Системы управления химико-технологическими процессами

1.

Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Системы управления
химико-технологическими
процессами
Преподаватель:
доцент, к.ф.-м.н.
Иванова Евгения Владимировна

2. Измерение уровня жидкости

Уровнемеры широкого диапазона (предел
измерения от 0,5 до 20 м).
Уровнемеры узкого диапазона (предел
измерения от 0 до ±450 мм).
По принципу действия уровнемеры:
поплавковые;
гидростатические;
электрические;
акустические;
ультразвуковые.

3. Поплавковые уровнемеры

противодействующая сила создается
силой тяжести поплавка, и поплавок
следует изменению уровня жидкости;

4. Недостатки:

Перевернутая шкала
(вверху – 0, внизу – мах);
Переменная погрешность измерения;
Невозможно передать показания на
расстоянии.

5. Поплавковые уровнемеры

противодействующая сила создается
пружиной и изменяется при
перемещении поплавка.

6. Гидростатические уровнемеры

используются в случае, если плотность
жидкости постоянна;
измерение уровня жидкости сводится к
измерению давления, создаваемого
столбом жидкости;
P h g k h

7. Пьезометрические уровнемеры

8. Примечания:

Газ не должен вступать в химическое
воздействие с жидкостью;
Газ не должен образовывать
взрывоопасные продукты;
Необходимо принимать меры по снятию
электростатического напряжения.

9. Дифманометрические уровнемеры

Измерение уровня в открытом сосуде
P1 P2
P1 h0 g h g
P2 h0 g
Уравнение равновесия:
P1 P2 k h

10. Дифманометрические уровнемеры

Измерение уровня в закрытом сосуде
P2 P1
P1 h0 g h g
P2 h0 g hmax g
Уравнение равновесия:
P1 P2 hmax h g

11. Ультразвуковые и акустические уровнемеры

Действие приборов основано на
измерении времени прохождения
ультразвукового сигнала в слое среды с
использованием эффекта отраженных
ультразвуковых колебаний от поверхности
раздела фаз.

12. Ультразвуковые уровнемеры

Источник излучения устанавливается под
днищем
2h
a
a
h
2

13. Акустические уровнемеры

Источник излучения устанавливается на
крышке
L h
2
a
a
2
L h h L
a
2

14. Датчики уровня жидкости

http://rusautomation.ru/zhidkosti

15. Датчики уровня сыпучих материалов

Большое разнообразие методов и
принципов измерения обусловлено
сложностью процесса измерения уровня.
Снижает точность и ограничивает
применение контактных методов:
Наличие угла естественного откоса.
Высокое пылеобразование.
Наличие адгезии (слипаемости частиц).

16. Датчики уровня сыпучих материалов

гранулометрический состав – распределение частиц материала по
различным фракциям (для вибрационных, акустических и ультразвуковых
уровнемеров);
насыпная плотность или объемная масса – масса материала
находящегося в единице объема, который занимает материал (для
ротационных и вибрационных датчиков);
влажность – доля влаги в сыпучем материале по отношению к весу
материала (для емкостных и микроволновых рефлексных уровнемеров);
угол естественного откоса – угол образуемый линией естественного
отвала материала и горизонталью (для всех видов уровнемеров);
адгезия – способность частиц сыпучих веществ, прилипать к твердым
поверхностям (для всех видов уровнемеров, использующие контактный
принцип измерения);
диэлектрическая проницаемость – характеризует реакцию вещества на
воздействие электромагнитного поля (для емкостных датчиков).

17. Датчики уровня сыпучих материалов

http://rusautomation.ru/sypuchie_materialy

18. Измерение количества вещества

Единица измерения:
массовые – кг;
объемные – м3.
Количество газа измеряется в объемных единицах.
Объем газа приводится к нормальным условиям:
температура 20 °С (293,15 К);
давление 101325 Па (760 мм рт. ст.);
относительная влажность φ=0.
Приборы для измерения количества вещества –
счетчики.

19. Измерение количества жидкости

скоростные (турбинные) счетчики;
объемные (камерные) счетчики.

20. Измерение количества жидкости

скоростные (турбинные) счетчики;
объемные (камерные) счетчики.
Частота вращения турбины:
n c cp
Q
Средняя скорость потока: cp
S
Q
n c
S

21. Скоростные счетчики

крыльчатые (с тангенциальным подводом потока), в
которых ось вращения перпендикулярна
направлению движения потока;
турбинные
(с аксиальным
подводом потока),
у которых ось
вращения
параллельна
направлению
движения потока
жидкости.

22. Объемные счетчики

Принцип действия основан на отмеривании
объемов измеряемой среды с помощью
мерных камер известного объема и
суммирования результатов этих измерений.
Наибольшее
применение для
измерения количества
жидкости получили
счетчики с овальными
шестернями.

23. Измерение расхода

Расход – это количество вещества,
проходящей через заданное сечение
трубопровода в единицу времени.
Единица измерения: массовый – кг/час;
объемный – м3/час.
Приборы для измерения расхода –
расходомеры.

24. Виды расходомеров:

расходомеры переменного перепада давления,
измеряющие расход путем дросселирования
потока сужающим устройством постоянного
сечения;
расходомеры переменного уровня, измеряющие
высоту уровня жидкости, протекающей через
сосуд;
расходомеры постоянного перепада давления,
измеряющие расход путем дросселирования
потока сужающим устройством переменного
сечения;
электромагнитные (индукционные)
расходомеры.

25. Метод переменного перепада давления

Виды сужающих устройств:
Диафрагма;
Сопло;
Труба Вентури.

26. Метод переменного перепада давления

Виды сужающих устройств:
Диафрагма – это диск с
профилированным отверстием,
закрепляется в трубопроводе с помощью
фланцев.

27. Метод переменного перепада давления

Виды сужающих устройств:
Сопло – закрепляется также и формирует
входную часть потока

28. Метод переменного перепада давления

Виды сужающих устройств:
Труба Вентури формирует как входную,
так и выходную часть потока

29. Зависимость измерений

Q S
2
P1 P2
Q – объемный расход;
S – площадь поперечного сечения потока;
α – коэффициент расхода диафрагмы;
Р1 и Р2 – давление до и после сужающего
устройства.

30. Измерение расхода по методу переменного перепада давления

Диафрагма – используется как датчик
или первичный преобразователь;
Дифманометр – используется в
качестве преобразователя;
Вычислительное устройство для
извлечения квадратного корня, так как
зависимость имеет нелинейных
характер.

31. Метод переменного уровня

Принцип работы основан на измерении высоты
уровня жидкости в сосуде при свободном
истечении ее через отверстие в боковой стенке
сосуда.
Приборы применяются в химической
промышленности для измерения расхода особо
агрессивных жидкостей, пульсирующих потоков и
жидкостей, смешанных с газом.
Недостаток: Измерение расхода производится
при атмосферном давлении, что значительно
ограничивает их применение.

32. Метод переменного уровня

1-диафрагма, 2-дно сосуда, 3-перегородки, 4-крепежные
болты, 5-уравнемерная трубка со шкалой, 6-труба.

33. Метод постоянного перепада давления

Ротаметры;
Недостатки:
• отсутствие возможности
регистрации показаний
и передачи их на расстоянии;
• недостаточная четкость шкал
приборов.

34. Метод постоянного перепада давления

Поплавковые расходомеры;

35. Электромагнитные расходомеры

Принцип действия основан на измерении ЭДС,
индуктируемой в потоке электропроводной
жидкости под действием внешнего магнитного
поля.
E B d vcp

36. Электромагнитные расходомеры

Принцип действия основан на измерении ЭДС,
индуктируемой в потоке электропроводной
жидкости под действием внешнего магнитного
поля.
E B d vcp
Q
4Q
vcp
2
S d
4B Q
E
k Q
d

37. Электромагнитные расходомеры

1 – трубопровод;
2,3 – полюса магнита;
4 – измерительный
прибор (шкала – в
единицах расхода).

38. Другие виды расходомеров:

Ультразвуковые расходомеры;
Вихревые расходомеры;
Турбинные расходомеры;
Массовые расходомеры;