Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Измерение уровня жидкости с применением пьезометрических устройств основано на принципе уравновешивания измеряемого столба жидкости гидростатическим давлением газа, продуваемого через погружен ную в эту жидкость трубку.
Этот метод рекомендуется применять преимущественно для измере ния уровня вязких или агрессивных жидкостей, жидкостей с большим количеством загрязнений, взвесей, а также в тех случаях, когда при менение других методов вызывает значительные трудности, например в приямках, где использование приборов измерения уровня по перепаду давления обычными способами невозможно. Фактором, способствующим применению пьезометрических устройств. Для измерения уровня являет ся наличие сети сжатого воздуха для систем пневмоавтоматики.
1.2. В РМ приведены схемы трубных соединений с указанием типовых конструкций отборных устройств, картотек для выбора приборов и вспомогательных аппаратов, трубных соединений и запорной трубопро водной арматуры.
В настоящем РМ также описаны схемы сигнализации уровня сыпучих веществ с использованием пьезометрического метода измерения уровня.
Схемы с пьезометрическим измерением уровня имеют ограни чения по скорости изменения параметров измеряемой жидкости (скоро сти изменения уровня и избыточного давления). Расчеты параметров схем с учетом предельной скорости изменения уровня и давления приведены в приложении 2
1.5. Временное запаздывание сигнала соизмеримо с запаздыванием в системах измерения давления и перепада давления и может быть определено с использованием пособия PM4-I92- "Руководящий материал. Системы автоматизации технологических процессов. Оценка за паздывания, в трубных проводках приборов для измерения давления и расхода газа".
Методика расчета запаздываний применительно к схемам пьезомет рического измерения уровня приведена в приложении 5.
1.6. В отдельных производствах получило распространение использование пьезометрических методов для сигнализации предельных уровней сыпучих веществ.
Пьезометрический метод сигнализации уровня сыпучих веществ при годен для веществ с пылевидной структурой. Для, этой задачи могут быть использованы схемы соединений по черт.1,3
Объемный расход воздуха, подаваемого в пьезометрическое устрой ство, следует установить опытным путем.
В качестве устройства для подачи воздуха вместо регулятора воздуха PPB-I следует использовать ротаметры с большей пропускной способ ностью по табл.3
Конец пьезометрической трубки следует установить на границе кон тролируемого уровня конуса сыпучего вещества с экспериментально опре деленной величиной заглубления трубки в конус пыли достаточный для срабатывания сигнального устройства при заполнении бункера. В качест ве сигнального устройства следует выбирать реле давления (напора) с минимальной величиной срабатывания по давлению (напору),
1.7. Выбор типа измерительного прибора (манометра, дифманометра, реле давления и т.п.) осуществляется в зависимости от выполняемых им функций (показание по месту, дистанционная передача показаний или обе функции вместе и др.) и требуемой точности измерения.
Бесшкальный прибор рекомендуется дублировать измерительным при бором по месту. Это облегчит контроль за исправностью контура измере ния уровня.
Шкалу (диапазон измерения) прибора выбирают на основе расчета диапазона измерения, давления в пьезометрической трубке в зависимос ти от величины уровня и плотности жидкости в емкости.
1.8. Расчет диапазона измерения осуществляется по указаниям разделов 2,3.
2. ОЦЕНКА ДОСТОВЕРНОСТИ ПОКАЗАНИЙ ПРИ ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОМ ИЗМЕРЕНИИ УРОВНЯ
2.1. Схемы измерения уровня в открытом резервуаре (черт.1).
2.1.1. Схемы по черт.16 (36) рекомендуется применять для целей более точного непрерывного контроля уровня жидкости.
2.1.2. Давление, измеряемое прибором, определяется выражением:
P = ν*H+Σ∆Pтр (1)
где: ν - удельный вес жидкости, н/м3
H - уровень измеряемой жидкости, м
Σ∆Pтр - потери давления в'импульсной линии и пьезометрической трубке вызванные движением воздуха, подаваемого в пьезометрическую трубку, Па
Среднюю величину потерь давления в импульсной линии следует учи тывать при градуировке прибора. Т.е, при нулевом уровне прибор будет показывать величину давления Σ∆Pтр, что и определяет положение нуле вой точки на шкале прибора.
2.1.3. Расчет падения давления в линии, вызванном расходом воз духа, можно определить по формуле:
∆Pтр = ∆p*ι (2)
где ∆Pтр потеря, давления на участке линии длиной ι Па
∆p -удельный показатель потери давления воздуха, подававаемого в пьезометрическую.трубку Па/м.
В табл.1 приведены удельные показатели потерь давления воздуха в трубах различных сечений при применении регуляторов расхода возду ха PPB-I.
Удельные показатели потерь давления воздуха рассчитаны по форму ле I 3 приложение I.
Таблица1
При применении других устройств подачи воздуха с иным расходом воздуха удельные показатели потерь давления должна быть пересчитаны по формуле 13. Потери давления включаются в расчет: по черт.1а: на участке от тройникового соединения (соединение труб от прибора и регулятора рас хода воздуха) до пьезометрической трубки и на длине пьезометрической трубки. Потери давления в контуре по черт. 16 следует учитывать только на длине пьезометрической трубки.
2.14. Определение величины погрешности измерения.
Общая максимальная величина погрешности, контура измерения уров ня с применением пьезометрических устройств зависит, от следующих со ставляющих: погрешности измерительного прибора, изменения потерь дав ления воздуха от конца пьезометрической трубки, погруженной в измеря емую жидкость, до прибора, вызванных неточностью настройки регулятора расхода воздуха или устройства его заменяющего, изменением расхода воздуха в соответствии со статической характеристикой регулятора при изменении давления питающей сети сжатого воздуха (до регулятора) и давления в пьезометрической трубке при изменении уровня жидкости, а в закрытых системах дополнительно при изменениях давления в емкости и различием настройки регуляторов расхода воздуха в плюсовой и ми нусовой импульсной линии.
Дополнительная погрешность контура измерения уровня может быть вызвана изменением удельного веса жидкости.
Кроме того, при нестационарных процессах может появиться дина мическая погрешность, обусловленная влиянием скорости изменения уров ня и давления в емкости.
Погрешность измерительного прибора должна быть пересчитана на номинальную величину измеряемого параметра.
Рнп
ν’=--------- ν (3)
Рн
где: Рнп - верхний предел измерения прибора ,
Рн - номинальное давление столба измеряемой жидкости,
ν - верхний предел погрешности измерительного прибора.
Погрешность, вызванная изменением величины потери давления в трубной линии из-за колебаний расхода воздуха, подаваемого в пьезо метрическую трубку, может быть определена как половина величины из менения потерь при изменении настройки устройства подачи воздуха от минимального до максимального.
Изменением расхода воздуха, связанным с колебаниями давления на входе и выходе устройства подачи воздуха из-за малой крутизны его статической характеристики, можно пренебречь.
За максимальную погрешность, вызванную изменениями расхода воз духа на участке, от конца пьезометрической трубки, опущенной в жидкость до прибора, следует принимать величину, определяемую по формуле:
где: ∆рmaxi , ∆рmini - максимальный и минимальный показатель удельных потерь давления на участке между концом пьезомет рической трубки и прибором
li - участки трубопровода между концом пьезометрической трубки опущенном в жидкость и прибором, загруженные расходом воздуха от источника питания сжатым воздухом.
рн - номинальное давление столба измеряемой жидкости Изменение удельного веса жидкости приводит к погрешности изме нения равной величине изменения удельного веса:
∆νр
δу=-------- 100%
νн
где: ∆νр - расчетная допустимая величина изменения удельного веса жидкости
νн - номинальная величина удельного веса жидкости
Для большинства случаев динамическую погрешность можно не учиты вать (при правильно выбранной величине объемной подачи воздуха в труб ку) из-за большой инерционности измеряемого параметра, однако, при не правильно выбранном расходе воздуха, динамическая ошибка может достигать недопустимо больших величин, приводящих к неработоспособности контура.
Величина общей максимальной величины погрешности может быть опре делена как сумма указанных показателей погрешности.
Фактически величина погрешности в реальных условиях применения контура измерения уровня пьезометрическими устройствами будет ниже и может быть рассчитана с применением нормативно-технических документов по ГОСТ 8.009-84 «Нормирование и использование метрологических характеристик средств измерений».
2.1.5. Схема изображенная на черт.1а рекомендуется при малой длине соединительных линий, либо допустимости повышенной погрешности измерения.
2.1.6. Пример расчета погрешности контура измерения по схеме черт1а. Номинальный уровень жидкости - 3. и. Удельный вед жидкости 10000 н/м3 (I г/см3). Расчетная величина изменения удельного веса жидкости ±0,01 г/см3.
Длина соединительной линии диаметром 8x1 - 15 м.
Длина пьезометрической трубки - 15 мм - 4 м.
Определяем величину Рн:
Рн = 3*1OOOO =30 кПа
Находим величину потери давления, учитываемую при градуировке
вторичного прибора:
∆Ртр. =6,0 * 15 + 0,152 * 4 = 91 Па
В качестве измерительного прибора применяем преобразователь из мерительный избыточного давления взрывозшцищенный Сапфир 22ДИ, мо дель 2120. Верхний предел измерения 40 кПа. Предел основной допускаемой погрешности ν= ±0,25 % .
Определяем величину погрешности прибора, пересчитанной на номи нальное давление в пьезометрической трубке, соответствующей номиналь ному уровню жидкости:
40*0,25
ν’= -------- =±0.33%
30
Находим максимальную величину погрешности измерения уровня, выз ванную допустимыми колебаниями расхода воздуха, подаваемого в пьезо метрическую трубку.
При использовании схемы по черт.16 при тех же остальных условиях
т.е. пренебрежимо мала.
Максимальная величина погрешности от изменения удельного веса
жидкости ,
Общая максимальная величина погрешности контура измерения уровня по черт1а.
I. Коллектор сжатого воздуха (газа) 2. Запорный клапан (картотека раздел.16,17).
3. Фильтр-редуктор воздуха (табл.2) 4. Регулятор расхода воздуха PPB-I или ротаметр
стеклянный РМ-А (табл.2) 5. Прибор (картотека раздел 02,03) 6. Соединительные
линии 7. Пьезометрическое отборное устройство
2.1.7. Для измерения уровня загрязненных сред, образующих отло жения на внутренних стенках пьезометрической трубки целесообразно предусматривать промывочное устройство по схеме черт.2.
Черт.2
Промывка пьезометрической трубки должна производиться при закры тых клапанах 1,2 во избежание заброса жидкости в импульсную линию и Повреждения измерительного прибора давлением питающего воздуха.
2.2. Измерение уровня жидкости в емкостях под давлением.
S j'
2.2.1. Схема измерения показана на черт.З.
Функция измерения уровня в закрытой емкости определяется выражением:
∆Рн = ν *Н (6)
Схема по черт.За обеспечивает, сокращение расхода труб и может быть целесообразна при больших расстояниях от прибора до отборного устройства, однако следует иметь ввиду, что величина погрешности, связанной с различной настройки регуляторов PPB-I может быть повышенной по сравнению со схемой черт.36.
В схеме по черт.За величина: Σ ∆Ртр=0, так как при средней настройке регуляторов РРВ потеря давления в плюсовой и минусовой трубке одинаковы и на результаты измерения не влияют при любой длине соединительных линий.
Величина заброса может быть определена по формуле:
РV = P1V1 (7)
где: P,V - соответственно объем системы контура измерения уровня (объем импульсных труб пьезометрической трубки и плюсовой камеры прибора) и давления в емкости первоначальные
P1V1 - объем и давление после резкого увеличения давления
При резком увеличении давления за счет сжатия воздуха объем трубной системы заполняется жидкостью с уменьшением объема пропорцио нально росту давления.
Для снижения вероятности таких явлений место расположения при бора следует приблизить к отборному устройства и предусмотреть повышенный расход воздуха с использованием ротаметров РМ-А вместо регуля тора PPB-I,
2.3. Обеспечение работоспособности схем измерения уровня в ди намических режимах.
2.3.1. Основным условием работоспособности схем измерения уровня пьезометрическим способом является выход излишнего количества воздуха из нижнего конца пьезометрической трубки во всех режимах изменения параметров жидкости (давления в емкости и скорости роста уровня жид кости).
Для соблюдения этого условия объем воздуха, подаваемого в пневмосистему должен быть не менее, рассчитанного по выражению (19).
Вывод выражения (19) приведен в приложении 2.
(19)
где Q - минимальный объемный расход воздуха, подаваемого в пьезометрическое устройство
V - объем пневмосистемы, включая объем пьезометрического отборного устройства, объем соединительных линий от пьезометрического устройства до прибора и блока пода чи воздуха
- максимальная расчетная скорость увеличения уровня
- максимальная скорость роста давления
P - давление в пневмосистеме
Черт.З
Выражение (19) имеет смысл только при увеличении уровня и дав ления. Скорость уменьшения уровня и давления этим выражением не огра ничена.
2.3.2. Пример № I:
1.52 0.482
V= 400 + 2000 + 100 = 1169 см3
4 4
1169 * 0.005 * 10000
Q > ---------------- = 5.8 см3/c
10000
Применяем регулятор расхода PPB-I, т.к. его расход 0,01÷0,05 м3/ч (2,8÷14 см3/с).
2.3.3. Пример № 2
1169 (0,02 × 12000+15000(1/200)2)
Q min > -------------------------- = 30,4 см3/c
15000
Q min > 30,4 см3/с = 0,109 м3/ч
Вывод: для системы по примеру № 2 регулятор PPB-I непригоден. Следует применить ротаметр РМ-А-0,16 (см.табл.3 раздел 3).
2.4. Величина запаздывания.
Методика оценки запаздывания с примером расчета приведена в приложении 5.
3. ПРИБОРЫ И АППАРАТЫ
3.1. Измерительные приборы
1.I.I. В качестве измерительного прибора следует применять приборы, измеряющие давление или перепад давления.
Таблица 2
4. ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ОТБОРНЫЕ УСТРОЙСТВА
4.3. Монтаж пьезометрической трубки осуществляется так, чтобы до дна емкости оставался зазор в размере 50÷100 мм,
В случае, когда в процессе эксплуатации возможно образование на дне осадков с увеличенным удельным весом зазор между дном и концом трубки следует соответственно увеличить на величину слоя осадка.
5. ТРУБЫ И ТРУБНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
5.1. Рекомендации по выбору труб.
Для трубных линий в невзрыво и непожароопасных зонах, целесооб разно применять полиэтиленовые трубы 8x1,6, 6x1 по ТУ6-19-272-85. В пожаро и взрывоопасных зонах следует применять металлические трубы: стальные холодно-деформированные 8x1 по ГОСТ 8734 трубы, медные 8x1, 6x1 по ГОСТ 617
Возможно применение труб с меньшей толщиной стенки.
5.2. Соединение труб.
Для стальных труб следует применять соединения по ТУ36.22.21.00.019 , для медных труб - по ТУ3622.21.00.016 , для пластмассовых трубопроводов - по ТУ36-1124
ПРИЛОЖЕНИЕ I
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА В СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ.
Поток воздуха в трубе для всех режимов настройки ламинарный если число
Q ρ
Re=0.354 ----------- <2000
dвн μ
где: Q - объемный расход м3/с
ρ - плотность сухого воздуха кг /м3
μ - динамическая вязкость воздуха Па с
dвн - диаметр внутренний м
Для трубопровода с внутренним диаметром 4,8 мм, при t=20°С и Ри=0,03 МПа
μ =17,2 Па с
ρ =1,55 кг/м3
При максимальном расходе воздуха через PPBI
Q=0,05 м3/ч
0,05×1,55
Re=0.354 ----------------------=92,3 < 2000
3600×0,0048×17,2×10-6
Следовательно, поток, воздуха в трубе во всех случаях ламинарный.
При ламинарном истечении газа потеря давления на линии определяется выражением (9)
U2 L U2
∆P= λ ---- ----- + Σ ζ --------- (9)
2ρ dвн 2ρ
Потери, от местных сопротивлений пренебрежимо малы, поэтому для расчета можно пользоваться формулой (10)
U2 L
∆P= λ ---- ----- (10)
2ρ dвн
где: λ - коэффициент трения для ламинарного потока
64
λ = -----
Re
Подставляя выражения (8), (11) в выражение (10) получаем выра жение (12)
128 μ Q L
∆P= --------------------- (12)
dвн4
где: L - длина трубной линии
dвн - внутренний диаметр трубопровода
128 μ Q
∆P= --------------------- Па/м с (13)
dвн4
∆P - падение давления на Iм длины линии
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
МЕТОДИКА РАСЧЕТА МИНИМАЛЬНОГО РАСХОДА ВОЗДУХА, ПОДАВАЕМОГО В ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
∆P = ν×∆H (14)
По закону состояния идеального газа:
P1V1 = P2V2 = PV (7)
Формулу (7) можно преобразовать в выражения (15), (16)
(P+∆P)(V-∆V) = PV (15)
(P+∆H ν)(V-∆V) = PV (16)
При изменении уровня в емкости на величину ∆H в пневмосистему должно быть подано минимальное количество воздуха ∆V. Выражение (16) определяет состояние газа для открытых систем. Для закрытых систем справедливо выражение (17)
(P+∆H ν+∆P)(V-∆V) = PV (17)
где: ∆P - изменение избыточного давления в емкости
Из выражения (17) получаем выражение (18)
∆V ∆H ν+∆P
------- = ---------------- (18)
V P+∆H ν+∆P
С достаточной для большинства случаев точностью можно опреде лить минимальный расход воздуха по выражению (19), полученного из выражения (18).
Q(м3/ч)> ---------------------
Где Q – объемный расход воздуха (м3/ч)
у|" - суммарный объем пневмосистемы. включающий объем пьезо метрического устройства, объем соединительных линий от пьезометрического устройства до прибора и источника пи тания сжатым воздухом, объем подмембранной камери при бора м *
оМ- - скорость увеличения уровня м/с
о d*£- ~ скорость уяеличенил давления Па/с
Р - давление в пьезометрическом устройства 1Та о - удельный вес измеряемой жидкости