2015-04-01
872
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ
Учебное пособие
Алматы 2012
УДК 389.14
ББК 31.21.я73
Технологические измерения
и приборы
Х 19 Учебное пособие/С.Г.Хан;
АУЭС. Алматы,2012. - 93 с.
В учебном пособии излагаются основные методы и средства измерений, применяемые для автоматизации теплоэнергетических процессов. Освещается методика измерения температуры, давления, расхода жидкости, газа и пара и других величин.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности 5В070200 - Автоматизация и управление.
Табл.5, Ил.51, Библиогр. – 19 назв.
ББК 31.21.я73
РЕЦЕНЗЕНТ: КазНТУ, доктор техн. наук, проф. Казиев Г.З.
АУЭС, канд. техн. наук, доц. Мусабеков Р.А.
Печатается по плану издания Министерства образования Республики Казахстан на 2012 г.
ISBN 978-601-7327-04-0
© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012 г.
| Содержание | ||
| Введение | ||
| 1 глава. | Измерения температуры | |
| 1.1 | Общие сведения | |
| 1.2 | Манометрические термометры | |
| 1.3 | Термоэлектрические преобразователи (ТЭП) | |
| 1.3.1 | Требования материалам термоэлектродов ТЭП | |
| 1.3.2 | Поправка на температуру свободных концов ТЭП | |
| 1.3.3 | Устройство компенсации температуры (КТ) | |
| 1.3.4 | Удлиняющие термоэлектродные провода | |
| 1.3.5 | Включение измерительного прибора в цепь ТЭП | |
| 1.3.6 | Нормальный термоэлектрод | |
| 1.4 | Средства измерения сигналов ТЭП | |
| 1.4.1 | Милливольтметры | |
| 1.4.2 | Измерение термоЭДС милливольтметром | |
| 1.4.3 | Потенциометры | |
| 1.4.4 | Нормирующие преобразователи термоЭДС | |
| 1.5 | Термопреобразователи сопротивления (ТПС) | |
| 1.6 | Средства измерения, работающие в комплекте с ТПС | |
| 1.6.1 | Уравновешенные мосты | |
| 1.6.2 | Неуравновешенные мосты | |
| 1.6.3 | Логометры | |
| 1.6.4 | Симметричный неравновесный мост | |
| 1.6.5 | Нормирующие преобразователи ТПС | |
| 1.7 | Измерения теплового излучения | |
| 1.8 | Средства измерения теплового излучения | |
| 1.8.1 | Оптические пирометры | |
| 1.8.2 | Фотоэлектрические пирометры | |
| 1.8.3 | Пирометры спектрального отношения (цветовой пирометр) | |
| 2 глава. | Измерения давления | |
| 2.1 | Общие сведения | |
| 2.2 | Жидкостные СИ давления с гидростатическим уравновешиванием | |
| 2.2.1 | Поплавковые дифманометры | |
| 2.2.2 | Колокольные дифманометры | |
| 2.3 | Деформационные средства измерения давления | |
| 2.3.1 | Чувствительные элементы | |
| 2.3.2 | Деформационные приборы для измерения давления | |
| 2.3.3 | Деформационные измерительные преобразователи давления, основанные на методе прямого преобразования | |
| 2.3.4 | Пьезоэлектрические измерительные преобразователи давления | |
| 2.4 | Общие методические указания по измерению давления | |
| 3 глава. | Измерения количества и расхода жидкости, газа и пара | |
| 3.1 | Общие сведения | |
| 3.2 | Объемные счетчики | |
| 3.2.1 | Объемные счетчики с овальными шестернями | |
| 3.3 | Скоростные счетчики | |
| 3.4 | Расходомеры переменного перепада давления | |
| 3.5 | Расходомеры обтекания | |
| 3.6 | Электромагнитные расходомеры | |
| 3.7 | Тепловые расходомеры | |
| 4 глава. | Измерения уровня | |
| 4.1 | Общие сведения | |
| 4.2 | Поплавковые уровнемеры | |
| 4.3 | Буйковые уровнемеры | |
| 4.4 | Гидростатические СИ уровня | |
| 4.4.1 | Схемы измерения уровня манометром | |
| 4.5 | Электрические СИ уровня | |
| 4.5.1 | Емкостные уровнемеры | |
| 4.5.2 | Кондуктометрические сигнализаторы уровня | |
| 4.6 | Акустические СИ уровня | |
| 5 глава. | Измерения физико-химических свойств жидкостей и газов | |
| 5.1 | Средства измерения плотности | |
| 5.1.1 | Весовые и пикнометрические плотномеры | |
| 5.1.2 | Гидро- и аэростатические плотномеры | |
| 5.2 | Средства измерения вязкости жидкостей | |
| 5.2.1 | Капиллярные вискозиметры (вискозиметры истечения) | |
| 5.2.2 | Ротационные вискозиметры | |
| 6 глава. | Измерения концентрации | |
| 6.1 | Общие сведения | |
| 6.2 | Магнитные газоанализаторы | |
| 6.3 | Оптические газоанализаторы | |
| 6.3.1 | Инфракрасные газоанализаторы | |
| 6.3.2 | Ультрафиолетовые газоанализаторы | |
| 7 глава. | Анализ состава жидкостей | |
| 7.1 | Общие сведения | |
| 7.2 | Кондуктометрический метод анализа растворов | |
| 7.2.1 | Электродные кондуктометры | |
| 7.3 | Потенциометрический метод анализа растворов | |
| 7.3.1 | Рабочие и вспомогательные электроды потенциометрических анализаторов | |
| 7.3.2 | Измерительные преобразователи рН-метров | |
| Список литературы 92 |
Введение
ХХ1 век характеризуется ускоренным развитием науки и промышленного производства. Последнее немыслимо без широчайшего применения самых разнообразных измерений и измерительных устройств. Место измерительной техники в современном мире могут характеризовать следующие данные. Затраты на измерительную технику в настоящее время составляют 10-15% всех материальных затрат на общественное производство, а в таких отраслях промышленности, как нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, радиоэлектронная, самолетостроение и другие, эти затраты достигают 25%. В настоящее время без измерений не может обойтись ни одна область деятельности человека.
Область измерительной техники, объединяющую измерительные устройства и методы измерений, используемые в технологических процессах, принято определять понятием технологические измерения.
Основной потребитель измерительной техники - промышленность. Здесь измерительная техника – неотъемлемая часть технологических процессов, т.к. используется для получения информации о многочисленных режимных параметрах, по которым в промышленности проводится контроль качества продукции и сырья, и другие процессы.
Измерения осуществляются с помощью специальных технических средств измерений, различных по сложности и принципам действия.
Средствами измерений (СИ) называют технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Основными видами СИ являются меры, измерительные устройства (приборы и преобразователи). Рабочими СИ называются все меры, приборы и преобразователи, предназначенные для практических повседневных измерений во всех отраслях народного хозяйства. Они подразделяются на средства измерений повышенной точности (лабораторные) и технические. Совокупность технических СИ, служащих для выполнения измерений, методов и приемов проведения измерений и интерпретации их результатов, принято определять понятием измерительная техника.
Все производства различных отраслей промышленности в зависимости от характера технологического процесса можно подразделить на две группы: производства с непрерывным (НХТП) и производства с дискретным (штучным) (ДХТП) характером технологических процессов. К первой группе относятся производства таких отраслей промышленности, как нефтеперерабатывающая, газоперерабатывающая, нефтехимическая, химическая, металлургическая, теплоэнергетическая и др., ко второй группе – машиностроение, приборостроение, радиоэлектронная, пищевая и др.
Из таблицы 1 следует, что на производствах с НХТП измерения таких параметров, как температура, давление, расход, уровень и количество вещества составляют более 86% от общего числа всех измерений, на производствах с ДХТП преобладают измерения числа изделий, длина, время, электрические величины – 75%.
Т а б л и ц а 1- Виды измеряемых параметров в зависимости от характера
технологического производства
| Измеряемые параметры | НХТП | ДХТП |
| Температура | 50% | 8% |
| Расход вещества | 15% | 4% |
| Количество вещества | 5% | 5% |
| Давление | 10% | 4% |
| Уровень | 6% | 4% |
| Число изделий | - | 25% |
| Размеры, расстояние | - | 25% |
| Время | 4% | 15% |
| Состав вещества | 4% | - |
| Прочие (ток, скорость…) | 6% | 10% |
Теплоэнергетическая промышленность, относящаяся к производствам с НХТП, в основном включает в себя химико-технологические процессы. Классификация технологических измерений для химико-технологических процессов приведена на рисунке 1, из которого видно, что теплотехнические измерения в теплоэнергетической промышленности занимают основное место.
| Технологические измерения для химико – технологических процессов | ||||||||||||||
| теплотехнические | физико - химические | электрические | ||||||||||||
| давление | состав веществ | напряжение | ||||||||||||
| температура | ток | |||||||||||||
| расход | физико - хим. свойства | мощность | ||||||||||||
| уровень |
Рисунок 1 - Классификация технологических измерений
Современные производства характеризуются значительной сложностью и мощностью технологических аппаратов, большим числом различных параметров, которые необходимо снять (измерить). Все это определяет тот факт, что проведение современных технологических процессов без их частичной и полной автоматизации невозможно.
Автоматизацией технологического производственного процесса (АТПП) называют такую организацию этого процесса, при которой технологические операции осуществляются ею автоматически с помощью специальных технических устройств, без непосредственного участия человека (см. рисунок 2).
| АТПП | |||||
| автоматический контроль (САК) | автоматическое регулирование (САР) | ||||
| автоматическое управление (САУ) | автоматизированное управление (АСУ) | ||||
| защита процессов от аварийного режима | защита окружающей среды | ||||
Рисунок 2 – Состав АТПП
Работа систем автоматического контроля (см. рисунок 3), автоматических систем регулирования (см. рисунок 4) и АСУ ТП (см.рисунок 5) строится на измерениях, осуществляемых техническими СИ.
 |  |
На объект автоматизации (ОА) постоянно действуют дестабилизирующие факторы, нарушающие однозначность связи между Хвх и Хвых. Эти факторы – возмущающие воздействия (ВВ). Под влиянием ВВ Хвых отклоняется от нормы.
 |  |
Рисунок 4 – Схема САУ
Рисунок 5 – Схема АСУ ТП
В автоматические регуляторы (АР) поступают сигналы У и Узд. Сигнал Узд пропорционален заданному значению Хвых. АР выполняет определенные вычислительные операции в соответствии с заложенным в него законом регулирования и обрабатывает сигнал Z, поступающий к исполнительным механизмам (ИМ), который изменяет подачу Хвх материи или энергии в ОА до тех пор, пока Хвых не достигнет заданного значения. Это примеры схем простейших систем АТПП (см. рисунки 3 - 5).
Попадая на производство, специалист, будучи прямо или косвенно связан по работе с измерениями, сталкивается с обилием измерительных задач. Облегчить ему изучение методов и средств измерений должно изучение дисциплины «Технологические измерения и приборы».
Для успешной инженерной деятельности совершенно необходимо изучить и освоить методы измерений и основные принципы построения средств измерения физических величин. При этом на первое место следует поставить знание методов измерения. Это обусловлено тем, что именно методы измерений и физические принципы работы приборов являются наиболее постоянными компонентами, тогда как конкретные схемные решения и элементная база средств измерения непрерывно изменяются и совершенствуются.
Материал учебного пособия включает в себя семь глав, обеспечивающих в совокупности необходимый уровень подготовки специалистов в области разработки систем автоматизации и измерительной техники.
Материал каждой главы посвящен вопросу измерения конкретной физической величины. В первой главе учебного пособия излагаются основы измерения самого распространенноого технологического параметра – температуры и рассмотрены принципы работы основных средств измерения температуры. Вторая глава посвящена вопросам измерения давления и средствам измерения давления. В третьей главе излагаются основы измерения и средства измерения количества и расхода жидкости, газа и пара. Четвертая глава посвящена вопросам измерения и средствам измерения уровня, пятая глава – физико-химических свойств жидкостей и газов, шестая глава – концентрации. Седьмая глава посвящена анализу состава жидкостей: рассмотрены кондуктометрический и потенциометрический методы анализа растворов и принципы действия соответствующих анализаторов.
В основу учебного пособия положен курс лекций, читаемый автором на протяжении многих лет в Алматинском университете энергетики и связи для студентов специальности «Автоматизация и управление».
