Реферат

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………3

1. Понятие о температуре и о температурных шкалах……..................................4

2. Устройства для измерения температур…………………………………….......6

3. Термоэлектрические термометры…………………………………………...8

4.термоэлектрический (тс) термометр omnigrad S TAF 11………………….11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………...…22

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………….....23

ВВЕДЕНИЕ

Высокопроизводительная, экономичная и безопасная работа технологических агрегатов нефтяной промышленности требует применения современных методов и средств измерения величин, характеризующих ход производственного процесса и состояние оборудования. Автоматический контроль является логически первой ступенью автоматизации, без успешного функционирования которых невозможно создание эффективных АСУ ТП.

В современной техники для решения задач автоматического контроля все шире применяют полупроводники, лазеры, радиоактивные материалы, ЭВМ. Нефтяная промышленность является одной из основных отраслей народного хозяйства, в ней занято большое количество трудящихся, обслуживающих мощные и сложные агрегаты. При высоких производительностях даже самые небольшие ошибки управления агрегатом приводят к большим абсолютным потерям топлива, электроэнергии. В результате этого возрастает роль автоматического контроля и управления производственными процессами.

Основными параметрами (величинами), которые необходимо контролировать при работе в нефтяной промышленности является температура различных сред; расход, давление, состав газов и жидкостей.

Стремительное развитие электроники и вычислительной техники оказалось предпосылкой для широкой автоматизации самых разнообразных процессов в промышленности, в научных исследованиях, в быту. Реализация этой предпосылки в значительной мере определялась возможностями устройств для получения информации о регулируемом параметре или процессе, т.е. возможностями датчиков. Датчики, преобразуя измерительный параметр в выходной сигнал, который можно измерить и оценить количественно, являются как бы органами чувств современной техники.

1. ПОНЯТИЕ О ТЕМПЕРАТУРЕ И О ТЕМПЕРАТУРНЫХ ШКАЛАХ

Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетической энергии поступательного движения молекул. Отсюда температурой называют условную статистическую величину, прямо пропорциональную средней кинетической энергии молекул тела.

Все предлагаемы температурные шкалы строились (за редким исключением) одинаковым путем: двум (по меньшей мере) постоянным точкам присваивались определенные числовые значения и предполагалось, что видимое термометрическое свойство используемого в термометре вещества линейно связанно с температурой t:

,

где k – коэффициент пропорциональности; E – термометрическое свойство; D – постоянная.

Принимая для двух постоянных точек определенные значения температур, можно вычислить постоянные k, D и на этой основе построить температурную шкалу. При изменении температуры коэффициент k меняется, причем различно для разных термометрических веществ. Поэтому термометры, построенные на базе различных термометрических веществ с равномерной градусной шкалой, давали при температурах, отличающихся от температур постоянных точек, различные показания. Последние становились особенно заметными при высоких (много больших температуры кипения воды) и очень низких температурах.

Термодинамическая шкала тождественна шкале идеального газа, построенной на зависимости давления идеального газа от температуры. Законы изменения давления от температуры для реальных газов отклоняются от идеальных, но поправки на отклонения реальных газов невелики и могут быть установлены с высокой степенью точности. Поэтому, наблюдая за расширением реальных газов и вводя поправки, можно оценить температуру по термодинамической шкале.

В начале XX века широко применялись шкалы Цельсия и Реомюра, а в научных работах – также шкалы Кельвина и водородная. Пересчеты с одной шкалы на другую создавали большие трудности и приводили к ряду недоразумений. Поэтому в 1933 году было принято решение о введении Международной температурной шкалы (МТШ).

Опыт применения МТШ показал необходимость внесения в нее ряда уточнений и дополнений, чтобы по возможности максимально приблизить ее к термодинамической шкале. Поэтому МТШ была пересмотрена и приведена в соответствие с состоянием знаний того времени. В 1960 году было утверждено новое "Положение о международной практической температурной шкале 1948 года. Редакция 1960 г.".

2. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР

Температуру измеряют с помощью устройств, использующих различные термометрические свойства жидкостей, газов и твердых тел. Существуют десятки различных устройств применяемых в промышленности, при научных исследованиях, для специальных целей.

В таблице 1 приведены наиболее распространенные устройства для измерения температуры и практические пределы их применения.

Таблица 1

Продолжение таблицы 1

3. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ

Для измерения температуры в металлургии наиболее широкое распространение получили термоэлектрические термометры, работающие в интервале температур от -200 до +2500 ⁰C и выше. Данный тип устройств характеризует высокая точность и надежность, возможность использования в системах автоматического контроля и регулирования параметра, в значительной мере определяющего ход технологического процесса в металлургических агрегатах.

Сущность термоэлектрического метода заключается в возникновении ЭДС в проводнике, концы которого имеют различную температуру. Для того, чтобы измерить возникшую ЭДС, ее сравнивают с ЭДС другого проводника, образующего с первым термоэлектрическую пару AB (рис. 1), в цепи которой потечет ток.

Результирующая термо-ЭДС цепи, состоящей из двух разных проводников A и B (однородных по длине), равна

или

     (1)

где  и  - разности потенциалов проводников A и B соответственно при температурах t₂ и t₁, мВ.

Термо-ЭДС данной пары зависит только от температуры t₁ и t₂ и не зависит от размеров термоэлектродов (длины, диаметра), величин теплопроводности и удельного электросопротивления.

Для увеличения чувствительности термоэлектрического метода измерения температуры в ряде случаев применяют термобатарею: несколько последовательно включенных термопар, рабочие концы которых находятся при температуре t₂, свободные при известной и постоянной температуре t₁.

Устройство термоэлектрических термометров

Термоэлектрический термометр (ТТ) – это измерительный преобразователь, чувствительный элемент которого (термопара) расположен в специальной защитной арматуре, обеспечивающий защиту термоэлектродов от механических повреждений и воздействия измеряемой среды. На (рис. 4) показана конструкция технического ТТ. Арматура включает защитный чехол 1, гладкий или с неподвижным штуцером 2, и головку 3, внутри которой расположено контактное устройство 4 с зажимами для соединения термоэлектродов 5 с проводами, идущими от измерительного прибора к термометру. Термоэлектроды по всей длине изолированы друг от друга и от защитной арматуры керамическими трубками (бусами) 6.

Защитные чехлы выполняются из газонепроницаемых материалов, выдерживающих высокие температуры и агрессивное воздействие среды. При температурах до 1000⁰С применяют металлические чехлы из углеродистой или нержавеющей стали, при более высоких температурах – керамические: фарфоровые, карбофраксовые, алундовые, из диборида циркония и т. п.

В качестве термоэлектродов используется проволока диаметром 0.5 мм (благородные металлы) и до 3 мм (неблагородные металлы). Спай на рабочем конце 7 термопары образуется сваркой, пайкой или скручиванием. Последний способ используется для вольфрам-рениевых и вольфрам-молибденовых термопар.

Термоэлектрические термометры выпускаются двух типов: погружаемые, поверхностные. Промышленность изготавливает устройства различных модификаций, отличающихся по назначению и условиям эксплуатации, по материалу защитного чехла, по способу установки термометра в точке измерения, по герметичности и защищенности от действия измеряемой среды, по устойчивости к механическим воздействиям, по степени тепловой инерционности и т. п.

Стандартные и нестандартные термоэлектрические термометры

Для измерения наиболее широко применяются ТТ со стандартной градуировкой: платинородий-платиновые (ТПП), платинородий-платинородиевые (ТПР), хромель-алюмелевые (ТХА), хромель-капелевые (ТХК), вольфрамрений-вольфрамрениевые (ТВР). В ряде случаев используют также ТТ с нестандартной градуировкой: медь-константановые, вольфрам-молибденовые (ТВР) и др. На (рис. 5) приведены градуировочные кривые ряда термопар.

В условиях длительной эксплуатации при высоких температурах и агрессивном воздействии сред появляется нестабильность градуировочной характеристики, которая является следствием ряда причин: загрязнения материалов термоэлектродов примесями из защитных чехлов, керамических изоляторов и атмосферы печи; испарения одного из компонентов сплава; взаимной диффузии через спай. Величина отклонения может быть значительной и резко увеличивается с ростом температуры и длительностью эксплуатации. Указанные обстоятельства необходимо учитывать при оценке точности измерения температуры в производственных условиях.

4. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ (ТС) ТЕРМОМЕТР OMNIGRAD S TAF 11

Термоэлектрические термометры omnigrad S TAF - высокотемпературные термопары с термогильзами в металлических и/или керамических защитных трубках. Термопара (ТС) типа J, К, R, S, В. Теромэлектрические термометры TAF могут быть использованы при высоких температурах.   TAF 11 включает в себя одинарную или двойную вставку ТС (тип J или К), выполненную из термоэлектродной проволоки, заключенную в керамическую изоляцию и керамический защитный корпус (типа KER 610).

Технологическое             подключение осуществляется с помощью стопорного фланца или фитинга, который обеспечивает газонепроницаемость                  стыка трубопроводов.

Все сборки TAF имеют в своем составе алюминиевую съемную головку (стандарт DIN), металлическую втулку (для установки датчика) и выпускаются с клеммной колодкой          или          микропроволочными выводами          для          подключения          к преобразователю температуры серии TERMO®, чтобы обеспечить разные типы выходных сигналов.

Рис 3. Датчик температуры TAF 11

Назначение и состав системы

Принцип измерения

Термопара (ТС) состоит из двух проводов, изготовленных из материалов, обладающих разной проводящей способностью. Провода припаивают друг к другу в двух местах, благодаря чему образуется электрическая цепь. Когда один спай при температуре Т1, а другой при температуре Т2, в цепи генерируется электродвижущая сила (эдс), которая зависит от используемых материалов и значений температур Т1 и Т2. Этот эффект, являющийся основой термоэлектрических измерений температуры, называется "термоэлектрический или зеебековский эффект".

В промышленом ТС термометре один спай служит измерительной точкой, а другой спай является эталонной точкой, расположение которой обычно соответствует электронике преобразования (преобразователь).

Состав оборудования. 

ТС термометры серии TAF изготовлены в соответствии с международыми нормами DIN EN 60584. Эти изделия состоят из измерительного вставного элемента, защитной термогильзы, металлической втулки и съемной головки (корпуса), который вмещает преобразователь или клеммы для электрических подключений.

Измерительные вставные элементы.

Вставка в TAF 11 и TAF 16 представляют собой спаянную пару, выполненную из стержневых проводов типа J или К, которые вставлены в соответствующие стойкие к высоким температурам керамические

изоляторы или во вставку с неорганической изоляцией (TAF 16).

Керамические  изоляторы  (капиллярные трубки)  выбраны специально,  чтобы  подобрать рабочую температуру и обеспечить эффективную электрическую изоляцию между проволочными термопарами.

Защитные корпуса термогильз. 

Для данного типа термопар обычно используются корпуса двух типов:

-  металлические трубки

-  керамические защитные трубки.

В зависимости от температуры и разных областей применения металлические трубки изготавливаются из всех марок стали и специальных сплавов, например, AISI 300, AISI 446 и Inconel® 600, различных диаметров и толщин:

-  для температуры до 800°С, марки стали AISI 310 и AISI 316 являются стандартными

-  для температур от 800° до 1100°С, Inconel® 600 является стандартным

- для температуры свыше 1100^CC используются ТС из благородных металлов с керамическими трубками.

Керамические трубки используются главным образом в условиях высоких температур (>1200"С) или там, где присутствуют газы, которые привести к загрязнению термоэлементов.

Защитная термогильза TAF 11 представляет собой одинарную трубку с керамической оболочкой, которая располагается вблизи рабочего участка и соответствует диапазону температур и областям применения TAF 11.

Рабочая сторона трубной термогильзы замыкается с помощью специальной технологии

сварки/замыкания. Это обеспечивает оптимальное механическое сопротивление и эффективное время реакции при измерении.

Металлическая втулка и технологическое подключение. 

Термопары с керамическим корпусом TAF 11 подгоняются к металлической втулке на холодном участке измерительного чувствительного элемента ниже подвесной головки. Это позволяет монтировать датчик на оборудовании.

Термопару в керамическом корпусе можно устанавливать на оборудовании с помощью регулируемого стопорного фланца (см. рис. 1) или фитинга, который способен закрепить металлическую втулку на технологическом фланце. Металлическая втулка позволяет получить более прочное механическое крепление по сравнению с менее надежным керамическим корпусом. Чтобы определить необходимую адаптацию к керамическому корпусу и точное расстояние между подвесной головкой и горячей установкой, размеры, материал и длину (Lm) металлической втулки следует выбирать из состава изделия.

Таблица 1. Стандартные материалы и размеры проводов термопар

Таблица 2. Стадартные материалы и комбинации для ТС-термогильз.

Металлы, применяемые для изготовления защитных корпусов

AISI 316/316L (1.4404/X2 CrNiMo 17 12 2)

Аустенитная нержавеющая сталь, обладающая повышенной коррозионной стойкостью в кислых средах, но не в в окислительных средах (например, фосфорная и серная кислоты с низкой концентрацией и при низких температурах). Эта марка стали нестойка к высокотемпературным хлоросодержащим средам. Максимальная температура: 800°С.

AISI 310 (1.4841/ Х15 CrNiSi 25 20)

Эта марка стали обладает хорошей термостойкостью, легко поддается механической обработке и является коррозионностойким материалом. Она аналогична и в тоже самое время превосходит своими качествами AISI 316L, но нестойка к сернистым газам. Максимальная температура: 1100°С.

AISI 446 (1.4749 / Х18 CrNi 28)

Этот сплав, обладающий хорошей стойкостью к восстановлению газов, содержащих серу, и хорошей стойкостью к окислению кислородом воздуха и/или горению масел. Максимальная температура: 1100°С.

Inconel® 600 (2.4816 / NiCr 15 Fe)

Этот материал очень стоек к высоким температурам, коррозии под напряжением (хлорид-ион), растрескиванию и окислению. Материал также хорошо ведет себя в нитридных средах (не использовать в серосодержащих средах). Максимальная температура: 1100°С.

SILLIMANTIN 60 или KER 530 (AI203 концентрация примерно73-75%)

Этот материал является самым дешевым по сравнению с другими пористыми керамическими материалами. Обычно он используется для изготовления наружных защитных труб, поскольку его стойкость к тепловым ударам достаточно высока. Максимальная температура: 1400°С.

PYTAGORAS или KER 610 (AI203 концентрация примерно 60%, содержание щелочи 3%)

Этот материал является самым дешевым по сравнению с другими непористыми керамическими материалами. Обычно он используется для производства внутренних и наружных защитных труб, а также изоляторов, поскольку он очень стоек к фтористоводородной кислоте, тепловым ударам и механическим факторам воздействия. Максимальная температура: 1500°С.

ALSINT 99.7 или KER 710 (AI203 концентрация примерно 99.7%)

Этот материал является наилучшим при использовании его для производства внутренних и наружных защитных труб, а также изоляторов, поскольку он стоек к газам, содержащим фтористоводородную кислоту, к парам щелочи в окислительно/восстановительных и нейтральных средах и, кроме того, к температурным колебаниям.

По сравнению с другими типами керамики этот материал является самым чистым и имеет низкую пористость (газонепроницаемый). Максимальная температура: 1800°С.

Электроника

Нужный тип выходного сигнала может быть получен посредством выбора правильного проводного преобразователя, устанавливаемого на головке.

Endress + Hauser поставляет новейшие преобразователи (серии ГГЕМР®), встроенные в проводное устройство и с выходным сигналом 4...20 мА, HART® или Profibus-PA®. Все преобразователи легко программируются с помощью ПК, используя общедоступные программные средства ReadWin® 2000 (для преобразователей 4...20 мА и HART®) или Соm-muwin II (преобразователи Profibus-PA®). HART® преобразователи можно также программировать с помощью портативного рабочего модуля DXR 275 (Универсальный коммуникатор HART®). РСР (4...20 мА) модель(ТМТ 181) имеет гальваническую развязку.

С преобразователями Profibus-PA® Е+Н рекомендует использовать специализированные разъемы Profibus®. Тип Weidmuller (Pg 13.5-М12) обычно использутся в качестве стандарта. Если преобразователи, монтируемые на головке, не используются, сенсорный зонд можно подключить с помощью клеммной колодки к удаленному преобразователю (т. е. рельсовый преобразователь DIN).

Рабочие характеристики

Рабочие условия для подвесных головок:

•   Тем-pa окружающеей среды (корпус без монтируемого на головке преобразователя): от -40 до 130°С

•   Тем-pa окружающей среды (корпус с монтируемым на головке преобразователем): от-40 до 85°С.

Рабочая температура

Рабочий диапазон определяется комбинацией материалов, используемых для проводов термопары и соответствующих защитных корпусов

Максимальное рабочее давление

Данный тип термопар эксплуатируется при рабочем давлении не более       1 бар.

Рабочие характеристики

Рабочие условия для подвесных головок:

•   Тем-pa окружающеей среды (корпус без монтируемого на головке преобразователя): от -40 до 130°С

•   Тем-pa окружающей среды (корпус с монтируемым на головке преобразователем): от-40 до 85°С.

Рабочая температура

Рабочий диапазон определяется комбинацией материалов, используемых для проводов термопары и соответствующих защитных корпусов

Максимальное рабочее давление

Данный тип термопар эксплуатируется при рабочем давлении не более       1 бар.

Максимальая погрешность зонда

Нормы DIN EN 60584 устанавливают стандартные значения и допуски для используемых комбинаций термопар. Нормы DIN EN 60584 соответствуют старым нормам DIN 43710 за исключением датчиков Fe-CuNi (датчики типа L).

Таблица 3. Максимальные погрешности измерения

Диапазон измерений

Стандартный (согласно DIN EN 60584) диапазон измерений термопар:

термопара типа J

термопара типа К

термопара типа R

термопара типа S

термопара типа В

-40...750°С

-4(0...120(0°С

0...1600°С

0...1600°С

600...1700°С.