рис. 7.4) позволяет автоматиче-

ски определить фазу (нефть или вода).

Рис. 7.4. Градуировочная кривая для работы на водной (I) и нефтяной (2)

фазах

111

Конструкция первичного преобразователя влагомера (рис. 7.5)

представляет собой цилиндрический стальной корпус с двумя

фланцами. Внутри корпуса находится металлический цилиндр,

который совместно с корпусом образует ёмкость, диэлектриком

которой является водонефтяная эмульсия. Оптическую часть

представляют цилиндрические вставки с фото- и светодиодами,

работающими в ИК диапазоне.

Прибор обеспечивает:

непрерывность измерения влагосодержания по ГОСТ Р 8.615-

2005 при измерениях по отдельной скважине;

позволяет определять содержание воды в диапазоне от 0 до

100 %;

алгоритм измерения позволяет автоматически определять фа-

зу (нефть или вода);

нечувствителен к солям и температуре.

Техническая характеристика влагомера

Кинематическая вязкость жидкости, мм

/с От 0,6 до 4600

Содержание солей, массовая доля, % От 0,3 до 15

Содержание свободного газа в жидкости, % До 5

Пределы допускаемого значения относительной погрешности

измерения содержания нефти в водонефтяной смеси

при обводненности от 0 до 70 % ±4

при обводненности от 70 до 95 % +10

при обводненности от 95 до 98 % +18

Рис. 7.5. Конструкция первичного преобразователя влагомера «Аквасенс»

112

Глава 8

АНАЛОГОВЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ.

СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКОВ

С АНАЛОГОВЫМ ВЫХОДНЫМ СИГНАЛОМ

К КОНТРОЛЛЕРАМ

8.1. ДАТЧИКИ С ДВУХПРОВОДНОЙ

ТОКОВОЙ ЛИНИЕЙ СВЯЗИ

Как уже отмечалось, наиболее распространённым видом пере-

дачи аналогового сигнала является сигнал 4...20 мА.

Основная характеристика первичных преобразователей (дат-

чиков) - низкое энергопотребление при минимальном значении

входного сигнала. Для работы датчика требуется ток менее 4 мА.

Только в этом случае электропитание и выходной сигнал могут

подаваться по одной линии.

На рис. 8.1 приведена типовая схема подключения датчика по

двухпроводной схеме. Для питания электронной схемы датчика

требуется невысокое напряжение питания порядка 5...8 В, кото-

рое может преобразовываться в датчике в двуполярное стабили-

зированное напряжения порядка ±2,5 В. Этого напряжения дос-

таточно для работы схем усилителя, а также управления диспле-

ем и выходным транзистором. На все эти функции, как правило,

потребляется ток менее 2 мА. Ситуация не изменяется, даже ес-

ли датчик вырабатывает более высокий выходной сигнал.

На верхнем пределе ток, потребляемый электроникой, немного

выше. Выходной транзистор приоткрывается (т.е. сопротивление

его перехода уменьшается) настолько, чтобы пропустить ток

18,1 мА; в результате по линии связи проходит полный ток

20 мА (рис. 8.2).

Рассматриваемая схема подключения датчика к контроллеру

называется токовой петлёй, широко используется в аппаратуре

для промышленных измерений и обладает рядом преимуществ.

Во-первых, токовая петля имеет низкое сопротивление, а следо-

вательно, более устойчива к помехам, чем линии связи с сигна-

лами напряжения. Кроме того, до определенного предела она не

чувствительна к изменению внутреннего сопротивления прово-

дов линии связи. Во-вторых, «нуль» токового контура 4...20 мА

отличается от «нуля сигнала работающего прибора», что позво-

ляет надежно распознать неисправность датчика, а также обрыв

линии связи.

113

Рис. 8.1. Схема подключения датчика по двухпроводной схеме

Электроника датчика распознаёт отказ прибора (например,

неисправность чувствительного элемента (сенсора)) и немедлен-

но устанавливает выходной сигнал, равный 3 мА. При обрыве

ток в линии отсутствует (0 мА). В обоих состояниях выходной

сигнал будет отличен от сигнала в режиме измерения, что позво-

ляет обнаружить неисправность (рис. 8.3). Диапазон 4...20 мА

имеет фиксированный верхний предел, поэтому ток, превышаю-

щий 20 мА, также не может интерпретироваться как измеритель-

ный сигнал. Это может служить указанием, что значение изме-

ряемого параметра превысило измерительный диапазон, или сви-

детельствовать о коротком замыкании, т.е. о неисправности. При

этом ток короткого замыкания должен ограничиваться до разум-

ного значения на стороне контроллера с помощью защитного

резистора (или плавкого предохранителя).

Если датчик откалиброван, то при отсутствии давления он

покажет «нуль». Чтобы амперметр показывал ток г

4 мА, выход-

ной транзистор должен «приоткрыться» и отобрать из линии

Рис. 8.2. Пределы тока датчика в измерительном режиме

114

8.2. ДАТЧИКИ ДЛЯ НЕВЗРЫВООПАСНОЙ ЗОНЫ

Рис. 8.3. Шкалы измеряемого сигнала и тока датчика.

Серым цветом выделен диапазон тока, интерпретируемого как измерительный

сигнал

Рис. 8.4. Подключение двухпроводного датчика 4...20 мА к контроллеру с пи-

танием датчиков по входным цепям

Если двухпроводный датчик работает с контроллером, в кото-

ром не предусмотрены клеммы для питания датчика, то его не-

обходимо подсоединить к внешнему источнику питания напря-

жением 24 В (или к аккумулятору). При этом положительный

полюс источника питания соединяется непосредственно с поло-

жительным полюсом питания датчика, а отрицательный полюс

источника питания соединяется с отрицательной входной клем-

мой входного сигнала 4...20 мА на контроллере (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Схема подключения двухпроводного датчика 4...20 мА к контроллеру

при внешнем источнике питания

8.3. ДАТЧИКИ ДЛЯ ВЗРЫВООПАСНОЙ ЗОНЫ.

БАРЬЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

На предприятиях газовой и нефтяной промышленности для

сопряжения контрольно-измерительного оборудования, разме-

щённого во взрывобезопасной зоне, с датчиками, установленны-

116

Рис. 8.7. Схема пассивного барьера безопасности

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УСТРОЙСТВА ИСКРОЗАЩИТЫ

Если (при неисправности) напряжение неискробезопасной

цепи становится слишком высоким (потенциал измеряется отно-

118

Рис. 8.8. Возможные схемы подключения аналоговых датчиков 4...20 мА к

контроллерам

сительно потенциала точки РА/РЕ), то стабилитроны, обычно

имеющие высокое сопротивление, начинают проводить и потреб-

ляют столь высокий ток, что плавкий предохранитель перегорает.

Таким образом, опасные высокие напряжения не могут переда-

ваться во взрывоопасную зону. При замыкании на массу во

взрывоопасной области максимальный ток ограничен токоогра-

ничивающим резистором во невзрывоопасной области и/или пе-

регорает плавкий предохранитель. Следовательно, опасно высо-

кие токи не могут передаваться во взрывоопасную область, т.е.

электропитание в искробезопасной цепи надежно ограничено.

Очевидно, что такой барьер безопасности должен быть серти-

фицирован и маркирован как прибор, обеспечивающий взрыво-

безопасность, например, [Ex ib]. Квадратные скобки указывают,

что барьер безопасности обеспечивает искробезопасность цепи

категории «ib», однако сам по себе не является взрывозащищен-

ным

прибором,

т.е.

барьер

следует

устанавливать

только

во

взрывобезопасной

области

(обычно

шкафу управления,

где

монтируется контроллер).

Возможные схемы подключения аналоговых датчиков

4...20 мА к контроллерам показаны на рис. 8.8.

8.4. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ДАТЧИКИ

Датчик, который содержит в своем составе микропроцессор-

ное устройство обработки информации, называют интеллекту-

альным датчиком.

На рис. 8.9 показана функциональная схема интеллектуально-

го датчика давления.

Сенсор - чувствительный элемент - преобразует давление в

напряжение. АЦП - аналого-цифровой преобразователь - преоб-

разует напряжение в код. МП - микропроцессор - осуществляет

обработку сигнала - вычисление значения вычисляемого пара-

метра, а также функции управления и линеаризации характери-

стики сенсора. Интерфейсные блоки служат для формирования

120

Рис. 8.9. Функциональная схема интеллектуального датчика давления