Краткий иллюстрированный конспект лекций

АВТОМАТИКА И ТЕЛЕМЕХАНИКА

СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ

Краткий иллюстрированный конспект лекций

 

Специальность: 270011 Монтаж и эксплуатация систем газоснабжения

 

Калининград

УДК [662.76:621.398](075)

К 56

 

 

Автор: Киреева Л.А.

 

 

Киреева Л.А. Автоматика и телемеханика систем газоснабжения: краткий иллюстрированный конспект лекций – Калининград: ФГОУ СПО КГКГ, 2010. – 156 с.: табл., рис.

Рассмотрено и согласовано на заседании ПЦК специальности «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения» протокол №10 от 07.06.2010г.

Краткий иллюстрированный конспект по дисциплине «Автоматика и телемеханика систем газоснабжения» разработан для студентов специальности 270111 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения» с целью актуализации знаний по дисциплине, с акцентом в изложении учебного материала на новейшие достижения в области автоматизации технологических процессов этой отрасли. В кратком иллюстрированном конспекте представлены сведения о метрологии, о контрольно-измерительных приборах, применяемых в газоснабжении. Особое внимание уделено регуляторам давления газа прямого и непрямого действия, а также исполнительным механизмам и регулирующим органам. Автоматизация газового хозяйства рассмотрена на примерах принципа действия автоматики бытовых газовых плит, водонагревателей, а также котельных газовых установок. Вниманию студентов представлены материалы по централизации контроля управления в газовом хозяйстве, включающие общие понятия о системе телемеханизации и автоматизированных системах управления технологическими процессами в газоснабжении.

ФГОУ СПО КГКГ

ВВЕДЕНИЕ

 

Принципы автоматизации систем газоснабжения и газопотребления зависят от основных технологических процессов, к которым относятся перемещение, хранение и сжигание газа в промышленных и бытовых установках.

Краткий иллюстрированный конспект лекций по дисциплине «Автоматика и телемеханика систем газоснабжения» создан с целью актуализации знаний по преподаваемой дисциплине с акцентом на новейшие достижения в области автоматизации технологических процессов в газоснабжении.

В конспекте в краткой форме изложена информация, которая иногда выходит за рамки учебной программы, но является необходимой для более глубокого изучения некоторых заявленных модулей дисциплины. В простой и доступной форме автор постарался раскрыть студентам суть изучаемой дисциплины, а также расширить их кругозор в рамках изучаемых тем, предоставив, в том числе, и соответствующие сведения, связанные с историей возникновения часто встречающихся при изучении дисциплины терминов, знакомя с авторами, стоявших у истоков их зарождения.

Электронная версия краткого иллюстрированного конспекта по дисциплине «Автоматика и телемеханика систем газоснабжения» позволит значительно сократить использование на занятиях раздаточного материала на бумажных носителях, а также сделает процесс обучения более интересным и познавательным.

Краткий иллюстрированный конспект лекций может оказать существенную помощь студентам при их подготовке к сдаче экзаменов по дисциплине.

Являясь лишь дополнением к основному конспекту лекций, краткий иллюстрированный конспект не может полностью заменить учебный лекционный материал, получаемый студентами при посещении аудиторных занятий, и поэтому не будет служить мотивацией к пропуску теоретических и практических занятий.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Модуль 1. Введение. Основы метрологии
Тема 1.1 Основные метрологические понятия
Тема 1.2 Средства и методы измерения
Модуль 2.Контрольно-измерительные приборы
Тема 2. 1 Измерение температуры
Тема 2.2 Измерение давления и разрежения
Тема 2.3 Измерение уровня жидкости
Модуль 3. Автоматическое регулирование и регуляторы
Тема 3.1 Основные понятия и определения
Тема 3.2 Регуляторы давления прямого действия
Тема 3.3 Регуляторы давления непрямого действия
Тема 3.4 Исполнительные механизмы и регулирующие органы
Модуль 4.Автоматизация газового хозяйства
Тема 4.1 Автоматизация бытовых газовых установок
Тема 4.2.Автоматика котельных установок
Тема 4.3 Автоматика котельных установок
Модуль 5. Централизация контроля управления в газовом хозяйстве
Тема 5. 1 Система телемеханизации в газовом хозяйстве
Тема 5. 2 Автоматизированные системы управления

 

 

Биметаллический термометр - термометр, принцип действия которого основан на использовании зависимости между температурой и разностью коэффициентов расширения двух разнородных материалов, образующих биметалл.

Газовый термометр - термометр, в котором в качестве термометрического тела используется газ. При этом используется наличие прямо пропорциональной зависимость между давлением (идеального) газа и его абсолютной температурой при постоянном объеме.

Жидкостный термометр - термометр, принцип действия которого основан на использовании свойства теплового расширения жидкости. В зависимости от температурной области жидкостный термометр заполняют ртутью, этиловым спиртом и другими жидкостями.

Биметаллический термометр

 

Принцип действия термометра биметаллического основан на зависимости деформации чувствительного элемента от измеряемой температуры (изменение линейных размеров при изменении температуры).

В качестве чувствительного элемента используется биметаллическая пружина.

Биметаллическая пружина изготавливается из двух прочно соединенных металлических пластин, имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения.

При изменении температуры пружина изгибается и вращает стрелку термометра, т.к. один конец пружины закреплен внутри штока, а к другому присоединяется ось стрелки.

Рис. 9. Схема биметаллического термометра

 

Рис. 10.Схема биметаллического термометра

1 – показывающая стрелка; 2 – передаточный рычаг;

3 – пластинка с малым коэффициентом линейного расширения;

4 – пластинка с большим коэффициентом линейного расширения

 

Рис. 11. Биметаллический термометр

 

Дилатометрический термометр

 

Принцип действия дилатометрических термометров основан на свойстве твердых тел менять свои линейные размеры при изменении их температуры.

Дилатометрический термометр ( рис. 12)представляет собой трубку 1, изготовленную из металла с большим коэффициентом линейного расширения.

В трубку вставлен стержень 2 из сплава (инвар) с малым коэффициентом линейного расширения. Один конец стержня жестко соединен с дном трубки, а другой свободно перемещается. От изменения температуры окружающей среды трубка удлиняется или укорачивается. Свободный конец стержня отклоняет стрелку 3, удерживаемую пружиной 4.

 

Справка: инвар — сплав, состоящий из никеля (Ni - 36 %) и железа.

Температура плавления - 1425 °C. Сплав обладает малым температур- ным коэффициентом линейного расширения и практически не расширяется в интервале температур от −100 до +100 °C. Используется в точном приборостроении.

 

 

Рис. 12.Схема дилатометрического термометра

1 – трубка; 2 – стержень; 3 – стрелка; 4 - пружина

Рис. 13. Устройства терморегулирующие дилатометрические электрические

 

Устройства терморегулирующие дилатометрические электрические предназначены для регулирования температуры жидких и газообразных сред в системах автоматического контроля и регулирования.

Манометрический термометр

Жидкостные манометрические термометрыоснованы наиспользовании зависимости между температурой и давлением термометрического вещества (газа, жидкости), заполняющего герметическую замкнутую термосистему термометра.

Термосистема состоит из термобаллона, капилляра и манометрической одно- или многовитковой пружины. Капилляр соединяет термобаллон с неподвижным концом манометрической пружины.

Подвижный конец пружины запаян и через шарнирное соединение, поводок, зубчатый сектор связан со стрелкой прибора.

При изменении температуры среды изменяется давление термометрического вещества в замкнутом пространстве, в результате чего чувствительный элемент (манометрическая пружина) деформируется и его свободный конец перемещается.

Это перемещение преобразуется в поворот регистрирующей стрелки относительно шкалы прибора.

Рис. 14. Манометрический термометр

Рис. 15. Трибосекторный механизм манометрического термометра

 

В зависимости от термометрического вещества манометрические термометры делятся на:

- газовые;

- конденсационные;

- жидкостные.

В газовых термометрах термобаллон, капилляр и манометрическая пружина заполняются инертным газом (азотом, гелием).

Диапазон измерений лежит в пределах от критической температуры газа (азот -147⁰С, гелий -267⁰С) до температуры, определяемой теплостойкостью материала термобаллона.

В конденсационных термометрах насыщенные пары низкокипящих жидкостей (ацетон, например) изменяют давление при изменении температуры.

Диапазон измерений от 0 до 400⁰С.

В жидкостных термометрах термосистема заполнена хорошо расширяющейся жидкостью (ртутью, керосином, например).

Диапазон измерений от -30 до +600⁰С.

Рис. 16. Термометр манометрический

Рис. 17. Схема манометрического термометра

1 - термобаллон; 2-капилляр; 3-трубчатая пружина; 4-держатель; 5-поводок; 6-сектор (4-6-передаточный механизм).

 

Термометр сопротивления

 

Принцип действия термометра сопротивленияоснован на использовании зависимости электрического сопротивления вещества чувствительного элемента от температуры.

Рис. 18. Термометры сопротивления

а - общий вид; б – чувствительный элемент; 1-металлический чехол; 2 - термоэлемент; 3-установочный штуцер; 4-головка для присоединения к вторичному прибору; 5-слюдяной каркас; 6-обмотка из платиновой проволоки; 7-выводы.

Рис. 19. Схема терморезистора

а - стержневой (1-эмалированный цилиндр; 2-контактные колпачки; 3-выводы; 4-стеклянный изолятор; 5-металлическая фольга; 6-металлический чехол);   б - бусинковый (1-чувствительный элемент; 2-электроды; 3-выводы; 4-стеклянная оболочка).

 

Справка: терми́стор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно убывает с ростом температуры.

Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления, в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов, простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени.

Рези́стор (англ. resistor, от лат. resisto — сопротивляюсь), — пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току.

Терморезисторы изготовляют в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии. Их размеры могут варьироваться в пределах от 1—10 мкм до 1—2 см (терморезисторы — сопротивление зависит от температуры).

 

Термопара

Термопара – это спай двух разнородных металлических проводников, которые предназначены для измерения температуры рабочих объектов. Возникновение термо-эдс в термопаре объясняется тем, что при нагревании электроны на «горячем» (рабочем) спае приобретают более высокие скорости, чем на «холодном» (свободные концы, подключаемые к измерительному прибору), в результате чего возникает поток электронов от «горячего» конца к «холодному». На «холодном» конце накапливается отрицательный заряд, на «горячем» - положительный: разность этих потенциалов определяет величину термо-эдс., величина которой зависит от не только от разности температур «горячего» и «холодного» спаев, но и от материалов, образующих термопару (хромель: 89% никеля, 10% хрома, 1%железа; алюмель: 95% никеля, 5% алюминия, марганца и железа; копель: 45% никеля, 55% меди).

Термопары широко применяют для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля.

Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны.

Широкому применению термопары обязаны в первую очередь своей простоте, удобству монтажа, возможности измерения локальной температуры.

К числу достоинств термопар относятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур.

Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 2200°С) в агрессивных средах.

Термопары могут обеспечивать высокую точность измерения температуры на уровне ±0,01^°С.

Они вырабатывают на выходе термо – э.д.с. в диапазоне от микровольт до милливольт, однако требуют стабильного усиления для последующей обработки.

 

 

Таблица 3

Технические характеристики термопар

 

Тип термо- пары	Букве- нное обозна- чение НСХ*	Материал термоэлектродов	Коэффициент термоЭДС, мкв/°С (в диапазоне температур, °С)	Диапазон рабочих температур, °С	Предельная темпе- ратура при кратко- временном приме- нении, °С
положительного	отрицательного
ТЖК	J	Железо (Fe)	Сплав константен (45% Сu + 45% Ni, Mn, Fe)	50-64 (0-800)	ОТ -200 до +750
ТХА	К	Сплав хромель (90,5% Ni +9,5% Сr)	Сплав алюмель (94,5% Ni + 5,5% Al, Si, Mn, Co)	35-42 (0-1300)	от -200 до +1200
ТМК	Т	Медь (Сu)	Сплав константан (55% Си + 45% Ni, Mn, Fe)	40-60 (0-400)	от -200 до +350
ТХКн	Е	Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr)	Сплав константан (55% Сu + 45% Ni, Mn, Fe)	59-81 (0-600)	от-200 до+700
ТХК	L	Сплав хромель (90,5% Ni + 9,5% Сr)	Сплав копель (56% Си + 44% Ni}	64-88 (0-600)	от -200 до +600
ТНН	N	Сплав никросил (83,49% Ni +13,7% Сr + 1,2% Si+ 0,15% Fe + 0,05% С + 0,01% Mg)	Сплав нисил (94,98% Ni + 0,02% Сr + 4,2% Si + 0,15% Fe + 0,05% С + 0,05% Mg)	26-36 (0-1300)	от -270 до +1300
ТПП13	R	Сплав платина-родий (87%Pt + 13%Rh)	платина (Pt)	10-14 (600-1600)	от 0 до +1300
ТПП10	S	Сплав платина-родий (87% Pt — 13% Rh)	платина (Pt)	10-14 (600-1600)	от 0 до +1300
ТПР	В	Сплав платина-родий (70% Pt - 30% Rh}	Сплав платина-родий (94% Pt-6%Rh)	10-14(1000-1800)	от 600 до+1700
ТВР	А-1 А-2 А-3	Сплав вольфрам-рений (95% W - 5% Re)	Сплав вольфрам-рений (80% W-20% Re)	14-7 (1300-2500)	от 0 до +2200 от 0 до +1800 от 0 до +1800
ТСС	I	Сплав сильд	Сплав силин	-	от 0 до + 800

Примечание: НСХ — номинальные статические характеристики преобразования по международной классификации.

Термопары относятся к классу термоэлектрических преобразователей, принцип действия которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру, то в цепи протекает электрический ток. Изменение знака у температур спаев сопровождается изменением направления тока.

Рис. 22. Схема явления Зеебека

 

Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы (термо – э.д.с.), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями из различных металлов и сплавов.

Термопара может образовывать устройство (или его часть), использующее термоэлектрический эффект для измерения температуры. В сочетании с электроизмерительным прибором термопара образует термоэлектрический термометр. Измерительный прибор или электронную измерительную систему подключают либо к концам термоэлектродов, либо в разрыв одного из них.

Рис. 23 (а, б). Схема подключения термопары к измерительному прибору

 

В местах подключения проводников термопары к измерительной системе возникают дополнительные термо – э.д.с.. В результате их действия на вход измерительной системы фактически поступает сумма сигналов от рабочей термопары и от «термопар», возникших в местах подключения.

Рис. 24. Схема принципа действия термопары

 

Существуют различные способы избежать этого эффекта. Самым очевидным из них является поддержание температуры холодного спая постоянной.

Таблица 4

Типы термопар и область их применения

 

 

Тип термопары	Особенности применения
ТХА	Обладают: — наиболее близкой к прямой характеристикой. Предназначены для работы в окислительных и инертных средах
ТХК	Обладают: — наибольшей чувствительностью; — высокой термоэлектрической стабильностью при температурах до 600°С. Предназначены для работы в окислительных и инертных средах. Недостаток: высокая чувствительность к деформациям
ТПП	Обладают: — хорошей устойчивостью к газовой коррозии, особенно на воздухе при высоких температурах; — высокой надежностью при работе в вакууме (но менее стабильны в нейтральных средах). Предназначены для длительной эксплуатации в окислительных средах. Недостаток: высокая чувствительность термоэлектродов к любым загрязнениям, появившимся при изготовлении, монтаже или эксплуатации термопар
ТВР	Обладают: — возможностью длительного применения при температурах до 22О0°С в неокислительных средах; — устойчивостью в аргоне, гелии, сухом водороде и азоте. Недостаток - плохая воспроизводимость термоЭДС.
ТНН	Обладают: — высокой стабильностью термо - ЭДС (по сравнению с термопарами ТХА, ТПП, ТПР); — высокой радиационной стойкостью; — высокой стойкостью к окислению электродов. Предназначены в качестве универсального средства измерения температур в диапазоне температур 0-1230°С

 

Взависимости от конструкции иназначения различают термопары:

- погружаемые и поверхностные;

- с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки;

- обыкновенные, вибротряскоустойчивые и ударопрочные;

- стационарные и переносные и т.д.

 

На рис. 26 показан внешний вид контактного термометра, в комплект поставки которого входят термопары:

Рис. 25. Конструкции термопар

Рис. 26. Контактный термометр

 

Автоматический показывающий потенциометр

 

Предназначен для измерения температуры и других величин, изменение значений которых может быть преобразовано в сигнал постоянного тока или напряжения. Отдельные модификации приборов одновременно с измерением и сигнализацией осуществляют дистанционную передачу показаний на дублирующий прибор посредством встроенного реостатного устройства.

Рис. 27. Автоматический показывающий потенциометр

 

Автоматический одноканальный регистрирующий потенциометр

 

	Рис. 28. Автоматический одноканальный регистрирующий потенциометр
Предназначен для измерения и регистрации силы напряжения постоянного тока, а также температуры, давления, уровня, расхода и других неэлектрических величин, преобразованных в электрические сигналы напряжения и силы постоянного тока или активное сопротивление.

Термоманометры

Рис. 29. Термоманометр

Термоманометр – это комбинированный прибор для измерения давления и температуры в системах отопления, водоснабжения.

Пирометр

Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называются пирометрами.

Пирометры — приборы для бесконтактного измерения температуры тел на расстоянии от 1 до 30 м. Принцип действия пирометров основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света. Достаточно просто направить пирометр на объект измерения и нажать кнопку — температура поверхности отобразится на индикаторе. Размеры области измерения температуры пирометром зависят от оптического разрешения (показателя визирования) прибора.

Рис. 30. Пирометр

Показатель визирования — отношение диаметра пятна контроля прибора на объекте измерения к расстоянию до объекта. Выбор оптического разрешения полностью зависит от реального размера объекта и расстояния, на котором возможны данные измерения.

 

И змерение температуры

Радиационные пирометры

 

В отличие от оптических пирометров с исчезающей нитью в радиационных пирометрах используется тепловое действие полного излучения нагретого тела, включая как видимое, так и не видимое излучение.

В связи с этим радиационные пирометры называются также пирометрами полного излучения.

Положительной особенностью радиационных пирометров является то, что их можно применять также и для измерения невысоких температур, при которых объект измерения не дает видимого излучения. Возможно также измерение температуры тел, более холодных, чем окружающая среда.

В настоящее время радиационные пирометры применяются для измерения температур в диапазоне от -40 до 2500°С. Особенно удобно применение радиационных пирометров для бесконтактного измерения невысоких температур, при которых методы оптической пирометрии неприемлемы, например, для измеренияневысоких температур движущихся предметов.

Например, температуру нагрева заготовок определяют визуально или с по­мощью пирометров различных конструкций.

Визуально температуру можно определить по цвету каления.

При 600— 1300° С цвет и яркость нагретых предметов изменяются через каж­дые 50° С: цвет поверхности при нагреве от 850 до 1000° С изменяется от красного до светло-красного, затем стано­вится оранжевым, а далее желтым. Температуру по цвету, каления определяют с точностью ±50—60° С.

При слабом дневном освещении черные металлы, нагретые до различных температур, °С, имеют следующие цвета каления:

 

Темно-красный... 650	Оранжево-желтый... …1000
Вишнево-красный.. 700	Светло-желтый................1100
Светло-красный... 800	Соломенно-желтый.. ….1150
Густо- оранжевый.. 900	Белый разной яркости …1200 – 1400

 

Однако способ определения температуры нагретого металла по цвету каления не является достаточно точным и надежным. Поэтому для определения температуры ­нагрева пользуются пирометрами. Радиационный пирометр (ардометр) работает по принципу по­глощения лучистой энергии нагретого тела. Чем выше нагрев, тем

Рис. 32. Схема радиационного пирометра

больше излучается лучистой энергии. Тепловые лу­чи нагретой заготовки при помощи линзы 1 собираются в пучок и через диафрагму 2 попадают на батарею 3, состоящую из нескольких последовательно соединенных термопар, горячие спаи которых расположены на зачерненной пластинке из платиновой фольги, поглощающей тепловые лучи. В термопаре возникает элек­трический ток, который поступает на гальванометр 6, по шкале ко­торого считывают температуру тела. При замере температуры настрой­ку пирометра выполняют с помощью окуляра 5 и фильтра 4 так, чтобы тепловые лучи от нагретой заготовки собирались в фокусе объектива.

Грузопоршневой манометр

 

Грузопоршневые манометры – это приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся в цилиндре поршень.

Применяются в качестве эталона при поверке, калибровке, регулировке и градуировке:

- высокоточных датчиков давления и других средств измерений давления;

- образцовых манометров, калибраторов давления, грузопоршневых манометров и других эталонов давления.

Рис. 34. Грузопоршневой манометр

Приборы с дистанционной передачей показаний - приборы, в которых используются изменения тех или иных электрических свойств вещества (электрического сопротивления проводников, электрической емкости, возникновение электрических зарядов на поверхности кристаллических минералов и др.) под действием измеряемого давления.

 

Пружинные манометры

Пружинными называются приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается силами упругости пружины, деформация которой служит мерой давления.

Благодаря простоте конструкции и удобству пользования пружинные приборы получили широкое применение в технике.

К этой группе относятся разнообразные приборы, отличающиеся по видупружин.

Баровакуумметры

Баровакуумметры – это манометры абсолютного давления. Данные приборы используются для измерений давления независимо от колебаний атмосферного давления окружающей среды.

В соответствии с различными сферами применения и диапазонами показаний, манометры для измерений абсолютного давления изготавливаются согласно принципам измерений и формам чувствительных элементов, которые применяются в манометрах для измерения относительного давления.

Давление измеряемой среды определяется по отношению к базовому давлению, которое равняется абсолютному давлению с величиной 0 (абсолютный вакуум). Это означает, что на стороне измерительного элемента, не соприкасающейся с измеряемой средой, должно присутствовать базовое давление.

Присутствие базового давления при использовании соответствующей формы пружин достигается посредством вакууммирования и герметизации соответствующей измерительной камеры или облегающего корпуса. Передача движения измерительного элемента и индикация давления осуществляются аналогично выше описанным манометром относительного давления.

 

 

Рис. 38. Схема манометра абсолютного давления

Дифференциальные манометры

Дифференциальные манометры применяются для измерений разницы давлений.

Базовым давлением является то, которое присутствует на стороне, взятой за эталонную.

В качестве чувствительных элементов используются пружины тех же форм, что и в манометрах относительного давления. Как правило, чувствительные элементы подвергаются воздействию давления с обеих сторон. Установленная таким образом разность давлений передается с помощью стрелочного механизма непосредственно на шкалу. Если измеряемые давления одинаковы, измеряемый элемент остается неподвижным и показания прибора отсутствуют.

Защита от высоких перегрузок обеспечивается с помощью пластинчатых чувствительных элементов. При выборе манометра следует учитывать допустимое статическое (рабочее) давление, а также максимально допустимую перегрузку со стороны «+» и «-». Для преобразования деформации чувствительного элемента в показания стрелки используются принципы, аналогичные принципам действия манометров избыточного давления.

 

Рис. 39. Схема манометра дифференциального давления

 

Справка:

Сильфон (от англ. Sylphon), тонкостенная металлическая трубка или камера с гофрированной (волнообразной) боковой поверхностью. Сильфоны изготавливают из латуни, фосфористой и бериллиевой бронзы и нержавеющей стали. Наиболее широко сильфоны применяют в пневмо- и гидроавтоматике в качестве чувствительных элементов, реагирующих (расширением или сжатием, подобно пружине) на изменение давления газа или жидкости, действующего на дно сильфона (например, в датчиках температуры, давления), а также в качестве гибких соединений трубопроводов, компенсаторов температурных удлинений, упругих разделителей сред. Стенки сильфонов для работы при больших разностях давлений и в агрессивных средах изготовляют 2-, 3- и 4-слойными.

 

Визуальные уровнемеры

Рис. 40. Визуальные уровнемеры

Визуальные уровнемеры- это простейшие измерители уровня жидкости К технологическому аппарату 1 через запорные вентили 2 подсоединено указательное стекло (трубка 3). Аппарат и трубка представляют собой сообщающиеся сосуды, поэтому уровень H жидкости в трубке всегда равен ее уровню в аппарате и отсчитывается по шкале.

Рис. 41. Схема визуального уровнемера

Поплавковые уровнемеры

Чувствительный элемент поплавкового уровнемера - это поплавок, находящийся на поверхности жидкости. Поплавок 1 уравновешивается грузом 3, который связан с поплавком гибким тросом 2. Уровень жидкости определяется положением груза относительно шкалы 4. Пределы измерений устанавливают в соответствии с принятыми значениями верхних (ВУ) и нижних (НУ) уровней.

Рис. 42. Схемы поплавковых уровнемеров:

а - с плавающим поплавком;

б - с тонущим поплавком

 

 

Рис.43. Уровнемер поплавковый с тонущим поплавком

Пьезометрический уровнемер

Пьезометрические уровнемеры основаны на принципе работы гидравлического затвора (обычно, водяного). Для измерения уровня используют воздух или инертный газ, который под давлением р продувают через слой жидкости (рх - давление над жидкостью). Количество воздуха ограничивают диафрагмой 1 или регулирующими вентилями 2 так, чтобы скорость движения его в трубопроводе была минимальна (с целью уменьшения потерь на трение). Для контроля расхода воздуха устанавливают специальные стаканчики 3. Перепад давления определяется по высоте столба жидкости h в манометре.

Рис. 45. Схема пьезометрических уровнемеров для неагрессивных (а) и агрессивных (б) жидкостей

Уровнемеры ультразвуковые

Рис. 47. Уровнемер ультразвуковой

Ультразвуковой уровнемер предназначен длябесконтактного автоматическогодистанционного измерения уровня жидких сред, в том числе взрывоопасных, агрессивных, вязких, неоднородных, выпадающих в осадок, а также сыпучих материалов с диаметром гранул и кусков от 5 до 300 мм, при температуре контролируемой среды от минус 30 до плюс 120 °С. Принцип действия ультразвукового уровнемера основан на локации уровня звуковыми импульсами, проходящими через газовую среду и отражающимися от границы раздела "газ – измеряемая среда".

 

 

1, 2 - генераторы, соответственно: управляющий и импульсов; 3 - пьезоэлектрический излучатель; 4 - усилитель импульсов; 5 - измеритель времени; 6 - вторичный прибор.

Рис. 48. Схема ультразвукового уровнемера

Радиоизотопные уровнемеры

 

Такие уровнемеры применяют для измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов в закрытых емкостях. Их действие основано на поглощении гамма-лучей при прохождении через слой вещества. В радиоизотопном уровнемере источник и приемник излучения подвешены на стальных лентах, на которых они могут перемещаться в трубах по всей высоте бака. Ленты намотаны на барабан, приводимый в движение реверсивным электродвигателем. Если измерительная система (источник и приемник гамма-лучей) расположена выше уровня измеряемой среды, поглощение излучения слабое и от приемника по кабелю на блок управления будет приходить сильный сигнал. По этому сигналу электродвигатель получит команду на спуск измерительной системы. При снижении ее ниже уровня среды поглощение гамма-лучей резко увеличится, сигнал на выходе из приемника уменьшится, и электродвигатель начнет поднимать измерительную систему.

Таким образом, положение измерительной системы будет отслеживать уровень в емкости (точнее, она будет находиться в непрерывном колебании около измеряемого уровня). Это положение в виде угла поворота ролика преобразуется измерительным устройством в унифицированный сигнал — напряжение постоянного тока U.

Электрические уровнемеры

В них измеряемые значения уровня жидкости преобразуются в соответствующие электрические сигналы. Наиболее распространены емкостные и омические приборы.

Рис. 49. Схема электрических уровнемеров: а - емкостный; б - омический

Датчик

Датчик – это специальное устройство, которое преобразует контролируемую величину в выходной сигнал, удобный для передачи на расстояние и воздействия на последующие элементы автоматической системы.

Датчик, сенсор (от англ. sensor) — термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устро