Рабочий диапазон вихревых расходомеров

Нормальный рабочий диапазон вихревых расходомеров соответствует диапазону чисел Рейнольдса от 2х104 и выше до скоростей 10 м/с в случае жидкости и 80 м/с в случае газа или пара.

Рабочие среды (среда должна быть однофазной)

газ, пар, вода, чистые жидкости с низкой вязкостью или умеренно вязкие (до 7 мПа*с), умеренно коррозионные химикаты, легкие суспензии.

Отличительные особенности вихревых расходомеров серии «YEWFLO»

Основным отличием вихревых расходомеров серии «YEWFLO» от других вихревых расходомеров является принцип измерения частоты образования вихрей. В вихревых расходомерах YEWFLO вихреобразователь служит одновременно и чувствительным элементом: При образовании вихря на него действует изгибающая сила, которая с помощью встроенных пьезодатчиков преобразуется в электрический потенциал. Переменное усилие, возникающее при регулярном образовании вихрей, таким образом, приводит к переменному электрическому сигналу на выходе, частота которого соответствует частоте образования вихрей.

Такая конструкция дает целый ряд преимуществ для вихревого расходомера:

1. вихревые расходомеры обладают большой надежностью, поскольку пьезодатчики не контактируют со средой,

2. обеспечивается повышенная устойчивость к турбулентности потока, что

o снимает необходимость точного соответствия внутренних диаметров труб и расходомера,

o снижает требования к протяженности линейных участков до и после вихревого расходомера.

3.1.1.2.4. Расходомеры ультразвуковые

Расходомер для измерения скорости потока и объемного расхода воздуха или дымовых газов ультразвуковым методом, особенно влажных и агрессивных дымовых газов (образующихся при сжигании отходов).

Принцип измерения расхода воздуха или дымовых газов:
Расходомер D-FL 200 работает по принципу разности времени прохождения акустического сигнала через поток. Ультразвуковые преобразователи расходомера взаимно излучают и получают короткие импульсы по и против газового потока, что влияет на время прохождения сигнала. Объемный расход среды рассчитывается расходомером по разности времени прохождения сигнала.

Особенности расходомера:
- Измерение по месту
- Измерение расхода воздуха или дымовых газов возможно при температуре газового потока ниже точки росы и для высоких концентраций пыли
- Непрерывное измерение расходомером нормального объемного расхода и скорости потока газа
- Автоматический контроль нулевой и контрольной точек расходомера
- Прямое подключение для коррекции по температуре и давлению
- Вод параметров в расходомер через клавиатуру или ПК
- Непрерывное измерение температуры.

Применения расходомера:
- Измерение объемного расхода воздуха или дымовых газов при низких (в т.ч. околонулевых) скоростях потока
- Измерение расхода дымовых газов на предприятиях с влажными и/или агрессивными дымовыми газами, например на заводах по сжиганию отходов.
- Измерение объемного расхода при высоком содержании пыли.

Опции расходомера:
- Modbus интерфейс
- Преобразователь температуры
- Преобразователь абсолютного давления
- Защита расходомера от атмосферных воздействий
- Датчик воздуха продувки расходомера с сухим контактом сигнализации.

Виды

Доплеровские. Ультразвуковые расходомеры данного типа работают по бесконтактному способу измерения расхода с использованием двух датчиков, которые располагаются рядом. Один из них осуществляет излучение сигнала, а другой – его прием. Вычисление скорости потока производится по скорости передвижения газообразных или твердых частиц вещества. Доплеровские расходомеры могут работать с жидкостями, которые содержат большое количество твердых частиц или воздуха. Данные устройства практически не используются для работы с чистой жидкостью.

Время-импульсные. В данных устройствах датчики одновременно посылают друг другу высокочастотные звуковые сигналы. Сигнал, передающийся по направлению движения потока, достигает своей цели значительно быстрее. Между временем достижения сигналами целей образуется разница, которая далее преобразуется в показатель расхода. Преимуществом время-импульсных расходомеров являются минимальные издержки установки и эксплуатации, а также повышение эффективности измерения расходов на трубах большого диаметра. Данные устройства не используются для замера расхода газов, а также на трубах, имеющих диаметр до 50 мм

Компоненты расходомера:

3.1.1.3. Уравномеры

Уровнемеры – это специальные устройства, которые используются для определения уровня жидкостей, порошков и других материалов или сырья в определенных резервуарах, в которых они хранятся, или в рабочей среде. Главное различие уровнемера и сигнализатора уровня – способность измерять общие градации полного уровня, в отличие от сигнализатора уровня, которые меряет только граничные отметки.

3.1.1.3.1. Радарные уравномеры

Радарные уровнемеры – это наиболее высокотехнологичные средства измерения уровня. Для зондирования рабочей зоны и определения расстояния до объекта используется электромагнитное излучение СВЧ диапазона. В непрерывных уровнемерах идёт как излучение частотно модулированного сигнала, так и одновременно прием отраженного сигнала с помощью одной и той же антенны. На выходе получается смешанный сигнал, который анализируется с применением специального ПО. Импульсные микроволновые уровнемеры излучают сигнал с паузами, в которых прием происходит отраженного сигнала. Прибор вычисляет время прохождения прямого и обратного сигналов и определяет значение расстояния до поверхности.

Радарные уровнемеры не имеют непосредственного контакта с контролируемой средой, они могут применяться для агрессивных, вязких, неоднородных жидких и сыпучих материалов. Они обеспечивают высокую точность, что позволяет использовать их в системах коммерческого учета, они позволяют производить измерения уровня сред с низкой диэлектрической проницаемостью и, следовательно, слабой отражательной способностью. Они удобны в емкостях, где присутствует различное оборудование, сокращающее свободную зону для работы радара.

3.1.1.3.2. Ультразвуковые

Ультразвуковое измерение уровня – это испытанное и экономически эффективное решение для жидких и сыпучих продуктов.

Основные преимущества:

- подходит для измерения расхода в желобах, и на мерных водосливах;

- сертифицирован в соответствии с IP68, т.е. допускает погружение прибора в продукт;

- дистанционное отображение и управление измерениями в случае ограниченного доступа к месту монтажа.

Принцип работы:

Измерение уровня с применением ультразвукового уровнемера основывается на измерении времени пролета акустического сигнала, излучаемого и принимаемого одним и тем же чувствительным элементом датчика после его отражения от поверхности продукта. Данным датчиком уровня измеряется непосредственно уровень продукта в емкости. Расстояние, которое прошел ультразвуковой импульс, равно произведению времени распространения импульса и скорости звука. Для различных газовых сред скорость распространения ультразвуковой волны будет разное, например для воздуха при температуре 0°С она равна 331 м/с, и при повышении температуры требуется ввести поправочный коэффициент 0,17% на каждый градус для этих целей в излучателе прибора предусмотрен датчик температуры компенсирующий воздействие температуры.

Среди плюсов использования ультразвука в качестве «измерителя» необходимо отметить следующие:

- возможность применения бесконтактного метода измерений (в том числе через металлические стенки резервуаров);
- возможность определения весовых характеристик топлива стандартизированных видов, процентного соотношения пропан/бутан для сжиженного газа;
- отсутствие при реализации метода высоких требований к износостойкости и прочности конструкций оборудования;
- простота конструкции преобразователей и способа их установки в/на резервуары, как следствие - простота сервисного обслуживания

- срок службы ультразвуковых датчиков не менее 14 лет.

3.1.1.3.3. Волноводный

Волноводные уровнемеры применяются в малых и узких резервуарах, поскольку радиоимпульсы направляются по зонду, а не свободно распространяются в пространстве резервуара.

В зависимости от условий процесса производства и свойств среды, подлежащей измерению, используется один из пяти типов зондов: коаксиальный, жесткий двухстержневой, жесткий одностержневой, гибкий двухпроводный и гибкий однопроводный.

Коаксиальный зонд применяется, когда необходимо измерение уровня внешней поверхности и уровня раздела двух жидкостей, например, растворителей, спиртов, водных растворов, жидкого аммиака.

Двухстержневой жесткий или двухпроводной гибкий зонды рекомендуются для измерении уровня жидкостей (нефтепродукты, растворители, водные растворы и т.п.).

Одностержневой жесткий или однопроводной гибкий зонды могут применяться для вязких жидкостей, взвесей, водных растворов и алкогольных напитков, а также использоваться в фармацевтической промышленности.

Волноводный уровнемер состоит из следующих основных элементов: корпус, электронный модуль, фланцевое или резьбовое соединение с резервуаром и зонд. Корпус уровнемера, состоящий из двух независимых отсеков (отсек электроники и отсек с клеммами для подключения кабелей), может быть снят с зонда, при этом, что немаловажно, открывать резервуар не нужно. Электронный модуль излучает электромагнитные импульсы, которые распространяются по зонду, выполняет обработку отраженного (принятого) сигнала и выдает информацию в виде аналогового или цифрового сигнала на встроенный жидкокристаллический индикатор или в систему измерения.

3.1.1.3.4. Гидростатический

Гидростатические уровнемеры - ближайшие родственники датчиков давления. Они дешевы и просты по конструкции, но имеют ограниченное применение из-за относительно низкой точности, сложности применения (монтаж на днище резервуара, требуется постоянная плотность измеряемого объекта, только для спокойных объектов/процессов). Постоянный контакт с измеряемым объектом так же накладывает свои ограничения.

Их действие основано на уравновешивании давления столба жидкости p в аппарате (хранилище) давлением столба жидкости, заполняющей измерит, прибор, или пружинным механизмом (р = Hr, где r = const – плотность жидкости).. нулевого уровня.

Типичное применение гидростатических уровнемеров — для однородных жидкостей в емкостях без существенного движения рабочей среды, а также для паст и вязких жидкостей. С помощью дифференциальных датчиков давления возможно также измерение уровня жидкости в открытых резервуарах, уровня раздела жидкостей.

К достоинствах данных уровнемеров можно отнести простоту конструкции и дешевизну. Однако у гидростатических указателей уровня жидкости есть существенные недостатки — относительно низкая точность измерения и ограниченность применения из-за того, что монтаж устройства на дне резервуара требует постоянной плотности среды.

Их действие основано на уравновешивании давления столба жидкости p в аппарате (хранилище) давлением столба жидкости, заполняющей измерит, прибор, или пружинным механизмом (р = Hr, где r = const – плотность жидкости).

3.1.1.4. Датчик температур

Контроль над температурой составляют основу многих технологических процессов. Измерение температуры жидкости, газа, твердой поверхности или сыпучего порошка - каждый случай имеет свою особенность, которую необходимо понимать, чтобы измерения максимально соответствовали поставленной задаче. Существует множество датчиков температуры, построенных с использованием различных физических законов. Одни из них прекрасно справляются с конкретной задачей по измерению температуры, другие предназначены для универсального использования. В данном разделе описаны основные типы датчиков для измерения температуры, их особенности, слабые и сильные стороны, задачи, для которых они предназначены.

Если рассматривать датчики температуры для промышленного применения, то можно выделить их основные классы: кремниевые датчики температуры, биметаллические датчики, жидкостные и газовые термометры, термоиндикаторы, термисторы, термопары, термометры сопротивления, инфракрасные датчики температуры.

Кремниевые датчики температуры используют зависимость сопротивления полупроводникового кремния от температуры. Диапазон измеряемых температур для таких датчиков составляет от -50 С до +150 С. Внутри этого диапазона кремниевые датчики температуры показывают хорошую линейность и точность. Возможность производства в одном корпусе такого датчика не только самого чувствительного элемента, но так же и схем усиления и обработки сигнала, обеспечивает датчику хорошую точность и линейность внутри температурного диапазона. Встроенная в такой датчик энергонезависимая память позволит индивидуально откалибровать каждый прибор. Большим плюсом можно назвать большое разнообразие типов выходного интерфейса: это может быть напряжение, ток, сопротивление, либо цифровой выход, позволяющий подключить такой датчик к сети передачи данных. Из слабых мест кремниевых датчиков температуры можно отметить узкий температурный диапазон и относительно большие размерами по сравнению с аналогичными датчиками других типов, особенно термопарами. Кремниевые датчики температуры применяются в основном для измерения температуры поверхности, температуры воздуха, особенно внутри различных электронных приборов. Например можно назвать температурные регистраторы компании Dallas semiconductor выпускаемые под маркой THERMOCHRON. Регистраторы имеют кремниевый датчик температуры, микросхему обработки сигнала и память для сохранения результатов.

Биметаллический датчик температуры, как следует из названия, сделан из двух разнородных металлических пластин, скрепленных между собою. Различные металлы имеют различный коэффициент расширения при той или иной температуре. Например, константан практически не расширяется при температуре, железо, напротив испытывает заметное расширение. Если полоски из этих металлов скрепить между собой и нагреть (или охладить), то они изогнутся. В биметаллических датчиках пластинки замыкают или размыкают контакты реле, или двигают стрелку индикатора. Диапазон работы биметаллических датчиков от -40 С до +550 С. Биметаллические датчики используют для измерения поверхности твердых тел, реже для измерения температуры жидкости. Основным преимуществом датчиков является простота и надежность конструкции, возможность работы без электрического тока, низкая стоимость. Вместе с тем, биметаллические датчики температуры имеют большой разброс характеристик, а так же большой гистерезис переключения, особенно при низких температурах. Основные области применения биметаллических температурных датчиков – автомобильная промышленность, системы отопления и нагрева воды.

Жидкостные и газовые термометры наиболее старые типы датчиков температуры. Первая шкала температуры была предложена Фаренгейтом в начале 18-го века именно для жидкостного термометра. Жидкостные термометры используют эффект расширения жидкостей при повышении температуры. В качестве жидкостей используется спирт или ртуть в диапазоне комнатных температур. Для измерений низких температур, например в криогенной технике, может быть использован жидкий неон, а для измерения высоких температур обычно используют галлий, который находится в жидком состоянии уже от 20 С. В газовых термометрах используется эффект расширения, при переходе вещества из жидкого в газообразное состояние. Газ давит через мембрану и замыкает электрические контакты. Диапазон измерений для жидкостных и газовых термометров от -200 С до +500 С. Термометры этого класса обычно применяются для визуального контроля температуры, либо в качестве термостатов в различных нагревателях и холодильной технике.

Термоиндикаторы – это особые вещества, изменяющие свой цвет под воздействием температуры. Такое изменение цвета может быть как обратимым, так и необратимым. В диапазоне комнатных температур используются термоиндикаторы на основе жидких кристаллов. Они плавно изменяют свой цвет при изменении температуры. Изменения эти, как правило, обратимые. Производятся они в виде пленки, часто с клейкой подложкой, и служат для оперативного визуального контроля температуры. Для низких и высоких температур производятся в основном необратимые термоиндикаторы. То есть, если температура хотя бы один раз превысила допустимую, то индикатор необратимо меняет свой цвет. Такие термоиндикаторы используют, например, для контроля за замороженными продуктами. Если в процессе хранения или транспортировки температура хоть раз была выше допустимой, то изменившаяся окраска термоиндикатора сообщит об этом. Основное достоинство термоиндикаторов низкая стоимость. Их можно использовать как одноразовые датчики температуры.

Термисторы. В этом классе датчиков используется эффект изменения электрического сопротивления материала под воздействием температуры. Обычно в качестве термисторов используют полупроводниковые материалы, как правило, оксиды различных металлов. В результате получаются датчики с высокой чувствительностью. Однако большая нелинейность позволяет использовать термисторы лишь в узком диапазоне температур. Термисторы имеют невысокую стоимость и могут изготавливаться в миниатюрных корпусах, позволяя увеличить тем самым быстродействие. Существует два типа термисторов, использующих положительный температурный коэффициент – когда электрическое сопротивление растет с повышением температуры и использующих отрицательный температурный коэффициент – здесь электрическое сопротивление падает при повышении температуры. Термисторы не имеют определенной температурной характеристики. Она зависит от конкретной модели прибора и области его применения. Основными достоинствами термисторов является их высокая чувствительность, малые размеры и вес, позволяющие создавать датчики с малым временем отклика, что важно, например, для измерения температуры воздуха. Безусловно, невысокая стоимость так же является их достоинством, позволяя встраивать датчики температуры в различные приборы. К недостаткам можно отнести высокую нелинейность термисторов, позволяющую их использовать в узком температурном диапазоне. Использование термисторов так же ограничено в диапазоне низких температур. Большое количество моделей с различными характеристиками и отсутствие единого стандарта, заставляет производителей оборудования использовать термисторы только одной конкретной модели без возможности замены.

Инфракрасные датчики температуры или пирометры измеряют температуру поверхности на расстоянии. Принцип из работы основан на том, что любое тело при температуре выше абсолютного нуля излучает электромагнитную энергию. При низких температурах это излучение в инфракрасном диапазоне, при высоких температурах часть энергии излучается уже в видимой части спектра. Интенсивность излучения напрямую связана с температурой нагретого объекта. Диапазон измерений температур бесконтактными датчиками от -45 С до +3000 С. Причем в диапазоне высоких температур инфракрасным датчикам нет конкуренции. Для измерения в различных диапазонах температур используются различные участки инфракрасного спектра. Так при низких температурах это обычно диапазон длин волн электромагнитного излучения 7 – 14 микрон. В диапазоне средних температур это может быть 3 – 5 микрон. При высоких температурах используется участок о районе 1 микрон. Однако и здесь есть свои особенности, связанные с решением конкретной задачи. Так для измерения температуры тонких полимерных пленок используются датчики, работающих на длинах волн 3,43 или 7,9 микрометров, а для измерения температуры стекла используют датчики, работающие в диапазоне 5 микрон. Для правильного измерения температуры необходимо еще ряд факторов. Прежде всего это излучательная способность. Она связана с коэффициентом отражения простой формулой: E = 1 – R, где Е – излучательная способность, R – коэффициент отражения. У абсолютно черного теля излучательная способность равна 1. У большинства органических материалов, таких как дерево, пластик, бумага, излучательная способность находится в диапазоне 0,8 – 0,95. Металлы, особенно полированные напротив имеют низкую излучательную способность, которая в этом случае будет 0,1 – 0,2. Для правильного измерения температуры необходимо определить и установить излучательую способность измеряемого объекта. Если значения будут выбраны неправильно, то температура будет измеряться неверно. Обычно показания занижаются. Так, если металл имеет излучательную способность 0,2, а на датчике установлен коэффициент 0,95 (он обычно используется по умолчанию), то при наведении на нагретый до 100 С металлический объект датчик будет показывать температуру около 25 С. Корректировать излучательную способность можно определив ее для различных материалов по справочнику, либо измеряя температуру поверхности альтернативным способом, например термопарой, вносить необходимые поправки. Хорошие результаты при не очень высоких температурах дает окраска специальной термостойкой, черной краской измеряемой поверхности. Второй важной характеристикой инфракрасного датчика является оптическое отношение – это отношение расстояния до объекта измерений к размеру области с которой эти измерения ведутся. Например оптическое отношение 10:1 означает, что на расстоянии 10 метров размер площади, с которой ведется измерение температуры составляет 1 метр. Современные инфракрасные датчики температуры имеют оптическое отношение достигающие 300:1. Основные достоинства инфракрасных датчиков температуры: малое время отклика. Это самые быстродействующие датчики температуры. Возможность измерения температуры движущихся объектов. Измерения температуры в труднодоступных и опасных местах. Измерение высоких температур, там, где другие датчики уже не работают. К достоинствам можно отнести то, что отсутствует непосредственный контакт с объектом и соответственно не происходит его загрязнения. Это может быть важно в полупроводниковой промышленности или фармацевтике.

Термометры сопротивления это резисторы, изготовленные из платины, меди или никеля. Это могут быть проволочные резисторы, либо металлический слой может быть напыленным на изолирующую подложку, обычно керамическую или стеклянную. Платина чаще всего применяется в термометрах сопротивления из-за ее высокой стабильности и линейности изменения сопротивления с температурой. Медь используется в основном для измерения низких температур, а никель в недорогих датчиках для измерения в диапазоне комнатных температур. Для защиты от внешней среды платиновые термометры сопротивления помещают в защитные металлические чехлы и изолируют керамическими материалами, такими как оксид алюминия или оксид магния. Такая изоляция снижает так же воздействие вибрации и ударов на датчик. Однако вместе с дополнительной изоляцией растет и время отклика датчика на резкие температурные изменения. Платиновые термометры сопротивления одни из самых точных датчиков температуры. Кроме того, они стандартизированы, что значительно упрощает их использование. Стандартно производятся датчики сопротивлением 100 и 1000 Ом. Изменение сопротивления таких датчиков с температурой дается в любых тематических справочниках в виде таблиц или формул. Диапазон измерений платиновых термометров сопротивления составляет -180 С +600 С. Несмотря на изоляцию, стоит оберегать термометры сопротивления от сильных ударов и вибрации.

Термопары представляют собой две проволоки из различных металлов, сваренных между собой на одном из концов. Термоэлектрический эффект открыл немецкий физик Зеебек в первой половине 19-го века. Он открыл, что если соединить два проводника из разнородных металлов таким образом, что бы они образовывали замкнутую цепь и поддерживать места контактов проводников при разной температуре, то в цепи потечет постоянный ток. Экспериментальным путем были подобраны пары металлов, которые в наибольшей степени подходят для измерения температуры, обладая высокой чувствительностью, временной стабильностью, устойчивостью к воздействию внешней среды. Это например пары металлов хромель-аллюмель, медь-константан, железо-константан, платина-платина/родий, рений-вольфрам. Каждый тип подходит для решения своих задач. Термопары хромель-алюмель (тип К) имеют высокую чувствительность и стабильность и работают до температур вплоть до 1300 С в окислительной или нейтральной атмосфере. Это один из самых распространенных типов термопар. Термопара железо-константан (тип J) работает в вакууме, восстановительной или инертной атмосфере при температурах до 500 С. При высоких температурах до 1500 С используют термопары платина- платина/родий (тип S или R) в керамических защитных кожухах. Они прекрасно измеряют температуру в окислительной, нейтральной среде и вакууме.

Заключение.

Каждый из перечисленных датчиков обладает рядом уникальных свойств, позволяющих наилучшим образом решить задачу по измерению температуры. Высокая точность и стабильность отличают платиновые термометры сопротивления. Достоинством кремниевых датчиков так же является высокая точность, пусть и в узком температурном диапазоне. Термисторы обладают высокой чувствительностью и невысокой ценой, что позволяет встраивать их в различные электронные приборы. Инфракрасные датчики температуры позволяют измерить быстропротекающие температурные процессы и объекты с очень высокой температурой. К достоинствам термопар несомненно можно отнести точность и стабильность показаний в широком диапазоне температур, их устойчивость в неблагоприятным воздействиям внешней среды.

3.1.1.5. ПЛОТНОМЕРЫ

Плотномер представляет собой прибор для измерения плотности жидкости или газов. Это электронное устройство является новейшим решением, которое способно заменить традиционные средства вычисления плотности веществ - ареометры и пикнометры. Плотномер позволяет быстро и точно производить измерения – компактный размер, а также понятное управление позволяют сократить время исследования вещества.

По принципу действия плотномеры для измерения плотности жидкостей (они наиболее распространены) делятся на следующие основные группы: поплавковые (например, ареометр), весовые (например, пикнометр), гидростатические, радиоизотопные, вибрационные, ультразвуковые. К плотномерам примыкает группа приборов, предназначенных для измерения концентрации растворов (спиртомеры, сахаромеры, нефтеденсиметры, лактоденсиметры для определения жирности молока и др.).

Поплавковые плотномеры бывают с плавающим поплавком (представляют собой ареометр постоянной массы) или с погруженным поплавком (ареометр постоянного объема). Весовые плотномеры основаны на непрерывном взвешивании определенного объема жидкости. В гидростатических плотномерах мерой плотности r служит разность давлений Dр двух столбов жидкости разной высоты: Dр = rgh, где g — ускорение свободного падения, h — разность высот столбов. Действие радиоизотопных плотномеров основывается на определении изменения интенсивности пучка g- или b-лучей в результате их поглощения или рассеяния слоем жидкости (ослабление пучка определяется, при фиксированной толщине слоя, плотностью жидкости). Датчик вибрационного плотномера содержит тело (полый цилиндр, пластина, камертон), которому извне сообщаются колебания. Определяется резонансная частота колебаний тела в веществе; эта частота тем меньше, чем больше плотность контролируемого вещества. Действие ультразвукового плотномера основано на зависимости скорости звука с в среде от ее плотности.

Схема плотномера с плавающим поплавком: 1 — входная труба; 2 — переливной сосуд, обеспечивающий постоянство напора жидкости; 3 — диафрагма, устанавливающая скорость потока; 4 — измерительный сосуд с переливным устройством; 5 — металлический поплавок с сердечником 6; 7 — индуктивный датчик, включенный в схему измерительного моста 8; 9 — самопишущий прибор (или автоматический регулятор); 10 — термометр сопротивления для коррекции показаний на изменение температуры.

Радиоизотопный, ультразвуковой, вибрационный и ряд других методов могут быть применены для определения плотности твердых и газообразных веществ.

3.1.1.5.1. Гидростатический

В этих плотномерах используют линейную зависимость гидростатической давления от высоты уровня и плотности жидкости. Давление столба жидкости измеряют непосредственно, например мембранным манометром, или косвенно-продуванием через жидкость воздуха, давление которого пропорционально столбу жидкости. Чтобы исключить влияние колебаний температуры и уровня жидкости, часто применяют дифференцированный метод: продувают воздух одновременно через испытуемую и сравнительную жидкости, имеющие одинаковую температуру (термостатированные), и измеряют возникшую при этом разность давлений дифманометром. Последний снабжен пневмопреобразователем, передающим соответствующий сигнал на вторичный прибор.В гидростатическом плотномере для газов сравниваются давления столбов анализируемого и эталонного газов одинаковой высоты. Перепад давлений, измеряемый дифманометром, пропорционален плотности контролируемого газа.

3.1.1.5.2. Радиоактивный

При прохождении через анализируемую среду ионизирующих излучений интенсивность их изменяется. Ослабление излучений связано функционально с плотностью среды. Наиболе распространены плотномеры, использующие γ-излучения (рис. 11). В таком приборе излучение от источника (60Co, Cs) проходит через слой жидкости в сосуде и попадает в приемник излучения. Сигнал приемника, являющийся функцией измеряемой плотности, усиливается в электронном усилителе и подается в электронный преобразователь, куда поступает также сигнал, формируемый излучением дополнительного радиоизотопного источника, проходящим через поглощающий металлический клин и дополнит. приемник. В преобразователе вырабатывается сигнал, который функционально связан с разностью поступающих в него сигналов и управляет реверсивным электродвигателем, перемещающим клин до уравнивания входных сигналов (от основного и дополнительного источников излучения). Равновесное перемещение клина связано индукционной передачей с вторичным прибором. Величина перемещения клина пропорциональна изменению плотности жидкости.

4. КОНТРОЛЛЕРЫ

· Контроллер — устройство управления в электронике и вычислительной технике.

· Игровой контроллер — устройство ввода информации, используется в консольных и компьютерных играх.

· Контроллер домена — сервер, контролирующий область компьютерной сети (домен).

· Контроллер прерываний — микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность обработки запросов на прерывание от разных устройств.

· Контроллер электрического двигателя — многоступенчатый, многоцепной коммутационный аппарат с ручным управлением.

· Микроконтроллер — микросхема, управляющая электронными устройствами.

· Промышленный контроллер — управляющее устройство, применяемое в промышленности и других отраслях для автоматизации технологических процессов, в быту — для управления климатом и др.

· Программируемый логический контроллер — промышленный контроллер, оптимизированный для выполнения логических операций.

· Системный контроллер — компонент чипсета, организующий взаимодействие процессора с оперативной памятью и формирующий компьютерную платформу.

· Контроллер — орган управления тягой и/или торможением в локомотивах, электропоездах, трамваях

Промышленный контроллер — устройство, предназначенное для управления технологическими процессами в промышленности и другими сложными технологическими объектами (например, системы управления микроклиматом, системы сбора данных, системы диспетчеризации).

Принцип его работы заключается в сборе сигналов от датчиков и их обработке по прикладной программе пользователя с выдачей управляющих сигналов на исполнительные устройства. Кроме этого, сейчас широко используются коммуникационные возможности промышленных контроллеров.

Промышленные контроллеры являются «сердцем» системы автоматического управления и поэтому требуют к себе особого внимания. Вероятность случайного подбора правильного контроллера крайне низка. Выбирая промышленные контроллеры, необходимо получить исчерпывающую информацию об объекте автоматизации: в условиях работы отдельных технологических элементов системы, электрической совместимости устанавливаемых датчиков и исполнительных механизмов, количестве обрабатываемых промышленным контроллером информационных сигналов и их типах, расширяемости системы, функциональных особенностях системы и т.д.

Промышленные контроллеры можно разделить на

• Контроллеры встречающиеся в электрических, механических и электронных схемах, в частности в устройствах управления разработанных до внедрения в системы автоматизации вычислительной техники
• промышленные контроллеры, основывающиеся на базе промышленного компьютера, сходного с персональными компьютером, но подготовленного для работы в промышленных условиях
• программируемые логические контроллеры
• встроенные контроллеры и микроконтроллеры в том числе

5. КОММУНИКАЦИОННЫЕ СЕТИ

Коммуникационная сеть - система физических каналов связи и коммуникационного оборудования, реализующая тот или иной низкоуровневый протокол передачи данных. Существуют проводные,беспроводные (использующие радиоволны) и волоконно-оптические каналы связи. По типу переносимого сигнала выделяют цифровые и аналоговые сети. Назначением коммуникационных сетей является передача данных с минимальным количеством ошибок и искажений. На основе коммуникационной сети может строиться информационная сеть, к примеру на основе сетей Enternet как правило строятся сети TCP/IP, которые в свою очередь образуют глобальную сеть Интернет. Каждая конкретная сеть характеризуется такими параметрами, как стоимость, полоса пропускания, реальная скорость передачи данных и простота реализации.

Примерами коммуникационных сетей являются:

- компьтерные сети,

- телефонные сети,

- сети сотовой связи,

- сети кабельного телевидения.

5.1. Проводные линии связи

Проводные (воздушные) линии связи – это провода без изолирующих и экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. Они проводят телефонные и телеграфные сигналы. Скоростные свойства и помехозащещенность низкие. При отсутствии других канаов связи по ним передпются и компьютерные данные.

5.1.1. Витая пара: интерфейсы RS-232, RS-485

Витая пара — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, ARCNet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в установке, является самым распространённым решением для построения локальных сетей.

RS -232 в промышленной автоматизации применяется достаточно редко. Сигналы этого интерфейса передаются перепадами напряжения величиной (3…15) В, поэтому длина линии связи RS-232, как правило, ограничена расстоянием в несколько метров из-за низкой помехоустойчивости. Интерфейс RS-232 имеется в каждом PC – совместимом компьютере, где используется в основном для подключения манипулятора типа “мышь”, модема, и реже – для передачи данных на небольшое расстояние из одного компьютера в другой. Передача производится последовательно, пословно, каждое слово длиной (5…8) бит предваряют стартовым битом и заканчивают необязательным битом четности и стоп-битами. Интерфейс RS-232 принципиально не позволяет создавать сети, так как соединяет только 2 устройства

RS-485 - широко распространенный высокоскоростной и помехоустойчивый промышленный последовательный интерфейс передачи данных. Практически все современные компьютеры в промышленном исполнении, большинство интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств, программируемые логические контроллеры наряду с традиционным интерфейсом RS-232 содержат в своем составе ту или иную реализацию интерфейса RS-485.

5.1.2. Телефонные линии

-выделенные

Выделенная линия - это линия связи (канал передачи данных), установленная постоянно или на длительное время. В общем случае к пользователю проводится отдельный провод, к другому концу которого провайдер прицепляет модем, обслуживающий исключительно данного пользователя. Выделенная линия позволяет, во-первых, работать на существенно более высоких скоростях, а во-вторых, подключить к Интернету сразу всю локальную сеть организации, независимо от количества компьютеров. Предприятиям или организациям очень часто требуется выделенная линия, поскольку интенсивность работы в сети достаточно велика вследствие того, что Интернетом пользуется большое число сотрудников.

-коммутируемые

Коммутируемые линии - линия связи, устанавливаемая только на время соединения двух устройств. Организуется, как правило, по телефонной сети.

5.1.3. Локальные вычислительные сети

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС. Преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети: разделение ресурсов, разделение данных, разделение программных средств, разделение ресурсов процессора, многопользовательский режим.

5.1.3.1. Толстый кабель

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet, желтый кабель или 10BaseT5. Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности он является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

5.1.3.2. Тонкий

Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель или, как его часто называют, тонкий Ethernet или 10BaseT2. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит в секунду. При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании.

5.1.3.3. Топология ЛВС

· Топология ЛВС типа звезда. Все данные, полученные с периферийных устройств, обрабатываются головной машиной. При этом обмен данными между периферийными рабочими местами происходит через головную машину, которая является центральным узлом ЛВС.

· Кольцевая топология ЛВС. Кольцевой топологии локальной вычислительной сети подразумевает, что рабочие станции связаны друг с другом по кругу: первая со второй, третья с четвертой и так далее.

· Шинная топология ЛВС. Шинная топология сети предполагает, что средой для передачи данных служит коммуникационный путь, к которому подключены все рабочие станции.

· Логическая кольцевая локальная вычислительная сеть. Логическая кольцевая локальная вычислительная сеть является специальной формой топологии ЛВС. Она представляет собой соединение нескольких сетей, организованных по топологии звезда.

5.1.4. ВЧ-связи по высоковольтным линиям электропередач

ВЧ-связь (высокочастотная связь) — комплекс оборудования связи, использующего, в качестве среды передачи, провода и кабели высоковольтных линий электропередачи. Приемопередатчики ВЧ-связи обычно устанавливаются по концам ЛЭП на территории подстанций. В основном, ВЧ-связь используется для нужд электростанций и подстанций: для организации голосовой связи (телефонная и диспетчерская связь), передачи данных, организации работы систем РЗА и ПА. Работа систем ВЧ-связи строится на передаче модулированной электромагнитной волны по проводам и тросам линий электропередач. При выборе частот диапазон разбивается на полосы по 4 кГц и выбор производится так, чтобы рабочие полосы частот каналов для каждого из направлений передачи информации располагались внутри одной полосы 4 кГц (для одноканального оборудования) или внутри полосы 4*n кГц (для n-канального оборудования). Диапазоны смежных комплектов аппаратуры связи обычно отделяются заградительной полосой в 4 кГц.

5.2. Беспроводные линии связи (радиосвязь)

Радиосвязь - разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве. Передача происходит следующим образом: на передающей стороне формируется сигнал с требуемыми характеристиками (частота и амлитуда сигнала). Далее передаваемый сигнал модулирует более высокочастотное колебание (несущее). Полученный модулированный сигнал излучается антенной в пространство. На приёмной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в антенне, после чего он демодулируется (детектируется) и фильтруется ФНЧ (избавляясь тем самым от высокочастотной составляющей - несущей). Таким образом, происходит извлечение полезного сигнала. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого передатчиком (искажения вследствие помех и наводок). Радиоволны распространяются в пустоте и в атмосфере; земная твердь и вода для них непрозрачны. Однако, благодаря эффектам дифракции и отражения, возможна связь между точками земной поверхности, не имеющими прямой видимости (в частности, находящимися на большом расстоянии).

Распространение радиоволн от источника к приёмнику может происходить несколькими путями одновременно. Такое распространение называется многолучёвостью. Вследствие многолучёвости и изменений параметров среды, возникают замирания - изменение уровня принимаемого сигнала во времени. При многолучёвости изменение уровня сигнала происходит вследствие интерференции, то есть в точке приёма электромагнитное поле представляет собой сумму смещённых во времени радиоволн диапазона. В общем виде системы радиосвязи можно разделить на 4 группы: радиорелейные, тропосферные, спутниковые, волоконно-оптические. Наиболее подробно я остановлюсь на спутниковой связи.\

5.2.1. Спутниковая связь

ГЛОНАС. GPS.

Глоба́льная навигацио́нная спу́тниковая систе́ма (ГЛОНА́СС, GLONASS) — советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации.

Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой 19 100 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Федеральное космическое агентство (Роскосмос) и ОАО «Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем» («Российские космические системы»).

ГЛОНАСС предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Доступ к гражданским сигналам ГЛОНАСС в любой точке земного шара, на основании указа Президента РФ, предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.

Для обеспечения коммерциализации и массового внедрения технологий ГЛОНАСС в России и за рубежом постановлением Правительства РФ в июле 2009 года был создан «Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности», функции которого были возложены на ОАО «Навигационно-информационные системы».

Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким образом, группировка КА ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.

С 2012 года до 2020 года на развитие ГЛОНАСC из бюджета РФ выделено 320 миллиардов рублей.

GPS (англ. Global Positioning System — система глобального позиционирования, читается Джи Пи Эс) — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположениe. Позволяет в любом месте Земли (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США.

Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения моментов времени приема синхронизированного сигнала от навигационных спутников до потребителя. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника. То есть, для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно иметь четыре уравнения: «расстояние равно произведению скорости света на разность моментов приема сигнала потребителя и момента его синхронного излучения от спутников»:

В состав GPS-системы входят 3 основных сегмента: космический, наземный и пользовательский. Космический сегмент состоит из 28 автономных спутников, равномерно распределенных по орбитам с высотой 20350 км (для полнофункциональной работы системы достаточно 24 спутников). Каждый спутник излучает на 2 частотах специальный навигационный сигнал, в котором зашифровано 2 вида кода. Один из них доступен лишь немногим пользователям, среди которых, конечно же, военные и федеральные службы США. Кроме этих 2 сигналов, спутник излучает и третий, информирующий пользователя о дополнительных параметрах (состоянии спутника, его работоспособности и др.). Параметры орбит спутников периодически контролируются сетью наземных станций слежения (всего 5 станций, находящихся в тропических широтах), с помощью которых (не реже 1-2 раз в сутки): вычисляются баллистические характеристики, регистрируются отклонения спутников от расчетных траекторий движения, определяется собственное время бортовых часов спутников, осуществляется мониторинг исправности навигационной аппаратуры и др. При этом для обнаружения отказов оборудования спутников с помощью наземных станций обычно требуется несколько часов. Третий сегмент GPS-системы — это GPS-приемники, выпускаемые и как самостоятельные приборы (носимые или стационарные), и как платы для подключения к ПК, бортовым компьютерам и другим аппаратам.

Основные возможности GPS-системы (при наличии приемника GPS-сигнала):

- определение местонахождения мобильного абонента;

- определение наиболее короткого и удобного пути до пункта назначения;

- определение обратного маршрута;

- определение скорости движения (максимальной, минимальной, средней);

- определение времени в пути (прошедшего и сколько потребуется еще)

5.2.2. Сотовая связь

В настоящее время во многих капиталистических станах, а также в ряде развивающихся стран ведется интенсивное внедрение сотовых сетей связи (ССС) общего пользования. Такие сети предназначены для обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью и передачей данных. В ССС подвижными объектами являются либо наземные транспортные средства, либо непосредственно человек, находящийся в движении и имеющий портативную абонентскую станцию (подвижный абонент). Возможность передачи данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку кроме телефонных сообщений он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую информацию (планы местности, графики движения и т. п.), медицинскую информацию и многое другое. Особое значение ССС приобретают в связи с активным внедрением во все сферы человеческой деятельности персональных компьютеров, разнообразных баз данных, сетей ЭВМ. Доступ к ним через ССС позволит подвижному абоненту оперативно и надежно получить необходимую информацию. Внедрение ССС во многие отрасли народного хозяйства позволит резко повысить производительность труда на подвижных объектах, добиться экономии материально-трудовых ресурсов, обеспечить автоматизированный контроль технологических процессов, создать надежную систему управления транспортными средствами или мобильными роботами, распределенными на большой территории и входящими в состав гибких автоматизированных систем управления. Использование системы радиосвязи с подвижными объектами можно разделить на следующие классы: ведомственные (или частные) системы подвижной связи (ВСПС); сотовые системы подвижной связи (ССПС); системы персонального радиовызова (СПРВ). Создание систем массовой радиотелесвязи с большим числом подвижных абонентов, большой пропускной способностью и высоким качеством приема сообщений возможно только при использовании сотового принципа построения системы связи. Этим и объясняется повышенный интерес к ССПС.

Действующие в настоящее время зарубежные ССС по сравнению с централизованными сетями имеют следующие преимущества:

- большое число абонентов;
- высокое качество передачи телефонных сообщений и данных;
- возможность связи с ЭВМ и базами данных;

- высокая эффективность использования спектра радиочастот и лучшая электромагнитная совместимость с другими радиотехническими системами. Использование ССС широким кругом потребителей в отраслях транспорта, связи, энергетики, строительства, сферы обслуживания, ремонта и др. приносит существенный экономический эффект. По оценкам экспертов США ежегодные доходы от внедрения и эксплуатации ССС в США достигают 2 млрд. дол.

5.3. Волс-волокно-оптические линии связи

Принципы передачи сигналов по оптическому волокну

В основе функционирования оптических волоонных сетей лежит принцип распостранения световых волн по оптическим световодам на большие расстояния. При этом электрические сигналы, несущие информацию, преобразуются в световые импулься, которые с минимальными искажениями передаются по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС). Большое распространение подобные системы получили благодаря целому ряду достоинств, которые есть у ВОЛС по сравнению с системами передачи, использующими медные кабели или радиоэфир в качестве среды передачи.

Такая полоса дает возможность передавать потоки информации в несколько терабит в секунду. Важными преимуществами ВОЛС являются такие факторы, как малое затухание сигналов, позволяющее, при использовании современных технологий, строить участки оптических систем в сто и более километров без ретрансляции, высокая помехозащищенность, связанная с малой восприимчивостью оптического волокна к электромагнитным помехам, и многие другие.

Оптические волокна – один из основных компонентов ВОЛС. Они представляют собой комбинацию материалов, имеющих различные оптические и механические свойства. Внешняя часть волокна изготавливается обычно из пластмасс или эпоксидных композиций, сочетающих высокую механическую прочность и большой коэффициент преломления света. Этот слой обеспечивает механическую защиту световода и его устойчивость к воздействию внешних источников оптического излучения.

Основная часть стекловолокна состоит из сердцевины и оболочки. Материалом сердцевине служит сверхчистое кварцевое стекло, которое и является основной средой передачи оптических сигналов. Удержание светового импульса происходит вслествие того, что коэффициент преломления материала материала сердцевины больше чем у оболочки. Таким образом, при оптимально подобранном соотношении коэффициентов преломления материалов происходит полное отражение светового луча внутрь сердцевины. Болееподробно конструкции волокон различных типов и их основные конструктивные характеристики показаны ниже.

Для передачи свет (точнее, инфракрасное излучение) вводится под небольшим углом в торец оптического волокна. Максимальный угол проникновения светового импульса в сердечник волокна а0 называется угловой апертурой оптического волокна. Синус угловой апертуры называется числовой апертурой NA и рассчитывается по формуле:

NA=sina0=vn12-n22

Из приведенной формулы следует, что числовая апертура световода NA зависит только от показателей преломления сердцевины оболочки – n1 и n2. При этом всегда выполняется условие: n1>n2 (рис. 1).

Рис. 1: Распространение света в оптическом волокне.

Если угол падения света а больше, чем а0, то луч света полностью преломляется и не попадает в сердечник оптического волокна. Если угол а меньше чем а0, то происходит отражение от границы материалов сердечника и оболочки, и световой луч распространяется внутри сердечника (рис. 2).

Рис.2: Условия распростарнения света в оптическом волокне.

Скорость распространения света в оптическом волокне зависит от коэффициента преломления сердечника волокна и определяется как:

V=c/n

где с – скорость света в вакууме, n – коэффициент преломления сердечника.

Типичные значения коэффициента преломления материала сердечника лежат в пределах от 1,45до 1,55.

Для того чтобы передавать сигналы по оптическим волноводам, необходимо иметь источник строго когерентного света. Для уеличения дальности передачи ширина спектра передатчика должна быть как можно меньше. Для этой цели наиболее подходят лазеры, которые, благодаря индуцирванному излучению света, позволяют поддерживать постоянную разность фаз при одинаковой длине волн. В связи с тем, что диаметр сердцевины волокна сравним с длиной волны оптического излучения, в световоде возникает явление интерференции. Это может быть доказано тем, что свет распросраняется в стекле сердцевины только под определенными углами, а именно в направлениях, в которых введенные световые волны при их наложении усиливаются. Говорят, что возникает конструктивная интерференция. Разрешенные световые волны, которые могут распространяться в оптическом волокне, называтся модами (собственными волнами). Для описания процесов распространения света в оптических волокнах существуют несколько параметров, которые необходимо учитывать.

6. ПРИМЕРЫ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ В ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ (ИИС В ТЭК)

6.1. ИИС бурения нефтяных скважин

Дата добавления: 2015-08-05