Розрахунок похибки каналу для вимірювання температури

  ВСТУП

 

В наш  час особливо гостро стоїть проблема точності вимірювання у будь-якій галузі, проте все більш вагомим  є не сам факт наявності інформації про певний параметр, а можливість обробки і використання цієї інформації. Зараз вже недостатньо просто виміряти значення тієї чи іншої фізичної величини, навіть і з високою точністю. Виникає необхідність передачі даних на значні відстані, формування на основі вимірювання певних висновків і здійснення керуючих впливів на об'єкт.

      Саме  тому у промисловості всебічно використовуються інформаційно-вимірювальні комплекси, які дозволяють не просто отримувати інформацію про величину інформативних параметрів, але й накопичувати і обробляти її, представляти в зручному для сприйняття людиною вигляді, забезпечувати можливість  автоматичного прийняття рішень на підставі отриманих даних.

      Ключова роль ІВК у сучасній промисловості  зумовлює той факт, що проблемі дослідження, розробки і метрологічного забезпечення інформаційно-вимірювальних комплексів приділяється все більше уваги і в процесі навчання.

    на  базі ІВК для вимірювання ключових технологічних параметрів. В роботі розглянуто прилади для вимірювання  таких параметрів,як температура, тиск, рівень, описано апаратну складову створених ІВК.

      Оскільки  на даний час набуває широкого розповсюдження концепція “невизначеності вимірювання”, яка вживається наряду із поняттям “похибки” і доповнює його, також було проведено метрологічний аналіз створеного інформаційно-вимірювального комплексу на основі цієї концепції. І порівняння отриманих результатів із результатом обчислень сумарної похибки каналу з допомогою ентропійного коефіцієнта.

 

1 ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ 

      Технологічна схема одноступінчатого гідро крекінгу з переважаючим отриманням дизельного палива з вакуумного газойлю в стаціонарному шарі каталізатора приведена в додатку А. Сировина, що подається насосом 1, змішується зі свіжим водневмісним газом та циркуляційним газом, що в свою чергу нагнітаються компресором 8. газо сировинна суміш , походячи теплообмінник 4та змієвики печі 2, нагрівається до температури реакції і вводиться в реактор 3 зверху. Враховуючи велике тепловиділення в процесі гідро крекінгу, в реактор в зони між шарами вводять холодний водевмісний газ ц метою вирівнювання температур по висоті реактора.

      Вихідна суміш продуктів реакції та циркулюючого газу з охолоджується  в теплообміннику 4, холодильнику 5 і надходить у сепаратор високого тиску 6. Тут водневмісний газ відділяється від рідини, яка знизу сепаратора через редукційний клапан 9, поступає далі в сепаратор низького тиску 10. В сепараторі 10 частина вуглеводневого газу відділяється, а рідкий потік направляється в теплообмінник 11, що розташований перед проміжною реактифікаційною колоною 15. В колоні при невеликому надлишковому тиску виділяються вуглеводневі гази та легкий бензин. Бензин частинно повертається в колону 15 в вигляді гострого зрошення, а балансова його кількість через систему “облуженння” відкачується з установки. Остаток колони 15 розділяється в колоні 20 на тяжкий бензин, дизельне паливо та та фракцію >360 ⁰C.

      Бензин  атмосферної колони змішується з  бензином проміжної колони та виводиться з установки. Дизельне паливо після  відпарної колони 24 охолоджується, “облужується” та відкачується з установки. В випадку виготовлення масляних фракцій блок функціонування має також вакуумну колону. Фракція >360 ⁰C 
 
 

Матеріальний  баланс одноступінчатого процесу гідрокрекінгу.

      Температура, ⁰С

            1 ступінь…………………………...420-425

            2 ступінь……………………….…..450-480

      Тиск, МПа……………………….………..5

      Масова  швидкість подачі сировини…….1 год^-1  

      
 
 
 
 

 

2 РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СТРУКТУРИ ІВК І ВИБІР ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ

      2.1 Розробка функціональної структури ІВК

      Функціональні схеми – основний технічний документ, який визначає функціонально-блочну структуру  окремих вузлів автоматичного контролю за протіканням технологічного процесу, а також обладнання об’єкта приладами і засобами контролю та вимірювання. Об’єктом контролю та вимірювання є сукупність основного і додаткового обладнання, яке визначається особливостями технології об’єкта контролю.

      При проектуванні функціональних схем технологічних  процесів вирішуються наступні завдання:

• отримання первинної інформації про технологічний процес;
• безпосередня інформація про технологічний процес для контролю за його протіканням;
• стабілізація технологічних параметрів процесу;
• контроль і реєстрація технологічних параметрів процесів і стан технологічного обладнання ;

Результатом проектування функціональної схеми  є:

• вибір методів вимірювання технологічних параметрів;
• вибір основних технічних засобів, які найбільш повно відповідають вимогам і умовам роботи об’єкта;
• розміщення засобів і визначення способів представлення інформації про стан технологічного процесу і обладнання.

         При розробці ІВК необхідно враховувати, що вони повинні виконувати одну або декілька з наступних функцій:

1. прямі, непрямі , сумісні вимірювання фізичних величин;
2. керування процесом вимірювань і дія на об’єкт вимірювань;
3. відображення результатів вимірювань оператору в заданому виді.

Для виконання  цих функцій ІВК повинні забезпечувати:

1. сприйняття, перетворення і обробку електричних сигналів від ПВП;
2. керування ЗВТ і технічними компонентами. Які входять у склад ІВК;
3. формування нормованих електричних сигналів, які є вхідними для засобів дії на об’єкт вимірювання;
4. оцінку точності вимірювань і відображення результатів вимірювань, у формах, заданих нормативними документами.

Призначення ІВК –– забезпечити нормальну  роботу ректифікаційної колони. 

2.2 Вибір технічних засобів для ІВК температури

      Канал вимірювання температури містить у якості первинного давача –– термоперетворювач з уніфікованим вихідним сигналом; блок живлення БП КАРАТ-22; показуючий і реєструючий пристрій РМТ-49А.  

     Термоперетворювач складається з первинного перетворювача і вимірювального перетворювача , розташованого в головці первинного перетворювача. Як первинні перетворювачі використовуються термоопори з НСХ - 100М, 100П.

     Вимірювальний перетворювач перетворює сигнал, що поступає з виходу первинного перетворювача в уніфікований вихідний сигнал – струм.

     Дані датчики призначені для перетворення температури твердих, рідких, газоподібних і сипких речовин в уніфікований вихідний сигнал.

     Забезпечують  вимірювання температури нейтральних і агресивних середовищ, що не руйнують матеріал захисної арматури.

     Таблиця 2.1– Технічні дані

 

З таблиці 1.1 вибираємо тип термоперетворювача ТХАУ-205.

Діапазони вимірюваних температур складають 0 ⁰С .. 800 ⁰С .

Технічні  характеристики:

• Гальванічна ізоляція: від живлення
• Схема підключення датчика: двох провідна
• Максимальний опір навантаження 1000 Ом
• Вихідний 4-20 мА
• Живлення: нестабілізоване 36В±20%

 
 

2.3 Вибір технічних засобів для ІВК тиску

     До  складу каналу вимірювання тиску  входять: датчики тиску "Метран-22"; блок живлення БП КАРАТ-22; показуючий і реєструючий пристрій РМТ-49А. Згідно з регламентом технологічного процесу тиск в ректифікаційній колоні складає

5 МПа. Отже вибираємо аналоговий датчик надлишкового тиску Метран-22-Вн-ДИ-2160, з межею вимірювань–6 МПа.

     Датчик  тиску складається з перетворювача  тиску - вимірювального блоку (ІБ) і  електронного перетворювача (ЕП).

     При вимірюванні надмірного тиску, абсолютного тиску, тиску-розрідження датчиками Метран-22 тиск робочого середовища подається в камеру "+", при цьому камера "-" сполучається з атмосферою. При вимірюванні розрідження вакуумний тиск переміщає мембрану убік, протилежну від надмірного тиску.

Тиск (різниця  тиску) робочого середовища впливає на мембрани (мембрани сполучені між собою центральним штоком, який пов'язаний з кінцем важеля тензоперетворювача) і через рідину впливає на мембрану тензоперетворювача.

     Чутливий  елемент - пластина монокристалічного сапфіра з кремнієвими плівковими тензорезисторами, сполучена з металевою мембраною тензоперетворювача. Тензорезистори сполучені в мостову схему. Деформація вимірювальної мембрани приводить до пропорційної зміни опору тензорезисторів і розбалансу мостової схеми. Електричний сигнал з виходу мостової схеми датчиків поступає в електронний блок, де перетвориться в уніфікований сигнал струм.

Технічні  характеристики наступні:

• Гальванічна ізоляція
• Вихідний сигнал: 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА
• Основна приведена похибка : ±0,5%
• Напруга живлення: від блоку живлення 36В±0,72%
• Споживана потужність: не більш 0,8 ВА.
• Вимірювані середовища: газ, рідина, пара 

 

Рисунок 2.1 – Будова датчика тиску Метран-22

1 - "плюсова" камера, 2 – тензоперетворювач, 3 - вимірювальна мембрана, 4 – шток, 5 - електронний перетворювач, 6 - "мінусова" камера.  
 
 
 
 

2.4 Вибір технічних засобів для ІВК масової витрати

     Канал вимірювання масової витрати містить у якості первинного давача мікропроцесорний масовий витратомір фірми Fisher-Rosemount Micro Motion DT блок живлення БП КАРАТ-22; показуючий і реєструючий пристрій РМТ-49А.

Витратоміри Micro Motion мають модульну конструкцію, компонуються з наборів сенсорів і вторинних перетворювачів, утворюючи датчикові системи, і доповнюються при необхідності спеціальними контроллерами серії ALTUS.

     Сенсор  витратоміру є вібруючою мірною трубою спеціальної форми, усередині якої рухається вимірюване середовище. Згідно ефекту Коріоліса і унаслідок підбору форми труби різні її частини при силовій дії середовища згинаються один щодо одного. Цей вигин приводить до взаємного розузгодження по фазі коливань різних ділянок мірної труби, яке перетворюється електромагнітними детекторами у вихідний сигнал сенсора.

     Мікропроцесорні перетворювачі доповнюють сенсори до завершеної системи датчиків вимірювання масової витрати, густини, температури, перетворюючи низькорівневий сигнал сенсора в стандартний вихідний сигнал датчика. Приведемо технічні характеристики пристрою в таблиці 2.2.