ОГЛАВЛЕНИЕ
№ п/п |
Содержание |
Стр. |
1. |
Введение……………………………………………………………... |
10 |
2. |
1. ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ………………………... |
11 |
3. |
1.1. Краткие сведения………………………………………………. |
11 |
4. |
1.2. Виды средств измерения давления…………………………... |
12 |
5. |
1.3. Классификация средств измерения давления………………. |
13 |
6. |
1.4. Жидкостный однотрубный манометр……………………….. |
13 |
7. |
1.5. Жидкостный U-образный манометр…………………………. |
15 |
8. |
1.6. Однотрубный манометр с наклонной трубкой……………... |
16 |
9. |
1.7. Колокольный манометр……………………………………….. |
16 |
10. |
1.8. Трубчато-пружинный манометр……………………………... |
17 |
11. |
1.9. Дифманометр с мембранным упругим элементом…………. |
18 |
12. |
1.10. Сильфонные манометры…………………………………….. |
19 |
13. |
1.11. Тензорезисторы……………………………………………… |
19 |
14. |
1.12. Измерение давления пьезокристаллами…………………… |
21 |
15. |
1.13. Манометр электрический с дистанционной передачей сигнала……………………………………………………………….. |
23 |
16. |
1.14. Магнитоупругие манометры………………………………… |
24 |
17. |
1.15. Грузопоршневые манометры………………………………... |
25 |
18. |
1.16. Вакуумметры………………………………………………….. |
25 |
19. |
1.17. Тепловые вакуумметры……………………………………… |
26 |
20. |
1.18. Ионизационные вауумметры………………………………... |
27 |
21. |
1.19. Электроразрядные вакуумметры…………………………… |
27 |
22. |
1.20. Стандартный ряд давлений и погрешностей…………….... |
28 |
23. |
2. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ………………………………… |
29 |
24. |
2.1. Температурные шкалы………………………………………… |
29 |
25. |
2.2. Классификация приборов по погрешности измерений……. |
30 |
26. |
2.3. Способы измерения температуры……………………………. |
31 |
27. |
2.4. Термометры расширения……………………………………… |
33 |
28. |
2.4.1. Жидкостные термометры…………………………………… |
33 |
29. |
2.4.2. Контактные ртутные термометры…………………………. |
34 |
30. |
2.4.3. Дилатометрические термометры…………………………... |
34 |
31. |
2.4.4. Манометрические термометры…………………………….. |
35 |
32. |
2.5. Термоэлектрические манометры…………………………….. |
36 |
33. |
2.6. Термосопротивления………………………………………….. |
40 |
34. |
2.7. Полупроводниковые термосопротивления…………………. |
41 |
35. |
2.8. Логометрические термометры……………………………….. |
43 |
36. |
2.9. Самопишущие электронные мосты постоянного тока с автоматической компенсацией……………………………………. |
43 |
37. |
2.10. Бесконтактный способ измерения температуры………….. |
45 |
38. |
2.11. Радиационные пирометры…………………………………… |
46 |
39. |
2.12. Микропроцессорные многоточечные системы контроля... |
46 |
40. |
2.13. Электронные самописцы для хранения данных…………... |
47 |
|
|
|
41. |
3. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА...……………………………………... |
49 |
42. |
3.1. Общие сведения………………………………………………... |
50 |
43. |
3.2. Сужающие устройства…..……………………………………. |
51 |
44. |
3.3. Дифманометры расходомеров………………………………... |
54 |
45. |
3.4. Расходомеры постоянного перепада давления..……………. |
55 |
46. |
3.5. Электромагнитные расходомеры…………………………….. |
57 |
47. |
3.6. Ультразвуковые расходомеры……..…………………………. |
59 |
48. |
3.7. Бесконтактный акустический метод………….……………... |
60 |
49. |
3.8. Акустический ультразвуковой метод.………………...…….. |
63 |
50. |
3.9. Метод основанный на эффекте Доплера..…………………... |
64 |
51. |
3.10. Метрология измерения расходов………………..…………. |
64 |
52. |
3.11. Надежность расходомеров.………………………………….. |
65 |
53. |
3.12. Интеграторы - счетчики количества вещества….………… |
67 |
54. |
3.13. Кариолисовый расходомер……………..…………………… |
68 |
55. |
4. ИЗМЕРЕНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ…………. |
69 |
56. |
4.1.1. Электрохимические измерители…………………………… |
69 |
57. |
4.1.2. Ионизационные измерители………………………………... |
69 |
58. |
4.1.3. Спектрометрические измерители………………………….. |
70 |
59. |
4.2. Газоанализаторы………..……………………………………… |
71 |
60. |
4.2.1. Термомагнитный газоанализатор...………………………... |
72 |
61. |
4.2.2. Термокондуктометрический газоанализатор..…………… |
73 |
62. |
4.2.3. Оптико-акустический газоанализатор……..…………….... |
74 |
63. |
4.2.4. Хроматограф……………….………………………………… |
76 |
64. |
4.3. Определение концентрации химических растворов..……… |
77 |
65. |
4.3.1. Контактный концентратомер………………………………. |
77 |
66. |
4.3.2. Плотномеры…………………….……………………………. |
78 |
67. |
4.3.3. Барботажный метод измерения плотности..……………… |
78 |
68. |
4.3.4. Измерение концентрации бумажной массы….…………… |
79 |
69. |
4.3.5. рН-метры и оксредметры………...…………………………. |
80 |
70. |
4.3.6. Анализатор состояния волокон целлюлозы….…………... |
86 |
71. |
4.3.7. Измерение степени помола…..…………………………….. |
87 |
72. |
4.3.8. Измерение и регулирование активных химикатов на от- белку………………………………………………………………….. |
88 |
73. |
4.3.9. Микроволновый метод измерения концентрации незави- симо от вида древесины..………………………………………….. |
91 |
74. |
5. ИЗМЕРЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ БУМАГИ.. |
93 |
75. |
5.1. Кондуктометрический влагомер…………………………….. |
94 |
76. |
5.2. Диэлькометрический влагомер………………………………. |
95 |
77. |
5.3. Инфракрасные влагомеры…………………………………….. |
96 |
78. |
5.4.
Измерение толщины и массы 1
|
97 |
79. |
5.5. Электромагнитный толщиномер……………………………... |
105 |
80. |
5.6. Определение воздухопроницаемости бумаги….…………... |
106 |
81. |
5.7. Определение шероховатости и гладкости методом утечки воздуха……………………………………………………………..... |
106 |
82. |
6. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ И СЫПУЧИХ МАТЕ- РИАЛОВ……………………………………………………………... |
108 |
бумажного полотна...…
83. |
6.1. Поплавковый уровнемер...………………………………….... |
108 |
84. |
6.2. Буйковый уровнемер…………………………………………... |
108 |
85. |
6.3. Емкостной уровнемер..…..……………………………………. |
108 |
86. |
6.4. Гидростатический или пьезометрический метод измерения уровня………………...……………………………….... |
110 |
87. |
6.5. Кондуктометрический уровнемер……………...……………. |
111 |
88. |
6.6. Ультразвуковые и радарные уровнемеры.………………….. |
111 |
89. |
6.7. Радиационный уровнемер…...……..…………………………. |
113 |
90. |
6.8. Барботажный уровнемер……………………….……………... |
114 |
91. |
6.9.Измерение уровня жидкости, находящейся под давлением.. |
114 |
92. |
7. ДАТЧИКИ ЧИСЛА ОБОРОТОВ…………………...…………... |
115 |
93. |
7.1. Индуктивные датчики с магнитом………………..…………. |
115 |
94. |
7.2. Генераторные датчики скорости…………………………….. |
115 |
95. |
7.3. Индукционные модуляторные счетчики………….………… |
116 |
96. |
7.4. Индуктивный счетчик с магнитной головкой……………… |
116 |
97. |
7.5. Индуктивные датчики скорости……………………..………. |
116 |
98. |
7.6. Емкостные датчики скорости………………………………… |
117 |
99. |
7.7. Фотоэлектрические датчики скорости….…………………... |
117 |
100. |
8. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ…... |
119 |
101. |
8.1. Функциональная и структурная схема автоматического регулятора…………..………..……………………………………… |
119 |
102. |
8.2. Классификация автоматических регуляторов.……………... |
120 |
103. |
8.3. Законы регулирования…………………………....…………… |
124 |
104. |
8.3.1. Релейный закон регулирования………..…..…………….... |
124 |
105. |
8.3.2. П-закон регулирования..….………………………………… |
125 |
106. |
8.3.3. ПД-закон регулирования…………………………....……… |
127 |
107. |
8.3.4. И-закон регулирования……..………………………………. |
128 |
108. |
8.3.5 ПИ-закон регулирования……….……………………………. |
129 |
109. |
8.3.6. ПИД-закон регулирования…………………..……………… |
131 |
110. |
9. РЕГУЛИРУЮЩИЕ КЛАПАНЫ………………..….…………… |
133 |
111. |
9.1. Факторы, влияющие на выбор клапана..……………………. |
133 |
112. |
9.2. Выбор клапанов для целлюлозных заводов…….…………... |
134 |
113. |
9.3. Выбор клапанов для бумажных фабрик…………………….. |
134 |
114. |
9.4. Клапаны для производства целлюлозы…………………….. |
135 |
115. |
9.5. Клапаны для производства бумаги………………………….. |
135 |
116. |
9.6. Выбор регулирующего клапана…………………………….... |
136 |
117. |
9.7. Конструкции регулирующих органов……………………….. |
137 |
118. |
9.8. Регулирующие клапаны..……..………………………………. |
137 |
119. |
9.9. Поворотные заслонки и шиберы…………………………….. |
138 |
120. |
9.10. Поршневое исполнительное устройство………………...… |
139 |
121. |
9.11. Электромагнитный исполнительный механизм…………... |
139 |
122. |
9.12. Мембранный исполнительный механизм….….…………... |
140 |
123. |
9.13. Трехходовый клапан………………………………………..... |
140 |
124. |
9.14. Шланговое исполнительное устройство…………………… |
141 |
|
|
|
125. |
9.15. Поворотная заслонка……………………………………………... |
141 |
126. |
9.16. Сегментный клапан………………………………………………. |
142 |
127. |
9.17. Шаровые клапаны………………………………………………... |
143 |
128. |
10. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ………………………………….. |
144 |
129. |
10.1. Классификация измерений………………………………………. |
144 |
130. |
10.2. Классификация методов измерения……………………………... |
145 |
131. |
10.3. Классификация погрешностей измерения……………………… |
147 |
ВВЕДЕНИЕ
Автоматизация производства одно из важнейших направлений научно-технического прогресса. В результате её освоения повышается точность выполнения заданных технологических параметров, оперативно вносятся необходимые коррективы для устранения неполадок и отклонений, поддерживаются в оптимальных режимах размеры расхода сырья, химикатов и энергоресурсов, обеспечиваются заданные показатели готовой продукции. Автоматизация производства делает более производительным и творческий труд людей. Современный этап автоматизации опирается на создание и внедрение крупных автоматических агрегатов и комплексов, новых поколений ЭВМ, гибких автоматизированных систем управления производством, обеспечивающих эффективное использование материалов, сырья, энергоресурсов, капиталовложений и высокую производительность.
Осуществить управление интенсифицированными технологическими процессами производства целлюлозы без использования новейших методов и средств невозможно. Эффективными средствами управления технологическими объектами являются системы централизованного контроля и управления, созданные на основе новейших научных достижений в области теории управления, использующие экономико-математические методы и высокоэффективную вычислительную и управляющую технику. Под такими системами управления, получившими условное наименование: автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП), следует понимать обозначение большой области систем управления технологическими объектами с разной степенью освобождения человека-оператора от рутинных функций контроля и управления различными автоматическими устройствами.
Высшей степенью развития АСУТП являются автоматические системы управления производством АСУП, в которых воплощены все основные достижения развития средств и методов управления технологическими объектами: системы, построенные на базе элементов локальной автоматики, системы централизованного контроля и управления, построенных на базе высокоэффективной вычислительной и управляющей техники. АСУТП является качественно новой ступенью развития средств и методов управления технологическими объектами.
Автор признателен техническому редактору Ю.И. Исаеву и рецензенту М.И. Успенскому за ценные замечания и помощь в создании учебного пособия.
1 ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
1.1 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ.
Почти 70% всех измерений, выполняемых в науке, промышленности и сельском хозяйстве, связаны с измерениями давления, расхода, количества и уровня веществ.
Давление и расход являются основными рабочими параметрами, точность и надежность измерения которых определяет ценность результатов экспериментальных исследований в гидродинамике и газодинамике; качество технологических процессов в химической, пищевой и бумажной промышленности; оптимальные режимы работы в ракетной технике и авиации, энергетике и транспорте; эффективность систем добычи нефти и нефтепродуктов.
Давление характеризует напряженное состояние жидкостей и газов в условиях всестороннего сжатия и определяется частным от деления нормальной к поверхности силы на площадь этой поверхности:
где Р - давление; F— нормальная сила, действующая на поверхность; S - площадь поверхности.
Во многих естественных природных явлениях и в различных технических устройствах и процессах определяющим является не само давление, а его значение относительно другого. При сравнении значений двух давлений одно из них принимается за начало отсчета их разности. По этому признаку различают следующие виды давлений:
АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Рабс) - давление, значение которого при измерении отсчитывается от давления, равного нулю.
АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Ратм) - абсолютное давление воздушной оболочки Земли на ее поверхность. Атмосферное давление зависит от распределения воздушных потоков в атмосфере, от географической широты места измерений, от высоты места измерений над уровнем моря.
РАЗНОСТЬ
ДАВЛЕНИЙ (ПЕРЕПАД ДАВЛЕНИЙ) (
)
- разность двух произвольных давлений,
значение одного из которых принято за
начало отсчета:
где
и
- сравниваемые между собой абсолютные
давления, причем
принято за начало отсчета. В этом случае
основное значение имеет разность
давлений, а не абсолютное значение
каждого из них.
При
разность давлений положительная, при
- отрицательная. Равенство
нулю не адекватно равенству нулю давлений
и
.
ИЗБЫТОЧНОЕ ДАВЛЕНИЕ - разность давлений, одно из которых, принятое за начало отсчета, является абсолютным давлением окружающей среды.
В большинстве случаев абсолютное давление окружающей среды - это атмосферное давление в месте измерений.
При
избыточное давление положительное, при
отрицательное, а равенство
нулю не адекватно равенству нулю
и
.
Отрицательное избыточное давление
часто называют вакуумметрическим
давлением или разрежением.
ВАКУУМ - состояние среды, абсолютное давление которой существенно меньше атмосферного давления.
С учетом специфики каждого из видов давления при измерениях применяются специальные средства измерений — манометры и измерительные преобразователи давления.
МАНОМЕТР - измерительный прибор или измерительная установка для измерения давления или разности давлений с непосредственным отсчетом их значения.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ (ДАТЧИК) - первичный преобразователь, выходной сигнал которого функционально связан с измеряемым давлением или разностью давлений.
1.2 Виды средств измерения давления
МАНОМЕТР АБСОЛЮТНОГО ДАВЛЕНИЯ - прибор для измерения абсолютного давления;
БАРОМЕТР - прибор для измерения атмосферного давления;
МАНОМЕТР ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ - прибор для измерения положительного избыточного давления;
ВАКУУММЕТР - прибор для измерения отрицательного избыточного давления;
МОНОВАКУУММЕТР - прибор для измерения как положительного, так и отрицательного избыточного давления;
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МАНОМЕТР ИЛИ ДИФМАНОМЕТР - прибор для измерения разности двух давлений, каждое из которых отличается от атмосферного давления;
МИКРОМАНОМЕТР - прибор для измерения очень малых избыточных давлений и незначительных разностей давлений.
Аналогично датчики давления подразделяют на:
1) датчики абсолютного давления;
2) датчики избыточного давления;
3) датчики разрежения;
4) датчики давления и разрежения;
5) датчики разности давлений.
Р - давление - это физическая величина, характеризующая интенсивность параллельных сил перпендикулярно поверхности.
,
F - сила перпендикулярная поверхности,
S – поверхность,
W - энергия газа,
-
длина,
V- объем.
Давление показывает, какой потенциальной энергией обладает единица объема газа.
ЕДИНИЦЫ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
1 мм. рт. ст. = 133,322 Па.
1 мм. вод. ст. = 9,8 Па.
1
= 98066,5 Па.
1 физ. атм. = 760 мм.рт.ст. = 101325 Па
1.3 КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ.
1. Средства измерения избыточного давления.
2. Средства измерения абсолютного давления.
3. Средства измерения перепадов давлений - дифманометры.
СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
1. Жидкостные средства измерения.
2. Грузопоршневые средства измерения.
3. Деформационные средства измерения.
Поверку рабочего средства измерения осуществляют по образцовому прибору.
1.4 ЖИДКОСТНЫЙ ОДНОТРУБНЫЙ МАНОМЕТР
К гравитационным манометрам относятся жидкостные и поршневые манометры. Работа жидкостных манометров основана на уравновешивании столбом жидкости давления исследуемого объекта. Мерой давления жидкости является высота её столба.
где
-плотность жидкости,
g-
ускорение свободного падения - 9,8
.
В качестве рабочих жидкостей используют жидкости с плотностями:
-
спирт (
);
-
керосин (
);
-
ртуть (
)
и др.
Основные требования, предъявляемые к манометрическим жидкостям:
1) видимость жидкости сквозь стекло;
2) отсутствие реакций с конструктивными элементами;
3) незначительная погрешность измерений за счет сужения мениска.
Погрешность
измерений жидкостными манометрами
составляет ±2мм. На погрешность измерения
давления жидкостными манометрами
оказывает влияние температура, изменяющая
плотность жидкости. Относительная
температурная погрешность при этом
составляет ±0,1%. Следует учитывать
изменение ускорения свободного падения
на разных широтах. Относительная
погрешность
при изменении ускорения свободного
падения для жидкостных манометров
составляет ±0,2%.
Жидкостные манометры отличаются простотой, высокой надежностью и точностью измерений.
Г
идростатическое
давление в вакуумной трубке определяется
высотой столба наполнителя, рис. 1.1.
Атмосферное давление уравновешивается давлением столба наполнителя в трубке. Чем выше атмосферное давление, тем плотность жидкости в трубке следует брать больше. Так при стандартном атмосферном давлении в 760 мм ртутного столба (76 см) водяной столб поднимется на высоту порядка 10 метров. Правда, при этом точность измерения давления значительно возрастет.
Такие манометры применяют для измерения любого давления в атмосфере. Жидкостные манометры применяют в точных измерениях, и при градуировке приборов.
Погрешность жидкостного однотрубного манометра определяется по формуле:
или
где
,
,
,
- максимальные погрешности при определении
соответствующих параметров;
-
средняя квадратичная относительная
погрешность.