- •Технологические измерения и приборы
- •Isbn 978-601-7327-04-0
- •1 Глава. Измерения температуры
- •1.1 Общие сведения
- •1.2 Манометрические термометры
- •1.3 Термоэлектрические преобразователи (тэп)
- •1.3.1 Требования к материалам термоэлектродов тэп
- •1.3.2 Поправка на температуру свободных концов тэп
- •1.3.3 Устройство компенсации температуры (кт)
- •1.3.4 Удлиняющие термоэлектродные провода
- •1.3.5 Включение измерительного прибора в цепь тэп
- •1.3.6 Нормальный термоэлектрод
- •1.4 Средства измерения сигналов тэп
- •1.4.1 Милливольтметры
- •1.4.2 Измерение термоЭдс милливольтметром
- •1.4.3 Потенциометры
- •1.4.3.1 Компенсационный метод измерения
- •1.4.4 Нормирующие преобразователи термоЭдс
- •1.5 Термопреобразователи сопротивления (тпс)
- •1.6 Средства измерения, работающие в комплекте с тпс
- •1.6.1 Уравновешенные мосты
- •1.6.2 Неуравновешенные мосты (нум)
- •1.6.3 Логометры
- •1.6.4 Симметричный неравновесный мост
- •1.6.5 Нормирующие преобразователи тпс
- •1.7 Измерения теплового излучения
- •1.8 Средства измерений теплового излучения
- •1.8.1 Оптический пирометр (оп)
- •1.8.2 Фотоэлектрический пирометр
- •1.8.3 Пирометр спектрального отношения (цветовой пирометр)
- •2 Глава. Измерения давления
- •2.1 Общие сведения
- •2.2 Жидкостные си давления с гидростатическим
- •2.2.1 Поплавковые дифманометры
- •2.2.2 Колокольные дифманометры
- •2.3Деформационные средства измерения давления
- •2.3.1 Чувствительные элементы
- •2.3.2 Деформационные приборы для измерения давления
- •2.3.3 Деформационные измерительные преобразователи давления, основанные на методе прямого преобразования
- •2.3.4 Пьезоэлектрические измерительные преобразователи давления
- •2.4 Общие методические указания по измерению давления
- •3 Глава. Измерение количества и расхода жидкости, газа и пара
- •3.1 Общие сведения
- •3.2 Объемные счетчики
- •3.2.1 Объемные счетчики с овальными шестернями
- •3.3 Скоростные счетчики
- •3.4 Расходомеры переменного перепада давления
- •3.5 Расходомеры обтекания
- •3.6 Электромагнитные расходомеры
- •3.7 Тепловые расходомеры
- •4 Глава. Измерение уровня
- •4.1 Общие сведения
- •4.2 Поплавковые уровнемеры
- •4.3 Буйковые уровнемеры
- •4.4 Гидростатические си уровня
- •4.5 Электрические си уровня
- •4.5.2 Кондуктометрические сигнализаторы уровня
- •4.6 Акустические си уровня
- •5 Глава. Измерения физико-химических свойств жидкостей и газов
- •5.1 Средства измерения плотности
- •5.1.1 Весовые или пикнометрические плотномеры
- •5.1.2 Гидро - и аэростатические плотномеры
- •5.2 Средства измерения вязкости жидкостей
- •5.2.1 Капиллярные вискозиметры (вискозиметры истечения)
- •5.2.2 Ротационные вискозиметры
- •6 Глава. Измерение концентрации
- •6.2 Магнитные газоанализаторы
- •6.3 Оптические газоанализаторы
- •6.3.1 Инфракрасный газоанализатор
- •6.3.2 Ультрафиолетовый газоанализатор
- •7 Глава. Анализ состава жидкостей
- •7.1 Общие сведения
- •7.2 Кондуктометрический метод анализа растворов
- •7.2.1 Электродные кондуктомеры
- •7.3 Потенциометрический метод анализа растворов
- •7.3.1 Рабочие и вспомогательные электроды потенциометрических
- •7.3.2 Измерительные преобразователи рН-метров
- •Список литературы
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
С.Г. Хан
Технологические измерения и приборы
Учебное пособие
Алматы 2012
УДК 389.14
ББК 31.21.я73
Технологические измерения
и приборы
Х 19 Учебное пособие/С.Г.Хан;
АУЭС. Алматы,2012. - 93 с.
В учебном пособии излагаются основные методы и средства измерений, применяемые для автоматизации теплоэнергетических процессов. Освещается методика измерения температуры, давления, расхода жидкости, газа и пара и других величин.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности 5В070200 - Автоматизация и управление.
Табл.5, Ил.51, Библиогр. – 19 назв.
ББК 31.21.я73
РЕЦЕНЗЕНТ: КазНТУ, доктор техн. наук, проф. Казиев Г.З.
АУЭС, канд. техн. наук, доц. Мусабеков Р.А.
Печатается по плану издания Министерства образования Республики Казахстан на 2012 г.
Isbn 978-601-7327-04-0
© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012 г.
|
Содержание |
|
Введение |
5 | |
1 глава. |
Измерения температуры |
10 |
1.1 |
Общие сведения |
10 |
1.2 |
Манометрические термометры |
13 |
1.3 |
Термоэлектрические преобразователи (ТЭП) |
17 |
1.3.1 |
Требования материалам термоэлектродов ТЭП |
18 |
1.3.2 |
Поправка на температуру свободных концов ТЭП |
19 |
1.3.3 |
Устройство компенсации температуры (КТ) |
20 |
1.3.4 |
Удлиняющие термоэлектродные провода |
21 |
1.3.5 |
Включение измерительного прибора в цепь ТЭП |
22 |
1.3.6 |
Нормальный термоэлектрод |
23 |
1.4 |
Средства измерения сигналов ТЭП |
24 |
1.4.1 |
Милливольтметры |
24 |
1.4.2 |
Измерение термоЭДС милливольтметром |
26 |
1.4.3 |
Потенциометры |
27 |
1.4.4 |
Нормирующие преобразователи термоЭДС |
30 |
1.5 |
Термопреобразователи сопротивления (ТПС) |
32 |
1.6 |
Средства измерения, работающие в комплекте с ТПС |
33 |
1.6.1 |
Уравновешенные мосты |
33 |
1.6.2 |
Неуравновешенные мосты |
34 |
1.6.3 |
Логометры |
35 |
1.6.4 |
Симметричный неравновесный мост |
36 |
1.6.5 |
Нормирующие преобразователи ТПС |
37 |
1.7 |
Измерения теплового излучения |
38 |
1.8 |
Средства измерения теплового излучения |
42 |
1.8.1 |
Оптические пирометры |
42 |
1.8.2 |
Фотоэлектрические пирометры |
43 |
1.8.3 |
Пирометры спектрального отношения (цветовой пирометр) |
44 |
2 глава. |
Измерения давления |
46 |
2.1 |
Общие сведения |
46 |
2.2 |
Жидкостные СИ давления с гидростатическим уравновешиванием |
48 |
2.2.1 |
Поплавковые дифманометры |
48 |
2.2.2 |
Колокольные дифманометры |
50 |
2.3 |
Деформационные средства измерения давления |
51 |
2.3.1 |
Чувствительные элементы |
51 |
2.3.2 |
Деформационные приборы для измерения давления |
54 |
2.3.3 |
Деформационные измерительные преобразователи давления, основанные на методе прямого преобразования |
57 |
2.3.4 |
Пьезоэлектрические измерительные преобразователи давления |
58 |
2.4 |
Общие методические указания по измерению давления |
60 |
|
|
|
3 глава. |
Измерения количества и расхода жидкости, газа и пара |
61 |
3.1 |
Общие сведения |
61 |
3.2 |
Объемные счетчики |
61 |
3.2.1 |
Объемные счетчики с овальными шестернями |
62 |
3.3 |
Скоростные счетчики |
63 |
3.4 |
Расходомеры переменного перепада давления |
64 |
3.5 |
Расходомеры обтекания |
66 |
3.6 |
Электромагнитные расходомеры |
67 |
3.7 |
Тепловые расходомеры |
68 |
4 глава. |
Измерения уровня |
70 |
4.1 |
Общие сведения |
70 |
4.2 |
Поплавковые уровнемеры |
70 |
4.3 |
Буйковые уровнемеры |
71 |
4.4 |
Гидростатические СИ уровня |
72 |
4.4.1 |
Схемы измерения уровня манометром |
72 |
4.5 |
Электрические СИ уровня |
73 |
4.5.1 |
Емкостные уровнемеры |
73 |
4.5.2 |
Кондуктометрические сигнализаторы уровня |
74 |
4.6 |
Акустические СИ уровня |
74 |
5 глава. |
Измерения физико-химических свойств жидкостей и газов |
76 |
5.1 |
Средства измерения плотности |
76 |
5.1.1 |
Весовые и пикнометрические плотномеры |
76 |
5.1.2 |
Гидро- и аэростатические плотномеры |
77 |
5.2 |
Средства измерения вязкости жидкостей |
79 |
5.2.1 |
Капиллярные вискозиметры (вискозиметры истечения) |
79 |
5.2.2 |
Ротационные вискозиметры |
80 |
6 глава. |
Измерения концентрации |
82 |
6.1 |
Общие сведения |
82 |
6.2 |
Магнитные газоанализаторы |
82 |
6.3 |
Оптические газоанализаторы |
84 |
6.3.1 |
Инфракрасные газоанализаторы |
84 |
6.3.2 |
Ультрафиолетовые газоанализаторы |
85 |
7 глава. |
Анализ состава жидкостей |
86 |
7.1 |
Общие сведения |
86 |
7.2 |
Кондуктометрический метод анализа растворов |
86 |
7.2.1 |
Электродные кондуктометры |
87 |
7.3 |
Потенциометрический метод анализа растворов |
88 |
7.3.1 |
Рабочие и вспомогательные электроды потенциометрических анализаторов |
89 |
7.3.2 |
Измерительные преобразователи рН-метров |
90 |
Список литературы 92 |
Введение
ХХ1 век характеризуется ускоренным развитием науки и промышленного производства. Последнее немыслимо без широчайшего применения самых разнообразных измерений и измерительных устройств. Место измерительной техники в современном мире могут характеризовать следующие данные. Затраты на измерительную технику в настоящее время составляют 10-15% всех материальных затрат на общественное производство, а в таких отраслях промышленности, как нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, радиоэлектронная, самолетостроение и другие, эти затраты достигают 25%. В настоящее время без измерений не может обойтись ни одна область деятельности человека.
Область измерительной техники, объединяющую измерительные устройства и методы измерений, используемые в технологических процессах, принято определять понятиемтехнологические измерения.
Основной потребитель измерительной техники - промышленность. Здесь измерительная техника – неотъемлемая часть технологических процессов, т.к. используется для получения информации о многочисленных режимных параметрах, по которым в промышленности проводится контроль качества продукции и сырья, и другие процессы.
Измерения осуществляются с помощью специальных технических средств измерений, различных по сложности и принципам действия.
Средствами измерений (СИ) называют технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Основными видами СИ являются меры, измерительные устройства (приборы и преобразователи). Рабочими СИ называются все меры, приборы и преобразователи, предназначенные для практических повседневных измерений во всех отраслях народного хозяйства. Они подразделяются на средства измерений повышенной точности (лабораторные) и технические. Совокупность технических СИ, служащих для выполнения измерений, методов и приемов проведения измерений и интерпретации их результатов, принято определять понятием измерительная техника.
Все производства различных отраслей промышленности в зависимости от характера технологического процесса можно подразделить на две группы: производства с непрерывным (НХТП) и производства с дискретным (штучным) (ДХТП) характером технологических процессов. К первой группе относятся производства таких отраслей промышленности, как нефтеперерабатывающая, газоперерабатывающая, нефтехимическая, химическая, металлургическая, теплоэнергетическая и др., ко второй группе – машиностроение, приборостроение, радиоэлектронная, пищевая и др.
Из таблицы 1 следует, что на производствах с НХТП измерения таких параметров, как температура, давление, расход, уровень и количество вещества составляют более 86% от общего числа всех измерений, на производствах с ДХТП преобладают измерения числа изделий, длина, время, электрические величины – 75%.
Т а б л и ц а 1- Виды измеряемых параметров в зависимости от характера
технологического производства
Измеряемые параметры |
НХТП |
ДХТП |
Температура |
50% |
8% |
Расход вещества |
15% |
4% |
Количество вещества |
5% |
5% |
Давление |
10% |
4% |
Уровень |
6% |
4% |
Число изделий |
- |
25% |
Размеры, расстояние |
- |
25% |
Время |
4% |
15% |
Состав вещества |
4% |
- |
Прочие (ток, скорость…) |
6% |
10% |
Теплоэнергетическая промышленность, относящаяся к производствам с НХТП, в основном включает в себя химико-технологические процессы. Классификация технологических измерений для химико-технологических процессов приведена на рисунке 1, из которого видно, что теплотехнические измерения в теплоэнергетической промышленности занимают основное место.
|
|
Технологические измерения для химико – технологических процессов |
|
| ||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||
теплотехнические |
|
физико - химические |
|
электрические | ||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||||
|
|
давление |
|
|
|
состав веществ |
|
|
|
напряжение | ||||||||||||||||
|
|
температура |
|
|
|
|
|
|
ток | |||||||||||||||||
|
|
расход |
|
|
|
физико - хим. свойства |
|
|
|
мощность | ||||||||||||||||
|
|
уровень |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1 - Классификация технологических измерений
Современные производства характеризуются значительной сложностью и мощностью технологических аппаратов, большим числом различных параметров, которые необходимо снять (измерить). Все это определяет тот факт, что проведение современных технологических процессов без их частичной и полной автоматизации невозможно.
Автоматизацией технологического производственного процесса (АТПП) называют такую организацию этого процесса, при которой технологические операции осуществляются ею автоматически с помощью специальных технических устройств, без непосредственного участия человека (см. рисунок 2).
|
|
АТПП |
|
| |||||
|
|
|
| ||||||
|
|
|
|
|
| ||||
автоматический контроль (САК) |
|
|
автоматическое регулирование (САР) | ||||||
|
|
|
|
|
| ||||
автоматическое управление (САУ) |
|
|
автоматизированное управление (АСУ) | ||||||
|
| ||||||||
|
|
|
|
|
| ||||
защита процессов от аварийного режима |
|
|
защита окружающей среды | ||||||
|
|
Рисунок 2 – Состав АТПП
Работа систем автоматического контроля (см. рисунок 3), автоматических систем регулирования (см. рисунок 4) и АСУ ТП (см.рисунок 5) строится на измерениях, осуществляемых техническими СИ.
| |
|
На объект автоматизации (ОА) постоянно действуют дестабилизирующие факторы, нарушающие однозначность связи между Хвх и Хвых. Эти факторы – возмущающие воздействия (ВВ). Под влиянием ВВ Хвых отклоняется от нормы.
| |
Рисунок 4 – Схема САУ
Рисунок 5 – Схема АСУ ТП
В автоматические регуляторы (АР) поступают сигналы У и Узд. Сигнал Узд пропорционален заданному значению Хвых. АР выполняет определенные вычислительные операции в соответствии с заложенным в него законом регулирования и обрабатывает сигнал Z, поступающий к исполнительным механизмам (ИМ), который изменяет подачу Хвх материи или энергии в ОА до тех пор, пока Хвых не достигнет заданного значения. Это примеры схем простейших систем АТПП (см. рисунки 3 - 5).
Попадая на производство, специалист, будучи прямо или косвенно связан по работе с измерениями, сталкивается с обилием измерительных задач. Облегчить ему изучение методов и средств измерений должно изучение дисциплины «Технологические измерения и приборы».
Для успешной инженерной деятельности совершенно необходимо изучить и освоить методы измерений и основные принципы построения средств измерения физических величин.При этом на первое место следует поставить знание методов измерения. Это обусловлено тем, что именно методы измерений и физические принципы работы приборов являются наиболее постоянными компонентами, тогда как конкретные схемные решения и элементная база средств измерения непрерывно изменяются и совершенствуются.
Материал учебного пособия включает в себя семь глав, обеспечивающих в совокупности необходимый уровень подготовки специалистов в области разработки систем автоматизации и измерительной техники.
Материал каждой главы посвящен вопросу измерения конкретной физической величины. В первой главе учебного пособия излагаются основы измерения самого распространенноого технологического параметра – температуры и рассмотрены принципы работы основных средств измерения температуры. Вторая глава посвящена вопросам измерения давления и средствам измерения давления. В третьей главе излагаются основы измерения и средства измерения количества и расхода жидкости, газа и пара. Четвертая глава посвящена вопросам измерения и средствам измерения уровня, пятая глава – физико-химических свойств жидкостей и газов, шестая глава – концентрации. Седьмая глава посвящена анализу состава жидкостей: рассмотрены кондуктометрический и потенциометрический методы анализа растворов и принципы действия соответствующих анализаторов.
В основу учебного пособия положен курс лекций, читаемый автором на протяжении многих лет в Алматинском университете энергетики и связи для студентов специальности «Автоматизация и управление».