лекции по сухтп. В системы управления химикотехнологическими процессами значение автоматического управления для развития химической промышленности на современном этапе
 Скачать 2.38 Mb.
|
|
4.5. Аналоговые и цифровые преобразователи Все первичные измерительные преобразователи по своей сути являются аналоговыми устройствами. Однако в последнее время наблюдается доминирование цифровых информационных измерительных систем, в связи с чем аналоговый выходной сигнал первичного измерительного преобразователя должен иметь форму, пригодную для его использования в цифровых ИИС. Существует три вида сигналов: аналоговый сигнал, являющийся электрическим представлением или аналогом (это ток или напряжение) исходного измеряемого сигнала (технологического параметра); цифровой сигнал, в котором функция (например, частота) используется для представления исходного измеряемого сигнала; кодированный цифровой сигнал, в котором параллельный цифровой сигнал, например, разрядностью в 8 бит, представляет значение исходного измеряемого сигнала (технологического параметра). Примечание Бит (англ. bit, от binary— двоичный и digit— знак) — двоичная единица, в теории информации — единица количества информации. Бит в вычислительной технике — двоичная цифра, двоичный разряд. Собственно, эти виды сигналов обычно определяют типы первичных измерительных преобразователей. Известны измерительные преобразователи, выход которых является чисто электронным аналогом измеряемого сигнала (технологического параметра). Другие измерительные преобразователи представляют измеряемую величину в цифровой форме, а третьи — в виде цифрового кода. Устройства, преобразующие электрический или другой аналоговый сигнал в эквивалентный цифровой, называют аналого-цифровыми преобразователями (АЦП). АЦП обычно является частью цифрового измерительного прибора. Устройства, предназначенные для обратного преобразования (преобразование цифрового сигнала в аналоговый), называют цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП). В системах управления и регулирования с цифровыми ЭВМ применяются самые разнообразные АЦП и ЦАП. 4.6. Линии связи Линии связи — это линии между первичным измерительным преобразователем и другой частью информационно-измерительной системы (ИИС). Если первичный измерительный преобразователь располагается на каком-то расстоянии от системы, то необходимо предпринимать шаги к тому, чтобы линии связи не влияли на эффективность системы. Для этого в систему встраивается один или более каскадов сопряжения сигналов, усиливающий, преобразующий и т. п. малый выходной сигнал первичного измерительного преобразователя в аналого-цифровой сигнал. Важно, чтобы информация, выдаваемая первичным измерительным преобразователем, не потерялась при передаче ее к другим частям ИИС. При этом нужно учитывать взаимное влияние преобразователей и других блоков системы друг на друга. Примечание В более широком понимании: линия связи — это среда распространения, например, электромагнитных волн от источника сигнала к приемнику сигнала. Среда распространения сигнала может быть воздушной, кабельной и т. д. Источник сигнала, линия связи и приемник сигнала образуют канал связи. По виду используемой энергии линии связи можно разделить на пневматические, электрические, волоконно-оптические. 6. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ Давлением р называют физическую величину, характеризующую интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил f, с которыми одно тело действует на поверхность другого, например, жидкость на стенки технологического аппарата, т. е.  Если распределение сил вдоль поверхности равномерно, то давление р на любую часть поверхности равно  где А — площадь этой части поверхности;— сумма приложенных перпендикулярно к ней сил. Под абсолютным давлением в технологическом аппарате понимают полное давление газа или жидкости на его стенки. Разность между абсолютным давлением и атмосферным давлением при  называется избыточным давлением :  Если значение абсолютного давления ниже значения атмосферного давления (  ), то их разница называется вакуумметрическим давлением (или разрежением) : За единицу измерения давления в СИ принят паскаль (Па), равный давлению, которое вызывает сила в один ньютон (1 Н), равномерно распределенная по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2. Применяются также внесистемные единицы: кгс/см2; мм вод. ст.; мм рт. ст. Кроме того, в настоящее время эксплуатируются измерительные приборы, отградуированные в фунтах на квадратный дюйм (psi) и в фунтах на квадратный фут (psf). Между паскалем и другими единицами измерения давления существуют следующие соотношения: 1 кгс/см2 = 98066,5 Па = 0,1 МПа; 1 мм рт. ст. = 133,322 Па; 1 бар = 105 Па; 1 psi = 6894,76 Па; 1 psf =47,837 Па; 1 атм = 101,325 кПа = 760 мм рт. ст. (атмосфера физическая). Приборы для измерения давления и разности давлений называют манометрами. В зависимости от измеряемой величины различают следующие средства измерения давления: манометры — для измерения избыточных давлений; вакуумметры — для измерения вакуума (разрежения); мановакуумметры — для измерения избыточных давлений и разрежений; дифференциальные манометры (дифманометры) — для измерения разности (перепада) давлений; напоромеры — для измерения малых избыточных давлений (до 40 кПа); тягомеры — для измерения малых разрежений (до 40 кПа); тягонапоромеры — для измерения малых избыточных давлений и разрежений. По принципу действия манометры подразделяют на жидкостные, деформационные, электрические и т. д. 6.1. Жидкостные манометры В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением столба жидкости. В приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости в другом. Дифманометры предназначены для измерения расхода неагрессивных жидкостей, паров и газов путем определения величины перепада давления на измерительной диафрагме или ином дроссельном устройстве. Они могут быть использованы также в качестве манометров и вакуумметров. Другие приборы предназначены для измерения давлений, разрежений и разности давлений неагрессивных газов. В жидкостном двухтрубном манометре две вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки заполнены рабочей жидкостью до нулевой отметки и закреплены на основании, к которому прикреплена шкала. В одну трубку подается измеряемое давление, другая трубка сообщается с атмосферой. При измерении разности давлений к обеим трубкам подводятся измеряемые давления. Разновидностью жидкостного двухтрубного манометра является жидкостный двухтрубный манометр, стеклянные трубки которого заполнены двумя несмешивающимися жидкостями, близкими по плотности (благодаря чему достигается высокая чувствительность). Для удобства отсчета разности уровней используются однотрубные (чашечные) манометры. В таких манометрах одна трубка заменена широким сосудом, в который подается измеряемое давление. Уровень жидкости в этом сосуде практически не меняется. Трубка, прикрепленная к шкале, является измерительной и сообщается с атмосферой. При измерении разности давлений к измерительной трубке подводится меньшее из давлений. Для большей чувствительности измерительную стеклянную трубку устанавливают наклонно (манометр с наклонной трубкой). 6.2. Деформационные преобразователи давления Для измерения давления, разрежения, разности давлений в химической технологии наибольшее распространение получили деформационные измерительные преобразователи. Принцип действия деформационных манометров основан на зависимости деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления. Деформация или сила, пропорциональная измеряемому давлению, преобразуется в показания или соответствующие изменения выходного сигнала. В соответствии с используемым чувствительным элементом деформационные манометры подразделяют на трубчато-пружинные, сильфонные и мембранные.   Рис. 50. Деформационные измерительные преобразователи давления: а — плоская диафрагма; б — гофрированная диафрагма; в — мембрана (анероидная коробка); г — сильфон; д — одновитковая трубка Бурдона; е — скрученная или спиральная трубка Бурдона; ж — многовитковая трубка Бурдона Принципиальные схемы деформационных измерительных преобразователей (силовых элементов) приведены на рис. 50. Примечание Термин «трубчатые пружины» часто означает то же, что и «трубка Бурдона». Выбор деформационных измерительных преобразователей зависит от величины измеряемого давления (разрежения) и характеристик собственно самих преобразователей. Например, деформационные измерительные преобразователи (плоская мембрана, гофрированная мембрана, мембрана) можно использовать, чтобы привести в действие емкостный или пьезоэлектрический преобразователь. 7. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ 7.1. Общие сведения об измерении температуры Одним из основных технологических параметров в химическом производстве является температура. Температура — фундаментальная физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Измерение температуры предполагает построение шкалы температур на основе воспроизведения ряда равновесных состояний — реперных точек, которым приписаны определенные значения температур, и создания интерполяционных приборов, реализующих шкалу между ними. Чаще всего используются три температурные шкалы: эмпирические шкалы Цельсия и Фаренгейта и термодинамическая шкала Кельвина. Наиболее употребляемая температурная шкала была предложена А. Цельсием (A. Celsius) в 1742 г. Опорными точками этой шкалы являются температура плавления льда (О °С) и температура кипения воды (100 °С). Первая температурная шкала была введена Г. Фаренгейтом (G. Fahrenheit) в 1715 г. Для нижней опорной точки (0 °F) была использована температура замерзания солевого раствора, а для верхней — температура под мышкой здорового англичанина (96 °F). В 1848 г. лорд Кельвин (У. Томсон) предложил термодинамическую температурную шкалу, основанную на втором законе термодинамики. Термодинамическую температуру («абсолютную температуру») обозначают символом Т. Единицей ее измерения является кельвин (К), определенный как 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Приборы для измерения температуры называют термометрами. Различают контактный и бесконтактный методы измерения температуры. На рис. 57 выполнено ориентировочное сравнение областей применения термометров наиболее распространенных типов. Естественно, что границы этих областей у различных изготовителей неодинаковы. В ближайшее время предельные температуры применения термометров, особенно электрических, могут быть смещены как в сторону более высоких, так и в сторону низких температур. Штриховыми линиями на рис. 57 показаны области температур, в которых термометры используются только кратковременно.  Рис. 57. Сравнение температурных диапазонов контактных и бесконтактных термометров 7.2. Измерение температуры контактным методом  Рис. 5.58. Область применения контактных и бесконтактных термометров: 1 — термисторы; 2 — пьезоэлектрические; 3 — термопреобразователи сопротивления; 4 — термоэлектрические преобразователи (термопары) При использовании контактного метода измерения температуры определяют величину одного из параметров первичного измерительного преобразователя (ПИП), зависящего от его температуры. При этом предполагают, что температура ПИП равна температуре измеряемого объекта, которую хотели бы измерить. Для выполнения этого условия необходимо обеспечить хороший тепловой контакт между ПИП и измеряемым объектом, что и дало название методу измерения. К контактному методу относится измерение температуры термометрами расширения, манометрическими термометрами, термометрами сопротивления, термоэлектрическими термометрами. Температурные диапазоны применения наиболее распространенных контактных термометров представлены на рис. 5.58. 7.2.1. Термометры расширения Принцип действия термометров расширения основан на различном тепловом расширении двух разных веществ. К термометрам расширения относят стеклянные жидкостные, дилатометрические, биметаллические, манометрические. |