2.2 Вибір і обґрунтування методів автоматичного контролю технологічних параметрів

Метою вибору технічних засобів є визначення найбільш ефективного методу вимірювання для кожного технологічного параметру. Обраний метод вимірювання повинен задовольняти характеру середовища, бути найбільш точним і входити до системи ДСП.

Вибір того чи іншого методу вимірювання обумовлено наступними факторами:

• діапазоном вимірювання технологічного параметру;

• чутливістю методу вимірювання;

• лінійністю градуіровочної характеристики;

• похибкою вимірювання.

В хімічній технології контролю підлягають наступні основні параметри:

Температура, витрата матеріальних потоків, тиск, рівень рідини і концентрації, різних речовин. Діапазон вимірюваних температур коливається в широких межах, що обумовлює використання різноманітних методів вимірювання для однієї і тієї ж фізичної величини.

Методи вимірювання температури поділяються на наступні:

манометричний, оснований на використанні однозначної залежності між температурою і тиском термодинамічної речовини, що знаходиться в герметично замкнутій манометричній термосистемі. Манометричні термометри застосовуються для виміру, запису і регулювання температури газів, пари та рідини у діапазоні -150…1000 ºС. термометри випускаються з класами точності 1; 1,5; 2,5 при заповненні термосистеми газами і рідинами;

терморезисторний метод заснований на температурній залежності електричного опору. Платинові термометри застосовуються для виміру температур від -260 до 1100 ºС. мідні термометри використовуються для виміру температури від -50 до 200 ºС;

термоелектричний метод заснований на ефекті виникнення в провідних се­редовищах електрорушійних сил і електричних струмів під впливом тепло­вих потоків (ефект Зеєбека). Термоелектричні термометри дозволяють ви­мірювати температуру в діапазоні 2...3000 К. Термопара мідь-константан (МК) застосовується для виміру температури в діапазоні -200...100°С (МК-М) і -270...400°С (МК-Т); хромель-копель (ХК) -200...800°С (ХК-L) і -270...1000°С (ХК-І); хромель-алюмель (ХА) від -270 до 1300°С (ХА-К); платинородій-платина від 0 до 1700°С (ПП-S ), від -50 до 1760°С (ПП-R), від 0до 1800°С(ПР-В);

пірометричний метод заснований на зв'язку між щільністю випромінюван­ня, довжиною хвилі випромінювання і температурою випромінювача (закон Планка.). Він розділяється на радіаційну пірометрію (закон Стефана-Больцмана), яскравісну пірометрію (закон Вина) і колірну пірометрію. Ме­тод використовується для виміру порівняно високих температур у діапазоні 800...10000°С.

В процесі підігріву газоподібного аміаку можливе відхилення його температури в межах 500 ±14 ºС. Допустиме відхилення складає:

δ =(ΔT/T)∙100% =(14/500) ∙100%=2,8 %

Температура повітря до і після очищення коливається в межах 20±0,5 ºС. Допустиме відхилення складає:

δ =(ΔT/T)∙100% =(0,5/20) ∙100%=2,5 %

Пристрій для вимірювання цієї температури повинен володіти похибкою в 3-5 разів меншою, ніж допустиме відхилення температури δ, тобто δ_П < 1%.

Температура газоподібного аміаку під час окиснення на каналізаційних сітках коливається в межах 800 ±20 ºС. Допустиме відхилення складає:

δ =(ΔT/T)∙100% =(20/800) ∙100%=2,5 %

Пристрій для вимірювання цієї температури повинен володіти похибкою в 3-5 разів меншою, ніж допустиме відхилення температури δ, тобто δ_П < 1%.Такої точності вимірювання можливо досягти шляхом застосування терморезисторного методу забезпечую чого похибку 0,5%.

Для вимірювання температури в такому діапазоні необхідно використати датчик температур з уніфікованим виходом 4-20 мА типу ТХАУ. Використання уніфікованого сигналу дає можливість побудови АСУТП без застосування додаткових нормуючих перетворювачів.

До основних методів виміру витрати рідин, газу і пари відносяться на­ступні:

метод перемінного перепаду тиску, заснований на використанні енергетич­них закономірностей, що визначають залежність кінетичної енергії потоку, а отже, його швидкості від фізичного стану середовища (закон Бернуллі). Вимі­рювальними перетворювачами служать: діафрагми, сопла і трубки Вен турі;

метод постійного перепаду тиску заснований на вимірі вертикального переміщення чуттєвого елемента (поплавця), що залежить від витрати середо­вища і приводить до зміни площі прохідного отвору витратоміра таким чином, що різниця тисків на чуттєвий елемент залишається постійною;

електромагнітний метод застосовується для автоматичного виміру ви­трати невибухонебезпечних рідких середовищ з питомою електричною прові­дністю від 10^-3 до 10 См/м і температурою від -40 до 180°С.

При вимірюванні витрати повітря допустиме відхилення складатиме:

δ =(ΔF/F)∙100% =(30/1000) ∙100%=3 %

Пристрій для вимірювання витрати повинен володіти похибкою у 3-5 разів меншою, ніж допустиме відхилення δ, тобто δ_П=1%.

При вимірюванні витрати газоподібного аміаку допустиме відхилення складає:

δ =(ΔF/F)∙100% =(8/300) ∙100%=2,7 %

Пристрій для вимірювання витрати повинен володіти похибкою у 3-5 разів меншою, ніж допустиме відхилення δ, тобто δ_П=1%. Цій умові задовольняє багато параметричний масовий витратомір Multivariable™ моделі 3095 MV™.

Методи виміру тиску розділяється на рідинні, вантажопоршневі, дефор­маційні, резисторний і іонізаційний. Рідинний метод використовується для виміру малих надлишкових тисків і розріджень, як правило від -0,101 до +0,1 МПа. Вантажопоршневпй метод застосовується, в основному, у лаборато­рній практиці. У рідинних перетворювачах вимірюваний тиск врівноважується масою стовпа рідини. По цьому принципі працюютьU-образні скляні і чашко­ві манометри, мікроманометри, кільцеві і поплавкові манометри і дифманоме­три. У деформаційних перетворювачах вимірюваний тиск врівноважується си­лами пружної деформації чуттєвого елемента мембрани, чи сильфоної пружи­ни.

Допустиме відхилення тиску повітря до і після очищення складає:

δ =(ΔP/P)∙100% =(0,005/0,101) ∙100%=4,9 %

Допустиме відхилення тиску повітря після стиснення у повітряному компресорі складає:

δ =(ΔP/P)∙100% =(0,02/0,412) ∙100%=4,8 %

Пристрій для вимірювання цього тиску повинен володіти похибкою в 3-5 разів меншою, ніж допустиме відхилення δ, тобто δ_П < 0,5%.

Допустиме відхилення тиску газоподібного аміаку складає:

δ =(ΔP/P)∙100% =(0,02/0,716) ∙100%=2,8 %

Пристрій для вимірювання цього тиску повинен володіти похибкою в 3-5 разів меншою, ніж допустиме відхилення δ, тобто δ_П < 0,5%.

Цю умову задовольняє перетворювач тиску САПФІР-22 моделі 2450 (різниці тиску). Принцип дії перетворювачів оснований на дії тиску (різниці тиску), що виміряється, на мембрани вимірювального блоку, що викликає деформацію пружного чутливого елемента і зміну опору тензорезисторів тензоперетворювача. Ця зміна перетвориться в електричний сигнал, який передається від тензоперетворювача з вимірювального блоку в електронний перетворювач, і далі у вигляді стандартного струмового уніфікованого сигналу [(0-5), (0-20), (4-20), (5-0), (20-0) або (20-4)] мА.

Методи виміру рівня підрозділяються на наступні: механічні (поплавко­ві, буйкові, засновані на законі Архімеда), гідростатичний (заснований на за­лежності між рівнем і гідростатичним тиском), п'єзометричні (визначають рі­вень по зміні тиску стиснутого повітря, що продувається через шар рідини), ультразвукові ( засновані на відображенні ультразвукових коливань від грани­ці роздягнула двох середовищ), електричні (по зміні електричної провідності).

При вимірюванні рівня в ресивері допустиме відхилення складає:

δ =(ΔL/L)∙100% =(0,02/0,6) ∙100%=3,3 %

Потребуєму точність вимірювання підтримує радарний рівнемір ВМ 700.