Какие методы измерения уровня жидкости применяются в химической промышленности: Измерение уровня жидкостей и сыпучих материалов. — Студопедия.Нет

Методы измерения состава и свойств веществ. Газоанализаторы.

Общие сведения о методах анализа состава и измерения параметров продукции

В основе определения состава и свойств продукции лежит химический анализ. Он связан с проведением качественного и количественного анализа состава продукции и сравнением полученных результатов с установленными нормативно-технической документацией требованиями.

Химический анализ в широком смысле этого понятия, включающий физические и физико-химические методы, является составной частью метрологии. Его особенностью является предварительное проведение качественного анализа, т. е. идентификации химических частиц различного рода (атомов, молекул, ионов, радикалов) с последующим определением их количества (качественный анализ) в анализируемом продукте.

Цели, с которыми проводится качественный или количественный химический анализ состава продукции разнообразны. В зависимости от решаемых задач и глубины проверки продукции результаты могут быть получены проведением следующих анализов: атомного, молекулярного, функционального и валового.

Атомный (элементный) и молекулярный анализы заключаются в контроле состава веществ на уровне атомов или молекул. Функциональный анализ заключается в определении состава функциональных групп в химических соединениях. Валовой анализ применяется в случае проверки сложных смесей веществ (горные породы, цемент), когда состав пробы выражается в виде условно выбранных соединений, например оксидов.

Состав продукции проверяется измерением количества или физических свойств, входящих в неё веществ. Измерения производятся непосредственно или же после соответствующей подготовки продукции (разделение, концентрирование, перевод в удобную для измерения форму и др.). Процесс завершается измерением величины аналитического сигнала. Для получения аналитического сигнала, как правило, используются три группы методов: химические, физические и физико-химические.

Химические методы основаны на химических реакциях определяемого компонента с реагентом. Эффектом реакции может быть образование малорастворимого осадка, малодиссациированного соединения или прочного комплексного соединения.

В физических методах измеряется свойство (интенсивность излучения света, радиоактивного излучения и др.), непосредственно зависящее от природы атомов и их концентрации в веществе. При этом химические реакции или совсем не играют роли, или имеют второстепенное значение.

В физико-химических методах анализа определяются изменения физических свойств системы (коэффициента преломления света, электрической проводимости, поглощения света и др.), происходящие в результате химических или электрохимических реакций. Интенсивность физического сигнала зависит от концентрации определяемого компонента.

Между химическими и физико-химическими, физическими и физико-химическими методами анализа не всегда можно провести чёткую границу. Например, измерение электрической проводимости растворов (кондуктометрия) не требует проведения химических реакций и относится к физическим методам, тогда как определение изменения электрической проводимости при титровании кислоты щёлочью (кондуктометрическое титрование) является физико-химическим методом. Иногда физические и физико-химические методы объединяются под общим названием инструментальные методы, так как для измерения сигналов используется прецизионная аппаратура.

Физико- химические методы анализа и их место в системе контроля качества продукции.

Свойства веществ и материалов, производимой и реализуемой продукции, изучаются с использованием методов современной аналитической химии, которые направлены на решение задач управления качеством продукции.
Физические и физико-химические методы анализа являются естественным продолжением курса химических методов анализа, и основывается на регистрации аналитических сигналов, появление которых зависит от физико-химических свойств вещества, его природы и содержания в анализируемом продукте.

Классические методы анализа применяются в специализированных аналитических лабораториях. Их проведение связано с периодическим отбором проб анализируемых продуктов, что не всегда удобно, эффективно и не обеспечивает высокую скорость получения результата. Вместе с тем, они не в состоянии удовлетворить многообразные запросы науки, техники, промышленности и социальной жизни людей. Этих недостатков лишены физические и физико-химические методы, а доступность аппаратуры делает их востребованными в практике всех сфер деятельности людей.
Современные отрасли производства и социальной жизни людей ставят свои специфические задачи перед физическими и физико – химическими методами анализа по контролю качества продукции.
Выплавляя чугун или сталь, металлург должен знать качественный и количественный состав плавок. Вместе с содержанием основного металла в сплаве ему необходимы данные о составе используемых исходных веществах и их свойствах. Контроль этих параметров позволяет непосредственно судить о режиме плавки, так как они характеризуют качество получаемых сплавов, а также при необходимости производить соответствующие корректировки технологических процессов. Например, жаропрочные сплавы металлов теряют свои свойства, если количество “запрещенных” примесей в них превысит 10-5%. Вместе с тем, определение малых концентраций примесей практически невозможно химическими методами. Поэтому для решения задач такого рода применяются физические и физико-химические методы анализа, обладающие самым низким пределом обнаружения примесей.
В ходе протекания химико-технологических процессов производства продукции изменяются химический состав перерабатываемых веществ и их свойства. Контроль этих параметров позволяет непосредственно судить о режиме процесса, составе получаемых продуктов, а скорость получения данных своевременно вносить соответствующие корректировки. Поэтому на химических предприятиях применяются методы автоматизированного контроля, которые реализуются с применением приборов называемых анализаторами.
Наряду с черной и цветной металлургией, химической промышленностью и другими традиционными отраслями большое значение стали иметь отрасли по освоению атомной энергии в мирных целях, связанные с ракетостроением, освоением космоса, развитием полупроводниковой промышленности, электроники, компьютеров, чистых и сверхчистых веществ.
Впечатляют примеры, показывающие связь свойств с загрязнением примесями полупроводниковых материалов, из которых изготавливаются радиоэлектронные элементы с загрязнением исходных материалов, используемых для их изготовления «вредными» примесями. Германий, применяемый в электронной промышленности, утрачивает свои полупроводниковые свойства, если загрязнен фосфором или мышьяком в пределах 10-10%. Цирконий, являющийся конструкционным материалом для ядерной промышленности, при наличии в нем примеси гафния в пределах 10-5%, недопустим к применению.
Подобные примеры можно приводить и с лекарственными препаратами, продукцией парфюмерной, пищевой и текстильной промышленности. Наличие вредных примесей в них может негативно повлиять на состояние здоровья людей. Поэтому без применения физических и физико-химических методов анализа сложно контролировать выпуск продукции, проверить качество поступившей в продажу продукции, а значит и разрешать возникающие спорные вопросы между покупателем и продавцом.
Особенное значение приобрели физико-химические методы анализа для решения задач экологической направленности, а также в медицинской и судебно-экспертной практике, так как только с их помощью можно быстро получить достоверные результаты.
Нельзя обойти стороной применение физических и физико-химических методов анализа в военном деле и гражданской обороне. Методы, реализованные в средствах радиационной, химической и биологической разведки позволяют оперативно проводить проверку зараженности атмосферы, техники, имущества, продуктов питания и идентифицировать токсичные вещества. Войсковые газоанализаторы позволяют определять в атмосфере токсичные вещества в концентрациях до 10-5%. Индикаторы для определения сильнодействующих ядовитых веществ и токсичных примесей в испарениях ракетного топлива реагируют на концентрации10-5–10-7%, что многократно превышает предельно-допустимые нормы.
Важной задачей физических и физико-химических методов анализа является также разработка экспресс методов обнаружения и количественного определения отдельных элементов в составе выпускаемой продукции. Всё перечисленное активизировало развитие аналитического приборостроения, инициировало разработку методов автоматизации контроля химико — технологических процессов, связанных с производством продукции и обеспечения безопасности жизнедеятельности людей. Современное лабораторное аналитическое оборудование позволяет быстро выявить изменения в продукции предназначенной для длительного хранения или, хранящейся с нарушением установленных требований, а также разрешить возникающие спорные вопросы между производителем и потребителем.

Управление технологическими процессами только по таким параметрам, как давление, уровень, расход и температура, часто не гарантирует получение продуктов требуемого качества. Во многих случаях необходим автоматический контроль состава и свойств вырабатываемых продуктов. Приборы для такого контроля — это автоматические анализаторы влажности, вязкости, концентрации, плотности, прозрачности и т. п.

Большинство выпускаемых промышленностью автоматических анализаторов предназначено для определения состава и свойств бинарных и псевдобинарных смесей. Бинарной смесью называют газовую смесь, состоящую из двух газов, или жидкость, содержащую один растворенный компонент. Анализ бинарной смеси возможен при условии, что составляющие ее компоненты отличаются друг от друга какими-либо физическими или физико-химическими свойствами. Псевдобинарной называют многокомпонентную смесь, в которой неопределяемые компоненты резко отличаются по физическим или физико-химическим свойствам от определяемого компонента. Анализ такой смеси аналогичен анализу бинарной.
Анализ многокомпонентных смесей, содержащих три и более компонента, производят только после предварительного разделения смеси на отдельные компоненты.

Специфической особенностью аналитических измерений является сильное влияние на их результаты побочных факторов (температуры, давления, скорости движения вещества и т. п.). Эти факторы особенно влияют на точность таких аналитических приборов, принцип действия которых основан на использовании какого-либо одного свойства вещества (электропроводности, теплопроводности, магнитной или диэлектрической проницаемости и др. ). Поэтому автоматические анализаторы обычно оснащены сложным дополнительным оборудованием для отбора пробы, подготовки ее к анализу, стабилизации условий измерений или автоматического введения поправки и т. п.

Многообразие анализируемых веществ и широкий диапазон их составов и свойств обусловили производство автоматических приборов с чрезвычайно разнообразными методами анализа.
Для анализа бинарных смесей в химической промышленности наибольшее применение получили аналитические приборы со следующими методами измерений:
— механическим, основанным на механических свойствах газов и жидкостей или механических явлениях, протекающих в них;
— тепловым, основанным на тепловых свойствах анализируемого вещества или тепловых явлениях, протекающих в нем;
— магнитным, основанным на магнитных свойствах анализируемого вещества или магнитных явлениях, протекающих в нем;
— электрохимическим, основанным на электрохимических явлениях в электродных системах, погруженных в анализируемое вещество;
— спектральным, основанным на взаимодействии излучения с анализируемым веществом или на свойствах излучения самих веществ;
— радиоактивным, основанным на поглощении или испускании радиоактивного излучения анализируемым веществом;
— диэлькометрическим, основанным на измерении диэлектрической проницаемости анализируемого вещества;
— химическим, основанным на протекании химических реакций.

Для анализа многокомпонентных смесей в автоматических анализаторах применяется метод разделения компонентов. Этот метод используется в хроматографах и масс-спектрометрах.
Поскольку для каждой отрасли химической промышленности характерны продукты, обладающие специфическими составами и свойствами, приборостроительная промышленность выпускает разнообразные автоматические анализаторы: плотномеры, вискозиметры, газоанализаторы, влагомеры, хроматографы, нефелометры и т.д. Если приборы для измерения таких общетехнических параметров, как давление, уровень, расход и температура, применяются практически во всех производствах, то анализаторы, напротив, как правило, для специфических задач конкретного производства.

Газоанализаторы. 

Приборы для контроля за составом и свойствами газов (газоанализаторы) подразделяют по принципу действия на термокондуктометрические, магнитные, электрохимические, оптические и др.

Для контроля за составом газов и жидкостей широко применяют хроматографы.

Термокондуктометрические газоанализаторы действуют на основе измерения теплопроводности газовой смеси, которая зависит от компонентов.
Измеряемый газ подается в камеру с платиновым проводником, включенным в мостовую схему. Ток, проходящий по проводнику, нагревает проводник, а омывающий газ охлаждает. В аналогичную камеру подается эталонный газ. Компенсационная мостовая схема воспринимает разность охлаждений, пропорциональную теплопроводности, и через усилитель подает сигнал на вторичный прибор. Показания снимаются визуально или записываются. В некоторых газоанализаторах для определения содержания аммиака в воздухе имеются контакты двухпозиционного устройства, которые выдают сигнал при превышении допустимой концентрации.

Магнитные газоанализаторы действуют на основе определения магнитной восприимчивости газовых смесей в зависимости от содержания кислорода. Кислород и двуокись азота в отличие от других газов обладают положительной магнитной восприимчивостью.
При увеличении концентрации кислорода в газовой смеси усиливается движение потока газа вблизи резистора, по которому протекает ток. Интенсивное охлаждение резистора вызывает изменение его сопротивления и величины тока, подающего сигнал на вторичный прибор. Шкала прибора градуируется на процентное содержание кислорода по объему.
Конструктивно газоанализатор оформлен в виде отдельных узлов (приемник, блок очистки, показывающий прибор и др.), установленных на щите. Отбор газа для анализа осуществляется с помощью керамического фильтра, установленного в газоходе, и блока очистки.
Действие электрохимических газоанализаторов основано на реакции, вызывающей образование тока в электролите при взаимодействии кислорода с материалом электрода. Величина тока, протекающего во внешней цепи электролита, пропорциональна концентрации кислорода в газовой смеси.

В оптических газоанализаторах используются свойства газов поглощать ультрафиолетовые и инфракрасные лучи или вступать в реакцию, изменяя цвет индикатора, которым пропитывают хлопчатобумажную ленту.

Принцип действия хроматографов основан на разделении компонентов смеси газов с помощью сорбента, то есть вещества, поглощающего молекулы газа или раствора. Испытуемая проба продувается через слой сорбента с помощью газоносителя (азот). При этом каждый газ растворяется и меняет скорость перемещения в зависимости от степени поглощения. Различие в скоростях приводит к разделению газов. Очередность выхода каждого из компонентов является качественным показателем хроматографического анализа.
Определяют концентрацию отдельных компонентов детектором. Выходной электрический импульс детектора передается на электронный автоматический прибор, записывающий хрома-тограмму, состоящую из ряда отклонений, каждое отклонение соответствует определенному компоненту анализируемой смеси.

Измерения относительной влажности воздуха.

Влажность воздуха оценивается абсолютной или относительной величиной. Измерение влажности производится различными методами: психрометрическим, гигроскопическим, электролитическим и др.

Психрометрический метод измерения влажности воздуха основан на зависимости интенсивности испарения воды от влажности воздуха. Чем меньше влажность воздуха в помещении, тем быстрее будет испаряться вода из внесенного в него сосуда и тем ниже будет температура воды по сравнению с окружающей средой. На этом принципе работают приборы, называемые психрометрами.
Психрометр состоит из «сухого» термометра 1 и «увлажненного» 3, укрепленных на панели 4. Чувствительный элемент «увлажненного» термометра обернут тканью (батист), часть которой помещена в резервуар 2 с водой. По разности показаний «сухого» и «увлажненного» термометров можно определить относительную влажность воздуха.
Психрометры широко применяются для контроля влажности в инкубаторах и животноводческих помещениях.
Электронный психрометр ПЭ имеет психрометрический ПИП и электронный самопишущий или регулирующий вторичный прибор.

Электролитический метод измерения влажности воздуха основан на изменении электропроводности некоторых солей при изменении влажности воздуха.

Гигроскопический метод определения влажности воздуха основан на способности некоторых материалов приводить свою влажность в состояние одинаковое с влажностью воздуха. Изменение влажности гигроскопических материалов сопровождается изменением их размеров.

Наиболее распространенными приборами такого рода являются гигрометр и метеорологический гигрограф. В сельскохозяйственной практике гигрограф применяются для непрерывной регистрации изменений во времени относительной влажности воздуха теплиц, складских и животноводческих помещений в пределах 30-100% при температуре до +45° С.
Чувствительным элементом гигрографа является пучок (35-40 шт.) обезжиренных человеческих волос, укрепленных в кронштейне, как тетива в луке. Средняя часть пучка Натягивается крючком, который через систему рычагов соединен со стрелкой. Стрелка с помощью пера при вращении барабана регистрирует показания на диаграммной ленте. Вращение барабана осуществляется часовым механизмом с недельным или суточным заводом, который помещается внутри барабана. При увеличении или уменьшении относительной влажности воздуха пучок волос удлиняется и стрелка с пером перемещается.

Понятие о концентрации растворов и суспензий, приборы.

Концентрацией раствора называют содержание растворенного вещества в единице объема или массы раствора.
Природная вода, особенно доставляемая из скважин, представляет собой раствор различных солей. Ее можно использовать для питья и технологических нужд, если концентрация солей находится в определенных пределах. Так, использование воды с большой концентрацией соли в котлах теплоэнергетических установок приведет к быстрому образованию накипи на стенках, что снижает экономичность котла, а также может быть причиной аварии.

Суспензией называют взвесь, состоящую из двух фаз — твердой и жидкой, где мелкие твердые частицы взвешены в жидкости. Суспензией, например, является жидкий корм для свиней, состоящий из комбикорма, разбавленного водой в соотношении 1:3. Влажность его, то есть соотношение массы жидкости к массе сухого материала, составляет 75-78%. Процессы соковыделения и пищеварения животных в значительной степени зависят от влажности корма. Измерять концентрацию растворов и влажность суспензий нужно для того, чтобы обеспечить правильное протекание технологических процессов на комплексах.
В настоящее время влажность кормов контролируют в основном термографическим методом, то есть высушивают пробу и определяют массу высушенной навески. Влажность корма определяют, вычитая массу навески из массы образца.Этот метод обеспечивает высокую точность, но на него затрачивается много времени.
Имеется ряд методов, когда влажность определяют по физическим свойствам или величинам, функционально связанным с влажностью. К ним относятся электрофизические методы, основанные на таких свойствах материалов, как диэлектрическая проницаемость, электропроводность и т. п.
При утилизации навозных стоков необходимо измерять содержание кислорода и показатель рН, характеризующий концентрацию ионов водорода в растворах и суспензиях.

Состав и свойства жидких сред определяют специальными приборами: солемерами, концентратомерами, рH-метрами, кислородомерами и др.

Солемеры.

Их действие основано на зависимости электропроводности измеряемой среды от концентрации солей в растворе. Солесодержание определяют кондуктометрическим способом, замеряя сопротивление электролитической ячейки, заполненной контролируемым раствором. Ячейка включается в плечо равновесного моста переменного тока. Концентрацию поваренной соли в корме определяют с помощью концентратомера (солемера) КСМ-01. В комплект прибора входит ПИП, вторичный преобразователь и блок питания. ПИП выполнен в виде стержня из нержавеющей стали с пластмассовым наконечником, в который вмонтированы два цилиндрических электрода (чувствительные элементы) с терморезистором, который обеспечивает температурную компенсацию и позволяет измерять температуру корма.

Потенциометрические анализаторы (рН-метры).

При производстве молочно-кислых продуктов или хранении молока важным показателем является кислотность.
При подготовке воды, поступающей в теплоэнергетические установки, необходимо измерять не только концентрацию солей, но и кислотность или щелочность. Кислотность или щелочность растворов измеряют специальными приборами рH-метрами. Кислотность раствора обычно выражают через концентрацию водородных ионов, обозначая эту величину рН. Водородный показатель рН для химически чистой воды при температуре 22° С равен 7. Увеличение рН означает повышение щелочности раствора. Если рН становится меньше 7, то это означает, что кислотность раствора возрастает.
Первичные измерительные преобразователи рН-метров представляют собой специальные электроды, в которых создается электродвижущая сила, пропорциональная активности ионов водорода в растворах. Э.д.с. измеряется приборами и по ее значению определяют рН.
Активный электрод 2 рН-метра имеет шарик 1 из специального стекла, заполненный раствором, рН которого известна. При погружении электрода в испытуемый раствор между поверхностью стекла и раствором происходит обмен ионами, что приводит к возникновению потенциала, величина которого определяется активной концентрацией ионов водорода. Второй электрод 4 представляет собой электролитический ключ — трубку 5, заполненную насыщенным раствором хлористого калия, который непрерывно протекает через пористую перегородку 6 (10-30 мл/сут). При этом создается четкая граница между контролируемым раствором и раствором хлористого калия. Измерительный ток на своем пути должен проходить через стенки стеклянного преобразователя, его сила чрезвычайно мала. Э.д.с. электрода в выходной сигнал преобразуется с помощью миллиамперметра, шкала которого проградуирована в рН. Например, рН-метр марки рН-222.1 для контроля кислотности молока и кисло-молочных продуктов имеет предел измерений 0-8 рН, а прибор рН-201 для контроля воды в котельных — 4-14 рН.

Измерения плотности.

Одним из основных показателей качества жидких продуктов и используемых в народном хозяйстве жидкостей является их плотность. Под плотностью вещества р понимается физическая величина, определяемая отношением массы вещества к его объему, то есть ρ = т/V, (кг/м3). Диапазон значений плотности жидкостей применяемых в народном хозяйстве, составляет 650-2000 кг/м3.
Плотность вещества существенно зависит от температуры и давления окружающей среды. С увеличением температуры плотность вещества, как правило, уменьшается. Это явление объясняется увеличение объема тела вследствие теплового расширения. Исключение составляет вода. Ее плотность имеет максимум при t = 3,98°С и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры.

Применяются методы измерений плотности: ареометрический, циклометрический и метод гидростатического взвешивания. В последнее время успешно развиваются автоматические методы: вибрационные, ультразвуковые, радиоизотопные, гидростатические и др. Автоматические плотномеры используются в качестве рабочих средств измерений и применяются преимущественно в технологических процессах.
Наиболее распространенными средствами измерений плотности являются ареометры, так как они просты и удобны в обращении.
Современные ареометры выпускаются по ГОСТ 18481-81 „Ареометры и цилиндры стеклянные. Технические условия», регламентирующий их форму (колба 3), типы, основные параметры и размеры.
При первичной поверке ареометров, при выпуске их из производства необходимо следить за состоянием груза 1 и связующего вещества — смолки 2. От их положения может смещаться центр тяжести ареометра, вследствие чего свободно плавающий ареометр может отклоняться от вертикального положения Допустимое ГОСТ 18481-81 отклонение ареометра от вертикали не должно вызывать разности показаний при отсчетах по концам одной и той же отметки по отношению к уровню жидкости более 0,1 цены деления шкалы 4. Наличие в ареометрах незакрепленного балласта или связующего вещества, а также разрывов между ними, приводит к появлению погрешности показаний.
Психрометры применяют для автоматического измерения влажности газов. Два термометра, один из которых обернут влажной материей, будут иметь разные показания. Это явление объясняется тем, что при испарении влаги затрачивается энергия, и температура влажного предмета становится ниже. Кроме того, испарение идет тем интенсивнее, чем ниже влажность окружающей среды (больше ее влагопоглощающая спо

Типы уровнемеров в системе автоматизации производства

Т. Гуцуляк, А. Кирилюк

Большинство производственных процессов во многих отраслях промышленности связаны с необходимостью точного и надежного измерения уровня рабочей среды. Потребность в этом может быть обусловлена непосредственно технологией производства, действующими стандар-тами, а также из-за соображений безопасности. С возрастанием тенденции к автоматизации технологических процессов, которая наблюдается в современном производстве, уровнемеры начинают играть все более важную роль

Сфера применения уровнемеров является чрезвычайно широкой. Они используются для измерения уровня жидкости, сыпучих и твердых веществ, находящихся под нормальным или повышенным давлением, в открытых или закрытых резервуарах. В любом случае, уровнемеры должны отображать точный уровень того или иного вещества, ведь от этого зависит качество выполнения многих технологических процессов. Кроме того, их конструкция должна быть стойкой к негативному влиянию измеряемых веществ.

На сегодняшний день существует много методов измерения уровня рабочей среды. Однако в этой статье мы рассмотрим те виды уровнемеров, которые нашли наиболее широкое применение во многих отраслях промышленности. Ими являются следующие типы:

• Электродные;
• Емкостные;
• Поплавковые;
• Магнитные;
• Визуальные.

Давайте рассмотрим более детально каждый из наведенных видов. Для примера возьмем соответствующие модели уровнемеров турецкого производителя AYVAZ.

Электродные уровнемеры

Данный вид применяется для дискретного контроля рабочей среды, используя ее электропроводность. Когда электропроводная рабочая среда достигает электрода, происходит замыкание электрической цепи, и таким образом уровнемер сигнализирует о достижении веществом некоторого уровня. Обратный процесс происходит, когда количество рабочей среды уменьшается.

К примеру, модель ELK-4 (рис. 1) имеет конструкцию, которая включает в себя четыре электрода. Таким образом, настроив их разную длину, устройство дает возможность зафиксировать четыре уровня рабочей среды. Кроме сигнализации о некотором уровне вещества, уровнемер может автоматически включать или выключать насос, который отвечает за подачу или удаление вещества из резервуара, или выполнять другую функцию.

Рис. 1. Электродный уровнемер ELK-4

Электродные уровнемеры отличаются простотой конструкции, их можно легко смонтировать и обслуживать. Единственным требованием для его надежной работы является достаточная электропроводность рабочей среды. Поэтому такие устройства находят широкое применение в паровых котлах, емкостях с водой и т. д.

Емкостные уровнемеры

В этом типе используется принцип определения емкости конденсатора, в роли которого выступает изолированный электрод и стенки резервуара, в котором он находится. Когда изменяется уровень воды, изменяется также площадь такого конденсатора, а значит и его емкость.

Рис. 2. Емкостный уровнемер КР-01

Основным отличием таких уровнемеров является возможность постоянно определять уровень рабочей среды. Ведь существует множество производственных процессов, которые требуют постоянного контроля над количеством вещест

Основные принципы измерения расхода — МегаЛекции

Классификация приборов для измерения давления по принципу действия

По принципу действия приборы для измерения давления делятся на:

а) жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления гидростатическим давлением столба жидкости;

б) деформационные (пружинные), измеряющие давление по величине деформации различных упругих элементов или по развиваемой ими силе;

в) электрические, основанные либо на преобразовании давления в какую-нибудь электрическую величину, либо на изменение электрических свойств материала под действием давления.

Физический смысл понятий «расход» и «количество»

Расходом вещества называется количество вещества, прохо­дящее через данное сечение канала в единицу времени.

Количество вещества выражают в единицах объема или массы. Основной единицей объема принимается кубический метр (м³). Основной единицей массы принимается килограмм (кг).

Количество жидкости с равной степенью точности может быть измерено и объемным и массовым методом, так как плотность жидкости при определенной температуре является величиной постоянной, характерной для каждой данной жидкости. При пере­ходе от объемных единиц к массовым необходимо учитывать темпе­ратуру измеряемой жидкости, так как плотность жидкости зави­сит от температуры [1].

Для твердых сыпучих тел пользуются понятием насыпной илиобъемной массы.

Насыпная масса твердого сыпучего материала не имеет для данного вещества постоянного значения; она зависит от грануло­метрического состава сыпучего материала, т.е. от размера частиц и количественного содержания частиц различной величины в об­щей массе сыпучего материала. Поэтому для получения более точных результатов при измерении количество сыпучего мате­риала определяется взвешиванием.

Основные принципы измерения расхода

Принципы измерения расхода основаны:

· На возникновении перепада давлений на установленном внутри трубо­провода сужающем устройстве. Разность статических давле­ний до и после сужающего устройства (перепад давлений), измеряемая диффе­ренциальным манометром, зависит от расхода протекающего вещества и служит мерой расхода. Этот принцип применяется в расходомерах переменного перепада давления.

· На перемещении чувствительного элемента (поплавка), уста­новленного в вертикальной конической расширяющейся трубке; через нее снизу вверх подается вещество, расход которого измеряется. При измене­нии расхода жидкости, газа или пара поплавок перемещается вверх, изме­няя проходное сечение между поплавком и внутренними стенками трубки. Высота подъема поплавка функционально связана с величиной расхода веще­ства. Перепад давления на поплавке при перемещении его вдоль оси трубки остается практически постоянным. Этот принцип применяется в расходомерах постоянного перепада давления (ротаметрах) [1].

· На зависимости между расходом протекающего по трубопроводу вещества и изме­ренным напорной трубкой динамическим (скоростным) напором. Если напорная трубка располагается по оси трубопровода, то расход Q (в м³/ч) определяется из уравнения. Этот принцип применяется в расходомерах скоростного напора.

· На изменении высоты уровня жидкости в сосуде при непрерывном поступлении и свободном истечении ее из сосуда через отверстие в случае изменения рас­хода жидкости. Расходомеры переменного уровня состоят из приемника — цилиндрического или прямоугольного сосуда с круглым отверстием (диафрагмой) в дне для истече­ния, либо с щелевым отверстием для истечения в боко­вой поверхности сосуда — и любого стандартного измерителя уровня. Этот принцип применяется в расходомерах переменного уровня.

· На изменении пропорциональной объемному расходу Э Д С, индуктиро­ванной в потоке электропроводной жидкости под действием внешнего магнит­ного поля. Этот принцип применяется в индукционных (электромагнитных) расходомерах.

28. . Устройство и принцип действия датчика давления «Сапфир-22 ДИ»

Датчик САПФИР-22ДИ (рис. 4) для измерения избыточного давления состоит из измерительного блока 4 и унифицированного электронного устройства 5. Внутри основания 2 блока 4 размещен мембранный тензопреобразователь 7, полость 8 которого заполнена кремнийорганической жидкостью и отделена от измеряемой среды гофрированной мембраной 10. Мембрана приварена по наружному контуру к основанию 2.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, прочно соединенная с мембраной 10. Основное свойство тензорезисторов – способность изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от степени прогиба мембраны тензопреобразователя.

Измеряемая величина (давление среды в технологическом аппарате или трубопроводе) подается в камеру 11 фланца 9 измерительного блока и через жидкость, заполняющую тензопреобразователь, воздействует на мембрану, вызывая ее прогиб и изменение электрического сопротивления тензорезисторов.

Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 5 по проводам через вывод 6. Электронное устройство преобразует этот сигнал в токовый выходной сигнал манометра, значение которого зависит от измеряемого давления [4].

29. Методы измерения уровня жидкости, применяемые в химической промышленности

В химической промышленности для измерения уровня жидкости в основном используются следующие методы измерения:

· С помощью указательных стёкол. Указательные стекла применяются для местного измерения уровня в аппаратах, работающих при атмосферном или избыточном (до 1 МН/м²) давлении;

· С помощью поплавковых уровнемеров. В этих приборах чувствительным элементом яв­ляется поплавок с меньшей (плавающий) или большей (погруженной) плотностью, чем плотность жидкости. Изменение уровня жидкости в аппарате с плавающим по­плавком вызывает его перемещение, которое посредством системы рычагов, тяг и тросов передается указателю, движущемуся по шкале, или вторичному прибору для показания, записи или передачи на расстояние значений высоты уровня жидкости в аппарате. В таких уровнемерах поплавок следит за уровнем жидко­сти.

Действие уровнемеров с пружинным поплавком основано на изменении вы­талкивающей (архимедовой) силы, действующей на поплавок при его погружении в жидкость. Такой поплавок удерживается в подвешенном состоянии посред­ством пружинного элемента. Благодаря этому значительные по величине измене­ния уровня жидкости будут приводить лишь к небольшим перемещениям по­плавка.

· С помощью гидростатических уровнемеров. Они служат для измерения гидростатического дав­ления столба жидкости. Различают гидростати­ческие пьезометрические и дифманометрические уровнемеры.

Действие гидростатических пьезометрических уровнеме­ров основано на изменении давления воздуха или газа, барботирующего через слой жидкости, с измеряемым уровнем при изменении последнего. Их часто применяют для определения уровня жидкостей с повышенной вязкостью. Дей­ствие гидростатических дифманометрических уровнемеров основано на определении уровня по перепаду давления между столбами изме­ряемой жидкости в аппарате и в уравнительном сосуде, уровень в котором постоянен [1].

· 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.

38. Сущность измерения расхода по методу переменного перепада давления

Наиболее распространенным и изученным методом измерения расхода жидкости, пара и газа является метод переменного перепада давлений. Измерение расхода по этому методу основано на измерении потенциальной энергии (статического давления) веще­ства, протекающего через местное сужение в трубопроводе. В измерительной технике сужающими устройствами (первич­ными преобразователями) служат диафрагмы, сопла и сопла Вентури. Из этих трех типов сужающих устройств наиболее часто применяется диафрагма [1].

Диафрагма (рис.1) представляет собой тонкий диск, установленный в трубопроводе так, чтобы его отверстие было концентрично внутреннему контуру сечения трубопровода. Сужение потока начинается до диафрагмы, затем на некотором расстоянии за ней благодаря действию сил инерции поток сужается до минимального сечения, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней образуются зоны с вихревым движением, причем зона вихрей за диафрагмой больше, чем перед ней.

Давление струи около стенки трубопровода несколько воз­растает из-за подпора перед диафрагмой и понижается до мини­мума за диафрагмой в наиболее узком сечении струи. Далее по мере расширения струи давление потока около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения. Потери части давления р_побъясняется главным образом потерей энергии на трение и завихрения.

Разность давлений (p’₁— p’₂)является перепадом, зависящим от расхода среды, протекающей через трубопровод.

Характер потока и распределение давления одинаковы во всех типах сужающих устройств. Вследствие того что струя, протека­ющая через сопло, почти не отрывается от его профилированной части, потери на завихрения возникают в основном за соплом, поэтому остаточная потеря давления р_пв сопле по сравнению с диафрагмой меньше. Еще меньше потери давления р_пв сопле Вентури, профиль которого близок к сечению потока, проходя­щего через сужение.

При измерении расхода по методу переменного перепада давления протекающее вещество должно целиком заполнять все сечение трубопровода и сужающего устройства; поток в трубопро­воде должен быть практически установившимся; фазовое состоя­ние веществ не должно изменяться при прохождении через су­жающее устройство (жидкость не должна испаряться, пар должен оставаться перегретым и т. п.) [1].

Для установления зависимости расхода вещества от перепада давлений, возникающего на сужающем устройстве, используют практические зависимости:

-объёмный расход ,

-массовый расход ,

где Q — объемный расход вещества; Q_м — массовый расход вещества;

a — коэффициент расхода вещества; F₀ — площадь отверстия диафрагмы; r — плотность измеряемого вещества; Р₁ — давление вещества непосредственно у стенки трубопровода до сужающего устройства.;

Р₂ — давление вещества непосредственно у стенки трубопровода после сужающего устройства.

Рекомендуемые страницы:

Читайте также:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Химическая промышленность

Введение

Химическая промышленность создает огромное разнообразие продуктов, которые затрагивают практически все аспекты нашей жизни.

Рис. 1 Химическая промышленность — одна из крупнейших отраслей обрабатывающей промышленности во всех
развитых и развивающихся странах. Это вид на крупнейший в мире сайт, посвященный этой отрасли, в Людвигсхафене в Германии.
С любезного разрешения BASF.

В то время как многие промышленные продукты, такие как моющие средства, мыло и парфюмерия, закупаются непосредственно потребителями, другие используются в качестве промежуточных продуктов для производства других продуктов. Например, в Европе 70% производимых химикатов используются для производства продуктов. другими отраслями, включая другие отрасли самой химической промышленности.В промышленности используется широкий спектр сырья, от воздуха и минералов до нефти.

В условиях растущей конкуренции во всем мире инновации по-прежнему имеют решающее значение для поиска новых способов удовлетворения потребностей отрасли своих все более искушенных, требовательных и экологически сознательных потребителей.

Что производит химическая промышленность?

Продукцию химической промышленности можно разделить на три категории:

• Основные химические вещества
• Специальные химикаты
• Бытовая химия

Используется несколько других категорий, но эта простая и полезна в контексте этого веб-сайта. Объем производства варьируется в широких пределах: основные химические вещества производятся в огромных количествах (миллионы тонн), а некоторые специальные химические вещества производятся в небольших количествах в килограммах, но с очень высокой стоимостью.Как объясняется в разделе «Химические реакторы», выбор реактора часто зависит от количества производимого химического вещества.

Стоимость продаж по категориям для Европы и США в целом схожа, как показано в таблице 1.

Таблица 1: Продукция химической промышленности в 2014 г. по категориям (%).
Факты и цифры, CEFIC; Руководство по химическому бизнесу, 2016 г., Американский химический совет, 2015 г.

Основные химические вещества

Основные химические вещества делятся на

• химические вещества, полученные из нефти, известные как нефтехимия
• полимеры
• основные неорганические вещества

Термин «нефтехимия» может вводить в заблуждение, поскольку одни и те же химические вещества все чаще получают из других источников, помимо нефти, таких как уголь и биомасса.Примером может служить метанол, обычно производимый из нефти и природного газа в США и Европе, но из угля в Китае. Другой — этен, получаемый из нефти и газа в США и Европе, но все чаще из биомассы в Бразилии. Другие примеры описаны в разделах на этом веб-сайте.

Основные химические вещества, производимые в больших количествах, в основном продаются в химической промышленности и другим отраслям, прежде чем стать продуктом для широкого потребителя. Например, этановая кислота продается для производства сложных эфиров, большая часть которых, в свою очередь, продается для изготовления красок, а затем продается потребителю.Огромные количества этена транспортируются в виде газа по трубопроводам вокруг Европы и продаются компаниям, производящим поли (этен) и другие полимеры. Затем они продаются производителям пластиковых компонентов, прежде чем их купит реальный потребитель. На рисунке 3 показан завод по производству химикатов, который затем сразу же используется для производства других химикатов.

химическая_промышленность

. Уровень — еще одна распространенная переменная процесса, которая измеряется во многих отраслях.Используемый метод будет широко варьироваться в зависимости от характера.

Презентация на тему: «Измерение уровня. Уровень — это еще одна распространенная переменная процесса, которая измеряется во многих отраслях промышленности. Используемый метод будет широко варьироваться в зависимости от характера» — стенограмма презентации:

1

Измерение уровня

2

Уровень — еще одна распространенная переменная процесса, которая измеряется во многих отраслях.Используемый метод будет широко варьироваться в зависимости от характера отрасли, процесса и области применения. Инвентаризация: постоянная поставка или хранение материала Контроль: непрерывный, периодический контроль, управление смешиванием и смешиванием стабилизация потока для следующего процесса Сигнализация: верхние / нижние пределы, аварийное отключение Регистрация данных: количество материалов для инвентаризации и выставления счетов и там, где нормативные требования необходимы

3

Что измеряется? Измеряемая среда может быть жидкой, газовой или твердой и храниться в емкостях (открытых / закрытых резервуарах), силосах, бункерах и бункерах.Единицы измерения уровня могут быть выражены в: футах (метрах) галлонах (литрах) фунтах (килограммах) кубическом объеме (фут 3, м 3)

4

Методы — Прямые или косвенные (предположительные) Поплавковые весоизмерительные ячейки с гидростатической головкой Магнитный уровнемер Емкостные передатчики Магнитострикционный ультразвуковой микроволновый лазерный радар Управляемый волновой радар Вибрация щупа

5

Прямые методы Прямые методы определяют поверхность или границу раздела жидкости и не зависят от изменений плотности материала (удельного веса). Примеры: Ленты для защиты от прилипания.

6

Косвенные методы (логический вывод) Косвенные методы «делают вывод» об уровне жидкости, измеряя некоторые другие физические параметры, такие как давление, вес или температура.Смена материалов означает необходимость использования поправочного коэффициента или повторной калибровки прибора. Примеры: методы гидростатического напора Весоизмерительные ячейки Емкость Проводимость

7

Критерии выбора При определении типа датчика уровня, который следует использовать для данного приложения, необходимо ответить на ряд вопросов: Открытый резервуар или закрытый резервуар? Можно ли вставить датчик уровня в резервуар или он должен быть полностью внешним? Контактный или бесконтактный? Непрерывное измерение или точечное измерение? Прямое или косвенное измерение? Какой тип материала измеряется? Жидкое или твердое? Чистый или жидкий?

8

Dip Stick Простой и дешевый. Может использоваться с любым влажным материалом и не зависит от плотности.Не может использоваться с резервуарами под давлением Только визуальная индикация (доступны электронные версии) RodGauge — похож на масляный щуп в автомобиле, на нем нанесены взвешенные линии для обозначения глубины или объема

9

Лента сопротивления Давление жидкости в резервуаре вызывает короткое замыкание ленты, что изменяет общее сопротивление измерительной ленты. Электронная схема измеряет сопротивление; это напрямую связано с уровнем жидкости в резервуаре.

10

Смотровое стекло Еще один простой прямой метод измерения жидкостей. Может использоваться в резервуарах под давлением (при условии, что стеклянная или пластиковая трубка выдерживает давление). Подходит для приложений, где требуется бесконтактное измерение (например, напитки)

11

Магнитные датчики уровня Используются там, где не может быть указатель уровня со смотровым стеклом.