Нейролейкемия

• радиационные пирометры;

• яркостные пирометры;

• цветовые пирометры.

Использующие прочие свойства вещества:

• шумовые термометры, использующие зависимость уровня шума от температуры (для измерения низких температур);

• резонансные термометры, использующие зависимость резо­ нансной частоты от температуры;

• термометры, использующие свойства р-п переходов.

В табл. 3.1 приведены наиболее распространенные устройства для измерения температуры и их диапазоны измерения.

•

Таблица 1. Устройства для измерения температуры и их диапазоны измерения

2. Приборы для измерения давления

Различают приборы:

• абсолютного давления (барометры),

• избыточного давления (манометры), показывают на сколько давление в системе превышает атмосферное.

В нефтегазовой промышленности в основном находят применение манометры. Используются манометры двух типов:

• Избыточного давления, давление измеряется в одной точке.

• Дифференциального давления, измеряется разность давле­ний в двух точках системы.

По типу чувствительного элемента манометры подразделяют на следующие:

• мембранные, движение мембраны преобразуется в электрический сигнал.

• сильфонные, Сильфонный манометр (рис. 4.7) представляет собой отрезок гофрированной трубки (трубка из латуни, бериллиевой бронзы или нержавеющей стали) При изменении давления внутри сильфона его высота или увеличивается, или уменьшается. Перемещение верхнего края сильфона преобразуется в электрический сигнал.

• манометры с трубчатой пружиной (манометры с трубкой Бурдона).

Промышленные датчики давления чаще всего имеет чувстви­тельный мембранный элемент и преобразователь, который пре­образует деформацию мембраны в электрический сигнал. Могут применяться:

• емкостные преобразователи;

• индуктивные;

• тензопреобразователи и др.

У датчика с тензочувствительным преобразователем деформа­ция мембраны манометра преобразуется в электрический сигнал мостовой схемой. В плечах моста находятся тензодатчики, на­клеиваемые на мембрану. Выходной сигнал напряжения снима­ется с диагонали моста (рис. 4.8).

Погрешность манометра может иметь значение: 1,0 %; 0,5 %; 0,25 %.

Датчики выпускаются промышленностью для измерения дав­ления в определённом диапазоне, выбираемом из следующего ряда (в МПа):

0.1 0...1.6 0.2,5 0...4.0 0...6.3 0...10 0...16

3. Методы и приборы для измерения расхода

Под величиной расхода понимается количество продукта, прошедшего через заданное сечение трубопровода в единицу времени. Количество продукта может измеряться в объёмных и массовых единицах.

Устройства, измеряющие массовые величины, называют мас­совыми расходомерами. Расходомеры, определяющие объёмный расход.называются объёмными расходометрами.

Обозначим через Q_v количество продукта в объёмных едини­цах. Тогда объёмный расход

Обозначим через Q™ количество продукта, выраженного в массовых единицах.

Тогда массовый расход

Выпускаются следующие типы расходомеров и счетчиков ко­личества:

• Расходомеры переменного перепада давления.

При проходе потока через сужающее устройство часть потенциальной энергии потока переходит в кинетическую, поэтому статическое давление после сужающего устройства ста­новится меньше давления перед сужающим устройством. Раз­ность давлений до и после сужающего устройства тем больше, чем больше расход протекающего вещества. Следовательно, пе­репад давления может служить мерой расхода.

Расходомеры переменного перепада давления являются наиболее распространенными по следующим при­чинам:

1. Для поверки не требуются образцовых средств измерения расхода (используется поэлементный способ поверки). В процес­ се поверки поверяются геометрические размеры сужающего уст­ ройства (диаметр проходного сечения и острота кромки), затем отдельно поверяется датчик перепада давления.

2. Простота механической конструкции.

3. Измерения стандартизованы, имеются программы расчета на ЭВМ.

Основные недостатки метода:

- потери давления на сужающем устройстве;

- малый динамический диапазон измерения расхода

• Турбинные расходомеры жидкости:

- турбинные расходомеры с механическим счётным механиз­мом;

- турбинные расходомеры с индукционным узлом съёма сиг­нала.

Турбинка вращается под действием набегающего потока. Частота вращения пропорциональна скорости потока. Динамиче­ский диапазон трубопровода расходомера D = 10. Погрешность измерения 0,01 %..Л %. Расходомер работает только на чистом газе или жидкости. Поток должен быть ламинарный (для этого перед замерным узлом ставят спрямляющий участок, длина ко­торого L > iOd, d - диаметр трубопровода).

Рекомендуется также использовать струевыпрямитель, кото­рый ставят перед расходомером

• Ультразвуковые расходомеры жидкости.

Ультразвуковые расходомеры (рис. 5.7) используют для изме­рения как в жидких, так и в газовых средах.

Скорость ультразвука в среде является геометрической сум­мой векторов скорости распространения ультразвука в непод­вижной среде и скорости среды. Фактически ультразвуковой ме­тод измерения позволяет измерять скорость среды.

Ультразвуковые расходомеры не имеют подвижных механиче­ских частей, не вызывают потерь давления в трубопроводе, по­зволяют измерять расход в прямом и обратном направлениях.

Выделяют два типа излучателей и приёмников:

- врезные (излучатель непосредственно контактирует с изме­ рительной средой);

- накладные (пьезоэлектрические преобразователи устанав­ ливают на поверхности трубопровода).

Доплеровские расходомеры (рис. 5.11) использует широко из­вестный эффект Доплера, который заключается в изменении час­тоты волны при её отражении от движущегося объекта. В случае потока жидкости или газа отражающими объектами служат при­меси в потоке.

Технология «широколучевого» измерения реализуется, как правило, с помощью ультразвуковых волн Лэмба. Волной Лэмба называется волна, распространяющаяся между поверхностями стенки трубы вдоль поверхности трубопровода. При каждом от­ражении от границы труба-среда в среде возбуждается волна, направленная внутрь измеряемого потока. В результате создаётся пучок когерентных измерительных лучей, который и называют широким лучом.

«Широкий луч» обеспечивает нечувствительность расходоме­ра к примесям в среде. Если один из параллельных лучей широ­кого пучка перекрывается инородной частицей примеси, то изме­рение обеспечивают другие лучи.

• Электромагнитные расходомеры жидкости.

Основой измерений с помощью электромагнитного расходо­мера является закон индукции Фарадея, в соответствии с кото­рым при перемещении проводника через магнитное поле в нём наводится напряжение. Этот принцип измерений применяется к текущей по трубе проводящей жидкости, поперек направления движения которой создается магнитное поле

Электро­магнитный расходомер позволяет измерять расход в трубопрово­дах диаметром от 1 мм до 2 м. При этом выходной сигнал не зависит от эпюры скоростей по сечению трубопровода.

• Вихревые расходомеры жидкости:

Принцип действия вихревых расходомеров с телом обтекания (рис.) заключаетсяв фиксации вихрей, возникающих за те­лом обтекания, помещенного в поток. Частота образования вих­рей (так называемая «дорожка Кармана») пропорциональна объёмному расходу

Рис. Устройство вихревого расходомера:

1 - корпус расходомера; 2 - тело обтекания; 4 ~ фланцы расходомера; 5 - трубо­провод

- с индуктивным преобразователем сигнала;

- с электромагнитным преобразователем сигнала;

- с ультразвуковым преобразователем сигнала.

Расходомеры постоянного перепада давления (рота­метры).

• Кориолисовы расходомеры.

Кориолисовы расходомеры позволяют измерять массовый расход жидкостей или газов с большой точностью. Измерение расхода производится за счёт эффекта возникновения силы Ко-риолиса, возникающей при криволинейном движении жидкости или газа.

Рассмотрим течение жидкости в горизонтальной трубе (рис.). Если горизонтально расположенную трубу, через ко­торую протекает жидкость, жёстко закрепить с одного конца, а другой конец заставить вибрировать с постоянной круговой ско­ростью со, относительно неподвижной точки 0, то на стенку тру­бы будет действовать сила Кориолиса, которая будет зависеть от массового расхода жидкости.

Частица жидкости массой т, находящаяся на расстоянии г от точки 0, движется с линейной скоростью v и с угловой скоро­стью со. Ускорение а частицы жидкости складывается из двух

Рис. Принцип работы кориолисова расходомера

4. Методы и приборы для измерения уровня

КЛАССИФИКАЦИЯ УРОВНЕМЕРОВ

Под уровнем понимают расстояние от поверхности раздела двух сред до любой произвольно выбранной отметки выше или ниже этой поверхности.

Различают уровнемеры:

• Уровнемеры абсолютного значения уровня.

• Измерители раздела сред.

По принципу действия различают уровнемеры:

• Механические.

Чувствительным элементом поплавкового уровнемера является поплавок, находящийся на поверхности жидкости.

• Буйковые.

Принцип действия буйкового уровнемера основан на определении уровня по выталкивающей силе, действующей на

• Гидростатические.

В гидростатическом уровнемере уровень налива жидкости определяют по изменению гидростатического давле­ния:

• Акустические.

В ультразвуковом уровнемере измеряется время прохождения акустического ультразвукового сигнала от излуча­теля до границы раздела двух сред и обратно

• Емкостные.

• Радарные.

Принцип действия радарного уровнемера основан на определении времени прохождения электромагнитного сигна­ла от излучателя до границы раздела двух сред и обратно.

5. Методы и приборы для измерения уровня влагосодержания

ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Влагосодержание - это количество воды, содержащееся в жидкости, газе или твердом теле, которое может быть удалено без изменения химических свойств вещества.

Удельное влагосодержание г - это масса воды на единицу мас­сы сухого вещества.

Абсолютное влагосодержание - это масса воды m на единицу объёма V влагосодержащего вещества:

Для газов абсолютное влагосодержание - это плотность водя­ных паров. Для его определения известное количество газа, на­пример, воздуха, пропускается через влагопоглощающий матери­ал, такой как силикагель, который взвешивается до и после этой процедуры. Абсолютное влагосодержание выражается в граммах на кубический метр (г/м³). Поскольку на результаты таких из­мерений оказывает влияние атмосферное давление, они редко используются в инженерной практике.

Относительное влагосодержание Н - это отношение давления паров воды в воздухе /?„, измеренное при некоторой температуре (парциальное давление), к максимальному давлению насыщенно­го пара p_t при той же температуре. Относительное влагосодержа­ние всегда определяется в процентах:

Точка росы - это температура, при которой парциальное дав­ление водяных паров становится максимальным, что соответст­вует состоянию насыщения пара, при котором пар и жидкая фаза воды находятся в равновесии. Точка росы - это температура, при которой относительное влагосодержание воздуха равно 100 %.

При измерении влагосодержания газа в трубопроводе (на по­токе), в отличие от лабораторного анализа, возникает ряд допол­нительных факторов, существенно затрудняющих измерения, ос­новные из них:

• гидрофильные примеси (метанол или диэтиленгликоль, ко­ торые неотличимы от воды для многих промышленных влаго­ меров);

• гидрофобные примеси - высококипящие углеводороды или пары компрессорного масла, которые образуют гидраты при по­ явлении конденсата воды, а также блокируют поверхность чувст­ вительных элементов влагомеров;

• примеси С0² и H2S, образующие кислоты в результате реакции с конденсатом воды, что приводит к очаговой коррозии;

• переменный состав природного газа, который влияет на по­ казания влагомеров;

• механические примеси.

Среди приборов, используемых для анализа влагосодержания газа на потоке, можно выделить анализаторы четырёх основных типов, нашедших применение:

• Оптические анализаторы, измеряющие температуру конден­ сации паров воды в оптическом канале. Эти анализаторы осуще­ ствляют измерения в единицах температуры точки росы.

• Влагомеры с электролитической ячейкой на основе пятиоки- си фосфора (Р2О5), использующие закон электролиза Фарадея (связывающий количество электричества с массой поглощенной пятиокисью фосфора воды). Измерение осуществляется в абсолютных единицах.

• Влагомеры, использующие емкостные датчики на основе плёнок А1203 или Si02. Ёмкость конденсатора, образован-

дппз/LSiO², изменяет-ного двумя электродами и диэлектриком Al^203/Si0

ся при изменении парциального давления паров воды. Результа­ты измерения преобразуются в единицы температуры точки росы.

• Влагомеры, реализующие принцип микровесов на основе пье- зокристалла со специальным покрытием. Вода, поглощаемая по­ рами полимерного покрытия кварцевого резонатора, изменяет его массу, а следовательно, и его частоту. Влагомер измеряет абсо­ лютное влагосодержание.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ НЕФТИ

Методы измерения влагосодержание нефти можно разделить на абсолютные, физические и химические.

Абсолютные методы основаны на определении количества во­ды путём её отделения от основной массы вещества.

В химических методах используют эффект взаимодействия воды с химическим реагентом.

Физические методы позволяют определить содержание воды без изменения её состояния:

При использовании адсорбционного метода анализируемую смесь разделяют в хроматографической колонке на отдельные компоненты, которые определяют с помощью системы детекти­рования.

Гравиметрический метод можно разделить на метод отстаива­ния и центрифугирования. Метод отстаивания заключается в отстаивании пробы в измерительном сосуде и последующем из­мерении уровня раздела фаз нефть - вода. Метод центрифугиро­вания заключается в разделении определенного объёма пробы в измерительном стакане, расположенном по радиусу центрифуги дном от центра.

Колометрический метод основан на изменении цвета химиче­ских веществ в присутствии воды или изменении рН водного раствора, в результате чего окрашивается индикатор.

Валюмометрический метод основан на измерении объёма газа, выделяющегося при взаимодействии воды в исследуемом про­дукте с химическими реагентами, наилучшим из которых являет­ся гидрид кальция.

Титрометрический метод основан на определении влагосо-держания при титровании испытуемой пробы растворами хими­ческих реагентов.

Колориметрический метод основан на экзотермическом взаи­модействии химических реагентов с водой, находящейся в неф-тях. По количеству выделившейся теплоты судят о количестве воды.

Кулонометрический метод основан на электролизе воды, из­влеченной из анализируемого продукта путем адсорбции. Мерой количества воды является количество электричества, которое было затрачено на электролиз извлечённой воды.

Радиоволновой метод основан на функциональной связи по­глощения и рассеяния водой энергии СВЧ электромагнитного излучения, длины волн которого находятся в диапазоне от 1 до 100 мм.

Кондуктометрический метод основан на измерении электри­ческой проводимости испытуемого продукта и в основном ис­пользуется для измерения концентрации воды в высокообвод-ненных эмульсиях, содержащих свыше 50 % воды.

Акустический метод использует зависимость скорости распро­странения, поглощения и отражения ультразвуковых колебаний влагосодержащего вещества.

Оптический метод измерения влагосодержания основан на измерении поглощения, рассеяния или преломления светового потока, проходящего через влагосодержащий продукт.

Пикнометрический метод основан на определении влагосо­держания по разности плотностей влажной и сухой нефти, оп­ределённых с помощью пикнометра.

Экспресс-анализ влагосодержания нефти основан на переводе влаги из пробы в паровую фазу путём её тонкодисперсного рас­пыления в термостатированной камере с последующим детекти­рованием концентрации влаги в паровой фазе.

Радиационный метод основан на просвечивании объекта ио­низирующим излучением и последующем фиксировании степени ослабления излучения специальным детектором.

Тепловой метод основан на зависимости теплофизических ко­эффициентов испытуемого вещества от его влагосодержакия.

6. Аналоговые каналы связи. Схемы подключения датчиков с аналоговым выходным сигналом к контроллерам

ДАТЧИКИ С ДВУХПРОВОДНОЙ ТОКОВОЙ ЛИНИЕЙ СВЯЗИ

Как уже отмечалось, наиболее распространённым видом пере­дачи аналогового сигнала является сигнал 4...20 мА.

Основная характеристика первичных преобразователей (дат­чиков) - низкое энергопотребление при минимальном значении входного сигнала. Для работы датчика требуется ток менее 4 мА. Только в этом случае электропитание и выходной сигнал могут подаваться по одной линии.

На рис. приведена типовая схема подключения датчика по двухпроводной схеме. Для питания электронной схемы датчика требуется невысокое напряжение питания порядка 5...8 В, кото­рое может преобразовываться в датчике в двуполярное стабили­зированное напряжения порядка ±2,5 В. Этого напряжения дос­таточно для работы схем усилителя, а также управления диспле­ем и выходным транзистором. На все эти функции, как правило, потребляется ток менее 2 мА. Ситуация не изменяется, даже ес­ли датчик вырабатывает более высокий выходной сигнал. На верхнем пределе ток, потребляемый электроникой, немного выше. Выходной транзистор приоткрывается (т.е. сопротивление его перехода уменьшается) настолько, чтобы пропустить ток 18,1 мА; в результате по линии связи проходит полный ток 20 мА

Рис. Схема подключения датчика по двухпроводной схеме

Рассматриваемая схема подключения датчика к контроллеру называется токовой петлёй, широко используется в аппаратуре для промышленных измерений и обладает рядом преимуществ. Во-первых, токовая петля имеет низкое сопротивление, а следо­вательно, более устойчива к помехам, чем линии связи с сигна­лами напряжения. Кроме того, до определенного предела она не чувствительна к изменению внутреннего сопротивления прово­дов линии связи. Во-вторых, «нуль» токового контура 4...20 мА отличается от «нуля сигнала работающего прибора», что позво­ляет надежно распознать неисправность датчика, а также обрыв линии связи.

Электроника датчика распознаёт отказ прибора (например, неисправность чувствительного элемента (сенсора)) и немедлен­но устанавливает выходной сигнал, равный 3 мА. При обрыве ток в линии отсутствует (0 мА). В обоих состояниях выходной сигнал будет отличен от сигнала в режиме измерения, что позво­ляет обнаружить неисправность (рис. 8.3). Диапазон 4...20 мА имеет фиксированный верхний предел, поэтому ток, превышаю­щий 20 мА, также не может интерпретироваться как измеритель­ный сигнал. Это может служить указанием, что значение изме­ряемого параметра превысило измерительный диапазон, или сви­детельствовать о коротком замыкании, т.е. о неисправности. При этом ток короткого замыкания должен ограничиваться до разум­ного значения на стороне контроллера с помощью защитного резистора (или плавкого предохранителя).

Рис.. Шкалы измеряемого сигнала и тока датчика.

Серым цветом выделен диапазон тока, интерпретируемого как измерительный сигнал

Если датчик откалиброван, то при отсутствии давления он покажет «нуль». Чтобы амперметр показывал ток 4 мА, выход­ной транзистор должен «приоткрыться» и отобрать из линии питания определенный ток, доведя полный ток в цепи до 4 мА. Считается, что ток ниже 3,6 мА или выше 21 мА свидетельствует о неисправности. Следовательно, измерительный сигнал включая выход за нижнюю границу диапазона и превышение верхней границы диапазона, находится в пределах между 3,8 и 20,5 мА:

Большинство датчиков в нефтегазовой промышленности яв­ляются полевыми устройствами, преобразующими измеряемый параметр в сигнал 4...20 мА. Без барьера безопасности они мо­гут использоваться только в невзрывоопасных областях, При со­единении с соответствующим барьером безопасности датчики можно установить во взрывоопасной зоне.

ДАТЧИКИ ДЛЯ НЕВЗРЫВООПАСНОЙ ЗОНЫ

Датчики могут работать при напряжении питания в диапазоне 8...28 В. В ряде контроллеров, имеющих аналоговые входы, на­пряжение питания выводится на клеммы разъема для питания аналоговых датчиков. Измерительная схема всегда одинакова (рис. 8.4). Измерительный ток /„ протекает через резистор R_tx, создавая пропорциональное падение напряжения U_tx, которое усиливается измерительным усилителем. Результирующее на­пряжение U_ailx используется для индикации результатов измере­ния и формирования сигнала тревоги с помощью компараторов.

Рис. 8.4. Подключение двухпроводного датчика 4...20 мА к контроллеру с пи­танием датчиков по входным цепям

Если двухпроводный датчик работает с контроллером, в кото­ром не предусмотрены клеммы для питания датчика, то его не­обходимо подсоединить к внешнему источнику питания напря­жением 24 В (или к аккумулятору). При этом положительный полюс источника питания соединяется непосредственно с поло­жительным полюсом питания датчика, а отрицательный полюс источника питания соединяется с отрицательной входной клем­мой входного сигнала 4...20 мА на контроллере (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Схема подключения двухпроводного датчика 4...20 мА к контроллеру при внешнем источнике питания

ДАТЧИКИ ДЛЯ ВЗРЫВООПАСНОЙ ЗОНЫ. БАРЬЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

На предприятиях газовой и нефтяной промышленности для сопряжения контрольно-измерительного оборудования, разме­щённого во взрывобезопасной зоне, с датчиками, установленными во взрывоопасных зонах, в качестве разделительных элемен­тов между искробезопасными и искроопасными цепями приме­няются барьеры искрозащиты.