Датчики-реле уровня жидкости поплавковые ДРУ-1ПМ

Датчики-реле уровня ДРУ-1ПМ – предназначены для контроля верхнего или нижнего уровня масел, дизельного топлива и других жидкостей (рис.4.118), неагрессивных по отношению к нержавеющей стали 08Х18Н10Т и сплаву 36НХТЮ.

Принцип действия основан на изменении положения поплавка под воздействием выталкивающей силы контролируемой среды. Поплавок при своем перемещении рычагом воздействует на микропереключатель, включенный в электрические цепи сигнальных и пусковых устройств. Нагрузка на контакты переключающего устройства до 2А при 250В. Вязкость контролируемой среды не более 2000 сСт, плотность 800…1200 кг/м³. Дифференциал срабатывания не более 25 мм. Рабочее давление от 0,054 до 0,2 МПа. Погрешность срабатывания не более ±12,5 мм. Температура окружающей среды от –50 до +60°С. Температура контролируемой среды от –50 до +110°С. Масса не более 1,4 кг.

Фирма Metra Sumperk s.r.o., Чехия.

Рис. 4.118. Датчик-реле уровня ДРУ-1ПМ

 

Высокоточное измерение уровня жидкости

по магнитострикционному принципу

 

Магнитострикция была обнаружена только в ферромагнитных материалах, таких как железо, никель, кобальт и сплавах. Основой принципа магнитострикции являются магнитомеханические свойства этих материалов. То есть, если ферромагнетик находится в области магнитного поля, то оно вызывает микроскопическую деформацию его молекулярной структуры, что приводит к изменению физических размеров ферромагнетика. Такое поведение объясняется существованием бесчисленного количества маленьких элементарных магнитов, из которых состоит ферромагнитный материал. Магнитострикционный эффект обуславливается совокупностью магнитных и механических свойств ферромагнитных материалов. В промышленных измерительных системах используется магнитострикционный эффект, который называется эффект Видемана. Он описывает механическую деформацию (скручивание) длинного, тонкого ферромагнитного стержня, который находится под воздействием двух магнитных полей: внешнего и внутреннего, создаваемого проводником, по которому протекает электрический ток. В датчиках линейных перемещений внешнее магнитное поле создается позиционным магнитом, которое при пересечении с концентрическим магнитным полем, создаваемым электрическим током, вызывает механическую деформацию в небольшой области измерительного элемента в форме стержня (рис.4.119). Так же, в датчиках используется так называемый, магнитоупругий эффект (или эффект Виллари). Он связан с изменением магнитных свойств ферромагнетика, например, намагниченности ферромагнитного бруска, которое вызывается продольной деформацией.

Рис. 4.119. Механическая деформация ферромагнитного стержня.

КСР датчики уровня служат для измерения уровня жидкости (рис.4.120). В основе принципа действия сенсора лежит магнитострикционный эффект. Поплавок движется по скользящей трубке и передает уровень жидкости на сенсор. В поплавке находится магнит, в скользящей трубке натянут провод 1 из магнитострикционного материала. Вокруг провода находится магнитное поле 3. При помощи короткого импульса тока создается кратковременное магнитное поле по всей длине провода. Магнитное поле провода 4 соприкасается с приводом. В головке датчика 2 на конце провода эта механическая волна преобразуется с помощью пьезокерамического преобразователя в электрический сигнал.

Момент выхода механической волны 5 и тем самым положение поплавка определяется измерением времени пробега. Простой принцип действия дает возможность применять их в различных областях. Непрерывное измерение высоты уровня не зависит от физических и химических свойств среды таких как, образование пены и пузырей, токопроводимости, давления и температуры в указанных пределах. Возможна передача сигналов на большие расстояния. Совместное измерение общего уровня и уровня раздела фаз плотности 50 кг/м³.

 

Рис. 4.120. КСР-датчик

Диапазоны применения: температура от –200°С до +200°С, давление от вакуума до 100 бар (100 кгс/см²), плотность ≥400 кг/м³. Использование коррозионностойких материалов дает возможность использования их в любой отрасли промышленности: химической, нефтехимической, газовой, фармацевтической, кораблестроительной, в водоочистительных установках и в пищевой промышленности. Имеют взрывозащищенное исполнение.

FFG-T-IS-V-L850/M950/17,2-V80/88R4/3A/35 (-Ex)

FFG-T-IS-V-L850/M950/17,2-V80R/4V/39 (-Ex)

Электрическое присоединение: корпус датчика из нержавеющей стали W 1.4301; вид защиты IP 68. Монтажное присоединение: патрубок, винтовое присоединение по DIN 11851 или другие стерильные соединения, фланец. Диаметр скользящей трубы: 17,2 мм (нержавеющая сталь 1.4435 или 1.4539, поверхность шлифованная и полированная). Поплавок: V80/88R4/3A/35 (нержавеющая сталь 1.4435, поверхность шлифованная и полированная. Предельная плотность 85%: 715 кг/м³. Номинальная плотность 50%: 1220 кг/м³. Номинальное давление: 10 бар (10 кгс/см²). Температурный диапазон: температура среды от – 45 до +125°С (стандартное исполнение), от –200 до +200°С (исполнение для высоких и низких температур среды), температура корпуса датчика от –40 до +85°С. Присоединение 2-х проводное, электропитание ═10…30 В, выходной сигнал: 4…20 mA; вид взрывозащиты Eex ib IIC; погрешность измерения < ±0,5 мм; точность <0,1 мм; погрешность аналогового блока ±0,1%.

Каталог фирмы RSR KUEBLER Niveau-Messtechnik AG «КСР – Магнитострикционные датчики уровня (высокоточные)». Германия.

 

***

 

Для предотвращения взрывов на объектах химической промышленности не применяются приборы, принцип работы которых основан на получении электрического сигнала, например: электрические уровнемеры (емкостные и омические), и достаточно дорогой и опасный радиоактивный метод.

 

4.4.2. Методы измерения уровня сыпучих материалов, применяемые в химической промышленности

Для ряда технологических процессов в химической промышлен­ности нередко возникает необходимость непрерывного измере­ния уровня сыпучих материалов в бункерах. Для этой цели наибольшее применение имеют поплавковые, электрические емко­стные, радиоизотопные, вибрационные уровнемеры, весовые,а также - микроволновые контактные и бесконтактные радарные уровнемеры (описаны ранее) [6].

Работа поплавкового уровнемера с поплавком постоянного погружения основана на поддерживающей способности сыпучего тела, выражающейся в том, что опущенный на открытую по­верхность поплавок прибора не проваливается в глубь сы­пучего материала [6], а также беспроводной интеллектуальный уровнемер.

Принципиальная схема емкостного уровнемера показана на рис.4.121. В сосуд с жидкостью или сыпучим материалом 1, уровень которой необходимо измерять, опущен электрод 2, покрытый изоляционным материа­лом. Электрод вместе со стенками сосуда образует цилиндри­ческий конденсатор, емкость которого меняется при колебаниях уровня жидкости. Величина емкости измеряется электронным блоком 3, который затем подает сигнал в блок 4, представляющий собой релейный элемент в схемах сигнализации достижения определенного уровня [3].

Емкостный метод применяют для измерения уровня песка, цемента, извести, угольной пыли в бункерах и хранилищах, а также мазута, топлива, воды, кислот, щелочей и вязких материалов.

 

 

ü Принцип действия сигнализатора уровня заключается в том, что при резонансном методе контролируемая емкость, включен­ная параллельно с индуктивностью, образует резонансный кон­тур, настроенный на резонанс питающей частоты при опреде­ленной начальной емкости преобразователя, которая соответ­ствует наличию или отсутствию контролируемого вещества на заданном уровне [3]. Изменение емкости преобразователя приводит к изменению собственной частоты контура и срыву резонанса. Емкостный сигнали­затор может быть использован для контроля в бункерах уровня сыпучих материалов, а также в резервуарах уровня воды, кислотных и щелочных растворов, нефтепродуктов, масел и других жидких сред. При заметной разнице диэлектрических проницаемостей двух сред сигнализатор может быть применен для контроля положения границы раздела этих сред.

ü Сигнализатор уровня с вибрационной вилкой применяется в различных технологических процессах во всех областях промышленности, предпочтительно на твердых сыпучих веществах. Вибрирующий элемент (вибровилка-камертон) приводится в действие пьезоэлектрическим устройством и вибрирует на своей механической резонансной частоте. Пьезоэлементы крепятся механически и вследствие этого не подлежат ограничениям по тепловому удару. При погружении вибровилки в измеряемую среду частота колебаний изменяется (рис. 4.122).Это изменение частоты улавливается встроенным генератором и преобразуется в управляющий сигнал. Типичным применением является защита от переполнения или сухого пуска. Благодаря простой и прочной измерительной системе, его работа практически не зависит от химических или физических свойств твердого вещества. Работает даже когда подвергается воздействию сильных внешних вибраций или при изменении продукта

Рис. 4.122. Вибрационный уровнемер

 

ü Весовые уровнемеры сыпучего материала применяются в тех случаях, когда подвеска бункера не вызывает конструктивных осложнений и загрузка и выгрузка сыпучего материала производятся не рывками, а равномерным потоком. В качестве преобразова­телей в этом случае могут быть использованы различные весовые устройства. Так, в качестве преобразователя предельного уровня, если бункер покоится на опорных пружинах, могут быть исполь­зованы конечные выключатели. При нагружении бункера про­исходят сжатие опорных пружин и линейное перемещение бун­кера по вертикали. Штанга, укрепленная на бункере, взаимо­действуя с конечными выключателями, обеспечивает срабатыва­ние при наполнении и опорожнении бункера. В качестве преобразователей в весовых уровнемерах могут использоваться динамические датчики и тензомеры. В этом случае измеряется давление, передаваемое на опору бункера. Это давление является функцией степени наполнения бункера материалом. В качестве преобразователей весовых уровнемеров могут также использоваться мессдозы (рис.4.123). В этом случае измеряется давление, передаваемое на опору бункера. Это давление является функцией наполнения бункера материалом [3].

 

 

 

Рис.4.123. Весовой измеритель уровня с мессдозой:

1 - мессдоза; 2 – бункер

 

Радарные и акустические уровнемеры также применяются для измерения уровня сыпучих материалов.

 

4.4.3. Беспроводной интеллектуальный преобразователь

 

Рис. 4.124. Преобразователь Rosemount 702

 

Преобразователь Rosemount 702 – беспроводной интеллектуальный полевой прибор (рис.4.124) для использования в самоорганизующейся сети информационной системы управления предприятием, обеспечивает доступ к информации, которую невозможно было получить ранее [9].

Беспроводной преобразователь дискретного сигнала Rosemount 702 предназначен для преобразования дискретных сигналов с реле давления, сигнализаторов уровня или расхода, не требующих внешнего питания, в беспроводной цифровой сигнал по протоколу WirelessHART с рабочей частотой 2,4 ГГц. Преобразователь Rosemount 702 обеспечивает надежную передачу дискретных сигналов в беспроводную самоорганизующуюся сеть и далее, через беспроводной шлюз 1420, в информационную систему. Пример типового применения преобразователя Rosemount 702 для контроля предельных уровней среды в резервуаре приведен ниже (рис. 4.125) [9].

Рис. 4.125. Пример типового применения преобразователя Rosemount 702 для контроля предельных уровней

 

 

§5. Контроль параметров качества (состава и свойств веществ)

Приборы качественного и количественного анализа

 

В ходе химико-технологических процессов происходит изме­нение химического состава перерабатываемых веществ и их свойств. Контроль этих параметров позволяет непосредственно судить о режиме процесса, так как они характеризуют качество полу­чаемых продуктов. Поэтому аналитический контроль является обязательным элементом любой системы управления химическим производством. До недавнего времени аналитический контроль в основном производился методами лабораторного анализа периодически отбираемых проб анализируемых веществ. Однако, широкое раз­витие автоматизации и особенно переход к комплексной авто­матизации химической промышленности требуют разработки ме­тодов и приборов, пригодных для автоматического выполнения анализов в технологическом потоке. В связи с этим в послед­ние годы происходит бурный рост аналитического приборо­строения. При контроле и автоматизации технологических процессов приходится анализировать главным образом жидкие и газообраз­ные вещества. При этом большое многообразие анализируемых компонентов и анализируемых смесей, находящихся в самых различных условиях, расширяют номенклатуру ана­литических приборов.

В общем случае под анализом состава веществ понимается определение их элементного, функционального, молекулярного или группового состава. В ряде случаев оказывается необходимым определять фазовый состав среды.

К числу физико-химических свойств веществ, автоматический контроль которых осуществляется в химико-технологических процессах, отно­сятся плотность, вязкость, коэффициент преломления, давление на­сыщенных паров, теплота сгорания, влажность.

 

5.1. Определение молекулярного состава

 

Определение состава и концентрации веществ осуществляется анализаторами и концентратомерами (масс-спектрометрами, инфракрасными спектрометрами, хроматографами, суммарниками).

При контроле химико-технологических процессов чаще всего возникает необходимость в определении молекулярного состава. Задачи анализа веществ бывают связаны с определением содержа­ния как одного какого-либо компонента анализируемой смеси, так и двух и более ее компонентов. Приборы для определения состава называются анализаторами. Анализаторы, рассчитанные на определение содержания только одного компонента в смеси, называют иногда также концентратомерами. Строго говоря, состав веществ характеризуется числом частиц отдельных компонентов пробы и может быть выражен также числом молей (грамм-молекул), массами компонентов в граммах или других единицах массы. Однако для практических целей состав выражают с помощью концентраций компонентов С, под которыми понимают отношение количества m определяемого компонента в пробе к общему количеству пробы М:

С=m/M

Величины m и М могут быть одинаковых или разных размер­ностей и находятся в определенной связи с числами частиц ком­понентов.

Наибольшее распространение имеют следующие выражения концентрации С:

а) для жидкостей — мг/см³; г/см³; % весовые;

б) для газов — мг/м³; г/м³; % объемные.

 

5.1.1. Масс-спектрометры

 

Основой масс-спектрометрического анализа является принцип разделения ионов анализируемого вещества по их массе. Существует несколько типов приборов этого класса (времяпролетные, квадрупольные, отклоняющие), однако для всех этих приборов характерны общие технические решения (рис.5.1). Масс-спектрометр представляет собой замкнутую вакуумную систему. Для подачи анализируемого вещества в прибор используется натекатель, далее молекулы газа попадают в область ионизатора, после чего разгоняются электрическим полем, и попадают в селектор (разный по принципу действия у разных приборов), после чего ионы вещества определенной массы попадают на мишень (датчик преобразующий данные о количестве попавших на него ионов в электрическую энергию). Ионы, не попавшие на мишень, затягиваются электровакуумным насосом.

 

 

 

 

Рис. 5.1. Схема масс-спектрометра: 1 – ионный источник, 2, 4 – щелевые диафрагмы, 3 – область однородных и постоянных электрического и магнитного полей (силовые линии электрического поля направлены вдоль плоскости рисунка и показаны стрелками, область магнитного поля показана штриховкой, его силовые линии перпендикулярны плоскости рисунка), 5 – область однородного и постоянного магнитного поля (силовые линии перпендикулярны плоскости рисунка), 6 – траектория иона, 7 – детектор

 

Хроматографы

 

Сейчас на рынке геофизического оборудования преобладают современные модели хроматографов, такие как «Геопласт 04», ХГ 1ГМ, ГХ 01П, «Хромопласт». Принцип их действия основан на свойстве материала, называемого сорбентом, удерживать флюидные (подвижные, газообразные) вещества. Сила захвата флюида сорбентом зависит от молекулярного строения флюида и уникальна для каждого вещества. При прохождении фиксированной дозы газообразной смеси через сорбент, помещенный в колонку (трубку), время выхода каждого вещества из колонки будет различным в зависимости от силы удержания данного флюида сорбентом. Разделенная на компоненты газовая смесь воздействует на детектор, установленный на выходе из колонки. Этот детектор позволяет преобразовывать количественное содержание горючего флюида в электрический сигнал. Различные флюиды поступают на детектор в разное, заранее известное для каждого флюида время (благодаря свойству покомпонентного разделения анализируемой смеси хроматографической колонкой), что позволяет произвести не только количественный, но и качественный анализ. Аналоговый сигнал с детектора преобразуется в цифровую форму, после чего передается и обсчитывается в ПК.

 

Хроматограф GC1000 Mark II

Хроматограф GC1000 MARK II может анализировать пробы газа и жидкостей с температурами кипения до 450°С (рис.5.2). ЖК-дисплей хроматографа и возможность дистанционного техобслуживания через персональный компьютер значительно облегчают эксплуатацию данного прибора. Предусмотрена автоматическая калибровка, имеются разнообразные функции самодиагностики, в т.ч. показатель времени замены колонок, а также автоматическое переключение коэффициента усиления.

 

 

Рис.5.2. Хроматограф GC1000 Mark II

 

Измеряемая среда: газ или жидкость. Используемые типы детекторов TCD, FID, FPD, Метанатор. Пределы измерений: TCD: 10 ррm…100%; FID: 1 ррm…100%; FPD: 1ррm…0,1% (степень растворения кислорода). Максимальное количество измеряемых потоков 31. Максимальное количество измеряемых компонентов 255 (см. табл. 5.1-5.3). Воспроизводимость ±1% шкалы. Параметры окружающей среды: температура: -10…50°С; влажность: < 95%. Параметры сжатого воздуха: давление 350…900 кПа (без холодильника); 500…900 кПа (с холодильником); расход: 100…300 л/мин;

точка росы < -20 °С (с холодильником).

Параметры газа – носителя

тип: один или два из Н₂, N₂, He, Аг;

давление: 500…700 кПа;

расход: 60…300 мл/мин;

минимальная чистота:99,99%.

Выходы

аналоговый: 4…20мА (36 точек);

порт связи: RS422/RS232;

реле сигнализации: 8;

пневматические выходы к вентилям системы отбора проб: 8.

Питание 220 В/ 50 Гц.