Автоматизація доменного процесу

Продуктивність печі,

При автоматичному

В даний час на 4).

Застосування При цьому

Кисень температури гарячого дуття.

Застосування

Принципова

Малюнок

Повітря

Автоматичне

Автоматичнероля, яка складається з комутатора 9 і регулятора 10, воздействующего на виконавчі механізми 11 при клапанах на фурми. Передбачається можливість переходу на ручне управління 12, при якому виконавчі механізми управляються кнопками. На деяких заводах розподіл природного газу по фурмам здійснюється тільки дистанційно.

При цьому датчики через комутатор 9 черзі підключаються до контрольного приладу 14, а виконавчі механізми 11 управляються дистанційно. Таке управління розподілом природного газу дає достатньо задовільні результати, тому що тиск в лінії природного газу значно перевищує опір стовпа шихтових матеріалів і коливання опору шихти практично не позначається на витраті природного газу через фурми печі.

Розробляються системи автоматичного керування розподілом природного газу та кисню по фурмам печі з урахуванням розподілу температури в окисних зонах по периферії горна. У цих схемах використовуються пірометри випромінювання (Фотоелектричні, спектральні, радіаційні), що вимірюють випромінювання в декількох точках по колу горна. Якщо в будь-якій зоні випромінювання менше або більше, ніж в інших, то система автоматично коригує завдання регуляторам витрати природного газу і кисню таким чином, щоб усунути виниклу нерівномірність температур на периферії горна.

Пропонуються також пов'язані схеми керування подачею і розподілом комбінованого дуття, в яких управління розподілом дуття, природного газу і кисню по фурмам об'єднано в одну систему. Надалі цю систему передбачається об'єднати з системою управління розподілом газового потоку по висоті і перетину шахти доменної печі.

Тиск є одним з найважливіших параметрів хіміко-технологічних процесів. Від величини тиску часто залежить правильність процесу хімічного виробництва. Під тиском у загальному випадку розуміють межа відносини нормальної складової сили до площі, на яку діє сила. При рівномірному розподілі сил тиск дорівнює приватному від розподілу нормальної складової сили тиску на площа, на яку ця сила діє. Величина одиниці тиску залежить від обраної системи одиниць.

В якості одиниць тиску практично застосовують багато одиниці. У таблиці 2 наведено співвідношення деяких застосовуваних одиниць тиску.

Таблиця 2 - співвідношення між одиницями тиску

або атм.

атм. (Фізична атмосфера)

мм рт. ст.

Па

1 кг/м 2 або 1

мм вод. ст.

1 атм. (Технічна)

10 4

1 атм. (Фізична)

1 мм рт. ст.

1 Па

Розрізняють абсолютне і надлишковий тиск. Абсолютний тиск - параметр стану речовини (рідин, газів і пари). Надмірний тиск являє собою різниця між абсолютним тиском і барометричним тиском (тобто тиском навколишнього середовища):

,

,

де - тиск (розрідження), виміряний вакуумметром.

Прилади для виміру тиску зазвичай класифікуються за принципом дії і по роду вимірюваної величини.

За принципом дії прилади для вимірювання тиску поділяються на:

1) рідинні, засновані на зрівноважуванні вимірюваного тиску гідростатичним тиском стовпа рідини;

2) поршневі, в яких вимірюваний тиск врівноважується зовнішньою силою, що діє на поршень;

3) пружинні, що вимірюють тиск по величині деформації пружного елемента;

4) електричні, засновані або на перетворенні тиску в яку-небудь електричну величину або на зміна електричних властивостей матеріалу під дією тиску.

По роду вимірюваної величини прилади для вимірювання тиску і розрідження діляться на:

1) манометри - прилади для вимірювання надлишкового тиску.

2) вакуумметри - прилади для вимірювання розрідження (вакууму).

3) мановакуумметри - прилади для вимірювання надлишкового тиску і вакууму.

4) напороміри (мікроманометри) - Прилади для вимірювання малих надлишкових тисків.

5) тягоміри (Мікроманометри) - прилади для вимірювання малих

розріджень.

6) тягонапороміри (мікроманометри) - Прилади для вимірювання малих тисків і розрідження.

7) диференціальні манометри - Прилади для вимірювання різниці тисків.

8) барометри - прилади для ізмеренія барометричного тиску.

3.1.1 Рідинні прилади

Рідинні прилади відрізняються простотою пристрою, невисокою вартістю і відносно високою точністю вимірювання. Завдяки цим достоїнствам рідинні прилади та в даний час не втратили свого значення. Вони широко застосовуються як для лабораторних, так і для технічних вимірювань.

Рідинні прилади служать для градуювання та повірки приладів інших систем, для вимірювання невеликих надлишкових тисків, розріджень, різниці тисків, а також атмосферного тиску.

Лабораторні прилади

Двотрубний U-подібний манометр (малюнок 7) складається зі скляної трубки, зігнутої у вигляді букви U. Трубка укріплена на дошці зі шкалою, розташованої між гілками трубки. Трубка манометра заповнена рідиною (ртуттю, водою, спиртом). Система знаходиться в рівновазі, якщо гідростатичний тиск стовпа рідини в відкритому коліні манометра врівноважується тиском в іншому коліні:

Малюнок 7 - Двотрубний (U - образний) манометр: 1 - скляна трубка, 2 - дошка

, (1)

де - абсолютний тиск в апараті або трубопроводі в Па.

- барометричний тиск в Па.

S - площа перерізу трубки в.

h - різниця рівнів рідини в обох колінах або висота уравновешивающего стовпа рідини в м .

ПЃ - щільність рідини в.

g - прискорення сили тяжіння в.

З рівняння (1) одержуємо:

,

Або

. (2)

Якщо тиск в просторі, приєднаному до манометру, нижче атмосферного, то рідина в трубках манометра переміститься в зворотному напрямку і висота її стовпа буде відповідати розрідження (вакуум).

Приєднавши обидва вільних кінця трубки манометра до двох порожнинах з різними тисками, можна по різниці рівнів рідини в приладі визначити різницю тисків.

Манометр наповнюється рідиною до нульової позначки шкали. Для визначення висоти стовпа рідини необхідно робити два відліку: зниження в одному коліні, підйому в іншому і підсумовувати заміряні величини, т. e. H = h 1 + h 2 .

однотрубних (чашковий) манометр представляє собою модифікацію двотрубного, одне з колін якого замінено широким посудиною (чашкою). Пристрій манометра показано на малюнку 8. Посудина 1 з'єднаний з вертикальною скляною трубкою 2. Резервуар, в якому вимірюється тиск, підключається до посудини, а резервуар, в якому вимірюється розрідження, - до трубки. Про величину тиску або розрідження судять по висоті стовпа рідини у вертикальній трубці приладу.

Рисунок 8 - однотрубний чашковий манометр: 1 - посудина, 2 - трубка

Перевага чашкового манометра полягає в одиничному відліку положення меніска рідини в трубці. Однак при цьому виникає похибка через пониження рівня рідини в посудині, що змінює положення нуля шкали. При піднятті рідини в трубці на висоту рідина в посудині опуститься на величину.

Ці величини пов'язані між собою рівністю: ,

де s - площа перерізу трубки; S - площа перерізу судини.

Звідси

,

Істинна висота стовпа рідини

,

Тиск

.

Таким чином, величина похибки вимірювання залежить від ставлення площ перерізу трубки і судини і може бути зроблена як завгодно малою. Площі судини і трубки вибирають зазвичай такими, щоб величиною s/S можна було знехтувати. Більшість чашкових приладів має відношення s/S <1/400.

При цьому без внесення суттєвої похибки можна вважати

.

Похибка вимірювання в однотрубному манометрі також може бути усунена побудовою спеціальної шкали, враховує зниження рівня рідини в посудині. Для розмітки такої шкали можна скористатися рівнянням

,

де - довжина шкали в мм, а s і S - площі перерізу трубки і судини.

Верхня межа виміру тиску рідинними манометрами обмежується прийнятними габаритними розмірами приладів. На практиці двотрубні і однотрубні прилади виготовляються для вимірювання тисків не вище 0,196 МПа .

При точних вимірюваннях рідинними лабораторними приладами необхідно вводити поправки на величину прискорення сили тяжіння і на температуру. Поправка на прискорення сили тяжіння дорівнює:

,

де - висота стовпа рідини при нормальному прискоренні; = 9,80665 м/сек 2 ; - спостережувана висота стовпа; - прискорення сили тяжіння в даній місцевості.

Поправка на температуру включає поправки на зміну щільності рідини і зміна довжини шкали від зміни температури.

Сумарна температурна поправка дорівнює

,

де h - висота стовпа рідини при нормальній температурі; - для

ртуті 0 В° С, для води +4 В° З; - спостережувана висота стовпа при температурі t ; О± - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу

шкали; - коефіцієнт об'ємного розширення рідини.

Мікроманометр з похилою трубкою . При вимірі малих тисків застосовують прилади з похилою трубкою (Малюнок 9). Прилад складається з скляної посудини, до якого припаяна скляна трубка, нахилена під

Рисунок 9 - мікроманометр з похилою трубкою: 1 - дошка; 2 - посудина; 3 - трубка; 4 - рівень

деяким кутом до горизонту. Посудину з трубкою укріплений на дерев'яній дошці зі шкалою. Для зручності шкала зроблена рухомий, щоб при заповненні приладу рідиною можна було поєднати нуль шкали з меніском рідини в трубці. Кінець трубки приєднується до порожнини, в якої вимірюється розрідження. Для точної установки приладу в горизонтальній площині він забезпечений рівнем. Внаслідок похилого положення трубки висота стовп...а рідини, що врівноважує вимірюваний тиск, буде дорівнює

,

де - переміщення меніска рідини в трубці, відраховані за шкалою.

Мікроманометри з похилій трубкою виготовляються звичайно для виміру тиску 157-980 Па (16-100 мм вод. Ст.).

Похибка цих приладів не перевищує В± 1,5% граничного значення шкали.

У тих випадках, коли доводиться вимірювати тиск або розрідження в більш широких межах, користуються мікроманометрами зі змінним кутом нахилу трубки.

Технічні прилади

Лабораторні прилади в зв'язку з недостатньою міцністю, нечіткістю шкали, що утрудняє відліки, малим діапазоном вимірювань і складністю пристроїв для запису і передачі на відстань можна широко застосовувати в промисловості. Тому для технічних вимірювань рідинні прилади виконуються у вигляді так званих комбінованих рідинно-механічних приладів. До них відносяться поплавкові, дзвонові і кільцеві.

Поплавкові прилади являють собою U-образні рідинні манометри, одне з колін яких розширено і в ньому поміщений поплавок. Поплавок пов'язаний зі стрілкою, що рухається уздовж шкали. Поплавкові прилади найчастіше використовуються як диференціальні манометри (дифманометри) для вимірювання перепаду тиску.

На малюнку 10 показана схема поплавкового дифманометра. Якщо в лівому посудині тиск а в правому, то при рівень рідини в лівому посудині знизиться на висоту, а в правом підвищиться на висоту. Різниця тисків врівноважується стовпом рідини висотою

(3)

Рисунок 10 - Схема поплавкового дифманометра

Умова рівноваги виражається формулою

,

де ПЃ - щільність робочої рідини в дифманометра; - щільність середовища, що знаходиться над рідиною.

У судинах циліндричної форми

,

звідки

,

тоді

,

Замінюючи Н його виразом, отримаємо

.

Для даного приладу величина 1 + є постійною;

постійна також і різниця густин. Висловлюючи ці величини постійними коефіцієнтами та, отримаємо

,

тобто різниця тисків може бути виражена величиною переміщення поплавця.

При незмінних розмірах широкого посудини зміною діаметра і висоти вузького судини можна у відомих межах змінювати межа вимірювання різниці тисків. Зі спільного розв'язання рівнянь маємо

.

По рівнянню визначається необхідний діаметр вузького судини при заданих значеннях Н , і D .

Хід поплавця для всіх модифікацій дифманометрів при максимальному перепаді тиску дорівнює 30,5 мм.

Іноді поплавкові показують дифманометри виготовляються з контактним пристроєм (для сигналізації), виконаним у вигляді ртутно-скляних перемикачів.

При необхідності передачі свідчень на відстані більше 50 м, а також у тих випадках, коли прилади встановлюються на щитах керування, застосовуються дифманометри з електричної і з пневматичною передачами. В обох випадках пристрій власне дифманометра аналогічно показаному на малюнку 10. Прилади з пневматичної передачею застосовуються за наявності вибухо-і пожежонебезпечних виробничих умов.

Схема пристрою пневматичної передачі показана на малюнку 11.

Повітря через фільтр надходить у редуктор, де тиск знижується до 1,1, потім проходить у підсилювальне реле, через дросель в порожнину коробки 2, а потім по трубі 10 до сопла 3 датчики 11.

Датчик складається з сильфона і кожуха, що утворюють герметичну порожнину, в яку підводиться повітря від підсилювального реле.

При збільшенні значення вимірюваного параметра тяга 4, пов'язана з вимірювальною системою манометра, наближає заслінку до отвору сопла. Тиск в трубці 10 і в коробці 2 підвищується. Підвищення тиску в порожнині коробки стискає сильфон 5, викликаючи переміщення вниз пов'язаного з ним штока 6, несучого заслінку 7. При цьому заслінка 7 відкриває впускний сопло 8 і прикриває випускне сопло 9. Тиск в порожнині підсилювального реле і в лінії 12, що йде до вторинного приладу, передається в порожнину кожуха датчика. Сильфон датчика починає стискатися і з допомогою штока відводить заслінку від сопла.

Малюнок 11 - схема пневматичної передачі свідчень на відстань:

1 - дросель; 2 - коробка; 3 - cопло; 4 - тяга; 5 - сільфон; 6 - шток; 7 - заслінка

8 - впуску сопло; 9 - випускний сопло; 10,12 і 13 - трубки; 11 - датчик.

В результаті дії зворотного зв'язку тиск повітря під сільфоном датчика і в лінії 12 буде встановлюватися пропорційно зміні вимірюваного параметра. Вторинне (Підсилювальний) реле, яке встановлюється в первинному приладі, забезпечене двома манометрами, з яких один показує тиск вступника робочого повітря, а інший - тиск імпульсного повітря в лінії. Вторинним приладом в цій системі телепередачі служить сильфонний манометр (типу МС). Дальність пневматичної передачі до 160 м.

Поплавкові дифманометри виготовляються з різними межами вимірювання перепаду тиску: від 5,332 до 133 кПа (40 - 1000 мм рт. Ст.). Залежно від меж вимірювання змінюються тільки внутрішній діаметр вузького судини і його висота.

Різні модифікації поплавкових дифманометрів розраховані на статичний тиск від 0,294 до 31,36 Мпа .

дзвіниця прилади використовуються для вимірювання малих тисків і розрядження і в якості диференціальних манометрів (Рисунок 12). Прилад складається з посудини з рідиною, в яку занурений дзвін. Під дзвін введена трубка, що служить для з'єднання подколокольного простору з об'ємом, в якому вимірюється тиск або розрідження. Якщо під дзвоном створюється надлишковий тиск, то він піднімається, так як на нього діє додаткова сила, спрямована вгору і рівна ps ( p - надлишковий тиск під дзвоном, s - площа перерізу дзвони).

Рисунок 12 - схема дзвонового приладу: 1 - посудина, 2 - дзвін; 3 - трубка

Щоб перетворити цю систему у вимірювальний прилад, необхідно забезпечити однозначність залежності переміщення дзвони від тиску під ним. Для цього в систему повинна бути введена змінна протидіюча сила, функціонально залежна від переміщення дзвони. В існуючих дзвонових приладах використовують для створення протидіючої сили архимедову силу, вантаж або пружину. Найбільш простим випадком є використання дзвони з товстими стінками (урівноваження Архімедова силою).

Застосуємо наступні позначення:

G - сила тяжіння дзвони

d - внутрішній диметр дзвони

Оґ - товщина стінок дзвони

ПЃ - щільність робочої рідини

h - глибина занурення дзвони при р = 0

- глибина занурення дзвони при надлишковому тиску

Умова рівноваги дзвони при р = 0 і Оґ <

,

,

З цього рівняння видно, що переміщення дзвони залежить тільки від величини надлишкового тиску і його геометричних розмірів і не залежить від маси дзвони.

Для даного приладу його геометричні розміри є постійними величинами; постійна також і щільність затворної рідини, тому рівняння можна записати у формі

.

Рисунок 13 - схема дзвонового приладу з врівноважуючим вантажем

На малюнку 13 показана принципова схема дзвонового приладу з врівноважуючим вантажем. У цьому випадку дзвін підвішується до коромисла, до якого кріпиться також вантаж G .

Довжину плеча коромисла АВ, до якого підвішений дзвін, позначимо через, відстань центра ваги вантажу G від точки опори коромисла - через а, площа перерізу дзвони - через s . При тиску або розрідженні дзвін підніметься або опуститься на деяку величину. При цьому коромисло і шток вантажу G повернуться на д...еякий кут П†. Рівновага

,

або

.

Прилад призначений для При переміщенні

,

,

,

або

.

.

Найбільша можлива рт. вод. Зміна напрямках.

Максимальний тиск, створюване вантажами, 4900 кПа (50 кг/см 2 ).

Для повірки манометрів на більший тиск користуються поршневим пресом, от'едініться від приладу поршневу колонку 1 вентилем 10. В якості приладу порівняння застосовують зразковий пружинний манометр, приєднуючи його до однієї з бобишок 4, а Вивірений прилад - до іншої бобишки.

Рисунок 18 - поршневий манометр з гідравлічним мультиплікатором: 1 - трубка; 2 - корпус; 3-7 - циліндри; 4 - поршень високого тиску; 5 - шків; 6 - поршень низького тиску; 8 - колонка поршневого манометра

Зразкові поршневі манометри МОП з межею вимірювань до 4,9 МПа в залежності від розряду мають основну відносну допустиму похибку при температурі 20 В± 5 В° С: 1-го розряду 0,02%, 2-го розряду 0,05%, 3-го розряду 0,2%.

Прилади 1 і 2-го розрядів застосовуються для перевірки зразкових поршневих і пружинних манометрів, а прилади 3-го розряду - для повірки робочих пружинних манометрів.

Для вимірювання високих тисків (до 980 МПа) застосовуються поршневі манометри з гідравлічним мультиплікатором (системи Жоховського), схема якого показана на малюнку 18. Він складається з поршневого манометра з межею вимірювання 4,9 МПа та Двопоршневий гідравлічного мультиплікатора.

Колонка 8 поршневого манометра встановлена ​​у верхній частині корпусу 2 мультиплікатора.

Мультиплікатор має циліндр низького тиску 7 і циліндр високого тиску 3. Ці циліндри мають різні діаметри. Шток поршня 6 низького тиску спирається на головку поршня 4 високого тиску.

Простір циліндра 7 над поршнем 6 і сполучений з ним канал колонки 8 поршневого манометра заповнені маслом. Циліндр 3 знаходиться в порожнині корпуса і також заповнений маслом.

Поршні 4 і 6, розташовані співвісно і з'єднані муфтою, під час роботи приводяться в обертання електродвигуном, сполученим зі шківом 5.

Трубка 1 з'єднує порожнину корпусу з пресом високого тиску (на схемі не показаний), до якого приєднується Вивірений пружинний манометр.

Рідина, що нагнітається пресом високого тиску в порожнину корпусу, піднімає поршень 4, і його головка відходить від опорної поверхні торця циліндра високого тиску. При цьому рідина в порожнині корпуса під поршнем високого тиску в трубці 1 і сполучених з нею каналах преса буде перебувати під тиском

,

де

і,

тут - ефективна площа поршня низького тиску; - ефективна площа поршня високого тиску; р 1 - тиск, створюваний поршневим манометром; G 1 - сила тяжіння поршнів низького і високого тиску і з'єднаних з ними деталей.

Тиск р 0 мало в порівнянні з kp l . Тому можна вважати, що гідравлічний мультиплікатор збільшує тиск р 1 , створюване поршневим манометром, в k раз, тобто р = kp 1 .

Застосування мультиплікатора з постійною k = 200 дозволяє створювати тиск 980 МПа за допомогою поршневого манометра з межею вимірювань 4,9 МПа.

Постійні k і р 0 визначаються шляхом гідростатичного зрівноважування з яким-небудь поршневим манометром з відомої ефективною площею поршня або за результатами вимірювання діаметрів поршнів і їх зважування.

3.1.3 Пружинні прилади

Рисунок 19 - типи пружинних приладів

Пружинні манометри, вакуумметри, мановакуумметри, тягоміри, напороміри, диференціальні манометри і барометри становлять велику групу приладів для технічних вимірювань.

Дія цих приладів засноване на вимірюванні величини деформації різного виду пружних елементів. Деформація пружного чутливого елемента перетвориться передавальними механізмами того чи іншого виду в кутове або лінійне переміщення покажчика по шкалою приладу.

Переваги пружинних приладів - простота пристрою, надійність в експлуатації, універсальність, портативність і великий діапазон вимірюваних величин. Пружинні прилади виготовляються різних класів точності: від 0,5 до 4.

По виду пружного чутливого елемента пружинні прилади поділяються на такі групи:

1) прилади з трубчастою пружиною або власне пружинні (рисунок 19 а, б)

2) мембранні прилади, пружним елементом є мембрана мембранні прилади, пружним елементом є мембрана (Малюнок 19, в), анероїдних або мембранна коробка (малюнок 19, г і д), блок анероїдних або мембранних коробок (малюнок 19, е і ж);

3) пружинно-мембранні з гнучкою мембраною (рисунок 19, з) і пружинно-сильфонні (малюнок 19, і);

4) прилади з пружною гармоніковой мембраною (сільфоном) (малюнок 19, к).

Прилади з трубчастими пружинами

Найбільш широко застосовуються прилади (манометри, вакуумметри, мановакуумметри і дифманометри) з одновиткової трубчастою пружиною, зігнутої у вигляді дуги кола, з центральним кутом 180-270 В°.

Рисунок 20 - прилади з одновитковою трубчастою пружиною

а - схема трубчастої пружини (1 - трубка, 2 - тримач)

б - еліптичне поперечний переріз;

в-плоскоовальних поперечне перетин

За призначенням прилади з одновиткової трубчастою пружиною діляться на робочі, контрольні та зразкові.

Межі виміру, класи точності, допустима температурна похибка і деякі інші параметри на окремі види приладів встановлюються стандартами. Основною деталлю приладу з одновиткової трубчастою пружиною є зігнута по дузі кола трубка еліптичного або плоскоовальних перетину (рисунок 20). Одним кінцем трубка закладені в утримувач, оканчивающийся ніпелем з різьбленням для приєднання до порожнини, в якій вимірюється тиск.

Усередині утримувача мається канал, який з'єднується з внутрішньою порожниною трубки.

Якщо в трубку подати рідина, газ або пар під надлишковим тиском, то кривизна трубки зменшиться і вона розпрямляється; при створенні розрідження усередині трубки кривизна її зростає і вона скручується.

Один кінець трубки закріплений; тому при зміні кривизни трубки її вільний кінець переміщається по траєкторії, близькій до прямої. Вільний кінець трубки впливає на передавальний механізм, який повертає стрілку показує приладу або переміщує осердя індукційного телепередаточного датчика.

Властивість зігнутої трубки некруглого перетину змінювати величину вигину при зміні тиску в її порожнині є наслідком зміни форми перерізу.

Під дією тиску усередині трубки еліптичне або плоскоовальних перетин, деформуючись, наближається до кругового перерізу (мала вісь еліпса або овалу збільшується, а велика зменшується).

Пристрій вакуумметра і мановакуумметра з одновитковою трубчастою пружиною нічим не відрізняється від пристрої манометра.

Робочі прилади з круговою шкалою виготовляються показують, без додаткових пристроїв, а також з контактним пристроєм, електричним або пневматичним датчиком для телепередачі.

показують прилади застосовуються найчастіше в якості місцевих приладів. Електрокон...тактні манометри застосовуються для сигналізації про досягнення мінімального чи максимального робочого тиску або для двохпозиційного регулювання.

Електроконтакта манометр за принципом дії аналогічний вказує манометру з одновитковою трубчастою пружиною. Для сигналізації служить контактний механізм, електрична схема якого аналогічна застосовуваної в манометричних термометрах.

Контактний манометр може працювати тільки при плавному (без пульсації) зміні тиску.

На малюнку 21 показана принципова схема безшкальний диференціального трансформаторного приладу, призначеного в комплекті з вторинним приладом типу КСД) для дистанційного вимірювання. Тиск сприймається одновиткової трубчастою пружиною, переміщення вільного кінця якої передається плунжеру диференційно-трансформаторного датчика.

Малюнок 21-схема безшкальний приладу з диференційно-трансформаторним датчиком: 1 - трубчаста пружина; 2 - плунжер

Основна допустима похибка приладу в комплекті з вторинним приладом КСД складає В± 2,5% від верхньої межі вимірювання (в тому числі похибка самого вторинного приладу не більше В± 1%.

3.1.4 Мембранні прилади

Прилади з чутливим елементом у вигляді гофрованих мембран, мембранних коробок і мембранних блоків застосовуються для виміру невеликих надлишкових тисків та розріджень (Манометри, напороміри і тягоміри), а також перепадів тиску (Дифманометри-витратоміри).

Величина прогину мембрани є функцією тиску, що діє на неї. Залежність прогину від тиску в загальному випадку нелінійна.

Число, форма і розміри гофра різні в залежності від призначення, межі вимірювання і інших чинників. Гофрування мембрани збільшує її жорсткість, тобто зменшує прогин при однаковому тиску.

Величина прогину мембрани є складною функцією тиску, її геометричних параметрів (діаметра, товщини, числа гофрів, їх форми), а також модуля пружності матеріалу мембрани.

Зважаючи на складність розрахунку в більшості випадків характеристика мембрани підбирається досвідченим шляхом.

Для збільшення прогину в приладах для малих тисків (розрідження) мембрани попарно з'єднують (зварюванням або паянням) в мембранні коробки, а коробки - в мембранні блоки. Мембранні коробки можуть бути анероїдних та манометричні . анероїдних коробки, що застосовуються в барометрах і барографи, герметизовані та заповнені повітрям або яким-небудь газом при дуже малому тиску, зазвичай близько 1,33 Па (0,01 мм рт. Ст.). Деформація анероїдних коробки відбувається під дією різниці тиску навколишнього її середовища і тиску в порожнині коробки.

Так як тиск в порожнини коробки дуже мало, то можна вважати, що її деформація визначається атмосферним тиском. Деформація анероїдних або манометричною коробки дорівнює сумі деформацій складових її мембран.

Для вимірювання невеликих тисків і розріджень до 15680 Па (1600 мм вод. ст.) застосовують мембранні тяго-й напороміри. У цих приладах пружним елементом є коробка з двох гофрованих мембран. Внутрішня порожнина коробки з'єднується з порожниною, в якій вимірюється тиск або розрідження.

Випускаються декілька типів мембранних тяго-і вимірювальної: з концентричною шкалою, з горизонтально-профільної шкалою і з вертикально-профільної шкалою. Кожен з цих типів виготовляється в трьох модифікаціях: напороміри, тягоміри і тягонапороміри з нулем посередині шкали для вимірювання тисків і розрідження. Всі ці види приладів мають принципово однакові пристрої і відрізняються один від іншого лише елементами передавального механізму і формою корпусу. На малюнку 22 показано пристрій тягоміри з горизонтально-профільної шкалою.

Трубка 14 з'єднує порожнину мембранної коробки 1 з порожниною, в якій вимірюється тиск. При підвищенні тиску в коробці центр верхньої мембрани переміщається вгору; через систему важелів і тяг цей рух передається на вертикальну вісь 6, укріплену в опорі 7. На вертикальній осі закріплена стрілка 8. Переміщення центру мембранної коробки не пропорційно тиску. Для лінеаризації характеристики коробки застосовується пристрій, що складається з плоскої пружини 9, навантажувальної мембранну коробку, і кронштейна 10 з установочними гвинтами 11.

При вигині пружина 9 спирається на настановні гвинти 11, унаслідок чого змінюється її робоча довжина, а отже, і жорсткість. Регулюючи при градуюванні приладу положення настановних гвинтів, можна домогтися лінійної характеристики пружної системи, тобто рівномірності шкали приладу.

Рисунок 22 - мембранний тягоміри з профільної шкалою:

1 - мембранна коробка; 2 і 4 - тяги; 3, 5 і 13 - важелі; 6 - вісь; 7-опора; 8-стрільця; 9 - плоска пружина; 10 - кронштейн; 11 - настановні гвинти; 12 - гвинт; 14 - трубка; 15 - пружина

Стрілка на нуль встановлюється за допомогою гвинта 12. Обертаючи гвинт 12 в ту або іншу сторону, піднімають або опускають важіль 13, притискується до коническому кінця гвинта пружиною 15. Важіль 13 переміщує передавальний важільний механізм приладу, пересуваючи стрілку приладу вправо або вліво до суміщення її з нулем шкали.

Основна допустима похибка приладу В± 2% від верхньої межі шкали.

На малюнку 23 показана принципова схема безшкальний дифманометра-витратоміра з двома металевими мембранними коробками і з системою електричної диференційно-трансформаторної передачі свідчень на відстань. Чутливий елемент приладу складається з роздільної перегородки 1, в яку вкручені гофровані металеві (із нержавіючої сталі) мембранні коробки 2 і 3. Коробки складені з мембран із співпадаючими профілями гофрування. Внутрішні порожнини коробок повідомляються між собою каналом і заповнені дистильованою водою.

З центром верхньої мембранної коробки пов'язаний залізний сердечник, поміщений в котушках. Сердечник переміщається всередині розділової трубки, виконаної з немагнітного стали.

Під дією різниці тисків у камерах нижня мембранна коробка стискається; рідина з неї через отвір в перегородці перетікає у верхню мембранну коробку, викликаючи переміщення верхнього центру і пов'язаного з ним залізного осердя індукційного датчика. Сердечник переміщається до тих пір, поки сила, викликана перепадом тисків, не урівноважиться силами пружної деформації мембранних коробок.

При зміні температури навколишнього середовища вода в мембранних коробках відповідно буде переміщати мембрани, а разом з ними і сердечник.

Малюнок 23 - схема безшкального дифманометра-витратоміра з двома мембранними коробками: 1 - розділова перегородка; 2 і 3 - мембранні коробки; 4 - сердечник 5 - котушки; 6 - розділова трубка

Для зменшення впливу коливань температури навколишнього середовища на показання приладу верхня мембранна коробка виконується з більшою жорсткістю, ніж нижня. Це призводить до того, що при зміні температури навколишнього середовища змінюється в основному обсяг нижньої мембранної коробки.

Якщо перепад тиску перевищить розрахункову величину або одна з мембранних коробок піддасться одностороннього тиску, то пошкодження мембранної коробки не відбудеться, тому як коробка, що знаходиться в зоні більш високого тиску, стиснеться до зіткнення мембран і витіснить зі своєї порожнини всю воду в іншу мембранну коробку.

дифманометр-витратомір працює в комплекті з вторинним електронним диференційно-трансформаторним приладом.

дифманометра розраховані на дві межі статичного тиску: до 6,27 МПа (64 кг/см 2 ) і до 24,5 МПа (250 кг/см 2 ), перепади тиску від 5,3 до 133,3 кПа (40-1000 мм рт. Ст.)

Різні межі вимірювання досягаються застосуванням мембранних блоків різної жорсткості. Основна допустима похибка показа...нь приладу в комплекті з вторинним приладом + -2% від верхньої межі шкали.

На малюнку 24 показана схема мембранного компенсаційного дифманометра. Млява мембрана 2 з жорстким центром, несуча сердечник 1 диференційно-трансформаторного датчика, підвішена на врівноважуючою пружині 3 до важеля 4, проходить через сильфонні ущільнення.

Виникаюче внаслідок переміщення сердечника напруга розбалансу поступає на вхід електронного підсилювача 9. Реверсивний двигун 7, керований електронним підсилювачем, повертає лекало 5 і через важіль 4 впливає на врівноважуючу пружину.

Система прийде в рівновагу, коли зусилля, що розвивається мембраною, урівноважиться силою пружини і сердечник повернеться у вихідне середнє положення. При цьому осі лекала і стрілки місцевої шкали 6 приладу повертаються на кут, пропорційний перепаду тиску. З віссю лекала кінематично зв'язані осі рамок 8 ферродинамический датчиків (від одного до трьох), призначених для дистанційної передачі показань.

Рисунок 24 - схема мембранного компенсаційного дифманометра:

1 - сердечник; 2 - млява мембрана; 3 - пружина; 4 - важіль;

5 - лекало, б - Шкала; 7 - реверсивний двигун; 8 - рамка

ферродинамический датчика; 9 - електронний підсилювач

Прилади мають різні межі вимірювання різниці тисків, від 6,18 до 21,3 кПа (63-160 мм рт. ст.). Максимальне допустимий робочий тиск 1,56 МПа (16 кг/см 2 ). Основна допустима похибка дифманометра в комплекті з вторинним приладом В± 1,5% від максимальної межі шкали.

Дія приладів заснована на зміні опору провідника під дією зовнішнього тиску. Електричними провідниками принципово можуть служити будь-які метали і сплави, а також напівпровідники. Однак для використання в манометрах опору найбільш відповідним матеріалом є манганін, оскільки він володіє малим температурним коефіцієнтом опору.

Недолік манганина полягає в малій зміні опору від дії тиску (малий пьезокоеффіціент).

Якщо позначити опір провідника, подвергаемого тиску, через R , зміна опору - через , а тиск - через

,

.

Значення Одна з

Для вимірювання опору

При лінійної залежності За шкали. У такого

,

Під дією тиску

Дія Це інших речовин. Заряди Ця обставина робить

Для виготовлення

або

,

Пристрій Для цього необхідно Ця залежність

2 - термопара; 3 - джерело струму; 4 - вимірювальний прилад

Зі зміною тиску газу змінюється його теплопровідність, що приводить до зміни величини електричного опору R t , отже, до разбалансу мосту.

У термопарних манометрах вимірюється не опір, а температура провідника. Температура вимірюється термопарою, термо ЕРС. якої є функцією вимірюваного тиску. Принципова схема термопарного манометра показана на малюнку 30. Манометр складається з нагрівального елемента і термопари, заміряли його температуру.

Елемент нагрівається від джерела струму; термо - ЕРС. термопари змиритися милливольтметром або потенціометром. Елемент нагрівається до температури порядку 200 В° С. У деяких термопарних манометрах нагрівальний елемент і термопара конструктивно об'єднані в одному елементі.

Теплопровідні манометри градуюються за певним газу, для якого вони призначені.

Найбільш широко застосовуються прилади (манометри, вакуумметри, мановакуумметри і дифманометри) з одновиткової трубчастою пружиною, такі прилади мають великий діапазон вимірювання, порівняно невеликі габарити, простоту конструкції, надійність. Виходячи з цього, для вимірювання тиску в АСК тиску природного газу ми будемо використовувати безшкальний прилад з диференційно-трансформаторним датчиком, принципова схема якого зображена на малюнку 21. Такий прилад призначений (в комплекті зі вторинним приладом типу КСД) для дистанційного вимірювання.

4. Розрахунок вимірювальної схеми автоматичного потенціометра

У системах автоматичного контролю та регулювання різних параметрів технологічних процесів знаходять широке застосування в якості вторинних приладів автоматичні потенціометри і мости. Ми розглядаємо схему автоматичного потенціометра (малюнок 31), дані для розрахунку занесені таблицю 3. У цій схемі в якості первинного вимірювального перетворювача використовується термопара, так як діапазон зміни температури становить 0-700 Вє С, то найбільш доцільно використовувати термопару типу ТХА (-200 Г· 1300 Вє С).

Малюнок 31 - принципова вимірювальна схема автоматичного потенціометра

Таблиця 3 - вихідні дані для розрахунку вимірювальної схеми

t 0 = 20 0 C

t 0 = 50 0 C

E (t H , t 0 ) = -0,798 мВ

Е (t K , t 0 ) = 28,33 мВ

Е д = 29,128 мВ

R H . P = 90 Ом

Нормоване номінальне значення падіння напруги на резисторі R K

U K = 1019 мВ

U ІП = 5 В

I 0 = 5 мА

R І.П = 1000 Ом

I 1 = 3 мА

I 2 = 2 мА

a = 4.25 Г— 10 -3 0 С

Визначимо R n :

Ом;

Визначимо приведений опір реохорда R пр :

Ом.

Зробимо перевірку правильності визначення R пр :

мВ.

Обчислимо R k :

Ом;

Приймаємо опір контрольного резистора R k = (509.5 В± 0,2) Ом.

Визначимо R б :

Ом;

Приймаємо опір резистора R б = (330 В± 0,5) Ом.

Знайдемо опір мідного резистора R M :

Ом;

Приймаємо значення мідного резистора R M = (5.33 В± 0.01) Ом.

Обчислимо опір резистора R H :

Ом

Визначимо значення R bd :

Ом

Визначимо R 1 :

Ом;

Приймаємо R 1 = 800 Ом, Ом і Ом.

Визначимо зміна показань потенціометра для кінцевого значення шкали при зміні температури вільних кінців термометра від t 0 = 20 0 C до t 0 Вў = 50 0 C:

АСК тиску природного газу складається з первинного вимірювального приладу, яким є безшкальний манометр з одновитковою трубчастою пружиною з диференційно-трансформаторним датчиком (типу ПЕД-22364, верхня межа вимірювання 1.6 МПа), схема якого приведена на малюнку 32, і приймача інформації, в якості якого використовується вторинний прилад типу КСД диференційно-трансформаторного типу.

3

Рисунок 32 - схема безшкальний приладу з диференційно-трансформаторним датчиком: 1 - трубчаста пружина; 2 - плунжер; 3-обмотка перетворювача

Під дією різниці тиску всередині і зовні трубчастої пружини 1, в шарах матеріалу виникають розтягуючі і стискаючі сили, деформується поперечний переріз, в результаті чого переміщується вільний кінець і плунжер диференційно-трансформаторного датчика 2.

Переміщення плунжера змінює взаємну індуктивність між обмотками перетворювача 3, а разом з тим і напруга (е.р.с.) на виході приладу. Вихідний сигнал манометра з одновитковою трубчастою пружиною пропорційний вимірюваної різниці тисків.

Вторинний прилад КСД працює в комплекті з манометром з одновитковою трубчастою пружиною. В якості компенсуючого елемента в приладі використовується діфтрансформаторная котушка з переміщається в ній сердечником. Переміщення плунжера перетворювача первинного приладу, яке здійснюється чутливим елементом, залежить від величини вимірюваного параметра. У прилад КСД вбудований аналогічний діфтрансформаторний перетворювач, сердечник в його котушці переміщається за допомогою профільованого лекала, поворот якого здійснюється реверсивним двигуном.

Первинні обмотки компенсуючого і передавального ДТ-перетворювальних елементів включені послідовно і живляться напругою змінного струму промислової частоти від спеціальної обмотки силового трансформатора підсилювача.

Вторинні обмотки ДТ-перетворювальних елементів включені за компенсаційною схемою, в якій на вхід підсилювача надходить сигнал О” U = U вих1 - U вих2 , де U вих1 , U вих2 - вихідні сигнали передавального і компенсуючого ДТ-перетворювальних елементів.

При нульовому значенні перетворюваного параметра сердечники манометра і КСД знаходяться в середніх положеннях, в яких U вих1 = U вих2 . При цьому на вхід підсилювача надходить сигнал О” U = 0 , що забезпечує знаходження покажчика на початковій позначці шкали. Відхилення параметра від нульового значення викликає деформацію чутливого елементу, супроводжувану переміщенням сердечника із середнього положення.

На виході передавального ДТ-перетворювача формується сигнал U вих1 , відмінний від нуля. Цей сигнал посилюється до значення, достатнього для приведення в рух ротора двигуна. Ротор повертає лекало і переміщує осердя компенсуючого ДТ-перетворювального елемента. Рух ротора відбувається до тих пір, поки сердечник не займе таке положення, при якому U вих2 = U вих1 . У той момент сигнал О” U = 0 і рух ротора припиняється. Про значення вимірюваного параметра судять по положенню покажчика, кінематично пов'язаного з ротором реверсивного двигуна, на шкалі. Для контролю справності вимірювального приладу використовується кнопка, при натисканні якої закорочуються виходи передавального ДТ-перетворювального елемента, і на вхід підсилювача надходить сигнал тільки з компенсуючого ДТ-перетворювального елемента. Якщо прилад справний, то покажчик повинен переміститися на контрольну позначку шкали.

Основна допустима похибка приладу в комплекті з вторинним приладом КСД складає В± 2,5% від верхньої межі вимірювання (в тому числі похибка самого вторинного приладу не більше В± 1%).

Висновок

В сьогоденні курсовому проекті коротко описана сутність процесів доменної печі, приведена структурна схема об'єкта управління, показано взаємозв'язок між вхідними та вихідними змінними, вказані основні контрольовані параметри.

Також наведено класифікацію методів контролю тиску, коротко викладена їх сутність, достоїнства і недоліки, а також область застосування.

Розрахована вимірювальна схема автоматичного потенціометра.

Графічна частина проекту являє собою креслення формату А2, на якому зображена принципова схема системи автоматичного контролю тиску природного газу, а також наведено опис роботи схеми.

Список використаної літератури

1. Автоматизація управління металургійними процесами. Каганов В.Ю., Блінов О.М., Біленький А.М. М., В«МеталургіяВ», 1974. 416 з.

2. Титовський А.В., Дружиніна А.А. Технічні вимірювання та прилади. Термометри. Маномаетри. Витратоміри. Рівнеміри: Учеб. Посібник/Держ. Освітні. Установа В«ГАЦМіЗВ». - Красноярськ, 2003. - 116 с.

3. Технологічні вимірювання та прилади для хімічних виробництв. Кулаков М.В. М., В«МашинобудуванняВ», 1983. 496 с.