Автоматизация технологических процессов и производств

Факультет Информационных технологий и управления

Кафедра Автоматизации процессов химической промышленности

Санкт-Петербург

Оглавление

Лекции. 8

Тема 1. Введение ([1], Введение) 8

Измерения параметров производств с непрерывным и дискретным характером технологических процессов. 9

Государственная система промышленных. 15

приборов и средств ([2], Глава 1) 15

1.1. Назначение и принципы построения. 15

1.2. Структура. 18

1.3. Информационные связи. 20

1.4. Измерительные преобразователи. 21

1.5. Управляющие и корректирующие элементы.. 23

1.6. Исполнительные механизмы и регулирующие органы.. 24

1.7. Агрегатирование — основа систематического подхода к созданию современной электроизмерительной аппаратуры.. 25

1.8. Структура и состав агрегатного комплекса средств электроизмерительной техники 27

Контрольные вопросы.. 29

Тема 2. Основные положения теории измерений. Метрологические характеристики средств измерений и их нормирование (4 часа) 30

Метрология. Основные понятия в области метрологии ([3], п.1) 30

1.1. Основные понятия и определения. 31

1.2. Измерение. Измеряемые величины.. 31

1.3. Физическая величина. Единица физической величины.. 36

1.4. Системы единиц физических величин. 37

1.5. Размер величины. Значение величины.. 40

1.6. Размерность физических величин. 41

1.7. Измерительное преобразование. 41

1.8. Вид измерений. 42

1.9. Методы и средства измерений. 42

1.10. Меры.. 43

1.11. Эталоны единиц физических величин. Образцовые средства. 43

измерений. 43

1.12. Точность измерений. 44

1.13. Погрешность измерений. 44

Основные сведения об измерениях ([1], Глава 1) 45

§ 1.3. Методы измерений. 45

Тема 3. Средства измерений. Оценка точности рабочих средств измерений (4 часа). 51

Средства измерений ([3], п.3) 51

3.1.Классификация средств измерений. 51

3.2. Меры и наборы мер. 52

3.3. Измерительные преобразователи. 53

3.4.Измерительные приборы.. 56

3.5. Измерительные установки и системы.. 65

3.6. Метрологические характеристики средств измерений. 65

3.7. Погрешности средств измерений. 74

3.8. Нормирование метрологических характеристик средств измерений. 80

Контрольные вопросы.. 81

Тема 4. Общие вопросы измерения неэлектрических величин (2 часа) 82

Общие вопросы измерения неэлектрических. 82

величии ([2], Глава 6) 82

6.1. Методы измерений. 82

6.2. Общие свойства и классификация измерительных. 83

преобразователей. 83

6.3. Электромагнитные измерительные преобразователи. 86

6.4. Тепловые измерительные преобразователи. 92

Общие сведения. 92

Контрольные вопросы.. 96

Тема 5. Принципы построения измерительных механизмов электрических приборов ([1], п.6.6, 6.8) (2 часа) 97

6.6.Средства измерений сигналов термоэлектрических. 97

термометров. 97

6.8. Средства измеренмйг работающие в комплекте с термопреобразователями сопротивления 108

Тема 6. Измерение температуры (4 часа) 117

Измерение температуры ([2], Глава 18) 117

18.1. Общие сведения. 117

18.2. Температурные шкалы и единицы измерения. 118

18.3. Контактная термометрия. 121

18.3.1.Механические контактные термометры.. 121

18.3.2. Жидкостные термометры.. 124

18.4. Электрические контактные термометры.. 128

18.4.1. Термометры сопротивления. 128

18.4.2. Термоэлектрические термометры (термопары) 134

Контрольные вопросы.. 140

Тема 7. Измерение давления (2 часа) 141

Измерения давления ([1], Глава 4) 141

§4.1. Общие сведения. 141

§ 4.2 Жидкостные средства измерений давления с гидростатическим уравновешиванием 143

§ 4.3. Чувствительные элементы деформационных средств измерений давления. 147

§ 4.4. Деформационные приборы для измерения давления. 151

§ 4.6. Деформационные измерительные преобразователи давления, основанные на методе уравновешивающего преобразования. 163

Контрольные вопросы.. 164

Тема 8. Измерение уровня (2 часа) 165

Измерения уровня ([1], Глава 8) 165

§ 8.1. Общие сведения. 165

§ 8.2. Визуальные средства измерений уровня. 165

§ 8.3. Поплавковые средства измерений уровня. 166

§ 8.4. Буйковые средства измерений уровня. 168

§ 8.5. Гидростатические средства измерений уровня. 170

§ 8.6. Электрические средства измерений уровня. 176

§ 8, 7. Акустические средства измерений уровня. 178

Тема 9. Измерение вязкости (2 часа) 181

Средства измерений вязкости жидкостей ([1], п. 10.3) 181

Тема 10. Измерение концентрации растворов (2 часа) 186

Измерения концентрации ([1], Глава 11) 186

§ 11.1. Теоретические основы анализа состава бинарных и псевдобинарных смесей жидкостей и газов. 186

§ 11.2. Термокондуктометрические газоанализаторы.. 189

§ 11.3. Диффузионные газоанализаторы.. 192

§ 11.4. Магнитные газоанализаторы.. 194

§ 11.5. Сорбционные газоанализаторы.. 196

§ 11.6. Испарительные и конденсационные анализаторы.. 198

§ 11.7. Диэлькометрические анализаторы.. 201

§ 11.8. Оптические анализаторы, в работе которых используется излучение видимой части спектра 203

§ 11.9. Абсорбционные ультрафиолетовые и инфракрасные анализаторы.. 209

§ 11.10. Ионизационные газоанализаторы.. 212

§ 11.11. Термохимические анализаторы.. 214

§ 11.12. Электрокондуктометрические анализаторы.. 220

§ 11.13. Потенциометрические анализаторы.. 226

§ 11.14. Электролизные анализаторы.. 236

§ 11.16. Хемилюминесцентные газоанализаторы.. 241

§ 11.17. Системы автоматического контроля загрязнений окружающей среды.. 242

Тема 11. Измерение расхода и количества веществ (2 часа). 245

Измерение количества и расхода жидкости, 245

газа и пара ([1], Глава 7) 245

§ 7.1. Общие сведения. 245

§ 7.2. Объемные счетчики. 246

§ 7.3. Скоростные счетчики. 248

§ 7.4. Расходомеры переменного перепада давления (дроссельные расходомеры) 250

§ 7.5. Расходомеры обтекания. 267

§ 7.6. Расходомеры переменного уровня. 271

§ 7.7. Электромагнитные расходомеры.. 273

§ 7.8. Тепловые расходомеры.. 276

Тема 12. Приборы аналитического контроля (2 часа) 280

Качество сырья и продукции химико-технологических. 280

процессов и общие сведения о методах и средствах его автоматического контроля ([1], Глава 9) 280

9.1. Характеристики, определяющие качество сырья и продукции химико-технологических процессов. 280

9.2. Значение автоматического контроля качества сырья и продукции химико-технологических процессов. 283

9.3. Общие сведения о методах и средствах автоматического контроля качества продукции химико-технологических процессов. 284

9.4. Структурные схемы и сигналы автоматических анализаторов. 288

9.5. Способы подключения автоматических анализаторов и технологическим потокам 290

9.6. Агрегатный комплекс средств аналитической техники. 292

Тема 13. Хроматография (2 часа). 294

§ 12.3. Хроматографические методы и средства автоматического анализа состава ([1], Глава 12) 294

Тема 14. Информационно-измерительные системы (2 часа) 308

Информационные измерительные системы ([2], Глава 23) 308

23.1. Средства измерений как система. 308

23.2. Измерительная информация. 310

23.3. Единицы измерения информации. 312

23.4. Кодирование чисел. 314

23.5. Количество информации при измерениях. 317

23.6. Формы представления информации при измерениях. 318

23.7. Классификация сигналов. 319

23.8. Графическое изображение передачи сигналов. 323

Контрольные вопросы.. 326

Практические занятия (семинары) 327

Тема 1. Структура ГСП. 327

Тема 2. Основные положения теории измерений. Метрологические характеристики средств измерений и их нормирование. Средства измерений. 328

Тема 3. Измерение температуры.. 329

Темы занятия: 329

1.Принципы измерение температур. Температурные шкалы. 329

2. Термометры расширения. 330

3. Манометрические термометры. 332

4. Термопреобразователи сопротивления. 333

Промышленные термопреобразователи сопротивления. 334

5. Приборы, работающие в комплекте с термопреобразователями сопротивления. 335

Неравновесные мосты. 335

Логометры. 335

Равновесные мосты. 336

Схема автоматического моста. 337

6. Термоэлектрические преобразователи. 338

Стандартные термоэлектрические преобразователи. 340

Приборы, работающие в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. 340

7.Пирометры излучения. 341

Принципиальные схемы пирометров. 343

Тема 4. Измерение давления. 346

Темы сообщений. 346

1.Классификация. 346

2. Жидкостные манометры. 346

2.1. Двухтрубный U-образный манометр. 347

2.2. Чашечный однотрубный манометр. 347

2.3. Микроманометр с наклонной трубкой. 347

2.4. Кольцевые манометры. 348

2.5. Колокольные манометры. 348

3. Деформационные манометры. 348

3.1.Плоские мембраны. 349

3.2. Гофрированные мембраны. 349

3.4. Трубчатые пружины. 350

Тема 5. Измерение уровня. 352

Темы докладов: 352

Тема 6. Измерение вязкости. 353

Темы занятия. 353

1. Основные определения. 353

2. Капиллярные вискозиметры. 353

3. Ротационные вискозиметры. 354

4. Вискозиметры с падающим шариком. 355

5. Вибрационные вискозиметры. 356

Тема 7. Измерение расхода и количества веществ. 359

1. Расходомеры переменного перепада давления. 359

2. Стандартные сужающие устройства. 361

Особые случаи измерения расхода методом переменного перепада. 362

3. Правила монтажа расходомеров. 363

4. Расходомеры обтекания. 364

5.Расходомеры скоростного напора. 366

6. Расходомеры переменного уровня. 367

7. Вихревые расходомеры. 369

8. Электромагнитные (индукционные) расходомеры. 369

9. Ультразвуковые расходомеры. 370

10. Массовые расходомеры. Кориолисовый расходомер. 372

Тема 8. Приборы аналитического контроля. Измерение концентрации растворов 374

Методы и приборы для измерения состава и свойств веществ. 374

1. Кондуктометрия. 374

1.1. Ионометрические анализаторы. 374

1.2. Измерительные электроды. 375

1.3.рН-метры. 377

1.4. Электрокондуктометрические анализаторы. 378

1.5. Измерительные схемы ЭКМ анализаторов. 379

1.6. Низкочастотная безэлектродная кондуктометрия. 380

1.7. Высокочастотная безэлектродная кондуктометрия. 381

1.8. Индуктивные ячейки. 382

2. Газовый анализ. 385

2.1. Механические газоанализаторы. 385

2.2. Термокондуктометрические газоанализаторы. 385

2.3. Термохимические газоанализаторы. 387

2.4. Магнитные газоанализаторы. 387

2.5. Оптические газоанализаторы. 390

2.6. Фотоколориметрические газоанализаторы. 391

Тема 9. Хроматография. 393

Темы занятия. 393

1.Газовая хроматография. 393

1.1 Фронтальный метод. 393

1.2. Вытеснительный метод. 393

1.3. Проявительный метод. 394

1.3. Вакантохроматографический метод. 394

1.4. Сорбционно-спектральный метод. 394

2. Аппаратурное оформление процесса хроматографии. 395

2.1.Хроматографическая колонка. 396

2.2. Хроматографический детектор. 397

1. Термокондуктометрический метод. 397

2. Пламенно-ионизационный детектор. 397

3. Термоионный детектор. 397

4. Плазменно-фотометрический детектор. 397

5. Электронно-захватный датчик. 398

3.Способы расшифровки хроматографии. 398

4. Конструкция хроматографа. 399

4.1. Состав. 399

4.2. Система управления: 399

4.3. Система регистрации: 400

Тема 10. Информационно-измерительные системы.. 401

Лабораторные работы.. 402

Самостоятельная работа. 403

Тестовые задания и задания по текущему контролю.. 405

Зачет и экзамен. 407

Литература. 409

Лекции

Тема 1. Введение ([1], Введение)

Структура систем автоматизации, технологические объекты управления как источники измерительной информации. Технические измерения в АСУ ТП. Основные направления развития технических измерений и обеспечение промышленных производств и научных исследований необходимыми средствами измерений. Назначение и принцип построения ГСП.

С различными измерениями человек сталкивается с момента своего рождения всю жизнь, осуществляя их самостоятельно или наблю­дая за выполнением измерений. Достаточно вспомнить как часто приходится использовать стеклянные термометры, линейки, весы и др. Всем известно понятие «мерить» («измерять»). Под ним в быту понимают определенную операцию, которая без труда выполняется с помощью названных приборов. В настоящее время простейшие измерения осуществляются уже учениками младших классов шко­лы. Наряду с этим современные фундаментальные научные иссле­дования требуют проведения сложнейших измерений, постановку и выполнение которых осуществляют целые научные организации, располагающие специалистами высшей квалификации, В то же время общей для указанных и всех других измерений является осуществляемая при каждом измерении экспериментальная опера­ция, состоящая в сравнении измеряемой физической величины с од­ноименной ей величиной, принятой за единицу. Целью такого срав­нения является определение количественной оценки (значения) из­меряемой величины в виде определенного числа принятых для нее единиц. За внешней простотой указанной экспериментальной опе­рации скрываются глубокие философские концепции, связанные с материалистическими представлениями о познаваемости явлений природы.

Измерения осуществляются с помощью специальных техниче­ских средств, различных по сложности и принципам действия. Ука­занные технические средства называют измерительными устройствами, установками или системами (см, гл. 2).

Совокупность технических средств, служащих для выполнения измерений, методов и приемов проведения измерений и интерпрета­ции их результатов, принято определять понятием измерительная техника.

Исторически развитие измерительной техники неразрывно свя­зано с развитием потребностей общества. XX век характеризуется ускоренным развитием науки и промышленного производства. По­следнее немыслимо без широчайшего применения самых разнооб­разных измерений и измерительных устройств.

Место измерительной техники в современном мире могут харак­теризовать следующие данные. Затраты на измерительную технику в настоящее время составляют 10—15 % всех материальных затрат на общественное производство, а в таких отраслях промышленности, как нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, химическая, радиоэлектронная, самолетостроительная и другие, эти затраты до­стигают 25 %.

В нашей стране ежедневно проводится более 20 млрд. измере­ний. Выполнением измерений и связанных с ними операций конт­роля занимается более 3 млн. трудящихся. В настоящее время без измерений не может обойтись практически ни одна область дея­тельности человека.

Основной потребитель измерительной техники — промышлен­ность. Здесь измерительная техника является неотъемлемой частью технологических процессов, так как используется для получения информации о многочисленных режимных параметрах, определяю­щих ход процессов. На использовании разнообразных и часто сложных измерительных устройств и установок базируется в про­мышленности контроль качества продукции и сырья.

Область измерительной техники, объединяющую измерительные устройства и методы измерений, используемые в технологических процессах, принято определять понятием технологические измерения.

Набор измеряемых параметров, включаемых в технологические измерения, весьма различен для различных отраслей промышлен­ности и во многом зависит от специфики технологических процес­сов.

Все производства различных отраслей промышленности в зави­симости от характера технологического процесса можно подразде­лить на две группы: производства с непрерывным и производства с дискретным (штучным) характером технологических процессов. К первой группе относятся производства таких отраслей промыш­ленности, как нефтеперерабатывающая, газоперерабатывающая, нефтехимическая, химическая, металлургическая, теплоэнергетиче­ская и др., ко второй группе — машиностроение, приборостроение, радиоэлектронная, пищевая и др. Приближенное представление о том, какие параметры и в каком относительном количестве изме­ряются на производствах с непрерывным и дискретным характе­ром технологических процессов, поможет составить табл. B.I.

Таблица В.1