Промышленный датчик давления

Промышленные датчики давления чаще всего имеет чувствительный мембранный элемент и преобразователь, который преобразует деформацию мембраны в электрический сигнал. Могут применяться:

• емкостные преобразователи;

• индуктивные;

• тензопреобразователи и др.

У датчика с тензочувствительным преобразователем деформация мембраны манометра преобразуется в электрический сигнал мостовой схемой. В плечах моста находятся тензодатчики, наклеиваемые на мембрану. Выходной сигнал напряжения снимается с диагонали моста (рис. 4.8).

Погрешность манометра может иметь значение: 1,0 %; 0,5 %; 0,25 %.

Датчики выпускаются промышленностью для измерения дав­ления в определённом диапазоне, выбираемом из следующего ряда (в МПа):

0…1;                 0…1,6; 0…2,5;         0….4;                0…6,3; 0…10;               0….16

 

 

Методы и средства измерения расхода  Расход– это количество вещества, протекающее через сечение трубопровода в единицу времени. Количество измеряют в единицах объема (м³, см³) или массы (т, кг, г). Соответственно может измеряться объемный (м³/с, м³/ч, см³/с) или массовый (кг/c, кг/ч, г/c) расход. В соответствии с общепринятыми положениями прибор или устройство, служащие для измерения расхода вещества, называются расходомерами, а прибор или устройство, служащие для измерения количества вещества – счетчиками количества (счетчиками). Выпускаются следующие типы расходомеров и счетчиков ко­личества:Расходомеры переменного перепада давления.Тахеометрические (турбинные) расходомеры жидкости:турбинные расходомеры с механическим счётным механизмом;турбинные расходомеры с индукционным узлом съёма сигнала.Ультразвуковые расходомеры жидкости.Электромагнитные расходомеры жидкости.Вихревые расходомеры жидкости:с индуктивным преобразователем сигнала;с электромагнитным преобразователем сигнала;с ультразвуковым преобразователем сигнала.Расходомеры постоянного перепада давления (рота­метры).Кориолисовы расходомеры.

Расходомеры переменного перепада давления. Расходомеры переменного перепада давления состоят из трех элементов: сужающего устройства, дифференциального манометра для измерения перепада давления (дифманометра – расходомера) и соединительных линий с запорной и предохранительной арматурой.Принцип действия расходомеров переменного перепада основан на измерении давления по перепаду, который создается в трубопроводе установленным внутри него сужающим устройством. В суженном сечении увеличиваются скорость, а следовательно, и кинематическая энергия потока, что вызывает уменьшение его потенциальной энергии. Соответственно статическое давление потока после сужающего устройства будет меньше, чем перед ним. Разность между статическими давлениями потока, взятыми на некоторых расстояниях до и после сужающего устройства, называют перепадом давления. Наиболее простым и распространенным сужающим устройством является диафрагма. Стандартная диафрагма представляет собой тонкий диск с круглым отверстием в центре. От стойкости диафрагмы и особенно входной кромки отверстия существенно зависит ее коэффициент передачи. Поэтому диафрагмы изготовляют из материалов химически стойких к измеряемой среде и устойчивых против механического износа. Кроме диафрагмы, в качестве стандартных сужающих устройств применяют также сопло и трубу Вентури, которые создают меньшее гидравлическое сопротивление в трубопроводе.Сужающее устройство расходомера переменного перепада давлений является первичным преобразователем, в котором расход преобразуется в перепад давлений.Промежуточными преобразователями для расходомеров переменного перепада давлений служат дифманометры. Виды сужающих устройств: а — диафрагма; б — сопло; в — труба Вентури

 

 

Вихревые расходомеры Действие этих расходомеров основано на явлении возникновения вихрей при встрече потока с телом необтекаемой формы 1(рис. 3.36). При установке стержнеобразного тела (вихреобразователя) в потоке рабочей среды внутри трубопровода ниже по течению поочередно с обеих сторон начинают генерироваться вихри. Это явление известно как вихри Кармана.

Рис. 3.36. Вихревой расходомер: 1 – тело; 2…5 – вихри

При работе расходомера вихри 2…5 отрываются поочередно от противополож сторон тела, расположен поперек движения потока. Частота отрыва вихрей прямо пропорциональна скорости потока, то есть его объемному расходу Q. В месте завихрения скорость потока увеличивается, давление p уменьшается. Поэтому частоту образования вихрей можно измерять, например, манометром, электрический выходной сигнал которого подают на частотомер.

Ультразвуковые расходомеры Ультразвуковой метод измерения расхода основан на зависимости скорости распространений ультразвука относительно трубы от скорости потока жидкости. Основными элементами преобразователей УЗР являются излучатели и приемники ультразвуковых колебаний. В качестве излучателей и приемников колебаний используются различныепьезоэлементы.Во время-импульсных расходомерах периодически осуществляется измерение разности  времен прохождения импульсов длительностью 0,1…0,2 мкспо и против потока, по которой затем определяется объемный расход потока. Применение расходомеров данного типа требует очень точного знания скорости ультразвука в контролируемой среде, а также характера его изменения в зависимости от температуры и давления в трубопроводе.В частотных расходомерах каждый последующий импульс посылается излучателем только после достижения предыдущим импульсом приемного пьезоэлемента. Разность частот следования сигналов по потоку и против измеряется специальной дифференциальной схемой и напрямую связана со скоростью и объемным расходом среды. Важнейшим достоинством частотных расходомеров является независимость их показаний от скорости распространения ультразвукового сигнала в неподвижной среде, а, следовательно, и от физико-химических свойств потока (среды).

В фазовых расходомерах измерению подлежит разность фаз  ультразвуковых колебаний, проходящих по потоку и против него. Один из недостатков таких расходомеров – зависимость их показаний от изменения с (скорости ультразвука в неподвижной среде). Приведенное описание принципа действия УЗР демонстрирует одновременно их основные и наиболее существенные недостатки:cильная зависимость показаний расходомера от профиля скоростей в потоке, формирующегося и изменяющегося по мере изменения (увеличения или уменьшения расхода);значительное влияние на показания расходомера имеет изменение физико-химических свойств контролируемой среды, ее температуры и давления, оказывающих влияние на скорость ультразвука.К достоинствам ультразвуковых расходомеров необходимо отнести: возможность использования на трубопроводах широкого диапазона диаметров (от 10 мм и выше); возможность бесконтактного измерения расходов любых сред, в том числе и неэлектропроводных. Электромагнитные расходомеры. Принцип действия электромагнитных расходомеров базируется на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется эдс, пропорциональная скорости движения жидкости. Серийно выпускаемые современные электромагнитные расходомеры рассчитаны для измерения расхода жидкости с электропроводностью не менее 10^-3 См/м, что соответствует электропроводности воды. Производятся и специальные расходомеры, способные измерять расход жидкостей с электропроводностью до 10^-5 См/м.На рис. 3.32 представлена принципиальная схема электромагнитного расходомера. Корпус 1 преобразователя расхода выполняется из немагнитного материала и покрывается изнутри электрической изоляцией 2 (резиной, фторопластом), располагаемой по окружности трубы. Корпус преобразователя размещается между полюсами магнита (на рис. 3.32, а – это постоянный магнит). Через стенки трубы, электроизолированно от нее, по диаметру строго перпендикулярно оси магнита вводятся электроды 3, находящиеся в электрическом контакте с жидкостью.По закону электромагнитной индукции, при осесимметричном профиле скоростей в жидкости, между электродами 3 будет наводиться эдс: ,где В – индукция магнитного поля; D – длина жидкостного проводника, равная расстоянию между электродами или диаметру измерительного участка; V – средняя скорость жидкости.Учитывая, что средняя скорость потока связана с объемным расходом соотношением , Получаем .Из этого выражения следует, что индуцируемая эдс прямо пропорциональна измеряемому объемному расходу. Измерение эдс осуществляется измерительным прибором (ИП)
(рис. 3.32, а), к которому предъявляются жесткие требования по значению его входного сопротивления R ₀. Для обеспечения малого влияния внутреннего сопротивления преобразователя R _п необходимо соблюдение следующего соотношения .Применение постоянных магнитов в расходомерах данного типа позволяет уменьшить помехи от внешних электромагнитных полей, а также увеличить быстродействие приборов.

Счетчики количества жидкости по принципу действия подразделяют на скоростные, объемные и весовые. Скоростные счетчики бывают со спиральной горизонтальной (для измерения больших расходов) и с вертикальной (для измерения малых расходов) вертушкой. Скоростные счетчики со спиральной горизонтальной вертушкой устанавливают в закрытых трубопроводах таким образом, чтобы через них проходил весь поток измеряемой жидкости. Протекающий через счетчик поток измеряемой жидкости воздействует на вертушку: чем больше средняя скорость протекающей жидкости, а, следовательно, и ее количество, тем быстрее вращается вертушка. Вертушка механически связана со счетным механизмом, шкала которого отградуирована в единицах количества (как правило, в м³).Счетный механизм прибора может быть помещен непосредственно в измеряемой жидкости или защищен от нее сальником. В приборах, счетный механизм которых находится в измеряемой жидкости, показания отсчитывают через защитное стекло, отделяющее камеру расходомера от наружной среды. Такие приборы по своей конструкции более просты, однако их детали быстро изнашиваются от воздействия жидкости. Объемные счетчики делятся на приборы с овальными шестернями, поршневые и дисковые. Рассмотрим принцип действия счетчика с овальными шестернями (рис. 3.35). Его действие основано на вытеснении из измерительной камеры 1 прибора, определенных объемов жидкости вращающимися овальными шестернями 2. Обе шестерни находятся в непрерывном зацеплении и обкатывают друг друга. При этом на них действует разность давлений: между большим – со стороны входа жидкости и меньшим – со стороны выхода. В результате перепада давлений в трубопроводе (до и после счетчика) образуется сила, заставляющая шестерни вращаться. При этом каждая из шестерен при полном обороте проталкивает половину объема жидкости, поступающей в камеру, а обе шестерни за один оборот пропускают количество жидкости, равное полному объему камеры прибора.

Рис. 3.35. Схемы работы объемного счетчика
с овальными шестернями: 1 – камера; 2 – шестерни

(28-31) Тема 3.5. Методы и средства глубинных измерений при бурении скважин. Каналы связи глубинных измерений (гидравлический, электрический). Системы забойного контроля наклонного бурения. с. 276 – 295 Исакович. (раздел 3).

Тема 4.1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами добычи и транспорта нефти .Системы диспетчерского управления сбора данных (SCADA-системы) Диспетчерское управление и сбор данных (SCADA SupervisoryControlAndDataAcquisition) является основным и в настоящее время остается наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами) в жизненно важных и критичных с точки зрения безопасности и надежности областях.Именно на принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности и энергетике, на транспорте, в космической и военной областях, в различных государственных структурах.

SCADA-системы: общие понятия и структура SCADA процесс сбора информации реального времени с удаленных точек (объектов) для обработки, анализа и возможного управления удаленными объектами. Требование обработки реального времени обусловлено необходимостью доставки (выдачи) всех необходимых событий (сообщений) и данных на центральный интерфейс оператора (диспетчера). В то же время понятие реального времени отличается для различных SCADA-систем.Прообразом современных систем SCADA на ранних стадиях развития автоматизированных систем управления являлись системы телеметрии и сигнализации.Все современные SCADA-системы включают три основных структурных компонента (см. рис. 2):

RemoteTerminalUnit (RTU) удаленный терминал, осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени. Спектр его воплощений широк от примитивных датчиков, осуществляющих съем информации с объекта, до специализированных многопроцессорных отказоустойчивых вычислительных комплексов, осуществляющих обработку информации и управление в режиме жесткого реального времени. Конкретная его реализация определяется конкретным применением. Использование устройств низкоуровневой обработки информации позволяет снизить требования к пропускной способности каналов связи с центральным диспетчерским пунктом.

Рис. 2. Основные структурные компоненты SCADA-системы

MasterTerminalUnit (MTU), MasterStation (MS) диспетчерский пункт управления (главный терминал); осуществляет обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме мягкого (квази-) реального времени; одна из основных функций обеспечение интерфейса между человеком-оператором и системой (HMI, MMI). В зависимости от конкретной системы MTU может быть реализован в самом разнообразном виде от одиночного компьютера с дополнительными устройствами подключения к каналам связи до больших вычислительных систем (мэйнфреймов) и/или объединенных в локальную сеть рабочих станций и серверов. Как правило, и при построении MTU используются различные методы повышения надежности и безопасности работы системы.CommunicationSystem (CS) коммуникационная система (каналы связи), необходима для передачи данных с удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на RTU (или удаленный объект в зависимости от конкретного исполнения системы).

Функциональная структура SCADA Существует два типа управления удаленными объектами в SCADA: автоматическое и инициируемое оператором системы.Шеридан (Sheridan) [10],[19], (рис.3) выделил четыре основных функциональных компонента систем диспетчерского управления и сбора данных человек-оператор, компьютер взаимодействия с человеком, компьютер взаимодействия с задачей (объектом), задача (объект управления), а также определил пять функций человека-оператора в системе диспетчерского управления и охарактеризовал их как набор вложенных циклов, в которых оператор

Рис. 3. Основные структурные компоненты SCADA-систем

планирует, какие следующие действия необходимо выполнить; обучает (программирует) компьютерную систему на последующие действия; отслеживает результаты (полу)автоматической работы системы; вмешивается в процесс в случае критических событий, когда автоматика не может справиться, либо при необходимости подстройки (регулировки) параметров процесса; обучается в процессе работы (получает опыт). Данное представление SCADA явилось основой для разработки современных методологий построения эффективных диспетчерских систем (см. раздел 4).