Датчик имеет два режима работы:
- режим измерения давления; - режим установки и контроля параметров измерения.
В режиме измерения давления датчики обеспечивают постоянный контроль своей работы и, в случае неисправности, формируют сообщение в виде уменьшения выходного сигнала ниже предельного.
4.2 Измерение температуры
Одним из параметров, который необходимо не только контролировать , но и сигнализировать максимально допустимое значение является температура.
Перечислим основные методы измерения температуры и дадим их краткие характеристики. Для измерения температуры применяются: термометры расширения, манометрические термометры, термоэлектрические термометры, термометры сопротивления и пирометры излучения.
В котельных для измерения температуры используются приборы, принцип работы которых основан на свойствах, проявляемых веществами при нагревании: Изменение объема – термометры расширения; Изменение давления – манометрические термометры; Появление термоЭДС – термоэлектрические пирометры;
Изменение электрического сопротивления – термометры сопротивления.
Термометры расширения построены на принципе изменения объёма жидкости (жидкостные) или линейных размеров твердых тел (биметаллические и дилатометрические) при изменении температуры. Жидкостные термометры расширения применяются для местных измерений температур в пределах от -190 до +6000С. Основные достоинства этих термометров – простота, дешевизна и точность. Эти приборы часто используются в качестве образцовых приборов. Недостатки – невозможность ремонта, отсутствие автоматической записи и возможности передачи показаний на расстояние. Пределы измерения биметаллических и дилатометрических термометров от – 150 до +700 0С, погрешность 1-2 %. Чаще всего они используются в качестве датчиков для систем автоматического контроля.
Манометрические термометры. Служат для дистанционного измерения температуры. Принцип их действия основан на изменении давления жидкостей, газа или пара в замкнутом объеме в зависимости от температуры.
Род рабочего вещества определяет вид манометрического термометра:
- жидкостные заполняются ртутью, ксилолом, толуолом при начальном давлении 15-20 кгс/см2;
- газовые – инертным газом (азотом и др.)
- парожидкостные – низкокипящей жидкостью (спиртом, эфиром, ацетоном и др.).
Граница измерения температуры от -150 до +660 0С зависит от вида рабочего вещества.
Для измерения и сигнализации температуры в схемах автоматического регулирования и защиты используются электроконтактные устройства ЭКТ.
Их достоинство – простота конструкции и обслуживания, возможность дистанционного измерения и автоматической записи показаний. Также к достоинствам можно отнести их взрывобезопасность и нечувствительность к внешним магнитным и электрическим полям. Недостатки – невысокая точность, значительная инерционность и сравнительно небольшое расстояние дистанционной передачи показаний.
Термоэлектрический пирометр. Используется для измерения температуры до 16000С, а также передачи показаний на тепловой щит и состоит из термопары, соединительных проводов и измерительного прибора.
Термопара представляет собой соединение двух проводников (термоэлектродов), изготовленных из различных металлов (платина , медь) или сплавов (хромеля, копеля, платинородия), изолированных друг от друга фарфоровыми бусами или трубочками. Одни концы термоэлектродов спаиваются, образуя горячий спай, а другие остаются свободными.
Для удобства при пользовании термопару помещают в стальную, медную или кварцевую трубку.
При нагревании горячего спая образуется термоэлектродвижущая сила, величина которой зависит от температуры горячего спая и материала и материала термоэлектродов.
Измерительным прибором может быть милливольтметр или потенциометр. Шкала приборов размечается в градусах Цельсия с указанием типа и градуировки. Действие термометров сопротивлений основано на изменении электрического сопротивления проводников или полупроводников при изменении температуры. Термопреобразователи сопротивления: платиновые (ТСП) используются при длительных измерениях в пределах от 0 до +650 0С; медные (ТСМ) для измерения температур в диапазоне от –200 до +200 0С. В качестве вторичных приборов применяются автоматические электронные уравновешенные мосты, с классом точности от 0,25 до 0,5. Полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы), изготовляются из окислов различных металлов с добавками. Наибольшее распространение получили кобальто-марганцевые (КМТ) и медно-марганцевые (ММТ) полупроводники, используемые для измерения температур в пределах от – 90 до +300 0С. В отличии от проводников, сопротивление термисторов при увеличении температуры уменьшается по экспоненциальному закону, благодаря чему они имеют высокую чувствительность. Однако изготавливать термисторы со строго одинаковыми характеристиками практически невозможно, поэтому они градуируются индивидуально. Термопреобразователи сопротивления в комплекте с автоматическими электронными уравновешенными мостами позволяют измерять и регистрировать температуру с высокой точностью, а также передавать информацию на большие расстояния..Наибольшее распространение, в качестве первичных измерительных преобразователей таких термометров, в настоящее время получили: платинородий – платиновые (ТПП) преобразователи с пределами измерений от – 20 до + 1300 0С; хромель-копелевые (ТХК) преобразователи с пределами измерений от – 50 до + 600 0С и хромель-алюмелевые (ТХА) преобразователи с пределами измерений от – 50 до + 1000 0С. При кратковременных измерениях верхний предел температур для преобразователя ТХК можно повысить на 200 0С, а для преобразователей ТПП и ТХА на 300 0С. Для измерения температуры на трубопроводах и на котлах я решила выбрать термоэлектрические преобразователи типа ТХК – выбор именно этих преобразователей обусловлен тем, что в диапазоне измерения от –50 до +600 0С он имеет более высокую чувствительность, чем преобразователь ТХА. Основные характеристики термоэлектрического преобразователя типа ТХК – 251 изготовленного ЗАО ПГ «Метран»:
· Назначение: для измерения температур газообразных и жидких сред;
· Диапазон измеряемых температур: от – 40 до +600 0С;
· Длина монтажной части преобразователя 320 мм;
· Материал защитного чехла; нержавеющей стали, марки 12Х18Н10Т, а его диаметр 10 мм;
· Средний срок службы не менее 2-х лет;
· Чувствительный элемент: кабель термопарный КТМС-ХК ТУ16-505.757-75;
· Поверка : периодичность – 1 раз в год.
4.3 Измерение уровня
Уровнем называют высоту заполнения технологического аппарата рабочей средой – жидкостью или сыпучим телом. Уровень рабочей среды является технологическим параметром, информация о котором необходима для контроля режима работы технологического аппарата, а в ряде случаев для управления производственным процессом.
Путем измерения уровня можно получить информацию о массе жидкости в резервуаре. Уровень измеряют в единицах длины. Средства измерений называют уровнемерами.
Различают уровнемеры, предназначенные для измерения уровня рабочей среды; измерений массы жидкости в технологическом аппарате; сигнализации предельных значений уровня рабочей среды – сигнализаторы уровня.
По диапазону измерений различают уровнемеры широкого и узкого диапазонов. Уровнемеры широкого диапазона ( с пределами измерений 0,5 – 20 м) предназначены для проведения товароучетных операций, а уровнемеры узкого диапазона (пределы измерений (0÷ ±100) мм или (0÷ ±450) мм) обычно используются в системах автоматического регулирования.
В настоящее время измерение уровня во многих отраслях промышленности осуществляют различными по принципу действия уровнемерами, из которых распространение получили поплавковые, буйковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые и радиозотопные. Применяются и визуальные средства измерений.
К визуальным средствам измерений относятся мерные линейки, рулетки с лотами, рейки и уровнемерные стекла.
Указательные или уровнемерные стекла выполняют в виде одной или нескольких камер с плоскими стеклами, соединенных с аппаратом. Принцип работы основан на свойстве сообщающихся сосудов. Применяются для местного измерения уровня. Длина стекол не превышает 1500 мм. К достоинствам относится простота, высокая точность: недостатки – хрупкость, невозможность передачи показаний на расстояние.
При расчете поплавковых уровнемеров подбирают такие конструктивные параметры поплавка, которые обеспечивают состояние равновесия системы «поплавок-противовес» только при определенной глубине погружения поплавка. Если пренебречь силой тяжести троса и трением в роликах, состояние равновесия системы «поплавок-противовес» описывается уравнением
Gr=Gп-Sh1pжg,
где Gr, Gп – силы тяжести противовеса и поплавка; S- площадь поплавка; h1 – глубина погружения поплавка; pж- плотность жидкости.
Повышение уровня жидкости изменяет глубину погружения поплавка и на него действует дополнительная выталкивающая сила.
Достоинством этих уровнемеров является простота, достаточно высокая точность измерения, возможность передачи на расстояние, возможность работы с агрессивными жидкостями. Существенным недостатком является налипание вязкого вещества на поплавок, что влияет на погрешность измерения.
Принцип действия емкостных уровнемеров основан на изменении емкости преобразователя от изменения уровня контролируемой среды. Пределы измерения этих уровнемеров от 0 до 5 метров, погрешность не более 2,5%. Информацию можно передавать на расстояние. Недостатком этого метода является невозможность работы с вязкими и кристаллизующимися жидкостями.