Контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации
1. Учебная цель
Обучить трубопроводчика линейного вопросам эксплуатации и содержания контрольно – измерительных приборов, их конструкции. По завершению обучения рабочий обязан выполнять виды работ c системами и приборами КИПиА, которые предусмотрены должностной и производственными инструкциями.
1.1. Концепция, основные термины
Концепция |
Для контроля и автоматизации технологических операций при обслуживании конденсатных станций, трубопроводов применяются средства КИПиА, связи, АСУ ТП.
Основные термины |
КИПиА - контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации.
АСУ ТП – автоматизированная система управления производством.
СБиПАЗ - система сигнализации противоаварийной защиты.
Измерительный прибор – средства измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для восприятия наблюдателя.
Измерительный преобразователь – техническое устройство, построенное на определенном физическом принципе действия, выполняющее одно частное измерительное преобразование.
ГСП – государственная система приборов и средств автоматизации.
Давление – физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных распределения сил, с которыми одно тело действует ан поверхность другого.
Абсолютное давление – давление, отсчитываемое от абсолютного нуля.
Барометрическое давление – давление, создаваемое атмосферой.
Избыточное давление – это давление сверх барометрического.
Вакууметрическое давление
(разрежение) – это отрицательное избыточное давление, отсчитываемое от барометрического.
Манометры – приборы для измерения избыточного давления.
Вакуумметры – приборы для измерения разрежения.
Расход – это количество вещества, протекающее через данное сечение в единицу времени.
2. Содержание учебного элемента
2.1. Общие понятия о метрологии
Метрология
- наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Метрологическая служба – сеть государственных метрологических органов и их деятельность, направленная на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений в стране
СТП - настоящий стандарт устанавливает единый порядок эксплуатации, обслуживания, ремонта и поверки контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации (КИПиА)
Метрологическая служба – совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.
Средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерений.
Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения подтверждения соответствия средства измерения установленным техническим требованиям.
Единицы физической величины - физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное 1.
Основная единица физической величины - единица основной физической величины, выбранная произвольно при построении системы единиц.
Измерение
– нахождение значения физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств.
Прямое измерение - при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных.
Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величин находят на основании зависимости между этой величиной и величинами подвергаемыми прямым измерениям.
Средство измерений – техническое средство, используемое при измерениях, с использованием современных методов и средств измерений, автоматизированного контрольно-измерительного оборудования, информационно-измерительных систем и комплексов, средств систем СБ и ПАЗ, система охранно-пожарной сигнализации.
Измерительный прибор |
Измерительные приборы подразделяют по ряду измеряемых величин.
Единицей температуры как термодинамической, так и по практическим температурным шкалам, установленным ГОСТ 8.157-75, является Кельвин (К).
Допускается применение единицы температуры – градуса Цельсия (ОС). Между температурой Т, выраженной в Кельвинах, и температурой t, выраженной в градусах Цельсия, установлено соотношение:
t = Т - То,
где То = 273,15 К
Температурные разности выражаются в Кельвинах или градусах Цельсия.
">Измерение температуры осуществляется контактным и бесконтактным способами. Контактным способом температура измеряется с помощью термометров сопротивления, термоэлектрических термометров, дилатомеров, биметаллических, манометрических и пьезометрических термометров. Бесконтактным способом измеряют температуру радиационными, фотоэлектрическими пирометрами. В таблице 2 приложения 1 приведены характеристики наиболее распространенных методов измерения температуры.
2.3.1. Манометрические термометры
2.3.2. Термоэлектрические преобразователи
Действие термоэлектрического преобразователя |
Измерение температуры сводится к измерению термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя при помощи электроизмерительных приборов, в качестве которых применяются магнитоэлектрические милливольтметры и потенциометры.
Соединение термоэлектрических преобразователей с вторичными измерительными приборами осуществляется специальными удлинительными проводами. Устройство термоэлектрического преобразователя показано на рис. 1.
Термоэлектрический преобразователь
Рис. 1
1- изолятор; 2,3- штуцер; 4- головка; 5- прокладка; 6- крышка; 7- контактная клемма; 8- контакт для компенсационных проводов; 9- компаунд; 10- термоэлектрод; 11- защитная гильза; 12- горячий спай; 13- керамический наконечник
2.3.3. Термометры расширения
Действие термометров расширения основано на свойстве физических тел изменять свой объем или линейные размеры при изменении температуры.
Термометры расширения подразделяют на три группы: жидкостные, стержневые или дилатометрические и биметаллические.
Жидкостные термометры |
построены на принципе теплового расширения жидкости в стеклянном резервуаре. В качестве рабочего вещества применяют ртуть и органические жидкости – этиловый спирт, толуол, пентан. В зависимости от вида рабочего вещества жидкостные термометры подразделяют на ртутные и не ртутные.
Ртутные термометры благодаря своей простоте, сравнительно высокой точности измерения, дешевизне широко применяются для измерения температур в пределах от –30 до + 650 ОС.
Не ртутные термометры применяют главным образом при измерении низких температур в пределах от –190 до +100ОС.
Ртутные электроконтактные термометры применяют не только для измерения температуры, но и для построения схем сигнализации, защиты и позиционного регулирования.
Вопросы к размышлению
1. Какую температуру можно измерить ртутным термометром?
2.4. Измерение давления и разрежения
Понятие давления |
В Международной системе единиц (СИ) единицей давления является паскаль (Па). Паскаль - давление, создаваемое силой 1Н(ньютон), действующей на поверхность 1 м2.
Соотношение между основной единицей (Па) и другими единицами давления приведены в таблице 1.
Соотношения между единицами давления
Таблица 1
|
Единица |
Па |
кгс/см2 |
мм вод. ст. |
мм рт. ст. |
|
1 Па |
1 |
1,019716×10 -5 |
0,1019745 |
0,750061×10 -2 |
|
1 кгс/см2 |
98666,5 |
1 |
10000,28 |
735,559 |
|
1 мм вод. ст. |
9,80638 |
0,999972×10 -4 |
1 |
0,0735539 |
|
1 мм рт. ст. |
133,322 |
1,35951×10 –3 |
13,5955 |
1 |
Различают абсолютное, барометрическое, избыточное, вакуумметрическое давление и вакуум.
Абсолютное давление
- давление, отсчитываемое от абсолютного нуля (давление пустоты).
Барометрическое давление
- давление, создаваемое атмосферой.
Избыточное давление - давление сверх барометрического. В этом случае абсолютное давление будет равно сумме барометрического и избыточного давлений.
Вакуумметрическое давление (разрежение) - отрицательное избыточное давление, отсчитываемое от барометрического. В этом случае абсолютное давление будет равно разности барометрического и вакуумметрического (без учета знака) давлений. Это абсолютное давление и представляет собой вакуум.
Приборы для измерения давления называют манометрами.
По виду измеряемого давлений манометры подразделяются на следующие группы:
Подразделение манометров по группам |
Вакуумметры - приборы для измерения вакуумметрических давлений (разрежений) с пределом измерения до минус 100 кПа(1 кгс/см2);
Мановакуумметры - приборы для измерения избыточного и вакуумметрического давлений с верхними пределами избыточного давления от 0,06 Мпа (0,6 кгс/ см2) до 2,4 Мпа (24 кгс/ см2) и вакуумметрического давления – до минус 100кПа (1 кгс/ см2);
Дифференциальные манометры –
приборы для измерения разности двух давлений, из которых ни одно не является барометрическим.
По принципу действия манометры подразделяют на жидкостные, механические деформационные и электромеханические, в которых деформация упругого элемента преобразуется в электрический сигнал с помощью электрического измерительного преобразователя деформации или перемещения. В таблице 3 приложения 1 приведены характеристики наиболее широко применяемых в промышленности методов измерения давления.
">
Деформационные манометры
Действие деформационных манометров основано на использовании зависимости между упругой деформацией чувствительного элемента и давлением.
В качестве чувствительного элемента применяют трубчатые пружины, мембраны, мембранные коробки, сильфоны. Соответственно выпускаются пружинные, мембранные, сильфонные манометры.
Пружинные манометры. На рис. 2 схематически показано устройство показывающего манометра с одновитковой пружиной. Приборы могут изготовляться и с осевым штуцером, располагаемым сзади корпуса прибора. Под влиянием измеряемого давления трубчатая пружина деформируется и тянет поводок. Поводок поворачивает зубчатый сектор и трубку со стрелкой. Передвигающая вдоль шкалы стрелка показывает значение измеряемого давления.
Пружинные манометры |
 |
Рис. 2
Манометры с трубчатой пружиной могут иметь электроконтактное устройство, устройство дистанционной передачи; могут быть со шкалой и бесшкальными.
 |
1. Сколько Па в 1 кг/см2?
2. Какой чувствительности элемент используется в техническом манометре?
2.5. Измерение расхода
Понятие расхода |
Прибор для измерения расхода называют расходомерами, а приборы для измерения количества - счетчиками количества (счетчиками). Приборы для одновременного измерения расхода и количества называют расходомерами со счетчиком.
Для измерения расхода и количества применяют следующие виды приборов; переменного перепада давления, обтекания (постоянного перепада давления), ротараметры.
Расходомеры переменного перепада давления.
Расходомерами переменного давления называют расходомеры, основанные на зависимости от расхода вещества перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, или самим элементом трубопровода.
Расходомеры данного вида включают в себя три отдельные части: преобразователь расхода, создающий перепад давления в зависимости от расхода; соединительное устройство, передающее перепад давления от преобразователя к измерительному прибору; дифференциальный манометр, измеряющий перепад давления, образованный преобразователем расхода и градуированный в единицах расхода.Наиболее важными среди расходомеров переменного перепада являются расходомеры с сужающими устройствами (рис. 3).
1.
Назовите единицу измерения расхода массовый Т, Н, м3/ч?
2. Чем измеряется перепад давления на сужающем устройстве?
Рис. 3
а – камерная диафрагма; б – безкамерная диафрагма
2.6. Измерение уровня
Средства измерений, сигнализации и регулирования уровня находят широкое применение на НПЗ. Характерная особенность их использования – широкое разнообразие физических характеристик, контролируемых сред и рабочих условий, конструктивных, метрологических и других технико-эксплуатационных требований.
Контролируемые среды могут быть жидкими и сыпучими с различными степенями электропроводности, плотности, вязкости, дисперсности, агрессивности, склонности к кристаллизации, осадкообразованию, а также с различными степенями стабильности физических свойств при изменении внешних условий и т.п.
">Приборы контроля должны быть сопрягаемы с внешними устройствами и удовлетворять требованиям по виду и параметрам выходного сигнала, точности измерения, надежности.
В таблице 4 приложения 1 приведены характеристики механических и электрических преобразователей уровня. Механические преобразователи применяют в комплекте с электрическими измерительными преобразователями перемещения.
Уровнемеры с указательными стеклами основаны на принципе сообщающихся сосудов и предназначены для визуального контроля уровня. В поплавковых уровнемерах используется выталкивающая сила жидкости, действующая на поплавок, средняя плотность которого меньше плотности жидкости.
В буйковых уровнемерах используется изменения силы тяжести поплавка (буйка), средняя плотность которого больше плотности жидкости, с изменением величины погружения буйка в жидкость.
Измерение уровня гидростатическими уровнемерами сводится к измерению давления столба жидкости манометром или дифманометром. Принцип действия электрических уровнемеров заключается в измерении изменения электропроводимости, емкости, резонансной частоты и других электрических параметров, зависящих от изменения уровня.
Поплавковые и буйковые уровнемеры
Принцип действия поплавкового уровнемера основан на следящем действии поплавка, плавающего на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с ее уровнем.
уровнемер типа УДУ-10 |
УДУ-10
Рис. 4
На рис. 4 приведены принципиальная схема поплавкого уровнемера типа УДУ-10. Уровнемер предназначен для измерения уровня нефтепродуктов и других однородных жидкостей. Поплавок 2, подвешенный на перфорированной мерной ленте 4, при изменении уровня жидкости скользит вдоль направляющих струн 3. Мерная лента, проходя через систему угловых роликов и гидрозатвор, вступает в зацепление со штырями мерного шкива 1 показывающего прибора. Перемещение мерного шкива передается на отсчетное устройство 8, показания которого соответствуют уровню жидкости в резервуаре.
Принцип действия буйкового уровнемера основан на силовой компенсации. Изменение уровня жидкости преобразуется на чувствительном элементе измерительного блока - буйке в пропорциональное усилие, которое автоматически уравновешивается усилием, развиваемым силовым устройствам связи.
Выпускают буйковые уровнемеры с электрическим и пневматическим выходными сигналами. Уровнемеры построены по блочному принципу.
3. Резюме
Пройдя курс обучения, трубопроводчик линейный может выполнять виды работ с системами и приборами КИПиА согласно должностных инструкций.
4. Контрольные вопросы
1. Что относится к средствам измерения?
2. Назовите основные единицы измерения.
3. Чем характеризуется отклонение показаний измерительного устройства от истинного значения измеряемой величины?
4. Назовите прямое измерение.
5. Нормирующие преобразователи.
6. Какой электрический сигнал используется в приборах системы ГПС?
7. Какую температуру можно измерить ртутным термометром?
8. Сколько Па в 1 кг/см2?
9. Какой чувствительности элемент используется в техническом манометре?
10. Какова величина токового сигнала преобразователя типа "Сапфир"?
11. Назовите единицу измерения расхода массовый Т, Н, м/г2?
12. Чем измеряется перепад давления на сужающем устройстве?
13. Какой принцип действия у пожарного извещателя ИП-103?
14. Какие приборы используются для измерения температуры по месту?
15. Какова погрешность массовых расходомеров?
5.
Литература
1.Каминский М.А.,Каминский В.М. Монтаж приборов и систем автоматизации.М., Высшая школа,1988.
2.Промышленные приборы и средства автоматизации.Ленинград, Машиностроение,1979.
3.Попов А.Ф. Монтаж, эксплуатация и ремонт контрольно-измерительных и регулирующих приборов.М.,Машиностроение, 1979.
4.Соловцов В.К. Контрольно-измерительные приборы .М., Высшая школа.1989.
Приложение 1
Механические измерительные преобразователи
Таблица 1
|
мембранные |
пружинные |
сильфонные |
дроссельные |
ротаметрические |
|||
 |
 |
 |
 |
 |
|||
|
объемные |
поплавковые |
скоростные |
струнные |
||||
 |
 |
 |
 |
||||
Таблица 2
|
Преобразователи |
Термометры расширения жидкостные |
Манометрические |
Терморезистивные |
|
Принципиальная схема преобразователя |
 |
 |
 |
|
Величина, характеризующая температуру |
Расширение жидкости |
Давление газа в замкнутом объеме (или изменение объема жидкости) |
Сопротивление чувствительного элемента |
|
Погрешность измерения, верхняя нижняя |
Не более одного деления шкалы |
1,0 % 4,0 % |
I-V классы точности (платиновые); II-V классы (медные) |
Продолжение Таблицы 2
|
Преобразователи |
Термоэлектрические |
Радиационные |
Дилатометрические |
Биметаллические |
|
Принципиальная схема преобразователя |
 |
 |
 |
 |
|
Величина, характеризующая температуру |
ЭДС В спае разнородных материалов |
ЭДС В спаях термобатарей |
Изменение длины твердого стержня |
Изменение прогиба пластины из разнородных металлов |
|
Погрешность измерения, верхняя нижняя |
± 1 мВ ± [0,2+0,0006(t-300)] мВ для t > 300 0C |
1,5 % 4,0 % |
1,0 % 4,0 % |
± 1 °C ± 2,5 °C |
Характеристики основных типов преобразователей давлений
Таблица 3
|
Преобразователь |
Механический |
Электромеханический |
|||
|
мембранный |
сильфонный |
пружинный |
тензорезестивный |
пьезоэлектрический |
|
|
Принципиальная схема преобразователя |
 |
|
 |
 |
 |
|
Величина, характеризующая давление |
Перемещение мембраны |
Перемещение сильфона |
Перемещение пружины |
Изменение сопротивления тензорезистора |
Изменение напряжения |
|
Погрешность измерения, %, верхняя нижняя |
1,0 1,5 |
0,6 1,5 |
0,6 4,0 |
0,6 4,0 |
0,5 1,5 |
