Автоматизированные системы управления химико- технологическими

Автоматизированные
системы управления
химикотехнологическими
процессами
Доцент, к.т.н., Вильнина Анна Владимировна
1
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
 электромагнитные,
 ультразвуковые,
 вихревые,
 кориолисовые,
 тепловые и
 турбинные.
2
Расходомеры переменного перепада давления
3
Расходомеры постоянного перепада давления
Принцип действия ротаметров
состоит в том, что
гидродинамическое давление
измеряемого потока среды
воздействует на поплавок,
вызывая его вертикальное
перемещение.
4
Электромагнитные расходомеры
Принцип действия основан на взаимодействии движущейся электропроводной
жидкости с магнитным полем.
E = 𝐵𝐷υ
или
E=
𝐹𝑉
𝐵𝐷
𝑆
𝐸 – индуцируемая в проводнике ЭДС, В;
В – магнитная индукция, Т;
𝐷 − внутренний диаметр трубопровода, м;
υ − скорость потока, м/с;
S − площадь сечения трубы, м2;
𝐹𝑉 − объемный расход, м3
5
Достоинства электромагнитных расходомеров
1. Безынерционны
2. Наличие взвешенных частиц в жидкости и пузырьков
газа
3. Физико-химические свойства измеряемой жидкости
(вязкость, плотность, температура и т. п.)
4. Расход агрессивных и абразивных сред
Недостатки: слабая помехоустойчивость.
Диапазон измерения - от от 0,002 до 300 000 м3/ч.
Не применимы для жидкостей с низкой
электропроводностью 10−5 – 10−7 Ом−1•см−1
6
Ультразвуковые расходомеры
Принцип действия
ультразвукового расходомера
жидкости и газа основан
на явлении смещения звукового
колебания проходящего сквозь
движущуюся жидкую или
газообразную среду.
Виды расходомеров:
• Фазовый
∆𝝉 =
𝟐𝑳𝒗
;
𝒄𝟐
L – расстояние между приемником и
источником, м;
υ – скорость потока, м/с;
с – скорость звука, м/с.
7
Ультразвуковые расходомеры
• Частотный
cos 𝛼
∆𝑓 =
𝑣
𝐿
𝛼 - угол между осями трубопровода и
датчиков, град;
L – расстояние между приемником и
источником, м;
υ – скорость потока, м/с.
8
Ультразвуковые расходомеры
Достоинствами ультразвуковых расходомеров являются:
• малое или полное отсутствие гидравлического
сопротивления,
• надежность (так как отсутствуют подвижные механические
элементы),
• высокая точность,
• быстродействие,
• помехозащищенность.
Недостатками ультразвуковых расходомеров является
• чувствительность к содержанию твердых и газообразных
включений,
• сильная подверженность электромагнитным помехам.
9
Вихревые расходомеры
Вихревыми называются расходомеры,
расход которых зависит от частоты
колебания давления.
Колебания давления возникают в потоке в
процессе вихреобразования после
препятствия определенной формы,
установленного в трубопроводе (эффект
Кармана).
Для измерения частоты возникающих
вихрей могут использоваться
электромагнитные, акустические, силовые
преобразователи.
10
Вихревые расходомеры
Достоинства:
* Простота и надежность преобразователя расхода;
* Отсутствие подвижных частей;
* Большой диапазон измерений;
* Линейный измерительный сигнал;
* Достаточно высокую точность измерения;
* Стабильность показаний;
* Независимость показаний от давления и температуры;
* Сравнительная несложность измерительной схемы;
* Возможность получений универсальной градуировки.
11
Вихревые расходомеры
Недостатки вихревых расходомеров
 Невозможно использовать при малых скоростях потока;
 Значительная потеря давления (может достигнуть 30-50
кПа);
 Изготавливают для труб имеющих диаметр от 25 до 150300 мм;
 Работу вихревых расходомеров могут нарушать
акустические и вибрационные пульсации (такие помехи
создаются различными источниками: насосами,
компрессорами, вибрирующими трубами и т. д.).
12
Кориолисовые расходомеры
Кориолисовы
расходомеры — приборы,
использующие для
измерения массового
расхода жидкостей, газов и
всвесей без
предварительного
определения плотности и
объема эффект Кориолиса.
13
Кориолисовые расходомеры
Преимущества измерения кориолисовым расходомером:
• высокая точность измерений параметров;
• работают вне зависимости от направления потока;
• не требуются прямолинейные участки трубопровода до и после
расходомера;
• нет затрат на установку вычислителей расхода;
• надёжная работа при наличии вибрации трубопровода, при
изменении температуры и давления рабочей среды;
• длительный срок службы и простота обслуживания благодаря
отсутствию движущихся и изнашивающихся частей;
• нет необходимости в периодической перекалибровке и
регулярном техническом обслуживании;
• измеряют расход сред с высокой вязкостью.
14
Тахометрические (турбинные) расходомеры
Расходомер или счетчик воды, имеющий подвижной,
обычно вращающийся элемент, скорость движения которого
пропорциональна объемному расходу.
15
Тепловой расходомер
Принцип действия расходомера:
Измерение эффекта теплового воздействия
на поток, зависящее от расхода.
Применение:
Расходомеры в основном предназначены
для измерения расхода газа в лабораторных
условиях, реже жидкости.
Разновидности тепловых расходомеров:
- калориметрический тепловой расходомер
- термоконвективный тепловой расходомер
- термоанемометрический тепловой
расходомер
Недостатки:
Малая надежность.
16
Газоанализаторы
Газоанализа́тор — измерительный прибор для определения
качественного и количественного состава смесей газов.
По принципу действия:
1. Приборы, основанные на физических методах анализа,
включающих вспомогательные химические реакции.
2. Приборы, основанные на физических методах анализа,
включающих вспомогательные физико-химические
процессы (термохимические, электрохимические,
фотоколориметрические, хроматографические и др.).
3. Приборы, основанные на чисто физических методах
анализа (термокондуктометрические, денсиметрические,
магнитные, оптические и др.).
17
Термокондуктометрические газоанализаторы
Работа термокондуктометрических газоанализаторов
основана на зависимости теплопроводности газовой смеси от
наличия различных компонентов, входящих в ее состав.
18
Термохимические газоанализаторы
Принцип работы
газоанализаторов, использующих
термохимические датчики
концентрации, основан на
измерении повышения
температуры нагретой платиновой
нити, на поверхности которой
происходит каталитическое
сгорание горючих компонентов
газовой смеси.
19
Оптические газоанализаторы
В основу работы
оптического газоанализатора
положено свойство
селективного поглощения
различными газами потока
излучения.
20
Измерение концентрации растворов
1.
2.
3.
4.
Кондуктометрические анализаторы
Потенциометрические анализаторы
Денсиметрические анализаторы
Ультразвуковые анализаторы
21