что такое расход кипиа

Измерение расхода жидкости: приборы и методы

Расход – это объем жидкости протекающий в единицу времени через поперечное сечение трубопровода. Измерение расхода жидкости является одной из задач при производственных испытаниях оборудования.

В этой статье мы собрали для Вас все современные методы определения расхода жидкости, а так же приборы для измерения расхода: трубчатые расходомеры, расходомерные шайбы, крыльчатые расходомеры, ультразвуковые и вихревые расходомеры.

Содержание статьи

Методы измерения расхода жидкости

Наиболее простые и вместе с тем точные методы измерения расхода жидкости являются объемный и массовый (весовой).

В соответствии с методами измерения, единицами расхода жидкости являются:
для объемного способа: м 3 /с, м 3 /ч
для массового способа: кг/c, кг/ч, г/с и т.д.

При объемном способе измерения протекающая в исследуемом потоке(например, в трубе) жидкость поступает в особый, тщательно протарированный сосуд (так называемый мерник), время наполнения которого точно фиксируется по секундомеру.

Если известен объем мерника – V и измеренное время его наполнения – T, то объемный расход будет

При весовом способе взвешиванием находят вес G_v = m_v*g (где g – ускорение свободного падения) всей жидкости, поступившей в мерник за время T. Затем определяют её массу

и по ней, зная плотность жидкости (ρ), вычисляют объемный расход

Но объемный и весовой методы измерения расхода жидкости пригодны только при сравнительно небольших значениях расхода жидкости, так как в противном случае размеры мерников получаются довольно громоздкими и, как следствие, замеры очень затруднительными.

Кроме того, этими способами невозможно измерить расход в произвольном сечении, например, длинного трубопровода или канала без нарушения их целостности. Поэтому, за исключением случаев измерения сравнительно небольших расходов жидкостей в коротких трубах и каналах, объемный и весовой способы, как правило, не применяются, а на практике пользуются специальными приборами, которые предварительно тарируются объемным или весовым способом.

Приборы для измерения расхода жидкости

Трубчатые расходомеры

Одним из таких приборов является трубчатый расходомер или расходомер Вентури. Большим достоинством этого расходомера является простота конструкции и отсутствие в нем каких-либо движущихся частей. Трубчатые расходомеры могут быть горизонтальными и вертикальными. Рассмотрим, к примеру, горизонтальный вариант.

Расходомер состоит из двух цилиндрических труб А и В диаметра d₁, соединенных при помощи двух конических участков (патрубков) С и D с цилиндрической вставкой E меньшего диаметра d₂. В сечениях 1-1 и 2-2 расходомера присоединены пьезометрические трубки a и b, разность уровней жидкости h в которых показывает разность давлений в этих сечениях.

Расход жидкости в этом случае определяется по тарировочным кривым, полученным опытным путем и дающим для данного расходомера прямую зависимость между показаниями манометра и измеряемыми расходами жидкости. Пример такой кривой на картинке рядом

Расходомерная шайба

Другим широко распространенным прибором для измерения расхода является расходомерная шайба (или диафрагма), обычно выполняемая в виде плоского кольца с круглым отверстием в центре, устанавливаемого между фланцами трубопровода

Края отверстия чаще всего имеют острые входные кромки под углом 45° или закругляются по форме втекающей в отверстие струи жидкости (сопло). Два пьезометра a и b (или дифференциальный манометр) служат для измерения перепада давления до и после диафрагмы. В основе метода положен принцип неразрывности Бернулли.

Расход в этом случае определяется по замеренной разности уровней в трубках. Трубки подсоединяют к датчикам, замеряющим перепад давления. Датчик перепада давления преобразует перепад в электрический сигнал, который отправляется на компьютер.

Крыльчатый расходомер

Расходы могут быть вычислены также в результате измерения скоростей течения жидкости и живых течений потока.

Одним из широко распространенных приборов, применяемых для этой цели является гидрометрическая вертушка. Современный турбинный расходомер устанавливают только на горизонтальном участке трубопровода. Лопасти крыльчатки колеса турбины изготавливают из не магнитного материала.

Вертушка состоит из крыльчатки А, представляющей собой колесо с винтовыми лопастями, насаженное на горизонтальный вал С. Когда она установлена в потоке, крыльчатка под действием протекающей жидкости вращается, причем число её оборотов прямо пропорционально скорости течения. Число импульсов за один оборот крыльчатки равно числу лопастей, а значит частота импульсов пропорциональна расходу.

При вращении лопасти поочередно пересекают магнитное поле, которое наводит электродвижущую силу в катушке в виде импульса. От вертушки вверх выводятся провода В, подающему сигнал к специальному счетчику, автоматически записывающему число оборотов и время.

Приборы для измерения расхода жидкости в этом случае называют турбинными расходомерами

Ультразвуковой метод измерения расхода

Ультразвуковой расходомер работает по принципу использования разницы по времени прохождения ультразвукового сигнала в направлении потока и против него.

Расходомер формирует электрический импульс, поступающий на пьезоэлемент П1, который излучает электромеханические колебания в движущуюся среду. Эти колебания воспринимаются через некоторое время пьезоэлементом П2, преобразуются им в электрический импульс, попадающий в электронное устройство и снова направляемый им на пьезоэлемент П1 и т.д.

Такой контур П1-П2 характеризуется частотой f1 повторений импульсов, прямо пропорциональной расстоянию между пьезоэлементами и обратно пропорциональной разности между скоростью распространения звука в контролируемой среде и скоростью самой среды.

Аналогично электронное устройство подает импульсы в обратном направлении, т.е. от пьезоэлемента П2 к пьезоэлементу П1. Контур П2-П1 характеризуется своей частотой f2 повторений импульсов, прямо пропорциональной расстоянию между пьезоэлементами и обратно пропорциональной сумме скоростей распространения звука в среде и самой среды.

Следующим шагом является определение разности Δf указанных частот, которая пропорциональна расходу среды. Приборы для измерения расхода жидкости называются ультразвуковые расходомеры.

Вихревой метод измерения расхода

В основу работы вихревых расходомеров положена зависимость между расходом и частотой возникновения вихрей за твердым телом (например, металлическим прямоугольным стержнем), которое расположено в потоке жидкости или газа.

Принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости, при обтекании жидкостью специальной призмы, расположенной поперек потока.

В зависимости от конструкции датчика чувствительные тепловые элементы устанавливаются непосредственно в теле датчика или вихревой дорожке.

Если в тело образующее вихри, установить магнит, то он может служить датчиком. Реакция, возникающая при срыве вихрей, заставляет помещённый в поток цилиндр колебаться с частотой вихреобразования. Достоинством вихревых расходомеров является, обеспечение низкой зависимости качества измерений от физико-химических свойств жидкости, состояния трубопровода, распределения скоростей по сечению потока и от точности монтажа первичных преобразователей на трубопроводе. Приборы для измерения расхода жидкости называются вихревые расходомеры.

Видео о измерении расхода

При проведении измерения расхода, в некоторых случая используется понятие количества вещества – это количество жидкости или другой среды, проходящей через поперечное сечение трубопровода в течении определенного промежутка времени(за час, месяц, рабочую смену и т.д.)

Приборы для измерения количества вещества по аналогии с измерением расхода монтируются на – на трубопроводе, с выводом вторичного прибора к оператору.

Источник

Измерение расхода

Расход – это продукт или сырье проходящий через поперечное сечение трубопровода в единицу времени.

где α – расчетный коэффициент расхода;

К²t – температурный коэффициент (коэффициент расширения), эта величина выбирается из справочника;

ρ — плотность продукта или сырья;

d20 – диаметр сужающего устройства при температуре t = 20˚С;

∆Р – перепад давления на сужающем устройстве.

Из этих формул видно, что разница между объемным и массовым расходом заключается в подкоренном выражении, т.е. в одном случае под корнем перепад давления ∆Р делится на плотность ρ, а в другом случае эти две величины перемножаются.

Единицы измерения объемного расхода : м3/ч; м3/с.

Единицы измерения массового расхода : кг/ч; кг/с; т/ч; т/с.

При измерении расхода существует такое понятие, как »Количество вещества». Количество вещества – это продукт или сырье, проходящее через поперечное сечение трубопровода за промежуток времени (смену, вахту, час, месяц и т.д.).

Количество вещества измеряется счетчиками, которые устанавливаются:

1. По месту (в трубопроводе);

2. В операторной (вторичный прибор).

Количество вещества – выражают в единицах объема (м3) или массы (кг).

Существует несколько методов измерения расхода:

1. Расходомеры постоянного перепада давления.

2. Расходомеры переменного перепада давления.

3. Электромагнитные расходомеры.

4. Турбинные расходомеры.

5. Акустические расходомеры.

6. Приборы измеряющие расход по эффекту »Кориолисовых сил».

7. Тепловые расходомеры.

8. Вихревые расходомеры.

Метод постоянного перепада давления.

Ротаметр – расходомеры обтекания. Ротаметры устанавливают в вертикальный участок трубопровода. Он представляет собой стеклянную трубку в форме конуса, обращенную широким концом вверх, внутри которой находится поплавок. Наибольшее давление будет в кольцевом зазоре между поплавком и стенками сосуда, а наименьшее сверху.

а) нижнюю коническую часть;

б) среднюю цилиндрическую часть;

в) верхнюю со скошенными бортиками, косые линии предназначены для предания поплавку устойчивости.

В зависимости от пределов измерения поплавок изготовляют из: эбонита, дюралюминия или нержавеющей стали. Шкала нанесена непосредственно на стеклянной трубке.

Преимущества ротаметров:

1. Простота конструкции

2. Возможность измерения малых расходов

3. Значительный диапазон измерения

4. Возможность измерения агрессивных сред

5. Равномерная шкала.

Используются для измерения расхода неагрессивных жидкостей.

Метод переменного перепада давления.

Для того, чтобы создать перепад давлений в трубопроводе, устанавливают сужающее устройство. На нашем предприятии в качестве сужающего устройства применяют диафрагмы. Конструктивно диафрагма представляет из себя диск с отверстием, который вставляется в трубопровод.

Р1 – самое большое давление перед диафрагмой;

Р2, Р3 – промежуток, в котором будет самое маленькое давление;

Р4 – самое большое давление после диафрагмы;

Рn – давление потерь (это и есть перепад давлений между Р и Р4, для которого устанавливается сужающее устройство).

Перепад давления обозначается ∆Р и находится по формуле:

∆Р = Р – Р2

Перед диафрагмой давление измеряемой среды возрастает, а скорость ее перемещения по трубопроводу снижается. После диафрагмы давление измеряемой среды снижается, а скорость ее перемещения возрастает.

Отбор давления производится рядом с сужающим устройством.

Перепад давления ∆Р на сужающем устройстве является мерой расхода. Из формулы определения расхода видно, что они связаны между собой зависимостью через корень квадратный, поэтому на выходе из дифманометра сигнал имеет форму параболы.

Таким образом, если не предусмотреть дополнительного устройства на выходе из дифманометра, то шкала вторичного прибора по всей длине будет неравномерной, но особенно это просматривается в нижней части шкалы.

Для того, чтобы преобразовать нелинейную зависимость в линейную и чтобы шкала была равномерной устанавливают приборы извлечения квадратного корня. Во многих электронных вторичных приборах эти преобразователи устанавливаются программно, т.е. устанавливаются при программировании контроллера.

Существует несколько видов сужающих устройств:

1. Диафрагмы – они подразделяются на стандартные и нестандартные.

Стандартные диафрагмы устанавливаются в трубопроводах таким образом, чтобы скосы были на выходе.

К нестандартным диафрагмам относятся:

Конические диафрагмы применяют для измерения расхода запыленных, загрязненных и очень вязких сред. Их устанавливают в трубопроводе таким образом, чтобы скоси были на входе.

Секторные диафрагмы применяют для измерения сыпучих материалов.

2. Сопло Вентури.

3. Труба Вентури.

4. Дроссель (переменный, постоянный).

Сужающие устройства соединяются с дифманометрами соединительными импульсными проводками, а те в свою очередь преобразуют перепад давления в унифицированный пневматический или электрический сигнал. Этот сигнал передается на вторичный прибор, а затем, если имеется компьютер, на монитор.

Электромагнитные расходомеры.

Электромагнитные расходомеры применяют для измерения расхода электропроводящих жидкостей.

Расходомер представляет собой отрезок трубы из нержавеющей стали, с расположенными снаружи полюсами электромагнита. По оси в трубопроводе расположены токосъемные электроды. Участок трубопровода по обе стороны от электродов покрыт электроизоляцией. Роль проводника в таком расходомере выполняет электропроводная жидкость, перемещающаяся по трубопроводу и пересекающая магнитное поле электромагнита. В жидкости будет наводиться ЭДС (электродвижущая сила, т.е. напряжение) пропорциональная скорости ее движения, т.е. расходу жидкости. Степень агрессивности для таких приборов определяется материалом изоляции трубы и электродов первичного преобразователя.

Турбинные расходомеры.

Турбоквант предназначен для измерения объемного и массового расхода различных жидкостей и газов. Также этот прибор осуществляет суммирование расхода, выдает количество вещества.

Турбинка устанавливается только в горизонтальных трубопроводах. Поток измеряемой среды проходит через турбинку и приводит во вращение ее лопасти. Число оборотов крыльчатки пропорционально расходу. На турбинке установлен преобразователь, который состоит из катушки с магнитным сердечником.

Лопасти крыльчатки выполнены из ферромагнитного сплава (т.е. из не магнитящегося материала). При вращении они поочередно пересекают магнитное поле, которое наводит магнит и в катушке наводится ЭДС в виде импульса, причем число импульсов за один оборот крыльчатки будет равно числу лопастей. Таким образом, частота импульсов пропорциональна расходу. Этот выходной сигнал от турбинки по кабелю поступает на частотомер, т.е. на Турбоквант.

Ультразвуковые расходомеры.

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на пьезоэлектрическом эффекте, т.е это фактическая скорость распространения ультразвуков в движущейся среде, которая равна геометрической сумме скорости движения среды и скорости звука в этой среде.

Ультразвуковой расходомер представляет собой отрезок трубы, в который установлены излучатель ультразвука и его приемник. Время, за которое сигнал проходит от излучателя к приемнику преобразуется в величину расхода.

Расходомеры по эффекту »Кориолисовых сил».

Принцип работы основан на использовании эффекта Кориолисовых сил.

Конструкция расходомера TRIO-MASS выполнена с использованием двух параллельных труб, что позволяет уменьшить габаритные размеры, увеличить жесткость конструкции и выпускать расходомеры в широком диапазоне диаметров.

Использование в конструкции TRU-MASS однотрубной спирали дает возможность предлагать широкий диапазон вариантов соединения с трубопроводом.

При прохождении массовым потоком трубы, к которой приложены принудительные колебания, Кориолисовы силы вызывают крутящий момент в сечении трубы. Труба расходомера постоянно вибрирует со своей резонансной частотой, которая является функцией массы измерительной системы, составленной из массы трубы и протекающей рабочей жидкости.

Как только резонансная частота колебаний начинает изменяться, как результат изменения плотности рабочей жидкости автоматически производится изменение частоты возбуждения внешним источником вибраций. Это позволяет одновременно с измерениями расхода проводить измерения плотности рабочей жидкости. Встроенный температурный датчик позволяет производить эти измерения с поправкой на температуру.

Тепловые расходомеры.

Принцип действия основан на теплопроводности измеряемого вещества. При постоянной мощности нагревателя количество тепла, забираемое от него потоком, при постоянном расходе будет постоянно.

С увеличением расхода нагрев потока будет уменьшаться, что определяется разностью температур.

Вихревые расходомеры.

Основаны на явлении возникновения вихрей при встрече потока с телом не обтекаемой формы. В результате от его тела (противоположных граней) будут отлетать вихри.

Скорость отрыва вихрей зависит от расхода вещества.

Принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости, при обтекании ею призмы, расположенной поперек потока.

Преобразователь состоит из проточной части и электронного блока. В корпусе проточной части расположены тело обтекания – призма трапецеидальной формы (1) и пьезоизлучатели ПИ1 и ПИ2 (2), пьезоприемники ПП1 и ПП2 (3) и термодатчик (7).

Электронный блок включает в себя генератор (4), фазовый детектор (5), микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов (6).

3 thoughts on “ Измерение расхода ”

Для объяснения самой физики принципов измерения очень даже красиво

А может такое быть, что перепад давления есть, а расхода нет??

Источник

Контрольно измерительные приборы КИПиА

Классификация контрольно измерительных приборов КИПиА

Датчики температуры, термометры
Манометры, датчики давления
Датчики расхода, Расходомеры
Уровнемеры
Газоанализаторы
СИ Ионизирующего излучения
СИ Геометрических величин
СИ Массы,силы, твердости
СИ физико-химического состава и свойств
СИ Акустических величин
СИ электрических и магнитных величин

Жидкостные
Расширения
Термопреобразователи сопротивления
Термоэлектрические преобразователи
Пирометры
Тепловизоры
Термометры цифровые

Датчики перепада давления
Датчики избыточного давления
Датчики давления
Манометры электроконтактные
Датчики абсолютного давления
Манометры
Тягонапоромеры
Реле давления

Вихревые
Переменного перепада давления
Переменного уровня
Обтекания
Тахометрические
Кориолисовые
Тепловые
Электромагнитные
Ультразвуковые
Корреляционные

Микроволновые
Ультразвуковые
Гидростатического давления
Сигнализаторы уровня
Поплавковые

Наряду с ними также в автоматизации процессов и производств используются и другие приборы и датчики КИПиАтакие как:

Газоанализаторы
СИ Ионизирующего излучения
СИ Геометрических величин
СИ Массы,силы, твердости
СИ физико-химического состава и свойств
СИ Акустических величин
СИ электрических и магнитных величин

Источник

Теоретические основы КИП

Страничка получилась очень длинная. Для более неспешного и комфортного изучения, можете в фоновом режиме прослушивать на «Яндекс музыке» песни в исполнении Дмитрия Хворостовского.

1. Что такое средства измерения.

Средства измерения — это устройства, которые преобразуют, какую либо физическую величину в понятные для человека цифровые показания. Есть, конечно, другие определения средства измерения. Но я постараюсь все объяснить простыми словами, без использования научных терминов.

2. Из чего состоят средства измерения

Состоят средства измерения из первичного измерительного элемента и преобразователя. Первичный элемент – устройство, преобразовывающее физическую величину в электрический либо не электрический выходной сигнал. Электрический выходной сигнал имеют, например, термопары. Не электрический выходной сигнал имеют, например, диафрагмы, термометры, манометры. Термопары выдают сигнал в милливольтах. Диафрагмы выдают сигнал в виде разности давления до и после диафрагмы. Но оба эти элемента называются первичными преобразователями. Не электрический сигнал затем снова преобразовывается в электрический сигнал. Для дальнейшей обработки сигнала и передачи его на расстояние.

Множество разных устройств, придумано за много лет существования такой науки, как, Контрольно Измерительные Приборы (КИП). Для каждой физической величины применяются различные виды преобразований. Все эти преобразования основаны на знаниях элементарной физики. Например, чем сильнее течет вода в трубе, тем быстрее будут вращаться установленные в трубе лопасти турбины. Другоой пример, когда две одинаковые металлические пластины при их «склеивании» будут изгибаться. Т.к. при нагревании или охлаждении одна будет больше изменять свою длину, другая меньше. Нужно только эти неэлектрические параметры, преобразовать в любой сигнал, который бы могли видеть, в понятных нам единицах измерения. Способов для этого очень много. У каждого производителя прибора имеются для этого свои разработки. Общепринятыми сигналами первичных элементов являются первичные преобразователи температуры, это термопары и термосопротивления. Более подробно они будут описаны на отдельной странице. В основном же производители приборов используют свои разработки и сигнал от первичного преобразователя нам не известен.

Производители могут так же использовать в одном средстве измерения несколько различных видов преобразования. Например, влагомеры сырой нефти. В первичном преобразователе используется одновременно используется емкостной принцип измерения и оптический принцип измерения.

Другие производители выпускают средства измерения с двойным преобразованием параметров среды, в первичный сигнал. Например, расходомеры Rosemount 3051.

Средство измерения одно, а используется преобразование скорости потока измеряемой среды в перепад давления до и после измерительного элемента. Затем этот перепад давления преобразовывается в электрический сигнал.

Вторичный прибор преобразовывает сигнал от первичного преобразователя в стандартный электрический сигнал. Во многих случаях, у каждого средства измерения, имеющего первичный элемент, бывает только свой вторичный элемент. При работе с такими СИ всегда необходимо сверять соответствие первичного и вторичного элемента, паспорту на средства измерения. Вторичный преобразователь может быть так же в виде совмещенного с контролером устройства. Контроллер может принимать различные сигналы от первичных измерительных элементов, обрабатывать их сигналы программно, и производить вычисления одного параметра. Например, количество израсходованного тепла.

Первичные элементы при их производстве, могут иметь небольшие отклонения. Эти отклонения компенсируются при настройке вторичного преобразователя.

При работе с приборами, имеющими первичный измерительный элемент и вторичный преобразователь, обязательно необходимо прочитать меры предосторожности при работе с прибором. Многие производители не допускают отключения первичного преобразователя без снятия напряжения, с вторичного блока. Прибор может выйти из строя.

3. Что такое межповерочный интервал.

В зависимости от качества используемых элементов, вида материалов, проведенных испытаний и условий эксплуатации производители гарантируют сохранение параметров прибора на определенный период времени. Этот период времени называется «межповерочный интервал». После истечения данного времени, необходимо проверить (поверить), соответствует ли средство измерения тем параметрам, которые указанны в паспорте. Межповерочный интервал обычно так же указывается в паспорте. Для одной модели прибора, может быть разный межповерочный интервал, в зависимости от года выпуска.

При поверке средства измерения, определяется величина изменения выходного сигнала СИ в определенной точке измерения. Например 0; 25; 50; 75 и 100 % от шкалы измерения. Измерения производятся как при повышении диапазона от 0 к 100%, так и при понижении диапазона от 100% к 0. Все измеренные значения сравниваются с паспортными данными. Отклонения значений измерения от паспортных данных называется погрешностью средства измерения. Для каждого прибора допускается своя погрешность. Как правильно провести измерения описывается в Методике Измерения (МИ) на данное средство измерения. Величина допускаемой погрешности указывается в паспорте на СИ и в документе называемом «Описание типа на средство измерения».

4. Какие виды погрешности прибора бывают.

4.1. Абсолютная погрешность

Абсолютная погрешность – это разница показаний между измеренным значением и паспортным значением. Абсолютная погрешность определяется в тех единицах, в которых отображаются показания прибора. Например, для преобразователей температуры это градусы Цельсия (Кельвина). Абсолютная погрешность прибора может быть разной для одного прибора. Например в диапазоне 0-300 градусов одно значение. В диапазоне 300-1000 градусов другое значение. Пример вычисления абсолютной погрешности. При заданной температуре 200 градусов Цельсия, прибор показывает 201 градус Цельсия. Разница между истинным значением и измеренным значением составляет 1 градус. Это и есть абсолютная погрешность.

4.2. Относительная погрешность

Относительная погрешность— измеряется в %. Для определения относительной погрешности необходимо определить абсолютную погрешность прибора. Затем полученную погрешность разделить на число, соответствующее заданному значению измеряемой среды. Полученное значение умножается на 100. Относительная погрешность вычисляется обычно для преобразователей расхода. Например, в специальном поверочном устройстве мы установили расход 200 метров кубических в час. Показания прибора 201 м3/ч. Абсолютная погрешность составит 1 м3/ч. Полученное значение 1 делим на установленный нами расход 200. Получим число 0,005. Останется, умножить это значение на 100%. Получим число 0,5 %. Это и будет относительная погрешность.

4.3. Приведенная погрешность

Приведенная погрешность измеряется так же как относительная погрешность в процентах. В данном случае это погрешность прибора относительно шкалы измерения. Для вычисления приведенной погрешности сначала так же определяем абсолютную погрешность. Затем полученное значение умножаем на предел измерения. И что бы получить % умножаем на 100. Приведенная погрешность обычно указывается для манометров. Рассмотрим пример. На вход манометра диапазоном измерения 0-200 кПа, поверочным устройством подаем 100 кПа. На манометре показания соответствуют 102 кПа. Абсолютная погрешность составит 2 кПа. Разделив 2 кПа на 200кПа, получим значение 0,01. Умножив это значение на 100% получим приведенную погрешность 1%.

4.4. Основная погрешность.

Основная погрешность. Все эти три погрешности относятся к основной погрешности. Определение относительной, приведенной и абсолютной погрешности производятся в лабораторных условиях, в условиях среды, соответствующих требованиям методики поверки.

4.5. Другие виды погрешностей.

Средство измерения, у которого характеристики при проведении поверки не превышают допустимых значений, считается пригодным к дальнейшей эксплуатации. Для средства измерений, у которых погрешность превышает допустимые значения, производится настройка первичного либо вторичного преобразователя. Настройка может производиться как через программное обеспечение (изменением коэффициентов), так и механическим способом. Например, вращением переменных потенциометров, изменением положения перемычек, шлифовкой диафрагмы. Иногда конечно мы можем и не подозревать, что в данный момент, изменяются какие-то коэффициенты. Например, при подаче поверочного газа на переносной газоанализатор. Газоанализатор сам программно изменяет свои настройки. После автоматической настройки газоанализатор выдает нам сигнал об окончании настройки, и дату следующей поверки.

5. Виды сигналов используемых в КИП.

Немного ознакомившись со средствами измерения, мы уже понимаем, что показания некоторых СИ можем увидеть только «по месту». Только там где они смонтированы. Это, например термометры (ртутные, спиртовые, биметаллические), манометры, различные счетчики расхода и т.д. Но часть средств измерения формируют свой сигнал и передают по каналу измерения на щитовой прибор или на контроллер. Для того, что бы, не было различных видов сигнала у разных производителей, принято решение об использовании стандартных измерительных сигналов.

Выходные сигналы бывают:

5.1. Пневматические сигналы средств измерения с выходным сигналом 0,2-1,0 кг/см2.

Современные технологии требуют как можно более точных измерений технологических параметров. Чем больше точность приборов при измерениях, тем выше качество выпускаемой продукции и меньше потерь при коммерческих расчетах. Поэтому в современном мире, все меньше используются средства измерения с пневматическим сигналом. Но они все же производятся и используются. Например. Преобразователи разности давления ДМПК-100.

Фото нет но вы можете посмотреть его характеристики на сайте производителя. Выходной сигнал 0.2-1.0 кг/см2. Это и есть выходной пневматический сигнал. Предел приведенной погрешности 0,5-1 %. Эти приборы имеют большие габариты и большой вес, неудобны в обслуживании. Но на некоторых производствах они еще используются.

5.2. Электрические сигналы КИПиА.

Электрические сигналы КИПиА делятся на:

5.2.1 Дискретные электрические сигналы

Но в современных технологиях используются дискретные датчики с очень сложными схемами управления, что просто представить как контакт реле нельзя. Рассмотрим в качестве примера вибрационный сигнализатор уровня “VEGASWING 61”

5.2.1.1. Настройка сигнализатора уровня.

Это достаточно сложное устройство и для его правильного подключения к вторичному прибору необходимо знать его принцип работы. У сигнализатора много разных видов контактов и переключателей. В электрических схемах проектной документации нарисован только нормально замкнутый или нормально разомкнутый контакт. Кроме того, имеется светодиодный индикатор, по которому мы сможем определять, есть жидкость между электродами или нет.

Рассмотрим варианты настроек. Для этого необходимо понимать, какое состояние технологической среды для сигнализатора уровня является нормальным — наличие жидкости или отсутствие жидкости. При установке сигнализатора на всасе насоса или на емкости в качестве сигнализатора нижнего уровня и т.д. Нормальное технологическое состояние будет — наличие жидкости между электродами сигнализатора. При этом, согласно схемы, он должен выдавать на вторичный прибор нормально разомкнутый сигнал. А светодиод должен гореть зеленым цветом (общепринятая световая сигнализация нормального режима работы). Согласно инструкции по эксплуатации сложно понять, как правильно выбрать положение переключателя — А или В

Для выбора состояния сигнала светодиода подаем на сигнализатор уровня питание. Погружаем вилку сигнализатора уровня в воду. Переключателем режима работы устанавливаем зеленый цвет сигнала светодиода. При этом может произойти переключение выходного реле. Мультиметром определяем контакт, который в данном положении будет разомкнутым. После установки в технологический аппарат или трубопровод, подключаем к этим контактам сигнальные провода.

Почему необходимо обязательно выставлять зеленый цвет светодиода? Например. При нарушении технологического процесса, уровнемер может выйти за пределы измерения. При этом показания уровнемера могут показывать как 0% так и 100%. Зависит от настроек выходного сигнала уровнемера. Может случиться так, что уровнемер просто выйдет из строя. Разгерметизировать емкость, и определить наличие или отсутствие уровня бывает сложно. В этом случае можно будет открыть сигнализатор уровня, и определить его состояние. Светодиод зеленый – нормальное состояние. Светодиод красный – сигнализатор уровня сработал. Но так же по каким либо причинам не выдал сигнал в систему управления.

При установке сигнализатора уровня для сигнализации по максимальному значению уровня, переключатель режима работы переводим в положение А или В на «воздухе». Должен гореть зеленый светодиод. Определяем мультиметром разомкнутый контакт. При погружении вилки сигнализатора в жидкость светодиод должен загореться красным цветом. Контакты должны замкнуться. Можно подключать сигнальные провода к выбранным контактам.

5.2.2. Виды стандартных аналоговых сигналов.

5.2.2.1 Аналоговый сигнал 4-20 мА

Самым распространенным стандартным сигналом КИП является токовая петля 4-20 мА (миллиампер). Во всех учебниках, справочниках указывается сигнал 4-20 мА. Но не всем понятно, что это за сигнал. Правильное определение – это изменение тока в цепи от 4 до 20 мА в зависимости от изменения параметров измеряемой среды. По сути – это переменный резистор, встроенный в цепь измерения сигнала.

Теоретически возможно любой токовый датчик заменить переменным резистором (потенциометром) около 1кОм и выставить необходимый нам ток в цепи, изменяя сопротивление резистора.

Дополнительное сопротивление лучше всего ставить на самом датчике. Будет проверяться вся цепочка токовой петли.

Данный метод я использовал для проверки цепи при пусконаладочных работах. Выставлял положение бегунка сопротивления в положение, при котором ток будет равным 12 мА. При этом показания на панели оператора были примерно 50% от шкалы прибора.

Чем удобен этот метод проверки работоспособности токовой петли. При пусконаладочных работах датчик еще не производит измерения технологического параметра. Давления в трубопроводах или емкостях нет. Расхода так же нет. Датчики выдают ток 4 мА (кроме датчиков температуры). Иногда ток в цепи может быть менее 4мА. Примерно 3,98….3.99 мА. В этом случае, на панели оператора будет отображаться как отсутствие сигнала с датчика.

При подключении сопротивления вместо датчика, на панели оператора будет отображаться значение равное

50%. Проверяется работоспособность измерительного канала. Одновременно проверяется правильность вывода сигнала (в какое окошко на панели оператора выводиться параметр). Проверяется запись сигнала в истории. Проверяется, отображение сигнала в сохраненных в трендах.

Конечно же, можно для проверки датчика использовать различные калибраторы, которые будут выдавать более точно, необходимый ток. Но как обычно калибраторов при проведении пусконаладочных работ бывает мало. Проверить необходимо бывает работоспособность большого количества датчиков. Калибраторов на всех не хватает. При длительном использовании калибратора тока, быстро разряжаются аккумуляторные батареи. В спешке, можно повредить дорогостоящий калибратор. К тому же сопротивление с двумя проводами умещается в кармане.

Почему ток выставлял 12мА, а показания прибора на шкале оператора определялись как 50% шкалы прибора. Расчет производится очень просто.

В упрощенном виде я представил датчик с выходным сигналом 4-20 мА в виде переменного сопротивления. Но сам датчик очень сложное устройство, со своим программным обеспечением, системой регулирования выходного сигнала, системой компенсации различных погрешностей, системой защиты. И если вы захотите замерить какое выходное сопротивление у датчика с выходным сигналом 4-20мА, вы не сможете этого сделать. Сопротивление датчика будет показывать – бесконечность. Но вы всегда сможете измерить ток в цепи аналогового сигнала.

Стандартный сигнал 0-20 мА на практике используется редко. Но возможность перехода измерения с сигнала 4-20 мА на сигнал 0-20 мА имеется во многих измерительных преобразователях. Так же в настройках измерительного канала контроллера. Иногда бывает, не совпадают показания на контроллере и действительные значения параметра измеряемой среды. Например, на манометре, на трубопроводе показывает 1,2 мПа. А на мониторе оператора отображается 0,8 мПа. При этом ток в цепи примерно соответствует показаниям манометра. В этом случае становиться понятно, что в настройках канала измерения входной сигнал датчика указан как 0-20 мА. Необходимо будет перевести измерительный канал в настройках на измерение 4-20 мА.

Казалось бы, что еще можно рассказать об аналоговом токовом сигнале? Вроде бы все понятно. Но не торопитесь. Есть еще некоторые подвохи в системах автоматизации с измерениями токового сигнала.

5.2.2.3. Активный аналоговый сигнал 4-20 мА

При проектировании не всегда есть возможность, определить какой именно прибор будет закуплен. Многие приборы требуют дополнительного подключения питания. Датчики с дополнительным питанием могут сами выдавать напряжение питания в схему подключения. Такие датчики называются с «активным токовым выходом 4-20мА». Схема подключения такого прибора приведена ниже.

На схеме я не стал указывать вид используемого источника питания. На прибор может подаваться как напряжение постоянного тока 24В, так и переменного тока 220В. При этом питание на измерительный модуль аналогового входа контроллера подается от прибора. Для подключения прибора к контроллеру в данном случае необходимо использовать аналоговый модуль контроллера с пассивным входом.

Как определить на приборе вид выходного аналогового сигнала 4-20мА? Единственный способ – замерить напряжение, предварительно отключив от клеммы один из проводов. Проверив напряжение с обеих сторон, можно определить вид датчика

Почему нельзя определить вид сигнала датчика по наличию каких то надписей на «шильдике» прибора, либо по электрической схеме подключения? Просто по тому, что один и тот же прибор может быть как с пассивным выходным сигналом, так и с активным выходным сигналом. Настройка прибора производиться программно, либо изменением положения перемычек в приборе.

Приборы с активным выходным сигналом в практике встречаются довольно редко. Но они применяются, и вы должны об этом помнить.

Еще существует одна разновидность токового сигнала 4-20мА.

Эта разновидность сигнала используется при измерении расхода. Обычно расход измеряется путем умножения площади поперечного сечения, на скорость потока проходящего через это сечение. Скорость потока вычисляется различными методами. А сечение всегда вычисляется по формуле S= ∏r². Этот квадрат в формуле площади сечения, увеличивает объем проходящей жидкости в квадратичной зависимости. Например: при изменении перепада давления в 2 раза, объем жидкости прошедшей через данное сечение увеличится в 4 раза. При изменении перепада давления в 3 раза, объем жидкости прошедшей через диафрагму увеличится в 9 раз.

Для большего понимания разницы между токовыми сигналами с пропорциональным выходным сигналом и квадратичным выходным сигналом приведу пример в виде рисунков. На рисунках приведены участки двух видов ленты от ленточных регистраторов.

На 1 рисунке видим, что лента разбита на равномерные участки. Эти линии отображают шкалу прибора от 0 до 100%, с шагом 20%. Вид данной ленты используется для регистрации, например параметров давления.

На 2 рисунке, шкала на ленте расположена не равномерно. До 30% точность шкалы очень маленькая. Выше 30% точность измерения вырастает. Эта лента используется для регистрации параметров расхода.

Аналогично будет изменяться ток в цепи датчика давления и датчика расхода.

При измерении различных параметров может использоваться один и тот же прибор. Рассмотрим на примере этих же двух отрезков диаграммных лент.

Например, преобразователь перепада давления может быть использован для измерения перепада давления на фильтре измерительной линии.

Этот же преобразователь перепада давления может быть использован для измерения перепада давления на диафрагме, при измерении расхода.

В обеих случаях выходной сигнал датчика будет 4-20 мА. Но зависимость измеряемого параметра от величины тока разная.

Снова рассмотрим на примере диаграммных лент.

На диаграммных лентах мы видим, что при одном и том же токе 12 мА будут разные значения перепада давления и расхода жидкости.

Как же вторичный прибор или контроллер должен «понимать», какое значение он должен показывать?

Для этого существует функция «извлечения корня». Данная функция включается в настройках измерительного канала на вторичном приборе. При выводе на контроллер в логической схеме канала добавляется модуль «извлечения корня». На экране будут отображаться действительные значения расхода.

Функция «извлечение корня» может быть и в настройках расходомеров.В инструкции по эксплуатации обычно все подробно описывается.

Важно. При замене диафрагмы на расходомер, с выходом 4-20 мА, функцию «извлечения корня» оставить только в одном месте. Либо на расходомере, либо на вторичном приборе.

5.2.2.4.Аналоговые сигналы КИПиА 1-5 В

При использовании контрольно измерительных приборов с выходным сигналом 1-5В напряжение на выходе датчика изменяется – от 1 до 5 В, в зависимости от изменения параметров измеряемой среды. Датчики с таким выходным сигналом используются очень редко. Но возможно где то еще применяются.

Но это не говорит о том, что сам сигнал не используется в настоящее время. Достаточно много применяется в нефтехимии вторичных приборов с входным сигналом 1-5 В. С какими же приборами работают эти вторичные приборы, если не используются сами датчики?

Стандартный выходной сигнал 1- 5 В выделяем из токовой цепи 4-20 мА. Для этого последовательно включаем в токовую петлю прецизионный резистор сопротивлением 250 ОМ. Прецизионный резистор – это резистор повышенной точности, который не меняет свои характеристики, как от внешних факторов, так и при нагреве самого резистора до определенной температуры. Не очень люблю вставлять различные формулы на страницах сайта, т. к. никого они не интересуют. Но в данном случае без простых формул не обойтись. На практике сталкивался со специалистами, проработавшими не один год в КИПиА, которые не могли это понять. Буду объяснять подробно.

Блок питания при составлении схемы подключения токового прибора 4-20 мА обычно используется с выходным напряжением 24 В. Т.е. если подать на вход блока питания 220В и замерить напряжение на выходе — будет 24В. Это напряжение называется напряжением «холостого хода». При подключении токовой петли, в которую входить так же датчик 4-20 мА, напряжение в цепи изменится. При измерении напряжения в кроссовом шкафу на клеммах цепи токового сигнала, его значение будет меньше. Величина напряжения зависит от вида датчика, длины кабеля и тока, который протекает в цепи в настоящий момент

Рассчитаем величину падения напряжения на концах сопротивления 250 Ом. Согласно, закона Ома, сила тока на участке цепи, прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна напряжению. При двух известных значениях – силы тока и сопротивления, вычисляем падение напряжения на сопротивлении 250 ОМ.

Формула расчета напряжения исходя из закона Ома — U= I х R. При токе: 20 мА – U = 250 Ом х 0,02А (20 мА) = 5В. При токе: 4мА — U = 250 Ом х 0.004 (4 мА) = 1В.

При подключении вторичного прибора к концам сопротивления, получаем аналоговый сигнал с напряжением от 1 до 5 В. Этот сигнал будет находиться в пропорциональной зависимости от силы тока, протекающего в цепи.

При включенном в токовую цепь датчика 0 – 20 мА сопротивления 250 Ом, соответственно вы получаем аналоговый сигнал 0 – 5 В.

Думаю, что в этом месте уместно предложить решение простой шуточной задачи. «Какой величины ток в розетке?». Слышал много различных версий. Находятся обычно специалисты, которые утверждают, что 16 А. Другие 25 А. Особо принципиальные пытаются замерить «ток в розетке». Обычно заканчивается эта затея выходом из строя 2-3 мультиметров.

Для того, что бы никто из прочитавших эту страничку не «сжег» прибор, предлагаю подойти логически к этому вопросу. Просто вставим известные нам значения в формулу закона Ома. Предположим, что ток в розетке 10А. Напряжение в розетке 220В. Вставляем эти данные в формулу. 10 = 220 : 0. На 0 делить нельзя. Поэтому и «ток в розетке» нельзя замерять. Это «Закон».. Не пытайтесь его опровергнуть.

Почему я сделал это отступление. Как я писал ранее, работа всех приборов, основана на законах элементарной физики. И что бы понять, почему некорректны показания прибора, надо понимать, на каком принципе основана работа прибора. И если прибор все время показывал правильно, а вдруг показания его изменились, надо подойти к этому вопросу логически.

Приведу очень простой пример. Перестала в столовой работать посудомоечная машина. Задымились электронагреватели, выбило автоматы. Много было предположений, что же произошло. При пробных пусках, электронагреватели включались без наличия воды в мойке. Сигнал на включение при отсутствии уровня воды в мойке, должен был отключаться при понижении уровня воды в мойке, ниже верхнего электрода. Но этот сигнал не отключался. Принцип действия сигнализатора уровня воды, был основан на электропроводности воды. Возникло предположение, что даже при отсутствии воды, между электродами протекает ток. Мойка была промыта просто чистой водой. Все проблемы пропали. Оставалось выяснить, почему сохраняется электропроводность при сливе воды. Оказалось, что просто сменили моющее средство. При сливе воды образовывалась электропроводная пленка, которая пропускала ток. Стали использовать «старое» моющее средство, посудомоечная машина стала работать нормально.

Вывод. Изменение физических свойств технологической среды, может привести к изменению показаний прибора. Это очень важно для влагомеров, вискозиметров и других аналитических приборов. Поэтому логическое мышление очень важно для специалиста по контрольно- измерительным приборам.

5.2.2.5. Схема подключения вторичного прибора 1- 5 В.

Для подключения сигнала 1-5 В на вход прибора необходимо подключить провода к клеммам, параллельно сопротивлению. Ниже представлю схему подключения двух щитовых приборов с входным сигналом 1- 5 В, в одну токовую петлю 4 – 20 мА.

На данной схеме я использую множество различных элементов схемы управления клапаном при регулировании температуры технологического процесса.

В качестве первичного измерительного преобразователя используется термопара. Это может быть как ХА (К) так и ХК L) термопара. Для подключения к вторичному преобразователю ИРТ-5920 используются кабель, соответствующий градуировке термопары.

Для соблюдения требований по обеспечению взрывобезопасности, подключение производим через искробезопасный барьер. В данном случае пассивный искробезопасный барьер БИЗ-9712-2К.

После преобразования сигнала термопары на клеммах 1,2 ИРТ-5920 имеем выходной сигнал 4-20 мА. В качестве источника питания используем блок питания этого же измерителя-регулятора. Схема прохождения токового сигнала выделена красной линией.

На схеме имеются два вторичных прибора, с входными сигналами 1-5 В. Соответственно в токовой петле включены два сопротивления номиналом 250 Ом.

Одно из сопротивлений 250 Ом было заказано в комплекте с регулятором Y-1000. Поэтому оно установлено прямо на клеммах регулятора.

Второе сопротивление 250 Ом просто включено в токовую петлю на клеммной колодке.

С выводов сопротивлений снимаются аналоговые сигналы 1 – 5 В для регулятора Y-1000 и регистратора LOGOSCREEN.

Сигнал 1-5 В в регулятрое Y-1000 используется для управления клапаном подачи топливного газа в печь нагрева.Сигнал 1-5 В в регистраторе используется для сохранения параметров температуры нагреваемой в печи среды.

Аналогичная схема снятия цифрового сигнала HART из токовой петли, используется при настройке приборов по HART – протоколу. Смотрите на странице «Настройка приборов программой PACTware».

Надеюсь все стало понятно об использовании в КИПиА, аналоговых сигналов 0-5 В и 1-5 В. Если кто может, что-то дополнить или добавить, напишите на странице «Комментарии к сайту Суперкип».

Источник