CC BY
21УДК 62-503.5
Смирнова Е.Е.
студент факультета цифровых технологий и химического инжиниринга кафедра компьютерного моделирования
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева
(г. Москва, Россия)
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
Аннотация: на сегодня в мире, где практически все процессы на производстве регулируются автоматическими устройствами, очень важно правильно выбирать методы и приборы для измерения различных величин. В статье приведена обзорная информация по различным устройствам для измерения температуры, давления, расхода и уровня.
Ключевые слова: измерение, расход, температура, давление, уровень.
Измерение температуры
Методы измерения температуры
1. Манометрические термометры.
Действие манометрических термометров основано на использовании зависимости давления вещества при постоянном объеме от температуры.
Манометрические термометры подразделяют на три основных разновидности
[1-2]:
1.1 Жидкостные, в которых вся измерительная система (термобаллон, манометр и соединительный капилляр) заполнены жидкостью.
1.2 Конденсационные, в которых термобаллон заполнен частично жидкостью с низкой температурой кипения и частично - ее насыщенными парами, а соединительный капилляр и манометр - насыщенными парами жидкости или, чаще, специальной передаточной жидкостью.
1.3 Газовые, в которых вся измерительная система заполнена инертным газом.
253
2. Термоэлектрические термометры. Принцип действия основан на свойстве двух разнородных проводников создавать термоэлектродвижущую силу при нагревании места их соединения - спая. Проводниками называются термоэлектродами, а все устройство - термопарой [3].
3. Термометры сопротивления. Действие основано на свойстве тел изменять электрическое сопротивление при изменении температуры. В металлических термометрах сопротивление с возрастанием температуры увеличивается практически линейно. В полупроводниковых термометрах сопротивления оно, наоборот, уменьшается [3].
2.1.2 Измерение давления
По принципу действия основную группу приборов для измерения можно подразделить на следующие:
• жидкостные;
• деформационные (пружинные);
• грузопоршневые;
• электрические и др.
1. К жидкостным относятся манометры, принцип действия которых основан на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений давлением столба жидкости [4].
2. В деформационных манометрах от измеряемого давления зависит степень деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы.
3. В грузопоршневых приборах измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым массой поршня с грузоприемным устройством, и массой грузов с учетом сил жидкостного трения.
4. Электрические манометры функционируют по принципу зависимости одного из электрических параметров чувствительного элемента первичного преобразователя от давления [4].
Измерение расхода
1. Скоростной метод измерения расхода [5]
Принцип действия этих приборов заключается в измерении средней скорости потока, связанной с объемным расходом вещества.
2. Измерение расхода на основе метода разности давления [5]
Принцип действия расходомеров основан на изменении потенциальной энергии измеряемого вещества при протекании через искусственно суженное сечение трубопровода.
3. Измерение расхода на основе термальных явлений [5]
Термальные расходомеры работают на принципе пропорциональности тепла, переносимого веществом от одной точки к другой, массовому расходу этого вещества.
4. Электромагнитный метод измерения расхода [6]
Действие их основано на принципе, что при движении в трубопроводе жидкости поперек силовых линий магнитного поля в ней индуцируется э.д.с, которая пропорциональна скорости потока.
5. Измерение расхода методом постоянного перепада давления [6]
Они основаны на измерении вертикального перемещения чувствительного элемента, зависящего от расхода среды и приводящего одновременно к изменению площади проходного отверстия расходомера таким образом, что разность давлений на чувствительный элемент (перепад давлений) остается практически постоянной.
6. Объемный метод измерения расхода [6]
Принцип действия объемных счетчиков основан на отмеривании определенного объема проходящего через прибор вещества и суммирования результатов этих измерений.
7. Ультразвуковой метод измерения расхода [6]
Ультразвуковые приборы можно применять не только в качестве преобразователя в расходомерах с генерированием естественных колебаний вещества, но и непосредственно для измерения расхода.
8. Массовый метод измерения расхода (кориолисовый) [6]
Кориолисовые расходомеры — приборы, использующие эффект Кориолиса для измерения массового расхода жидкостей, газов. Принцип действия основан на
изменениях фаз механических колебаний и-образных трубок, по которым движется среда.
Измерение уровня
1. Поплавковые и буйковые уровнемеры. Являются самыми простейшими приборами для измерения уровня жидкости в резервуаре. В настоящее время почти все приборы данного класса имеют электрическую или пневматическую компенсацию усилия поплавка, что позволяет передавать данные об уровне жидкости на удаленный пульт оператора, а также, позволяет использовать эти приборы в системах автоматического регулирования [7].
2. Гидростатические уровнемеры
Измерение уровня гидростатическими уровнемерами основано на уравнивании давления столба жидкости в резервуаре с давлением столба жидкости, которая заполняет измерительный прибор, или реакцией пружинного механизма прибора [7].
3. Электрические уровнемеры
В электрических уровнемерах уровень жидкости преобразуется в какой-либо электрический сигнал. Электрические уровнемеры бывают ёмкостные и кондуктометрические.
В ёмкостных уровнемерах чувствительным элементом служит преобразователь - конденсатор, ёмкость которого меняется пропорционально изменению уровня жидкости.
Действие кондуктометрического указателя уровня жидкости основано на измерении сопротивления между электродами, помещенными в измеряемую среду [7].
4. Вибрационные уровнемеры
Обычно вибрационные датчики имеют форму камертона. Когда пластины камертона покрываются продуктом, в варианте датчика для жидкостей изменяется частота колебаний, а в варианте датчика для сыпучих материалов - амплитуда. Параметры колебаний воспринимаются приемником и подаются на усилитель [7].
5. Ультразвуковые уровнемеры
Ультразвуковые уровнемеры обеспечивают бесконтактное измерение
уровня. [7].
Таблица 1 - Сравнение методов измерения технологических параметров
Основные характеристики принципа Основные характеристики
Параметр контроля Возможные принципы измерения Диапазон контроля Погреш- ость метода Возможность автоматизац ии Технические средства, реализующие принцип Диапазон Погрешность
Температура расширения (- 200-700)°С 1дел. - жидкостные (-200-700)°С +1%
(- кл.т. 1,5; + дилатометрии-ческие (-30-1000)°С +1,5-2,5%
60-1000)°С 2,5 биметаллические (-60-300)°С +5%
манометрическ (- кл.т. 1,5 + жидкостные (-50-300)°С
ие 150-600)°С газовые (-150-600)°С
конденсационные (-50-300)°С
термоэлектрич (0-1800)°С + платинородий- (0-300)°С +0,01 мВ
еский платина (300-1600)°С +0,01 мВ
+ платинородий-платинородий (300-1800)°С +0,01 мВ
+ вольфрамрений- (0-1000)°С +0,08 мВ
вольфрамрений (1000-1800)°С +0,08 мВ
+ хромель-алюмель (-50-800)°С +0,16 мВ
(300-1300)°С +0,16 мВ
+ хромель-копель (-50-300)°С +0,2 мВ
(300-800)°С +0,2 мВ
термометры (- + платиновые (-260-750)°С +(0,05- 0,2)°С
сопротивления 260-750)°С + медные (-50-180)°С +0,1°С
Давление Жидкостные 0,101-7 - и-образные -малого 0,05-0,1 МПа +2мм
МПа -низкого 0,5 МПа
-среднего 5 МПа
-высокого более 15 МПа
- микроманометры 0-2,5кПа +0,1%
- барометры 0,101МПа +0,1мм рт. ст.
с упругим чувствительны м элементом 40 Па -1000 МПа + плоские мембраны
+ выпуклые мембраны
+ гофрированные мембраны
+ неметаллические мембраны
Давление кл.т. 1,5; 2,5 + сильфоны - тягомеры и напорометры - вакуум - абсолютное - избыточное - перепад +40 кПа -0,1 МПа 2,5 МПа 6 МПа 0,25 МПа +1,5% +2,5%
Трубчатые пружины -0,1 - 1000 МПа + пружина Бурдона тонкостенная: - вакуум - избыточное толстостенная: - избыточное -0,1 МПа 6 МПа 20-160 МПа
пружина Нагаткина 100-1000МПа
Расход Постоянного перепада давления 0-2500л/ч 2,5 + Ротаметр 0-3000 л/ч 2
Переменного 1-2000 м3/ч ±1% - 1-2000 м3/ч ±1%
перепада Сужающие устройства
давления
Электромагнит 1-2500 м3/ч ±1-1,5% + 1-2000 м3/ч ±1%
ный (индукционны й) Электромагнит-ные расходомеры
Кориолисо вый 0,2-1200 м3/ч ±0,5 -1% + Сенсорные трубки 0,2-1200 м3/ч ±1%
Уровень Поплавковый 0-20м ±4-10% + Минимальный 0-12м ±4%
Максимальный 0-20м ±10%
Электрический 4-20 м кл.т. 2,5 + Емкостный 4-20м ±2,5%
Радарный 0-50м кл.т. 0,1 + Кварцевая пластина 0-50м ±0,1%
Акустический 0-30 м кл.т. 2,5 + Акустический 0-1м; 0-2м; 0-3м ±0,3% ±1,0% ±2,0%
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Б. Б. Овечкин. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ. ПЕРЕНОС ЭНЕРГИИ И МАССЫ, 2006, с. 110-114 Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств: Учебник.- 4-е изд., стер.- М.: Альянс, (гриф МО), 2008.
Белевцев А. и др. Термоэлектрические преобразователи температуры. Теория, практика, развитие. //Современные технологии автоматизации. №2, 2004.
Гуртовцев А. Измерение давления в автоматизированных системах. //Современные технологии автоматизации. №4, 2001.
Межгосударственный стандарт ГОСТ 8.586.1-2005. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 1. Принцип метода измерений и общие требования - М.: Стандартинформ, 2007.
Межгосударственный стандарт ГОСТ 8.586.2-2005. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 2. Диафрагмы. Технические требованияМ.: Стандартинформ, 2007.
Бармин А.В. Радарные системы контроля уровня. //Современные технологии автоматизации. №4, 2002.
