технические средства для измерения основных параметров технологического процесса

Конспект лекций 2010 г. Содержание 1 Средства измерений технологических параметров 4 1Средства измерения давления 12

Главная > Конспект лекций

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

« НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »

Технические средства систем автоматизации и управления

1 Средства измерений технологических параметров 4

1.1Средства измерения давления 12

1.1.1 Жидкостные средства измерений давления с гидростатическим уравновешиванием 16

1.1.1.1Поплавковые дифманометры. 16

1.1.1.2 Колокольные дифманометры. 17

1.1.2 Грузопоршневые манометры 17

1.1.3 Деформационные приборы для измерения давления 19

1.1.3.1 Трубчатые пружины. 21

1.1.3.5 Эластичные мембраны. 24

1.1.4 Деформационные измерительные преобразователи давления, основанные на методе прямого преобразования 25

1.1.4.1 Индуктивные измерительные преобразователи давления. 25

1.1.4.2Дифференциально-трансформаторные измерительные преобра­зователи давления. 25

1.1.4.3 Емкостные измерительные преобразователи давления. 26

1.1.4.3Тензорезисторные измерительные преобразователи давления. 27

1.1.4.5 Пьезоэлектрические измерительные преобразователи давления. 30

1.1.5 Ионизационные манометры. 33

1.1.6 Тепловые манометры. 34

1.1.7 Методика измерения давления и разности давлений 35

1.2 Средства измерения уровня 38

1.2.1 Визуальные средства измерений уровня 39

1.2.2 Поплавковые средства измерений уровня 40

1.2.3 Байковые средства измерений уровня 43

1.2.4 Гидростатические средства измерений уровня 47

1.2.5 Электрические средства измерений уровня 52

1.2.5.1 Емкостные уровнемеры. 52

1.2.5.2 Кондуктометрические сигнализаторы уровня. 54

1.2.6 Акустические средства измерений уровня 55

1.3 Средства измерения расхода 57

1.3.1 Приборы, основанные на гидродинамических методах 58

1.3.1.1 Расходомеры с сужающими устройствами 59

1.3.1.2Расходомеры с гидравлическим сопротивлением. 64

1.3.1.3Расходомеры с напорным устройствам. 65

1.3.1.4Расходомеры с напорными усилителями. 66

1.3.1.5Расходомеры переменного уровня. 68

1.3.1.6Расходомеры обтекания. 70

1.3.1.7Расходомеры постоянного перепада давления. 70

1.3.1.8Расходомеры с изменяющимся перепадом давления. 74

1.3.1.8 Расходомеры с поворотной лопастью. 77

1.3.1.9Вихревые расходомеры. 78

1.3.1.10 Парциальные расходомеры 79

1.3.2 Приборы с непрерывно движущимся телом 82

1.3.2.2 Крыльчатые и турбинные тахометрические расходомеры. 83

1.3.2.3 Роторно – шаровые расходомеры. 87

1.3.2.4 Силовые расходомер. 88

1.3.2.5 Турбосиловые расходомеры. 89

1.3.2.6 Кориолисовые силовые расходомеры. 90

1.3.2.7 Вибрационные расходомеры. 93

1.3.2.8 Сравнение различных типов силовых расходомеров. 95

1.3.3 Приборы основанные на различных физических явлениях 96

1.3.3.1 Тепловые расходомеры. 96

1.3.3.2 Электромагнитные расходомеры. 97

1.3.3.3 Расходомер с электромагнитными преобразователями скорости потока. 99

1.3.3.4 Электромагнитные расходомеры для вещества с малой электропроводностью и особых разновидностей. 101

1.3.3.5 Ультразвуковые (акустические) расходомеры. 103

1.3.3.6 Расходомеры для открытых каналов и рек. 106

1.3.3.7Измерение расхода воздуха в шахтах. 106

1.3.3.8 Измерение скорости воздуха в метеорологических установках. 106

1.3.3.9 Доплеровские ультразвуковые расходомеры. 107

1.3.3.10 Акустические длинноволновые расходомеры. 107

1.3.3.11 Оптические расходомеры. 108

1.3.3.12 Ядерно – магнитные расходомеры. 113

1.3.3.13 Амплитудные расходомеры. 114

1.3.3.14 Частотные расходомеры. 114

1.3.3.15 Нутационные расходомеры 115

1.3.3.16 Меточные расходомеры 116

1.3.3.17 Ионизационные расходомеры 117

1.3.4 Приборы, основанные на особых методах 120

1.3.4.1 Корреляционные расходомеры 120

1.3.4.2 Меточные расходомеры 125

1.3.4.3 Концентрационные расходомеры 133

1.4 Средства измерения температуры 135

1.4.1Средства измерения температуры 137

1.4.2 Термометры расширения 138

1.4.3 Манометрические термометры 142

1.4.4 Термоэлектрические термометры 145

1.4.6 Пирометры излучения 152

1 Средства измерений технологических параметров

Все средства измерений определяются как технологические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Под характеристиками будем понимать такие свойства средств измерений, которые позволяют судить об их пригодности для измерений определённой физической величины в заданном диапазоне её значений и с заданной точностью.

По характеру участия в процессе измерений можно выделить четыре основные группы средств измерений: меры, измерительные устройства, измерительные установки, измерительные системы.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Меры подразделяются на однозначные и многозначные.

Однозначная мера воспроизводит физическую величину одного размера. По сути, она воспроизводит либо единицу измерения, либо некоторое определённое числовое значения данной физической величины.

Многозначная мера воспроизводит ряд одноименных величин различного размера.

Самым многочисленным видом средств измерений является измерительные устройства.

По роду измеряемой величины измерительные устройства подразделяют на амперметры – для измерения тока, термометры – для измерения температуры, манометры – для измерения давления, концентраторы – для измерения концентрации веществ.

В зависимости от формы представления сигнала измерительной информации измерительные устройства подразделяются на измерительные приборы и измерительные преобразователи.

Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительный прибор всегда имеет устройство, позволяющее человеку воспринимать информацию о числовом значении измеряемой величины. Результаты измерений приборами выдаются их отсчетными устройствами. В качестве такого устройства могут использоваться шкала с указателем, цифровое табло, цифропечатающая машинка, устройство записи на диаграмме.

Измерительные приборы могут быть классифицированы по ряду признаков: по методу измерения, по способу предоставления величин, по способу предоставления показаний, по типу вычислительного устройства. По характеру применения измерительные приборы подразделяют на стационарные (щитовые), корпус которых приспособлен для жесткого крепления на месте установки, и переносные, корпус которых не предназначен для жесткого крепления.

По способу определения значения измеряемой величины приборы делятся на две группы: прямого действия и сравнения.

Приборы прямого действия (непосредственной оценки) позволяют получить значения измеряемой величины на отсчётном устройстве. Такие приборы состоят из нескольких элементов, осуществляющих необходимое преобразование измеряемой величины в сигнал того или иного вида или, если необходимо, усиление этого сигнала, чтобы вызвать перемещение подвижного органа отсчетного устройства.

Характерной особенностью приборов непосредственной оценки является то, что результаты, полученные с их помощью, не требует сравнения с показаниями эталонных средств измерений.

К таким прибором относятся большая часть вольтметров, амперметров, манометров, термометров.

В приборах сравнения значение измеряемой величины определяют сравнением с известной величиной, соответствующей воспроизводящей ее мере. Для сравнения измеряемой величины с мерой используют компенсационные или мостовые измерительные цепи. Характерной особенностью приборов, основанных на методе сравнения, является то, что погрешность измерения с их помощью определяется в основном погрешностью мер, с которыми сравнивают измеряемые величины.

По способу представления величин подразделяются на аналоговые и цифровые приборы.

Аналоговые приборы – это, как правило, стрелочные приборы с отсчетными устройствами, состоящими из двух элементов – шкалы и указателя, связанного с подвижной частью прибора. Показания таких приборов являются непрерывной функцией измерений измеряемой величины.

Цифровые измерительные приборы автоматически вырабатывают дискретные сигналы измерительной информации, которые представляют в цифровой форме. Отсчёт у них производится с помощью механических или электронных цифровых отсчетных устройств.

Цифровые измерительные приборы широко применяют для измерения электрических напряжений, частоты колебаний, параметров электрических и радиотехнических цепей и многих других величин. В последние годы они все чаще заменяют стрелочные приборы.

По способу образования показаний приборы подразделяют на показывающие и регистрирующие. Показывающие приборы, в свою очередь, подразделяются на аналоговые и цифровые приборы.

Цифровые измерительные приборы по сравнению с аналоговыми приборами имеют ряд достоинств: процесс измерения автоматизирован, что исключает возникновение погрешностей, обусловленных ошибками оператора; время измерения очень мало; результата измерений, выдаваемый в цифровой форме, легко фиксируется цифропечатающим устройством и удобен для ввода в электронно-вычислительную машину.

Регистрирующие измерительные приборы подразделяют на самопишущие (барографы, термографы, шлейфовые осциллографы), выдающие показания в форме диаграммы, и печатающие, которые выдают результат измерений в цифровой форме на бумажной ленте. Регистрирующие приборы находят широкое применение при измерении физических величин – параметров процессов или свойств объектов и динамических режимах, когда непрерывно изменяются те или иные условия измерения (температура, давление).

По типу вычислительного устройства суммирующие, интегрирующие и вычисляющие сложные функции.

Суммирующий измерительный прибор – измерительный прибор, показания которого функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к нему по различным каналам.

Интегрирующий измерительный прибор это прибор, в котором подводимая величина подвергается интегрированию по времени или по другой независимой переменной.

Измерительный преобразователь – средство измерений служащее для выработки измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Преобразуемая физическая величина называется входной, а результат преобразования – выходной величиной. Связь между входной и выходной величинами преобразователя устанавливается функцией преобразования.

Основное требование к измерительным преобразователям – точная передача информации, то есть минимальные потери информации, иначе говоря, минимальные погрешности. Измерительное преобразование – это отражение размера одной физической величины размером другой физической величины, функционально с ней связанной. На принципе измерительного преобразования построены практически все средства измерений, так как любое средство измерений использует те или иные функциональные связи между входной и выходной величинами. Понятие «измерительный преобразователь» более конкретно, чем «измерительное преобразование», так как одно и то же измерительное преобразование может быть выполнено рядом различных по принципу действия измерительных преобразователей. Например, измерительное преобразование температуры в механическое перемещение может быть выполнено ртутным термометром или биметаллическим элементом либо термопарой, преобразующей температуру в ЭДС, а ЭДС в перемещение указателя.

Как видно из рисунка 1.1, измерительные преобразователи могут быть классифицированы в зависимости от используемого метода измерения и способа представления величины совершенно аналогично измерительным приборам. Кроме того, принято различать измерительные преобразователи по расположению в измерительной системе и виду функции преобразования, представляющей собой зависимость сигнала измерительного преобразователя от измеряемой величины.

Измерительные преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, называется первичным преобразователем (датчик), например термопара в термоэлектрическом термометре.

Промежуточный измерительный преобразователь это преобразователь, занимающий в измерительной цепи место после первого. Измерительный преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации, называется передающим, например индуктивный и пневматические передающие преобразователи.

Измерительный преобразователь, предназначенный для изменения величины в заданное число раз (по существу это усилитель сигнала измерительной информации), называется масштабным, например двигатели напряжений на входе вольтметров или электронных осциллографов, а также измерительные усилители.

Функционально измерительный преобразователь предназначен для формирования сигнала измерительной информации, связанной с измеряемой величиной некоторой заданной функцией.

Измерительные преобразователи являются составной частью измерительных приборов, различных измерительных систем, системы автоматического контроля или регулирования тех или иных процессов.

Измерительная установка – это совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенных в одном месте. Создания измерительных установок, называемых также измерительными стендами, позволяет наиболее рационально расположить все требуемые средства измерений и соединить их с объектами измерений для обеспечения наиболее высокой производительности труда на данном рабочем месте.

Источник

Методы и средства измерения основных технологических параметров процессов

Под методом измерений понимается совокупность принципов и средств измерений. Существуют три основных методов измерений: метод непосредственной оценки, метод сравнения с мерой (компенсационный) и нулевой метод. Наиболее распространен первый метод, когда значение измеряемой величины определяют по отсчетному устройству прибора. Во втором случае измеряемую величину сравнивают с мерой, например ЭДС термопары с известной ЭДС нормального элемента. Эффект нулевого метода заключается в уравновешивании измеряемой величины и известной.

В производственном цеху ТОО «Кайнар Май» регулируются такие параметры как давление, масса, температура, плотность и т.д. Все средства измерения, используемые в производстве, соответствуют требованиям нормативных документов. Ниже представлена подробная информация о средствах измерения. Манометры избыточного давления МП4 У (рисунок 6) показывающие служат для измерения вакуумметрического и избыточного давления неагрессивно воздействующих газов и паров, в т. ч. кислорода, ацетилена, а так же некристаллизующихся жидкостей.

Рисунок 6. Манометр избыточного давления МП4

В таблице 5 описаны основные метрологические характеристики средства измерения МП4 У.

Таблица 5. Основные метрологические характеристики МП4 У

МП4-У манометры избыточного давления;

Диапазон показаний, кгс/см 2 :

от 0 до 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100; 160; 250; 400; 600 (жидкости, пар, газ, в т.ч. кислород)

Класс точности прибора

равен диапазону показаний

Прибор устойчив к воздействию температуры окружающего воздуха

Степень защиты прибора от воздействия твердых частиц, пыли и воды

IP40 и IP53 по ГОСТ 14254-96

Манометры, вакуумметры и мановакуумметры показывающие электроконтактные ЭКМ-1У (рисунок 7) предназначены для измерения избыточного давления жидкостей, газа и пара и управления внешними электрическими цепями путем включения и выключения контактов в схемах сигнализации. автоматики и блокировки технологических процессов.

Рисунок 7. Электроконтактный манометр ЭКМ-1У

Диапазон показаний (кгс/cм2): 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100;

Термометр электроконтактный показывающий ТКП-100Эк (рисунок 8) предназначен для измерения и регулирования температуры различных сред и объектов в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами.

Рисунок 8. Термометр электроконтактный показывающий ТКП-100Эк

В таблице 6 представлены технические характеристики прибора ТКП-100Эк.

Таблица 6. Технические характеристики манометрического показывающего термометра ТКП-100Эк

Пределы измерений, °C

Длина соединительного капилляра электроконтактных термометров, м

0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0

Длина погружения, мм

160; 200; 250; 315; 400

Диаметр термобаллона, мм

12 (специальное исполнение)

Температура окружающего воздуха, °C

Относительная влажность окружающего воздуха при температуре +35 °C, %, не более

Давление измеряемой среды, МПа, не более

1,6 (без защитной гильзы)

25 (с защитной гильзой)

Напряжение внешних коммутирующих цепей переменного тока, В

до 220 В частотой 50 Гц

Разрывная мощность контактов показывающего устройства, В·А

Присоединительная резьба, мм

Средний срок службы, лет, не менее

нержавеющая сталь 12Х18Н10Т

Заполнитель системы в зависимости от предела измерений, °C:

— хладон 22 по ГОСТ 8502-88

— метил хлористый технический по ГОСТ 12794-80

— ацетон по ГОСТ 2718-84

— толуол по ГОСТ 5789-78

Вид защитной оболочки капилляра для электроконтактных термометров:

Изготавливаются по техническим условиям

СНИЦ 405.153.005 ТУ (Термометры манометрические показывающие электроконтактные ТКП-100Эк)

Рисунок 9. Термометр спиртовый ТТЖ-М

В таблице 7 приведены общие технические характеристики термометра ТТЖ-М.

Таблица 7. Технические характеристики термометра технического спиртового ТТЖ-М

Диапазон измерений, °С

Длина верхней части, мм

Длина ниж. части прямого исполнения, мм

Длина ниж. части углового исполнения, мм

66, 100, 160, 253, 403

66, 100, 160, 253, 403

66, 100, 160, 253, 403

66, 100, 160, 253, 403

66, 100, 160, 253, 403

Рисунок 10. Термометр технический ртутный ТТ

Технические характеристики средства измерения описаны в таблице 8.

Таблица 8. Технические характеристики термометра ТТ

Минимальная температура измерения (°С):

Максимальная температура измерения (°С):

Цена деления шкалы (°С):

Ареометр общего назначения АОН-1 (рисунок 11) предназначен для измерения плотности и концентрации веществ в двухкомпонентных растворах различных жидкостей.

Рисунок 11. Ареометр общего назначения АОН-1

Общие технические характеристики ареометра АОН-1 приведены ниже (таблица 9).

Таблица 9. Технические характеристики ареометра общего назначения АОН

Весы лабораторные квандрантные ВЛКТ-500 (рисунок 12) предназначены для взвешивания веществ при проведении лабораторных анализов в различных отраслях промышленности.

Принцип действия весов основан на уравновешивании моментов, создаваемых взвешивающим грузом, отклонением квадранта и встроенными гирями. По конструкции представляют собой двухпризменные весы с верхним расположением грузоприемной чашки и полным механическим гиреналожением. Весы имеют специальный механизм для автоматической компенсации негоризонтальности при установке их на рабочем столе, а также делительное устройство, которое позволяет исключить субъективные ошибки при отсчете. Результат взвешивания определяется по отсчетной шкале и счетчикам гиревого механизма и делительного устройства. Технические характеристики весов ВЛКТ-500 подробно описаны в таблице 10.

Рисунок 12. Весы лабораторные квадрантные ВЛКТ-500

Таблица 10. Технические характеристики лабораторных весов ВЛКТ-500

Наибольший предел взвешивания:

Цена деления шкалы:

Погрешность взвешивания, мг:

Размер платформы, мм:

Габаритные размеры весов, мм:

Весы лабораторные равноплечие 2 класса модели ВЛР-200 (рисунок 13) предназначены для точного определения массы вещества при проведении лабораторных анализов в различных отраслях народного хозяйства. Общие технические характеристики весов описаны в таблице 11.

Рисунок 13. Весы лабораторные равноплечие ВЛР-200

Широкий диапазон отсчетной шкалы, наличие механизма компенсации тары, доступность чашки и удобство обслуживания значительно повышают производительность весов.

Таблица 11. Общие технические характеристики весов ВЛР-200

Наибольший предел взвешивания

Цена деления шкалы

Цена деления делительного устройства

Поверочная цена деления

Диапазон взвешивания по шкале

Погрешность взвешивания по шкале

Размах показаний из 5 наблюдений, не более

Погрешность от неравноплечести коромысла, не более

Погрешность взвешивания при любых включениях встроенных гирь и их комбинациях

Допускаемая погрешность взвешивания, мг

Время успокоения колебаний коромысла, не более

Диапазон взвешивания с помощью гиревого механизма

Получение разработанного и утвержденного, в полном объеме, проекта автоматизации технических процессов. Соответствующего нормативам ЕСКД и удовлетворяющему техническим данным задания на проектирование и требованиям нормативной документации к объектам автоматического регулирования, а также требованиям ТБ, ОТ, ЧС и экологии.

Потребителями процесса являются все подразделения ТОО «Кайнар Май» где установлены средства измерения.

Критерием эффективности ПСМК цеха КИПиА является:

Деятельность по улучшению ПСМК осуществляется на основании следующих мер:

о метрологической службе ТОО «Кайнар Май»

Настоящий документ является конфиденциальным документом и собственностью ТОО «Кайнар Май»

Размножение, включая частичное, не разрешается без письменного разрешения представителя руководства по системе менеджмента качества ТОО «Кайнар Май».

Метрологическая служба ТОО «Кайнар Май» осуществляет следующие задачи:

Проведение систематического анализа состояния средств измерений на предприятии, разработка на его основе плана оргтехмероприятий по улучшению метрологического обеспечения завода на планируемый период и контроль его выполнения.

4.2. Функции структурных внутренних звеньев метрологической службы:

Отдел главного метролога осуществляет следующие функции:

Содействие местным органам Госстандарта при осуществлении ими государственного надзора за метрологическим обеспечением разработки, производства испытаний продукции, состоянием, применением и ремонтом средств измерений, а также государственного надзора за деятельностью метрологической службы завода.

Контролировать выполнение всеми службами предприятия требований нормативно-технической документации по метрологическому обеспечению, а также метрологических правил и норм.

Цех КИП и А осуществляет следующие функции:

Метрологическая служба несет ответственность за несвоевременное выполнение работ и нарушение установленных требований Устава ТОО «Кайнар Май» и других законодательных актов Республики Казахстан.

Ответственность каждого работника, включая руководителя метрологической службы устанавливается должностными инструкциями.

7. Взаимодействие со структурными подразделениями

При выявлении нарушений по эксплуатации, ремонту и монтажу средств измерения метрологическая служба выдает руководителям подразделений предписания, утвержденные главным инженером.

Мастера отделений КИПиА предоставляют, ежемесячно, графики ППР и отчеты о проделанной работе, на утверждение главному метрологу.

Сводный общецеховой график ППР после согласования и утверждения главным инженером передается для исполнения руководителям структурных подразделений цеха КИП.

Источник