2. Теоретические основы методов измерения технологических параметров.

Расход.

Из парка существующих расходомеров около 80% составляют расходомеры переменного перепада давлений. Такое широкое их применение объясняется невысокой стоимо­стью, простотой конструкции и эксплуатации, а также отсутст­вием необходимости в дорогостоящих образцовых установках для градуировки. Из более чем двухсот типов используемых в мировой практике расходомеров эти расходомеры являются единственными нормализованными средствами измерения расхо­да. У нас в стране данные расходомеры нормализованы новым руководящим документом РД 50-213—80, который введен в дей­ствие взамен Правил 28—64.

Расходомерные дифманометры обычно устанавливают совместно с диафрагмами, перепад дав­ления на которых однозначно связан с расходом среды, проте­кающей по трубопроводу. На рис. показана принципиальная схема дифманометра типа ДСП-3, предназначенного для непрерывного преобра­зования расхода водорода, кислорода, оксидов азота.

Дифманометр ДСП-3 с унифицированным выходным сигна­лом состоит из измерительного блока ИБ и пневматического преобразователя ПИП. Измерительный блок имеет плюсовую и минусовую камеры, разделенные основанием 7. В камерах расположены чувствительные элементы — сильфоны 1 и 5 диа­метром 20 мм. Сильфоны с одной стороны жестко связаны с основанием, а с другой — с клапанами 2 и 6, снабженными уплотняющими резиновыми кольцами. Внутренняя полость 4 узла сильфонов заполнена кремнийорганической жидкостью. Изменение объема жидкости, вызванное колебаниями темпера­туры, воспринимается компенсационным сильфоном 3. Вывод с рычага 8 из основания уплотнен мембраной 9. Две упругие ленты удерживают рычаг 8 от осевого перемещения при воз­действии на мембрану рабочего давления.

Рычаг 8 при помощи рычага 10 связан с пневмосиловым преобразователем ПИП.

Измеряемый перепад давления (Р₂—Pi) воспринимается сильфонами У и 5 и преобразуется в пропорциональное усилие, которое при помощи рычагов 11 и 12пневмосилового преобра­зователя уравновешивается усилием F сильфона обратной связи 17.

При изменении измеряемого перепада давления изменяется усилие N, происходит незначительное перемещение рычажной системы и заслонки 14 индикатора рассогласования 15. Инди­катор рассогласования преобразует это перемещение в управ­ляющий сигнал давления сжатого воздуха на выходе усили­теля 16.

Выходной сигнал усилителя 16 поступает в линию дистанци­онной передачи и в сильфон обратной связи 17. Значение вы­ходного сигнала Р_вых, пропорциональное измеряемому перепа­ду давления, изменяется винтом настройки 13. В расходоме­рах переменного перепада давлений применяют механические, электрические и пневматические счетчики.

Уровень.

Устройства для измерения уровня жидкостей можно подразделить на следующие: а) визуальные; б) поплавковые, в которых для измерения уровня используется поплавок или другое тело, находящееся на поверхности жидкости; в) гидростатические, основанные на принципе сообщающихся сосудов со средами одинаковой или различной плотности по сравнению с плот­ностью измеряемой среды; г) электрические, в которых величи­ны электрических параметров зависят от уровня жидкости, д) ультразвуковые, основанные на принципе отражения звуко­вых волн; е) радиоизотопные, основанные на использовании интенсивности потока ядерных излучений, зависящих от уров­ня жидкости.

Поплавковые уровнемеры. Чувствительным элементом по­плавкового измерителя уровня является поплавок, плаваю­щий на поверхности жидкости

Поплавок уравновешивается грузом, который связан с поплавком гибким тросом. Положение груза относительно шкалы определяет уровень жидкости. Пределы измерения устанавливают в соответствии с принятыми значениями верх­него и нижнего уровней

Работа поплавкового электрического уровнемера типа ДПЭ основана на изменении положения поплавка, связан­ного с постоянным магнитом, при изменении уровня жидкости. Магниты, ориентированные одноименными полюсами один от­носительно другого, обеспечивают при перемещении поплавка управление контактными устройствами через герметичную стенку. При достижении жидкостью верхнего предельного поло­жения нормально-закрытый контакт размыкается, а нормально­открытый замыкается.

Электрические уровнемеры.В электрических уровнемерах уровень жидкости преобразуется в электрический сигнал. Наи­более распространены емкостные и омические уровнемеры.

Работа емкостных уровнемеров основана на том, что ди­электрическая проницаемость водных растворов солей, кислот и щелочей отличается от диэлектрической проницаемости воздуха либо водных паров.

Радиоизотопные уровнемеры. Уровнемеры с радиоизотопными излучателями делятся на две группы: 1) со следящей си­стемой, для непрерывного измерения уровня, и 2) сигнализа­торы (индикаторы) отклонения уровня от заданного значения.

Температура.

Измерение температуры термоэлектрическими преобразовате­лями основано на термоэлектрическом эффекте Зеебека: в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разно­родных проводников, возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения (спая) проводников имеют разную температуру.

Цепь, состоящая из двух разнородных проводников называется термоэлектрическим преобразователем (ТЭП). Спай, имеющий температуру, называется горячим или рабо­чим, а второй, имеющий постоянную температуру — холод­ным или свободным. Проводники А и В называются термо­электродами. Термоэлектрический эффект объясняется наличи­ем в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов В спае с температурой электроны из металла А диффундируют в металл Вв боль­шем количестве, чем обратно. Поэтому металлА заряжается положительно, а металл В отрицательно.

Термоэлектрические преобразователи:

Хромель — копелевый преобразователь (56% Cu+44% Ni) ТЭП (тип ТХК) имеет градуировку ХКбв- Эти ТЭП развивают наибольшую т. э. д. с. из всех стандартизованных ТЭП, что по­зволяет изготовлять измерительные комплекты с узкой темпе­ратурной шкалой, например 0—300 °С.

Стандартные ТЭП типа ТХК и ТХА изготавливают из тер­моэлектродной проволоки диаметром от 0,7 до 3,2 мм.

Давление.

Давление — один из важнейших параметров технологических процессов. За единицу измерения давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль (Па). Однако до настоя­щего времени используют также внесистемные единицы: кг/см-’, мм вод. ст. и бар. Эти единицы связаны следующими соотно­шениями: I кгс/см² = 98 066,5 Ila; I мм вод.ст. = 9,80665 Па, I мм рт. ст. = 133,322 Па, 1 бар =- 10⁵ Па.

При измерении давления необходимо различать абсолютное, избыточное и атмосферное давление, а также вакуум.

Абсолютное давление Р_а — параметр состояния вещества (жидкостей, газов и паров). Избыточное давление Р„ — раз­ность между абсолютным давлением Р_а и атмосферным давле­нием Р_й (т. е. давлением окружающей среды)

В промышленной практике измерения давления и разности дав­лений широкое применение получили деформационные (с упру­гим чувствительным элементом) приборы. В этих приборах дав­ление определяется по деформации упругих чувствительных элементов или которые преобразуют­ся передаточными механизмами в угловое или линейное перемещение указателя по шкале прибора. В качестве упругих эле­ментов используют трубчатые пружины, мембраны, мембранные коробки и сильфоны.

По виду упругого чувствительного элемента пружинные при­боры делятся на следующие группы:

1. приборы с трубчатой пружиной

2. мембранные приборы, упругим элементом которых служит мембрана мембранная коробка.блок мембранных коробок

3. пружинно-мембранные с гибкой мембраной

4. приборы с упругой гармоникой мембраной (сильфоном)

5. пружинно-сильфоны.

Приборы с чувствительным элементом в виде гофрированных мембран, мембранных коробок и мембранных блоков применя­ют для измерения небольших избыточных давлений и разреже­ний (манометры, напоромеры и тягомеры), а также перепадов давления (дифференциальные манометры). Зависимость проги­ба мембраны от измеряемого давления в общем случае нели­нейна. Число, форма и размеры гофра зависят от назначении прибора, пределов измерения и других факторов.

4. Теоретические основы измерения и автоматического регулирования технологических параметров колонны и теплообменного аппарата.

Для измерения температуры в технологическом аппарате воспользуемся термоэлектрическом методом для этого в технологическом аппарате устанавливается термоэлектрические преобразователи. ТЭП типа ТХК ( температура хромель копелевая) в ней из за разности температур между спаями возникает термо ЭДС Данный электрический сигнал поступает на потенциометр типа КСП3, где измеряется температура, показывается по шкале и записывается на диаграмму. Регулятор температуры типа ПР3.31 управляет работой регулируещего клапана установленного на линии орошения. Для контроля сырья поступающего в ТА используется метод переменного перепада давления. Для этого в трубопровод устанавливается сужающее устройство диафрагма камерная и стандартная типа ДКС-6.3. Перепад давления создаваемое на диафрагме пропорционален квадрату расхода и измеряется мембранным дифманометром типа 13ДД11. Измеряемый расход преобразуется в пропорциональное давление сжатого воздуха в пределах 0.2-1 кгс/см² Этот сигнал поступает на вторичный прибор типа ПВ10.1Э, где расход показывается и записывается на диафрагму. Регулятор расхода типа ПР3.31 управляет работой регулирующего клапана с помощью мембранного исполнительного механизма. Для измерения давления в технологическом аппарате используется пневматический преобразователь давления 13ДИ13, который измеряет нестандартное давление и преобразует его в пневматический сигнал, изменяющегося в пределах от 0,2 до 10.2-1 кгс/см². Преобразованный сигнал поступает на вторичный прибор типа ПВ10.1Э, где давление показывается и записывается на диаграмму. Регулятор давления типа ПР3.31 управляет работой регулирующего клапана установленного на линии подачи воды в холодильник.