Термоэлектрический метод измерения температур основан на строгой зависимости термоэлектродвижущей силы (т.э.д.с.) термоэлектрического термометра от температуры.
Термоэлектрические термометры широко применяются для измерения температуры до 2500 0С в различных областях техники и в научных исследованиях. Они могут использоваться для измерения температуры от -2000С, но в области низких температур термоэлектрические термометры получили меньшее распространение, чем термометры сопротивления, рассматриваемые ниже. В области высоких температур (выше 1300 - 1600 0С) термоэлектрические термометры находят применение главным образом для кратковременных измерений. Следует иметь в виду, что с ростом температуры возрастает влияние агрессивных свойств среды, и продолжительность работы термоэлектрических быстро снижается. Отличаются достаточно высокой точностью и стабильностью характеристик преобразования, хотя они и уступают немного по этим показателям термопреобразователям сопротивления. К числу недостатков следует отнести необходимость применения специальных термоэлектродных проводов для подключения преобразователей к прибору и необходимость стабилизации или автоматического введения поправки на температуру свободных концов. К числу достоинств термоэлектрических термометров следует отнести достаточно высокую степень точности, возможность централизации контроля температуры путем присоединения нескольких термоэлектрических термометров через переключатель к одному измерительному прибору, возможность автоматической записи измеряемой температуры с помощью самопишущего прибора, возможность градуировки измерительного пробора и термоэлектрического термометра.
Метод измерения температуры с помощью термометров сопротивления основан на свойстве вещества изменять своё электрическое сопротивление с изменением температуры. Термометры сопротивления изготавливают из металлов (медь и платина) и полупроводников. Применяют для измерения температуры в интервале от -260 до 750 0С. В отдельных случаях они могут быть использованы для измерения температур до 1000 0С. К числу достоинств следует отнести высокую точность (меньшую, чем у стеклянных термометров, но большую, чем у термоэлектрических преобразователей и всех остальных контактных термопреобразователей и термометров) и стабильность характеристики преобразования, возможность измерять криогенные температуры (от - 260 єС). К недостаткам следует отнести большие размеры чувствительного элемента, не позволяющие измерять температуру в точке объекта или измеряемой среды (диаметр чехла или чувствительного элемента 6 - 20 мм, длина 50 -180 мм).
Для измерения температуры целесообразно использовать контактный метод измерения температуры с помощью термосопротивления, так как он обеспечивает наибольшую точность и измерение в необходимых пределах.
2.1.2 Измерение давления
Давление жидкости, пара, газа - сила, действующая равномерно на площадь, а единицей давления называют силу, действующую равномерно на единицу площади. Из числа допускаемых к применению в нашей стране единиц давления предпочтительной является паскаль (Па). Паскаль - давление силы в один ньютон на площадь в один квадратный метр (Н/м2) /2/.
При измерении различают атмосферное, избыточное, ваккуметрическое и абсолютное давление. При контроле технологического процесса приходится иметь дело с измерением избыточного давления.
По принципу действия приборы для измерения давления делятся на следующие группы:
_ жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления гидростатическим давлением столба жидкости;
_ деформационные (пружинные), измеряющие давление по величине деформации различных упругих элементов или по развиваемой ими силе;
_ грузопоршневые, в которых измеряемое давление определяется силой действующей на площадь поршня;
_ электрические, основанные либо на преобразовании давления в какую-нибудь электрическую величину, либо на изменении электрических свойств материала под действием давления.
Для измерения давления, разрежения и разности давлений в промышленных условиях наибольшее распространение получили деформационные манометры. Они охватывают диапазоны измерений от 0 - 160 Па до 0 - 1600 МПа. Выпускаются измерительные преобразователи, которые линией связи соединены с показывающими вторичными приборами, расположенными на щитах управления.
Исходя из выше описанного, для контроля технологического процесса будут применяться два метода измерения давления - деформационный и электрический.
2.1.3 Измерение расхода
При измерениях, связанных с учетом количества жидкостей, газа и пара, и оперативным контролем, регулированием и управлением технологическими процессами в различных отраслях промышленности, приходится определять количество вещества, проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени или за какой-то промежуток времени /3/. Прибор, измеряющий расход, т.е. количество вещества, проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени - час (ч), называют расходомером.
Объёмный расход, обозначаемый через Q0, и массовый расход, обозначаемый через Qм, выражают в следующих единицах: кубический метр в секунду (м3/с); кубический метр в час (м3/ч); литр в час (л/ч) и килограмм в секунду (кг/с); килограмм в час (кг/ч); тонна в час (т/ч) соответственно. Допускаются единицы, выраженные в объёме или массе, отнесенные к минуте (мин).
Самое широкое распространение среди методов измерения расхода получил метод переменного перепада давления, который использует зависимость перепада давления на сужающем устройстве, установленном в трубопроводе, от расхода. Принципиальным преимуществом его по сравнению со всеми остальными методами является возможность определить градуировочную характеристику (номинальную статическую характеристику преобразования) расчетным путем. Характеристики всех остальных преобразователей расхода определяются экспериментально. Расходомеры переменного перепада давления применяются для измерения средних и больших расходов от 1м3/ч и более в трубопроводах от 50 мм и более. Различают расходомеры со стандартными и специальными сужающими устройствами. Последние применяются на трубопроводах диаметром меньше 50 мм и при малых числах Рейнольдса (Re), что позволяет использовать их для вязких жидкостей.
Часто применяются ротаметры, являющиеся наиболее распространенной разновидностью расходомеров постоянного перепада давления. Они получили широкое распространение в химической промышленности, в лабораторных и полупромышленных установках для измерения расхода жидкостей и газов. Ротаметры могут измерять очень малые расходы различных сред, в том числе агрессивных. Это достаточно надежные и неприхотливые в эксплуатации средства измерения; имеют практически линейную шкалу, просты, дешевы и достаточно точны (погрешность не превышает 1 - 1,5 %). Однако ротаметры обязательно должны устанавливаться вертикально, а поток должен быть направлен снизу вверх.
Электромагнитные (индукционные) метод применяют для измерения в трубопроводах объёмного расхода электропроводных жидкостей растворов и пульп с мелкодисперсными неферромагнитными частицами. Удельная электрическая проводимость измеряемой среды должна находиться в пределах от 10-3 до 10 См/м. Такие расходомеры применяются для измерения расхода электропроводящих сред в трубопроводах диаметром 2 - 3600 мм. Для трубопроводов больших диаметров выпускаются зондовые электромагнитные преобразователи, измеряющие скорость в одной или нескольких точках сечения, по которым определяется расход.
Принцип действия рассматриваемых расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, согласно которому наведенная в проводнике э.д.с. пропорциональна скорости его движения в магнитном поле. Роль движущегося в магнитном поле проводника играет электропроводная жидкость, протекающая через первичный электромагнитный преобразователь расхода, установленный в трубопроводе. Измеряя э.д.с., наведенную в электропроводной жидкости, которая при своём движении пересекает магнитное поле первичного преобразователя, можно определить среднюю скорость текущей жидкости, а вместе с тем и объёмный расход.
Тахометрические расходомеры и счетчики количества, которые получили широкое распространение в системах водоснабжения, для измерения расхода мазута и других вязких и агрессивных сред в различных технологических установках, - используют зависимость частоты вращения тела, установленного в трубопроводе от скорости движения среды или ее объема. Это наиболее точный метод измерения. Однако почти все они имеют ограниченный срок службы (исключение составляют шаровые расходомеры с гидродинамическим подвесом, но у них низкая точность измерения).
Бывают еще вихревые, струйные, тепловые, ультразвуковые и корреляционные расходомеры. Главным преимуществом ультразвуковых расходомеров является полная герметичность измерительных преобразователей, класс точности 1 - 1,5. Тепловые расходомеры применяют в основном для измерения микрорасходов от десятков миллилитров в час до сотен литров в час.
Наиболее целесообразным методом измерения расхода в процессе приготовления кислоты является метод переменного перепада давления.
2.1.4 Измерение уровня
Технические средства, применяемые /4/ для измерения уровня жидкости, называются уровнемерами. Приборы, предназначенные для сигнализации предельных уровней жидкости, называются сигнализаторами уровня.
Уровнемеры, предназначенные для измерения уровня жидкости с целью поддержания его постоянным в определенных пределах, снабжают устройством для сигнализации предельных отклонений уровня от заданного значения.
Для измерения уровня жидкости наиболее распространены визуальные, поплавковые, буйковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые, акустические уровнемеры.
В поплавковых уровнемерах перемещение поплавка на поверхности жидкости передаётся на показывающее устройство или преобразователь для преобразования перемещения в выходной сигнал. Они точны и надежны, нопри давлениях более 5 - 6 МПа практически не возможно создавать поплавок, который плавал бы на поверхности.
Действие буйковых уровнемеров основано на принципе электрической или пневматической компенсации усилия, развиваемого чувствительным элементом (буйком) измерительного блока уровнемера, погружённым в жидкость, уровень которой измеряется. Могут работать при высоких давлениях и температурах. Но, как и в поплавковых уровнемерах, осадки и отложения на буйке вызывают существенные погрешности.
Действие гидростатических уровнемеров основано на измерении давления столба жидкости или её веса в конкретном аппарате, т. е. P=H·с·g. Главное преимущество - возможность определять градуировочную характеристику расчетным путем.
Принцип действия электрических уровнемеров основан на зависимости от уровня жидкости электрических параметров преобразователей.
В акустических уровнемерах используется принцип локации уровня жидкости через газовую среду.
В ультразвуковых уровнемерах используется метод, основанный на на отражении ультразвуковых колебаний от границы раздела сред со стороны жидкости.
Измерение уровня радиоизотопными уровнемерами основано на поглощении г - лучей при прохождении их через слой вещества.
Чтобы исключить контакт агрессивной смеси с чувствительным элементом наиболее целесообразно использовать локационный метод измерения уровня.
Параметры, подлежащие контролю, приведены в приложении /1/.
технологический очистка промышленный сток
2.2 Сравнительная характеристика и выбор методов физико-химических измерений
2.2.1 Измерение концентрации
Концентрацией вещества называют физическую величину, определяемую отношением массы m вещества к занимаемому им объёму V. Относительную концентрацию жидкого вещества принято выражать отношением его плотности, взятой при нормальной температуре (20 0С), к плотности дистиллированной воды при температуре 4 0С и обозначать с204. Концентрацию жидкостей и газов уменьшается с увеличением температуры. Плотность газов увеличивается с увеличением давления, плотность жидкости практически от давления не зависит. Средства измерений плотности часто называют плотномерами или денсиметрами (денситометрами). В автоматических плотномерах применяются следующие методы измерения: пьезометрический, поплавковый, радиоактивный.
Принцип действия поплавковых плотномеров основан на непрерывном измерении выталкивающей силы, действующей на поплавок, частично или полностью погруженный в анализируемое вещество. Существует много различных конструкций плотномеров с частично погруженным поплавком. Они обладают высокой чувствительностью, что позволяет осуществить измерение плотности в узком диапазоне (всего 0,005 - 0,01 г/см3) с погрешностью ± (1,5 - 3) % от диапазона измерений. Плотномеры с полностью погруженным поплавком позволяют измерять плотность от 0,5 до 1,2 г/см3. Диапазон измерений может быть установлен от 0,05 до 0,2 г/см3. Температура анализируемой жидкости - 5…+100 0С. Класс точности 1.
Действие пьезометрических плотномеров основано на измерении гидростатического давления столба анализируемой жидкости постоянной высоты, через который продувается воздух. Измерение плотности осуществляется по разности давления в двух пьезометрических трубках, погружённых на одинаковую глубину в контролируемую и эталонную жидкости.