148

ОГЛАВЛЕНИЕ

№ п/п	Содержание	Стр.
1.	Введение……………………………………………………………...	10
2.	1. ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ………………………...	11
3.	1.1. Краткие сведения……………………………………………….	11
4.	1.2. Виды средств измерения давления…………………………...	12
5.	1.3. Классификация средств измерения давления……………….	13
6.	1.4. Жидкостный однотрубный манометр………………………..	13
7.	1.5. Жидкостный U-образный манометр………………………….	15
8.	1.6. Однотрубный манометр с наклонной трубкой……………...	16
9.	1.7. Колокольный манометр………………………………………..	16
10.	1.8. Трубчато-пружинный манометр……………………………...	17
11.	1.9. Дифманометр с мембранным упругим элементом………….	18
12.	1.10. Сильфонные манометры……………………………………..	19
13.	1.11. Тензорезисторы………………………………………………	19
14.	1.12. Измерение давления пьезокристаллами……………………	21
15.	1.13. Манометр электрический с дистанционной передачей сигнала………………………………………………………………..	23
16.	1.14. Магнитоупругие манометры…………………………………	24
17.	1.15. Грузопоршневые манометры………………………………...	25
18.	1.16. Вакуумметры…………………………………………………..	25
19.	1.17. Тепловые вакуумметры………………………………………	26
20.	1.18. Ионизационные вауумметры………………………………...	27
21.	1.19. Электроразрядные вакуумметры……………………………	27
22.	1.20. Стандартный ряд давлений и погрешностей……………....	28
23.	2. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ…………………………………	29
24.	2.1. Температурные шкалы…………………………………………	29
25.	2.2. Классификация приборов по погрешности измерений…….	30
26.	2.3. Способы измерения температуры…………………………….	31
27.	2.4. Термометры расширения………………………………………	33
28.	2.4.1. Жидкостные термометры……………………………………	33
29.	2.4.2. Контактные ртутные термометры………………………….	34
30.	2.4.3. Дилатометрические термометры…………………………...	34
31.	2.4.4. Манометрические термометры……………………………..	35
32.	2.5. Термоэлектрические манометры……………………………..	36
33.	2.6. Термосопротивления…………………………………………..	40
34.	2.7. Полупроводниковые термосопротивления………………….	41
35.	2.8. Логометрические термометры………………………………..	43
36.	2.9. Самопишущие электронные мосты постоянного тока с автоматической компенсацией…………………………………….	43
37.	2.10. Бесконтактный способ измерения температуры…………..	45
38.	2.11. Радиационные пирометры……………………………………	46
39.	2.12. Микропроцессорные многоточечные системы контроля...	46
40.	2.13. Электронные самописцы для хранения данных…………...	47
41.	3. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА...……………………………………...	49
42.	3.1. Общие сведения………………………………………………...	50
43.	3.2. Сужающие устройства…..…………………………………….	51
44.	3.3. Дифманометры расходомеров………………………………...	54
45.	3.4. Расходомеры постоянного перепада давления..…………….	55
46.	3.5. Электромагнитные расходомеры……………………………..	57
47.	3.6. Ультразвуковые расходомеры……..………………………….	59
48.	3.7. Бесконтактный акустический метод………….……………...	60
49.	3.8. Акустический ультразвуковой метод.………………...……..	63
50.	3.9. Метод основанный на эффекте Доплера..…………………...	64
51.	3.10. Метрология измерения расходов………………..………….	64
52.	3.11. Надежность расходомеров.…………………………………..	65
53.	3.12. Интеграторы - счетчики количества вещества….…………	67
54.	3.13. Кариолисовый расходомер……………..……………………	68
55.	4. ИЗМЕРЕНИЕ СОСТАВА И СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ………….	69
56.	4.1.1. Электрохимические измерители……………………………	69
57.	4.1.2. Ионизационные измерители………………………………...	69
58.	4.1.3. Спектрометрические измерители…………………………..	70
59.	4.2. Газоанализаторы………..………………………………………	71
60.	4.2.1. Термомагнитный газоанализатор...………………………...	72
61.	4.2.2. Термокондуктометрический газоанализатор..……………	73
62.	4.2.3. Оптико-акустический газоанализатор……..……………....	74
63.	4.2.4. Хроматограф……………….…………………………………	76
64.	4.3. Определение концентрации химических растворов..………	77
65.	4.3.1. Контактный концентратомер……………………………….	77
66.	4.3.2. Плотномеры…………………….…………………………….	78
67.	4.3.3. Барботажный метод измерения плотности..………………	78
68.	4.3.4. Измерение концентрации бумажной массы….……………	79
69.	4.3.5. рН-метры и оксредметры………...………………………….	80
70.	4.3.6. Анализатор состояния волокон целлюлозы….…………...	86
71.	4.3.7. Измерение степени помола…..……………………………..	87
72.	4.3.8. Измерение и регулирование активных химикатов на от- белку…………………………………………………………………..	88
73.	4.3.9. Микроволновый метод измерения концентрации незави- симо от вида древесины..…………………………………………..	91
74.	5. ИЗМЕРЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ БУМАГИ..	93
75.	5.1. Кондуктометрический влагомер……………………………..	94
76.	5.2. Диэлькометрический влагомер……………………………….	95
77.	5.3. Инфракрасные влагомеры……………………………………..	96
78.	5.4. Измерение толщины и массы 1 бумажного полотна...…	97
79.	5.5. Электромагнитный толщиномер……………………………...	105
80.	5.6. Определение воздухопроницаемости бумаги….…………...	106
81.	5.7. Определение шероховатости и гладкости методом утечки воздуха…………………………………………………………….....	106
82.	6. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ И СЫПУЧИХ МАТЕ- РИАЛОВ……………………………………………………………...	108

83.	6.1. Поплавковый уровнемер...…………………………………....	108
84.	6.2. Буйковый уровнемер…………………………………………...	108
85.	6.3. Емкостной уровнемер..…..…………………………………….	108
86.	6.4. Гидростатический или пьезометрический метод измерения уровня………………...………………………………....	110
87.	6.5. Кондуктометрический уровнемер……………...…………….	111
88.	6.6. Ультразвуковые и радарные уровнемеры.…………………..	111
89.	6.7. Радиационный уровнемер…...……..………………………….	113
90.	6.8. Барботажный уровнемер……………………….……………...	114
91.	6.9.Измерение уровня жидкости, находящейся под давлением..	114
92.	7. ДАТЧИКИ ЧИСЛА ОБОРОТОВ…………………...…………...	115
93.	7.1. Индуктивные датчики с магнитом………………..………….	115
94.	7.2. Генераторные датчики скорости……………………………..	115
95.	7.3. Индукционные модуляторные счетчики………….…………	116
96.	7.4. Индуктивный счетчик с магнитной головкой………………	116
97.	7.5. Индуктивные датчики скорости……………………..……….	116
98.	7.6. Емкостные датчики скорости…………………………………	117
99.	7.7. Фотоэлектрические датчики скорости….…………………...	117
100.	8. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ…...	119
101.	8.1. Функциональная и структурная схема автоматического регулятора…………..………..………………………………………	119
102.	8.2. Классификация автоматических регуляторов.……………...	120
103.	8.3. Законы регулирования…………………………....……………	124
104.	8.3.1. Релейный закон регулирования………..…..……………....	124
105.	8.3.2. П-закон регулирования..….…………………………………	125
106.	8.3.3. ПД-закон регулирования…………………………....………	127
107.	8.3.4. И-закон регулирования……..……………………………….	128
108.	8.3.5 ПИ-закон регулирования……….…………………………….	129
109.	8.3.6. ПИД-закон регулирования…………………..………………	131
110.	9. РЕГУЛИРУЮЩИЕ КЛАПАНЫ………………..….……………	133
111.	9.1. Факторы, влияющие на выбор клапана..…………………….	133
112.	9.2. Выбор клапанов для целлюлозных заводов…….…………...	134
113.	9.3. Выбор клапанов для бумажных фабрик……………………..	134
114.	9.4. Клапаны для производства целлюлозы……………………..	135
115.	9.5. Клапаны для производства бумаги…………………………..	135
116.	9.6. Выбор регулирующего клапана……………………………....	136
117.	9.7. Конструкции регулирующих органов………………………..	137
118.	9.8. Регулирующие клапаны..……..……………………………….	137
119.	9.9. Поворотные заслонки и шиберы……………………………..	138
120.	9.10. Поршневое исполнительное устройство………………...…	139
121.	9.11. Электромагнитный исполнительный механизм…………...	139
122.	9.12. Мембранный исполнительный механизм….….…………...	140
123.	9.13. Трехходовый клапан……………………………………….....	140
124.	9.14. Шланговое исполнительное устройство……………………	141
125.	9.15. Поворотная заслонка……………………………………………...	141
126.	9.16. Сегментный клапан……………………………………………….	142
127.	9.17. Шаровые клапаны………………………………………………...	143
128.	10. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ…………………………………..	144
129.	10.1. Классификация измерений……………………………………….	144
130.	10.2. Классификация методов измерения……………………………...	145
131.	10.3. Классификация погрешностей измерения………………………	147

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация производства одно из важнейших направлений научно-технического прогресса. В результате её освоения повышается точность выполнения заданных технологических параметров, оперативно вносятся необходимые коррективы для устранения неполадок и отклонений, поддерживаются в оптимальных режимах размеры расхода сырья, химикатов и энергоресурсов, обеспечиваются заданные показатели готовой продукции. Автоматизация производства делает более производительным и творческий труд людей. Современный этап автоматизации опирается на создание и внедрение крупных автоматических агрегатов и комплексов, новых поколений ЭВМ, гибких автоматизированных систем управления производством, обеспечивающих эффективное использование материалов, сырья, энергоресурсов, капиталовложений и высокую производительность.

Осуществить управление интенсифицированными технологическими процессами производства целлюлозы без использования новейших методов и средств невозможно. Эффективными средствами управления технологическими объектами являются системы централизованного контроля и управления, созданные на основе новейших научных достижений в области теории управления, использующие экономико-математические методы и высокоэффективную вычислительную и управляющую технику. Под такими системами управления, получившими условное наименование: автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП), следует понимать обозначение большой области систем управления технологическими объектами с разной степенью освобождения человека-оператора от рутинных функций контроля и управления различными автоматическими устройствами.

Высшей степенью развития АСУТП являются автоматические системы управления производством АСУП, в которых воплощены все основные достижения развития средств и методов управления технологическими объектами: системы, построенные на базе элементов локальной автоматики, системы централизованного контроля и управления, построенных на базе высокоэффективной вычислительной и управляющей техники. АСУТП является качественно новой ступенью развития средств и методов управления технологическими объектами.

Автор признателен техническому редактору Ю.И. Исаеву и рецензенту М.И. Успенскому за ценные замечания и помощь в создании учебного пособия.

1 ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

1.1 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Почти 70% всех измерений, выполняемых в науке, промышленности и сельском хозяйстве, связаны с измерениями давления, расхода, количества и уровня веществ.

Давление и расход являются основными рабочими параметрами, точность и надежность измерения которых определяет ценность результатов экспериментальных исследований в гидродинамике и газодинамике; качество технологических процессов в химической, пищевой и бумажной промышленности; оптимальные режимы работы в ракетной технике и авиации, энергетике и транспорте; эффективность систем добычи нефти и нефтепродуктов.

Давление характеризует напряженное состояние жидкостей и газов в условиях всестороннего сжатия и определяется частным от деления нормальной к поверхности силы на площадь этой поверхности:

где Р - давление; F— нормальная сила, действующая на поверхность; S - площадь поверхности.

Во многих естественных природных явлениях и в различных технических устройствах и процессах определяющим является не само давление, а его значение относительно другого. При сравнении значений двух давлений одно из них принимается за начало отсчета их разности. По этому признаку различают следующие виды давлений:

АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Рабс) - давление, значение которого при измерении отсчитывается от давления, равного нулю.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Ратм) - абсолютное давление воздушной оболочки Земли на ее поверхность. Атмосферное давление зависит от распределения воздушных потоков в атмосфере, от географической широты места измерений, от высоты места измерений над уровнем моря.

РАЗНОСТЬ ДАВЛЕНИЙ (ПЕРЕПАД ДАВЛЕНИЙ) ( ) - разность двух произвольных давлений, значение одного из которых принято за начало отсчета:

где и - сравниваемые между собой абсолютные давления, причем принято за начало отсчета. В этом случае основное значение имеет разность давлений, а не абсолютное значение каждого из них.

При разность давлений положительная, при - отрицательная. Равенство нулю не адекватно равенству нулю давлений и .

ИЗБЫТОЧНОЕ ДАВЛЕНИЕ - разность давлений, одно из которых, принятое за начало отсчета, является абсолютным давлением окружающей среды.

В большинстве случаев абсолютное давление окружающей среды - это атмосферное давление в месте измерений.

При избыточное давление положительное, при отрицательное, а равенство нулю не адекватно равенству нулю и . Отрицательное избыточное давление часто называют вакуумметрическим давлением или разрежением.

ВАКУУМ - состояние среды, абсолютное давление которой существенно меньше атмосферного давления.

С учетом специфики каждого из видов давления при измерениях применяются специальные средства измерений — манометры и измерительные преобразователи давления.

МАНОМЕТР - измерительный прибор или измерительная установка для измерения давления или разности давлений с непосредственным отсчетом их значения.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ (ДАТЧИК) - первичный преобразователь, выходной сигнал которого функционально связан с измеряемым давлением или разностью давлений.

1.2 Виды средств измерения давления

МАНОМЕТР АБСОЛЮТНОГО ДАВЛЕНИЯ - прибор для измерения абсолютного давления;

БАРОМЕТР - прибор для измерения атмосферного давления;

МАНОМЕТР ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ - прибор для измерения положительного избыточного давления;

ВАКУУММЕТР - прибор для измерения отрицательного избыточного давления;

МОНОВАКУУММЕТР - прибор для измерения как положительного, так и отрицательного избыточного давления;

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МАНОМЕТР ИЛИ ДИФМАНОМЕТР - прибор для измерения разности двух давлений, каждое из которых отличается от атмосферного давления;

МИКРОМАНОМЕТР - прибор для измерения очень малых избыточных давлений и незначительных разностей давлений.

Аналогично датчики давления подразделяют на:

1) датчики абсолютного давления;

2) датчики избыточного давления;

3) датчики разрежения;

4) датчики давления и разрежения;

5) датчики разности давлений.

Р - давление - это физическая величина, характеризующая интенсивность параллельных сил перпендикулярно поверхности.

,

F - сила перпендикулярная поверхности,

S – поверхность,

W - энергия газа,

- длина,

V- объем.

Давление показывает, какой потенциальной энергией обладает единица объема газа.

ЕДИНИЦЫ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

1 мм. рт. ст. = 133,322 Па.

1 мм. вод. ст. = 9,8 Па.

1 = 98066,5 Па.

1 физ. атм. = 760 мм.рт.ст. = 101325 Па

1.3 КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ.

1. Средства измерения избыточного давления.

2. Средства измерения абсолютного давления.

3. Средства измерения перепадов давлений - дифманометры.

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

1. Жидкостные средства измерения.

2. Грузопоршневые средства измерения.

3. Деформационные средства измерения.

Поверку рабочего средства измерения осуществляют по образцовому прибору.

1.4 ЖИДКОСТНЫЙ ОДНОТРУБНЫЙ МАНОМЕТР

К гравитационным манометрам относятся жидкостные и поршневые манометры. Работа жидкостных манометров основана на уравновешивании столбом жидкости давления исследуемого объекта. Мерой давления жидкости является высота её столба.

где -плотность жидкости,

g- ускорение свободного падения - 9,8 .

В качестве рабочих жидкостей используют жидкости с плотностями:

- спирт ( );

- керосин ( );

- ртуть ( ) и др.

Основные требования, предъявляемые к манометрическим жидкостям:

1) видимость жидкости сквозь стекло;

2) отсутствие реакций с конструктивными элементами;

3) незначительная погрешность измерений за счет сужения мениска.

Погрешность измерений жидкостными манометрами составляет ±2мм. На погрешность измерения давления жидкостными манометрами оказывает влияние температура, изменяющая плотность жидкости. Относительная температурная погрешность при этом составляет ±0,1%. Следует учитывать изменение ускорения свободного падения на разных широтах. Относительная погрешность при изменении ускорения свободного падения для жидкостных манометров составляет ±0,2%.

Жидкостные манометры отличаются простотой, высокой надежностью и точностью измерений.

Г идростатическое давление в вакуумной трубке определяется высотой столба наполнителя, рис. 1.1.

Атмосферное давление уравновешивается давлением столба наполнителя в трубке. Чем выше атмосферное давление, тем плотность жидкости в трубке следует брать больше. Так при стандартном атмосферном давлении в 760 мм ртутного столба (76 см) водяной столб поднимется на высоту порядка 10 метров. Правда, при этом точность измерения давления значительно возрастет.

Такие манометры применяют для измерения любого давления в атмосфере. Жидкостные манометры применяют в точных измерениях, и при градуировке приборов.

Погрешность жидкостного однотрубного манометра определяется по формуле:

или

где , , , - максимальные погрешности при определении соответствующих параметров;

- средняя квадратичная относительная погрешность.