Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Работа № 111449
Наименование:
Пособие Основы автоматизации технологических процессов нефтегазового производства
Информация:
Тип работы: Пособие.
Добавлен: 19.02.2018.
Год: 2017.
Страниц: 55.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра автоматизации технологических процессов и производств
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
по курсам «Основы автоматизации производственных процессов», «Основы автоматизации технологических процессов нефтегазового производства» для студентов очной и заочной форм обучения по направлениям подготовки 13000, 130501 «Нефтегазовое дело»
УФА 2014
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов дневной и заочной форм обучения по направлению подготовки 13000 «Нефтегазовое дело» (МТ, СТ, ГТ, ГР, ГГ, ГБ, БМТ, БСТ, БГТ, БГР, БГГ, БГБ), изучающих курсы «Основы автоматизации производственных процессов», «Основы автоматизации технологических процессов нефтегазового производства», и представляет собой расчетно-графическую работу с рекомендациями по ее выполнению. Расчетно-графическая работа включает задачи и вопросы практически по всем разделам курса.
Составители: Прахова М.Ю., доц. Светлакова С.В., доц. Хорошавина Е.А., ст. преподаватель Федоров С.Н., ст. преподаватель
Расчетно-графическая работа включает вопросы и задачи по всем основным разделам курса. Она состоит из ответов на теоретические вопросы и решения задач. Вариант выбирается по номеру студента в списке на момент выдачи задания; если он больше 25, то выбор варианта производится по сумме цифр. Номера заданий для каждого варианта и перечень выполняемых заданий для конкретной специальности приведен в таблице. Работа выполняется на листах формата А4 в рукописном виде. При этом рекомендуется распечатать каждое задание на отдельном листе и в рукописном виде представить ответ или решение. Вопрос и условие задачи должны быть обязательно переписаны при любом варианте оформления. На титульном листе обязательно должны быть указаны номер по списку и вариант. Ответы на теоретические вопросы должны быть мотивированными, содержать необходимые иллюстрации и формулы. Прежде чем ответить на конкретный вопрос задания, необходимо привести краткие теоретические сведения, касающиеся тематики вопроса. При решении задач необходимо дать базовые определения, указать все используемые расчетные формулы и привести промежуточные расчеты. В учебно-методическом пособии приведены краткие теоретические сведения и основные расчетные формулы. Недостающая информация может быть найдена в рекомендуемой литературе, а также в любых других доступных источниках. Таблица – Варианты заданий и перечень выполняемых заданий по специальностям Вариант Номера заданий в каждом разделе 1 Погрешности измерений 2 Датчики 3 Измерение основных технологических параметров 4 Измерение состава и физико-химических свойств 5 Релейные схемы технологической сигнализации 6 Виды и методы измерений. Типы САР 7 Передача информации в системах автоматики 8 Измерение скважинных параметров 1 1 1 1, 26, 51 1 1 1 1 1 2 2 2 2, 27, 52 2 2 2 2 2 3 3 3 3, 28, 53 3 3 3 3 3 4 4 4 4, 29, 54 4 4 4 4 4 5 5 5 5, 30, 55 5 5 5 5 5 6 6 6 6, 31, 56 6 6 6 6 6 7 7 7 7, 32, 57 7 7 7 7 7 8 8 8 8, 33, 58 8 8 8 8 8 9 9 9 9, 34, 59 9 9 9 9 9 10 10 10 10, 35, 60 10 10 10 10 10 11 11 11 11, 36, 61 11 11 11 11 11 12 12 12 12, 37, 62 12 12 12 12 12 13 13 13 13, 38, 63 13 13 13 13 13 14 14 14 14, 39, 64 14 14 14 14 14 15 15 15 15, 40, 65 15 15 15 15 15 16 16 16 16, 41, 66 16 16 16 16 16 17 17 17 17, 42, 67 17 17 17 17 17 18 18 18 18, 43, 68 18 18 18 18 18 19 19 19 19, 44, 69 19 19 19 19 19 20 20 20 20, 45, 70 20 20 20 20 20 21 21 21 21, 46, 71 21 21 21 21 21 22 22 22 22, 47, 72 22 22 22 22 22 23 23 23 23, 48, 73 23 23 23 23 23 24 24 24 24, 49, 74 24 24 24 24 24 25 25 25 25, 50, 75 25 25 25 25 25 МТ, СТ, ГТ, БМТ, БСТ, БГТ ГР, БГР ГГ, БГГ, БГШ ГБ, БГБ БМР 2 ЗАДАНИЯ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
2.1 Погрешности измерения технологических параметров
1-1. Оцените погрешность (абсолютную и относительную) измерения температуры медным терморезистором, вызванную отклонением фактических значений R0 и a от номинальных. Фактические значения R0*= 53,05 Ом; a* = 0,00428 град–1. Номинальные значения: R0 = 53 Ом; a = 0,00426 град–1. Текущее значение сопротивления терморезистора Rt = 75,58 Ом. 1-2. На сколько градусов изменятся показания технического термометра с пределом измерения 0 – 200 0С и классом точности 1,5, если он рассчитан на применение в помещениях, влажность которых составляет 40 – 60%, а используется при 100% влажности? Дополнительная погрешность составляет 1,8% на каждые 10% отклонения от нормальных условий. Во сколько раз отличаются значения относительной погрешности в начале и в конце шкалы, если цена деления составляет 5 0С? 1-3. Поточный влагомер с диапазоном измерения (0 – 60)% и классом точности 2,0 предназначен для работы в потоке жидкости с температурой (15 – 30) 0С и содержанием солей (0 – 5) % об. Дополнительная температурная погрешность составляет ± 1,5% на каждые 10 0С отклонения температуры от нормальной. Дополнительная погрешность по солесодержанию составляет 1,2% на каждые 0,5% отклонения от нормального диапазона. Определите значения абсолютной погрешности влагомера для условий измерения: 1) температура потока 20 0С; солесодержание 5,5%; 2) температура потока 40 0С; солесодержание 6,25%. 1-4. Для технического манометра с пределом измерения 0…100 атм и классом точности 1,5 нормальная температура окружающей среды +(15…25) 0С, рабочая температура + (5…50) 0С; нормальная влажность (60 ± 5)%, рабочая влажность 40 – 80%. Дополнительная температурная погрешность составляет ± 1,5% на каждые 10 0С отклонения температуры от нормальной. Дополнительная погрешность от влажности составляет 1% на каждые 10% отклонения от нормальных условий. Расcчитайте значения общей приведенной погрешности, которую манометр будет иметь при условиях измерения: 1) температура окружающей среды 25 0С, влажность 62%; 2) температура окружающей среды 45 0С, влажность 75%; 3) температура окружающей среды 0 0С, влажность 60%. Для условий 2) определите максимально возможное значение относительной погрешности на отметке 40 атм. 1-5. Длина столбика жидкости (рисунок 1) в трубке микроманометра L составляет 95 делений при угле наклона трубки ? = 600. Как изменится относительная погрешность измерения давления, если трубку установить в положение, соответствующее ? = 300? 1-6. В каких пределах может находиться действительное значение давления, если стрелка установилась на отметке 60 атм шкалы манометра с диапазоном измерения 0…100 атм и классом точности 0,5? Можно ли считать манометр годным к эксплуатации, если на отметке шкалы 40 атм. его относительная погрешность g = 1%? Какую цену деления должен иметь прибор, чтобы порог чувствительности был равен 1 атм?
Рисунок 1
1-7. Плотномер показывает значение плотности 740 кг/м3 . Известно, что действительное значение плотности лежит в диапазоне 720 – 760 кг/м3. Характеристики плотномера: предел измерения 780 кг/м3 ; класс точности 1,0; нормальная температура потока (20 ± 5) 0С. Условие эксплуатации: температура потока 40 0С. Определите дополнительную погрешность по температуре. 1-8. В U – образном манометре с водяным заполнением внутренние диаметры трубок соответственно равны 8 и 8,3 мм. При измерении давления уровень в первой трубке переместился на 200 мм. Измеряемое давление считалось равным 200?2 = 400 мм вод. ст. Оцените абсолютную и относительную погрешности, вызванные неучётом реального уровня во второй трубке. Какой будет являться эта погрешность по причине возникновения и по характеру действия? 1-9. Плотномер показывает значение плотности 740 кг/м3 . Известно, что действительное значение плотности лежит в диапазоне 720 – 760 кг/м3. Характеристики плотномера: предел измерения 780 кг/м3 ; класс точности 1,0; нормальная температура потока (20 ± 5) 0С; дополнительная температурная погрешность плотномера gт = 0,18%/0С. Определите, при какой температуре эксплуатируется плотномер. 1-10. Часто при вычислении относительной погрешности d пользуются приближенной формулой, при этом в знаменатель вместо истинного или действительного значения измеряемой величины подставляют измеренное значение. Полученное в результате такого расчета значение относительной погрешности d? отличается от d на «погрешность погрешности» dпогр. Выразите dпогр через d. 1-11. Вольтметр V1 класса точности 1,0 с диапазоном показаний (0…100) В и вольтметр V2 класса точности 2,0 с диапазоном показаний (–50…50) В подключены к одному источнику напряжения. Измерения проводятся при нормальных условиях, погрешности отсчитывания пренебрежимо малы. U1 = 45,6 В и U2 = 47,5 В — показания V1 и V2 соответственно. Можно ли утверждать, что хотя бы один из вольтметров не отвечает указанному для него классу точности? 1-12. Поточный влагомер с диапазоном измерения (0 – 60)% и классом точности 2,0 предназначен для работы в потоке жидкости с температурой (20 ± 5) 0С и содержанием солей (0 – 5) % об. Дополнительная температурная погрешность составляет ± 2,5% на каждые 10 0С отклонения температуры от нормальной. Дополнительная погрешность по солесодержанию составляет 1,2% на каждые 0,5% отклонения от нормального диапазона. Определите значение относительной погрешности влагомера на отметке шкалы 15%, если измерения проводятся при температуре потока 26 0С и солесодержании 5,5%. 1-13. Вольтметром с диапазоном показаний (0…30) В и классом точности 0,5 было выполнено измерение напряжения. Полученное значение равняется 9,5 В. После определения образцовым вольтметром действительного значения напряжения выяснилось, что относительная погрешность первого вольтметра составила 1,5%. Соответствует ли первый вольтметр своему классу точности? 1-14. Рассчитайте, каким должно быть соотношение между диаметрами плюсового и минусового сосудов чашечного дифманометра, схема которого показана на рисунке 2, чтобы при отсчете уровня жидкости только в минусовом сосуде погрешность измерения разности давлений не превышала 0,1%. 1-15. При измерении расхода калориметрическим расходомером измерение мощности нагревателя производится по показаниям амперметра и вольтметра, имеющих классы точности 0,5 и 1,0 и шкалы 0…5 А и 0…30 В. Показания приборов составляют 3,2 А и 22 В. Оцените максимально возможное значение относительной погрешности, с которой производится измерение мощности. 1-16. Манометр имеет предел измерения 60 атм и класс точности 1,0. Нормальные условия его работы соответствуют температуре 15 ? 25 0С и влажности 50 ? 70%; он эксплуатируется при температуре 40 0С и влажности 100%. В каких пределах может в этом случае находиться действительное значение давления, если стрелка прибора находится на отметке 30 атм? Дополнительные погрешности равны: gт = 1,2% на 10 0С отклонения от нормального значения; gв = 0,8% на 10% отклонения от нормального значения. 1-17. Градуировка тензопреобразователя проводилась при температуре окружающей среды 20 0С, а измерение проводится при температуре 35 0С. Как называется возникающая в этом случае погрешность? Чему равно действительное значение давления при таком измерении, если измеренное значение сопротивления тензорезистора составило 104 Ома? Паспортные характеристики тензорезистора: при номинальной (градуировочной) температуре сопротивление тензорезистора при изменении давления от 0 до 20 атм изменяется от 100 до 116 Ом; его класс точности 0,5; характеристика тензорезистора линейная, дополнительная температурная погрешность ± 1,5% на каждые 10 0С отклонения от градуировочной температуры.
Рисунок 2 1-18. Плотномер имеет предел измерения 760 кг/м3 и класс точности 2,0. Нормальные условия его работы соответствуют температуре потока 15 ? 35 0С и давлению 0-60 атм; он эксплуатируется при температуре 40 0С и давлении 65 атм. В каких пределах может в этом случае находиться действительное значение плотности, если показания прибора составляют 732 кг/м3? Дополнительные погрешности равны: gт = 1,2% на 10 0С отклонения от нормального значения; gв = 0,8% на 10 атм отклонения от нормального значения. 1-19. Температура в термостате измеряется техническим термометром со шкалой 0 – 500 0С. Его показания составляют 346 0С. Одновременно с техническим термометром температура контролируется лабораторным термометром, имеющим свидетельство о поверке. Показания лабораторного термометра составили 352 0С, поправка по свидетельству составляет - 0,5 0С. Определите класс точности технического манометра. 1-20. Манометр имеет предел измерения 60 атм и класс точности 1,0. Нормальные условия его работы соответствуют температуре 15 ? 25 0С и влажности 50 ? 70%; он эксплуатируется при температуре 40 0С и некотором значении влажности. При измерении давления 30 атм прибор показал значение 31,4 атм. При каком значении влажности проводились измерения? Дополнительные погрешности равны: gт = 1,2% на 10 0С отклонения от нормального значения; gв = 0,8% на 10% отклонения от нормального значения. 1-21. Измерение разности давления осуществляется при помощи двух манометров класса точности 0,5. Диапазоны измерений манометров одинаковы и составляют 1,8 МПа. Найти минимальную разность давлений, которую можно измерить данными манометрами с точностью 3%. 1-22. Температура в термостате измеряется терморезистором III класса с параметрами: R0 = 53 Ом и ? = 4,26*10-3 К-1. При измерении некоторой температуры его сопротивление оказалось равным 68,82 Ом. Одновременно с терморезистором температура контролируется лабораторным термометром, имеющим свидетельство о поверке. Показания лабораторного термометра составили 70,4 0С, поправка по свидетельству составляет - 0,5 0С. Определите абсолютную и относительную погрешность измерения температуры терморезистором. 1-23. Температура t [°С] оценивается с помощью косвенного измерения терморезистором. Зависимость величины термосопротивления (ТС) меди от температуры имеет вид Rt = R0 (1+?t), где ? – температурный коэффициент сопротивления меди; Rt, R0 – значение сопротивления ТС при 0 °С и при t, °С соответственно. Сопротивление Rt определяется по формуле Rt = U /I - Rл, где Rл – сопротивление подводящих проводников; U – падение напряжения; I – сила тока. Величины U и I, измеряемые вольтметром и амперметром, являются результатом прямых измерений с погрешностями ?U = 0,01В, ?I = 0,01А; значения погрешностей Rл, R0 считаются ничтожно малыми. Вычислить погрешность измерения температуры ?t при U = 10 В, I = = 0,63 А, ? = 4,26 •10?? (°С)-1. 1-24. Количество теплоты, отводимое от теплообменного аппарата, может быть определено на основе косвенных измерений по формуле Q = Gc (t1– t2), где G – расход рабочего тела (кг/с); t1 и t2 – температура рабочего тела на выходе и входе теплообменного аппарата; с – удельная теплоемкость рабочего тела (Дж/кг), является заданной характеристикой. Величины G, t1, t2 определяются путем прямых измерений расхода и температуры, значения среднеквадратичных отклонений погрешностей измерения равны соответственно ?G =0,5 кг/с, ?t1= ?t2 = 0,5 °С. Вычислить ?Q – среднеквадратичную погрешность измерения Q - при с = 4,19•103 Дж/(кг •°С), G =50 кг/с, t1 = 25 °С, t2 = 8 °С. 1-25. При измерении напряжения на нагрузочном резисторе вольтметр показал 13,5 В. Найти абсолютную и относительную методические погрешности измерения, если сопротивление резистора 7 Ом, ЭДС источника 14,2 В, его внутреннее сопротивление 0,1 Ом.
2.2 Датчики
2-1. Тензометрический преобразователь, используемый для измерения деформаций, имеет следующую функцию преобразования длины в сопротивление:
где R – электрическое сопротивления преобразователя, Ом; l – длина преобразователя, мм; l0 – начальная длина преобразователя, 10 мм; R0 – начальное сопротивление преобразователя, 100 Ом. Выразите дифференциальную чувствительность преобразователя в Ом/мкм. 2-2. На рисунке 3, а приведен емкостный преобразователь - плоский конденсатор с подвижной 1 и неподвижной 2 обкладками. Он предназначен для преобразования перемещения x в изменение ёмкости С. На пластине 2 укреплён изолятор толщиной ?2 = 6 мм. Относительные диэлектрические проницаемости изолятора ?2 = 3 и воздуха ?1 = 1. Площадь перекрытия пластин F = 50 см2. Измеряемое перемещение x изменяется в диапазоне от 0 до 5 мм (шаг изменения ?x = 0,5 мм). При начальном положении пластины 1, когда x = 0, зазор между ней и изолятором равен ?0 = 5 мм. Частота переменного напряжения, питающего преобразователь, f = 500 кГц. Выведите формулу для статической характеристики преобразователя и постройте ее; рассчитайте чувствительность преобразователя к воздействующей величине. Определите диапазон изменения емкостного сопротивления датчика для указанного диапазона перемещения.
Рисунок 3 2-3. На рисунке 3, б приведен емкостный преобразователь - плоский конденсатор с подвижной 1 и неподвижной 2 обкладками. Он предназначен для преобразования перемещения x в изменение ёмкости С за счет изменения площади перекрытия пластин. Параметры преобразователя: a = 10 см; b = 30 см; f = 110 кГц; ? = 1,5 мм; хмакс = 16 см. Выведите формулу для статической характеристики преобразователя и постройте ее; рассчитайте чувствительность преобразователя к воздействующей величине. Определите диапазон изменения емкостного сопротивления датчика для указанного диапазона перемещения. 2-4. Для измерения уровня жидкостей используется цилиндрический преобразователь, показанный на рисунке 4,а. Он представляет собой два неподвижных коаксиально расположенных цилиндра 1 и 2 длиной l = 10 см. Сплошной цилиндр имеет диаметр d1 = 3,2 мм, а внутренний диаметр полого цилиндра равен d2 = 5,4 мм. Относительная диэлектрическая проницаемость жидкости ?ж = 2,3. Изменение х может происходить в пределах 0 - l см. Частота питающего напряжения f = 400 кГц. Выведите формулу для статической характеристики преобразователя и постройте ее; рассчитайте чувствительность преобразователя к воздействующей величине. Определите диапазон изменения емкостного сопротивления датчика для указанного диапазона перемещения.
а) б) Рисунок 4 2-5. Для измерения угловых перемещений ? в диапазоне 0 – 120 °С используется преобразователь, показанный на рисунке 4, б. Он представляет собой две полукруглые пластины, одна их которых – подвижная 1, а вторая – неподвижная 2. Радиусы подвижной и неподвижной пластин равны соответственно R = 132 мм и r = 20 мм. Угол ? изменяется в диапазоне 30 – 180 °С. Частота питающего напряжения f = 300 кГц. Толщина воздушного зазора между пластинами ? = 5 мм. Выведите формулу для статической характеристики преобразователя и постройте ее; рассчитайте чувствительность преобразователя к воздействующей величине. Определите диапазон изменения емкостного сопротивления датчика для указанного диапазона перемещения. 2-6. Градуировка термопары проводилась при температуре свободных концов минус 20 0С. Как в этом случае будет выглядеть статическая характеристика термопары? 2-7. На рисунке 5 показан стержневой измерительный тензопреобразова-тел , включающий 4 проволочных тензорезистора. Какие из них при измерении усилия F будут измерительными, а какие – компенсационными?
Рисунок 5 2-8. На рисунке 6 приведена статическая характеристика индуктивного датчика. Как изменится эта характеристика, если частота напряжения питания увеличится в 2 раза?
Рисунок 6 2-9. Будет ли работать термопара, если температура свободных концов окажется больше температуры горячего конца? Если будет, изменится ли работа термопары и как? 2-10. От какого параметра пьезодатчика (длины, ширины, толщины) зависит коэффициент пьезочувствительност ? 2-11. Определите напряжение на обкладках пьезоэлектрического кварцевого датчика, имеющего форму диска диаметром D = 1 см, толщиной d = 1 мм при сжатии его силой Fx = 20 Н. Емкость измерительной схемы, подключенной к датчику, Свх = 16,8 пФ, пьезомодуль кварца Кп = 2,2*10-12 Кл/Н, а его диэлектрическая проницаемость e = 4,5. 2-12. Одной из областей использования вихретоковых датчиков является толщинометрия – определение толщины слоя диэлектрика на металлическом основании. Можно ли использовать вихретоковые датчики для измерения слоя металлизации на диэлектрическом основании? 2-13. На рисунке 7 показана схема трансформаторного (индукционного) датчика угла поворота. Изобразите (качественно) его статические характеристики при отсутствии и наличии обмотки смещения W3.
Рисунок 7 2-14. Как изменится чувствительность пьезодатчика, представляющего собой пластину из кварца, при увеличении толщины пластины в 2 раза? Под толщиной пластины понимается расстояние между электродами. 2-15. Как изменится чувствительность емкостного датчика угловых перемещений с обкладками в виде двух полуокружностей (рисунок 4, б) при увеличении их радиусов в 2 раза?
2-16. Терморезистор ТСМ имеет следующие характеристики: начальное сопротивление 53 Ом, диапазон измерения 0 – 180 0С, постоянная времени 1 минута, ТКС 0,00426 1/град. Через 1 минуту после помещения терморезистора в объект измерения его сопротивление оказалось равным 78 Ом. Определите температуру объекта. 2-17. Как изменится чувствительность пьезодатчика, представляющего собой пластину из кварца, при пропорциональном увеличении всех параметров кварцевой пластины (длина, ширина, толщина) в 2 раза? 2-18. Зависит ли чувствительность пьезодатчика от площади пластины, на которой установлены электроды? 2-19. Имеются два пьезодатчика, один из которых состоит из 4 пластин площадью S1, а второй из 2 пластин площадью S2 (S1 в два раза меньше S2). Будет ли их чувствительность одинакова? 2-20. Термопара имеет следующие характеристики: диапазон измерения 0 – 600 0С, постоянная времени 2 минуты, чувствительность 32 мкВ/град. Через 2 минуты после ее помещения в объект измерения выходной сигнал составил 2,56 мВ. Определите температуру объекта, если температура окружающей среды составляет 22 0С. 2-21. Одинаковым ли будет по абсолютной величине изменение сопротивления медного терморезистора при изменении температуры от 0 до 60 0С и от 120 до 180 0С? Почему? 2-22. Одинаковы ли коэффициенты преобразования K = DR/DT у терморезисторов ТСП с начальным сопротивлением 46 и 100 Ом в диапазоне температур (0… 350) 0С? 2-23. Имеются два кварцевых пьезоэлектрических датчика, каждый из которых состоит из 4 пластин. Но в одном случае пластины имеют форму круглой шайбы толщиной 0,3 см и диаметром 1 см, а во втором – квадратной пластины толщиной 0,5 см и стороной квадрата 1,5 см. Будет ли их чувствительность одинакова? Если нет, у какого датчика она будет больше? 2-24. Определите относительную чувствительность и относительное изменение полного сопротивления одинарного индуктивного датчика (рисунок 8). Начальный зазор dв0 = 1 мм, изменение воздушного зазора ?dв = 0,1 мм.
Рисунок 8 2-25. Имеется два индуктивных трансформаторных датчика линейного перемещения, различающиеся между собой числом витков обмотки питания (у первого датчика оно в 2 раза больше) и частотой питающего напряжения (у первого датчика она в 2 раза меньше). Будет ли их чувствительность одинакова? Если нет, у какого датчика она будет больше? Все остальные параметры датчиков одинаковы.
2.3 Измерение основных технологических параметров
3-1. Имеются два потенциометра (рисунок 9) градуировок ХА и ХК со шкалой 0…600 0С. У какого из них значение резистора Rк больше? Токи в ветвях схемы у обоих потенциометров одинаковы. Чувствительность термопар ХА и ХК равна соответственно 41 и 65 мкВ/град. 3-2. Чувствительный элемент термопреобразователя, с помощью которого контролируется тепловое состояние движущегося по трубопроводу вещества, имеет температуру tт = 280 °С. Температура стенки трубопровода tст = 40 °С. Термопреобразователь крепится к стенке трубопровода и погружается в него на глубину l = 100 мм, его защитный чехол изготовлен из латунной трубки с коэффициентом теплопроводности ? = 80 Вт/(м·К), наружный и внутренний диаметры чехла соответственно равны dн = 32 мм и dв = 28 мм, коэффициент теплоотдачи от термопреобразователя к объекту контроля равен ?к = 280 Вт/(м2·К). Чувствительный элемент расположен в нижней торцевой части чехла. Рассчитайте абсолютную ? и относительную ? погрешности измерения, обусловленные теплоотводом от термочувствительного элемента к стенке трубопровода, и определите температуру объекта контроля tс.
Рисунок 9 3-3. Равномерна ли шкала неуравновешенного моста (рисунок 10) при условии, что Rt – термометр сопротивления ТСМ?
3-4. На рисунке 11 приведена схема измерительного моста. Определите, уравновешенный это мост или нет, и какой тип терморезистора в нем использован, если верхнему пределу измерения соответствует положение движка реохорда в точке «а». 3-5. На рисунке 12 приведена схема уравновешенного моста. Определите, какое положение движка реохорда (в точке «а» или в точке «б») соответствует: а) нижнему пределу измерения для датчика ММТ; б) верхнему пределу измерения для датчика ТСМ.
Рисунок 11 Рисунок 12 3-6. Компенсационный резистор, используемый в автоматическом потенциометре для автоматического введения поправки на температуры свободных концов термопары, рассчитывается для возможного диапазона их изменения 0 – 50 0С. При всех ли температурах свободных концов из этого диапазона будет происходить полная компенсация изменения термоЭДС? 3-7. При какой температуре будет полностью отсутствовать влияние линии связи на показания трехпроводного моста, если диапазон измерения составляет 200 0С, сопротивление реохорда равно сопротивлению 0,8R3, а сопротивление R1 = 0,4R3? 3-8. Чувствительный элемент термопреобразователя, с помощью которого контролируется тепловое состояние движущегося по трубопроводу вещества, имеет температуру tт = 600 °С. Температура стенки трубопровода tст = 18 °С. Термопреобразователь крепится к стенке трубопровода и погружается в него на глубину l = 30 мм, его защитный чехол изготовлен из стальной трубки с коэффициентом теплопроводности ? = 13,5 Вт/(м·К), наружный и внутренний диаметры чехла соответственно равны dн = 10 мм и dв = 8 мм, коэффициент теплоотдачи от термопреобразователя к объекту контроля равен ?к = 400 Вт/(м2·К). Чувствительный элемент расположен в нижней торцевой части чехла. Рассчитайте абсолютную ? и относительную ? погрешности измерения, обусловленные теплоотводом от термочувствительного элемента к стенке трубопровода, и определите температуру объекта контроля tс. 3-9. На рисунке 13 показана схема неуравновешенного моста для измерения температуры терморезистором с положительным ТКС. В какое плечо должен быть включен второй терморезистор, имеющий отрицательный ТКС, для увеличения чувствительности?
3-10. Температура измеряется уравновешенным мостом, схема которого приведена на рисунке 14. Будут ли зависеть показания моста от соотношения сопротивлений R2 и R3 (например, R2/R3=0,1 и R2/R3=10)? Какое из приведенных соотношений обеспечит большую чувствительность?
3-11. Будет ли линейной градуировочная характеристика уравновешенной мостовой схемы, показанной на рисунке 11? 3-12. Будет ли линейной градуировочная характеристика уравновешенной мостовой схемы, показанной на рисунке 12? 3-13. Что будут показывать автоматические потенциометры (рисунок 9) с диапазонами измерения 0…400 0С градуировки ХК и 0…50 мВ при закорачивании их входных зажимов? 3-14. Термометр сопротивления Rt подключен к уравновешенному двухпроводному мосту (рисунок 15) с помощью соединительных проводов, сопротивление каждого из которых при градуировке было 2,5 Ом. Оцените изменение показаний моста, вызванное увеличением сопротивления каждого из соединительных проводов на 0,5 Ом. Сопротивления резисторов схемы имеют следующие значения: R1 = R2 = 80 Ом; R3 = Rр = 40 Ом; Rt = 15 Ом. 3-15. Какого типа должны быть терморезисторы в схеме на рисунке 16, чтобы чувствительность мостовой схемы была максимальной?
Рисунок 15 Рисунок 16 3-16. Будут ли одинаковыми значения сопротивления реохорда Rэр (рисунок 9) у потенциометров с диапазонами измерения –50…+150 0С, 0…200 0С одной и той же градуировки ХК? 3-17. Автоматический потенциометр (рисунок 9) рассчитан на работу в комплекте с термопарой ТХА и имеет диапазон измерения 0...200 0С. Нужно ли изменить значения резисторов Rк и Rп при увеличении предела измерений до 400 0С? 3-18. Имеются два потенциометра (рисунок 9) градуировок ХА и ХК со шкалой 0…600 0С. У какого из них значение резистора Rп больше? Токи в ветвях схемы у обоих потенциометров одинаковы. Чувствительность термопар ХА и ХК - соответственно 41 и 65 мкВ/град. 3-19. Термометр сопротивления Rt подключен к уравновешенному трехпроводному мосту (рисунок 17) с помощью соединительных проводов, сопротивление каждого из которых при градуировке было 2,5 Ом. Оцените изменение показаний моста, вызванное увеличением сопротивления каждого из соединительных проводов на 0,5 Ом. Сопротивления резисторов схемы имеют следующие значения: R1 = R2 = 80 Ом; R3 = Rр = 40 Ом; Rt = 20 Ом.
Рисунок 17 3-20. Одинаковы ли значения сопротивления медного компенсационного резистора у потенциометров КСП-4 с диапазоном измерения –50…+100 0С градуировки ХК, 0…600 0С градуировки ХК, 0…600 0С градуировки ХА? Токи схемы для всех потенциометров одинаковы. 3-21. Возможно ли питание автоматического потенциометра от нестабилизированного источника напряжения (например, от батареи или аккумулятора)? 3-22. Автоматический потенциометр предназначен для работы в комплекте с термопарой ТХА и имеет диапазон измерения 0 – 300 0С. Как нужно изменить сопротивление Rш (рисунок 9) при увеличении предела измерения до 600 0С? 3-23. Изменится ли работа автоматического потенциометра при изменении полярности подключения термопары? Если да, то как? 3-24. Нормирующий преобразователь термоЭДС в ток может работать с любым типом термопар. С помощью какого элемента схемы обеспечивается одинаковый диапазон изменения выходного сигнала, не зависящий от чувствительности термопары? 3-25. Оцените изменение показаний уравновешенного моста (см. рисунок 11), вызванное изменением переходного сопротивления движка реохорда на 0,2 Ом. Шкала моста 0 – 150 °С, терморезистор типа ТСМ, сопротивление R0 = 53 Ом, R2 = R3 = 100 Ом. 3-26. У жидкостного манометрического термометра, заполненного ртутью, после монтажа термобаллон оказался расположен на 7,37 метра выше показывающего прибора (при градуировке они располагались на одном уровне). Как изменятся его показания, если шкала термометра 0…500 0С, давление в системе при таком изменении температуры изменяется от 4,47 до 14,28 МПа, а плотность ртути 13595 кг/м3? 3-27. Определите, какое начальное давление должно быть создано в системе манометрического газового термометра при 0 ?С, чтобы при изменении температуры от 0 до 500 ?С давление в системе увеличилось на 10 МПа. Определите, какую относительную погрешность вызовет изменение барометрического давления на 38 мм рт. ст. в начале и в конце шкалы. 3-28. Определите, на какой высоте может находиться после монтажа термобаллон жидкостного ртутного манометрического термометра относительно показывающего прибора, чтобы возникшая в результате этого погрешность не превысила класс точности. Шкала термометра 0…500 ?С, изменение давления в термобаллоне от 4,48 до 14,28 МПа, класс точности 2,0. 3-29. Газовый манометрический термометр имеет шкалу 0…200 ?С, что соответствует изменению давления от 0,6825 до 1,1925 МПа. При измерении температуры, равной 85 ?С, из-за изменения барометрического давления возникла относительная погрешность 2%. Каково отклонение барометрического давления от нормальных условий (760 мм рт. ст.)? 3-30. Как изменятся показания жидкостного манометрического термометра при увеличении барометрического давления на 40 мм рт.ст? 3-31. Определите абсолютное и относительное изменение показаний газового манометрического термометра, вызванное изменением барометрического давления от 760 до 720 мм рт. ст. Шкала прибора 0…200 0С, что соответствует изменению давления от 0,6825 до 1,1925 МПа. Прибор показывает температуру 180 0С. Шкала прибора равномерная. 3-32. У жидкостного манометрического термометра, заполненного ртутью, после монтажа термобаллон оказался расположен выше показывающего прибора (при градуировке они располагались на одном уровне). При этом его показания изменились на 40 0С. На сколько метров был поднят термобаллон, если шкала термометра 0…500 0С, давление в системе при таком изменении температуры изменяется от 4,47 до 14,28 МПа, а плотность ртути 13595 кг/м3? 3-33. Определите, как изменится чувствительность эластичной мембраны диаметром 180 мм, если ее снабдить жестким центром с диаметром 50 мм. 3-34. Чувствительным элементом манометра является сильфон. Уравновешивание давления осуществляется за счёт упругого противодействия сильфона и пружины, площадь сильфона S = 63 мм2, жёсткость пружины Кп = 0,96 кгс/мм, жёсткость одного гофра сильфона к воздействию осевого усилия Кс = 2,5 кгс/мм, число гофр 8. При перемещении стрелки манометра от начала до конца шкалы донышко сильфона перемещается на h = 6,5 мм. Определите пределы измерения манометра. 3-35. Чувствительным элементом тягомеров является мембранная коробка, составленная из двух гофрированных мембран. В одном случае коробка прикреплена к корпусу штуцером (рисунок 18, а), а во втором – в месте соединения мембран (рисунок 18, б). Одинаковы ли в этих случаях коэффициенты преобразования мембранных коробок?
3-36. Чувствительным элементом манометра, имеющего предел измерения 25 кгс/см2 , является сильфон. Параметры сильфона: жёсткость пружины Кп = 0,96 кгс/мм, жёсткость одного гофра сильфона к воздействию осевого усилия Кс = 2,5 кгс/мм, число гофр 10. При перемещении стрелки манометра от начала до конца шкалы донышко сильфона перемещается на h = 6,5 мм. Определите площадь сильфона. 3-37. На трубопроводе с водой, имеющей давление Р, установлены три манометра: один выше трубопровода, другой на одном уровне с ним, а третий – ниже трубопровода (рисунок 19). Одинаковыми ли будут их показания (собственными погрешностями манометров можно пренебречь)?
3-38. В мембранном дифференциальном манометре для уменьшения температурной погрешности одна из коробок делается меньшей жесткости, чем другая (рисунок 20). В какой камере (минусовой или плюсовой) должна располагаться эта коробка? 3-39. В преобразователе давления «Метран» использованы 4 тензорезистора: два с положительным коэффициентом тензочувствительност и два – с отрицательным. Каким образом они должны быть включены в плечи мостовой схемы для обеспечения максимальной чувствительности? 3-40. Сколько тензорезисторов с одинаковым по знаку коэффициентом тензочувствительност может быть использовано в четырехплечей мостовой схеме? 3-41. Изменяется ли чувствительность чашечного микроманометра с наклонной трубкой (рисунок 21) при изменении угла ? наклона измерительной трубки?
Рисунок 21 3-42. Имеется два манометра, чувствительным элементом у которых является сильфон. Уравновешивание давления осуществляется за счёт упругого противодействия сильфона и пружины. Эффективная площадь, жёсткость пружины и жёсткость одного гофра сильфона к воздействию осевого усилия одинаковы, число гофр первого сильфона 10, а второго - 15. Определите, у какого манометра предел измерения будет больше. 3-43. Как нужно изменить в сильфоне жесткость манометрической пружины, чтобы диапазон измерения увеличился в два раза? 3-44. Имеется два манометра с чувствительным элементом в виде трубки Бурдона. Параметры трубок b и a равны соответственно: b1 = 12 мм, a1 = 2200; b2 = 16 мм, a2 = 2300. Какой из них будет иметь больший диапазон измерения? Можно ли использовать для измерения разрежения трубку Бурдона с круглым сечением? 3-45. Манометр, измеряющий давление пара, установлен на 5 м ниже точки отбора. Он показывает значение давления Р = 50 кгс/см2, среднее значение температуры конденсата в импульсной линии t = 60 °С. Определите действительное значение давления в паропроводе. 3-46. В колокольном дифманометре (рисунок 22) с тонкими стенками уравновешивание колокола осуществляется за счет деформации пружины (выталкивающей силой жидкости можно пренебречь). Изменится ли коэффициент преобразования дифманометра, если утяжелить колокол при неизменной линейной характеристике пружины?
Рисунок 22 3-47. Какой должна быть жесткость пружины в колокольном дифманометре с пружинным уравновешиванием (рисунок 22), чтобы изменение перепада давления от 0 до 0,16 кгс/см2 вызывало перемещение колокола на 4 мм? Диаметр колокола 50 мм. 3-48. Влияет ли плотность жидкости, заполняющей колокольный дифманометр, на его диапазон измерения? 3-49. На трубопроводе с водой, имеющей давление 8 кгс/см2, установлены 3 манометра (см. рисунок 19). Манометр М1 поднят над трубопроводом на 1,5 м, манометр М2 находится на 1,8 м ниже трубопровода, а М3 – на одном уровне с ним. Определите показания всех манометров (собственными погрешностями манометров можно пренебречь). 3-50. В колокольном дифманометре с пружинным уравновешиванием (см. рисунок 22) жесткость пружины К = 7500 Н/м, изменение измеряемого перепада давления на 0,12 кгс/см2 вызывает перемещение колокола на 3,5 мм. Определите диаметр колокола. 3-51. Оцените влияние температуры на показания ультразвукового фазового расходомера, если известно, что изменение температуры воды от 8 до 25 0С вызывает изменение скорости звука от 1435 до 1475 м/с. Частота ультразвуковых колебаний 25 кГц, скорость потока 10 м/с, расстояние между пьезоэлементами расходомера 250 мм. 3-52. Через один и тот же электромагнитный расходомер пропускали вначале раствор № 1 проводимостью 80 См/м со средней скоростью 10 м/с, а затем раствор № 2 проводимостью 40 См/м со скоростью 20 м/с. Одинаковая ли ЭДС будет наводиться между электродами расходомера в обоих случаях? 3-53. Кондуктометрический сигнализатор уровня используется для контроля нижнего предельного уровня электропроводной жидкости (рисунок 23). Если уровень выше, горит зеленая лампочка; при снижении уровня до минимального загорается красная лампочка. Обозначьте цвет ламп EL1 и EL2 для этого условия. Реле К1 включено в цепь сигнализатора.
Рисунок 23 3-54. Предположим, что для измерения расхода воды один дифманометр – расходомер располагается ниже диафрагмы, а другой – выше (рисунок 24). Будут ли показания расходомеров одинаковы при одном и том же расходе или будут различаться за счёт гидростатического давления столбов жидкости в импульсных трубках? 3-55. Как влияет повышение температуры контролируемой среды на показания ротаметра, при условии, что расход остается прежним? 3-56. Для какой среды перепад давления на сужающем устройстве будет больше при измерении одного и того же расхода – сжимаемой (газ или пар) или несжимаемой (жидкости)? Почему? 3-57. Как влияет увеличение вязкости на показания турбинного расходомера?
3-58. В какую сторону изменятся показания ротаметра (завышения или занижения действительного значения расхода) при увеличении плотности контролируемой среды, если сам расход не меняется? 3-59. Как влияет на работу турбинного расходомера увеличение числа лопастей? 3-60. В трубопроводе диаметром 100 мм протекает вода, расход которой меняется от 0 до 300 м3/час. Для измерения расхода используется ультразвуковый расходомер. Расстояние между излучателем и приемником 300 мм. Скорость распространения звуковых колебаний в воде с = 1500 м/с. Определите изменение выходного сигнала в диапазоне изменения расхода. 3-61. Какая дополнительная погрешность возникнет в ротаметре, если он градуировался для среды с плотностью 800 кг/м3, а используется для измерения расхода среды с плотностью 835 кг/м3 ? Плотность поплавка 7700 кг/м3. Какое значение расхода – завышенное или заниженное – будет показывать ротаметр в этом случае? 3-62. Градуировка емкостного уровнемера проводилась для жидкости с диэлектрической проницаемостью ?ж=18. Определите погрешность уровнемера при измерении уровня жидкости с ?ж=20 без переградуировки, если текущее значение уровня h = 1,2 м; длина измерительного преобразователя Н = 2 м. 3-63. Кондуктометрический сигнализатор уровня используется для контроля верхнего предельного уровня электропроводной жидкости (рисунок 25). Если уровень ниже, горит зеленая лампочка; при повышении уровня до максимального загорается красная лампочка. Обозначьте цвет ламп EL1 и EL2 для этого условия. Реле К1 включено в цепь сигнализатора.
Рисунок 25 3-64. Калориметрический расходомер состоит из нагревателя мощностью 200 Вт, выполненного из проволоки диаметром 0,5 мм. Диаметр трубопровода 100 мм. Определите разность температур измеряемой среды до и после нагревания при расходе Q0 = 50 м3/ч. Измеряемая среда – вода и воздух. Исходная температура измеряемой среды 20 0С. Плотности воды и воздуха при этой температуре rв = 998,2 кг/м3; rвозд = 1,205 кг/м3. Теплоемкости измеряемых сред св = 4,183 кДж/(кг*К); свозд = 1,005 кДж/(кг*К). 3-65. В цилиндрическом вертикальном стальном резервуаре находится керосин. При температуре 30 оС высота уровня керосина составляет h м. Изменятся ли показания гидростатического уровнемера и действительный уровень керосина, если температура окружающего воздуха и резервуара вместе с керосином будет 0 оС? Изменением размеров резервуара пренебречь. 3-66. Определите угол конусности ? трубки ротаметра (рисунок 26), который применяется для измерения расхода воды в диапазоне от 10 до 500 л/час. Плотность воды rв = 998,2 кг/м3, длина шкалы Н = 160 мм, сечение поплавка f = 78,6 мм2, объем поплавка V = 600 мм3, плотность материала поплавка rп = 7870 кг/м3, коэффициент расхода ? = 0,98.
Рисунок 26 Рисунок 27 3-67. В трубопроводе диаметром 100 мм протекает вода, расход которой меняется от 0 до 300 м3/час. Для измерения расхода используется ультразвуковый расходомер. Расстояние между излучателем и приемником 300 мм. Скорость распространения звуковых колебаний в воде с = 1500 м/с. Определите разность времени прохождения звука по потоку и против потока и разность фазовых углов ультразвуковых колебаний, вызванных разностью скоростей прохождения звука. Частота ультразвука 20 кГц. 3-68. Измерительный преобразователь емкостного уровнемера, показанный на рисунке 27, состоит из измерительной и компенсационной частей. Диапазон изменения уровня h от 0 до 2 м, длина измерительной части преобразователя lи = 2 м, а компенсационной – lк = 10 см. Погонная емкость измерительной части уровнемера Сип = 240 пФ, компенсационной части – Скп = 860 пФ. Емкость конструктивных элементов компенсационной части Ск0 = 30 пФ. Показания вторичного прибора пропорциональны отношению емкостей измерительной и компенсационной частей Си/Ск. Диэлектрическая проницаемость изменяется с изменением температуры на 0,2%/К. Оцените относительное изменение показаний уровнемера, вызванное увеличением температуры жидкости на 25 0С при максимальном уровне. 3-69. В какую сторону (завышения или занижения действительного значения уровня) изменятся показания магнитоакустического уровнемера при переходе на среду с меньшей плотностью, если значение уровня не меняется? 3-70. Рассчитайте емкость и коэффициент преобразования измерительного преобразователя емкостного уровнемера, предназначенного для измерения уровня в баках – хранилищах керосина от нулевого до максимального значения Нмакс = 8 м. Преобразователь (рисунок 28) состоит из полого металлического цилиндра диаметром D = 60 мм (внешний электрод), внутри которого коаксиально расположен металлический тросик диаметром d = 1,5 мм, покрытый слоем изоляции толщиной b = 1 мм (внутренний электрод). Длина преобразователя l = 8 м, емкость конструктивных элементов С0 = 75 пФ. Относительная диэлектрическая проницаемость паров керосина eп = 1, керосина eж = 2,1, изоляционного покрытия тросика eи = 4,2.
Рисунок 28 Рисунок 29 3-71. Зависят ли показания магнитоакустического уровнемера от давления паровоздушной смеси? 3-72. Изменение уровня в открытом резервуаре Нмакс = 3 м (рисунок 29). Можно ли использовать для его измерения гидростатический метод с использованием мембранного дифманометра с пределом измерения ?Р = 0,4 кгс/см2 при условии, что дифманометр будет расположен ниже минимального уровня на h = 3 м? Минусовая камера дифманометра соединена с атмосферой.
3-73. В трубопроводе диаметром 100 мм протекает вода, расход которой меняется от 0 до 300 м3/час. Для измерения расхода используется ультразвуковый расходомер. Расстояние между излучателем и приемником 300 мм. Скорость распространения звуковых колебаний в воде с = 1500 м/с. Разность фазовых углов ультразвуковых колебаний, вызванных разностью скоростей прохождения звука, составляет 0,355 рад. Определите частоту ультразвука. 3-74. В трубопроводе диаметром 100 мм протекает вода, расход которой меняется от 0 до Qmax [м3/час]. Для измерения расхода используется ультразвуковый расходомер. Расстояние между излучателем и приемником 300 мм. Скорость распространения звуковых колебаний в воде с = 1500 м/с. Относительное изменение выходного сигнала в диапазоне изменения расхода составляет -0,7%. Определите максимальное значение расхода воды. 3-75. В какую сторону (завышения или занижения действительного значения уровня) изменятся показания радарного волноводного уровнемера при переходе на среду с меньшей плотностью, если значение уровня не меняется?
2.4 Контроль состава и измерение физико-химических свойств газов и жидкостей
4-1. Какому значению плотности контролируемой среды – минимальному, среднему или максимальному – должна соответствовать плотность жидкости, заполняющей компенсационный цилиндр вибрационного плотномера (рисунок 30)? Почему? 4-2. Как изменится чувствительность капиллярного вискозиметра при увеличении диаметра капилляра в 2 раза? 4-3. Какими факторами ограничивается нижнее и верхнее значения расхода газа в кулонометрическом гигрометре? 4-4. Как зависит диапазон измерения вискозиметра с падающим шариком от диаметра последнего?
1, 6 - возбуждающие и измерительные электромагнитные катушки; 2, 3 - ферромагнитные измерительный и компенсирующий цилиндры; 4 – сильфон; 5 – терморезистор; 7 - фазосдвигающее устройство; 8 – усилитель; 9 - преобразователь сигнала терморезистора; 10 - блок вычитания; 11 - блок коррекции по температуре; 12 – блок линеаризации; 13 - блок индикации; 14 – блок обработки информации Рисунок 30 4-5. При измерении концентрации углекислого газа в азоте термокондуктометриче ким анализатором он показал значение концентрации 76%. Какова фактическая концентрация СО2, если в смесь попали пары воды с концентрацией 7%? Теплопроводность компонентов газовой смеси, *10-3 , Вт/(м*К): CO2 - 18,49; N2 - 27,73. 4-6. На рисунке 31, а приведена условная хроматограмма, полученная при градуировке хроматографа, а на рисунке 31, б – хроматограмма, полученные при анализе неизвестной смеси. В качестве детектора был использован катарометр. Поправочные коэффициенты приведены в приложении А. Определите полный качественный и количественный анализ смеси. 4-7. Почему для питания датчиков термокондуктометриче ких и термохимических газоанализаторов необходим источник стабилизированного тока?
а)
б) Рисунок 31 – Градуировочная (а) и реальная (б) хроматограммы 4-8. Можно ли использовать термокондуктометриче кий газоанализатор для контроля содержания горючих газов, а термохимический газоанализатор – для контроля содержания негорючих газов? 4-9. Измерительная схема диэлькометрического гигрометра представляет собой неуравновешенный мост. Возможна ли работа этого прибора по схеме уравновешенного моста? Если да, то что в этом случае надо изменить в схеме? 4-10. Если в диэлькометрическом влагомере (рисунок 32) отключить сравнительный конденсатор, в какой части диапазона измерения – начальной, средней или максимальной – погрешность от влияния сорта нефти будет больше? 4-11. Как изменится чувствительность вискозиметра с падающим шариком при уменьшении диаметра последнего?
1, 9 – измерительный и сравнительный цилиндрические конденсаторы; 2, 6 - генераторы; 3 – смеситель частот; 4 - преобразователь в унифицированный сигнал постоянного тока; 5 - вторичный прибор; 7 – устройство обезвоживания нефти; 8 - емкость Рисунок 32 4-12. Оптико-акустический газоанализатор предназначен для измерения содержания этана. Определите, какие газы должны быть в фильтровых камерах, если в состав контролируемой газовой смеси входят также метан, окись углерода, азот, водород и углекислый газ. В приборе использовано излучение с длиной волны ? = 2,5 мкм. Спектры поглощения показаны на рисунке 33.
Рисунок 33 4-13. Вискозиметр с падающим шариком снабжен шариками трех различных диаметров, выполненных из одинакового материала. Какой из них соответствует наименьшему диапазону измерений? 4-14. Как изменяется емкость диэлькометрического гигрометра – увеличивается или уменьшается – при увеличении влажности газа? Нарисуйте примерный вид статической характеристики гигрометра. 4-15. Зависит ли чувствительность оптико-акустического газоанализатора от абсолютного значения интенсивности светового потока? 4-16. На рисунке 34, а приведена условная хроматограмма, полученная при градуировке хроматографа, а на рисунке 34, б – хроматограмма, полученная при анализе неизвестной газовой смеси. При анализе был использован детектор по плотности. Определите полный качественный и количественный анализ смеси.
а)
б) Рисунок 34 – Градуировочная (а) и реальная (б) хроматограммы 4-17. Зависит ли чувствительность оптико-акустического газоанализатора от длины волны светового излучения? 4-18. Определите, как изменится температура чувствительного элемента (нити) термокондуктометриче кого газоанализатора, если через него первоначально пропускался воздух (при этом температура нити была равна 80 0С), а затем анализируемый газ со следующим содержанием компонентов: кислород – 4%, углекислый газ – 13%, азот – 60%, водяные пары – 22%, водород – 1%. Температура стенок постоянна и равна 20 0С. Состав воздуха: кислород – 21%; азот – 79%. Теплопроводность компонентов газовой смеси, *10-3 , Вт/(м*К): CO2 - 18,49; O2 - 28,67; N2 - 27,73; H2 - 195,96. 4-19. Сопротивление чувствительного элемента термохимического газоанализатора при температуре 400 0С составляет 2,568 Ом. Определите, как оно изменится при прохождении через измерительную камеру газовой смеси с содержанием метана 4,5%. Удельная теплота сгорания метана составляет 34 мДж/м3, постоянная анализатора К = 2,7. 4-20. При измерении влажности воздуха номинальное значение точки росы составило 10 0С. После протирки зеркальца замасленной тряпочкой температура точки росы понизилась до 0 0С. Чему равна погрешность, возникающая при измерении относительной влажности воздуха (температура 20 0С) при таком изменении точки росы, и какова причина такого изменения показаний гигрометра? 4-21. Влияет ли на чувствительность оптико-акустического газоанализатора длина измерительной камеры? 4-22. Нарисуйте примерный вид статической характеристики вибрационного плотномера (см. рисунок 30). С какого значения частоты она будет начинаться? 4-23. Градуировка термокондуктометриче кого газоанализатора осуществлялась на синтетической смеси с составом 10% СО2 + 90% N2, а реальный состав анализируемой смеси – 10% СО2 + 70% N2 + 20% О2. Оцените относительную погрешность, возникающую из-за различия составов градуировочной и реальной смеси. Температура стенки 20 0С, температура чувствительного элемента при градуировке 80 0С, теплопроводность компонентов ?: СО2 – 18,49*10-3; N2 – 27,73*10-3; О2 – 28,67*10-3 Вт/(м*К). 4-24. Оптико-акустический анализатор используется для измерения углекислого газа в многокомпонентной газовой смеси, в состав которой входят также метан, окись углерода, азот, водород и этан. Определите, какие газы должны быть в сравнительной камере, если светофильтр настроен на длину волны 4,5 мкм. Спектры поглощения показаны на рисунке 33. 4-25. На рисунке 35, а приведена условная хроматограмма, полученная при градуировке хроматографа, а на рисунке 35, б – хроматограмма, полученная при анализе неизвестной газовой смеси. При анализе был использован детектор по плотности. Определите полный качественный и количественный анализ смеси.
а)
б) Рисунок 35 – Градуировочная (а) и реальная (б) хроматограммы
2.5 Релейные схемы технологической сигнализации
5-1. Нарисуйте фрагмент схемы сигнализации, в которой при подаче напряжения загорается общая сигнальная лампочка EL, затем EL2, после чего лампочки EL1 и EL3 загораются одновременно, а потом все, кроме EL, одновременно гаснут. 5-2. Нарисуйте временную диаграмму работу реле и укажите на ней точку (точки), в которой сила электромагнитного притяжения равна усилию возвратной пружины. Покажите на диаграмме, как она изменится, если параллельно обмотке реле включить резистор, сопротивление которого равно активному сопротивлению обмотки. 5-3. При пуске технологического агрегата работает световая сигнализация, отражающая этапы пуска. Нарисуйте схему, при которой 4 сигнальные лампочки при срабатывании соответствующих реле загораются в следующей последовательности: EL1 и EL3 одновременно; EL2; EL4. После загорания EL4 все лампочки, кроме нее одновременно гаснут. 5-4. Изменятся ли временные характеристики реле, если число витков обмотки увеличится вдвое? Если да, то как? 5-5. Нарисуйте фрагмент схемы технологической сигнализации для следующих условий. При подаче напряжения питания загорается лампочка EL4, затем EL3, далее сигнальные лампочки EL1, EL2 загораются одновременно, после чего последовательно погасают лампочки EL3 и EL2. 5-6. Нарисуйте, как изменится временная диаграмма работы реле, если параллельно обмотке реле включить резистор, сопротивление которого равно активному сопротивлению обмотки. 5-7. Изобразите фрагмент схемы сигнализации, в которой при подаче напряжения питания загорается общая сигнальная лампа EL, потом одновременно лампочки EL2 и EL4, затем последовательно друг за другом загораются лампочки EL1, EL3, после чего EL2, EL4 одновременно гаснут. 5-8. Как изменится время срабатывания и отпускания реле, если последовательно с его обмоткой включить резистор, сопротивление которого в два раза больше активного сопротивления обмотки? 5-9. Нарисуйте фрагмент схемы технологической сигнализации, состоящей из четырех лампочек EL1, EL2, EL3, EL4. Лампочки должны загораться в следующей последовательности: EL2 › одновременно EL4 и EL1 › EL3. После этого лампочки EL3, EL1, EL2 одновременно гаснут. 5-10. На рисунке 36 показана временная диаграмма работы фрагмента схемы технологической сигнализации. Составьте схему, соответствующую этой временной диаграмме.
Рисунок 36
5-11. При пуске технологического агрегата работает световая сигнализация, отражающая этапы пуска. Нарисуйте фрагмент этой схемы, включающей четыре сигнальные лампочки, срабатывающие в следующей последовательности. В момент включения питания загорается лампочка EL4, затем одновременно загораются сигнальные лампочки EL2 и EL3, а затем EL1. После этого гаснет лампочка EL3, а затем одновременно погасают EL2 и EL4. 5-12. Для изменения временных характеристик реле используются два одинаковых резистора, сопротивление которых равно сопротивлению обмотки реле. Один из них включен последовательно с обмоткой, а другой – параллельно ей. Как изменится время срабатывания? 5-13. Изобразите фрагмент схемы сигнализации, в которой при подаче на-пряжения питания загорается сигнальная лампа EL1, потом одновременно лампочки EL3, EL5, затем последовательно друг за другом загораются лампочки EL4 и EL2, после чего EL3 и EL5 одновременно гаснут. 5-14. Для изменения временных характеристик реле используется резистор, включенный последовательно с обмоткой. Как изменятся оба параметра – одинаково или нет? Если нет, то какой из них изменится сильнее? 5-15. Нарисуйте фрагмент схемы технологической сигнализации, обеспечивающей выполнение следующих условий: при подаче напряжения питания одновременно загораются лампочки EL1, EL2, EL3; затем последовательно загораются лампочки EL5 и EL4, после чего лампочки EL2 и EL3 одновременно гаснут. 5-16. На рисунке 37 приведен фрагмент схемы технологической сигнализации. Определите, в какой последовательности сигнальные лампочки загораются и погасают при подаче напряжения питания.
Рисунок 37 Рисунок 38
5-17. Зависят ли временные характеристики реле от числа витков обмотки? 5-18. Спроектируйте фрагмент схемы сигнализации, включающий четыре сигнальные лампочки EL1 - EL4, которые срабатывают в следующей последовательности: вначале загорается EL4, потом одновременно загораются лампочки EL1 и EL2, затем загорается лампочка EL3, после чего все лампочки одновременно погасают. 5-19. Отметьте на временной диаграмме реле точку (точки), в которой электромагнитное притягивающее усилие равно усилию возвратной пружины. Нарисуйте, как изменится временная диаграмма, если последовательно с обмоткой включить активный резистор такого же номинала. 5-20. На рисунке 38 приведен фрагмент схемы технологической сигнализации. Определите, в какой последовательности сигнальные лампочки загораются и погасают при подаче напряжения питания. 5-21. При пуске технологического агрегата работает световая сигнализация, отражающая этапы пуска. Нарисуйте схему, при которой 4 сигнальные лампочки при срабатывании соответствующих реле загораются в следующей последовательности: EL1 и EL4 одновременно, затем EL3. Далее одновременно происходит загорание EL2 и погасание EL1. После этого лампочка EL2 гаснет. 5-22. На рисунке 39 показан фрагмент схемы технологической сигнализации. Определите последовательность загорания лампочек в схеме и их окончательное состояние после всех переключений.
Рисунок 39 Рисунок 40
5-23. На рисунке 40 показан фрагмент схемы технологической сигнализации. Определите последовательность загорания лампочек в схеме и их окончательное состояние после всех переключений. 5-24. Определите, как изменятся время срабатывания и время отпускания обмотки при параллельном подключении к ней резистора, сопротивление которого в 4 раза меньше, чем сопротивление обмотки. 5-25. Предложите схему изменения временных характеристик реле, позволяющую уменьшить их в 3 раза.
2.6 Виды и методы измерения. Типы автоматических систем
6-1. Расходоизмерительный комплекс "Суперфлоу" вычисляет расход и объем газа, приведенный к нормальным условиям, по данным датчиков расхода, давления, температуры газа и введенному вручную значению плотности. Какой вид измерения реализуется в данном случае? 6-2. Какой вид и метод измерения реализуется в автоматическом потенциометре? 6-3. На рисунке 41 показаны возможные пути построения САР температуры в оранжерее. Р1 – Р3 – регуляторы. К какому типу будет относиться система, если регулирование будет осуществляться в зависимости от температуры крыши?
Рисунок 41 6-4. Измерение уровня нефти в резервуаре производится поплавковым уровнемером. Какие это вид и метод измерения? 6-5. Какой вид и метод измерения реализуется в уравновешенных мостах? 6-6. Измерение уровня нефти в резервуаре производится с помощью манометра, измеряющего гидростатическое давление столба жидкости. Какой вид и метод измерения реализуются в этом случае? 6-7. В системе автоматического удаления жидкости из конденсатосборников жидкость удаляется периодически через равные, заранее заданные промежутки времени. К какому типу автоматических систем относится данная система? 6-8. В солемере для определения содержания солей в нефти емкость датчика, через который проходит поток нефти, сравнивается с емкостью датчика, заполненного эталонной (обессоленной) нефтью. Какие вид и метод измерения используются в данном случае? 6-9. К какому типу автоматических систем относится система, управляющая работой компрессора в холодильнике? 6-10. В ультразвуковом уровнемере ультразвуковая волна от излучателя проходит до уровня жидкости в резервуаре, отражается от него и возвращается к приемнику. Уровень определяется по времени прохождения этого расстояния. Какие вид и метод измерения реализованы в данном случае? 6-11. На узлах учета нефти масса нефти нетто определяется по показаниям расходомера, влагомера и солемера. Какой вид и метод измерения используется в этом случае? 6-12. Источники искусственного освещения в оранжерее, имеющие 3 уровня мощности, последовательно переключаются на более высокий уровень при уменьшении интенсивности естественного света до определенного уровня. К какому типу автоматических систем относится данная система? 6-13. При измерении расхода по методу переменного перепада давления он определяется по зависимости , где ?Р – измеряемый перепад давления на сужающем устройстве; k – коэффициент пропорциональности; ? – плотность измеряемой среды. Определите вид и метод измерения. 6-14. Для контроля солености сыра в головку втыкают два электрода и измеряют электрическое сопротивление, а затем по градуировочной характеристике определяют соленость. Какие это вид и метод измерения? 6-15. Насыщение воды в аквариуме кислородом происходит с помощью компрессора, включаемого по сигналу таймера. Какой это тип системы автоматического регулирования? 6-16. В системе компаундирования двух нефтяных потоков с различным содержанием серы их расходы автоматически изменяются таким образом, чтобы обеспечить постоянство серосодержания в общем трубопроводе. К какому типу относится данная система автоматизации? 6-17. При наливе нефтепродукта в автоцистерну скорость налива вначале минимальна, затем по мере наполнения цистерны она возрастает и перед окончанием налива опять уменьшается. К какому типу автоматических систем относится данная система? 6-18. В термохимическом газоанализаторе для определения содержания метана в воздухе анализируемая газовая смесь постоянно прокачивается через проточную измерительную камеру, а непроточная сравнительная камера заполнена чистым воздухом. Обе камеры включены в неуравновешенный мост. Какие вид и метод измерения используются в данном случае? 6-19. На рисунке 41 показаны возможные пути построения САР температуры в оранжерее. Р1 – Р3 – регуляторы. К какому типу будет относиться система, если регулирование будет осуществляться в зависимости от этой температуры? 6-20. Деэмульгатор подается в трубопровод в зависимости от расхода протекающей по нему водонефтяной эмульсии. К какому типу автоматических систем относится данная система автоматизации? 6-21. Для контроля влажности древесины в нее втыкают два электрода и измеряют электрическое сопротивление, а затем по градуировочной характеристике определяют влажность. Какие это вид и метод измерения? 6-22. Какой вид и метод измерения реализуется в кориолисовом расходомере? 6-23. Основным режимом работы ГРС является поддержание давления в трубопроводе при изменении подводящего давления, расхода потребителя и температуры. К какому типу будет относиться реализующая эту задачу САР? 6-24. Температура нефти в трубчатой печи регулируется изменением соотношения расходов воздуха и топочного газа. К какому типу относится реализующая эту задачу САР? 6-25. Какой вид и метод измерения реализован в манометрическом термометре?
Раздел 7. Передача информации в системах автоматики
7-1. Измеряемая температура изменяется в диапазоне от 0 до 120 оС. Нарисуйте фрагмент кодовой маски в коде Грея для передачи значений температуры в диапазоне 42...46 оС с дискретностью 1оС. 7-2. Покажите графически изменение потенциала линии связи интерфейса RS-485 при передаче по ней числа 24. 7-3. Цифровая информация передается посредством стандарта RS-485. Изобразите сигнал в линии при передаче кодовой комбинации 01100101 и определите, какое число передается. Используется защита на четность. 7-4. Ниже приведен пример фрейма, передаваемого по интерфейсу RS-232. Определите передаваемое число и тип защиты по паритету.
7-5. Ниже приведен фрагмент кодовой маски в коде Грея. Определите, каким значениям давления она соответствует. Темный цвет соответствует 1. Левый столбец соответствует старшему разряду. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
7-6. Найдите сумму чисел 1110, 10011, 10100, записанных в коде Грея, и запишите ее в коде с защитой на четность. 7-7. Определите помехозащитные свойства кода, если в нем используются кодовые комбинации 011001, 010110, 100110. 7-8. С какой точностью можно передать значения температуры в диапазоне 0...254оС восьмиразрядным кодом Грея? 7-9. Передаваемая функция изменяется с частотой 10 Гц. Сколько раз ее значение будет передано в течение 1 мин? Диапазон изменения функции 0…100 единиц. 7-10. Число в коде Грея имеет вид 11101011. Запишите его в двоично- десятичном коде. 7-11. Ниже показана разность потенциалов в линии интерфейса RS-485 (информационные биты и бит паритета). Определите передаваемое число и тип защиты по паритету.
7-12. Ниже показана разность потенциалов в линии интерфейса RS-485 (информационные биты и бит паритета). Определите передаваемое число и тип защиты по паритету.
7-13. Число в двоично-десятичном коде имеет вид 0010 0011 0111. Запишите его в коде с защитой на нечетность. 7-14. Запишите кодовые комбинации, позволяющие управлять работой двух насосов (включать и отключать их), в коде, исправляющем одиночные ошибки. 7-15. Нарисуйте, как будет выглядеть фрейм при передаче по интерфейсу RS-232 десятичного числа 156 с защитой на нечетность. 7-16. С какой точностью можно передать значения температуры в диапазоне 0...380 оС десятиразрядным инверсным кодом? 7-17. Изобразите фрейм для передачи числа 197 с защитой на нечетность по интерфейсу RS-232. 7-18. Определите помехозащитные свойства кода, в котором используется 4 кодовые комбинации: 010101 101010 110011 001100 7-19. Значения технологического параметра передаются по каналу связи 300 раз в минуту. Какова максимальная частота изменения параметра? 7-20. Изобразите потенциал линии связи интерфейса RS-485 при передаче числа 94 с защитой на четность. 7-21. Найдите сумму чисел, записанных в двоично-десятичном коде, и запишите ее в этом же коде: первое число 0001 1001 1000; второе число 0111 0010 0011. 7-22. Число в коде Грея имеет вид 10101010. Определите, какому десятичному числу оно соответствует. 7-23. Определите помехозащитные свойства кода, в котором используются 3 кодовые комбинации: 101010 011101 110011 7-24. Ниже приведен фрагмент кодовой маски в коде Грея. Определите, каким значениям давления она соответствует. Темный цвет соответствует 1. Левый столбец соответствует старшему разряду. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
7-25. Измеряемое давление изменяется в диапазоне от 1 до 64 атм. Нарисуйте фрагмент кодовой маски для значений давления 34 – 37 атм (с шагом 1 атм).
2.8 Измерение нефтепромысловых параметров
8-1. Автоматические устройства по замеру продукции скважин Спутник-А. 8-2. Автоматические устройства по замеру продукции скважин Спутник-Б. 8-3. Автоматические устройства по замеру продукции скважин Спутник-В. 8-4. Автоматические устройства по замеру продукции скважин Спутник-ВМР. 8-5. Турбинный расходомер ТОР-1. 8-6. Расходомеры с заторможенной турбинкой. 8-7. Расходомеры с незаторможенной турбинкой. 8-8. Термоанемометрически расходомеры. 8-9. Определение обводненности нефти. 8-10. Комплексные приборы для измерения параметров скважин. 8-11. Измерение давления в скважине автономными приборами (геликсные манометры). 8-12. Измерение давления в скважине автономными приборами (пружинно-поршневые манометры). 8-13. Измерение давления в скважине дистанционно. 8-14. Измерение температуры в скважине автономными приборами (манометрические термометры). 8-15. Измерение температуры в скважине автономными приборами (термометры расширения). 8-16. Измерение температуры в скважине дистанционно. 8-17. Системы измерения температуры на базе оптоволокна. 8-18. Измерение уровня в скважине. 8-19. Инклинометрия. 8-20. Механические инклинометры. 8-21. Феррозондовые инклинометры. 8-22. Гироскопические инклинометры. 8-23. Использование системы координат в инклинометрии. 8-24. Переключатели потока. 8-25. Установки дозирования химреагентов.
2.9 Методические рекомендации к разделу 5
При составлении или чтении релейных схем необходимо учитывать следующее: - любое реле может иметь несколько контактов любого типа – замыкающих, размыкающих или переключающих; - принадлежность контакта к какому-либо реле определяется по его обозначению – например, если реле К2 имеет три контакта, они будут обозначены в схеме К2.1, К2.2 и К2.3, т.е. первая цифра означает номер самого реле, а вторая, указываемая после точки, – номер его контакта; - у любого реле контакт может изменить свое состояние (замкнуться или разомкнуться) только после подачи напряжения питания на его обмотку; - все реле срабатывают с некоторой задержкой времени после подачи питания на обмотку; - состояние лампочки изменяется быстрее, чем срабатывает реле. В качестве примера рассмотрим фрагмент схемы технологической сигнализации, приведенной на рисунке 42, а. Ее работа происходит следующим образом. При подаче напряжения питания замкнутой оказывается только цепь 1-1 питания лампочки EL1 (на схеме эта цепь показана жирными линиями). В результате подачи напряжения питания на обмотку реле К1 оно сработает и замкнет свой контакт К1.1 в цепи 2-2, в результате чего загорится лампочка EL2 и сработает реле К2. Оно, в свою очередь, замкнет свой контакт К2.1 в цепи 3-3, при этом загорится лампочка EL3. Таким образом, после всех переключений в схеме будут гореть все три лампочки. Если какая-нибудь лампочка должна отключаться, то в цепь ее питания необходимо ввести размыкающий контакт соответствующего реле. Например, рассмотренную выше схему необходимо изменить таким образом, чтобы после загорания лампочек EL2 и EL3 первая лампочка гасла. Для выполнения этого условия в ее цепь (рисунок 42, б) введен контакт К3.1, который размыкается при срабатывании реле К3, т.е. после того, как загорится EL3. Как видно из схемы, питание реле К1 в этом случае должно быть независимым, т.к., если ввести контакт К3.1 в цепь 1-1 исходной схемы (см. рисунок 42, а), при его размыкании отключится и реле К1, т.е. вся схема вернется в исходное состояние.
Рисунок 42
CПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фарзане Н.Г., Илясов И.В., Азим-заде А.Ю. Технологические измерения и приборы. – М.: Высшая школа, 1989. – 456 с. 2. Прахова М.Ю., Шаловников Э.А., Ишинбаев Н.А., Щербинин С.В. Основы автоматизации производственных процессов: учебное пособие с грифом УМО. – М.: Академия, 2012. – 263 с. 3. Прахова М.Ю., Шаловников Э.А., Коловертнов Г.Ю., Федоров С.Н. Мониторинг физико-химических свойств и состава технологических сред в нефтегазовой промышленности: учебник с грифом УМО. – Уфа: изд-во УГНТУ, 2011. – 234 с.
Приложение А
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ
Состав воздуха: кислород – 21%; азот – 79%. Таблица А.1 - Теплопроводность компонентов газовой смеси, *10-3 , Вт/(м*К) CO2 O2 N2 H2 18,49 28,67 27,73 19 ,96
Таблица А.2 – Поправочные коэффициенты для детектора по теплопроводности Вещество Обозначение на образцовой хроматограмме Поправо ный коэффициент К Относительная теплопроводность (по отношению к воздуху) Воздух - 1,0 Водород - 7,14 Гелий - 5,97 Метан A 0,45 1,25 Азот B 0,67 0,996 Этан C 0,59 0,75 Пропан D 0,68 0,615 Бутан E 0,68 0,552 Пентан F 0,69 0,535
СОДЕРЖАНИЕ С. 1 Общие требования к оформлению расчетно-графической работы ………. 3 2 Содержание расчетно-графической работы ……… 5 2.1 Погрешности измерения технологических параметров ……….. 5 2.2 Датчики ………. 11 2.3 Измерение основных технологических параметров ……… 17 2.4 Контроль состава и измерение физико-химических свойств газов и жидкостей ……….. 33 2.5 Релейные схемы технологической сигнализации ………. 39 2.6 Виды и методы измерения. Типы автоматических систем ……… 44 2.7 Передача информации в системах автоматики ……… 47 2.8 Измерение нефтепромысловых параметров ……….. 50 2.9 Методические указания к разделу 5 ……….. 51 Список рекомендуемой литературы ……… 53 Приложение А. Справочные данные ……… 54
