СКАЧАТЬ:  kursovayaurovnemer-elita.zip [785,8 Kb] (cкачиваний: 48)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………...4

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ …..…………………………………….………..6

              1.1.  Назначение прибора……………………….…………………….………6                                 

      1.2.  Технические данные ………………………………………………..…...8

      1.3.  Устройство и работа прибора…………………………..…………..…11

       2.  РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ…………………………………………………….…..18

2.1 Электрохимические преобразователи ………………………………….…18

Заключение ………………………………………………………….……………27

Список использованной литературы……………………………………..…...28

Приложение 1. ……………………………………………………………………29 

Приложение 2. ……………………………………………………………….……30

        Приложение 3. …………………………………………………………………….31

        Приложение 4. …………………………………………………………………….32

       Приложение 5. …………………………………………………………….……….33

       Приложение 6. ……………………………………………………………….…….34

       Приложение 7. …………………………………………………………….……….

ВВЕДЕНИЕ

         Развитие науки, управление технологическими процессами немыслимы без получения количественной информации о тех или иных свойствах физических объектов.

         Измерение представляет собой информационный процесс, результатом которого является получение измерительной информации, т.е. количественной информации об измеряемых величинах.

         Все средства измерений определяются как технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики.                                                                                                                                                            

         По характеру участия в процессе измерения все средства можно разделить на четыре основные группы: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные системы.

         Мера – это средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины одного размера.

         Измерительный преобразователь – это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

         Информационно-измерительные системы – это совокупность технических средств в блочно модульном исполнении, объединенных общим алгоритмом функционирования, предназначенная для получения измерительной информации непосредственно от объекта, её преобразования, передачи, хранения, обработки и выдачи в виде, удобном для восприятия оператором или ввода в систему автоматического управления.

         Измерительный прибор – это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Таким образом в отличие от измерительного преобразователя измерительный прибор всегда имеет устройство, позволяющее человеку воспринимать информацию о числовом значении измеряемой величины.

         Все измерительные приборы могут быть разделены на аналоговые и цифровые. В аналоговом измерительном приборе показания являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины. Цифровой измерительный прибор автоматически вырабатывает дискретные сигналы измерительной информации, а его показания представлены в цифровой форме.

         В зависимости от выполняемых функций различают: показывающие измерительные приборы, допускающие только отсчитывание показаний; регистрирующие измерительные приборы, в которых предусмотрена регистрация показаний; самопишущие измерительные приборы, в которых регистрация показаний осуществляется путем записи в форме диаграмм. Измерительный прибор может содержать узлы или элементы для выполнения регулирования, сигнализации и т.п. В этом случае его называют регулирующим измерительным прибором, сигнализирующим измерительным прибором.

         В данной курсовой работе рассматривается регулирующий измерительный прибор – устройство контроля и регулирования электрического режима и уровня раздела сред в технологических аппаратах «ЭЛИТА». Рассматриваются его назначение, технические данные, состав, устройство и работа.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Назначение прибора

         1. Устройство контроля и регулирования электрического режима и уровня раздела сред в технологических аппаратах ЭЛИТА (в дальнейшем - устройства) АИС 2.390.029 предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами подготовки и первичной переработки нефти со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, работающими от стандартного входного сигнала 0-5 mA постоянного толка.

         2. В зависимости от области применения устройства изготавливаются в четырех исполнениях, приведенных в табл. 1

Таблица 1

                   3. Устройства АИС 2.390.029 и АИС 2.390.029 - 01 предназначены для:

1) контроля положения границы раздела нефть-вода в электродегидраторах;

2) формирование электрических унифицированных аналоговых выходных сигналов «Переменная DI» или «Переменная DR» для систем взаимосвязанного регулирования электрического режима и уровня раздела сред вода-нефть в электродегидраторах.

         4. Устройства АИС 2.390.029 - 02 и АИС 2.390.029 - 03 предназначены для:

1) контроля положения границы раздела сред вода-нефть, вода-светлые нефтепродукты в технологических аппаратах;

2) формирование электрического унифицированного аналогового выходного сигнала для систем автоматического регулирования положения границы раздела сред в термохимических отстойниках, рефлюксных аппаратах и.п. аппаратах.

5. Устройства АИС 2.390.029 - 03 предназначено также для: формирования дискретного электрического и пневматического выходных сигналов двухпозиционного регулирования положения границы раздела сред в технологических аппаратах, в которых существует четкая граница раздела фаз между контролируемыми средами.

6. Параметры рабочей среды для сигнального электрода:

1) рабочая среда соленая вода, нефть, светлые нефтепродукты;

2) температура среды о 50 до 160°C;

3) рабочее давление в аппарате не более 2,5 Мпа.

2.7. Параметры питания:

1) напряжение питания блока управления от сети однофазного переменного тока  220 _-33 ⁺²² В;

2) частота переменного тока 50 (±1) Гц;

1.2. Технические данные

1. Выходные сигналы устройства:

1) аналоговый сигнал «Переменная DI» 0-5 mA постоянного тока в зависимости о разности (I) входных токов нижнего (I_н.э.) и верхнего (I_в.э.) электродов электродегидратора, изменяющейся в пределах:

0 - 0,5 А - ДИАПАЗОН DI – 1;

0 - 1 А  -  ДИАПАЗОН DI – 2;

2) аналоговый сигнал «Переменная DR» 0-5 mA постоянного тока в зависимости от разности омических сопротивлений (R) рабочего и опорного датчиков (в дальнейшем – разностное омическое сопротивление), изменяющееся в пределах:

0 -  1,0 кОм - ДИАПАЗОН DR – 1;

0 -  2,0 кОм - ДИАПАЗОН DR – 2 при сопротивлении опорного датчика R₀ < 500 Ом или R₀ < 2000 Ом;

3) дискретный сигнал 0; 24В постоянного тока при нагрузке не менее 200 Ом и дискретный пневматический сигнал с условными значениями «0» и «1» по ГОСТ 26.015 – 81:

значение напряжения, соответствующего высокому уровню сигнала, при котором происходит срабатывание, не менее 22В при разностном омическом сопротивлении DR <= 120 Ом  (ДИАПАЗОН DR – 1) или DR <= 240 Ом  (ДИАПАЗОН DR – 2) и сопротивлении опорного датчика R₀ < 500 Ом или R₀ < 2000 Ом;

значение напряжения, соответствующего низкому уровню сигнала, при котором происходит отпускание, не более 0,5В при разностном омическом сопротивлении DR >= 900 Ом  (ДИАПАЗОН DR – 1) или DR >= 1800 Ом  (ДИАПАЗОН DR – 2) или при омическом сопротивлении опорного датчика R₀ >= 500 Ом (ПОРОГ 1) или R₀ >= 2000 Ом (ПОРОГ 2).

Давление в пневмолинии при условном значении «0» имеет величину от 0 до 0,01 MПа, при условном значении «1» - от 0,110 до 0,154 МПа;

4) дискретный сигнал «Минимальный уровень» в зависимости от омического сопротивления опорного датчика:

значение напряжения, соответствующего высокому уровню сигнала, не менее 7,7 В при омическом сопротивлении R₀ >= 500 Ом (ПОРОГ 1) или R₀ >= 2000 Ом (ПОРОГ 2);

значение напряжения, соответствующего низкому уровню сигнала не более 0,5 В.

5) дискретный сигнал «Максимальный уровень» в зависимости от наличия предпробойных импульсов тока в цепях питания электродов электродегидратора:

значение напряжения, соответствующего высокому уровню сигнала, не менее 7,7В;

значение напряжения, соответствующего низкому уровню сигнала не более 0,5 В.

2. Основная приведенная погрешность преобразования разности входных токов не превышает ±4%.

3. Основная приведенная погрешность преобразования разностного омического сопротивления DR не превышает ±4%.

4. Абсолютная погрешность срабатывания относительно номинального уровня срабатывания не превышает ±25мм.

5. Напряжение холостого хода и ток короткого замыкания, измеренные на входе блока управления, должны быть не более соответственно 12 В и 1,5 А.

Допустимое значение параметров линии связи между блоком управления и сигнальным электродом не должно превышать:

емкости – 0,1 мкФ

индуктивности – 0,3 мГн.

6. Устройство обеспечивает автоматическое увеличение величины входного сигнала «Переменная DI» на (1 ± 0,2) mА и включение сигнализации КОРРЕКЦИЯ ¯ на время (15 ± 3) мин. при наличии предпробойных импульсов в цепях питания электродов электродегидратора.

7. Устройство обеспечивает автоматическое уменьшение величины выходного сигнала «Переменная DI» («Переменная DR») до 0 и включение сигнализации КОРРЕКЦИЯ ­ при минимальном  положении границы раздела сред, определяемом омическим сопротивлением опорного датчика R₀ >= 500 Ом (ПОРОГ 1) или R₀ >= 2000 Ом (ПОРОГ 2).

8. Устройство осуществляет формирование выходного аналогового сигнала «Переменная DI» в диапазоне 0 – 5 mA  при отключении одного из электродов электродегидратора.

9. Устройство обеспечивает автоматическое переключение выходного аналогового сигнала «Переменная DI» на сигнал «Переменная DR» при отключении  электродов электродегидратора.

10. Устройство предусматривает возможность ручного переключения выходного сигнала «Переменная DI» на сигнал «Переменная DR» и наоборот.

Блок управления АИС 2.390.029-01 обеспечивает автономную проверку функционирования в режиме «Контроль».

11. Наибольшие допускаемые изменения аналоговых выходных сигналов «Переменная DI» и «Переменная DR», вызванные изменением температуры окружающего воздуха от нормальной до плюс 1 и плюс 45°C или отклонением напряжения питания от номинального значения на плюс 10 минус 15%, не превышают 0,5 предела допускаемого значения основной погрешности, указанного в п.п. 3.2 и 3.3.

Средняя наработка на отказ устройства с учетом технического обслуживания составляет 15000ч.

12.  Полный средний срок службы не менее 6 лет.

1.3.  Состав устройства

          Перечень составных частей, а также комплектов по каждому из исполнений устройства приведен в табл. 2.

Таблица 2

1.4. Устройство и работа изделия

1. Принцип действия устройства

         1.1. В основу принципа действия устройства положены зависимость токовой нагрузки электродов электродегидратора от положения  уровня раздела сред в аппарате и кондуктометрический метод контроля уровня раздела сред по электропроводности (омическому сопротивлению) среды в зоне установки чувствительных элементов сигнального электрода.

         2. Устройство и назначение составных частей

         2.1. Блок согласования БС-01 предназначен для согласования, гальванической развязки и преобразования входных токовых сигналов 0-5 А с трансформаторов тока, включенных в цепях питания нижнего и верхнего электродов электродегидратора, в напряжение 0-10 В переменного тока, поступающее на блок управления.

         2.2. Блок управления предназначен для формирования аналоговых «Переменная DI», «Переменная DR», дискретных выходных сигналов и осуществления световой индикации положения границы раздела сред.

         Конструктивно блок управления выполнен для монтажа на щите и состоит из корпуса 1 и блока электронного 2.

         На боковых стенках корпуса имеются кронштейны-фиксаторы, предназначенные для крепления блока управления на щите.

На лицевой панели блока управления расположены:

кнопка включения блока СЕТЬ и индикация включения напряжения питания;

переключатель DI - DR – для переключения выходного аналогового сигнала «Переменная DI» на сигнал «Переменная DR»;

переключатель РАБОЧИЙ ДАТЧИК – для выбора рабочего датчика и обеспечения формирования выходного сигнала  ПЕРЕМЕННАЯ DR и выходного дискретного сигнала регулирования 0; 24 В с соответствующего рабочего датчика.

Нахождение переключателя РАБОЧИЙ ДАТЧИК в положении «0» соответствует формированию выходного сигнала с опорного датчика;

при нахождении переключателя РАБОЧИЙ ДАТЧИК в положениях «5-9»  формирование выходного сигнала осуществляется с четвертого рабочего датчика;

световая индикация УРОВЕНЬ, осуществляющая индикацию положения соответствующей среды – нефть (нефтепродукт), эмульсия, вода в рабочей зоне контроля, определяемой высотой расположений чувствительных элементов в аппарате.

Свечение индикации УРОВЕНЬ определяется средой, в которой находятся  чувствительные элементы:

свечение всей триады светодиодов любого из рабочих датчиков свидетельствует о нахождении данного датчика в воде, при отсутствии свечения – в нефти, при свечении в триаде одного или двух светодиодов – в эмульсии;

прибор КОНТРОЛЬ %, предназначенный для контроля сигналов «Переменная» при нажатии кнопки ПЕРЕМЕННАЯ или контроля тока соответствующего электрода электродегидратора при нажатии соответствующей кнопки ТОК В.З,   ТОК Н.З;

световая сигнализация ОТКЛЮЧЕН ВЗ-НЗ, КОРРЕКЦИЯ ­, КОРРЕКЦИЯ ¯;

ручка для извлечения блока электронного из корпуса.

Внутри блока управления на боковых стенках расположены:

с правой стороны:

переключатели ДИАПАЗОН DI – 1 – 2, ДИАПАЗОН DR – 1 – 2, служащие для изменения диапазонов преобразования соответственно разности входных токовых сигналов и разности омических сопротивлений рабочего и опорного датчиков;

         при нахождении тумблера ДИАПАЗОН DI в положении 1 – от 0 до 0,5 А, в положении 2 – от 0 до 1,0 А;

         при нахождении тумблера ДИАПАЗОН DR в положении 1 – от 0 до 1,0 кОм, в положении 2 – от 0 до 2,0 кОм;

переключатель ПОРОГ 1-2 – для изменения пороговых значений сопротивлений опорного датчика, при которых происходит блокировка выходных сигналов устройства при минимальном положении границы раздела сред.

Порог 1 – соответствует значению сопротивления контролируемой среды R₀ >= 500 Ом, ПОРОГ 2 –  сопротивлению контролируемой среды R₀ >= 2000 Ом;

переключатель РАБОТА – КОНТРОЛЬ, определяющий режим работы устройства;

переключатель ОТКЛЮЧЕН В.З., Н.З., обеспечивающий имитацию отключения соответствующего электрода в режиме КОНТРОЛЬ;

кнопка СТРИМЕРЫ, обеспечивающая имитацию предпробойных импульсов в цепях электродов электродегидратора в режиме КОНТРОЛЬ;

с левой стороны:

потенциометр УСТАВКА Iз. служащий для компенсации входного токового сигнала при отклонении одного из технологических электродов электродегидратора;

потенциометр КП – для имитации разности входных токовых сигналов при проверке функционирования блока управления в режиме КОНТРОЛЬ;

потенциометр ЧУВСТВ. – для регулировки чувствительности индикатора УРОВЕНЬ.

2.3. Сигнальный электрод с чувствительными элементами является первичным прибором (датчиком) контроля электропроводности (омического сопротивления) сред.

2.4. Блок электропневмопреобразователя предназначен для преобразования дискретного электрического сигнала 0; 24 В в дискретный пневматический сигнал с нижним уровнем сигнала от 0 до 10 кПа (условный сигнал «0») и верхним уровнем сигнала от 110 до 154 кПа (условный сигнал «1»).

3. Описание работы устройства.

3.1. Устройства АИС 2.390.029-01 предусматривают возможность работы в одном из следующих режимов:

формирование выходного аналогового сигнала «Переменная DI» стабилизации электрического режима электродегидратора – при нахождении переключателя DI - DR блока управления в положении  DI;

формирование выходного аналогового сигнала «Переменная DR» стабилизации уровня раздела сред вода – нефть в электродегидраторе при нахождении переключателя DI - DR в положении  DR.

Работа устройства в режиме формирования выходного аналогового сигнала «Переменная DI» (приложение 1) осуществляется следующим образом:

токовые сигнала 0-5 А переменного тока с трансформаторов тока, включенных в цепях питания нижнего (I_н.э.) и верхнего (I_в.э.) электродов электродегидратора, поступают в блок согласования, где преобразуются в напряжения 0-10 В переменного тока, пропорциональные соответственно току нижнего и верхнего электродов электродегидратора.

Сигналы 0-10 В с блока согласования поступают на вход блока управления, где выделяется их разность и формируется выходной аналоговый сигнал «Переменная DI» в диапазоне 0-5 мА постоянного тока.

Сигнал «Переменная DI» контролируется на шкале прибора КОНТРОЛЬ %  блока управления при нажатии кнопки ПЕРЕМЕННАЯ.

Выходной аналоговый сигнал устройства «Переменная DI» 0-5 мА используется в приборах и устройствах автоматики систем управления и регулирования технологических процессов подготовки и первичной переработки нефти.

При понижении уровня раздела сред в электродегидраторе до минимального значения, определяемого омическим сопротивлением опорного датчика, устройство осуществляет уменьшение величины выходного сигнала «Переменная DI» до нуля и включении сигнализации КОРРЕКЦИЯ ­.

При появлении предпробойных импульсов, предшествующих короткому замыканию электродов электродегидратора, устройство осуществляет увеличение величины выходного сигнала «Переменная DI» на (1 ± 0,2) мА и включение сигнализации  КОРРЕКЦИЯ ¯ на время (15 ± 3) мин.

При отключении одного из электродов электродегидратора устройство формирует выходной сигнал «Переменная DI», пропорционально изменению тока включенного электрода, и осуществляет световую сигнализацию об отключении соответствующего электрода: ОТКЛЮЧЕН Н.Э. (ОТКЛЮЧЕН В.Э).

При отключении электрического питания со всех электродов электродегидратора устройство автоматически переключается на канал формирования выходного аналогового сигнала «Переменная DR» и осуществляет световую сигнализацию об отключении электродов: ОТКЛЮЧЕН Н.Э., ОТКЛЮЧЕН В.Э.

Работа устройства АИС 2.390.029-01 в режиме формирования выходного аналогового сигнала (переключатель ДИАПАЗОН DR в положении 1). В этом режиме обеспечивается работа устройства при нахождении переключателя DI - DR блока управления в положении  DR или отключении напряжения питания со всех электродов электродегидратора (включена сигнализация ОТКЛЮЧЕН Н.Э., ОТКЛЮЧЕН В.Э.), а также работа устройства АИС 2.390.029-02,-03 в системах автоматического регулирования положения границы раздела сред в термохимических отстойниках, рефлюксных емкостях и т.п. аппаратах (приложение 1) следующим образом:

сигналы с рабочего и опорного датчиков сигнального электрода в виде омических сопротивлений поступают в блок управления. Блок управления в зависимости от разности омических сопротивлений (DR) рабочего и опорного датчиков, изменяющейся в пределах от 0 до 1,0 кОм (переключатель ДИАПАЗОН DR в положении 1) или от 0 до 2,0 кОм (переключатель ДИАПАЗОН DR в положении 2), формирует выходной аналоговый сигнал «Переменная DR» в диапазоне 0-5 mА постоянного тока. Сигнал  «Переменная DR» контролируется по прибору КОНТРОЛЬ % блока управления.

Выходной аналоговый сигнал устройства «Переменная DR» 0-5 mА используется в приборах и устройствах автоматики систем управления и регулирования технологических процессов при осуществлении непрерывного сброса подтоварной воды из аппарата и стабилизации уровня раздела сред в зоне установки чувствительных элементов в аппарате.

При понижении уровня раздела сред в аппарате до минимального значения, определенного омическим сопротивлением опорного датчика R₀ >= 500 Ом (переключатель ПОРОГ в положении 1) или R₀ >= 2000 Ом (переключатель ПОРОГ в положении 2),устройство осуществляет уменьшение величины выходного сигнала «Переменная DR» до нуля и включение сигнализации КОРРЕКЦИЯ ­.

Устройство АИС 2.390.029-03 предусматривает также возможность двухпозиционного регулирования положения границы раздела сред в технологических аппаратах, в которых существует четкая граница раздела фаз между контролируемыми средами.

Работа устройства АИС 2.390.029-03 при двухпозиционном регулировании осуществляется следующим образом.

Переключателем РАБОЧИЙ ДАТЧИК, расположенным на лицевой панели блока управления, выбирается один из рабочих датчиков в рабочей зоне аппарата, на уровне которого предполагается поддержание границы раздела сред.

При разности омических сопротивлений рабочего и опорного датчиков в зависимости от контролируемой среды, в которой они находятся, DR<=120 Ом (переключатель ДИАПАЗОН DR положении 1) или DR<=240 Ом (переключатель ДИАПАЗОН DR в положении 2) блок управления формирует дискретный выходной сигнал не менее 22 В (плата Х2 конт. 3, 4), который поступает в блок электропневмопреобразователя. Электропневмопреобразователь срабатывает, и сжатый воздух из линии питания поступает к регулирующему клапану. Клапан открывается, происходит сброс подтоварной воды. Уровень раздела сред при этом снижается, а разность омических сопротивлений между рабочим и опорным датчиками увеличивается.

При достижении её значения DR>=900 Ом (переключатель ДИАПАЗОН DR положении 1) или DR>=1800 Ом (переключатель ДИАПАЗОН DR в положении 2) блок управления формирует дискретный выходной сигнал не более 0,5 В (плата Х2, конт.3,4). По этому сигналу электропневмопреобразователя осуществляет закрытие клапана на линии сброса подтоварной воды.

Таким образом, при достижении разности омических сопротивлений между рабочим и опорным датчиком пороговых значений происходит срабатывание и отпускание электропневмопреобразователя, вызывая соответственно открытие и закрытие клапана на линии сброса подтоварной воды.

         Устройство предусматривает также принудительное (блокировочное) закрытие клапана на линии сброса подтоварной воды из аппарата при минимальном значении уровня раздела сред, определяемом омическим сопротивлением опорного датчика R₀>=500 Ом (переключатель ПОРОГ в положении 1) R₀>=2000 Ом (переключатель ПОРОГ в положении 2).

         При этом включается сигнализация КОРРЕКЦИЯ ­, а светодиод группы 0 опорного датчика не светится.

         Устройства каждого из исполнений осуществляют контроль положения границы раздела сред в технологических аппаратах в зоне установки чувствительных элементов.

         Контроль осуществляется с помощью сигнализации УРОВЕНЬ, расположенной на блоке управления.

         По свечению светодиодов определяют вид среды (нефть, эмульсия, вода), находящейся в зоне чувствительных элементов.

 Расчет погрешностей преобразователя 

Предел допускаемой основной погрешности │γ│= ±4%.

Дополнительная погрешность преобразователя, вызванная  изменением температуры окружающего воздуха в рабочем диапазоне температур, выраженная в процентах от диапазона измерения выходного сигнала на каждые 10˚С изменения температуры, не превышает значений γ_t , определяемых формулой:

  где γ_t1 принимает значение ±3,5 %/10˚С – для преобразователя со значением │γ│= ±4%;

R_max – максимальный верхний предел измерений для данной модели преобразователя;

R_i – действительное значение верхнего предела измерений.

После воздействия  предельных температур изменение значения выходного сигнала преобразователей (δ_t), соответствующего нижнему предельному значению измеряемого параметра при температуре (23±2) ˚С, не превышает значений, определяемых формулой:

где R_max,  R_i, |γ| - то же, что и в предыдущей формуле. 

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Электрохимические преобразователи

            Электрохимическими измерительными преобразователями называются преобразователи, основанные на явлениях, возникающих или при прохождении электрического тока через электролитическую ячейку или вследствие окислительно-восстановительных процессов, происходящих на электродах и зависящих от характера электродов, природы и концентрации растворов.

          Принцип действия этих преобразователей основан на использовании зависимостей состав — сигнал или свойство — сигнал, устанавливающих связь между составом или свойствами растворов и электрическими  параметрами преобразователей, которыми являются развиваемая ими э.д.с., падение напряжения от проходящего тока, сопротивление преобразователя и др.  

          Уравнения преобразования электрохимических преобразователей определяются законами электрохимии и обычно представляют собой сложные функции, так как указанные связи в сильной степени зависят от температуры, давления, скорости перемещения растворов и других параметров растворов и электродов.

         Усиливая одни зависимости и подавляя другие, можно создать преобразователи не только для определения состава и концентрации, но и для измерения ряда других величин, таких как перемещение, давление, количество электричества. Рассмотрим основные явления,  необходимые для понимания принципов действия этих преобразователей.

       В общем случае электрохимический преобразователь представляет  собой электролитическую ячейку, заполненную раствором с помещенными в нем двумя или несколькими электродами, служащими для включения преобразователя в измерительную цепь.

       Как элемент электрической цепи электролитическая ячейка может характеризоваться развиваемой ею э. д. с., падением напряжения от проходящего тока, сопротивлением, емкостью и индуктивностью.

      Выделяя зависимость между одним из этих электрических параметров и измеряемой неэлектрической величиной, и подавляя действие других факторов, можно создать электрохимические преобразователи для измерения состава и концентрации жидких и газообразных сред, давлений, перемещений, скоростей, ускорений и ряда других неэлектрических величин.

        Электрические параметры ячейки зависят от природы и состава раствора и электродов, химических превращений в ячейке, температуры, скорости перемещения раствора и других величин. Связи между электрическими параметрами электрохимических преобразователей и указанными выше неэлектрическими величинами определяются законами электрохимии. Некоторые положения ее приводятся ниже.

       Растворы солей, кислот и оснований в воде и в ряде других растворителей обладают электропроводностью и называются проводниками второго рода. К проводникам второго рода относятся также многие твердые и расплавленные соли.

       При растворении происходит диссоциация — расщепление молекул на положительные ионы (катионы) и отрицательные ионы (анионы). Вещества, расщепляющиеся при растворении на ионы и образующие поэтому электропроводящие растворы, называются электролитами.

      Каждый ион в соответствии с его валентностью несет положительный или отрицательный заряд, равный или кратный заряду электрона. Под воздействием электрического поля катионы движутся к отрицательному электроду (катоду), а анионы — к положительному электроду (аноду) и переносят электрические заряды.

       Для расчета электропроводности многокомпонентных растворов используется относительная электропроводность, которая представляет собой значение электропроводности любого вещества в долях электропроводности раствора NaCI такой же весовой концентрации. В таблице 2 приведены значения относительной электропроводности водных растворов некоторых веществ.

Таблица 2. [Туричин А.М.]

        Зависимость электропроводности растворов от концентрации.

Электропроводность чистой, тщательно дистиллированной воды близка к нулю и возрастает по мере повышения концентрации растворенных в ней веществ.

       Растворы характеризуются весовой концентрацией р, измеряемой в граммах на литр, миллиграммах на литр или в миллиграммах на миллилитр, эквивалентной или молярной концентрацией с, измеряемой соответственно в граммэквивалентах (г-экв) или грамммолекулах (г-моль) на литр, и химической активностью а.

        Раствор с эквивалентной концентрацией 1 г-экв растворенного вещества на 1 л раствора называется нормальным раствором данного вещества.

       Активность а равна произведению эквивалентной концентрации с на коэффициент активности f, равный единице для растворов бесконечного разбавления и уменьшающийся по мере повышения концентрации, так как химическая активность растворенного вещества падает с ростом  концентрации из-за уменьшения степени диссоциации и подвижности ионов.

        Удельная электропроводность раствора пропорциональна его эквивалентной химической активности:

                                                   ,                                               (1)

где

                                                        ,                                                        (2)

Коэффициент λ называется эквивалентной электропроводностью.

От весовой концентрации р или эквивалентной концентрации с удельная электропроводность зависит нелинейно.

Рис. 1

        Как видно из рис. 1, полагать эту зависимость линейной или однозначной можно только в определенных пределах. Зависимость проводимости электролитов от их концентрации позволяет использовать  электролитическую ячейку в качестве измерительного преобразователя, естественной входной величиной которого является значение химической активности а раствора, не имеющее в общем случае однозначной связи с концентрацией раствора. Выходной величиной преобразователя является электрическая проводимость между электродами.

Зависимость электропроводности растворов от температуры, подвижность ионов сильно зависит от температуры раствора, и поэтому с увеличением температуры электропроводность возрастает. Температурную зависимость электропроводности растворов при небольших концентрациях (до 0,05

нормального, что обозначается 0,05 н) можно определить из выражения:

                                                 ,                                             (3)

где β — температурный коэффициент электропроводности. При комнатной температуре примерные значения β равны:

—   0,016 1/К для кислот;

—   0,019 1/К для оснований;

—   0,0241/К для солей.

        С повышением температуры более 40 — 50'С, как это показано для водных растворов некоторых солей на рис. 2, значение р уменьшается.

Рис. 2

        Для электрохимического преобразователя можно определить сопротивление столба жидкости:

                                                            ,                                                   (4)

где к коэффициент, который экспериментально зависит от соответствия геометрических размеров преобразователя и γ удельная проводимость.

                                                             ,                                                      (5)

где ρ плотность измеряемой среды.

        Электродные и граничные потенциалы. Между двумя электродами, опущенными в раствор электролита, вследствие химических процессов возникает разность потенциалов, т. е. электролитическая ячейка является источником гальванической э. д. с. На этом явлении основано действие всех гальванических элементов.

        Возникновение гальванической э. д. с. между металлом электрода и раствором при малой его концентрации объясняется тем, что металл частично растворяется, т. е. в раствор переходят положительно заряженные ионы металла, и раствор заряжается положительно, а на электроде остаются избыточные электроны и он заряжается отрицательно относительно раствора. При больших концентрациях раствора, наоборот, положительные ионы могут выделяться на электроде, заряжая его положительно относительно раствора. Потенциал электрода относительно раствора, в который он опущен, называешься в электрохимии электродным потенциалом. Значения электродных потенциалов различных веществ, отсчитанные относительно водородного электрода, не превосходят

В. Так, электродный потенциал калия равен,

цинка, меди  и т. д. Поэтому гальванический элемент, составленный, например, из медного и цинкового электродов, развивает э. д. с. .

       Приведенные значения потенциалов  называются в электрохимии нормальными потенциалами электрода, так как они измерены при нормальной температуре (18'С) и нормальной (1 г-моль/л) концентрации (активности) электролита.

       При других температурах и концентрациях зависимость между электродным потенциалом в вольтах и концентрацией раствора определяется уравнением Нернста

                                                                                                 (6)

где — нормальный потенциал электрода; R = 8,317 Дж/К- универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура, К;  n— валентность ионов; F = 96 522 Кл/г-экв — постоянная Фарадея; с — концентрация ионов в грамм-эквивалентах на литр; f — коэффициент активности раствора.

         Переходя от натуральных логарифмов к десятичным и заменяя R и F их численными значениями, получаем выражение для электродного потенциала при температуре 18' С в виде:

                                                                                                (7)

        В общем случае электролитическая ячейка может быть составлена из разных электродов, помещенных в разные растворы. Каждая половина такого составного гальванического элемента называется полуэлементом Э.д.с. Между двумя полуэлементами, содержащими растворы разных эквивалентных концентраций, равна:

                                (8)

         Таким образом, разность потенциалов, развиваемая двумя полу-элементами, определяется не только материалом электродов, но и отношением эквивалентных концентраций с1/с2, растворов или, точнее, их активностей

         Если же используемые электроды одинаковы и погружены в растворы тех же ионов, отличающиеся только концентрацией, то э. д. с. такой концентрационной цепи

                                                                                                       (9)

Кроме потенциалов на электродах, возникает также разность потенциалов на границе двух растворов. Такие потенциалы называются граничными. Граничный потенциал может возникнуть в результате разной подвижности ионов в растворах, и, следовательно, разной скорости диффузии. Такой потенциал называется диффузионным. В зависимости от вида и  концентрации соприкасающихся растворов он составляет от нескольких единиц до десятков милливольт.

        Определим сопротивление столба жидкости, которая состоит из верхнего слоя (нефть) и нижнего слоя (пластовая вода, содержащая соли).

Для этого сначала до этого найдем удельную проводимость нефти и воды:

  (см³/гр),

      (см³/гр),

после определения удельной проводимости нефти и воды можно найти сопротивление столба жидкости:

   ( гр /см³),

      ( гр /см³),

коэффициент к , зависящий от геометрических размеров преобразователя, находится в промежутке от 1,01 до 3.

      Определим граничный потенциал на границе двух сред (нефть – вода) при температуре 18 градусов и при равном коэффициенте активности f :

 Заключение

В своей курсовой работе я ознакомился с устройством  контроля  и регулирования электрического режима и уровня раздела двух сред ЭЛИТА, а также с некоторыми составными частями, входящими в состав прибора. Этот прибор являются одним из самых распространенных приборов по определению уровня раздела двух сред.  Может использоваться для преобразования значений уровня жидкости  в унифицированный токовый сигнал.

Прибор предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - уровня - в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

В расчетной части я ознакомился с электрохимическим преобразователем его принципами работы, овладел методами расчета электропроводности. Также в расчетной части я рассчитал удельную проводимость нефти и воды, определил граничный потенциал.

Работа прибора ЭЛИТА основана на работе электролитической ячейки, которая подает электрический сигнал на вторичный прибор, который в свою очередь и определяет уровень раздела двух сред.

В настоящее время ЭЛИТА применяется в нефтяной, газовой и других видах промышленностей.