Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы управления химико-технологическими процессами. Учебно-методическое пособие
.pdf
Преобразователь давления IS-3 выпускается с диапазонами измерения до 6000 бар и подходит для применения в различных отраслях
как в общем машиностроении, так и в установках высокого давления.
Применение: химическая, нефтеперерабатывающая отрасли промышленности, нефть, природный газ, машиностроение.
Двухпроводное подключение датчика.
Диапазон измерений от 0–0,1 до 0–6 000 бар.
Разрешено к использованию в опасных зонах по ATEX и IECEx.
Степень защиты: IP65.
Вопросы для контроля по материалу седьмой главы
1. Дайте определение понятию «давление».
2. Какие бывают единицы измерения давления?
3. Перечислите основные виды давления.
4. Приведите классификацию приборов по виду и величине давления.
5. Приведите классификацию по принципу действия и роду измеряемой
величины.
6. В чем состоит принцип действия мембранных манометров?
7. В чем состоит принцип действия сильфонных манометров?
8. В чем состоит принцип действия манометров сопротивления?
9. В чем состоит принцип действия пьезоэлектрических манометров?
10. В чем состоит принцип действия теплопроводных манометров?
11. В чем состоит принцип действия пьезорезистивных датчиков давления?
12. В чем состоит принцип действия емкостных датчиков давления?
101
8. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
В любой системе регулирования технологических параметров
присутствует исполнительное устройство, непосредственно воздействующее на объект управления.
Исполнительное устройство – это устройство, которое предназначено для воздействия на объект путем изменения расхода проходящей через него технологической среды.
В системах управления исполнительные устройства устанавливают на технологических трубопроводах.
Исполнительные устройства состоят из исполнительного механизма и регулирующего органа. Исполнительный механизм воспринимает командные сигналы регулятора и развивает перестановочное
усилие, вызывающее перемещение его регулирующего органа, который непосредственно воздействует на технологический процесс.
8.1. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Исполнительные механизмы подразделяются на:
электрические, в которых для управления используется элек-
трическая энергия;
пневматические, в которых перестановочное усилие создается
за счет действия давления сжатого воздуха на мембрану, поршень
или лопасть;
гидравлические, в которых используется энергия жидкости,
находящейся под давлением.
Электрические исполнительные механизмы подразделяются
на электродвигательные и электромагнитные (соленоидные).
В пневматических ИМ различают мембранные, поршневые и лопастные исполнительные механизмы.
8.2. РЕГУЛЯТОРЫ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ
Регуляторами прямого действия называются устройства, которые
осуществляют регулирование рабочих параметров среды, используя
при этом энергию самой регулируемой среды. То есть для работы таких устройств не требуются никакие источники энергии.
102
Рассмотрим работу регулятора давления прямого действия. В состоянии равновесия, когда давление после регулятора равно заданному значению, все элементы регулятора неподвижны. При изменении
давления, например его увеличении вследствие уменьшения расхода
на выходе, мембрана перемещается вверх и перемещает с помощью
штока регулирующий орган, который уменьшает подачу воздуха. После достижения давления заданному значению мембрана вновь опускается, приоткрывая подачу воздуха.
Таким образом, изменением давления на контролируемом участке регулятор давления изменяет степень открытия затвора в сторону,
необходимую для восстановления исходного давления. Настройка
необходимого значения выходного давления осуществляется вручную, в процессе эксплуатации.
Регуляторы расхода прямого действия по принципу действия
аналогичны регуляторам давления. Отличия заключаются в том, что
вместо давления на мембрану воздействует перепад давлений
на сужающем устройстве, являющимся первичным измерительным
преобразователем расхода воздуха, газа, пара или жидкости.
Регуляторы температуры прямого действия в качестве первичного
измерительного преобразователя, как правило, содержат термометрическую систему, состоящую из термобаллона, капилляра и сильфона.
При изменении температуры в объекте изменяется температура, объем
и давление заполняющего термобаллон вещества. Через капилляр давление передается в сильфон, который посредством штока перемещает
регулирующий орган, изменяя подачу теплоносителя.
Отличительной особенностью этих регуляторов является инерционность термосистемы, определяемая теплоемкостью термобаллона и
тепловыми сопротивлениями, в результате чего постоянная времени
регулятора составляет порядка 40 с.
В регуляторах уровня прямого действия датчиком положения
уровня служит обычно поплавок в виде полого шара или цилиндра,
соединенный рычажной передачей с затвором клапана или крана.
При подъеме или опускании уровня за установленные пределы, подъ-
103
емная сила, создаваемая поплавком при поступлении в сосуд жидкости, или его масса при опускании уровня при помощи рычажной передачи перемещает затвор клапана (крана), и рабочий орган исполнительного устройства открывается или закрывается в зависимости от
принципа работы регулятора уровня. Могут применяться и регуляторы уровня безрычажной передачи. В этом случае затвор клапана соединяется с поплавком при помощи штока.
Вопросы для контроля по материалу восьмой главы
1. Дайте определение понятию «исполнительный механизм».
2. Из каких исполнительных механизмов и регулирующих органов могут
состоять исполнительные устройства?
3. Какие механизмы часто используют в пневматических исполнительных
механизмах?
4. Какие механизмы часто используют в качестве регулирующих органов?
5. Виды электрических исполнительных механизмов.
6. Виды электрических исполнительных механизмов по принципу действия.
104
9. АНАЛИЗАТОРЫ СОСТАВА И СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВА
9.1. АНАЛИЗАТОРЫ СОСТАВА ГАЗОВ
Газоаналитические приборы широко применяются в различных
процессах нефтегазового производства. Данные первичные измерительные преобразователи предназначены для измерения и контроля
токсичных и взрывоопасных веществ в воздухе производственных
помещений.
Часто газовые смеси, которые анализируются, имеют в своем составе множество различных компонентов. В зависимости от их содержания данные смеси делятся на:
бинарные – газовые смеси, состоящие из двух газов;
многокомпонентные – газовые смеси, состоящие из трех и бо-
лее компонентов;
псевдобинарные – многокомпонентные смеси, в которых опре-
деляемый компонент по измеряемому физическому или физикохимическому свойству резко отличается от неопределяемых компонентов.
Основная часть современных выпускаемых автоматических анализаторов ориентирована на определение состава и свойств бинарных
и псевдобинарных смесей.
Существует качественный и количественный анализ состава.
Качественный анализ направлен на получение информации о том,
какие компоненты входят в смесь, а количественный – на количественное содержание каждого компонента, т.е. концентрации.
Простейшая принципиальная схема газоанализатора для измерения содержания газа в смеси представляет собой электрический мост
(рис. 9.1).
Плечи моста выполнены из платиновой проволоки, по которой
пропускают электрический ток. Плечевые элементы £ (сравнительные камеры) помещены в камеры с воздухом, а плечевые элементы 1
(измерительные камеры) обдуваются анализируемой смесью. При
105
наличии в составе смеси компонента, обладающею высокой теплопроводностью, теплопередача в измерительных камерах возрастает, и
температура измерительных элементов 1 снижается, а значит, сопротивление элементов 1 уменьшается и мост разбалансируется. Ток
в диагонали моста измеряется вторичным прибором 5, будет пропорционален содержанию измеряемого компонента.
Рис. 9.1. Принципиальная схема газоанализатора:
1 – измерительные камеры, 2 – сравнительные камеры,
3, 4 – устройство для регулировки рабочего тока, 5 – вторичный прибор
Интеллектуальный датчик концентрации Гарант LTX, модель
311, пределы измерений: 0–999ppm, класс точности 0,1, тип – микро-
процессорный, диапазон рабочей температуры: −20 … + 50 ℃.
Принцип действия электрохимического датчика заключается
в том, что выходной ток пропорционален концентрации измеряемого
газа (CO, NO и т.д.) (рис. 9.2).
106
Рис. 9.2. Принципиальная схема датчика концентрации:
1 – рабочий электрод, 2 – капиллярный барьер (фильтр), 3 – счетный электрод,
4 – выводы датчика, 5 – электролит, 6 – сепаратор, 7 – токовые электроды
Типовой электрохимический сенсор состоит из корпуса и набора
электродов, помещенных в жидкий электролит. Газ, проникая через
капиллярный барьер (и фильтр), попадает на рабочий электрод. Рабочий электрод изготавливается из каталитического металла, который
обеспечивает возникновение химического взаимодействия между газом и электролитом. Для каждого вида газа используется тип каталитического материала. Электроны, появляющиеся в результате электрохимической реакции, обеспечивают протекание тока между рабочим и счетным электродами. При этом величина тока оказывается
пропорциональна концентрации газа.
Хроматографы
Газовые хроматографы
Сущность хроматографии заключается в разделении многокомпонентной смеси на отдельные компоненты при ее движении через
неподвижную фазу. Эта фаза называется сорбентом и располагается
в хроматографической колонке.
Анализируемая проба транспортируется через слой сорбента подвижной фазой – вспомогательным газом, который называется газомносителем. Каждый компонент анализируемой смеси обладает инди-
107
видуальной сорбируемостью. Чем больше сорбируемость молекул
данного компонента, тем больше их торможение, и наоборот. В связи
с этим отдельные компоненты смеси продвигаются по колонке с разной скоростью и через некоторое время вперед уйдет компонент А,
как менее сорбируемый, затем компонент В.
Таким образом, из хроматографической колонки будут последовательно выходить или газ-носитель, или бинарная смесь газаносителя и компонента.
Выходной сигнал хроматографа называется хроматограмма – это
последовательность пиков, соответствующих компонентам смеси.
Площадь пика определяется концентрацией компонента.
Газовая хроматография (ГХ) делится на адсорбционную и распределительную. Разница между ними заключается в агрегатном состоянии используемого сорбента – твердый он или жидкий.
Хроматограф состоит из нескольких обязательных компонентов
(рис. 9.3). Это блок подготовки газа-носителя, который непрерывно
проходит через хроматографическую колонку; дозатор (устройство
ввода пробы), с помощью которого в поток газа-носителя вводится
анализируемая проба; сама хроматографическая колонка, расположенная в термостате для обеспечения постоянства условий хроматографирования; детектор; блок регистрации сигнала детектора.
В качестве газов-носителей чаще всего используются индивидуальные газы и смеси газообразных соединений: азот, водород, гелий,
аргон, углекислый газ, воздух. Дозаторы могут быть автоматическими и ручными.
Основная задача хроматографической колонки состоит в том,
чтобы разделить многокомпонентную анализируемую смесь на индивидуальные компоненты. В качестве сорбента используется активированный уголь, силикагель, молекулярные сита и др. Хроматографический детектор предназначен для обнаружения и количественного
определения выходящих из колонки в потоке подвижной фазы компонентов анализируемой смеси. Наиболее часто используются катарометр (детектор по теплопроводности) и пламенно-ионизационный
(ПИД) детекторы.
108
Рис. 9.3. Принципиальная схема хроматографа
Результатом хроматографического анализа является хромато-
грамма, по которой и проводят качественный и/или количественный
анализ (рис. 9.4). Хроматограмма – это зависимость сигнала детектора во времени. При прохождении через детектор чистого газоносителя на хроматограмме вычерчивается так называемая нулевая линия.
Пик ограничивается фронтом, соответствующим возрастанию концентрации до максимальной, и тылом, отвечающим убыванию концентрации.
Рис. 9.4. Хроматограмма
На рис. 9.4 tR1, tR2 – время удерживания компонента. Это очень
важный параметр, именно он позволяет провести идентификацию
компонентов смеси. Дело в том, что для каждой хроматографической
колонки, если параметры хроматографирования (расход газаносителя, температура колонки) постоянны, каждый компонент появляется на хроматограмме в строго определенное время. Оно опреде-
109
ляется при градуировке хроматографа образцовыми смесями (газноситель и какой-либо компонент). Если в полученной хроматограмме на отметке времени, соответствующей, например, метану, будет
пик, – это метан. Если же нет – метан в смеси отсутствует.
Количественный анализ хроматографическим методом основан
на том, что площади пиков индивидуальных веществ на хроматограмме, а также их высоты пропорциональны количеству или концентрации их в смеси, поэтому площадь и высоту пика называют его
определяющими параметрами. Площадь S пика измеряют различными способами в зависимости от размеров, симметричности и полноты
разделения.
Вопросы для контроля по материалу девятой главы
1. В чем заключается сущность измерения плотности?
2. Укажите классификацию плотномеров.
3. В чем состоит принцип действия весовых плотномеров?
4. В чем состоит принцип действия гидростатических плотномеров?
5. В чем состоит принцип действия радиоизотопных плотномеров?
6. В чем состоит принцип действия влагомеров газов, жидкостей и твердых
материалов?
7. В чем состоит принцип действия анализаторов кислорода?
8. В чем состоит принцип действия автоматических газоанализаторов?
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]