Автоматизация технологических процессов книга. Компетенций в новой среде обучения виртуальной среде профессиональной деятельности

• Название: Компетенций в новой среде обучения виртуальной среде профессиональной деятельности
• Анкор: Автоматизация технологических процессов книга.pdf
• Дата: 02.02.2017
• Размер: 24.89 Mb.
• Имя файла: Автоматизация технологических процессов книга.pdf
• Тип: Документы; #1731
• страница: 3 из 23

§ и и
U со С
S.

Рис. 5.14. Устройство вихревого расходомера
1 - корпус расходомера 2 - тело обтекания 4

фланцы расходомера 5 - трубопровод
89

ВИХРЕВОЙ РАСХОДОМЕР СУ ЛЬ Т РАЗВ У КО ВЫ М ДЕТЕКТИРОВАНИЕМ ВИХРЕЙ Принцип работы вихревого расходомера с ультразвуковым датчиком (рис. 5.15) заключается в следующем. В проточной части расходомера 1 устанавливается дельтаобразное тело обтекания
2. За телом обтекания на диаметрально противоположных частях Рис. Устройство вихревого расходомера жидкости с ультразвуковым детектированием вихрей
1 - корпус расходомера 2 - тело обтекания 3 — излучатель и примни к ультразвуковых колебаний фланцы расходомера 5 - трубопровод трубопровода располагаются ультразвуковой излучатель и при­
ёмник 3- На излучатель подаётся переменное напряжение ( 1 -
2 МГц, которое преобразуется в ультразвуковые колебания жидкости. Пройдя через поток жидкости, колебания взаимодействуют с вихрями и модулируются по амплитуде и фазе. Приём­
ник преобразует ультразвуковые колебания в электрический сигнал. Сигналы с излучателя и приёмника подаются на схему обработки, которая вырабатывает сигнал, частота которого равна частоте вихреобразования.
90

Рис. 5.16. Устройство вихревого расходомера газа с пьезоэлектрическими датчиками давления
1 - корпус расходомера 2 - тело обтекания 3 - пьезоэлектрические датчики давления 4 - фланцы расходомера 5 - трубопровод
5.6. КОРИОЛИСОВЫ РАСХОДОМЕРЫ
Кориолисовы расходомеры позволяют измерять массовый расход жидкостей или газов с большой точностью. Измерение расхода производится за счёт эффекта возникновения силы Ко- риолиса, возникающей при криволинейном движении жидкости или газа. Рассмотрим течение жидкости в горизонтальной трубе рис. 5.17). Если горизонтально расположенную трубу, через которую протекает жидкость, жёстко закрепить с одного конца, а другой конец заставить вибрировать с постоянной круговой скоростью со, относительно неподвижной точки 0, тона стенку трубы будет действовать сила Кориолиса, которая будет зависеть от массового расхода жидкости. Частица жидкости массой т находящаяся на расстоянии г от точки 0, движется с линейной скоростью v и с угловой скоростью со. Ускорение а частицы жидкости складывается из двух Рис. 5.17. Принцип работы кориолисова расходомера составляющих центростремительного а, направленного к точке О, и кориолисова, направленного перпендикулярно к стенке трубопровода Измеряя значение силы Кориолиса жидкости в вибрирующей трубе, можно определить массовый расход. Кориолисовы расходомеры могут измерять массовый расход, как в прямом, таки в обратном направлении течения жидкости. В большинстве конструкций вибрирующий участок трубы закреплён в двух точках и ей сообщается колебательное движение между этими двумя точками. Частоту колебаний выбирают равной частоте резонанса, так как при этом тратится минимум энергии для возбуждения колебаний трубы. Трубка может быть изогнутой или прямой (рис. 5.18). Когда расходомер состоит из двух параллельных трубок, поток разделяется на два потока на входе и соединяется в один на выходе. При использовании одной трубки (или соединённых последовательно двух трубок) поток в расходомере не разделяется. Трубки заставляет вибрировать электромагнитный привод, который состоит из катушки, соединенной с одной трубкой, и магнита, соединенного с другой трубкой. На катушку подаётся
92

Рис. 5.19. Временные диаграммы работы кориолисова расходомера с образным вибратором
94

Глава 6 МЕТОДЫ ИПР ИБО Р Ы ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ КЛАССИФИКАЦИЯ УРОВНЕМЕРОВ Подуровнем понимают расстояние от поверхности раздела двух сред до любой произвольно выбранной отметки выше или ниже этой поверхности. Различают уровнемеры:
• Уровнемеры абсолютного значения уровня. Сигнализаторы уровня (дают информацию о превышении или понижении уровня относительно заданной отметки. Рис. Промышленные уровнемеры
95

Измерители раздела сред. По принципу действия различают уровнемеры: Механические. Буйковые. Гидростатические. Акустические. Емкостные. Радарные. Некоторые разновидности промышленных уровнемеров показаны на рис. 6.1.
6.2. МЕХАНИЧЕСКИЙ ПОПЛАВКОВЫЙ УРОВНЕМЕР Чувствительным элементом поплавкового уровнемера рис. 6.2) является поплавок, находящийся на поверхности жидкости. Поплавок 1 связан с помощью гибкого троса 2 с грузом 3. Уровень жидкости определяется положением груза относительно шкалы 4. Пределы измерений устанавливают в соответствии с принятыми значениями верхнего ВУ и нижнего НУ уровней.
6.3. БУЙКОВЫЙ УРОВНЕМЕР Принцип действия буйкового уровнемера (рис. 6.3) основан на определении уровня по выталкивающей силе, действующей на
96 Рис. 6.2. Поплавковый уровне­
мер

4 — 1 7 8 6
97

6.4. ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР В гидростатическом уровнемере (рис. 6.4) уровень налива жидкости определяют по изменению гидростатического давления

4*
6
5. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВНЕМЕР В ультразвуковом уровнемере (рис. 6.5) измеряется время прохождения акустического ультразвукового сигнала от излучателя до границы раздела двух среди обратно Рис. Ультразвуковой уровнемер

6.6. РАДАРНЫЙ УРОВНЕМЕР Принцип действия радарного уровнемера (рис. 6.6) основан на определении времени прохождения электромагнитного сигнала от излучателя до границы раздела двух среди обратно. Электромагнитные волны распространяются со скоростью света. Прибор посылает электромагнитные сигналы от крышки резервуара к поверхности измеряемого вещества и измеряет время прохождения до возвращения сигнала к прибору. Для излучения электромагнитных волн используется специальная антенна в виде рупора. Рупорные антенны обладают очень хорошим направленным действием и могут использоваться на штуцерах резервуаров с диаметром от 80 мм. Рис. Радарный уровнемер
100

Рис. 6.8. Внешний вид радарного уровнемера

Глава 7 ПОТОЧНЫЕ В ЛАГОМ ЕРЫ гидрофильные примеси (метанол или диэтиленгликоль, которые неотличимы отводы для многих промышленных влаго­
меров); гидрофобные примеси - высококипящие углеводороды или пары компрессорного масла, которые образуют гидраты при появлении конденсата воды, а также блокируют поверхность чувствительных элементов влагомеров; примеси Си образующие кислоты в результате реакции с конденсатом воды, что приводит к очаговой коррозии переменный состав природного газа, который влияет на показания влагомеров; механические примеси. Среди приборов, используемых для анализа влагосодержания газа на потоке, можно выделить анализаторы четырёх основных типов, нашедших применение Оптические анализаторы, измеряющие температуру конденсации паров воды в оптическом канале Эти анализаторы осуществляют измерения в единицах температуры точки росы.
• Влагомеры с электролитической ячейкой на основе пятиоки- си фосфора (РО, использующие закон электролиза Фарадея связывающий количество электричества с массой поглощенной пятиокисью фосфора воды. Измерение осуществляется в абсолютных единицах.
• Влагомеры, использующие емкостные датчики на основе плёнок А 2
0 3
или Si0 2
. Ёмкость конденсатора, образованного двумя электродами и диэлектриком Al
2 0
3
/Si0 2
, изменяется при изменении парциального давления паров воды. Результаты измерения преобразуются в единицы температуры точки росы.
• Влагомеры, реализующие принцип микровесов на основе пьезокристалла со специальным покрытием. Вода, поглощаемая порами полимерного покрытия кварцевого резонатора, изменяет его массу, а следовательно, и его частоту. Влагомер измеряет абсолютное влагосодержание.
7.2. ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОЧКИ РОСЫ Каждой температуре точки росы соответствует только одно значение давления насыщенного пара. Поэтому, измеряя температуру точки росы при известном значении давления, можно найти абсолютное влагосодержание. Данный метод измерения используется в преобразователе точки росы Конг-Прима. Прибор предназначен для измерения температуры точки росы в природном газе или воздухе при рабочем давлении и для преобразования измеренного значения в унифицированный токовый сигнал 4...20 мА.
104

Конструктивно прибор состоит из датчика 1, корпуса 2, крышек 3, 4, газоподвода 5 и блока электроники, находящегося внутри корпуса 2 (рис. 7.1). На рис. 7.2 приведена конструкция чувствительного элемента влагомера газа. Он состоит из корпуса 1, измерителя 4 (в измерителе 4 размещены светодиод б, фотодиод 5 и оптическое волокно 8), терморезистора 7 для измерения температуры чувствительного элемента, терморезистора 2 для измерения температуры корпуса датчика, трехкаскадного термоэлектрического холодильника на элементе Пельтье Измеритель температуры точки росы работает следующим образом. Исследуемый газ омывает изогнутую часть оптоволоконного световода 6 в зоне А (см. рис. 7.2). Световой поток проходит по оптоволокну от светодиода 6 к фотодиоду 5. В зоне А световой поток частично выходит из световода, так как часть поверхности световода спилена. Чем больше оптическая плотность омывающего световод газа, тем большая часть светового Рис. Внешний вид измерителя температуры точки росы Конг-Прима
105

Рис. Конструкция чувствительного элемента измерителя температуры точки росы Конг-Прима потока выходит в зоне Аи меньше световой поток, доходящий до фотодиода 5. Световод 8 охлаждается в зоне Ас помощью термоэлектрического холодильника 3, а его температура измеряется с помощью терморезистора 7. При температуре выше точки росы поверхность изогнутой части световода является сухой, а его пропускающая способность - максимальной. Световод постепенно охлаждают, постоянно измеряя его температуры. При охлаждении световода и омывающего его газа до температуры насыщения на поверхность изогнутой части световода выпадает конденсат, имеющий ббльшую оптическую плотность, чем сухой газ. Фотодиод 5 регистрирует уменьшение интенсивности дошедшего до него светового потока, что является командой регистрации температуры конденсации и командой для включения нагрева световода. При нагреве световода и омывающего его газа выше температуры насыщения конденсат с поверхности изогнутой части световода испаряется и фотодиод 5 регистрирует увеличение интенсивности излучения, что является командой регистрации температуры испарения и включения охлаждения. После описанного процесса вычисляется температура точки росы, как среднее значение температур конденсации и испарения.
106

Технические данные Режим работы прибора - непрерывный, циклический. Диапазон измерения точки росы от минус 25 до плюс
30
с. Абсолютная погрешность измерения точки росы не более
±1 С. Рабочее давление исследуемого газа от 0,1 до 10,0 МПа. Длительность цикла измерения точки росы не более
10 мин. Измеренное значение точки росы отображается на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ), встроенном в прибор.
7.3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ НЕФТИ Методы измерения влагосодержание нефти можно разделить на абсолютные, физические и химические. Абсолютные методы основаны на определении количества воды путём её отделения от основной массы вещества. В химических методах используют эффект взаимодействия воды с химическим реагентом. Физические методы позволяют определить содержание воды без изменения её состояния При использовании адсорбционного метода анализируемую смесь разделяют в хроматографической колонке на отдельные компоненты, которые определяют с помощью системы детектирования. Гравиметрический метод можно разделить на метод отстаивания и центрифугирования. Метод отстаивания заключается в отстаивании пробыв измерительном сосуде и последующем измерении уровня раздела фаз нефть - вода. Метод центрифугирования заключается в разделении определенного объёма пробыв измерительном стакане, расположенном по радиусу центрифуги дном от центра.
Колометрический метод основан на изменении цвета химических веществ в присутствии воды или изменении рН водного раствора, в результате чего окрашивается индикатор.
Валюмометрический метод основан на измерении объёма газа, выделяющегося при взаимодействии воды в исследуемом продукте с химическими реагентами, наилучшим из которых является гидрид кальция.
Титрометрический метод основан на определении влагосо- держания при титровании испытуемой пробы растворами химических реагентов.
107

7.4. ВЛАГОМЕР СЫРОЙ НЕФТИ Оба рассмотренных метода объединены во влагомере «Аква- сенс» (рис. 7.3). Принцип работы влагомера комбинированный диэлькометри- ческий - на эмульсии вода в нефти и оптический - на эмульсии нефть вводе (рис. 7.4). При малой обводнённости (вода в нефти) электрод преобразователя, погруженный в смесь, меняет
ёмкость нагрузки генератора, вследствие чего изменяется частота Ре выходного сигнала генератора в зависимости от влагосо­
держания водонефтяной смеси (кривая 2). При большой обвод­
нённости (нефть вводе) используется оптический метод, когда изменяется оптическая плотность газонефтяной смеси от содержания в ней нефти. Вода, водосолевые и кислотосодержащие растворы имеют в рабочем спектральном диапазоне нулевую оптическую плотность, в то время как нефть представляет из себя практически непрозрачную жидкость с характерной для каждой ио

Рис. Внешний вид влагомера «Аквасенс» нефти оптической плотностью. Логарифмическая зависимость светопропускания смеси от содержания в ней нефти имеет линейный характер и преобразуется электронной схемой в частоту
F
0
выходного сигнала (кривая 1). Прибор позволяет определять содержание воды в нефти от О до 100 %. Модель измерения (см. рис. 7.4) позволяет автоматически определить фазу (нефть или вода. Рис. 7.4. Градуировочная кривая для работы на водной ( I ) и нефтяной ( 2 ) фазах Конструкция первичного преобразователя влагомера (рис. 7.5) представляет собой цилиндрический стальной корпус с двумя фланцами. Внутри корпуса находится металлический цилиндр, который совместно с корпусом образует ёмкость, диэлектриком которой является водонефтяная эмульсия. Оптическую часть представляют цилиндрические вставки с фото- и светодиодами, работающими в ИК диапазоне. Прибор обеспечивает непрерывность измерения влагосодержания по ГОСТ Р 8.615-
2005 при измерениях по отдельной скважине позволяет определять содержание воды в диапазоне от 0 до
100 %; алгоритм измерения позволяет автоматически определять фазу (нефть или вода нечувствителен к солями температуре. Техническая характеристика влагомера Кинематическая вязкость жидкости, мм
2
/с От 0,6 до 4600 Содержание солей, массовая доля, % От 0,3 до 15 Содержание свободного газа в жидкости, % До 5 Пределы допускаемого значения относительной погрешности измерения содержания нефти в водонефтяной смеси при обводненности от 0 допри обводненности от 70 допри обводненности от 95 до 98 % + 1 8 Рис. Конструкция первичного преобразователя влагомера «Аквасенс»
112

Глава 8 АНАЛОГОВЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ. СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКОВ САНА ЛОГОВ Ы МВ Ы ХОД Н Ы МС И ГНАЛО М К КОНТРОЛЛЕРАМ ДАТЧИКИ С ДВУХПРОВОДНОЙ ТОКОВОЙ ЛИНИЕЙ СВЯЗИ Как уже отмечалось, наиболее распространённым видом передачи аналогового сигнала является сигнал 4...20 мА. Основная характеристика первичных преобразователей (датчиков) - низкое энергопотребление при минимальном значении входного сигнала. Для работы датчика требуется ток менее 4 мА. Только в этом случае электропитание и выходной сигнал могут подаваться по одной линии. На рис. 8.1 приведена типовая схема подключения датчика по двухпроводной схеме. Для питания электронной схемы датчика требуется невысокое напряжение питания порядка 5...8 В, которое может преобразовываться в датчике в двуполярное стабилизированное напряжения порядка ±2,5 В. Этого напряжения достаточно для работы схем усилителя, а также управления дисплеем и выходным транзистором. На все эти функции, как правило, потребляется ток менее 2 мА. Ситуация не изменяется, даже если датчик вырабатывает более высокий выходной сигнал. На верхнем пределе ток, потребляемый электроникой, немного выше. Выходной транзистор приоткрывается (те. сопротивление его перехода уменьшается) настолько, чтобы пропустить ток
18,1 мА в результате по линии связи проходит полный ток
20 мА (рис. 8.2). Рассматриваемая схема подключения датчика к контроллеру называется токовой петлёй, широко используется в аппаратуре для промышленных измерений и обладает рядом преимуществ.
Во-первых, токовая петля имеет низкое сопротивление, а следовательно, более устойчива к помехам, чем линии связи с сигналами напряжения. Кроме того, до определенного предела она нечувствительна к изменению внутреннего сопротивления проводов линии связи. Во-вторых, нуль токового контура 4...20 мА отличается от нуля сигнала работающего прибора, что позволяет надежно распознать неисправность датчика, а также обрыв линии связи.
113

Рис. 8.1. Схема подключения датчика по двухпроводной схеме Электроника датчика распознаёт отказ прибора (например, неисправность чувствительного элемента (сенсора) и немедленно устанавливает выходной сигнал, равный 3 мА. При обрыве ток в линии отсутствует (0 мА. В обоих состояниях выходной сигнал будет отличен от сигнала в режиме измерения, что позволяет обнаружить неисправность (рис. 8.3). Диапазон 4...20 мА имеет фиксированный верхний предел, поэтому ток, превышающий 20 мА, также не может интерпретироваться как измерительный сигнал. Это может служить указанием, что значение измеряемого параметра превысило измерительный диапазон, или свидетельствовать о коротком замыкании, те. о неисправности. При этом ток короткого замыкания должен ограничиваться до разумного значения на стороне контроллера с помощью защитного резистора (или плавкого предохранителя. Если датчик откалиброван, то при отсутствии давления он покажет нуль. Чтобы амперметр показывал ток га мА, выходной транзистор должен приоткрыться и отобрать из линии Рис. 8.2. Пределы тока датчика в измерительном режиме. ДАТЧИКИ ДЛЯ НЕВЗРЫВООПАСНОЙ ЗОНЫ Рис. 8.3. Шкалы измеряемого сигнала и тока датчика. Серым цветом выделен диапазон тока, интерпретируемого как измерительный сигнал

Рис. Подключение двухпроводного датчика мА к контроллеру спит ан и ем датчиков по входным цепям Если двухпроводный датчик работает с контроллером, в котором не предусмотрены клеммы для питания датчика, то его необходимо подсоединить к внешнему источнику питания напряжением 24 Вили к аккумулятору. При этом положительный полюс источника питания соединяется непосредственно с положительным полюсом питания датчика, а отрицательный полюс источника питания соединяется с отрицательной входной клеммой входного сигнала 4...20 мА на контроллере (рис. 8.5). Рис. Схема подключения двухпроводного датчика мА к контроллеру при внешнем источнике питания. ДАТЧИКИ ДЛЯ ВЗРЫВООПАСНОЙ ЗОНЫ. БАРЬЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ На предприятиях газовой и нефтяной промышленности для сопряжения контрольно-измерительного оборудования, разме­
щённого во взрывобезопасной зоне, сдатчиками, установленны-