Преобразователи сигналов и системы передачи показаний на расстояние

Выходными сигналами первичных преобразователей могут быть различные сигналы: термо.э.д.с. термопары, электрическое сопротивление термометра, напряжение переменного тока, давление манометрического термометра, прогиб мембраны манометра и т.п.

Большое разнообразие первичных преобразователей с физически разнородными выходными сигналами требует значительной номенклатуры контрольно-измерительных и регулирующих устройств, что затрудняет их эксплуатацию и ремонт. Кроме того, при использовании машин централизованного контроля и управления, микропроцессорной техники требуется большое количество различных вторичных преобразователей, преобразующих разнородные физические величины в единую величину.

Поэтому в целях рационализации проведены работы по объединению отдельных систем и приборов в рамках Единой Государственной системы приборов (ЕГСП или ГСП).

ГСП представляет собой совокупность нормализованных рядов унифицированных блоков, приборов и узлов, составленных из минимального количества модулей, на основе которых собирается любое устройство, входящее в ГСП.

Структурно ГСП состоит из электрической, пневматической и гидравлической ветвей, которые связаны между собой через соответствующие преобразователи.

Применение блочного принципа повышает степень универсальности приборов, то есть позволяет использовать их для измерения наибольшего числа параметров при замене минимального количества унифицированных узлов.

ГСП предусматривает преобразование различных измеряемых параметров (температуры, давления и т. п.) в единую форму информации, удобную для передачи на расстояние. Взаимозаменяемость приборов, которая достигается унификацией входных и выходных параметров, обеспечит совместную работу первичных преобразователей с различными приборами и устройствами, входящими в данную ветвь ГСП, а при использовании специальных преобразователей позволит сочетать первичные преобразователи одной ветви с приборами других ветвей.

Для измерения теплоэнергетических параметров (температура, давление, расход, уровень) применяются приборы ГСП, которые подразделяются на три ветви: электрическую, пневматическую, гидравлическую. Это приборы с электрическим токовым (аналоговым), электрическим частотным (дискретным) и пневматическим и гидравлическим выходными сигналами. Установлены следующие унифицированные выходные сигналы:

• для электрической аналоговой ветви — величина постоянного тока с пределами измерения 0÷5 и 0÷20, -5÷0÷+5, 4÷20 мА; напряжение постоянного тока 0÷10, 0÷20, -10÷0÷+10 мВ и напряжение переменного тока 0÷2; -1÷0÷+1 В;
• для электрической частотной (дискретно-цифровой) ветви — частота 1500÷2500 гц; 0÷2, 2÷4 кГц;
• для пневматической ветви — давление сжатого воздуха с пределами измерения 0,2÷1,0 кГ/см² или 0,02÷0,1 МПа;
• гидравлической ветви — от 4 до 64 кГ/см² или 0,1÷6,4 МПа.

Для физико-химических параметров приборы ГСП также могут иметь унифицированный выход, но наблюдается большее разнообразие выходных сигналов.

Основные понятия об измерениях и измерительных приборах

Контроль за ходом технологического процесса и эффективное управление им связано с измерениями различных величин, которые называются параметрами. Теория измерений является предметом изучения метрологии. Измерение - это процесс получения численного значения параметра.

Измерить какую-либо величину – значит сравнить ее с другой однородной величиной (мерой), принятой за единицу.

Основным уравнением измерения называется уравнение вида:

Q = n·q,

где
Q – измеряемая величина или результат измерения;
q – единица измерения;
n – число, показывающее во сколько раз измеряемая величина больше или меньше единицы измерения.

Любые измерения сопровождаются погрешностями, которые подразделяются на методические, случайные, промахи и систематические.

Методические – обусловленные несовершенством принятого метода измерений.

К случайным погрешностям относятся погрешности, природа и величина которых обычно неизвестна. Они не имеют каких-либо закономерностей, кроме вероятностных. Они могут быть обнаружены только при многократных повторных измерениях одной и той же величины, поэтому их трудно учитывать.

Промахиотносятсяк погрешностям, возникающим в результате неправильного присоединения приборов, неправильного отсчета показаний, то есть чаще всего носят субъективный характер и легко обнаруживаются при повторных измерениях.

Систематические погрешности определяются недостатками, присущими методам измерений (методические погрешности) и конструкциям приборов (инструментальные погрешности). Они зависят от наличия сил трения, зазоров в сочленениях механизмов приборов, от неточностей изготовления деталей приборов, грубой настройки и т. д. Они закономерно зависят от проявления внешних факторов (изменений внешнего напряжения, неправильной установки приборов и т. д.).

Оценка систематических погрешностей осуществляется по значениям абсолютной, относительной, относительной приведенной погрешностям и классу точности приборов.

Различают несколько видов погрешностей средств измерений:

абсолютную — разность показаний образцового Х и Х_n поверяемого приборов, выраженную в единицах измеряемой величины:

Δ = ±|Х - Х_n|;

относительную — отношение абсолютной погрешности к показанию прибора:

y = Δ / Х_n·100;

приведенную — отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению, %:

δ = Δ / Х_N·100;

где Х_N — нормирующее значение (обычно диапазон показаний или диапазон измерений).

Метрологические свойства прибора оценивают по установленному для негоклассу точности — наибольшей основной допускаемой приведенной погрешности. Класс точности устанавливает завод-изготовитель прибора и указывает его на шкале, например: 0,5; 1; 1,5 и т.д.

В процессе поверки прибора также определяют вариацию его показаний:

V = (Х_п - Х₀) / Х_N·100;

где Х_п и Х₀ — показания прибора при прямом и обратном ходе указателя для одного и того же значения измеряемой величины в %.

Знак вариации не учитывается, ее абсолютное значение не должно выходить за пределы, установленные классом точности прибора. Вариация может возникнуть при наличии воздушных зазоров или сил трения в передаточном механизме прибора. По результатам поверки делают заключение о пригодности прибора к эксплуатации. Основную допускаемую погрешность прибора устанавливают для нормальных условий его эксплуатации, то есть при температуре окружающего воздуха плюс 20 ⁰С и атмосферном давлении 101,325 кПа, однако часто приборы эксплуатируются в условиях, отличных от нормальных и называемых рабочими, что приводит к появлению дополнительной погрешности. В сумме с основной погрешностью она образуетполную погрешность прибора.

Измерения подразделяются на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Измерение уровня

В настоящее время операция измерения уровня является ключевой для организации контроля и управления технологическими процессами в химическом, нефтехимическом и нефтеперерабатывающем производствах, в пищевой промышленности, промышленности строительных материалов, в системах экологического мониторинга и во многих других отраслях. К приборам для измерения уровня заполнения емкостей и сосудов, или уровнемерам, предъявляются различные требования: в одних случаях требуется только сигнализировать о достижении определенного предельного значения, в других необходимо проводить непрерывное измерение уровня заполнения.

Существует широкая номенклатура средств контроля и измерения уровня, использующих различные физические методы: емкостный, электроконтактный, гидростатического давления, поплавковый, ультразвуковой, радиоволновый (акустический). Эти методы и средства позволяют контролировать уровень различных сред: жидких (чистых, загрязненных), пульп, нефтепродуктов, сыпучих твердых различной дисперсности.

При выборе уровнемера необходимо учитывать такие физические и химические свойства контролируемой среды, как температура, абразивные свойства, вязкость, электрическая проводимость, химическая агрессивность и т.д. Кроме того, следует принимать во внимание рабочие условия в резервуаре или около него: давление, вакуум, нагревание, охлаждение, способ заполнения или опорожнения (пневматический или механический), наличие мешалки, огнеопасность, взрывоопасность и другие.

Часто используются сигнализаторы уровня. Концевые выключатели предельного уровня формируют электрический сигнал в тех случаях, когда уровень контролируемого материала достигает, поднимается выше или опускается ниже определенного уровня, заданного относительно высоты установки датчика. Примерами могут служить: защита от переполнения, защита оборудования от режима «сухого хода», проверка минимального и максимального уровней заполнения резервуаров. Для определения предельного уровня предлагаются следующие средств контроля: поплавковые выключатели, концевые выключатели с вибрирующим чувствительным элементом, кондуктометрические выключатели, емкостные зонды, погружные магнитные зонды, выключатели на основе гидростатического давления жидкости.

В ряде химических производств пока не найдено вполне удовлетворительных решений для измерения уровня. Объясняется это тем, что производственная аппаратура часто работает в условиях высоких температур и давлений, а также особыми свойствами контролируемых сред (агрессивность, токсичность, большая вязкость и т. п.). В этих случаях часто применяются методы автоматического взвешивания аппаратов (пустых и заполненных).

Плотномеры для жидкостей

Во многих случаях для обеспечения правильного хода технологического процесса в химическом производстве необходимо определять какой-либо физический или физико-химический параметр, характеризующий свойство или качество исходного материала, полу продукта или готового продукта.

Плотностью ρ называется физическая величина, определяемая отношением массы m вещества к занимаемому ей объему V.

ρ = m/V (ед. массы)/(ед. объема).

Удельным весом вещества называют физическую величину, определяемую отношением веса вещества к занимаемому им объему:

γ = G/V (ед. силы)/(ед. объема).

Удельный вес и плотность связаны между собой соотношением

γ = ρg = Vg/ m.

Средства измерения плотности часто называют плотномерами или денсиметрами (денситометрами).

Плотность характеризует качество и однородность вещества. Приборы для автоматического измерения плотности — плотномеры составляют весьма важный элемент в комплексной автоматизации ряда процессов в химической промышленности. Так, например, контроль и управление работой выпарных установок, абсорберов, дистилляционных и ректификационных аппаратов и т. п. требуют непрерывного измерения плотности. Иногда плотность производственных жидкостей измеряют, чтобы определить концентрацию растворенного вещества.

Плотность жидкостей зависит от температуры. Принято указывать плотность жидкостей при нормальной температуре (20 ⁰С). Единица плотности в системе СИ — кг/м³. Плотность при нормальной температуре (r₂₀) рассчитывается по формуле:

r₂₀ = r_t [1 — b(20 — t)],

где
r_t — плотность жидкости при рабочей температуре;
b — средний коэффициент объемного теплового расширения жидкости;
t — температура жидкости в ⁰С.

Для измерения плотности жидкостей наибольшее применение получили приборы: поплавковые (буйковые) плотномеры, весовые плотномеры, гидростатические плотномеры, радиоизотопные плотномеры.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: