microbik.ru
1
На рисунке 1.2. представлена принципиальная схема блока гидроочистки.

Гидроочистка – это один из методов переработки нефти. Гидроочистка позволяет производить реактивные и дизельные топлива с малым содержанием серы. Процесс очистки нефтепродуктов основан на освобождении их от нежелательных компонентов с целью получения товарных нефтепродуктов высокого качества. Основным первичным процессом служит разделение нефти на фракции т.е. её перегонка. Различают перегонку с однократным, многократным и постепенным испарением. Испарение происходит под высокой температурой, которую обеспечивают, представленные на схеме трубчатая печь П-1 и теплообменный аппарат Т-1.

На схеме представлен конденсатор-холодильник Х-1, в который поступает паровая фаза, здесь пары конденсируются и образовавшийся конденсат охлаждается. Перегонка с ректификацией характеризуется наибольшей чёткостью разделения, поэтому на схеме мы видим ректификационную колонну К-1.

Управление техническими системами.
Понятие об измерениях.

Вопросами теории измерений, средствами обеспечения их единства и способов достижения необходимой точности занимается специальная наука – метрология.

Метрология определяет измерение как познавательный процесс, заключающийся в нахождении соотношения между измеряемой величиной и другой величиной, условно принятой за единицу измерения. Так, если Q-измеряемая величина, U-единица измерения, а q-числовое значение измеряемой величины в принятой единице, то

Q=qU

Это уравнение, выражающее зависимость между измеряемой величиной Q, её числовым значением q, и единицей измерения U, является основным уравнением измерения.
Классификация измерений.

В метрологии различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямыми измерениями называются такие измерения, при которых искомую величину Х находят непосредственно из опытных данных. В этом случае

Q=qU=X

Измерения при которых искомую измеряемую величину определяют вычислениями по результатам прямых измерений величин, связанных с искомой величиной известной функциональной зависимостью, называют косвенными измерениями.

1

Значения измеряемой величины определяются по формуле

Q=f(x1, х2, х3,…)

Где х1, х2, х3- значения величин, получаемых при прямых измерениях.

Совокупными измерениями называются такие измерения , при которых искомые значения величин находят с помощью решения системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместными измерениями называются, производимые одновременно измерения двух или нескольких не одноимённых величин для нахождения зависимости между ними.

Методы измерения.

Измерение определяется принципом и методом. Под принципом измерений подразумевают совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Методы измерения представляют собой совокупность приёмов, принципов и средств измерения. В метрологии различают следующие основные методы:
Метод непосредственной оценки заключается в определении значения измеряемой величины непосредственно по отсчётному устройству измеряемого прибора.

Метод сравнения основан на сравнении измеренного значения величины со значением величины, воспроизводимой мерой. Метод сравнения включает в себя следующие методы: дифференциальный, нулевой, замещения, совпадения.

Классификация средств измерений.

Все измерения осуществляются с помощью мер и измерительных приборов. Их совокупность представляет собой средства измерений. Меры и приборы можно классифицировать по различным признакам: степени точности, назначению, принципу действий, способу применения, конструктивному оформлению и т.д.

2
Классификация средств измерений приведена на рис. 1.1.
Средствами измерений называются технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства.

Средства измерений
Меры Измерительные Измерительные Измерительные

устройства установки системы
Измерительные приборы Измерительные преобразователи
Аналоговые Первичные

Цифровые
Показывающие Промежуточные


Регистрирующие

Самопишущие Передающие

Печатающие

Приборы сравнения

Интегрирующие

Суммирующие
Классификация средств измерений. Рис. 1.1.

3

Аналоговые приборы измеряют непрерывную функцию.

Цифровые приборы автоматически вырабатывают дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представлены в цифровой форме.

Показывающие приборы допускают только отсчитывание показаний.

Регистрирующие приборы – приборы в которых предусмотрена регистрация показаний.

Самопишущие приборы предусматривают запись показаний в форме диаграммы.

Печатающие приборы представляют собой регистрирующие приборы, в которых показания печатаются в цифровой форме.

Приборы сравнения предназначены для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно.

В интегрирующих приборах измеряемая величина интегрируется по времени или по другой независимой переменной.

В суммирующих приборах показания функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к ним по различным каналам.

Измерительные преобразователи предназначены для выработки сигнала измерительной информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Первичным измерительным преобразователем называют такой, который является первым в измерительной цепи, к которому подведена измеряемая величина.

Промежуточный преобразователь занимает в цепи место после первичного.

Передающий преобразователь предназначен для дистанционной передачи сигнала измерительной информации.

Измерительные установки представляют собой совокупность функционально объединённых средств измерения и вспомогательных устройств,

4

предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в

форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенных в одном месте.

Измерительной системой называется совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединённых между собой каналами связи, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для автоматической обработки, передачи и использования в АСУ.

С метрологической точки зрения все средства измерений делятся на образцовые и рабочие.

Образцовые СИ предназначены для хранения и воспроизведения единиц измерения, проверки и градуировки ИП.

Рабочие СИ применяются для измерений, не связанных передачей размера единиц.
Погрешности средств измерений и их классификация. Классы точности.
Погрешность измерения представляет собой разность между результатом измерений и действительным значением измеряемой величины.

x = X-Q

При этом за действительное значение ИВ принимается показание образцового прибора.

Классификация погрешностей средств измерений приведена на рис.1.2.

Абсолютной погрешностью прибора ∆хп называется разность между показанием прибора Qп и действительным значением ИВ.

хп = Qп - Q

(Причины – недостатки качества изготовления, градуировки и сборки прибора, а также влияние различных факторов.)

5

Погрешности СИ.
От формы От режима От хар-ра прояв-я От условий

представления. применения СИ. при многократ-х применеия

измерениях. СИ.
Абсолютная Статическая Систематическая Основная

Относительная Случайная

Динамическая Дополнительная

Приведённая
Рис.1.2. Погрешности СИ.
Относительной погрешностью прибора σ называют отношение абсолютной погрешности к действительному значению воспроизводимой прибором величины.

σ = ∆х/Q

Приведённой погрешностью прибора называют отношение погрешности прибора к нормирующему значению(пределу измерений, диапазону измерений).

В зависимости от режима применения СИ могут быть получены статическая и динамическая погрешности.

Статической называется погрешность средства измерений, используемого для измерения постоянной величины.

Динамической погрешностью называется разность между погрешностью измерений в динамическом режиме(переменной во времени ИВ) и его статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени.

Систематической погрешностью называется составляющая погрешности СИ, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся.

6

Случайной погрешностью называется составляющая погрешности СИ, изменяющаяся случайным образом.

На погрешность прибора влияют внешние условия( температура, давление, магнитное поле и т.п.). Отличие этих условий от нормальных приводит к дополнительным погрешностям.

Основной погрешностью прибора называется погрешность СИ, используемого в нормальных условиях.

Дополнительной погрешностью СИ называется изменение его погрешности, вызванное отклонением одной из влияющих величин.
Все СИ по точности показаний разделяют на классы точности.

Классом точности СИ называется обобщённая характеристика СИ, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Класс точности прибора определяется max.абсолютной погрешностью прибора отнесённой к пределу измерения и выраженной в процентах:

К= ∆хп/N*100%

Где ∆хпmax – max. Абсолютная погрешность прибора, N – предел измерения.

К = (1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6.)*10^n,

Где n=1,0,-1,-2, и т.д.

Например для СИ с относительной погрешностью σ , выраженной в процентах и равной 0,5% класс точности обозначается 0,5.
Государственная система приборов.(ГСП).

ГСП представляет собой совокупность приборов и устройств, охватывающих всю номенклатуру отечественного приборостроения, в состав которой должны входить системы контроля и регулирования технологических процессов, системы устройств вычислительной техники и приборов контроля

7

параметров по основным отраслям приборостроения. ГСП строится по

блочно-модульному принципу, позволяющему из сравнительно небольшого числа блоков и модулей создавать рационально ограниченные ряды приборов широкого применения, необходимых для автоматизации.

По функциональному признаку все блоки и приборы, входящие в ГСП, делятся на 4 группы:

  1. для получения нормированной информации о состоянии процесса;

  2. для приёма, преобразования и передачи информации по каналам связи;

  3. для преобразования, хранения, и обработки информации и формирования команд управления;

  4. для использования командной информации для воздействия на процесс или представления её оператору.

В первую группу входят ПИП, которые вместе с нормирующими устройствами, формирующими унифицированный, пропорциональный измеряемой величине сигнал образуют датчики измерительной информации.

Во вторую группу входят коммутаторы измерительных цепей, преобразователи сигналов и кодов, шифраторы и дешифраторы, согласующие устройства, а также устройства телесигнализации, телеизмерения.

8

Характеристика ветвей ГСП.

Электрическая ветвь представляет собой ряд приборов и средств автоматизации, в которых в качестве внешней энергии используется электрическая энергия, а носителем информации является электрический сигнал. Электрическая ветвь наиболее унифицирована, обладает высокой чувствительностью, точностью, быстродействием и дальностью связи.

Пневматическая ветвь включает ряд приборов и устройств(датчики, регулирующие устройства, исполнительные механизмы), в которых в качестве источника внешней энергии сжатый воздух, а носителем информации является пневмосигнал. Пневматическая ветвь характеризуется безопасностью в легковоспламеняющихся и взрывоопасных средах.

В приборах и устройствах гидравлической ветви источником внешней энергии, а также носителем информации являются гидравлические сигналы, создаваемые минеральными маслами(веретенное, турбинное и т.д.) и водой. Гидравлические приборы позволяют получить точные перемещения ИМ при больших усилиях.

По характеру сигналов различают аналоговые и дискретные устройства. В электрических аналоговых устройствах в качестве несущего информацию параметра непрерывного сигнала используются значения силы тока или напряжения, а также частоты или фазы( при переменном токе); в дискретных- число импульсов или их сочетания с различными признаками(код).

Практически в автоматизированных системах используются комбинированные( электропневматические, пневмогидравлические). Связь электрических, пневматических и гидравлических приборов осуществляется преобразователем сигналов.

9

Назначение методов дистанционной передачи результатов измерений.

При централизованном контроле и управлении техническим процессом значения измеряемых параметров от различных точек технических объектов необходимо передавать к единому пункту контроля и управления либо к регулирующему устройству. Расстояния, на которые приходится передавать сигналы измерительных параметров на нефтеперерабатывающих заводах могут быть от нескольких десятков до нескольких сотен метров.


Рис.1.3.Схема системы дистанционной передачи измерений показана.
1-измерительный преобразователь; 2-передающий преобразователь; 3-приёмник; вторичный прибор.

Система передачи ИВ на расстояния состоит из первичного преобразователя, передающего измерительного преобразователя, канала связи, приёмника и вторичного прибора.

Первичный измерительный преобразователь 1 находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, воспринимает значения х измеряемого параметра и преобразует его в сигнал Свх, который подаётся на вход передающего преобразователя 2. Передающий преобразователь преобразует измерительный сигнал в параметр Свых, удобный для телепередачи и передаёт его в канал связи. На приёмной стороне сигнал Свх2 поступает на вход приёмника 3, где он преобразуется
10

в сигнал Свых2, воздействующий на вторичный прибор 4. Вторичный

прибор преобразует измерительный сигнал в показания ИВ в удобном для восприятия виде.
Измерение температуры.

Температура является одним из важнейших параметров, характеризующих химико-технологические процессы при переработке нефти и газа, поскольку агрегатные состояния, фракционный состав и качество промежуточных процессов переработки нефти на заводах характеризуются температурными параметрами и зависят от точного поддержания температуры.

Температурой называют ФВ, характеризующую степень нагретости тела. Измерять температуру можно только косвенным путём, основываясь на зависимости от температуры таких физических свойств тел, которые поддаются непосредственному измерению – такие свойства называются термометрическими. Для создания термометра необходимо иметь температурную шкалу – конкретную функциональную числовую связь температуры со значением измеряемого термометрического свойства. Используемые в настоящее время температурные шкалы: Шкала СИ(Кельвина), Шкала Цельсия, Шкала Фаренгейта, Международная 100˚ шкала.


11

СИ температуры.



В настоящее время существуют приборы для измерения температуры основанные на изменении :

1. объёма тела (термометры расширения).

2.давления рабочего вещества в замкнутой камере(манометрические термометры).

3. электрического сопротивления проводников (электрические терморезисторы).

4. ТЭДС (термопары).

5. лучеиспускательной способности (пирометры излучения).

Терморезисторы.

Принцип действия терморезисторов основан на изменении активного электрического сопротивления материала датчика под действием температуры. Они выполняются из проводниковых или полупроводниковых материалов.

12

Проводниковые терморезисторы выполняются преимущественно из меди или из платины. Это связано с тем, что материалы ТС должны иметь большой и постоянный температурный коэффициент сопротивления, большое удельное сопротивление; их физические и химические свойства должны быть устойчивы при высоких температурах. Медь и платина наиболее полно соответствуют этим требованиям.

Качество ТС характеризуется его чувствительностью к изменению температуры и определяется температурным коэффициентом сопротивления αт, представляющим собой относительное изменение

∆R/R на единицу приращения температуры ∆t:

αт=∆R/R∆t

Медный ТС (ТСМ) имеет линейную зависимость сопротивления от температуры:

Rt=Ro(1+ αт(t-to))

Где Ro- сопротивление при 0˚; t – температура нагрева ТСМ.
Тс выполняются различных градуировок, отличающихся друг от друга начальным сопротивлением и диапазоном измерения.

Так ТСП выпускают 3-х градуировок:

Гр.20 Ro=10 Ом; 0…650˚С

Гр.21 Ro=46 Ом; -200…500˚С

Гр.22 Ro=100 Ом; -200…500˚С

ТСМ выпускают двух градуировок:

Гр.23 Ro=53 Ом; -50…+180˚С

ГР.24 Ro=100Ом; -50…+180˚С
13

Тс состоит из ЧЭ и наружной арматуры. ЧЭ представляет собой тонкую проволоку, намотанную на каркас, который заключается в защитную оболочку.

К достоинствам проводниковых ТС следует отнести высокую точность преобразования, линейную характеристику, широкий диапазон преобразуемых температур, простоту конструкции и надёжность работы, лёгкость дистанционной передачи показаний.

Недостатки: невысокая чувствительность, большая инерционность.

Полупроводниковые ТС называются термисторами. Они изготавливаются из марганца, кобальта и д.р., которые стекают при высокой температуре. Образующиеся соединения имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Наиболее часто используются кобальто-марганцевый термистор (КМТ) и медно-марганцевый , измеряющие температуру в пределах -60 ….+120˚С

И -60…+160˚С.

Достоинства: высокая чувствительность, малые габариты.

Недостатки: нелинейность характеристики.
Термопары.

Термопарой(ТП) называется датчик, состоящий из двух электрически соединённых разнородных металлических проводников и преобразующий значения измеряемой температуры в ЭДС.

Принцип действия ТП основан на использовании ТЭДС, возникающей в контуре из двух разнородных проводников, место соединения которых нагрето до различных температур.

Конструктивно в ТП металлические проводники представляют собой две разнородные проволоки А и В, называемые термоэлектродами, одни концы которых спаяны или сварены, этот спай называется

рабочим(горячим), а другие свободные(холодные) концы включены во

14

внешнюю цепь. Развиваемая ТЭДС является функцией перепада температур между спаями.



Рис.1.4. Термопара.

Термоэлектрическая цепь обладает следующими свойствами:

- развиваемая ТЭДС зависит только от перепада температуры и материалов термоэлектродов и не зависит от их длины и перепада температуры вдоль них;

- в любое место термоэлектрической цепи может быть включён третий проводник без искажения ТЭДС, если температура его концов одинакова.

Последнее свойство позволяет в разрыв между холодными концами ТП включать измерительный прибор. Наиболее широко используются следующие термопары:

- ТПП (платинородий-платина) диапазон температур 0…1100˚С, используются в качестве образцовых.

- ТХА (хромель-алюмель), -50…800˚С

- ТХК (хромель-копель), -50…650˚С

ТХА и ТХК используется для промышленных измерений.

Достоинства ТП – возможность измерения большого диапазона температур, простота устройства и надёжность в эксплуатации.

Недостатки ТП – повышенная чувствительность, которая приводит к усложнению измерительных схем, а также необходимость поддержания

15

постоянной температуры холодных концов или использования

специальных схем автоматической коррекции температурной погрешности.

Измерение расхода.
Расходом вещества называется количество вещества, протекающего через данное сечение канала в единицу времени. Различают объёмный расход, измеряемый в м³/с, м³/ч, л/мин, и массовый расход, измеряемый кг/с, кг/ч, т/ч и т.д. СИ расхода называются расходомерами.

По принципу действия различают объёмные счётчики количества, расходомеры постоянного и переменного перепада давления, скоростные, электромагнитные, тепловые и др.
Расходомеры переменного перепада давления.
Одним из самых распространённых принципов измерения расхода жидкостей, газов и паров является принцип переменного перепада давления на СУ. Широкое использование этого принципа связано с целым рядом его преимуществ, а именно: простота и надёжность, отсутствие движущихся частей, лёгкость серийного изготовления практически на любые давления и температуру измеряемой среды, низкая стоимость.

Для измерения расхода в трубопроводе устанавливают СУ. При протекании измеряемого через отверстия СУ увеличивается скорость потока по сравнению с его скоростью до сужения . Благодаря этому давление потока на выходе из СУ создаётся перепад давления, измеряемый дифманометром и зависящий от скорости в сужении, т.е. от расхода потока.

16

На рис. приведена условная картинка потока, протекающего в т/п 1 через СУ 2 типа «диафрагма», а также график распределения давления . Расход определяется по формуле Q=K√(Р1-Р1) /ρ

Где К- коэффициент пропорциональности, Р1 и Р2 – давление соответственно до и после СУ,

Ρ- плотность измеряемой среды.



Рис.1.5.Расходомер переменного перепада давления.
Расходомеры постоянного перепада давления.

Принцип действия этих расходомеров, называемых также расходомерами обтекания, основан на перемещении ЧЭ , (выполненного в виде обтекаемого тела( поплавок, поршень, шарик). ЧЭ воспринимает со стороны набегающего потока силовое воздействие, которое при возрастании расхода увеличивается и перемещает чувствительный элемент, в результате чего перемещающая сила уменьшается и вновь уравновешивается противодействующей силой, в

17

качестве которой служит вес обтекаемого тела при движении потока снизу вверх. Такие расходомеры называются ротаметрами. Схема ротаметра приведена ниже.



Рис.1.6. Расходомер постоянного перепада давления.
В конической 1 трубке помещён поплавок 2 при подъёме, которого вверх под действием возросшего потока увеличивается площадь проходного кольца между поплавком и стенкой конической трубки, что приводит к уменьшению силы, создаваемой потоком, действующим на поплавок. Во избежание трения и удара поплавка о стенку трубки в его верхнем ободе 3 выполнены, исполненные к вертикали прорези. Вещество, протекая через прорези, придаёт поплавку вращение, и он центрируется в середине потока. При равновесии сил, действующих на поплавок, он устанавливается на высоте , соответствующей измеряемому значению расхода.

18
Измерение уровня.

Уровнем называют высоту заполнения технологического аппарата рабочей средой, например жидкостью. Уровень является достаточно важным технологическим параметром. Так, например, путём измерения уровня можно получать информацию о массе жидкости в резервуарах. Подобная информация используется для проведения товароучётных операций и для управления производственным процессом. Уровень измеряют в единицах длины. СИ уровня называются уровнемерами. Кроме уровнемеров, предназначенных для измерения текущего значения уровня рабочей среды, существуют сигнализаторы уровня, служащие для сигнализации предельных значений уровня.

Целью измерения уровня жидкостей может быть определение количества жидкости в ёмкости или контроль за положением уровня в производственном аппарате при осуществлении технологического процесса.

По диапазону измерения различают уровнемеры широкого и узкого диапазонов. Уровнемеры широкого диапазона (с пределами измерения 0,5…20м) используются для проведения товароучётных операций, а уровнемеры узкого диапазона (пределы измерения 0..+-100мм или 0…+-450мм) используются в системах автоматического регулирования.

По принципу действия различают поплавковые, буйковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые и радиоизотопные.

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.д.).

19

Поплавковые уровнемеры.

Поплавковые уровнемеры относятся к наиболее распространённым автоматическим приборам для измерения уровня жидкости наряду с гидростатическими и электрическими.

В поплавковом уровнемере за уровнем жидкости следит поплавок, перемещение которого передаётся на показывающее устройство или преобразователь перемещения (усилия) в выходной сигнал.



Рис.1.7. Простейший поплавковый уровнемер.
На рисунке 1.7. показано простейшее устройство с поплавком постоянного погружения. Поплавок подвешен на гибком тросе, перекинутом через ролики. На другом конце троса укреплён груз для поддержания постоянного натяжения троса. На грузе закреплена стрелка, показывающая на шкале уровень жидкости. Таким простым устройством можно измерять уровень с достаточной для большинства случаев точностью.

Недостатками простого поплавкового уровнемера являются: перевёрнутая шкала, трудность отсчёта в начале шкалы у высокого резервуара, погрешность из-за силы, натягивающей трос(при подъёме уровня к силе тяжести противовеса прибавляется сила тяжести троса).
20

Недостатки простого поплавкового уровнемера устранены в поплавковом уровнемере, схема которого представлена ниже.



Рис.1.8. Поплавковый уровнемер.
При применении поплавка 1 барабаны 3, на которые наматывается трос, поворачиваются и заставляют поворачиваться ротор сельсина-датчика связан сельсин-приёмник, ротор которого повернётся на такой же угол, как у сельсина-датчика 4. Натяжение троса обеспечивается грузом 2, подвешенным на тросе.

Сельсин – приёмник(вторичный прибор) связан со счётным механизмом. При вращении ротора сельсина поворачиваются барабаны счётного механизма и в окошечках появляются цифры, показывающие положение уровня.

Во вторичном приборе имеются два контакта для сигнализации предельных положений уровня. Контакты могут быть настроены на любые точки в пределах шкалы прибора.

Диапазон измерения уровня до 10 м.

При измерениях уровня агрессивных жидкостей поплавок (цилиндрический или шаровой) изготавливается из устойчивого к коррозии металла.

21