Автоматизированные системы управления химико-технологическими процессами

1. Автоматизированные системы управления химико-технологическими процессами Доцент, к.т.н., Вильнина Анна Владимировна

2. Измерение давления В системе СИ за единицу давления принят паскаль (Па). Давлением Р называют отношение Р=F/S абсолютной величины нормального, то есть действующего перпендикулярно к поверхности тела, вектора силы F к площади S этой поверхности. Сумма атмосферного и избыточного давлений представляет собой абсолютное давление, т. е. Рабс = Ратм + Ризб Если абсолютное давление меньше атмосферного, то их разность называется разрежением или вакуумом: Рвак = Ратм — Рабс

3. Единицы измерения давления Единицы измерения давления определяются одним из двух способов: 1) через высоту столба жидкости, уравновешивающей измеряемое давление в конкретном физическом процессе: в единицах водяного столба при 4°С (мм вод. ст.) или ртутного столба при 0°С (мм рт. ст.); 2) через единицы силы и площади. В Международной системе единиц (СИ), принятой в 1960 году, единицей силы является Н (ньютон), а единицей площади - м2. Отсюда определяется единица давления паскаль Па=1 Н/м2). 1 ат = 1 кгс/см2 = 104 кгс/м2 = 0,97 атм = 0, 98×103 мбар = 0,98 бар = 104 мм вод.ст. = 10 м вод.ст = 735 мм рт.ст. = =0,98×105 Па = 98 кПа= 0,098 МПа

4. Классификация манометров Приборы для измерения давления могут классифицироваться по следующим характеристикам: • виду измеряемого давления; • принципу действия; • области применения; • классу точности :0,15;0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (чем меньше цифра, тем точнее прибор).

5. Классификация манометров По диапазону измеряемого давления • собственно манометр (избыточное давление) – прибор, который измеряет положительную разность между абсолютным и барометрическим давлением в диапазоне от 0,06 до 1000 МПа; • вакуумметр (разрежение) – измеряет давление ниже атмосферного (до 100 кПа); • мановакуумметр (избыточное давление и разрежение) - манометры измеряющие как избыточное (от 60 до 240000 кПа), так и вакуумметрическое (до минус 100 кПа) давление; • напоромер (измеряет малое избыточное давление до 40 кПа), • тягомер (измеряет разрежение до 40 кПа), • тягонапоромер (мановакуумметр с пределами измерений не более ± 20 кПа), • дифференциальный манометр (измеряет разность давления).

6. Классификация манометров По принципу действия • жидкостные (измеряемое давление уравновешивается гидростатически столбом жидкости), • деформационные (давление определяется по величине деформации и перемещения упругого чувствительного элемента), • грузопоршневые (измеряемое или воспроизводимое давление гидростатически уравновешивается через жидкую или газообразную среду прибора давлением веса поршня с грузоприемным устройством и комплектом образцовых гирь), • электрические (давление определяется на основании зависимости электрических параметров: сопротивления, емкости, заряда, частоты - от измеряемого давления) • и другие (тепловые, ионизационные, термопарные и т.п.). .

7. Классификация манометров По области применения • общепромышленные, или технические, работающие в промышленных условиях (при перепадах температур и влажности окружающей среды, вибрациях, загрязнении внешней среды и т.п.), • лабораторные(приборы повышенной точности для использования в комфортных и стабильных условиях лабораторий), • специальные(применяются в экстремальных условиях: на железнодорожном транспорте, судах, котельных установках, при работе с кислотными и другими агрессивными средами), • образцовые(для поверки рабочих манометров, обладают более высоким классом точности (0,15;0,25;0,4), чем остальные. ) и • эталонные(хранители единиц давления с целью передачи их образцовым приборам).

8. Жидкостные манометры Принцип действия жидкостных манометровоснован на уравновешивании измеряемой величины высотой столба рабочей жидкости. Значение измеряемой величины (разность давлений Р1 и Р2) определяется по шкале прибора:P1-P2=hpg где р - плотность рабочей жидкости; g – ускорение силы тяжести

9. Деформационные манометры По типу упругих элементов деформационные (механические) приборы подразделяются на • пружинные, • мембранные и • сильфонные. Диапазон измерения пружинных манометров обычно составляет от 0,1 до 2500 MПа, с погрешностью 0,16-4,0%.

10. Деформационные манометры Наиболее распространенные упругие чувствительные элементы: трубчатые пружины, сильфоны, плоские и гофрированные мембраны, мембранные коробки, вялые мембраны с жестким центром. При измерении давления вязких, полимеризующихся и кристаллизующихся сред применяют манометры с открытым чувствительным или разделительным элементом - сильфоном либо мембраной. Диапазон давление от 100 до 107 Па и более. Погрешность 0,5-2,5%

11. Грузопоршневые манометры В этих приборах измеряемое давление определяется по величине нагрузки, воздействующей на поршень определенной площади. Грузопоршневыеманометры имеют высокую точность (0,02; 0,05; 0,2) и широкий диапазон измерения (0,1- 250 МПа). Обычно их применяют для градуировки и поверки грузопоршневых манометров.

12. Электрические манометры Наиболее перспективны приборы, действие которых основано на так называемом тензорезистивном эффекте - изменении электрического сопротивления твердого проводника (чувствительного элемента) в результате его деформации, пропорциональной измеряемому давлению. Диапазон измерения от 100 Па до 1000 MПа, погрешность 0,5-1,5%. В манганиновых датчиках под действием давления изменяется электрическое сопротивление тонкой манганиновой проволоки. Используются для измерения давления свыше 100 MПа. Действие емкостных датчиков основано на преобразовании перемещения чувствительного элемента в изменение емкости конденсатора, зависящее от зазора между обкладками, их площади, материала диэлектрика или диэлектрической проницаемости. Этим датчикам свойственны значительные температурные погрешности.

13. Выбор манометра • Материал • Внутренняя конфигурация • Корпус • Монтажное подключение • Связь • Технология датчиков

14. Установка манометра • Запорный и стравливающий вентиль • Демпфирующее устройство • Разделительная мембрана • Устройство защиты от избыточного давления • Вентильный блок

15. Защита манометров • Разделительные сосуды с разделительными жидкостями • Разделительные сосуды с гибкими перегородками • Продувка или промывка соединительных трубок • Сифонные трубки

16. Измерение расхода Расход вещества — это его количество, протекающее через сечение трубопровода в единицу времени. Для измерения расхода веществ применяют : • расходомеры переменного перепада давлений, • расходомеры постоянного перепада давлений • переменного уровня, • электромагнитные, • ультразвуковые, • вихревые, • тепловые и • турбинные.

17. Измерение расхода Может измеряться объемный (м3/с, м3/ч, см3/с) αили массовый (кг/с, кг/ч, г/с) расход. α - коэффициент расхода ε - поправочный коэффициент, для несжимаемой жидкости ε = 1 - площадь отверстия сужающего устройства Для диафрагм Для сопл и сопл Вентури

18. Расходомеры переменного перепада давления Расходомер переменного перепада давления – это измерительный комплекс, принцип действия которого основан на зависимости расхода от перепада давления, создаваемого первичным преобразователем расхода, установленным в трубопроводе.

19. Расходомеры переменного перепада давления Такой расходомер может работать при следующих условиях: • Поток должен занимать все сечение трубы. • Не должно происходить фазовых превращений вещества при прохождении сужающего устройства. • Поток должен быть установившимся.

20. Измерение расхода. Трубка Пито - Прандтля Напорными называются устройства, создающие перепад давления, зависящий от динамического давления потока, или, проще говоря, от скорости потока.

21. Расходомеры постоянного перепада давления Принцип действия ротаметров состоит в том, что гидродинамическое давление измеряемого потока среды воздействует на поплавок, вызывая его вертикальное перемещение. - площадь кольцевого зазора; – поправочный коэффициент.

22. Электромагнитные расходомеры Принцип действия основан на взаимодействии движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем. – индуцируемая в проводнике ЭДС, В; – магнитная индукция, Т; , м. скорость потока, м/с.