Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Технологические измерения и приборы

Подождите немного. Документ загружается.

431

При работе в режиме источника регулируемого напряжения пе-

реключатель В2 находится в положении ИРН, а переключатель В1 — на

отметке 0. Переносной потенциометр может быть использован и для поверки

сопротивления, имитирующего сопротивление линии. Для выполнения этого

рода работы переключатель В2 должен находиться на отметке точка (.).

Образцовые меры электрического сопротивления. В качестве мер

электрического сопротивления применяют измерительные катушки

сопротивлений и магазины сопротивлений классов точности 0,01—0,05. Они

широко используются при поверке логометров, автоматических электронных

мостов и нормирующих измерительных преобразователей, работающих в

комплекте с термопреобразователями сопротивления.

§ 15.6. Метрологическое обеспечение средств измерений расхода

Воспроизведение единиц расхода газов и жидкостей осуществляется

группой государственных эталонов, в основу работы которых положено

измерение объема или массы газа (жидкости) за определенный промежуток

времени.

Передача размера единицы от эталонов к рабочим средствам измерений

объемного или массового расходов газа (жидкости) осуществляется

образцовыми средствами измерений,

в состав которых входят

расходомерные установки и

образцовые расходомеры. Поверку

средств измерений расхода

осуществляют поэлементным

методом или методом

непосредственного сличения.

Поэлементный метод применяют при

поверке расходомеров переменного

перепада давления. В соответствии с

этим методом сужающее устройство

и дифманометр поверяют отдельно.

Метод непосредственного

сличения применяют при поверке

ротаметров, счетчиков газов и

счетчиков жидкостей. В процессе поверки осуществляют сличение показаний

поверяемых расходомеров с показаниями образцовой расходомерной установки

или образцовых расходомеров. Широкое распространение получили

расходомерные установки.

На рис. 15.10 приведена схема динамической расходомерной установки.

Рабочая жидкость насосом 1 закачивается в напорный

Рис. 15.10. Схема динамической расходомер-

ной установки

432

бак 4, в котором пневматической системой 2 (компрессор или баллон с

нейтральным газом) создается

определенное статическое дав-

ление, контролируемое

манометром 3. При поверке

рабочая жидкость выдавливается

из напорного бака через открытый

вентиль 5 в испытательный

участок 6, выход которого

подключен к мерному баку 7.

Последний снабжен датчиками

уровня 8 (в динамических объемных

установках) или установлен на

тензорезисторных преобразователях

массы (в динамических весовых установках). В динамических объемных

установках измеряют время, в течение которого рабочая жидкость заполняет

объем между двумя датчиками уровня, а затем определяют дискретные

значения расхода. В динамических весовых установках получают непрерывную

запись значений массы рабочей жидкости, заполняющей мерный бак, и

соответствующую запись времени, а затем определяют непрерывные значения

расхода. Относительная погрешность воспроизведения и измерения расхода —

не ниже 0,2—0,3%. Для поверки счетчиков промышленных жидкостей

непосредственно на технологических потоках, например на узлах учета,

широко применяют объемные трубопоршневые расходомерные установки

(рис. 15.11).

Трубопоршневая установка работает следующим образом. Через кран-

манипулятор 2 в калиброванный участок 4, изготовленный из стальной

бесшовной трубы, на внутреннюю полость которой нанесено специальное

стойкое покрытие, вводятся два шаровых разделителя. Шаровой разделитель 8

выполняет функцию запорного устройства и препятствует перетоку жидкости

из входного в выходной конец калиброванного участка 4, а шаровой

разделитель 7 — функцию шарового поршня, выталкивающего жидкость из

калиброванного участка 4 под действием напора рабочей жидкости. В момент

прохождения шарового поршня мимо электромеханического детектора 6

включается счетное устройство 5, измеряющее количество импульсов,

поступающих от датчика 1, преобразующих число оборотов вала поверяемого

счетчика в пропорциональное число электрических импульсов. При

прохождении шарового поршня мимо электромеханического детектора 3

счетное устройство выключается. Пройдя калиброванный участок, шаровой

поршень 7 попадает в кран-манипулятор, выталкивает в поток шар-клапан 8 и

занимает его положение. Далее цикл поверки повторяется. Объем V

жидкости,

отсчитанный по счетчику за один цикл поверки (один проход

Рис. 15.11. Схема мерной установки

433

шара-поршня по калиброванному участку), равен

= qn,

(15.2)

где q — объем жидкости, соответствующий одному импульсу; п - число

импульсов, отсчитанное счетчиком за время прохождения шаровым поршнем

расстояния между детекторами 6 и 3.

По сравнению с рассмотренными ранее поверочными установками

трубопоршневые расходомерные установки позволяют поверять счетчики

жидкостей в реальных эксплуатационных условиях на любых жидкостях.

Классы точности трубопоршневых расходомерных установок 0,02—0,05.

Поверка расходомеров газа осуществляется на трубопоршневых

расходомерных установках, принцип действия которых аналогичен

рассмотренному выше. Классы точности трубопоршневых расходомерных

установок, предназначенных для поверки расходомеров газа, 0,1—0,2.

§ 15.7. Метрологическое обеспечение средств измерений уровня

жидкости

В состав образцовых средств измерений уровня входят уровнемерные

установки и наборы образцовых уровнемеров. К числу образцовых

уровнемерных установок, используемых для поверки рабочих уровнемеров

промышленного применения, относятся установки с непосредственным

изменением уровня жидкости и установки с имитацией изменения уровня

жидкости.

Уровнемерная образцовая установка с непосредственным изменением

уровня. Установка предназначена для градуировки, метрологической

аттестации, испытаний и поверки уровнемеров всех типов. Установка (рис.

15.12) состоит из гидравлической и измерительной частей. Гидравлическая

часть содержит две измерительные трубы 6 и 7, которые заполняются водой.

При местном измерении уровня в измерительных трубах пользуются

уровнемерным стеклом 14, снабженным образцовой рулеткой 19 и отсчетным

микроскопом 16. Для дистанционного измерения уровня и автоматизации

процедур поверки в измерительных трубах предусмотрены электроконтактные

и ультразвуковые преобразователи уровня 9, подключенные к пульту

управления 15.

Установка работает следующим образом. Поверяемые уровнемеры

помещают в измерительные трубы и с пульта управления открывают клапан 4 и

одновременно включают насос 20, который подает жидкость в измерительные

трубы. Как только уровень жидкости доходит до предварительной отметки «—

50 мм», где находятся ультразвуковые преобразователи уровня, клапан 4 авто-

матически закрывается и открывается клапан 5 меньшего сечения. Уровень

жидкости доходит до преобразователей уровня, при срабатывании которых

автоматически устанавливается нулевая отмет-

434

ка. Устанавливая поверяемые отметки по ультразвуковым преобразователям

уровня жидкости, проводят поверку при прямом ходе, повышая уровень

жидкости. После достижения верхнего

предела измерений проводят

обратный ход поверки. При этом

жидкость сливают через клапан 2

(быстрое снижение уровня) и клапан 3

(медленное понижение уровня).

Пределы измерений установки 0—1;

0—2,5; 0—6; 0—12 м. При

дистанционном измерении

уровня абсолютная погрешность

измерения ± 1 мм, а при

местном измерении ±0,3 мм.

Уровнемерная образцовая

установка с имитацией изменения

уровня жидкости. Установка

предназначена для градуировки,

метрологической аттестации, испыта-

ний и поверки следящих

радиоизотопных, поплавковых

уровнемеров и ультразвуковых

уровнемеров с локацией через

газовую среду.

Установка состоит из двух частей:

имитирующей и измерительной.

Имитирующая часть содержит

подъемный механизм, на котором

установлена уровнемерная емкость. С

помощью подъемного механизма

осуществляют подъем и опускание

уровнемерной емкости, чем

имитируется изменение уровня

жидкости. Измерительная часть

установки содержит

фотоэлектрические преобразователи уровня, образцовую рулетку 2-го разряда,

отсчетный микроскоп и микропереключатели. С их помощью осуществляется

установка поверяемых отметок уровнемера.

Установка полностью автоматизирована и имеет местное, дистанционное и

автоматическое управление. Диапазоны измерений установки 0—2,5 и 0—14 м.

При дистанционном измерении уровня абсолютная погрешность измерения ±1

мм, а при местном ±0,3 мм.

Рис. 15.12. Схема уровнемерной

установки с непосредственным изменением

уровня:

1 — емкость для жидкости; 2—5 —

управляемые клапаны; 6, 7 —

измерительные трубы; 8 —

соединительная

трубка; 9 —

преобразователи уровня

жидкости 10 — вытеснитель; 11, 13 —

поверяемые уровнемеры 12 —

конусообразные переходные секции; 14 —

уровнемерная тру6a: 15 —

пульт управления;

16 — отсчетный микроскоп; 17 — стекла;

— полые трубки; 19 —

образцовая рулетка;

20 — насос

435

§ 15.8. Метрологическое обеспечение средств измерений физико-

химических свойств веществ

Основу метрологического обеспечения большинства средств измерений

физико-химических свойств веществ составляют стандартные образцы

физико-химического свойства и поверочные смеси, аттестованные органами

метрологических служб. Для некоторых средств измерений, рассматриваемых

далее, разработаны эталоны и образцовые средства измерений.

Воспроизведение единицы плотности жидкости (кг/м

) осуществляется

государственным первичным эталоном, в основу работы которого положено

измерение плотности эталонных жидкостей, имеющих плотности 650—2000

кг/м

, стеклянными пикнометрами или методом гидростатического

взвешивания. В качестве образцовых средств измерений применяются наборы

денситометров с диапазоном измерений 650—2000 кг/м

и основной

погрешностью ± 1 кг/м

; наборы денситометров с диапазоном измерений 650—

2000 кг/м

с основной абсолютной погрешностью ±0,3 кг/м

, а также наборы

стеклянных спиртометров с диапазоном измерений 0—100% и основными

погрешностями, лежащими в диапазоне

±(0,01—0,06)%.

Поверку автоматических плотномеров, к числу которых относятся

поплавковые, вибрационные, ультразвуковые и динамические, осуществляют в

статическом режиме, используя при этом наборы поверочных жидкостей,

аттестованных образцовыми денситометрами, гидростатическими весами или

пикнометрами.

Поверку весовых плотномеров проводят путем нагружения изме-

рительного преобразователя гирями, а гидростатических плотномеров —

измерением высоты гидростатического столба поверочной жидкости.

Воспроизведение единицы кинематической вязкости (м

/с) осуществляется

государственным первичным эталоном, в основу которого положено измерение

времени истечения эталонной жидкости (дистиллированной воды или

специальной жидкости с вязкостью, большей или меньшей, чем вязкость

дистиллированной воды) через стеклянный капилляр с висячим уровнем.

В качестве образцовых средств измерений применяют набор из девяти

образцовых капиллярных вискозиметров с диапазоном измерений (4·10

-7

—

3,5·10

-2

) м

/с и набор из четырех образцовых вискозиметров с диапазоном-

(1·10

—1·10

-2

) м

/с Относительные погрешности образцовых средств

измерений не превышают ±З×10

-1

Воспроизведение единицы количества теплоты (Дж) осуществляется

государственным первичным эталоном.

Передача размера единицы рабочим средствам измерений осуществляется

образцовыми калориметрами, относительная погрешность которых не

превышает ±0,2%.

436

§ 15.9. Метрологическое обеспечение средств измерений показателей

качества

В настоящее время существует более 50 видов показателей качества

продуктов нефтепереработки и нефтехимии, различающихся по физической

природе.

В большинстве случаев показатели качества — условные характеристики,

единицы измерения которых воспроизводятся строго в детерминированных по

конструкции средствах измерений и режимах их эксплуатации.

Отмеченные обстоятельства определили методы и средства обеспечения

единства измерений показателей качества. В настоящее время основным

средством поверки средств измерений показателей качества продуктов

нефтехимии и нефтепереработки являются стандартные образцы условных

характеристик нефти и нефтепродуктов и стандартизованные методы

испытаний нефти и нефтепродуктов.

Например, при поверке средств измерений фракционного состава в

качестве образцовых средств измерений применяют лабораторные установки,

реализующие стандартные методы определения фракционного состава.

Для поверки средств измерений некоторых условных характеристик

нефтепродуктов, к числу которых относится температура вспышки,

разработаны образцовые средства измерений. Образцовые средства измерений

температуры вспышки конструктивно аналогичны лабораторным средствам

измерений, но более тщательно выполнены. Это позволяет измерять

температуру вспышки с более высокой точностью. В диапазоне 20—110°С

среднеквадратическое отклонение составляет ±0,10°С, а в диапазоне 110—

300°С — ±0,22°С. Максимальная систематическая погрешность аттестованных

термометров, которыми оснащаются образцовые приборы в диапазоне 20—

110°С,— не более 0,25°С, а в диапазоне 110—300 С — не более 0,5°С.

§ 15.10. Метрологическое обеспечение средств измерений концентрации

и состава

Основу метрологического обеспечения средств измерений концентрации

газов — газоанализаторов — составляют смеси, стандартные образцы состава

(поверочные газовые смеси — смеси, аттестованные органами

метрологической службы), стандартизованные методики поверки и образцовые

газоанализаторы. В настоящее время широкое распространение получили

методы поверки газоанализаторов путем анализа поверочных газовых смесей и

методом физических эквивалентов газовых смесей.

При поверке по газовым смесям известного состава сличают показания

газоанализатора со значением концентрации анализируемого компонента в

поверочной газовой смеси.

При поверке методом физических эквивалентов вместо аттесто-

437

ванной газовой смеси используют имитатор — физический эквивалент того

или иного физико-химического свойства анализируемой газовой смеси. Для

приготовления поверочных газовых смесей применяют манометрические,

статические и динамические газосмесительные установки.

Манометрическая газосмесительная установка предназначена для

приготовления поверочных газовых смесей в диапазоне 0,1— 99%. Принцип

работы установки состоит в заполнении при постоянной температуре газового

баллона до давления Р

измеряемым газом, а затем до давления Р

газом-

разбавителем. При заполнении давление в газовом баллоне определяют по

показаниям образцового манометра. Концентрацию С измеряемого газа в

поверочной газовой смеси, заполняющей баллон, вычисляют по формуле

%100

= .

(15.3)

Погрешность приготовления поверочной газовой смеси ±(1—4)%.

Статическая газосмесительная установка предназначена для

приготовления поверочных газовых смесей на основе взрывоопасных

компонентов, например водород — воздух, метан — воздух и других, с

концентрацией измеряемого компонента в диапазоне 0,001—0,5%. Принцип

работы установки состоит в смешении при постоянной температуре Т

измеряемого газа объемом V

с газом-разбавителем объемом V

последующего определения концентрации С измеряемого газа в поверочной

газовой смеси, заполняющей объем V

+ V

%100

(15.4)

Погрешность приготовления поверочной газовой смеси ±(1—5)%.

Динамические газосмесительные установки предназначены для создания

микроконцентраций веществ в газах и подразделяются на реометрические и

диффузионные. Отличительной особенностью рассматриваемых установок

является формирование поверочной газовой смеси путем смешения потока

измеряемого газа расходом Q

с потоком газа-разбавителя расходом Q

, т. е.

формирование поверочной газовой смеси осуществляется в динамическом

режиме. В реометрических газосмесительных установках контроль за расходом

газовых потоков осуществляется по показаниям реометров — капиллярных

расходомеров. Концентрацию С измеряемого газа в поверочной газовой смеси

определяют по формуле

%100

= .

(15.5)

В диффузионных газосмесительных установках подачу измеряемого

вещества в поток газа-разбавителя осуществляют через диффузионный барьер.

Расход измеряемого вещества определяют путем

438

измерения объема, прошедшего через диффузионный барьер, измеряемого

вещества в паровой фазе за определенный интервал времени. Контроль за

расходом Q

газа-разбавителя осуществляется капиллярным расходомером.

Концентрацию измеряемого вещества в газе-разбавителе определяют по

формуле (15 5). Погрешность приготовления поверочной газовой смеси на

динамических газосмесительных установках ± (2—8) %.

Для приготовления поверочных газовых смесей, содержащих в качестве

измеряемого компонента влагу, применяют смесительные установки,

именуемые генераторами парогазовой смеси — гигростатами. Гигростаты

являются основным средством поверки влагомеров газов. Разработаны

гигростаты, основанные на принципах: двух температур, двух давлений и

смешения. Формирование газовой смеси заданной относительней влажности в

гигростате, основанном на принципе двух температур, достигается путем

увлажнения газа до давления насыщения Р при температуре t

. Далее

температуру увлажненного газа повышают до значения t

, при котором

давление насыщения паров становится равным Р

. В результате в рабочей

камере устанавливается относительная влажность φ = Р

/Р

. Вос-

производимость относительной влажности гигростатами этого типа ±(0,5-1)%.

В гигростатах, основанных на принципе двух давлений, газ насыщают

влагой при температуре t

и давлении Р

а затем давление увлажненного газа

уменьшают до значения Р

. При постоянной температуре t

уменьшение

давления Р

до значения Р

приводит к уменьшению влажности газа.

Гигростаты, основанные на принципе двух давлений, позволяют получать

парогазовые смеси с абсолютной влажностью 0,78—69 г/м

при относительной

погрешности ±(1-2)%.

В гигростате, основанном на принципе смешения, формирование газа

заданной влажности достигается путем смешения двух потоков газа, один из

которых увлажнен до насыщения, а другой предельно осушен. Путем

изменения соотношения расходов указанных потоков заданная влажность

достигается в пределах от 10 до 100% с абсолютной погрешностью ± (0,5—1)

Для поверки влагомеров газа с пределами измерений от 2·10

-8

до 2·10

-2

%об.

применяют диффузионные гигростаты, представляющие собой пористую

цилиндрическую трубку или мембрану, создающую диффузионный барьер. С

одной стороны барьер омывается водой, а с другой осушенным газом.

Количество диффундирующей влаги определяется температурой и

поверхностью диффузионного барьера. Относительная погрешность

поверочной газовой среды, формируемой диффузионным гигростатом, ± (2—5)

Основу метрологического обеспечения средств измерений концентраций

жидких сред кондуктометров, рН-метров и влагомеров нефти и

нефтепродуктов составляют образцовые средства измерений и стандартные

образцы состава.

Образцовые средства измерений, применяемые для передачи

439

размера единицы удельной электрической проводимости (См/м) рабочим

средствам измерений, подразделяют на два разряда.

Образцовые кондуктометры с пределами измерений от 0—10

-4

до 0—10

См/м и пределом допускаемой относительной погрешности ±(0,25—1)%

используют для поверки кондуктометрических анализаторов

общепромышленного применения с пределом допускаемой относительной

погрешности ±(0,5—6) %.

Основную погрешность кондуктометрических анализаторов определяют

комплектным или поэлементным методом.

При комплектном методе производят сличение показаний поверяемого

анализатора с показаниями образцового кондуктометра. В качестве рабочих

жидкостей используют поверочные растворы.

При поэлементном методе определяют основную погрешность

измерительного блока анализатора и постоянную первичного преобразователя.

Поверку проводят на поверочных установках с пределами измерений 0—10;

0—100; 0—10

-4

; 0—0,1 См/м.

Передача размера единицы рН от эталона рабочим средствам измерений

рН осуществляется образцовыми средствами, подразделяемыми на четыре

разряда, а также образцовыми средствами измерений массы, объема и ЭДС

постоянного тока. Поверку рН-метров проводят поэлементным или

комплектным методом. Поверка рН-метра поэлементным методом включает

раздельную поверку измерительного преобразователя и электродов.

Основную погрешность измерительного преобразователя определяют

методом сличения с показаниями образцового потенциометра.

Измерительные электроды поверяют по образцовым буферным

растворам, а поверку вспомогательных злектродов осуществляют методом

сличения с образцовыми электродами с помощью компаратора.

Поверку рН-метра комплектным методом проводят путем сличения

показаний рН-метра со значением рН-образцового буферного раствора.

Поверку рабочих средств измерений влажности нефти и нефтепродуктов

осуществляют образцовыми установками для воспроизведения образцовых

эмульсий со значением объемного влагосодержания от 0,05 до 60% с пределом

допускаемой приведенной погрешности ±(0,8—2)% и образцовыми средствами

измерений, заимствованными из других поверочных схем. К их числу относят-

ся меры тангенса угла потерь, меры емкости, а также образцовые жидкости с

диэлектрической проницаемостью от 2 до 6. Метрологическое обеспечение

средств измерений состава многокомпонентных веществ базируется на

образцовых средствах измерений времени, объема, массы, ЭДС и напряжения

постоянного тока, а также на поверочных смесях, аттестованных органами

метрологической службы, или стандартных образцах состава.

440

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной тенденцией в развитии автоматизации химико-технологических

процессов в настоящее время является применение АСУ ТП, осуществляющих

оптимизацию этих процессов.

В таких АСУ ТП требования к надежности и особенно к точности средств

измерений сильно возрастают. Последнее определяется следующими

обстоятельствами. Известно, что наиболее эффективным видом автоматизации

является автоматический контроль, позволяющий повышать экономическую

эффективность производства на несколько десятков процентов по сравнению с

неавтоматизированным производством. Применение АСР (см. Введение) редко

позволяет получить дополнительный эффект, составляющий более 10%.

Экономический эффект от применения АСУ ТП для оптимизации процессов

обычно не превышает 2—3%, а чаще составляет 1 %.

Для оценки этого эффекта необходимы измерительные устройства

соответствующей точности. Большинство же измерительных устройств и

систем, используемых для проведения технологических измерений, имеют

погрешность, равную или большую чем ±1% (см. гл. 4—13). Причем эту

погрешность в условиях технологического процесса невозможно устранить или

уменьшить.

Повышение точности измерительных устройств для решения задач

автоматизации управления технологическими процессами необходимо еще и

потому, что измерительные устройства, а именно датчики, устанавливаемые на

технологических процессах, как правило, используются при создании

математических моделей объектов управления (см. гл. 3). Без соответствующей

точности этих измерительных устройств сама оптимизация объектов

управления становится проблематичной. В связи с этим повышение точности

средств технологических измерений — одна из основных задач приборостро-

ения.

В то же время развитие и совершенствование технологии переработки

нефти и газа постоянно ставит перед создателями средств измерений новые и,

как правило, более сложные задачи. Особенно это касается контроля качества

сырья, промежуточных и конечных продуктов.

Усилия ученых и инженеров, работающих в области приборостроения,

направлены как на создание новых средств измерений, позволяющих решать

названные задачи, так и на совершенствование средств измерений,

обеспечивающих решение традиционных задач автоматического контроля.