В пирометрах серии ПД

Системы
управления химикотехнологическими
процессами
Лектор: доцент каф. ХТТ и ХК
Кузьменко Елена Анатольевна
АРХИТЕКТУРА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Уровень управления производством
(службы АСУП)
SCADA-уровень
(службы АСУ ТП)
Контроллерный уровень
Полевой уровень
Сенсорный уровень
(датчики и исполнительные органы)
******* ОАО «Завод Электроники и Механики»*******
2
МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ
ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ
Лектор: доцент кафедры ХТТ и ХК Кузьменко Елена Анатольевна
МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ
ТЕМПЕРАТУРЫ
1. Методы, основанные на расширении жидкости при
нагревании.
2. Электрический термометр сопротивления
3. Термоэлектрические термометры
4. Манометрические термометры
5. Пирометры излучения
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ПЛАТИНОВЫЕ ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ (ТСП)
Применяются от –200оС до +650оС
Промышленность выпускает три вида ТСП, которые отличаются начальным сопротивлением:
градуировка 20 R0=10 Ом
градуировка 21 R0=46 Ом
градуировка 22 R0=100 Ом.
МЕДНЫЕ ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Применяются от –50оС до 180оС.
Это связано с низкой термостойкостью меди. Зависимость линейная Rt=R0(1+at).
В промышленности:
градуировка 23 R0=53 Ом;
градуировка 24 R0=100 Ом.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ
(ТЕРМОПАРЫ)
Е АВ ( t , t 0 )  E AB ( t )  E AB ( t 0 )
ЕАВ(t) – ЭДС горячего спая.
ЕАВ(t0) – ЭДС холодного спа
СТАНДАРТНЫЕ ТЕРМОПАРЫ.
ТПП– платинородий–платиновая– 0 – 1300 o С;
ТПР– платинородий– платинородиевая– 300 – 1600 oС;
ТХА– хромель–алюмелевая– (–200) – (+1000 oС);
ТХК– хромель–копелевая– (–200) – (+600 oС);
ТВР– вольфрам–рений–вольфрам–рениевая– 0 – 1800 o С;
ТМК– медь–копелевая– (–200) – (+100 o С).
Манометрические термометры.
Действие приборов основано на изменении давления рабочего тела в
замкнутом объеме при нагревании.
Основные
элементы:
1.термобаллон(ТБ);
2.- капилляр;
3.- манометр.
3
Манометрические термометры в зависимости от рабочего
тела прибора бывают:
2
1
1.
2.
3.
газозаполненные;
жидко заполненные;
конденсационные (парожидкостные).
Пирометры излучения.
Пирометры монохроматического излучения (ПМИ).
до 3000 0С.
Закон Вина:
с
 2
Е0  с1  λ5  е λТ
с1и
с2
- константы;
Т
- температура в К;

- длина волны.
Уравнение Планка:
с
 2
Е0  с1  λ5   е λТ  1  1
 3000 0С.
Обычно в современных приборах берется
=0.65 мкм; 0.66.
Метод сравнения.
Е0
1
2
7
3
4
6
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
диафрагма (пластинка с двумя калиброванными отверстиями);
красный светофильтр;
фотодиод;
преобразователь;
прибор вторичный (ПВ);
лампа накаливания;
заслонка с дроссельным приводом (электромагнитный дроссель).
5
Пирометры соотношения (цветовые пирометры).
Закон соотношения Вина: Т  λмах  в
Е0
в
, где= 2896 мкм, К – постоянная.
4
1
5
К
2
3
С
1.
2.
3.
4.
5.
обтюратор (диск с двумя отверстиями, в который вставлены светофильтры: красный и синий);
фотоэлемент;
преобразователь;
линза объектива;
прибор вторичный.
РАДИАЦИОННЫЕ ПИРОМЕТРЫ (пирометры полного излучения).
Действие приборов основано на законе Стефана–Больцмана:
4
 T 
 , - для абсолютно черного тела.
Е0  k 

100

 где
Е0
– полное количество энергии (интегральное излучение);
k
– константа излучения абсолютно черного тела;
T
- температура (абсолютная) излучающей поверхности, К.
3
2
1
6
5
4
1. - линза объектива;
1.-диафрагма;
2.-серый светофильтр;
3.–термоприемник;
4.–термопара;
5.–линза объектива;
6.–прибор вторичный.
7
к
ПИРОМЕТР
ПРЕЦИЗИОННЫЙ
у
сПД-4
н
о
Назначение:
е
для
высокоточного измерения и регулирования температуры твердых тел в
р
диапазонах +800…+2500°С
а
сПирометр снабжен оптическим видоискателем и позволяет измерять
с
температуру
объектов диаметром до 2,5 мм (+900…+1500°С) и 1,5 мм
т
(+1500…2500°С).
о
я
Пирометр
может быть применен не только в промышленности, но и для
н
замены существующих яркостных пирометров типа ЭОП-66, ЭОП-93.
и
Прецизионные
стационарные пирометры серии ПД-4 благодаря высокому
е
оптическому
разрешению обеспечивают возможность измерения
;
-температуры малых объектов, высокоскоростной процессор позволяет
и
обрабатывать и передавать на ПЭВМ и токовый выход до 100 измерений в
з
секунду.
Оптическая система наведения позволяет наблюдать область
м
измерения температуры на фоне объекта контроля.
е
н
е
В
пирометрах серии ПД-4 предусмотрено:
н
-и изменяемое фокусное расстояние;
е
- изменение скорости измерений от 1 до 100 изм./c;
с- программируемый цифровой фильтр;
к
-о одновременный аналоговый и цифровой выходы;
- связь с ПЭВМ по интерфейсу RS-232 с гальванической развязкой;
р
о
- токовый выход с программируемым диапазоном температур и режимами
стока 0-5, 0-20 и 4-20 мА;
т
-и сигнализация обрыва токового выхода (5В, 20мА);
-и два программируемых выходных ключа (5В, 20мА);
з- контроль температуры корпуса прибора.
м
е
Питание
пирометра осуществляется от входящего в комплект поставки
р
е
источника постоянного тока 24 В, 600 мА.
Технические характеристики
Характеристики
ПД-4-03
ПД-4-04
ПД-4-01
ПД-4-02
ПД-4-05
12002500
1000-2300
1000-2500
800-2300
800-2500
650±10
950±10
650±200
950±200
1550±200
Диапазон измерений, °C
Эффективная длина волны, нм
Основная приведенная
погрешность:
0.2%
0.5%
0.01°C*
0.01°C*
1:300
1:100
Температура окружающей
среды
20±5°C
5¸40°C
Коррекция
0.1-1.5
0.1-1.5
шаг 0.001
шаг 0.001
Æ68,L=450мм
Æ68,L=400мм
Разрешающая способность:
Показатель визирования
излучательной способности
Габариты (без визирного
устройства)
*при включении цифрового фильтра
ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ.
1. Жидкостные механические манометры.
1.1. Поплаковый манометр.
Р2
Р1
h1
2
h2
1
Р1  Р2  h1  h2   ж   ср  g
2


Д

 h2   2  1   ж   ср  g


 d







II

1.2. Колокольные манометры.
Р1
Н
Р2
Р1

Р2
Н – перемещение колокола.
Р1  Р2  k  H
2. ДЕФОРМАЦИОННЫЕ МАНОМЕТРЫ.
2.1.Трубчатые пружинные манометры.
3
1 – штуцер (из
латуни, либо из
стали).
2
1
перемещение свободного конца
Р
l  k  P
2 –одновитковая
трубчатая пружина
(нержавеющая сталь
или спец сплавы).
2.2. Мембранные манометры..
а). Жесткие мембраны (гофрированные).
Зависимость линейная:
l
Р2
Р
l  f P
б) Мембранная коробка
в) Мембранный блок
l
Р2
Р1
Р2
Р1
l  f P1  P2 
2.3. Сильфонные манометры.
l
Р
ll  k
p
Измерение уровня жидкости.
Поплавковые уровнемеры.
Уровнемер с частично погруженным поплавком.
0
l2
M1
l3
l1
M3
M2
l4
2
Нмах
1
7
8
4
Рпит
УМ
h
1– поплавок переменного погружения;
2– рычаг (коромысло);
3– противовес;
4– заслонка;
5– сопло;
6– усилитель мощности;
7– сильфон обратной связи;
8– корректор начала шкалы.
3
N
h0
6
Рвых
l1  Vn   n  g  N  l2
Рвых 
d n    g  l1
с
S эф
 l3
h
5
ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ.
=сonst
P  h g  k h
1.Пьезометрические уровнемеры.
газ
М
2.Измерение уровня с помощью манометра.
h
h
M
3.Дифманометрические уровнемеры:
а) Измерение уровня в открытом сосуде (повышается точность в измерениии).
P1 P2
1
P1  h0    g  h    g
h
P2  h0    g
2
h0
P1
P2
(2)
h0
ДМ
P1  P2  h0    g  h    g  h0    g  h    g
(1)
б) Измерение уровня в закрытых сосудах, находящихся под давлением.
2
P2  P1
P
P
h
hmax
1
h0
Р1
–
Р2
ДМ
h0
+
P1  h0    g  h    (1)
g
P2  h0    g  hmax    g
(2)
P2  P1  hmax  h     g
(3)
4. Ультразвуковые уровнемеры.
Источник излучения устанавливается под днищем.
h
1
2h

a
2
3
a
h
2
4
1– пьезоэлектрический
преобразователь;
2– кабель для передачи
электрического сигнала
ультразвуковой частоты.
3– электронный блок,
содержащий генератор
ультразвуковых колебаний и
таймер, а также
вычислительное устройство
для определения уровня;
4– вторичный прибор.
b) акустические уровнемеры.
1
3
4

L  h

2
a
a
a
 Lhh L
 b0  b1  
2
2
L
h
где L– полная высота сосуда.
ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА.
Метод переменного перепада давления.
Виды сужающих устройств:
1. Диафрагма.
2. Сопло.
3. Труба Вентури
G
Q  S0  v2  
S0

– площадь сечения отверстия диафрагмы.
– коэффициент сжатия потока
2
v2   
  P1  P2


– коэффициент расхода, Для
зазличных типов сужающих
устройств определяется
опытным путем.
Изделия, работающие по принципу измерения перепада
давления
РАСХОДОМЕРЫ ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ.
Поплавковые расходомеры.
Ротаметры
1
II
II
1
I
I
Электромагнитные расходомеры.
E  B  d  vcp
Q
4Q
 
S d2
vcp
где
B
- магнитная индукция;
d -внутреннтй диаметр трубопровода.
N
3
1 – трубопровод;
2,3 – полюса магнита;
4 – измерительный прибор (шкала – в
единицах расхода).
.
,

1
4
2
S
Интеллектуальный
магнитный расходомер
модели 8732
Интеллектуальные
электромагнитные
расходомеры модели 8732
имеют различные
монтажные конфигурации
датчиков расхода для установки в трубопровод:
фланцевые (8705) и
торцевые (8711).
• Разработана и
предложена модель
8800CR Reducer со
встроенным су жающим
участком трубопровода.
Это устраняет
необходимость в су жении
трубопровода в месте уста
новки прибора в том
случае, если су ществует
вероятность неточного из
мерения при
недостаточной скоро сти
потока. Теперь в
большинстве измерений
может использоваться
вихревой расходомер,
соответствую щий
размеру трубопровода.
Ультразвуковые расходомеры
имеют универсальное
применение для бесконтактного
измерения расхода всех
жидкостей и газов, в которых
могут распространяться
ультразвуковые волны. Принцип
измерения основан на
измерении времени
прохождения ультразвука.