Реферат: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников образовательных учреждений среднего

Открытое акционерное общество «Газпром»

Негосударственное образовательное учреждение

Среднего профессионального образования

Новоуренгойский техникум газовой промышленности


«Автоматизация производственных процессов»


Методические указания и контрольные задания

для студентов-заочников

образовательных учреждений среднего

профессионального образования

для специальности 13050351 «Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений»

среднего профессионального образования


(базовый уровень)


Новый Уренгой, 2005

1 Введение


Рабочая программа дисциплины «Автоматизация производственных процессов» предназначена для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки студентов по специальности 13050351 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» и является единой для всех форм обучения. Рабочая программа составлена в соответствии с примерной программой, утвержденной учебно-методическим кабинетом по горному, нефтяному, энергетическому образованию – Государственное образовательное учреждение Минэнерго России от 14.04.2003 г.

Учебная дисциплина «Автоматизация производственных процессов» является специальной, устанавливающей базовые знания для усвоения других дисциплин и получения практических навыков и умений при работе со средствами автоматизации.

Изучение дисциплины основывается на знаниях и умениях, полученных студентами при изучении дисциплин: «Физика», «Математика», «Информатика», «Электротехника и электроника», «Гидравлика», «Техническая механика», «Термодинамика».

Полученные знания и умения по дисциплине являются необходимыми для изучения дисциплин: «Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», «Сбор и подготовка скважинной продукции», «Нефтегазопромысловое оборудование», «Электрооборудование нефтегазопромыслов».

Программой дисциплины предусматривается изучение конструкции, принципа действия, применения средств измерений и автоматизации, основ теории автоматического регулирования, автоматизации производственных процессов добычи, подготовки газа, газоконденсата, нефти, структуры, обеспечения и режимов работы АСУ ТП.

Учитывая специфику подготовки специалистов для региона, рассматриваются схемы автоматизации добычи, промысловой подготовки газа, газоконденсата и нефти на Уренгойском месторождении. Материал программы необходимо систематически пополнять о новых средствах измерений и автоматизации, о достижениях в области автоматизации производства.

По учебному плану изучение данной дисциплины предусматривает проведение обзорных лекций и лабораторных работ в период лабораторно-экзаменационной сессии и межсессионных консультаций. Большая часть теоретического материала подлежит самостоятельному изучению студентами-заочниками, и в качестве одной из форм самостоятельной работы студентов предусмотрено выполнение домашней контрольной работы, включающей задания практического характера. Лабораторные работы предназначены для углубленного изучения теоретического материала и получения практических навыков и умения при работе со средствами измерения и автоматизации.

В качестве итогового контроля знаний предусматривается экзамен.

В результате изучения дисциплины студент должен

знать:

конструкцию, принцип действия и применение средств измерений и автоматизации;

назначение и функции каждого элемента в системе автоматического регулирования;

типовые схемы автоматизации технологических процессов;

использование ЭВМ в АСУ ТП.


уметь:

выбирать по заданным условиям, справочной литературе, каталогам средства измерений и автоматизации;

работать с приборами и производить основные технические измерения;

составлять и читать функциональные схемы автоматизации.


Цель методических указаний – оказать помощь студентам-заочникам при выполнении домашней контрольной работы и изучении теоретического курса дисциплины.


^ 2 Тематический план




Наименование

разделов и тем

Кол-во ауд. часов при очной форме обучения


всего

Лаб. и практ

занятий


Введение


2


-


Раздел 1 Технические средства измерений и автоматизации


42


12

Тема 1.1 Основы метрологии

4

-

Тема 1.2 Измерение давления

10

4

Тема 1.3 Измерение температуры

10

6

Тема 1.4 Измерение расхода и количества вещества

6

2

Тема 1.5 Измерение уровня жидкости

4




Тема 1.6 Измерение физических свойств веществ

6




Тема 1.7 Диагностика нефтегазопромыслового оборудования

2





^ Раздел 2 Системы автоматического регулирования


22


6

Тема 2.1 Основы теории автоматического регулирования

6




Тема 2.2 Технические средства автоматизации

12

6

Тема 2.3 Исполнительные устройства автоматических систем

4





^ Раздел 3 Автоматизация и телемеханизация объектов нефтяных, газовых и газоконденсатных промыслов


30




Тема 3.1 Принципы построения схем автоматизации

4




Тема 3.2 Автоматизация добычи и промыслового сбора нефти

8




Тема 3.3 Автоматизация подготовки и откачки товарной нефти

8




Тема 3.4 Автоматизация добычи и промысловой подготовки газа

6




Тема 3.5 Телемеханизация объектов нефтяных и газовых промыслов

4





^ Раздел 4 Автоматизированные системы управления


5




Тема 4.1 Автоматизированные системы управления технологическими процессами

5






Итого

101


18



^ 4 Перечень лабораторных работ


№ рабо

ты


Наименование работы


Кол-во часов

1
Лабораторная работа № 1
Изучение конструкции и поверка манометра

2

2

^ Лабораторная работа № 2

Изучение конструкции и поверка измерительного преобразователя давления

2

3

^ Лабораторная работа № 3

Моделирование систем автоматического управления с использованием программируемого логического контроллера

2



5 Литература


Основная:

Исакович Р.Я., Попадько В.Е. Контроль и автоматизация добычи нефти и газа, М., Недра, 1985.

Исакович Р.Я., Логинов В.И. Автоматизация производственных процессов в нефтяной и газовой промышленности, М., Недра, 1985.

Клюев А.С. и др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов, М. Энергия, 1980.

Подкопаев А.П. Технологические измерения и контрольно-измерительные приборы, М., Недра, 1986.

Болтон У. справочник инженера метролога, М., Додэка-XXI, 2002.

Андреев Е.Б. и др. Технические средства систем управления технологическими процессами в нефтяной и газовой промышленности, М., РГУ нефти и газа, 2004.


Дополнительная:

Плотников В.М. Средства контроля и автоматизации объектов транспорта газа, М., Недра, 1985.

Третьяков Э. А., Игнатова Л.А. Автоматизированные системы управления производством, М., Машиностроение, 1997.

Справочник по автоматизации в газовой промышленности, М., Недра, 1990

Меньшов Б.Г., Суд И.И. Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности, М., Недра, 1984.

Геворкян В.Г. Основы сварочного дела, М., Высшая школа, 1991.

Ялышко Г.Ф. Сварка трубопроводов высокого давления, М., Стройиздат, 1993.

Неразрушающий контроль и техническая диагностика. Справочник /Под редакцией В. Клюева, М., Машиностроение, 2005.

Неразрушающие методы контроля Т.1, 2, 3 /Под редакцией В.Я. Кершенбаума, М., Наука и техника, 1992.

Журналы «Контрольно – измерительные приборы и системы».

Журнал «Компьютер - пресс».


Стандарты


ГОСТ 21.404–85 СПДС. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные.

ГОСТ 8.009-84 Нормированные метрологические характеристики средств измерений.

ГОСТ Р 9.585-2001 ГСИ. Термопары. Номинальные статические характерис-тики преобразователя.

ГОСТ 2405-88 Манометры, вакуумеры, моновакуумеры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры.


^ 6 Методические указания

к выполнению контрольной работы


Учебным планом предусматривается одна домашняя контрольная работа.

Контрольная работа является составной частью самостоятельной работы студента заочной формы обучения по усвоению программы дисциплины.

Контрольное задание включает три задачи и два теоретических вопроса. При выполнении задач предусматривается определение параметров и характеристик приборов и измерительных преобразователей температуры, давления, расхода газа и жидкости, уровня жидкости, влажности газа и воздуха. Задачи, расчеты и теоретические вопросы должны выполняться с подробными пояснениями и ссылками на литературу. При решении задач необходимо использовать методические указания, (п.п. 6.1-6.5), Приложения, рекомендуемую литературу.

Перед выполнением каждого задания необходимо изучить программный материал курса, относящийся к данной теме.

При выполнении контрольной работы необходимо :

- правильно оформить графики. Оси координат должны быть обозначены, на осях проставлены масштабные деления и их цифровые значения. Чертить графики необходимо на клетчатой или миллиметровой бумаге;

- схемы чертить в соответствии с действующими стандартами на буквенные и графические обозначения элементов схем (схемы можно выполнить в графическом редакторе на компьютере);

- список литературы должен быть приведен в конце контрольной работы. При выполнении работы должны быть приведены ссылки на использованную литературу;

все расчеты производятся в системе СИ;

справочные данные и коэффициенты указаны в Приложении методических указаний или в справочной литературе

Применение ксерокопий в задании, требующем графического выполнения схем, не допускается.

Контрольные задания разработаны на 30 вариантов. Номер варианта соответствует порядковому номеру студента по списку в журнале учебных занятий.

Контрольные работы, выполненные небрежно, с нарушением предъявляемых требований и не соответствующие заданному варианту, не зачитываются.


^ 6.1 Измерение температуры (задача № 1 для вариантов 1 – 30)


1 Термометры расширения действуют на основании способности жидкости изменять свой объем, а твердых тел – размер при изменении температуры.

Жидкостный термометр расширения состоит из резервуара, заполненного жидкостью (ртуть, спирт), капиллярной трубки и шкалы. Объем жидкости в зависимости от температуры определяется по формуле


V = V0 [ 1+ αV (Т– Т0)] (6.1)


где V и V0 – объемы жидкости при температурах Т и Т0, м3;

αV- коэффициент объемного расширения, 1/K.

Дилатометрический термометр расширения действует на основании использования теплового линейного расширения твердых тел (стержней, пластинок, спиралей). Линейные размеры стержня в зависимости от температуры определяются по формуле


l = l0 [1 +α l(Т – Т0)] (6.2)


где l и l0 – линейные размеры при температуре t и t0, м;

α l- коэффициент линейного расширения, 1/К.

Перемещение стержня с большим коэффициентом линейного расширения передается через рычажную передачу указательной стрелке. Относительное перемещение стрелки l, вызванное изменением температуры, находят по формуле


l = k l0αe Т, (6.3)


где k – отношение плеч рычага;

l0 – начальная длина стержня, м;

Т - изменение температуры, К.


2 Манометрический термометр состоит из чувствительного элемента – термобаллона, погруженного в измерительную среду, капиллярной трубки и трубчато-пружинного манометра. Все элементы соединены герметично, вследствие чего внутренняя полость термометра представляет собой замкнутое пространство, заполненное газом или жидкостью. При нагревании термобаллона в системе создается давление, которое вызывает перемещение механизма указателя.

В газовых термометрах термобаллон заполнен азотом, аргоном или гелием, и зависимость давления от температуры определяется по формуле:


Р = Р0 [ 1+ αV (Т – Т0)] (6.4)


где Р, Р0 – давление газа при температурах Т и Т0, Па;

αV - коэффициент объемного расширения газа, 1/К.


3 Термоэлектрический преобразователь (термопара) работает на основании возникновения термо-ЭДС в цепи, состоящей из двух разнородных проводников при наличии разности температур t и t0 соединений их концов.

Одно из соединений термопары (холодный спай) находится в среде с постоянной температурой, а другое (горячий спай) – в измерительной среде. Зависимость Е = f (t,t0) , близка к линейной и определяется материалами проводников термоэлектрической цепи. Для расчетов используются градуировочные таблицы значений Е= f (t,t0) при t0=0оС, которые приведены в приложении А.

Обычно измерения проводят в окружающей среде, температура которой отличается от 0оС, поэтому необходимо вводить поправку на температуру холодных спаев. Её можно рассчитать по формуле:


tист = tи + k(tх – t0)], (6.5)


где tист и tи – истинное и измеренное значение температуры, оС;

tх и t0 - температура холодных спаев при измерении и градуировке

(t0 = 0оС);

k - поправочный коэффициент, значение которого приведено в приложении А.

Термопара работает в комплекте со вторичными приборами: милливольтметром и потенциометром.

Напряжение на выводах милливольтметра связано с термо-ЭДС соотношением

Et

U = (6.6)

1 + Rвн / RV


где Rвн – сопротивление измерительной цепи (термопары, соединительных проводов, контактов и т.д.), Ом;

RV - внутреннее сопротивление вольтметра, Ом.


4 Термопреобразователи сопротивления служат для преобразования температуры в параметр электрической цепи (сопротивление). Они бывают металлические проволочные и полупроводниковые.

Металлические проволочные термосопротивления характеризуются следующими зависимостями сопротивления от температуры: платиновые (ТСП) в диапазоне от 0о до 650оС


Rt = Ro (1+ α 1t + α2t2), (6.7)


где α 1 = 3,97 10-3 1/C температурные коэффициенты

α 2 = -5,85 10-7 1/C2 сопротивления

медные (ТСМ) в диапазоне от -50оС до 180оС


Rt = Ro (1+ α t t) (6.8)


где α t= 4,26 10-3 1/Cо.
^ Сопротивление Ro градуируют при 0оС. В Приложении Б показаны основные данные термосопротивлений.
Термосопротивления работают в комплекте со вторичными приборами: логометрами и измерительными мостами.

Схема уравновешенного моста приведена на рисунке 1. В одно из плеч моста включено термосопротивление. Питание от источника напряжения GB подключено к одной из диагоналей моста, в другую включен измерительный прибор. Если мост уравновешен, то ток в измерительной диагонали равен нулю. Условие равновесия моста определяется по формуле


R2Rt = R1R3 (6.9)





^ Рисунок 1 – Схема уравновешенного моста

Принцип измерения температуры состоит в том, что при изменении сопротивления Rtс помощью переменного резистора R3 добиваются равновесия моста. Указатель шкалы связан с подвижным контактом переменного резистора R3 (шкала отградуирована в оС).


^ 6.2 Измерение давления (задача 2 для вариантов 1-14)


1 Жидкостные манометры.

В жидкостных манометрах используется принцип сообщающихся сосудов. Действие их основано на уравновешивании измеряемого давления силой тяжести столба жидкости.

Для U-образного двухтрубного манометра давление определяется по разности уровней жидкости в трубах, в которые подаются атмосферное и абсолютное давления (или разность давлений)


Ризб = gh (6.10)


P = P1 – P2 = qh, (6.11)


где  - плотность заполняющей трубки жидкости, кг/м3

q - ускорение силы тяжести, м/с2.





^ Рисунок 2 – Жидкостный манометр

2 Деформационные манометры действуют по принципу преобразования давления в перемещение упругого элемента. В зависимости от типа применяемых элементов различают мембранные, сильфонные, трубчато-пружинные манометры.





1 – мембрана; 2 - рычаг; 3 – стрелка; 4 – шкала


Рисунок 3 – Деформационный манометр (мембранный)


Максимальное перемещение центра мембраны max, мм под действием давления (рисунок 3) определяется по формуле:


PD4

max = 0,17 (6.12)

16 EG h3


где ЕG – модуль упругости, Па;

D - диаметр мембраны, мм;

h - толщина мембраны, мм;

Р – давление, Па.

Максимальное допустимое механическое напряжение на мембране max,Па определяется по формуле


PD2

max= 0,75 (6.13)

4h2


3 Электрические преобразователи давления действуют по принципу преобразования давления в электрический сигнал. К таким преобразователям относятся пьезоэлектрические, тензометрические, емкостные.

В пьезоэлектрических преобразователях используется явление возникновения напряжения на гранях кристаллов при воздействии на них механического усилия или давления. Напряжение U, В на гранях пьезокристаллов определяется по формуле


1012 К Р S

U = (6.14 )

Cвх/ n + Co

где К- пьезоэлектрическая постоянная, Кл/н

( для кварца К = 2,2 10-12 Кл/н);

S – площадь поверхности кристалла, м2

Свх – емкость измерительной цепи, пФ;

Со – емкость кристалла, пФ;

n - число пластинок кристалла;

Р - давление, Па.

Емкость Со, пФ пьезокристалла определяется по формуле:
8,9  S
С0 = (6.15)

h


где  - относительная диэлектрическая проницаемость для кварца = 4,5);

h - толщина кристалла, м;

S- площадь пластины, м2.

В тензометрических преобразователях давления используется явление изменения сопротивления металлических проволочных и полупроводниковых резисторов при их деформации.

Обычно тензометрические датчики наклеивают на упругие элементы (например, мембраны) преобразователей давления и включают в мостовые измерительные схемы.

Относительное изменение сопротивления R линейно зависит от изменения длины l и определяется по формуле

R Кql КqF

= = (6.16)

R l S EG

^ где Кq - коэффициент тензочувствительности (0,5 – 2,5);
F - сила, приложенная к площади упругого элемента , кН;

ЕG – модуль упругости, ГПа;

S – площадь упругого элемента, мм2.

В емкостных преобразователях давления использовано явление изменения емкости плоского конденсатора при изменении расстояния между его обкладками под действием давления.

Емкость плоского конденсатора С, Ф определяется по формуле


С = (6.17)


где а – абсолютная диэлектрическая постоянная, Ф/м;

S – площадь пластины, м2;

d – расстояние между пластинами, м.


^ 6.3 Измерение расхода жидкости и газа (задача 2 для вариантов 15-30)

^ Расход вещества – это масса или объем вещества проходящего через известное сечение в единицу времени (м3/с, кг/с).

1 Измерение расхода методом переменного перепада давления


Расходоизмерительная система состоит из сужающего устройства (диафрагма, сопло), устанавливаемого в трубопроводе, импульсных трубок и дифманометров.

Действие расходомеров этого типа основано на измерении перепада давления потока на сужающем устройстве. Объемный расход газов и жидкостей QV , м3/с через сужающее устройство определяется по формуле:


QV= αQ*C*mQ2 (6.18)


где αQ - коэффициент расхода (приложение В);

C - коэффициент сжимаемости (для жидкости C = 1);

V- плотность жидкости или газа, кг/м3;

Р - перепад давления, Па;

mQ - d/D – характеристический коэффициент (0,05 mQ 0,6);

d - диаметр сужающего устройства, м;

D - диаметр трубопровода, м.

При измерении расхода с помощью сужающих устройств требуются нормированные условия среды (температура и атмосферное давление).


^ 2 Турбинные расходомеры


В турбинных расходомерах основным элементом служит турбинка (крыльчатка), вращающаяся в потоке жидкости. Вращение передается через специальный механизм к счетному устройству. Частота вращения турбинки , рад/с определяется по формуле


K VсрK QV

 = = (6.19)

l S * l


где К – постоянный коэффициент для данного типа счетчика;

l - шаг лопастей турбинки, м;

S - площадь поперечного сечения трубы, м2;

QV– объемный расход, м3/с;

Vср – средняя скорость потока, м/с.


^ 3 Объемные расходомеры


В объемных расходомерах вращаются два подвижных элемента (шестерни), отмеривающие при своем движении определенные объемы жидкости (измерительный объем). Объемный расход определяется по формуле:


q n

QV = (6.20)

t1 – t2


где q - измерительный объем, м3;

n – количество измеренных объемов;

(t1 – t2) – промежуток времени, с.

Контроль и учет расхода жидкости проводится по результатам подсчета числа оборотов шестерен.


^ 4 Индукционные (электромагнитные) расходомеры


Индукционные расходомеры служат для непосредственного преобразования расхода в электрический сигнал. Они предназначены для измерения расхода проводящих жидкостей. Действие индукционных расходомеров основано на возникновении ЭДС в трубопроводе между полюсами электромагнита, которая снимается с помощью электродов.

ЭДС определяется по формуле


B*D*Q

E = B* D* Vср = (6.21)

S


где В - магнитная индукция между полюсами электромагнита, Тл;

D - внешний диаметр трубы, равный расстоянию между электродами, м;

S - площадь поперечного сечения трубы, м2.

Для тонкостенных трубопроводов ЭДС определяется по формуле:


4 В Q

Е = (6.22)

D


6.4 Измерение уровня (Задача 3 для вариантов 1-16)


1 Поплавковые уровнемеры действуют по принципу перемещения поплавка на поверхности жидкости. Это перемещение затем с помощью механической или электрической передачи поступает на прибор. Уравнение равновесия систем имеет вид:


V V + mпр = mп mтр, (6.23)


где V - объем вытесняемой поплавком жидкости, м3;

V - плотность жидкости, кг/м3;

mпр, mп, mтр, - соответственно масса противовеса, поплавка, неуравнове-шенной части троса.


Пьезометрические (гидростатические) уровнемеры основаны на принци-пе продувания воздуха через пневматическую трубку, опущенную в резервуар и измерения гидростатического давления Р, Па по формуле


Р =qh, (6.24)


где  - плотность жидкости, кг/м3;

q - ускорение силы тяжести, м/с2;

h - высота столба жидкости, м.

3 Принцип работы уровнемеров–дифманометров основан на измерении разности давлений жидкости в резервуаре и уравнительном сосуде. Дифманометры-уровнемеры следует градуировать при определенной плотности жидкости.

Разность давления в уровнемерах-дифманометрах равна гидростатическому давлению столба жидкости и определяется по формуле


Р =qh (6.25)


4 Электрические преобразователи уровня (емкостные) основаны на использовании емкостного метода, т.е. зависимости конденсаторного устройства от уровня заполняющей его жидкости. Устройство емкостного уровнемера представляет собой параллельно соединенные цилиндрические конденсаторы С1 (образован частью электродов и жидкостью, уровень которой изменяется) и С0 (образован частью электродов и воздухом). Емкость уровнемера определяется по формуле:

2

С = С1 + С0 = [lа2 + (l0 – l) а1] (6.26)

ln (D1/D2)


где l0 и l - полная длина цилиндра (резервуара) и длина его, заполненная жидкостью, м;

а1 и а2 - абсолютные диэлектрические проницаемость воздуха и жидкости, Ф/м;

D1 и D2 - диаметры внешнего цилиндра (резервуара) и внутреннего

цилиндра (электрода), м.





Сх


Рисунок 4 – Емкостной уровнемер


5 Волновые уровнемеры действуют по принципу отражения звуковых или электромагнитных волн от поверхности измеряемой жидкости. Обычно в волновых уровнемерах измеряется время запаздывания отраженного сигнала относительно излучаемого по формуле


2h

 = (6.27)

V


где h – расстояние от излучателя до поверхности, м;

V – скорость распространения волны в среде над измеряемой

поверхностью, м/с;

Скорость распространения электромагнитной волны V, м/с зависит от свойств среды и определяется по формуле-

V = (6.28)


где a, a - абсолютная диэлектрическая (Ф/м) и магнитная (Гн/м) проницае-мость среды.

Например, скорость распространения электромагнитных волн в воздухе составляет 299 106 м/с.

Скорость звуковой волны V, м/с в воздухе определяется по формуле


V = = cKRT, (6.29)

где c - коэффициент сжимаемости газов, м2/Н;

KR - универсальная газовая постоянная, равная 8134 Дж(кг К);

Р, Т - давление, Па и температура среды, К;

 - плотность среды, кг/м3.


^ 6.5 Измерение влажности воздуха, газа (Задача №3 для вариантов 17-23)


1 Психрометрический метод


Он основан на использовании зависимости относительной влажности воздуха от разности температур сухого и влажного термометров. Для определения влажности используется психрометрическая таблица

(приложение Г). Приборы, основанные на психрометрическом методе, оснащены двумя одинаковыми термометрами (термосопротивлениями), один из которых постоянно влажный. При этом используются различные мостовые схемы, рисунок 5. Условие равновесия моста (рисунок 5) определяется по формуле


(RM+R+RX)R4 = (RC+R-RX)R2 (6.30)


где RM – сопротивление влажного термометра (термосопротивление);

RC – сопротивление сухого термометра (термосопротивление).

R




R5 Rc


RM


R4

R2


Uпит


Рисунок 5 – Мостовая схема психрометра


^ Конденсационный метод


Конденсационный метод основан на определении относительной влажности по известным температурам воздуха (газа) и точки росы. Эта точка

контролируется визуально или с помощью фотоэлементов. При расчетах можно пользоваться следующим выражением для относительной влажности:


а + Т – в (Т – Тd)

 = * 100% , (6.31)

а + Т + в (Т – Тd)


где Т и Тd- температура воздуха и точки росы, К;

а и в - постоянные коэффициенты (в диапазоне температур воздуха 293 313К, а = 105, в = 3,9).

Одна из схем гигрометра приведена на рисунке 6.





3 2



1

1-источник света; 2- зеркальце; 3- фотоэлемент; 4- усилитель; 5- реле;

6 -полупроводниковая батарея; 7-термоэлектрический преобразователь

Рисунок 6 – Фотоэлектрический гигрометр


Охладителем является полупроводниковая термоэлектрическая батарея 7, работающая по принципу эффекта Пельтье: повышение температуры одного спая и понижение температуры другого спая при прохождении тока в термоэлектрической цепи. К холодному спаю полупроводникового элемента батареи припаяно металлическое зеркальце 2. Для измерения температуры зеркальца к его поверхности припаян термоэлектрический преобразователь, подключенный к милливольтметру.

В отсутствии на поверхности зеркала конденсата, падающий на него от источника света 1 световой поток отражается и попадает на фотоэлемент 3. В цепи фотоэлемента проходит фототок, который усиливается электронным усилителем и управляет работой реле 5. При этом через термоэлемент полупроводниковой батареи 6 проходит ток и зеркало охлаждается. Появление конденсата на поверхности зеркала приводит к рассеянию светового потока, уменьшающего освещенность фотоэлемента, уменьшению фототока и переключению реле, при котором питание термоэлемента отключается. Так как окружающая температура выше температуры зеркала, конденсат с поверхности зеркала быстро испаряется, и реле вновь включает в работу термоэлемент полупроводниковой батареи.


^ Емкостные влагомеры


Емкостные влагомеры работают по принципу изменения емкости конденсатора, в котором измеряемое вещество играет роль диэлектрика, с изменением его влажности.

Емкость цилиндрического конденсатора определяется по формуле


СХ= (6.32)


где а - абсолютная диэлектрическая проницаемость измеряемого вещества, Ф/м;

l - высота слоя измеряемого вещества, м;

D1 иD2 - внешний и внутренний диаметры измерительного конденсатора, м.


^ 7 Задания для контрольной работы


Вариант 1


1. При изменении температуры на 10С относительное изменение высоты столбика ртутного термометра составляет 1,02 по сравнению с первоначаль-ным. При каком изменении температуры оно будет 1,05, если коэффициент объёмного расширения ртути 1,72 10-4 1/К?

2. Атмосферное давление в зоне установки двухтрубного манометра, заполненного ртутью с v=14 г/см3, равно 101,3 кПа. Определить избыточное и абсолютное давления, если разность уровней 100 мм.

3. В поплавковом уровнемере масса поплавка 2,8 кг, объём 420 см3, масса противовеса 2 кг. При измерении верхнего уровня поплавок находится на расстоянии 5 м от дна резервуара, а противовес – на расстоянии 2 м, масса троса 0,2 кг на погонный метр. Определить, какая часть объема поплавка будет погружена, если плотность измеряемой жидкости 950 кг/м3.

4. Автоматизация нефтяных и газовых скважин.

5. Виды и методы измерений. Погрешности измерений.


Вариант 2


1. Каким должен быть рабочий ход стержня длиной 100 мм латунного термометра расширения со шкалой -100…+5000С? Коэффициент линейного расширения принять 0,2 10-4 1/К.

2. Абсолютное давление контролируемой среды менялось от 50 до 120 кПа, атмосферное давление 101,3 кПа. Определить, в каких пределах меняется разность уровней в двухтрубном манометре, заполненном ртутью с v=14 г/см3.

3. Масса поплавка уровнемера 3 кг. При измерении нижнего уровня он находится на расстоянии 0,2 м от дна резервуара, а противовес массой 2 кг – на высоте 3,5 м. Масса троса 0,2 кг на погонный метр. Определить наименьший объём, который должен иметь поплавок, если плотность жидкости 1000 кг/м3.

4. Автоматизированные групповые измерительные установки для измерения дебита скважин.

5. Средства измерений. Метрологические характеристики средств измерений.


Вариант 3


1. При увеличении перепада температур на 200С относительное изменение длины стержня равно 1% от первоначального значения l0. Найти коэффициент линейного расширения материала стержня дилатометрического термометра.

2. Жидкостный манометр отградуирован при атмосферном давлении 101,3 кПа на измерение абсолютного давления до 130 кПа. Изменится ли избыточное давление прибора, заполненного ртутью, при падении атмосферного давления до 97 кПа? Определить относительную погрешность измерения абсолютного давления, если показание прибора соответствует 130 кПа.

3. Определить передаточное число редуктора поплавкового уровнемера, одно из колёс которого связано с барабаном, наматывающим трос, другое – со стрелкой указателя, если при перемещении поплавка от 0 до 1,5 м угол поворота указателя равен 270. Диаметр барабана 100 мм.

4. Автоматизированные сепарационные установки нефти.

5. Анализаторы содержания солей в нефти.


Вариант 4


1. Длина указателя дилатометрического термометра равна 150 мм, а расстояние от её точки крепления до латунного стержня (l=0,2 10-41/К) равно 15 мм. Найти цену деления и чувствительность термометра, если начальная длина стержня l0=50 мм.

2. Жидкостный манометр, заполненный спиртом, градуируется при температуре 20С; плотность спирта V0=800 кг/м3. Определить, как изменится чувствительность прибора при температуре 30С, если рV=790 кг/м3. Найти погрешность измерения давления Ризб= 1кПа.

3. Контактно-механический уровнемер рассчитан на измерение уровня до 5 м. Сколько оборотов сделает электромеханическая лебёдка диаметром 0,5 м? Выбрать коэффициент передачи редуктора, связывающего лебёдку с сельсином-датчиком, если его поворот должен быть не более 180.

4. Автоматизированные блочные дожимные насосные станции нефти.

5. Деформационные манометры. Конструкция, принцип действия, область применения деформационных манометров.


Вариант 5


1. Выбрать соотношение плеч рычага дилатометрического термометра с диапазоном измерения –100…+500С так, чтобы его шкала имела линейный размер 60 мм. В термометре используется латунный стержень (l =0,2 10-41/К) длиной l0 =100 мм

2. Длина каждой из трубок U-образного манометра 0,5 м. Для каких избыточных давлений можно использовать манометр, если его заполнить ртутью (рV=13800 кг/м3)?

3. На рисунке 7 приведена принципиальная схема мембранного сигнализа-тора уровня. При каком давлении среды сработает сигнализатор с мембраной диаметром 50 мм и толщиной 0,5 мм, если модуль упругости материала мембраны Е =20 ГПа, а рабочий ход микропереключателя 2 мм?

4. Автоматизированные блочные установки подготовки нефти.

5. Измерительные преобразователи давления тензорезисторные. Конструкция, принцип работы, область применения измерительных преобразователей давления.





1 – мембрана, 2 – диск, 3 – возвратная пружина,

4 – микропереключатель, 5 - корпус


Рисунок 7 – Мембранный сигнализатор уровня


Вариант 6


1. На какие давления должна быть рассчитана термосистема жидкостного манометрического термометра со шкалой от –1000С до 5000С, если при 20С давление 1,5 МПа, а коэффициент объёмного расширения V= 2*10-3 1/ С?

2. На рисунке 8 приведен грузопоршневой манометр. Диаметр поршня 50 мм. Рассчитать массу груза таким образом, чтобы с помощью манометра можно было измерить давление до 10 кПа.

3. Мембранный сигнализатор (рисунок 7) используется для сигнализации верхнего уровня жидкости плотностью V= 950 кг/м3. При какой толщине слоя над осью мембраны включится сигнализатор, если давление срабатывания мембраны 500 Па.

4. Электрический способ очистки нефти в электродегидраторах.

5. Анализаторы содержания воды в нефти.





1 – груз, 2 – поршень, 3 – измерительный цилиндр
Рисунок 8 – Грузопоршневой манометр


Вариант 7

1. Найти начальный перепад температур термобаллона, если при его увеличении на 200С давление в термосистеме газового манометрического термометра увеличилось в 2 раза. Коэффициент объемного расширения газа равен 0,0036 1/К.

2. Мембрана манометра диаметром 80 мм, толщиной 0,8 мм, с модулем упругости 150 ГПа деформируется под действием давления от 2 до 5 мм. Найти диапазон измеряемых давлений.

3. Показания дифманометра пьезометрического уровнемера 5 кПа. Определить значения уровня жидкости номинальной плотностью V=880 кг/м3 в резервуаре.

4. Автоматизированные блочные установки сдачи товарной нефти.

5. Глубинные манометры для измерения давления нефти, газа в скважинах.


Вариант 8

1. Найти значение термо-ЭДС для термопары типа ТПП при температуре измеряемой среды 600С. Температура холодных спаев 0С (Приложение А).

2. Для мембраны манометра толщиной 0,8 мм, диаметром 64 мм и модулём упругости 150 ГПа, допустимое напряжение не должно превышать 450 МПа. Определить наибольшее измеряемое давление и максимально допустимое перемещение центра мембраны.

3. Пьезометрический уровнемер рассчитан на измерение уровня до 0,5 м в жидкости плотностью 1200 кг/м3. Абсолютное давление в резервуаре 50 кПа. Определить минимальное давление воздуха в пьезометрической трубке, необходимое для измерения максимального уровня (рисунок 9).

4. Автоматизированные блочные установки для очистки сточных вод на нефтяных промыслах.

5. Объемные счетчики расхода жидкости и газа. Конструкция, принцип работы, область применения объемных счетчиков.




Рисунок 9 – Пьезометрический уровнемер


Вариант 9

1. Измеренное значение термо-ЭДС для термопары типа ТХА при температуре холодных спаев 0С составило 5,2 мВ; Найти значение температуры контролируемой среды (Приложение А).

2. Определить напряжение на обкладках пьезоэлектрического преобразоват