1. Введение

В настоящее время контроль за ходом технологических процессов и их автоматизация немыслимы без широкого использования приборов, осуществляющих измерение технологических параметров. Количество приборов, существующих в промышленно развитых странах, для технологических измерений, контроля и регулирования параметров так велико, что только перечень их занял бы объем, превышающий объем данного пособия. Изучение всех приборов также невозможно, как и изучение энциклопедии. Гораздо важнее понимать принципы действия групп приборов, знать их классификацию и возможности с тем, чтобы ориентироваться в большом потоке информации об контрольно-измерительной аппаратуре. При этом следует иметь в виду, что ежегодно ведущие фирмы-разработчики выпускают на рынок массу новых приборов, так, что необходимо постоянно обновлять каталоги и следить за новостями в области прикладных измерений.

В настоящем учебном пособии даются общие сведения по серийным технологическим измерениям и приборам, используемым в горно-металлургической промышленности. Для изучения отдельных специальных измерительных приборов и установок узкого применения следует обращаться к специальной литературе.

2. Общие вопросы технологических измерений

2.1. Государственная система приборов

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) представляет собой совокупность технических средств отечественного приборостроения, охватывающую все отрасли хозяйственной деятельности, построенную на основе общих принципов и подходов. По функциональному признаку все приборы ГСП делятся на четыре группы:

1. Для формирования нормированных сигналов измерения;

2. Для преобразования информационных сигналов и передачи их по каналам связи;

3. Для хранения и обработки измерительной информации и формирования управляющих сигналов;

4. Для использования управляющих сигналов в системах регулирования и для визуальной или другой информации.

Предметом настоящего курса являются приборы первой группы. Сюда входят первичные измерительные преобразователи, которые вместе с нормирующими устройствами, призванными унифицировать сигнал, образуют датчики измерительной информации. В эту группу входят средства измерения температуры, давления, расхода, уровня, физико-химических свойств веществ, размеров, перемещений, усилий, массы, объема, а также средства неразрушающего контроля качества продукции. В горно-металлургической промышленности большую часть парка измерительных приборов составляют приборы для измерения теплоэнергетических параметров и анализа состава и свойств веществ.

В зависимости от вида энергии, используемой для создания информационного сигнала, ГСП разделяется на следующие ветви: электрическую, пневматическую и гидравлическую. Конструктивной базой для устройств ГСП являются унифицированные типовые конструкции (УТК).

Приборы, не входящие в ГСП, тем не менее, должны отвечать требованиям к унификации выходных сигналов, без чего невозможна их совместная работа.

Ниже приведены требования к унифицированным выходным сигналам.

Электрический непрерывный сигнал постоянного тока:

I = (0 … 5) мА, (0 … 20) мА, (0 … 100) мА;

U = (0 … 10) В;

I = ( 5 … 0 … 5) мА, (20 … 0 … 20) мА, (100 … 0 … 100) мА;

U = (10 … 0 … 10) В.

Электрический непрерывный сигнал переменного тока:

U = (0 … 1) В;

(0 … 2) В

Электрический непрерывный частотный сигнал:

f_n = 300 + 1,13^k(n-1) Гц,

при k = 0,5; 1,0; 2,0;

n = 1; 2; 3.

f_n = 450 + f(n - 1) Гц,

при f = 120 Гц; 180 Гц.

Электрический фазовый сигнал:

0, 90, 180, 270;

0, 60, 120, 180, 240, 300.

Электрический дискретный сигнал:

U = 6, 12, 24, 48, 60, 120 (220)В.

Пневматический сигнал:

давление Р = (1,96 … 9,81) кПа

Гидравлический сигнал:

давление Р = (0,1 … 6,4) МПа

Принципы, положенные в основу создания ГСП, позволяют из групп унифицированных функциональных устройств образовывать системы контроля и автоматизации. Все приборы и преобразователи ГСП максимально унифицированы как по сигналам, так и по конструкциям.

Электрическая ветвь ГСП представляет собой ряд приборов и устройств, в которых в качестве внешней энергии используется электрическая энергия, а носителем информации является электрический сигнал. Приборы этой ветви наиболее универсальны, обладают высокой чувствительностью и быстродействием.

Пневматическая ветвь объединяет ряд приборов и устройств, в которых в качестве источника энергии используется сжатый газ, обычно воздух, а носителем информации является пневматический сигнал. Эта ветвь приборов характеризуется безопасностью применения в воспламеняющихся и взрывоопасных средах.

В приборах гидравлической ветви используются гидравлический сигнал, создаваемый давлением жидкости, обычно минерального масла. Гидравлические устройства позволяют получать точные перемещения исполнительных механизмов при больших усилиях.

Связь электрических, пневматических и гидравлических приборов осуществляется преобразователями сигналов.