Измерение давления, уровня.

1.8.1 Классификация приборов для измерения давления.

       Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей усилия к площади, на которую действует усилие.

       В зависимости от природы контролируемого процесса нас интересует абсолютное давление Р_а или избыточное Р_и. При измерении Р_а за начало отсчета принимается нулевое давление, которое можно себе представить как давление внутри сосуда после полной откачки воздуха. Естественно, достигнуть Р_а = 0 невозможно.

       Абсолютное давление атмосферы - давление, оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней пределы.

       Избыточное давление представляет собой разность между абсолютным и барометрическим давлениями:

Р_и = Р_а - Р_бар

Если Р_абс < Р_бар, то Р_и называется давлением разряжения.

 

       Классификация приборов для измерения давления:

I. По принципу действия:

1) жидкостные (основанные на уравновешивании давления столбом жидкости);

2) поршневые (измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень);

3) пружинные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента);

4) электрические (основанные на преобразовании давления в какую-либо электрическую величину).

II. По роду измеряемой величины:

1) манометры (измерение избыточного давления);

2) вакуумметры (измерение давления разряжения);

3) мановакуумметры (измерение как избыточного давления, так и давления разряжения);

4) напорометры (для измерения малых избыточных давлений);

5) тягомеры (для измерения малых давлений разряжения);

6) тягонапорометры;

7) дифманометры (для измерения разности давлений);

8) барометры (для измерения барометрического давления).

       1.8.2 Жидкостные манометры.

                   Широко применяются в качестве образцовых приборов для лабораторных и технических измерений. В качестве рабочей жидкости используется спирт, вода, ртуть, масла.

                   Двухтрубный манометр представляет из себя U-образную трубку, заполненную затворной жидкостью.

 

       1.8.3 Чашечные манометры и дифманометры.

Н

       Чашечный (однотрубный) манометр является разновидностью U-образного трубного манометра, у которого одна из трубок заменена сосудом большого диаметра (чашкой). Измеряется давление Р_а, действующее на жидкость в широком сосуде, а открытый конец трубки совмещен с атмосферой.

       Уравнение равновесия:               Р = r g (h + H).

 

       Чашечные и трубные манометры применяются для тарировки и поверки рабочих приборов, реже - в качестве рабочих приборов.

       1.8.4 Микроманометры.

       Применяются для измерения давлений, меньших 100 - 200 мм водяного столба. Представляют из себя жидкостной манометр с наклоненной по углом 20…50° трубкой.

h = L^.sin(a) - высота поднятия уровня жидкости в узкой трубке,

P = r^.g^.h - измеренное давление.

       Погрешность: ± 1,5 %.

       1.8.5 Пружинные манометры.

       Состоят из трубчатой пружины 1 с поводком, зубчатого сектора 3 и шестерни 4 с прикрепленной к ней стрелкой 2.

       При увеличении давления трубчатая пружина стремится разогнуться, в результате чего она через поводок начинает взаимодействовать на зубчатый сектор, отклоняя стрелку.

 

 

       1.8.6 Электрические манометры.

      

 Преобразователи давления типа "Сапфир".

       Эти манометры обеспечивают непрерывное преобразование значение измеряемого параметра (давления избыточного, абсолютного, разряжения, разности давлений нейтральных и агрессивных сред) в унифицированный токовый сигнал для дистанционной передачи (0 - 5 мА, 0 - 20 мА и др.).

       Преобразователи разности давлений могут использоваться для преобразования значений уровня жидкости или расхода в унифицированный сигнал.

       Тензопреобразователь 4 мембранно-рычажного типа размещен внутри основания 9 в замкнутой полости 11, заполненной кремний-органической жидкостью, и отделен от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами 8. Мембраны 8 приварены по наружному контуру к основанию 9 и соединены между собой центральным штоком 6, который связан с концом рычага тензопреобразователя 4 с помощью тяги 5. Фланцы 10 уплотнены прокладками 3. Плюсовой фланец с открытой мембраной служит для монтажа преобразователя непосредственно на технологической емкости. Воздействие измеряемого давления вызывает прогиб мембран 8, изгиб мембраны тензопреобразователя 4 и изменение сопротивления тензорезисторов.

       Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира (разновидность корунда - Al₂O₃) с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС - кремний на сапфире).

       Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 1 по проводам через гермоввод 2. Измерительный блок выдерживает без разрушения воздействие односторонней перегрузки рабочим избыточным давлением. Это обеспечивается тем, что при такой перегрузке одна из мембран 8 ложится на профилированную поверхность основания 9

1.10. Методы и приборы для измерения уровня.

       1.10.1 Методы измерения уровня.

       В общем объеме измерительных операций в нефтепереработке, нефтехимии и газовой промышленности измерение уровня составляет 18 - 20 %.

       По измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной поверхности, принятой за начало отсчета. Приборы, выполняющие эту задачу, называются уровнемерами.

       Методы измерения уровня:

1) поплавковый,

2) буйковый,

3) гидростатический,

электрические и др.

 

       1.10.2 Поплавковый метод измерения уровня.

       Поплавковый уровнемер построен по принципу использования выталкивающей силы жидкости. Чувствительный элемент представляет собой тело произвольной формы (поплавок), плавающий на поверхности жидкости и имеющий постоянную осадку. Поплавок перемещается вертикально вместе с уровнем жидкости и текущее значение уровня определяется фиксацией положения поплавка.

 

       1.10.3 Буйковые уровнемеры.

       Действие буйкового уровнемера основано на законе Архимеда. Чувствительный элемент буйкового уровнемера - буй - массивное тело, подвешенное вертикально внутри сосуда, уровень жидкости в котором контролируется. По мере изменения уровня жидкости изменяется погружение буя вследствии компенсации выталкивающей силы жидкости изменением усилия в подвеске.

       Таким образом, по величине погружения буя судят об уровне жидкости в сосуде. Характеристика буйкового уровнемера линейная, а чувствительность тем больше, чем больше площадь поперечного сечения буя.

 

       1.10.4 Гидростатические уровнемеры.

Р

       В этих приборах измерение уровня жидкости постоянной плотности сводится к измерению давления, созданного столбом жидкости Р = r_ж g h.

       Различают пьезометрические уровнемеры и уровнемеры с непосредственным измерением столба жидкости.

       Пьезометрические уровнемеры применяются для измерения уровня самых разнообразных, в том числе вязких и агрессивных жидкостей.

       Воздух из пьезометрической трубки 1 барботирует через слой жидкости. Количество воздуха, подаваемого под давлением, ограничивается дросселем 3 таким образом, чтобы скорость движения его в трубопроводе была минимально возможной. Уровень жидкости определяется по разности давления в дифманометре 2.

 

5.4 Измерение физико-химического состава воды и воздуха

 

Для определения качества питьевых, природных и сточных вод требуется проведение большого количества разнотипных анализов — химических, физико-химических, санитарно-бактериологических. Набор столь разнохарактерных определений обусловлен сложностью состава примесей воды и большим разнообразием целей, для которых выполняется анализ. Многие показатели, такие, как окисляемость, сухой остаток, прозрачность и т.д., характеризуют наличие в воде примесей, различных и по своей природе, и по степени дисперсности. Другие показатели оценивают содержание в воде индивидуальных веществ. При оценке питьевых, природных и сточных вод есть показатели, общие для всех категорий воды, но есть и специфические, необходимые для характеристики той или иной воды. Основными задачами, решаемыми на основе анализов, являются: оценка санитарно-токсикологического состояния воды; определение пригодности воды для конкретного вида потребления; определение степени и характера загрязненности воды; выявление возможности применения тех или иных методов очистки воды; управление процессами очистки воды и контроль работы сооружений;

В настоящее время физико-химические методы анализа находят широкое применение при проведении научных исследований, при контроле и управлении производственными процессами, а также качеством окружающей природной среды. Управление качеством окружающей природной среды основано на рационально построенной системе химико-аналитического контроля состояния биосферы в целом и отдельных ее компонентов — атмосферы, гидросферы и литосферы. Исчерпывающая информация о химическом составе атмосферного воздуха, природных вод, почв возможна лишь при использовании регистрирующих, сигнализирующих приборов и систем, зачастую являющихся сложными электрическими или электронными системами. Поэтому в современной аналитической химии все шире используются физические и физико-химические (инструментальные) методы анализа и исследования. Использование физических методов анализа и исследования основано на применении разнообразных прецизионных физических приборов. Физические методы определения основываются на изучении свойств или измерении физических констант исследуемого вещества, например эмиссионных спектров поглощения, электро- и теплопроводности, потенциала электронa, погруженного в раствор, диэлектрической проницаемости, показателя преломления, электронного или ядерного магнитного резонанса, радиоактивности и т.п. Физико-химические методы анализа основаны на использовании химических реакций, протекание которых сопровождается изменением физических свойств анализируемой системы, например ее цвета, интенсивности окраски, прозрачности, флуоресценции, величины электро- и теплопроводности и др. Все подобные методы объединяют под общим названием "физико-химические методы". Сущность физико-химических методов анализа сводится к изучению соотношений между составом и свойствами исследуемых систем. Различают прямые и косвенные физико-химические методы анализа. В прямых методах данные свойства являются критерием содержания определяемого вещества. Прямые методы основаны на изучении диаграмм «состав - свойство». В косвенных методах используется данное свойство определяемого вещества с реактивом точно известной концентрации, например процесс нейтрализации при потенциометрическом титровании кислоты щелочью. Широкое развитие и применение физико-химических методов анализа связано с тем, что они обладают рядом преимуществ по сравнению с химическими методами: более высокой чувствительностью (до 10"* — 1010 моль/л, в то время как химическими методами можно определять концентрацию веществ только до 105 моль/л); большой селективностью; экспрессностью — легкостью осуществления автоматизации непрерывного контроля технологических и исследовательских процессов; возможностью анализа малых и ультрамалых количеств вещества.