Автоматизация процесса производства силикатного кирпича

     2 ВЫБОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ИХ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

     2.1 Сравнительная характеристика  и выбор методов  и средств теплотехнических  измерений

     2.1.1 Измерение температуры

     Одним из параметров, который необходимо /5/ не только контролировать, но и сигнализировать максимально допустимое значение является температура. Измерению подлежит температура в автоклаве.

     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.

     1) 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 -150 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.

     2) Манометрические термометры. Принцип действия манометрических термометров /5/ основан на изменении давления жидкости (жидкостные), парожидкостной смеси (конденсационные) или газа (газовые), находящихся в замкнутом объёме, при изменении температуры. Они состоят из чувствительного элемента (термобаллона), соединительного капилляра и вторичного прибора – манометра. Класс точности манометрических термометров 1,6 – 4. Они используются для дистанционного (до 60 метров) измерения температуры в пределах от  - 160 до + 600 ⁰С. 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.

     3) Термометры сопротивлений. Действие термометров сопротивлений основано на свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры.

     Термопреобразователи  сопротивления: платиновые (ТСП) используются при длительных измерениях в пределах от 0 до +650⁰С;  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. Термопреобразователи сопротивления  в комплекте с автоматическими  электронными уравновешенными мостами  позволяют измерять и регистрировать температуру с высокой точностью, а также передавать информацию на большие расстояния.

     4) Пирометры излучения. Действие пирометров излучения основано на изменении интенсивности нагретых твердых тел при изменении их температуры. Ввиду того что интенсивность теплового излучения резко убывает с уменьшением температуры тел, пирометры используются в основном для измерения температуры от 300 до 6000⁰С и выше. Для измерения температур выше 3000⁰С методы пирометрии являются практически единственными, так как они бесконтактны, т. е. не требуют непосредственного контакта датчика прибора с объектом измерения. Теоретически верхний предел измерения температуры пирометрами излучения неограничен. Погрешности пирометров излучения составляет 0,5 – 2%. Недостатком пирометров излучения является то, что необходимо вводить поправку на степень черноты тела, температура которого измеряется.

     5) Термоэлектрический преобразователь. Принцип действия термоэлектрического преобразователя (термопары) основан на термоэлектрическом эффекте: возникновении термо-э.д.с. в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников, если места их спаев имеют различную температуру. Наибольшее распространение в качестве первичных измерительных преобразователей таких термометров, в настоящее время получили: платинородий – платиновые (ТПП) преобразователи с пределами измерений от 0 до + 1300⁰С; хромель-копелевые (ТХК)  преобразователи с пределами измерений от – 50 до + 600⁰С и хромель-алюмелевые (ТХА) преобразователи с пределами измерений от – 50 до + 1000⁰С. При кратковременных измерениях верхний предел температур для преобразователя ТХК можно повысить на 200⁰С, а для преобразователей ТПП и ТХА на 300⁰С. Для измерения более высоких температур применяют: платинородиевые (ТПР) с верхним пределом – 1800⁰С; вольфрамрениевые (ТВР) – 2500⁰С преобразователи.

     В качестве вторичных приборов термоэлектрических термометров применяют милливольтметры  и автоматические потенциометры  классов точности 0,25–0,5, в которых используется компенсационный метод измерения. Термоэлектрические преобразователи в комплекте с автоматическими потенциометрами позволяют измерять и регистрировать температуру с высокой точностью и передавать показания на большие расстояния.

     Ссылаясь  на выше приведенные характеристики можно сделать вывод, что для  измерения температуры не желательно использовать пирометры излучения. Пирометры предназначены для измерения высоких температур, а в данном процессе необходимо измерять сравнительно невысокую температуру. Поэтому в данном случае наиболее подходящими являются термометры сопротивления. Для измерения температуры в автоклаве будем использовать термометр сопротивления типа ТСМ /6/, диапазон измерения температуры которого от –200 до +200⁰С. Дадим основные характеристики выбранного термометра сопротивления.

     Назначение: термопреобразователи сопротивления  медные ТСМ Метран 203 и ТСМ Метран 204 предназначены для измерения  температуры жидких и газообразных химически неагрессивных сред, а  также агрессивных, не разрушающих  материал защитной арматуры. Количество чувствительных элементов: 1, 2.

     НСХ: 50М – для ТСМ Метран 203; 100М  – для ТСМ Метран 204.

     Класс допуска: В или С. Диапазон измеряемых температур: -50...150°С (для класса допуска В), -50...180°С (для класса допуска С).

     Степень защиты от воздействия пыли и воды: IP65 по ГОСТ 14254.

     Масса: от 0,2 до 1,3 кг в зависимости от длины  монтажной части.

     Климатическое исполнение: У1.1 по ГОСТ 15150, но для значений температуры окружающего воздуха  от -45° до 60°С; Т3 по ГОСТ 15150, но для значений температуры окружающего воздуха от -10°С до 45°С с относительной влажностью до 98% при температуре 35°С.

     В качестве вторичного прибора будем  использовать /10/ измеритель-регулятор технологический Метран-950, диапазон измерений от -50 до 200^оС. Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерительного канала  ±0,2%, канала преобразования  ±0,4%

     2.1.2 Измерение давления

       В зависимости от измеряемой  величины приборы для измерения  давления делят на: манометры  (для измерения средних и больших  избыточных давлений); вакуумметры  (для измерения средних и больших  разряжений); мановакуумметры; напоромеры (для измерения малых (до 5000 Па) избыточных давлений); тягомеры (для измерения малых (до сотен Па) разряжений); тягонапоромеры; дифманометры (для измерения разности давлений); барометры (для измерения атмосферного давления).

     По  принципу действия средства измерений давления подразделяют на жидкостные, пружинные, поршневые, электрические и радиоактивные.

     В жидкостных приборах измеряемое давление или разряжение уравновешивается давлением столба жидкости (ртуть, вода, спирт и др.). Существует несколько видов жидкостных приборов отличающихся друг от друга конструкцией. Они используются при поверочных, наладочных и научно–исследовательских работах. Разновидностями жидкостных приборов являются поплавковый, колокольный и кольцевой манометры. Современные жидкостные манометры имеют пределы измерений от 0,1 Па до 0,25 МПа и классы точности от 0,5 до 1,5.

     В пружинных приборах измеряемое давление или разряжение уравновешивается силой упругого элемента (трубчатой пружины, мембраны, сильфона и т.д.), деформация которых, пропорциональная давлению, передается посредством рычагов на стрелку или перо прибора. При снятии давления, чувствительный элемент вследствие упругой деформации возвращается в первоначальное положение. Эти манометры изготавливаются на давление до 1600 МПа, классов точности от 0,6 до 2,0. Благодаря простоте и надежности  конструкции, малым габаритам, высокой точности и широким пределом измерений они нашли широкое применение.

     В поршневых манометрах, измеряемое давление определяется по величине нагрузки, действующей на поршень определенной площади, перемещаемый в заполненном маслом цилиндре. Поршневые манометры имеют высокие классы точности 0,02; 0,05 и 0,2, и широкий диапазон измерения от 0,1 МПа до 0,25 ГПа, поэтому они обычно применяются для поверки остальных видов манометров.

     Действие  электрических приборов для измерения давления основано на изменении электрических свойств (сопротивление, емкость, индуктивность) некоторых материалов при воздействии на них давления.

     В радиоактивных приборах измеряемое давление определяется изменением степени ионизации, производимой излучением и рекомбинацией ионов.

     Две последние группы приборов применяются  для измерения быстроизменяющихся давлений, очень высоких давлений. Достоинство: малая инерционность, возможность размещения в труднодоступных  местах и достаточно малая погрешность (2 %), недостаток: зависимость от изменения температуры.

     Таким образом, в данном процессе целесообразно  использовать малогабаритный датчик давления Метран-55. Данный датчик /7/ имеет диапазон измеряемых давлений: минимальный 0-0,06 МПа и максимальный 0-100МПа. Обеспечивает требуемую точность 0,25%. Датчик имеет взрывозащищенное исполнение, степень защиты от воздействия пыли и воды IP55. Выходной сигнал унифицирован – 4 – 20 мА. Датчик имеет следующие преимущества: диапазон перенастройки 10: 1, непрерывная самодиагностика, встроенный фильтр радиопомех, микропроцессорная электроника, возможность простой и удобной настройки параметров двумя кнопками.

     Датчик  состоит из преобразователя давления, измерительного блока и электронного преобразователя.

     Измеряемое  давление подаётся в рабочую полость  датчика и воздействует непосредственно  на измерительную мембрану тензопреобразователя, вызывая её прогиб.

     Чувствительный  элемент – пластина монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, соединённая с металлической пластиной тензопреобразователя. Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны приводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал с выхода мостовой схемы датчиков поступает в электронный блок, где преобразуется в унифицированный токовый сигнал.

     Датчик  имеет два режима работы:

     - режим измерения давления;

      - режим установки и контроля  параметров измерения.

     В качестве вторичного прибора используем «Диск-250ДД» измеряющий, регистрирующий и сигнализирующий об отклонении давления от заданного значения. Выходной унифицированный сигнал 0-5мА, 4-20мА.

     2.1.3 Измерение расхода

     К основным типам расходомеров относятся: расходомеры переменного перепада давления, расходомеры постоянного  перепада давления, расходомеры скоростного  напора, электромагнитные (индукционные) расходомеры, вихреакустические.

     1) Расходомеры переменного перепада давления /5/ широко распространены в химической промышленности, так как обеспечивают возможность работы в широком диапазоне расхода, измеряют расход жидкостей, газов и паров при различных температурах и давлениях, относительно высокая точность измерения. При измерении расхода этим методом необходимо следующее: вещество, расход которого измеряем, должно занимать все сечение трубопровода и сужающего устройства, поток в трубопроводе должен быть установившимся, фазовое состояние не должно изменяться при прохождении вещества через сужающее устройство. Приборы этого типа не могут использоваться для измерения расхода вязких жидкостей. В качестве сужающих устройств используются диафрагмы, сопла и сопла Вентури. Диафрагма представляет собой тонкий диск, установленный в трубопроводе так, чтобы отверстие в диске было концентрично внутреннему контуру сечения трубопровода. При прохождении потока через сужающее устройство создается перепад давления, по которому можно судить о расходе. Перепад давления зависит от скорости потока, давления среды, плотности вещества.