Technické prostriedky automatizácie

Transcript

1 Technické prostriedky automatizácie Meranie procesných veličín M. Bakošová a M. Fikar Oddelenie informatizácie a riadenia procesov Ústav informatizácie, automatizácie a matematiky FCHPT STU v Bratislave 2009/2010

2 Obsah Meranie hladiny Meranie teploty Meranie tlaku Meranie prietoku a množstva

3 Meranie procesných veličín T teplota, P tlak, F prietok, L hladina

4 Meranie hladiny Plavákové Rádiometricky Kapacitné Ultrazvukom Konduktívne Mikrovlnne Hydrostaticky Vibráciou Pozornost na: tlakové pomery (otvorené/uzavreté nádoby), kontinuálnost /polohovost, fyzikálne vlastnosti média (korozívnost, agresívnost, možnosti výbuchu, teplota tuhnutia), prevádzkové podmienky (penenie, vlnenie hladiny, teplota)

5 Plavákové meranie hladiny

6 Meranie hladiny ponorným telesom

7 Kapacitné meranie hladiny Kapacita ja závislá od plochy platní, vzdialenosti platní od seba, druhu a chovania sa materiálu Elektricky vodivá kvapalina: izolovaná tyč kvapalina Elektricky nevodivá kvapalina: holá kovová tyč kovová stena Zmena kapacity vyvoláva merací signál úmerný výške hladiny Použitie: kvapaliny a sypané látky, robustné, rôzne tlaky, teploty, aj v oblastiach s nebezpečím explózie

8 Kapacitné meranie hladiny

9 Hydrostatické meranie hladiny Meranie tlaku stĺpca kvapaliny, alebo rozdielov tlaku pre uzavreté nádrže ρ Použitie: kvapaliny a 2 viskózne médiá, nezávislé od tvorby peny a meniacich sa elektrických vlastností média Príklad pre kondenzujúcu kvapalinu ρ p ρ n ρ 1 ρ 1 h H h 0 h

10 Rádiometrické meranie hladiny Rádioaktívny zdroj žiarenia (kobalt 60, cézium 137) vysiela gama žiarenie, ktoré zachytáva detektor na protil ahlej stene a premieňa ho na elektrický signál Zväčšujúce sa množstvo materiálu zoslabuje žiarenie Použitie: extrémne podmienky (teplota, tlak, agresivita, usadeniny Tento istý princíp sa uplatňuje pri meraní plošnej hmotnosti

11 Rádiometrické meranie hladiny schéma

12 Ultrazvukové meranie hladiny Meranie času prebehnutia zvuku, ktorý je odrazený na hladine naplnenej nádrže. Tento čas sa prepočíta na výšku hladiny Teplotné vplyvy sú kompenzované teplotným čidlom Automatické úprava frekvencie pri tvorbe usadenín na čidle Použitie: Pri premenlivých vlastnostiach produktu (hustota, vodivost ), kvapaliny a sypané látky, agresívne a abrazívne látky, bez styku produktu s čidlom

13 Ultrazvukové meranie hladiny schéma t G U S

14 Meranie teploty Dilatačné a bimetalové teplomery Kvapalinové teplomery Odporové teplomery Termočlánky

15 Dilatačné a bimetalové teplomery Princíp: zmena relatívnej dĺžkovej rozt ažnosti dvoch materiálov pri zmene teploty L Princíp: Nerovnaká dĺžková rozt ažnost dvoch kovových doštičiek po celej dĺžke spojených d 1 d2 mθ L 1 L

16 Kvapalinový teplomer Kvapalina v sklenenej rúrke, nárast teploty zmena rozt ažnosti Rozsahy: ortut (vákuum): -60/280 C ortut (plyn): -30/750 C pentán: -200/20 C alkohol: -110/100 C

17 Elektrické odporové teplomery Princíp: zmena hodnoty ohmického odporu kovových vodičov pri zmene teploty. U vodičov stúpa so zvyšujúcou sa teplotou, u polovodičov, elektrolytov a uhlíka klesá. Potrebujú dodávat napätie Najčastejšie platina (Pt100) Navinuté na doštičkách z tvrdého papiera alebo v keramickom valčeku s kanálikmi Umiestňujú sa do ochrannej trubice Výhody: presnost, Nevýhody: dlhšie časové konštanty

18 Termočlánky Princíp: Ak dokonale spojíme dva rôzne kovové vodiče a ich spoj má inú teplotu, ako ich vol né konce, vzniká na vol ných koncoch napätie. Tvorí ho obyčajne dvojkov, ochranné puzdro a pripájacia hlava. PtRh-Pt, Cu-CuNi, Fe-CuNi, NiCr-Ni merací bod, 2 termočlánok, 3 kompenzačné vedenie, 4 porovnávací spoj, 5 vyrovnávací odpor, 6 spojovacie vedenie, 7 merací prístroj (milivoltmeter)

19 Meranie tlaku Absolútny tlak, pretlak, tlakový rozdiel jednotka : Pa = N/m 2 tlakomery: kvapalinové, piestové, deformačné, elektrické

20 Kvapalinové tlakomery U manometer Nádobkový tlakomer

21 Piestové tlakomery Presné meranie vysokých tlakov. Využíva fakt, že tlak je sila pôsobiaca na plochu 1 piest, 2 upchávka, 3 tlaková nádoba, 4 elektromotor (otáčanie piestu), 5 závažie, 6 rozsahové pružiny, 7 prevod, 8 vysielač

22 Deformačné tlakomery Princíp: pružná deformácia tlakomerného prvku pri pôsobení meraného tlaku Výhody: malý rozmer, malá hmotnost, široký merací rozsah, vysoká citlivost, konštrukčná jednoduchost. Nevýhody: v trvalej prevádzke vzniká trvalá deformácia, malá výchylka meracieho systému Typy: trubicové, membránové, vlnovcové, krabicové

23 Deformačné tlakomery a b c P P P y y y membrána vlnovec Bourdonova trubica

24 Elektrické tlakomery Odporové Kapacitné Piezoelektrické

25 Meranie prietoku a množstva Prietok: množstvo látky, ktoré preteká daným prierezom za jednotku času. Rozlišujeme prietoky hmotnostné a objemové. Prietokomery: objemové rýchlostné prierezové plavákové magnetické

26 Objemové prietokomery Bubnové meradlá prietoku kvapalín a plynov

27 Rýchlostné prietokomery Merajú okamžitú rýchlost prúdenia pretekajúcej látky. Delíme ich na rýchlostné sondy (merajú rýchlost prúdenia na základe premeny kinetickej energie na tlakovú) žeravené anemometre (merajú rýchlost prúdenia na základe intenzity ochladzovania žeraveného drôtika)

28 Prierezové prietokomery Najrozšírenejšie v priemysle. Prietok sa meria nepriamo meraním tlakového spádu na škrtiacom orgáne. Tlakový rozdiel (diferenciálny tlak) je meradlom prietoku. Typy: clona, dýza, Venturiho trubica

29 Tvary škrtiacich prvkov clona dýza Venturiho trubica

30 Plavákové prietokomery (Rotametre) Dmax Zvislá kužel ová trubica so zväčšujúcim sa prierezom a s rotačným telieskom nadnášaným pretekajúcou látkou D d L Dmin