Решение перечисленных задач возможно только при наличии достаточного количества зарегистрированных и доступных для измерения показателей, отражающих уровень качества продукции.
 Скачать 253.46 Kb.
|
|
Проконтролированный продукт Анализатор Индикатор Усилитель сигналов Микропроцессор Преобразователь Параметры промежуточных точек контроля Внутренние влияющие факторы       Сброс (утилизация)  Рис. 2.3. Операционная схема автоматизированного аналитического контроля гомогенной и соответствует требованиям, определённым документацией применяемого анализатора. При транспортировании и подготовке пробы к анализу продукт может изменить фазовое состояние из-за изменения температуры. Состав пробы может измениться вследствие сорбции или хемосорбции на внутренних поверхностях транспортных коммуникаций, а также продолжающихся химических превращений и других процессов. Величина вносимой погрешности на этом этапе, может оказаться значительной и многократно превосходить погрешность анализа, нормированную для приборов. Такие погрешности не всегда удаётся предотвратить, однако их можно учесть, если они остаются неизменными во времени (систематическими). Пробы некоторых технологических сред не подвергаются преобразованию, и аналитический контроль проводится без дополнительной подготовки. В таких случаях аналитический датчик монтируется непосредственно в технологическом аппарате или технологическом трубопроводе. Для обеспечения надёжного контроля в таких условиях должна быть гарантирована стабильная работоспособность чувствительного элемента анализатора. Автоматизированная подготовка однофазной газовой среды наиболее простая и заключается в фильтрации её для удаления продуктов эрозии технологических трубопроводов и термостатирования. В отдельных случаях узлы подготовки могут вообще отсутствовать. Автоматизированная подготовка газовой среды с неустойчивыми или устойчивыми и неустойчивыми аэрозолями к контролю потребует проведения предварительной очистки от аэрозолей, термической обработки и стабилизации расхода. Чистая жидкая среда не содержит диспергированных частиц (жидких, твёрдых, газообразных) и не требует специальной подготовки для проведения анализа. При подготовке суспензий к анализу подлежат удалению разложившиеся реагенты проведением сверхтонкой фильтрацией пробы технологической среды. Для анализа эмульсии её дисперсные фазы разделяются и специально готовятся - подогреваются и дозируются. Автоматизированная подготовка к анализу жидкой среды содержащей растворённый газ включает фильтрацию водного раствора и стабилизацию расхода выделенного продукта через автоматический анализатор. Автоматизированная подготовка насыщенного раствора технологической среды к анализу включает выполнение следующих операций: фильтрацию, термическую обработку, разбавление (при необходимости), дозировку. Непосредственное измерение параметров пробы производится автоматическими анализаторами. В соответствии с определяемым компонентом выбирается измеряемый физический параметр технологической среды, изменение которого должно наиболее полно характеризовать изменение концентрации определяемого компонента в этой среде. Регистрирует изменение физического параметра чувствительный элемент анализатора. Получение достоверных результатов анализа и снижение погрешностей достигается обеспечением нормального функционирования датчика, что является прямой обязанностью обслуживающего персонала. 2.3.3 Чувствительный элемент датчика автоматического анализатора Чувствительный элемент является составной частью датчика применяемого анализатора и наиболее важной частью автоматизированной системы контроля технологической среды. Он представляет собой устройство, способное генерировать информацию, полученную от его физического или физико-химического взаимодействия с технологической средой. К основным требованиям, предъявляемым к чувствительному элементу, относятся: высокая параметрическая чувствительность к изменению концентрации определяемого компонента; избирательность, быстродействие, стабильность работоспособности и коррозионная стойкость к анализируемой среде; доступность и простота регенерации; надёжность в работе; удобство обслуживания. Взаимодействие чувствительного элемента с анализируемой средой может осуществляться прямым контактом или через перегородки. Прямой контакт чувствительного элемента с технологической средой используется в электрохимических, тепловых, радиоизотопных, газодинамических и других анализаторах. Датчик этих анализаторов монтируется непосредственно в местах автоматизированного контроля среды, которая воздействует непосредственно на чувствительный элемент. Перегородки применяются для пропускания только того материального потока анализируемой технологической среды, который должен оказывать воздействие на чувствительный элемент. Например, к таким потоком относятся: поток воздуха эквивалентный давлению анализируемой среды на эластичную мембрану в анализаторах плотности; световой поток через оптически прозрачные перегородки в оптико- акустических анализаторах; тепловой поток через защитную стеклянную оболочку в термокондуктометрических анализаторах химически агрессивных сред. Могут применяться перегородки при контроле технологической среды, включающей несколько фаз. В этом случае возникает необходимость выделения фазы из потока технологической среды, которая характеризует её параметры. Независимо от того, как будет взаимодействовать чувствительный элемент с анализируемой средой, её физическое состояние должно оставаться постоянным. Однако для предотвращения появления нарушений в его параметрической чувствительности необходимо исключить влияние физических параметров окружающей среды – температуры, давления, влажности воздуха, магнитных полей, производственных вибраций, статического электричества, шагового напряжения и др. Важнейшим условием полноценного его функционирования является поддержание в должном техническом состоянии коммуникаций с измерительным преобразователем и другой аппаратурой. Обеспечение длительной эксплуатации чувствительного элемента в датчике анализатора и получение объективной информации о состоянии контролируемой технологической среды достигается обеспечением выполнения следующих требований: 1. Чувствительный элемент должен взаимодействовать только с представительной частью анализируемой среды; 2. Недопустима установка чувствительного элемента в застойной зоне контролируемой технологической среды; 3. Режим обтекания чувствительного элемента анализируемой средой, а также её температура и давление должны находиться в пределах определённых методикой контроля. 4. Поверхность контакта чувствительного элемента должна всегда оставаться чистой и неизменной во времени. В зависимости от решаемых задач и структуры автоматизированной системы информация от чувствительного элемента через датчик передаётся на расстояние по специальным коммуникациям связи к приборам, где обрабатывается, при необходимости усиливается и отображается на индикаторе. 2.3.4. Структуры приборов автоматизированного аналитического контроля В зависимости от исполнения аналитические приборы могут изготавливаться в виде единой конструкции и в виде комплекта, состоящего из различных блоков, каждый из которых выполняет определённую функцию: обработки, измерения, нормирования усиления и отображения измеренных величин. Общий принцип работы аналитического прибора заключается в следующем Первым в измерительной цепи аналитического прибора размещается первичный измерительный преобразователь. К нему подведён определяемый физический параметр, зарегистрированный чувствительным элементом датчика. Физический параметр в первичном измерительном приборе преобразуется в выходной электрический сигнал. В последующих блоках сигнал соответствующим образом преобразуется (усиливается, нормируется, видоизменяется и т. д.) в удобную для контроля форму. Контролируется сигнал посредством измерения его величины с помощью применения электронных автоматических мостов и потенциометров. Потребности практики химико- технологических производств удовлетворяются изготовлением жёстких и гибких структур приборов для автоматизированного аналитического контроля, рис.2.4. Структуры аналитических приборов Жесткие Одноканальная Двухканальная Компенсационная Гибкие С использованием микропроцессоров С использованием ЭВМ  Рис. 2.4. Классификация структур автоматизированных систем К жёстким системам относятся следующие типы структур: одноканальная, дифференциальная (двухканальная), компенсационная. Одноканальная структура обеспечивает непосредственный отсчёт параметров состава или свойств анализируемого вещества. В ней последовательно располагаются основные и вспомогательные элементы, участвующие в процессе контроля технологической среды, рис 2.5. 1 2 3    x y  y2 Рис. 2.5. Схема одноканальной структуры x-входные параметры (состав или свойства); 1-первичный измерительный преобразователь (ПИП); y-выходной сигнал удобный для дальнейшего преобразования в системе; 2.-нормирующий преобразователь; 3.-вторичный прибор; y1, y2-преобразованные во втором и третьем приборах сигналы. Основным недостатком одноканальной структуры является отсутсвие управляющего воздействия. Это приводит к нарушению гибкости структуры по информативному каналу, что снижает её метрологические и эксплуатационные свойства . Одноканальная структура (непосредственного отсчёта)исторически рассматривается как прообраз других структур. Структура двухканальная дифференциального типа включает рабочий и сравнительный каналы, рис. 2.6. Основное достоинство структур дифференциального типа состоит в том, что второй (сравнительный) канал позволяет повысить информационный уровень первого (рабочего) канала и снизить влияние помех на процесс контроля. Метрологические характеристики двухканальной структуры выше, чем у структуры непосредственного отсчёта. Рабочий канал 1 2  x y y1 Сравнительный канал 11 21 x0  y0 y10 3 4     y2 y3 Рис. 2.6. Схема двухканальной структуры дифференциального типа 1, 11 –первичный измерительный прибор; 2, 21 –нормирующий преобразователь; 3 –блок сравнения 4 –вторичный прибор. Основными недостатками структуры являются: низкая скорость анализа и отсутствие управляющих воздействий , что снижает гибкость метода контроля. Управляющие воздействия на процесс анализа реализуются в структурах аналитических приборов компенсационного типа, рис. 2.7. В данной структуре реализован принцип компенсации. Он заключается в компенсации неизвестного значения информационного сигнала о составе или свойствах анализируемого вещества известным значением, полученным с помощью специальных средств. В момент компенсации отсчитывается значение информационного сигнала. Эта структура превосходит по своим показателям предыдущие структуры, но не обеспечивает достаточную гибкость режимов контроля и управления. В целом гибкость определяется наличием следящих операционных систем, чем их больше, тем выше гибкость структуры. 6 7  1 2 x y y1 11 21 x0 y0 y10 3 4  y2 y3 5   7 6  Рис. 2.7. Схема структуры компенсационного типа 1, 11 –первичный измерительный прибор; 2, 21 –нормирующий преобразователь; 3 –блок сравнения; 4 –усилитель; 5 –блок управления; 6 –вторичный прибор; 7 –операционная система. Повышение гибкости достигается за счёт внедрения в структуру аналитического прибора микропроцессорных средств, обеспечивающих автоматизацию процесса определения контролируемого свойства вещества или параметра его состава, а также проведение вычислительных операций. Гибкая структура (рис.2.8) аналитического прибора позволяет учитывать влияние параметров окружающей среды на точность измерений и получать информацию о составе и свойствах анализируемых веществ в режиме реального времени. Объект аналитического контроля 1 2 3      x x1 Рис. 2.8. Обобщённая схема гибкой структуры аналитического прибора 1 –информационный канал; х -входные параметры, определяющие состав и свойства анализируемых веществ; 2 –корректирующий канал; х1 –входные параметры, которыми могут быть неконтролируемые компоненты анализируемых веществ; 3 –микропроцессорный блок. Влияние параметров окружающей среды изучается в ходе разработки технологии или производства конкретной продукции и учитывается при создании методики её аналитического контроля. Полученные результаты реализуются в аналитических приборах с гибкой структурой проведения аналитического контроля. 2.3.5 Требования, предъявляемые к приборам аналитического контроля В основу требований, предъявляемых к приборам, положен принцип, направленный на обеспечение эффективного использования разработанного метода аналитического контроля. Он может быть реализован при условии, если приборы будут отвечать статическим и динамическим критериям эффективности. К основным из них относятся: точность и чувствительность (как метода так и прибора); надёжность (как работы прибора так и проведенных измерений); быстродействие. На практике для выбора прибора с реализованным в нём методом применяется комплексный критерий качества, который может быть рассчитан по выражению 2.3. Ккач = к1*Кточн + к2*Кнадёжн + к3*Кчувствит + к4*Кбыстрод , (2.3) где: к1, к2, к3, к4 – вес каждого критерия, их сумма ровняется единице; К – базовый критерий, отражающий точность (надежность, чувствительность, быстродействие). Выбор базовых критериев осуществляется путём экспертных оценок, либо решением задачи оптимизации. Точность прибора зависит от внутренних и внешних факторов, влияющих на измерительный процесс, рис.2.9. Внешние факторы: - |