Вихарев С.М. Лекции по ТСА
Подождите немного. Документ загружается.
рычагов и тяг перемещает заслонку пневмопреобразователя относительно
сопла. Давление из линии сопла поступает на выход прибора и в сильфон
обратной связи, который создает уравновешивающий момент.
Класс точности для уровнемеров: 1 и 1,5 - с верхним пределом измерения
уровня до 1 м; 1,5 - с верхним пределом измерения уровня от 1,6 м.
Уровнемеры поставляют с полированными буйками для измерения
уровня вязких сред, не обладающих адгезией с полированной поверхностью. В
зависимости от пределов измерения уровня буйки изготавливаются диаметром
от 6 до 140 мм и длиной от 20 до 16 000 мм. Буйки длиной более 1600 мм
состоят из секций.
Давление воздуха питания уровнемеров 0,14 МПа. Объемный расход
воздуха питания не превышает 3 л/мин. Рабочий диапазон изменений
выходного пневматического сигнала составляет 0,08 МПа. При изменении
уровня жидкости от нижнего до верхнего предела измерения выходной сигнал
меняется от 0,02 до 0,1 МПа. Уровнемеры обеспечивают передачу выходного
сигнала по пневматической линии связи внутренним диаметром 6 мм длиной от
3 до 300 м.
Уровнемеры акустические
Уровнемеры акустические ЭХО-3 предназначены для бесконтактного
автоматического дистанционного измерения уровня жидких сред, в том числе
вязких, налипающих, неоднородных, выпадающих в осадок и взрывоопасных, а
также сыпучих и кусковых материалов с диаметром гранул от 2 до 200 мм.
Уровнемеры предназначены для применения в различных отраслях
промышленности при управлении и регулировании технологических
процессов. Уровнемеры выпускаются в обыкновенном (ЭХО-3) и
взрывозащищенном исполнении (ЭХО-З-В).
Принцип действия акустического уровнемера основан на локации уровня
звуковыми импульсами, проходящими через газовую среду, находящуюся над
контролируемой жидкостью, и явлении отражения этих импульсов от границы
раздела газ - контролируемая среда. Мерой уровня является время
распространения звуковых колебаний от источника излучения до
контролируемой границы раздела сред и обратно до приемника.
Уровнемер состоит из акустического преобразователя (АП) и
преобразователя передающего измерительного (ППИ-3). Акустический
преобразователь предназначен для преобразования подводимых к нему
электрических импульсов в акустические и преобразования отраженных
импульсов от поверхности контролируемого материала обратно в
электрические. Основой АП является пьезокерамический диск, работающий в
режиме электроакустического источника колебаний. ППИ-3 предназначен для
измерения преобразования времени запаздывания отраженного импульса
относительно посланного зондирующего в выходной унифицированный сигнал
постоянного тока 0-5, 0-20 или 4-20 мА. Преобразователь ППИ-3 имеет
обыкновенное исполнение и исполнение с искробезопасным входом и должен
устанавливаться вне взрывоопасных зон помещений и наружных установок.
В зависимости от условий эксплуатации и исполнения АП имеют пять
различных модификаций: АП-3 для жидкостей и сыпучих материалов; АП-4
для сыпучих и кусковых сред непищевой промышленности; АП-5В, АП-6В для
взрывоопасных сред; АП-7 для сильнопенящихся жидкостей, Преобразователи
АП-5В и АП-6В имеют взрывобезопасный уровень взрывозащиты и могут
устанавливаться во взрывоопасных зонах помещений всех классов и наружных
установок.
Уровнемеры ультразвуковые
Уровнемеры РУМБ предназначены для дистанционного автоматического
измерения уровня жидких сред - нефтепродуктов, сжиженных газов и пр., в том
числе высоковязких и коагулирующих, в нефтеперерабатывающей и
нефтехимической промышленности.
Принцип действия уровнемера основан на обратном магнито-упругом
эффекте: упругая деформация, вызванная ультразвуковой волной, изменяет
магнитную проницаемость стержня, которая, в свою очередь (при наличии
подмагничивающего поля), изменяет магнитный поток через приемную
катушку. Измерение уровня сводится к измерению времени между моментами
прохождения фронта, ультразвуковой волны в стержне около поплавка и
опорной точки отсчета.
Уровнемер включает в себя три преобразователя: первичный,
промежуточный и передающий. В первичном преобразователе формируется
интервал времени в виде электрического импульса, длительность которого
пропорциональна значению измеряемого уровня и обратно пропорциональна
скорости ультразвуковой волны в стержне. В преобразователе промежуточном
производится измерение интервала времени и преобразование его в значение
измеряемого уровня в виде числоимпульсного кода. Преобразователь
передающий преобразует числоимпульсный код в десятичный и индицирует
его на цифровом табло. В преобразователе передающем размещен также блок
питания.
Уровнемеры радиоизотопные
Радиоизотопный следящий уровнемер УР-8М предназначен для
непрерывного автоматического дистанционного измерения и регистрации
уровня жидких сред в закрытых или открытых резервуарах, а также для подачи
унифицированного пневматического сигнала.
Уровнемер имеет обыкновенное УР-8М «Н» и взрывозащищенное УР-8М
«Б» исполнения. В варианте УР-8М «В» электромеханический блок обладает
специальной системой взрывозащиты, которая поддерживает внутри блока
избыточное давление азота 0,02 МПа по отношению к атмосферному. Блок
можно устанавливать во взрывоопасных зонах помещений всех классов и
наружных установках, в которых по условиям работы возможно образование
взрывоопасных смесей газов или паров с воздухом с температурой
воспламенения 135 °С. Остальные блоки уровнемера устанавливаются вне
взрывоопасного помещения. В уровнемере, имеющем обыкновенное
исполнение, все блоки должны устанавливаться вне взрывоопасного
помещения. Уровнемер позволяет автоматизировать технологические процессы
в различных отраслях промышленности. В уровнемере применен источник
гамма-излучения цезий 137.
Основные конструктивные узлы уровнемера: электромеханический блок
с блоком детектирования и источником излучения, блок управления,
вторичный прибор. Электромеханический блок имеет исполнение по
защищенности от вибрации обыкновенное, а по защищенности от воздействия
внешней среды герметичное.
Диапазон измерения уровня: 0-2; 0-4; 0-6; 0-8; 0-10 м. Основная
погрешность измерения не более ±10 мм. Скорость слежения за изменением
уровня не менее 300 мм/мин. Максимальное давление измеряемой среды 25
МПа. Диапазон изменения выходного сигнала воздуха 0,02-0,1 МПа; давление
воздуха для питания пневматического устройства автоматического потенцио-
метра 0,14 МПа.
Уровнемеры емкостные.
Уровнемеры РУС предназначены для измерения уровня электро- и
неэлектропроводных жидкостей, включая криогенные жидкости, а также
агрессивные и взрывоопасные, сохраняющие свои агрегатные состояния в
интервале рабочих температур и давлений. Уровнемеры применяют в системах
контроля, регулирования и управления производственными процессами в
различных отраслях промышленности. Уровнемеры выпускают обыкновенного
РУС-0 и взрывозащищенного РУС-В исполнений. В состав уровнемеров
входят: первичный преобразователь ПП и передающий измерительный
преобразователь ПИ. Первичные преобразователи ПП-0 и передающие
измерительные преобразователи ПИ-0 уровнемеров обыкновенного
(невзрывозащищенного) исполнения предназначены для работы только в
помещениях и наружных установках, в которых по условиям работы не
образуются взрывоопасные смеси паров и газов с воздухом. Преобразователь
ПП-В уровнемеров взрывозащищенного исполнения предназначен для
установки во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок.
Преобразователь ПИ-В уровнемеров взрывозащищенного исполнения с
выходными искробезопасными цепями предназначен для установки вне
взрывоопасных зон.
Первичные преобразователи устанавливают на резервуарах с
контролируемой средой, а преобразователи передающие измерительные на
щитах, пультах управления, кронштейнах.
Работа уровнемера основана на емкостно-импульсном методе измерения
уровня, использующем переходные процессы, протекающие в цепи емкостного
датчика, периодически подключаемого к источнику постоянного напряжения.
Классы точности уровнемеров зависят от верхних пределов измерения.
Уровнемеры дифманометрические
Для измерения уровня жидкостей, находящихся под атмосферным,
избыточным или вакуумметрическим давлением, используют манометры
дифференциальные; сильфонные ДСП и ДСС, мембранные электрические
ДМЭУ-МИ, преобразователи измерительные разности давления
пневматические 13ДД11, преобразователи гидростатического давления
«Сапфир-22ДГ» и разности давлений «Сапфир-22ДД», «Сапфир-22ДД-Ех».
36. Датчики давления.
Приборы для измерения давления и разности давлений называются
манометрами. Они подразделяются на барометры, манометры избыточного
давления, вакуумметры и манометры абсолютного давления. Манометры,
предназначенные для измерения давления или разрежения в диапазоне до 40
кПа, называются напоромерами и тягомерами. Тягонапоромеры имеют
двустороннюю шкалу с пределами измерения до ±20 кПа. Дифференциальные
манометры применяют для измерения разности давлений. В зависимости от
принципа, используемого для преобразования силового воздействия давления на
чувствительный элемент в показания или пропорциональные изменения другой
физической величины, наиболее часто применяемые средства измерения давле-
ния подразделяются на жидкостные, деформационные, электрические,
ионизационные и грузопоршневые.
В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений
уравновешивается давлением столба жидкости. В приборах используют
принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости
совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое
положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается
гидростатическим давлением столба жидкости в другом.
В деформационных манометрах используется зависимость деформации
чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого
давления. Пропорциональная последнему деформация или сила преобразуется
в показания или соответствующие изменения выходного сигнала. В
соответствии с используемым чувствительным элементом деформационные
манометры подразделяют на трубчато-пружинные, сильфонные и
мембранные.
К электрическим приборам для измерения давления относятся манометры
с тензопреобразователями и пьезоэлектрические. Чувствительным элементом
манометров с тензопреобразователями является мембрана, на которой
размещены проволочные, фольговые или полупроводниковые резисторы. При
деформации мембраны под действием контролируемого давления
сопротивление резисторов меняется. Принцип действия пьезоэлектрических ма-
нометров основан на пьезоэлектрическом эффекте, сущность которого
заключается в возникновении электрических зарядов на поверхности сжатой
кварцевой пластины, вырезанной перпендикулярно к электрической оси
кристаллов кварца.
Для измерения давления в диапазоне от 10
-1
до 10
-3
Па используют
ионизационные манометры, основным элементом которых является стеклянная
манометрическая лампа. Принцип действия приборов заключается в том, что
эжектируемые раскаленным катодом электроны ускоряются положительным
напряжением, приложенным между анодом и катодом, и при своем движении
ионизируют молекулы разреженного газа. Положительные ионы попадают на
отрицательно заряженный коллектор; при постоянстве анодного напряжения и
электронной эмиссии величина коллекторного тока зависит от измеряемого
давления.
В грузопоршневых манометрах измеряемое давление уравновешивается
силой тяжести неуплотненного поршня с грузами. Манометры используют в
качестве образцовых средств воспроизведения единицы давления в диапазоне от
10
-1
до 10
13
Па, а также для Точных измерений давления в лабораторной
практике.
37. Датчики температуры.
В автоматических системах измерение и контроль температуры
осуществляют на основе измерения физических свойств тел, функционально
связанных с температурой последних. Приборы для измерения и контроля
температуры по принципу действия могут быть разделены на следующие
группы:
Термометры для измерения температуры контактным методом.
1. Термометры расширения, измеряющие температуру по тепловому
расширению жидкости (жидкостные) или твердых тел
(дилатометрические, биметаллические).
2. Манометрические термометры и преобразователи, использующие
зависимость между температурой и давлением газа (газовые) или
насыщенных паров жидкости (конденсационные).
3. Термоэлектрические преобразователи (ТП), работающие в
комплекте со вторичными приборами или измерительными
преобразователями; принцип действия основан на измерении
термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), развиваемой
термопарой (спаем) из двух различных проводников (термоЭДС
зависит от разности температур спая и свободных концов ТП,
присоединяемых к измерительной схеме).
4. Термопреобразователи сопротивления (ТС), работающие в
комплекте со вторичными приборами или измерительными
преобразователями различного типа; используют изменение
электрического сопротивления материалов (металлов,
полупроводников) в зависимости от изменения температуры.
Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом.
1. Яркостные пирометры, измеряющие температуру по яркости
нагретого тела на данной длине волны.
2. Радиационные пирометры для измерения температуры по
тепловому действию лучеиспускания накаленного тела во всем
спектре длин волн.
Термометры технические стеклянные жидкостные
Жидкостные технические термометры расширения применяют.» для
измерения температур в пределах от - 35 до +500 °С. В зависимости от формы
нижней части они подразделяются на прямые (тип П) и угловые (тип У) с углом
90°.
Термометры технические стеклянные жидкостные типа ТТЖ
прямые и угловые имеют нумерацию от 1 до 5, что соответствует следующим
пределам измерения: 0-50; (-35)-(+50); 0-100; 0-150 и 0-200 °С. Цена деления у
приборов № 1 равна 1 °С, у остальных -2 °С. Длина верхней части прибора типа
ТТЖ составляет 230+10 или 150+10 мм. Длину нижней части прямых
термометров выбирают из ряда от 66 до 403 мм.
Манометрические термометры
Изменение температуры контролируемой среды воспринимается
заполнителем термосистемы через термобаллон и преобразуется в изменение
давления (объема). Это изменение по соединительному капилляру передается
упругому чувствительному элементу, представляющему собой одновитковую
манометрическую пружину пережатого сечения. Один конец пружины
связанный с капилляром, жестко закреплен в держателе, а другой –
герметизирован и свободно перемещается под действием избыточного
давления (объема). Движение свободного конца пружины через передаточный
механизм преобразуется в перемещение стрелки прибора относительно шкалы.
Компенсация погрешности термометра при изменении температуры
окружающей среды осуществляется термобиметаллом .
Если термосистема манометрического термометра заполнена азотом,
гелием или. аргоном, то приборы называются газовыми; жидкостные приборы
заполняются кремний органической полиметилсилоксановой жидкостью ПМС-
5 по ГОСТ 13032—77*.
Термометры с системами, заполненными низкокипящими жидкостями
(фреоном, хлористым метилом, ацетоном, этилбензолом), пары, которых при
измеряемой температуре частично заполняют термобаллон, называются
конденсационными (паровыми). Шкалы манометрических газовых и
жидкостных термометров равномерные; конденсационных манометрических -
неравномерные (сжатые на первой трети шкалы).
Термометры показывающие
Термометры показывающие газовые типа ТГП-100 и конденсационные
типа ТКП-100 предназначены для измерения температуры в стационарных
промышленных условиях. Приборы устанавливают на панели щита или на
стене.
Термометры показывающие сигнализирующие газовые типа ТГП-100Эк
и конденсационные типа ТКП-100Эк предназначены для показания и
сигнализации отклонения температуры в технологических агрегатах,
установленных в обыкновенных помещениях. Электроконтактное устройство
приборов состоит из двух передвижных («мало» и «много») контактов,
устанавливаемых на требуемые деления шкалы, и подвижного контакта, гибко
связанного с измерительной системой термометра. Приборы монтируют на
панели щита.
Термометр манометрический конденсационный типа ТКП-160Сг
предназначен для измерения показания и сигнализации температуры различных
технологических агрегатов. Термобаллон рассчитан на давление до 1,6 МПа.
Прибор оснащен двумя микро-выключателями для сигнализации крайних
значений. Прибор устанавливают в вырезе панели щита или на стене.
Показывающие термометры типа ТПП2-В служат для измерения и
показания температуры воды, масла на вибрирующих и подвижных установках;
они выдерживают вибрационную нагрузку с ускорением 15 м/с
2
для указателя и
40 м/с
2
для термобаллона при частотах 5-80 Гц. Прибор необходим для
щитового монтажа.
Термометры самопишущие и измерительные преобразователи
температуры.
Принципиальная схема самопишущих манометрических термометров
типов ТГС и ТЖС (ТГ2С и ТЖ2С) отличается тем, что передаточный механизм
воздействует на записывающее перо (перья). В приборах типов ТГ- ... Р и
ТЖ- ... Р передающий механизм, кроме того, воздействует на пневматическое
изодромное регулирующее устройство. Температуру записывают на дисковой
диаграмме. Привод диаграммы может быть от синхронного микродвигателя (в
этом случае к типу прибора добавляется индекс 711) или от часового механизма
с восьмисуточным заводом (индекс 712). Приборы типов ТГ2С, ТЖ2С
осуществляют запись двух температур на 100%-ной равномерной диаграмме
независимо от пределов измерения; они могут быть изготовлены в любом
сочетании по пределам измерения и; длинам капилляра. Монтаж щитовой или
настенный.
Измерительные преобразователи температуры типа 13ТД73
являются бесшкальными приборами, которые преобразуют измеряемую
температуру в унифицированный пневматический сигнал. В приборах типа
13ТД73 чувствительный элемент газовой термосистемы выполнен в виде
сильфона. Усилие последнего компенсируется пневматическим
преобразователем. Прибор монтируется на вертикальной плоскости,
конструкция крепления также предусматривает возможность крепления на
вертикальной или горизонтальной трубе диаметром 40-60 мм.
Преобразователи термоэлектрические.
Термоэлектрические преобразователи (ТП) с металлическими
электродами предназначены для измерения температуры в комплекте с
милливольтметрами, автоматическими потенциометрами, измерительными
преобразователями и устройствами связи с объектом УВМ.
Чувствительный элемент представляет собой два термоэлектрода,
сваренных между собой на рабочем конце в термопару (рабочий спай) и
изолированных по всей длине при помощи керамической трубки.
Изолированный чувствительный элемент помещается в защитную арматуру, в
комплект которой входит водозащищенная головка с колодкой зажимов.
Двойные ТП имеют два электрически изолированных чувствительных
элемента. Рабочий спай может быть изолирован или соединен с защитной
арматурой.
38. Регуляторы прямого действия.
Промышленность серийно выпускает регуляторы прямого действия для
регулирования температуры, давления и уровня. В качестве примера
рассмотрим регулятор температуры прямого действия типа РПД. Он
предназначен для регулирования температуры в различных объектах и
устанавливается вблизи от них на трубопроводе, по которому в объект подается
теплоноситель или хладагент. Он состоит из термобаллона, капилляра и
сильфона. При увеличении температуры среды, в которой находится
термобаллон, возрастает давление вещества, заполняющего термометрическую
систему, что вызывает сжатие сильфона. Перемещение дна сильфона
передается штоком золотнику, который изменяет проходное сечение
регулирующего клапана. Если клапан установлен на трубопроводе подачи
теплоносителя, то при перемещении золотника вниз проходное сечение клапана
уменьшается (прямой клапан).
Если же через клапан проходит хладагент, то при перемещении золотника
вниз проходное сечение клапана возрастает (обратный клапан).
Регуляторы прямого действия дешевы, просты по конструкции, надежны
в эксплуатации и не требуют для своего обслуживания персонала высокой
квалификации, однако область их применения ограничена простейшими
объектами регулирования с благоприятными динамическими свойствами.
Гораздо шире область применения регуляторов непрямого действия,
которые обеспечивают более высокое качество регулирования и могут быть
использованы в сложных САР.
В химической промышленности преимущественное распространение
получили электрические и пневматические регуляторы непрямого действия.
39. Датчики-реле температуры.
Для контроля, сигнализации и регулирования температуры твердых,
жидких и газообразных сред путем непосредственного контакта с измеряемой
средой или через разделительную среду предназначены датчики-реле
температуры электрические. Они выпускаются в виде сигнализаторов
температуры, терморегуляторов и термореле.
В зависимости от принципа действия датчики-реле температуры
подразделяются на ртутные, манометрические, биметаллические,
дилатометрические, терморезисторные и работающие с
термопреобразователями сопротивления.
Датчики-реле имеют разное конструктивное исполнение в зависимости от
принципа действия и назначения и рассчитаны на работу в помещениях с
нормальной и взрывоопасной средой.
Ртутные датчики-реле температуры
Датчики-реле выпускаются в виде шкальных и бесшкальных стеклянных
приборов. Их действие основано на тепловом расширении ртути, обладающей
электропроводностью, в замкнутом объеме, в результате чего происходит
замыкание или размыкание встроенных в капилляр контактов. В зависимости
от исполнения датчики могут быть прямые и угловые, изогнутые под углом 90°.
Все датчики имеют один соединительный контакт и один или несколько
рабочих контактов.
Манометрические датчики-реле температуры
Для сигнализации и позиционного регулирования температуры жидких и
газообразных сред с давлением до 6,4 МПа предназначены манометрические
датчики-реле температуры. Принцип действия датчиков основан на
использовании зависимости давления рабочего вещества в герметически
замкнутой термочувствительной системе от температуры контролируемой
среды. Термочувствительная система состоит из термобаллона,
соединительного капилляра, камеры со встроенным чувствительным элементом
- сильфоном и заполняется рабочим веществом, в качестве которого
используется азот, аргон, пропиловый спирт, фреон и другие термометрические
наполнители. Датчики имеют разное конструктивное исполнение, но сходный
принцип действия.
Дилатометрические и биметаллические датчики-реле температуры
Принцип действия дилатометрических и биметаллических датчиков реле
температуры основан на изменении линейных размеров твердых тел при
изменении температуры нагрева. Чувствительный элемент дилатометрических
датчиков состоит из трубки, изготовленной из латуни, имеющей большой
коэффициент линейного расширения, и находящегося внутри трубки стержня,
изготовленного из инвара, имеющего малый коэффициент линейного расши-
рения. Для измерения температуры чувствительный элемент погружается в
контролируемую среду. При повышении температуры трубка удлиняется, что
приводит к перемещению находящегося под действием пружины растяжения
стержня, который связан с контактным устройством. Датчики-реле имеют
различное конструктивное исполнение, но сходный принцип действия.
Датчики-реле температуры, работающие с термопреобразователями
сопротивления и терморезисторами
Принцип действия датчиков-реле температуры, работающих с
термопреобразователями сопротивления, основан на мостовом методе
измерения сопротивления. Термопреобразователь сопротивления и реостат,
отградуированный в градусах Цельсия, включаются в смежные плечи моста.
Остальные плечи моста содержат постоянные резисторы. В одну диагональ
измерительного моста введен фазочувствительный усилитель. При
соответствии измеряемой температуры заданной входное напряжение на
усилителе равно нулю. При отклонении температуры от заданной нарушается
баланс мостовой схемы и на вход усилителя поступает напряжение разбаланса
определенной величины и фазы, которое усиливается до значения,
достаточного для срабатывания выходного реле. В другую диагональ моста
включается источник питания и переменный резистор, с помощью которого
устанавливается зона срабатывания реле относительно температуры уставки
или зона нечувствительности.
40. Датчики-реле давления.
Для контроля, сигнализации и двухпозиционного регулирования
вакуумметрического и избыточного давления жидких и газообразных сред
путем включения и выключения электрической цепи при выходе
контролируемого параметра за пределы установленной зоны предназначены
датчики-реле давления электрические. Принцип действия приборов основан на
уравновешивании силы, создаваемой давлением или разрежением контролируе-
мой среды на чувствительном элементе, силой упругой деформации винтовой
пружины. Перемещение штока, связанного с чувствительным элементом, при
отклонении контролируемого параметра за заданные пределы передается на
кнопку микропереключателя. Узел настройки уставок включает в себя
пружину, шкалу с указателем и винт настройки.
Контролируемая среда должна быть неагрессивна к алюминиевому
сплаву АЛ-9 и маслостойкой резине. Основная погрешность не более 1 %.
Датчики-реле имеют зону возврата, направленную в сторону понижения
давления относительно уставки, величина зоны возврата не более 10 % от
верхнего предела уставки. Приборы рассчитаны на работу при температуре
окружающего воздуха от -30 до +50 °С и относительной влажности до 95 %.
Чувствительный элемент–сильфон.
41.Датчики-реле уровня.
Для контроля уровня жидких и сыпучих сред, уровня раздела жидкостей и
подачи через контактные устройства сигналов в системы автоматизации
различных технологических установок и процессов предназначены датчики-
реле уровня. По принципу действия они разделяются на поплавковые,
мембранные, емкостные, индуктивные и радиоизотопные, фотоэлектрические,
механические, а также основанные на принципе проводимости.
В зависимости от условий эксплуатации датчики-реле выпускаются для
работы в помещениях с нормальной или взрывоопасной средой.
Поплавковые датчики-реле уровня