atestat ady

8/2/2019 atestat ady

1/34

MINISTERUL EDUCAIEI I CERCETRIICOLEGIUL TEHNIC ELIE RADU PLOIESTI-PRAHOVA

PROIECTPENTRU OBINEREA CERTIFICATULUIDE COMPETENE PROFESIONALE

Tema: Traductoare pentru msurarea presiunii lichidelor

Profesor ndrumtor

Profesor Ing. Chiri Doina

Absolvent

Filip Alexandra-DanielaClasa a XII-a C

2010

1


2/34

Cuprins:

Argument . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Capitolul I. Generaliti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1 Schema SRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2 Elementele componente ale schemei unui SRA . . . . . 3

1.3 Mrimi care intervin n schema bloc a unui SRA. . . . 4

1.4 Clasificarea sistemelor de reglare automat. . . . . . 4

1.5 Performanele sistemelor de reglare automat . . . . 6

1.6. Elemente de execuie ale unui sistem de reglare automat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.6.1. Acionarea electric a elementelor de execuie . . 7

1.6.2. Acionarea hidraulic a elementului de execuie . . 9

1.6.3. Actionarea pneumatic a elementelor de executie . 101.7. Regulatoare automate . . . . . . . . . . . . . . . . 111.7.1. Structura regulatoarelor automate . . . . . . . . 121.7.2. Clasificarea regulatoarelor automate. . . . . . . . . 131.7.3. Schema bloc i principiul de funcionare a unui S.R.A.pentru reglarea presiunii. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

141.7.3.1. Principiul de funcionare . . . . . . . . . . . . . .

151.7.3.2. Reglarea presiunii cu un regulator P sau PI. . . .

16

2


3/34

Capitpolul II. Mijloace pentru msurarea presiuni. . . . . . 17

II.1. Definiii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Capitolul III. Traductoare de presiuni . . . . . . . . . . . . . 21

III.1. Traductorul de presiune cu tub Bourdon. . . . . . . 21III.2. Traductorul de presiune cu capsul . . . . . . . . . 23

III.3. Traductorul de presiune diferenial cu burdufuri . 23III.4. Traductorul de presiune diferenial cu clopot . . . 25III.5. Traductor cu rezervor i tub vertical . . . . . . . . 25

Capitolul IV. Manometre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

IV.1. Manometru cu rezervor i tub nclinat. . . . . . . . . 29IV.2. Manometru cu membran. . . . . . . . . . . . . . . . 30

3


4/34

Argument

Istoria tiinelor sau a tehnicii evideniaz fr echivoc cadezvoltarea acestora este strns legata de progresele realizate in domeniulmsurrilor . Tehnica msurrilor contribuie la realizarea descoperirilortiinifice si la perfecionarea continu a tehnicii.

n acelai timp msurrile au un rol deosebit n controlul proceselortehnologice . n condiiile tehnicii actuale, respectarea riguroas a

tehnologiei de fabricaie,asigurarea condiiilor de funcionare optim amainilor si agregatelor, introducerea automatizrii n procesele deproducie, pot fi satisfcute numai cu ajutorul unei tehnici de msurarecorespunztoare.

Procesele fizico-chimice ce au loc in cadrul diverselor procesetehnologice sunt caracterizate de un numr limitat de mrimi fizice, careconstituie parametrii procesului. Desfurarea procesului de producieimpune azi controlul - msurarea - acestor parametri. Presiunea costituieunul din principalii parametrii care determin procesele de producie in

numeroase domenii ale tehnicii contemporane. Practic se tie azi nu existramura industrial, sau aproape nici o ntreprindere productiv,unde s nu fienecesar msurarea presiunii unuia sau mai multor fluide. n numeroasentreprinderi, ca spre exemplu, din industria petrolului, chimiei,termoenergetic etc., in ntreprinderile echipate cu sisteme de reglareautomat pneumatice .a., msurarea presiunii este chiar determinantpentru asigurarea desfurrii corecte a ntregului proces tehnologic.

n industria noastr aparatele de msurat presiunea se folosesc nnumr foarte mare pentru controlul i reglarea proceselor de producie. De

exemplu, n industria petrolului, la foraj, la extracie de iei si gaze, nrafinrii la fabricaia produselor petroliere; n industria chimic ipetrochimic la controlul si reglarea a numeroase procese de prelucrare amateriei prime; n industria metaurgic la msurarea tirajului n camerele deardere; n industria mineral la procesele de ventilaie n mine. Aparatele demsurat presiunea manometrele difereniale - au de asemenea o importandeosebit la msurarea debitelor de fluide, a nivelului lichidelor s.a.

4


5/34

Economia noastr n continu dezvoltare impune creterea activitiide cercetare tiinific, n vederea realizrii de noi utilaje, maini iinstalaii, ridicarea caracteristicilor tehnice si economice, perfecionareatehnologiilor de fabricaie si stabilirea unor noi tehnologii. Rezolvarea

practic a lucrrilor abordate, ca stabilirea performanelor unor noi utilajesau instalaii, experimentarea unor noi tehnologii de fabricaie etc. impune,n numeroase laboratoare de cercetri, msurarea presiunii.

Alegerea aparatelor i a metodelor de msurare au o importanadeosebit; n unele cazuri aceste probleme impun ele nele rezolvri speciale.

5


6/34

Capitolul IGENERALITI

Prin Sistem de Reglare Automat (SRA) se nelege un sistem realizatastfel nct ntre mrimea de ieire i mrimea de intrare se realizeazautomat, fr intervenia omului, o relaie funcional care reflect legea de

conducere a unui proces.1.1 Schema SRA:

1.2 Elementele componente ale schemei unui SRA:E.C. element de comparaie

R.A. regulator automat

E.E. element de execuie

I.T. instalaie tehnologicTr. traductor

6


7/34

Elementul de comparaie (EC) are rolul de a compara permanent

mrimea de ieire a instalaiei tehnologice cu o mrime de acelai fel cu

valoare prescris (considerat constant), rezultatul comparaiei fiindsemnalul de eroare .

Regulatorul automat (RA) are rolul de a efectua anumite operaii

asupra mrimii primit la intrare, respectiv are rolul de a prelucra aceastamrime dup o anumita lege, numita lege de reglare, rezultatul fiind mrimeaXc aplicat ca mrime de comand elementului de execuie.

Elementul de execuie (EE) are rolul de a interveni n funcionareainstalaiei tehnologice pentru corectarea parametrilor reglai conformmrimii de comand transmise de RA.

Instalaia tehnologic (IT) este n cazul general un sistem supus unor aciuniexterne numite perturbaii i aciunii comenzii generate de RA a cruimrime de ieire este astfel reglat conform unui program prescris.

Traductorul (Tr) este instalat pe bucla de reacie negativ si are rolulde a transforma mrimea de ieire a IT de regul ntr-un semnal electricaplicat EC .

1.3 Mrimi care intervin n schema bloc a unui SRA:

U mrime de intrare a sistemului

semnalul de eroare

Yr mrime de reacie

Xc mrimea de ieire a regulatorului automat

Xm mrime de intrare a instalaiei tehnologice

Y mrime de ieire a sistemului (a instalaiei tehnologice)

P perturbaii

1.4 Clasificarea sistemelor de reglare automat:

Exist mai multe posibiliti de clasificare a SRA n funcie de criteriul

7


8/34

adoptat. Mai importante sunt urmtoarele:

1. Dup caracterul informaiei apriorice asupra IT se deosebesc:

-SRA cu informaie aprioric complet

-SRA cu informaie aprioric incompletn primul caz, caracteristicile IT sunt practic invariabile n timp, n al doileacaz aceste caracteristici se modific (sub influena unor perturbri) ntr-unmod care nu este dinainte cunoscut. Pentru a compensa influena unorasemenea modificri asupra performanelor sistemului se folosesc elementesuplimentare, de adaptare, rezultnd sisteme adaptive.

2. Dup dependenele(n regim staionar) dintre mrimile de ieire ide intrare ale elementelor componente, se deosebesc:

-SRA liniare (cnd dependentele sunt liniare)

- SRA neliniare (cnd cel puin una din dependente este neliniar).

Din punct de vedere matematic sistemele liniare sunt descrise prin ecuaiiliniare, iar cele neliniare prin ecuaii neliniare.

3. Dup caracterul prelucrrii semnalelor se deosebesc:

- SRA continue (cnd toate mrimile care intervin sunt continue n timp)

- SRA discrete (cnd cel puin una dintre mrimi are o variaie discret in

timp).4. Dup aspectul variaiei in timp a mrimii de intrare (i deci i a

mrimii de ieire) se deosebesc trei categorii:

- sisteme de reglare automat, dac mrimea de intrare este constant- sisteme cu program, dac mrimea de intrare variaz dup un anumitprogram

- sisteme de urmrire, dac mrimea de intrare variaz aleatoriu n timp

5. Dup numrul de bucle principale (de reacie) se deosebesc

- sisteme cu o bucl principal

- sisteme cu mai multe bucle principale sau sisteme de comand

6. Dup viteza de rspuns a IT la un semnal aplicat la intrare, sedeosebesc

- SRA pentru procese rapide, cnd constantele de timp ale IT nu depesc 10

8


9/34

secunde (acionrile electrice)

- SRA pentru procese lente, cnd IT au constante de timp mai mari i demulte ori au i timp mort

7. Dup caracteristicile construciei dispozitivelor de automatizare,se deosebesc:- SRA unificate (cnd toate mrimile care circul sunt unificate, adic auaceeai gam i aceeai natur)

- SRA specializate, cnd nu se ntmpla acest lucru.

La sistemele unificate, diferite blocuri ale dispozitivelor deautomatizare pot fi conectate n diferite moduri rezultnd astfel o varietatemare de structuri realizate cu un numr relativ mic de elemente componente.

8. Dup agentul purttor de semnal se deosebesc:

- sisteme electronice

- pneumatice

- hidraulice

- mixte.

1.5 Performanele sistemelor de reglare automat:

Performanele sistemelor de reglare automat se refer la cele doumodalitai de funcionare a acestora: regimul staionar,regimul tranzitoriu .

Regimul stationar este acel regim de funcionare n care parametriicaracteristici ai sistemului rmn constani pe toat durata de funcionare aacestuia. Durata regimului staionar reprezint intervalul de timp n careparametrii sistemului rmn constani. Acest regim dureaz pn la nceputulregimului tranzitoriu.

1.6. Elemente de execuie ale unui sistem de reglareautomat:

Elementele de execuie sunt componente ale sistemelor automate careprimesc la intrare semnale de mic putere de la blocul de conducere i

9


10/34

furnizeaz mrimi de ieire, in marea majoritate a cazurilor, de naturamecanic (fore, cupluri) capabile s modifice starea procesului nconformitate cu algoritmul de conducere stabilit.

Avnd un dublu rol, informaional i de vehiculare a unor puteri

importante, elementele de execuie au o structur complex, reprezentndsubsisteme n cadrul sistemelor automate. n general, elementul de execuie

este format din dou pari distincte:

- motorul de execuie ME (numit i servomotor)

- organul de execuie OE

Relaia care se stabilete ntre mrimile m de la ieirea EE (mrimeade execuie) si c mrimea de intrare a EE (provenit de la regulator)definete comportarea EE n regim staionar. Raportul dintre aceste mrimi,

pentru orice valoare a lui c, ar fi ideal s fie constant, dar intervin n cursulfuncionarii EE anumii factori care influeneaz mrimea m (frecri, reaciiale mediului ambiant, greuti neechilibrate).

Exista cazuri cnd trecerea de la regulator la EE trebuie adaptat, folosindun convertor care transform mrimea de comand, de exemplu din electricn hidraulic, dac intrarea n EE trebuie s fie hidraulic.

EE poate aciona asupra modificrii de energie n dou moduri:

-continuu, dac mrimea m poate lua orice valoare cuprins ntre dou valorilimit.- discontinuu, dac mrimea m poate fi modificat numai pentru dou valorilimit (dintre care cea inferioara este in general zero)

Dac intervenia asupra organului de execuie se realizeaz manual,partea motoare ME nu mai este necesar.

Dup natura sursei de energie folosita pentru alimentarea pariimotoare ME, elementele de execuie se pot clasifica n:

- Electrice

- Hidraulice

- Pneumatice

1.6.1. Acionarea electric a elementelor de execuie :

10


11/34

Acionarea electric a organelor de execuie se realizeaz cuelectromagnei sau cu motoare electrice de curent continuu sau de curentalternativ.

Folosind electromagnei, se obine o acionare discontinu,

bipoziional , ntruct se pot obine la ieire dou poziii staionare (nchis-deschis, dreapta-stanga).Trecerea de la o stare la alta se face ntr-un timpscurt.

n multe procese tehnologice cu reglare automat, pentru variaiamrimii de acionare (de exemplu, pentru reglarea temperaturii, debitului,presiunii etc.) trebuie modificat poziia elementelor de reglare ale organuluide execuie (vanelor, supapelor, cursoarelor etc.), care determin valoareafluxului de energie condus spre obiectul reglrii. Aceast comand se poaterealiza i cu motoare electrice.

Pentru organele de execuie de putere mic se folosesc n generalmotoare bifazate (asincrone) cu rotorul n scurtcircuit, iar pentru organe deexecuie de puteri mari, motoare trifazate cu rotorul n scurtcircuit.

Se construiesc servomotoare asincrone n urmtoarele variante: cu osingur rotaie, cu mai multe rotaii sau cu o cursa rectilinie. Cele cu maimulte rotaii, la care cursa complet a elementului de reglare corespunde cucteva rotaii ale arborelui de ieire, se folosesc mai frecvent pentruacionarea robinetelor sau a supapelor regulatoare.

La servomotoarele cu micare rectilinie, arborele de ieire estenlocuit printr-o tij, a crei cursa complet corespunde cu cursa complet aelementului de reglare. Parametrii principali, n funcie de care se alegelementele, sunt: cuplul de rotaie la arborele de ieire sau fora ladispozitivul cu cursa rectilinie si durat unei rotaii complete a arborelui deieire sau a unei curse complete a tijei.

Acionrile electrice cu motoare se mpart n dou grupe:

- cu viteza constant

- cu viteza variabil

Din punct de vedere constructiv, partea motoare a EE este construitdin dou subansambluri independente:

- Amplificatorul de execuie

- Motorul de execuie

n cazul motoarelor de curent continuu, comanda se poate face n dou

11


12/34

moduri:- variind curentul de excitaie i meninnd constant curentul din indusulmotorului- variind curentul din indusul motorului si meninnd constant curentul de

excitaien general, n SRA se ntrebuineaz metoda a dou, pentru capierderile de energie sunt mai mici. Aceste motoare sunt folosite mai ales nSRA n care parametrul legat este turaia sau un cuplu.

Avantajele utilizrii servomotoarelor de C.C. decurg din cerinele defuncionare ale acestora:

- Posibilitatea de reglaj n limite largi

- Stabilitate a vitezei

- Putere de comand mic- Cuplu de pornire i viteza de rspuns mare

Dezavantajul folosirii motoarelor de c.c. l constituie apariiascnteilor la colector n timpul comutaiei, fcndu-l nefolosibil n mediiinflamabile sau explozive, precum i producerea de perturbaii radiofonice.

1.6.2. Acionarea hidraulic a elementului de execuie :

Acionrile hidraulice au fost primele mecanisme din tehnica reglriiautomate destinate reglrii proceselor. Prin dezvoltarea sistemelor electricede reglare, folosirea elementelor hidraulice a sczut datorit neajunsurilorelementelor hidraulice:

- lipsa posibilitii de comand la distan

- necesitatea etanrii ngrijite a corpurilor i conductelor

- dependena caracteristicilor de variaiile de temperatur ale mediuluiambiant

- necesitatea unei surse hidraulice

n ultimul timp, elementele hidraulice cunosc o larg rspndire,ntruct prezint unele avantaje fa de cele electrice, de exemplu: bandamare de trecere (frecvene ridicate de lucru), raport putere/gabarit maxim,lipsa n majoritatea cazurilor a unui reductor de ieire i varietatea mare aformelor de micare a axului de ieire (rotativ, oscilant, liniar).

12


13/34

Caracteristicile statice principale ale elementelor de acionarehidraulice sunt caracterizate de viteza i de fora care determin viteza deieire si fora dezvoltat de motorul de execuie n funcie de elementul decomand. Folosind presiuni nalte se pot comanda EE pn la 200m, fr

pierderi importante de presiune.Deosebit de eficient este hidraulica atunci cnd trebuie acionate, n

acelai timp, mai multe EE (de exemplu: macazurile folosite n transporturietc.).

n instalaiile de automatizare se folosesc, n majoritatea cazurilor,motoare hidraulice cu piston, care pot fi:

- cu micare liniar

- cu micare de rotaie (limitat la un unghi de 1800)

1.6.3. Acionarea pneumatic a elementelor de execuie :

Motoarele de execuie pneumatice se folosesc foarte mult pentru c

prezint urmtoarele avantaje:

-Fluidul folosit (aerul) nu prezint pericol de incendiu- Dup utilizare, aerul este evacuat n atmosfer, nefiind necesare conducte

de ntoarcere ca la cele hidraulice

- Pierderile de aer n anumite limite,

Deranjamente:

- Sunt simple, robuste, sigure n funcionare i necesit cheltuieli dentreinere reduse

Dezavantajele acestor motoare sunt urmtoarele:- Viteza de rspuns este mic (n medie 1/3 1/4 din viteza de rspuns amotoarelor hidraulice)

- Precizia motoarelor pneumatice este redus

Se recomand folosirea servomotoarelor pneumatice n urmtoarelecazuri:

13


14/34

- Servomotorul are greutate redus

- Temperatura mediului ambiant este ridicat i cu variaii mari

- Mediul ambiant este exploziv

- Nu se cere precizie mare- Nu se cer viteze de lucru mari

Motoarele pneumatice pot fi liniare sau rotative. Cele liniare se pot

realiza cu piston sau cu membran.

1.7. Regulatoare automate:

Regulatorul automat are rolul de a prelucra operaional semnalul deeroare (obinut n urma comparaiei liniar aditive a mrimii de intrare r sia mrimii de reacie Yr n elementul de comparaie) i de a da la ieire unsemnal de comand u pentru elementul de execuie.

Informaiile curente asupra procesului automatizat se obin cuajutorul traductorului de reacie Tr i sunt prelucrate de regulatorulautomat RA n conformitate cu o anumit lege care definete algoritmul dereglare automat.

Algoritmii de reglare (legile de reglare) convenionali utilizai n mod

curent n reglarea proceselor automatizate (tehnologice) sunt de tipproporional integrator derivativ (PID).

Implementarea unei anumite legi de reglare se poate realiza printr-ovarietate destul de larga a construciei regulatorului, ca regulator electronic,pneumatic, hidraulic sau mixt.

Cu toate ca exist o mare varietate de regulatoare, orice regulator vaconine urmtoarele elemente componente: amplificatorul (A), elementul dereacie secundar (ERS) i elementul de comparare secundar (ECS).

Amplificatorul (A) este elementul de baz. El amplific mrimea 1 cuun factor KR deci realizeaz o relaie de tipul u(t) = KR 1(t), unde KRreprezint factorul de amplificare al regulatorului.

Elementul de reacie secundar ERS primete la intrare mrimea decomand u (de la ieirea amplificatorului) i elaboreaz la ieire un semnalXrs denumit mrime de reacie secundar.

14


15/34

Elementul de comparare secundar (ECS) efectueaz continuucompararea valorilor abaterii i a lui Xrs dup relaia 1(t) = (t) Xrs(t).

ERS este de obicei un element care determin o dependenaproporional ntre Xrs i u. Regulatorul poate avea o structur mai

complicat. De exemplu, la unele regulatoare exist mai multe etaje deamplificare, la altele exist mai multe reacii secundare necesare obineriiunor legi de reglare mai complicate.

1.7.1. Structura regulatoarelor automate :

Blocul regulator este alctuit din mai multe pari componenteinterconectate funcional, care permit realizarea att a legii de reglare

propriu-zise (exprimata analitic prin dependena dintre mrimea de ieire imrimea de intrare), ct i a unor funcii auxiliare de indicare, semnalizare adepirii valorii normale pentru anumite mrimi, trecere automat manual.

Legile de reglare clasice (de tip P, PI, PID) se realizeaz n cadrulregulatoarelor cu aciune continu cu ajutorul circuitelor operaionale cuelemente pasive instalate pe calea de reacie a unor amplificatoareoperaionale.

Prin alegerea convenabil a relaiei de corecie (care prezint oanumita funcie de transfer HC(s)) se obin diferii algoritmi de reglare.

Pentru legile de reglare tipizate, funciile de transfer ideale au expresiile:- Regulator P: HR(s) = KR

- Regulator PI: HR(s) = KR *(1 + 1/Ti*S )

- Regulator PID: HR(s) = KR *(1 + (1/Ti*S) + Td*S + 9*Td/Ti) unde KR

reprezint factorul de amplificare,

Ti constanta de timp de integrare,

Td constanta de timp de derivare ,

9 factorul de interinfluen.

15


16/34

1.7.2. Clasificarea regulatoarelor automate :

n funcie de sursa de energie exterioar folosit, acestea se clasific In:

regulatoare directe atunci cnd nu este necesar o surs de energieexterioar, transmiterea semnalului realizndu-se pe seama energiei interne

- regulatoare indirecte cnd folosesc o surs de energie exterioar pentruacionarea elementului de execuie

Dup viteza de rspuns exist:

- regulatoare pentru procese rapide, folosite pentru reglarea automat ainstalaiilor tehnologice care au constante de timp mici(mai mici de 10 s)

- regulatoare pentru procese lente, folosite atunci cnd constantele de timpale instalaiei sunt mari (depesc 10 sec).

Dup tipul aciunii:

- regulatoare cu aciune continu - sunt cele n care mrimile (t) si u(t)variaz continuu n timp

- regulatoare cu aciune discret- sunt cele la care mrimea (t), deci i u(t)reprezint un tren de impulsuri

- regulatoare liniare, daca dependen dintre cele dou mrimi este liniar

- regulatoare neliniare, daca dependenta dintre cele doua mrimi esteneliniara

Dup caracteristicile constructive, exist:

16


17/34

- regulatoare unificate, utilizate pentru reglarea unor parametridiferii(temperatura, presiune, etc.) - regulatoare specializate, utilizatenumai pentru o anumita mrime

Dup agentul purttor de semnal, exist:

- regulatoare electronice

- regulatoare electromagnetice

- regulatoare hidraulice

- regulatoare pneumatice

1.7.3. Schema bloc i principiul de funcionare a unui S.R.A.pentru reglarea presiunii:

Presiunea se regleaz automat n : separatoare, coloane defracionare, reactoare

chimice, vase tamponpentru gaze, reele dedistribuie cu gazecombustibile, etc.Fie vasul tampon dinfigura 1.a din care sealimenteaz mai muliconsumatori.

Fig. 1.a Fig. 1.b

Deoarece consumatorii se alimenteaz la presiune constant aceasta trebuiereglat automat. n acest scop se construiete sistemul de reglare automat

17


18/34

a presiunii (SRA-P) reprezentat schematic n fig. 1.b n legtur cu acestSRA-P se pun mai multe probleme. Prima ntrebare la care se cere rspunseste dac robinetul de reglare trebuie montat pe intrarea sau ieirea din vas.

1.7.3.1 Principiul de funcionare:

Pentru a da rspuns la aceast ntrebare, se va analiza modul n carefuncioneaz SRA-P atunci cnd robinetul de reglare este montat pe intrarean vas.

Consumatorii folosesc gazul din vas conform cerinelor activitii lor.Se va presupune c SRA-P se gsete n regim static i c, la un anumit timp,un nou consumator ncepe s foloseasc gaz. Crescnd debitul la ieire Qe, vascdea presiunea P n vas. Traductorul de presiune TP sesizeaz scdereapresiunii i transmite regulatorului R un semnal corespunztor. n urmacomparaiei valorii presiunii curente P cu valoarea prescris Pi a presiunii,regulatorul va comanda robinetul de reglare astfel nct acesta s sedeschid ceva mai mult. Crescnd debitul de alimentare, presiunea din vas vareveni la valoarea prescris.

Ce se ntmpl cu presiunea n vas atunci cnd robinetul de reglare arfi fixat pe ieirea din vas ?

La intrarea n funciune a unui nou consumator , presiunea n vas vascdea. Pentru a reduce presiunea din vas la valoarea prescris, regulatorul Rva comanda robinetul de reglare astfel nct acesta s se nchid ceva maimult. Scznd debitul de ieire, presiunea din vas va reveni la valoareaprescris. Aceast manevr este n contradicie cu cererea de cretere aconsumului de gaz i ca atare nu este bun. Rezult deci c robinetul dereglare, n cazul problemei de fa nu poate fi montat dect pe intrareavasului.

Rspunsul la ntrebarea pus mai sus nu poate fi deci dat, dect nurma analizei procesului pentru care se cere reglarea automat a presiunii .

18


19/34

1.7.3.2. Reglarea presiunii cu un regulator P sau PI:

Se va vedea n continuare dac pentru reglarea presiunii trebuiefolosit un regulator P sau PI.Se tie c SRA cu regulator P regleaz cuabatere static, iar SRA cu regulator PI regleaz fr abatere static.innd seama de aceasta, n practic se folosesc SRA-P cu regulatoare

proporionale pentru acele procese la care eroarea static nu are o influenprea mare asupra performanelor acestora (ex. alimentarea cu aer aaparaturii de automatizare, alimentarea cu gaze combustibile a unorconsumatori etc.).

La SRA-P , ineria traductorului, regulatorului i robinetului de reglareeste neglijabil prin raport cu ineria procesului. Procesele pneumatice suntn general monocapacitive, comportarea lor dinamic fiind descris de ecuaiadiferenial de ordinul nti. Din aceste motive, la SRA-P cu regulator P,amplificarea regulatorului poate fi mrit pn la valori Kp=20...25 (BP=5...4),

fr ca SRA s-i piard stabilitatea.La asemenea amplificri mari rezult SRA-P cu eroarea static mic,ceea ce constituie un mare avantaj n reglarea automat a acestei mrimifizice.

19


20/34

Capitolul IIMijloace pentru msurarea presiuni

II.1. Definiii:

Presiune(p)-raportul dintre fora(f) i aria unei suprafee(A)-forafiind perpendicular i uniform repartizat pe acea suprafa(p=f/A).ntoate sistemele de mrimi este mrimea derivat. n sistemul S.I. isistemele LMT ,are dimensiunile [p]=L-1 M.T.-2.n sistemul LFT , aredimensiunile [p]=FL-2;

- presiunea absolut : presiune pe care o suport un corpconsiderat deasupra presiunii zero.

- presiune relativ (subprapresiune) : diferena dintre presiuneape care o suport un corp i presiunea atmosferic;

- presiune atmosferic: presiunea exercitat deatmosfera.Variaz n funcie de condiiile atmosferice i de altitudine;- presiune atmosferic normal(p0) : presiunea atmosferic

considerat la latitudinea 450 la nivelul mrii i la temperatura de zerograde,valoarea stabilit de cea de a X-a Conferin General de Msurri iGreuti(Paris 1954)fiind p0=1,013250 bari;

- presiune dinamic : presiunea exercitat de o coloan de lichidasupra unei suprafee(p=hy,n care h=nlimea coloanei deasupra suprafeeii y=greutatea specific a lichidului).

Newton pe metru ptrat(N/m2),unitate derivat n sistemul S.I. siM.K.S.:presiunea exercitat perpendicular de o fora de un newton uniformrepartizat,pe aria de un metru ptrat;multiplu:pieza(pz)=stena pe metruptrat=103N/m2;

20


21/34

-Barie(barye),unitate derivat n sist. C.G.S.:presiunea exercitataperpendicular de o fora de o dina uniform repartizata pe aria de uncentimetru ptrat;multiplu:bar=106barie(1N/m2=10 barye);

- atmosfera tehnic(at),multiplu de 104 al unitii kgf/m2 din sistemul

MkfS(kilogram fora/metru ptrat):presiunea exercitat perpendicular de ofora de un kilogram fora uniform repartizat pe aria de un centimetruptrat(1kgf/cm2=9,80665N/cm2 = 9,80665104N/m2);

-atmosfera fizic (atmosfera normal,atm): presiunea echivalentgreutii unei coloane de mercur de 760 mm nlime,avnd densitatea13,5951 kg/dm3 la 00 ntr-un loc n care acceleraia gravitaiei este 9,80665ms-2 , care acioneaz pe o suprafa cu aria de 1 cm2(1 atm=1,033 at);

-torr (torr): unitate de presiune folosit n tehnica vidului, egal cuapsarea exercitat de o coloan de mercur de 1 mm nlime,pe o arie de 1

cm

2

, la 0

0

C i la nivelul mrii (1 torr=1 333, 2 barie);-milimetru coloan de ap(mm H2o=0.0001 at).Multiplu: metru coloanaapa (m H2O); 1 m H2O = 1 000 H2O;

Uniti engleze i americane de presiune

Dup principiul de funcionare:- Aparate cu lichid -pe baza legii fundamentale a hidrostaticii (diferena

de presiune dintre dou puncte aflate la adncimi diferite ntr-un lichid esteegal cu produsul dintre greutatea specific a lichidului i diferena de niveldintre cele dou puncte). Exemple: aparate tub n form de U.- Aparate cu element elastic -pe baza deformaiei unor elementeelastice. Exemple: membrane, tuburi Bourdon, tuburi spirale, sifoane.

21

Denumirea Echivalentul in:N/m2 mm H2O mm Hg Kgf/cm2 barye

Inch of water(in H2O)

249,2 25,4 1,869 2,5410-3 2,492103

Inch of Hg.(in Hg) 3,39103 13,6 25,4 34,510-3 33,9103Pound per square inch(lb/sq in)

6,89103 703 51,71 70,310-3 68,9103

Pound per square foot(lb/sq ft)

47,9 4,882 0,360 488,210-6

479


22/34

- Aparate cu piston i greuti - pe baza legii lui Pascal (presiuneaexercitat din exterior asupra unui lichid se transmite integral n toat masalichidului (etaloane).- Aparate electrice - pe baza variaiei proprietilor electrice ale

materialelor supuse la presiune (manometre cu cuar, cu rezisten demanganin).- Aparate combinate -pe baza combinaiei diferitelor principii demsurare (traductoare electrice, pneumatice).

Se deosebesc n funcie de principiul de funcionare, soluiaconstructiv, precizia de msurare, tipul fluidului msurat (lichid sau gaz),valoarea presiunii nominale.Dup valoarea presiunii msurate:- Manometre -msoar suprapresiuni,exprimate ca presiuni relative

- Vacuummetre msoar diferena dintre presiunea atmosferic i opresiune mai mic dect aceasta- Manovacuummetre msoar presiuni mai mari i mai mici dectpresiunea atmosferic- Micromanometre,microvacuummetre,manovacuummetre msoarpresiuni cu valori pn la 500 mmH2O.- Se caracterizeaz prin construcie simpl i precizie ridicat, utilizaten industrie i laborator ca aparate etalon(manometre,vacuummetre,manovacuummetre).- Funcioneaz pe baza echilibrrii presiunii de msurat, prin presiuneahidrostatic produs de o coloan de lichid.

Avantaje: obinerea direct a valorii msurate,construcie simpl i robust, precizie crescut, utilizare simpl,posibilitate de adaptare a dispozitivelor desemnalizare, nregistrare itransmitere la distan.Aceste aparate au un traductor de presiune, care este un element elastic icare se deformeaz sub aciunea presiunii n mod proporional.

Traductoare elastice:- cu tub Bourdon ;- cu tub elicoidal ;- cu tub spiral ;- cu membran ;- cu capsul ;- cu sifon .

22


23/34

Sunt folosite ca manometre, vacuummetre, manovacuummetre imanometre difereniale.

Eroarea de msurare este dat de elementul elastic i poate fi:

-de liniaritate a caracteristicii presiune-deformaie;-de citire a indicaiilor aparatului,-de ncadrare a limitei superioare a msurrii sub limit de proporionalitatea materialului de confecionare a elementului elastic (aliaj Cu-Be, Cu-Ni,bronz fosforos, oel inox cu Ni, Cr, Ti, Mo).

23


24/34

Capitolul IIITraductoare de presiuni

Msurarea i controlul presiunii n instalaiile tehnologice din industriachimic ridic probleme deosebite, determinate de corozivitatea fluidelor,

temperatura ridicat i caracterul neomogen al acestora. Pentru msurareapresiunii, FEA fabric mai multe tipuri de traductoare utilizate n industriachimic. Traductoarele de presiune (presiune diferenial) sunt folosite i nsistemul de msurare a altor mrimi ca: debite, nivel, densitate.

III.1. Traductorul de presiune cu tub Bourdon

Traductorul de presiune cu tub Bourdon (AT10 ELT370) esteprezentat n figura de mai jos.

El are ca element sensibil un tubBourdon 1, care sub aciunea presiunii demsurat p tinde s se ndrepte. Captul liberal acestuia sufer o deplasare care prinintermediul prghiilor 2 si 3 determinrotirea axului 4 cu un unghi . De axul 4este fixat i magnetul permanent mobil(rotorul) al modulatorului magnetic 5 cuplatcu amplificatorul 6 al adaptorului ELT370, la

ieirea cruia se obine un semnal unificat(2...10mA) proporional cu presiuneamsurat. Acest semnal este transmis apoi aparatului indicator 7(nregistrator) din sistemul E.

Acest traductor este fabricat n dou variante:

24


25/34

- pentru fluide neutre (tub Bourdon din bronz)- pentru fluide corozive (tub Bourdon din oel inoxidabil)

Prima variant permite msurarea presiunilor n domeniile: 0...15;

0...20; 0350 kgf/cm, iar varianta a doua n domeniile: 02; 03; 0200kgf/cm.

Observaie :

n cazul traductorului AT10 ELT, a crui presiune este msurat intr directn cavitatea interioar a tubului Bourdon. Dac acest fluid din proces esteimpurificat de particule care se depun, sau dac el se cristalizeaz, sepolimerizeaz sau este foarte puternic coroziv, contactul acestuia cu

elementul sensibil poate nfunda tubul Boudon sau l poate deteriora. nastfel de cazuri se folosete traductorul cu membran de separaie AT10ELT370 MS100 la care fluidul a crui presiune p se msoar nu vine ncontact direct cu elementul sensibil al traductorului (fig.3). Sistemul deseparare (MS 100) se compune din membrana de separaie MS100 i carcasa2 conectat la traductorul AT10 ELT370 printr-un tub de oel subire 3.

Fig. 3

Camera format ntre membran i carcas, tubul de conectare i tubulBourdon al traductorului sunt umplute cu un lichid de separare 4 (ulei ,apa).Sub aciunea presiunii de msurat p, membrana apas asupra lichiduluitransmind presiunea lichidului i deci tubului Bourdon.

25


26/34

III.2. Traductorul de presiune cu capsul

Traductorul de presiune cu capsul (AT20 ELT370) este folosit pentrumsurarea presiunilor mai mici (0...1 kgf/cm). Elementul sensibil altraductorului este format din capsula 1 care este o cutie cu perei ondulai (fig.4).

Sub aciunea presiunii de msurat p,

introdus n capsul, pereii acesteia sedeformeaz (cutia se umfl).Prinintermediul braului de acionare 2,deplasarea peretelui capsulei estetransmis axului 4 care se rotete cu ununghi = 0...16, proporional cupresiunea p.

Pe acest ax este fixat i rotorulmodulatorului magnetic 5, care face parte

din ELT 370.

III.3.Traductorul de presiune diferenial cu burdufuri

Traductorul de presiune diferenial cu burdufuri AT30 ELT370 (fig.

5) se folosete pentru msurarea unor presiuni difereniale (diferena adou presiuni ) n gama 0 ... 4 000 mm coloana H 2O. El este format din douburdufuri, 1 si 2 ,fixate pe un perete despritor 7dintr-o carcas 8.Burdufurile comunic ntre ele iar fundurile lor sunt n legtur prin tija 3.Presiunile P1 i P2, a cror diferen p=p1-p2 trebuie msurat,suntintroduse n camerele A i respectiv B ,care conin fiecare cte un burduf.Presiunea p1 acioneaz asupra burdufului 1 cu o for F1=p1 * S (n care S

26


27/34

reprezint aria fundului burdufului), iar presiunea p2 p2 , tija 3 se deplaseaz spre dreapta i prin intermediul

opritorului 4 i al braului de acionare 5 determin rotirea axului 6 careeste n legtur cu elementul mobil al ondulatorului din ELT 370. Aceastdeplasare ( = 0 ... 16) este transformat n semnal unificat proporional cupresiunea diferenial p .

Pe acelai principiu se bazeaz traductorul AT 40 ELT 370, folositpentru msurarea presiunilor n gama 0 ...1 000 mm col. H2O i traductorulAT36 ELT 370 pentru gama de presiune 0 ... 3 500 mm H2O.

27


28/34

III.4.Traductorul de presiune diferenial cu clopot

Traductorul de presiune diferenial cu clopot EFL 271 ELT 370 (fig.6) este folosit pentru presiunidifereniale in gama 0 ... 1 000 mm H2O.Principiul de funcionare a traductoruluide presiune diferenial cu clopotrezult din figur. n vasul 6

cu lichid(mercur) 2

este introdusun clopot 1. nspaiul liberdin interiorulclopotului este

transmis prin tubul 7, una din presiuni (p1 ),Fig. 6 iar deasupra clopotului - presiunea p2. Dac p1>p2 clopotul

se deplaseaz n sus, deplasarea fiind proporional cu diferena celor doupresiuni p = p1 p2. Deplasarea clopotului determin rotirea axului 5 cu un

unghi = 0 ... 16. Axul 5 rotete magnetul mobil al modulatorului adaptoruluiELT 370, care elaboreaz la ieire un semnal unificat (2... 10 mA ).

III.5.Traductor cu rezervor i tub vertical (fig.7):

La acest aparat unul din brae se nlocuiete cuun vas de seciune mult mai mare (de 400 de ori mai

mare) dect cellalt bra. Ca lichid manometric seutilizeaz mercurul.Deosebirea fa de aparatul cu tub U este

aceea c presiunea se afl fcnd o singur citirepentru determinarea diferenei de nivel.

28


29/34

Dacba pp , rezervorul se racordeaz la instalaia cu presiunea

ap de msurat, captul tubului vertical rmnndFig 7. liber sub aciunea presiunii atmosferice bp .

Dacba pp , tubul vertical se racordeaz la instalaia de presiune ap

de msurat, iar rezervorul rmne sub aciunea presiuniiatmosferice.

Aceste aparate se folosesc n laboratoare, ca manometre sauvacuummetre etalon de verificare (lichidul utilizat fiind mercurul), sau sefolosesc n industrie, caz n care lichidul manometric este apa.

Scara aparatelor este etalonat n uniti de presiune, gradarea fcndu-seprin comparare cu un aparat etalon.

Domeniul de msurare este limitat la valori cuprinse ntre 0,15-0,3 2m

MN -

pentru suprapresiuni i pn la 0,1 2m

MN , pentru depresiuni.

Erorile de msurare sunt cuprinse n intervalul 1-3 mm coloan de lichid.

29


30/34

Capitolul IVManometre

Blaise Pascal a fost primul care a efectuat studii n hidrostatica,

studii care i-au permis s inventeze siringa i presa hidraulic. Pascal s-anscut pe data de 19 iunie 1623 i a decedat pe data de 19 august 1662, lavrsta de numai 39 de ani. Pentru contribuia la dezvoltarea mecaniciifluidelor, unitatea de msur pentru presiune este pascal, unitate de msurcare ii poarta numele.

Msurarea presiunilor se ntrebuineaz urmtoarelorinstrumente, care variaz n raport cu mrimea presiunii i natura

fluidelor.a) Piezometrul este un instrument care const dintr-un tub

transparent racordat la vasul lichidului. Acesta este de dou feluri: deschis(caz n care msoar presiunea relativ) i nchis (caz n care tubul trebuie sfie destul de lung pentru ca la partea superioar s rmn un spaiu vid,acesta msurnd presiunea absolut).

b) Manometrele de mercur sunt folosite pentru msurarea presiuniiunui lichid sau a unui gaz n punctul A. ntre seciunile B si D pe aceeaisuprafa de nivel, avem relaia: mh + P0 = h` + PA

n care si m sunt greutile specifice ale fluidului din recipient imercurului. Rezult: PA = mh h` + P0

Densitatea mercurului fiind de 13,6 ori mai mare dect cea a apei,coloana de mercur, h, va fi de attea ori mai scurta dect coloana unuipiezometru cu apa: deci acest tip de manometru poate fi folosit pentrupresiuni mai mari.

c) Manometrele metalice sunt de dou tipuri: - manometrul cu un arc(Bourdon) care este un tub metalic elastic, de seciune transversal eliptic,

30


31/34

are forma unui arc, nurubat la un capt n recipientul a crui presiuneinterioar o msuram. Celalalt capt este nchis astfel ca presiunea in tubcreste, seciunea eliptic a tubului tinde a deveni circular, iar axa tubuluitinde a deveni rectilinie. Captul A a tubului, deprtndu-se de centrul

arcului, deplaseaz un sector dinat, in jurul centrului sau C i, prinintermediul unei rotie O angrenate cu sectorul, un arc se mic in faa unordiviziuni. Acest manometru este etalonat cu ajutorul altui manometru deprecizie. Manometrul cu membran. n locul tubului arcuit se ntrebuineazuneori o plac flexibil care se deformeaz prin aciunea presiunii, iardefomaiile se transmit la acul indicator sau nregistrator printr-undispozitiv analog cu cel al manometrului Bourdon.

d) Tubul piezometric diferenial. Pentru msurarea diferenei depresiune din dou vase coninnd acelai lichid se folosete dispozitivul cu un

tub de sticl ndoit n form de U rsturnat, care este racordat cu ambelecapete, prin tuburi de cauciuc sau de metal, la cele dou vase. n parteasuperioar a tubului este prins o cantitate de aer care se poate regla curobinetul R. Dac la fiecare vas am racorda cte un dispozitiv nchis, lichiduls-ar ridica n fiecare tub la o nlime h1, respectiv h2. Din cauza presiunii p aaerului nchis n partea curbat a tubului, aceste nlimi vor fi mai mici cuP/, p fiind presiunea aerului nchis, iar fiind greutatea specific alichidului. Dac presiunea p este prea mare i lichidul nu ajunge n partea desticl, se deschide robinetul R pentru a iei o parte din aer.

e) Manometre pentru diferene foarte mici de presiune micromanometrul diferenial. Acesta se compune dintr-un vas continand unlichid mobil ns nevolabil. Pe la partea superioar vasul este n legtura cupresiunea p2, iar n partea inferioar, prin intermediul unui tub de sticl,nclinat cu unghiul fa de orizontal, este n legtura cu presiunea p1. Fie p2> p1. Lichidul se ridic n tubul nclinat de nlimea h, deplasndu-se cucantitatea l = h/sin , care se citete pe tubul oblic gradat. Pentru a fi siguric la unghiul din construcie nu se adug unghiul de nclinare chiar alinstrumentului, se prevd o nivel de precizie cu bul si urub de reglare anivelului.

Manometrul cu doua lichide se compune din dou recipiente R, R`,avnd fiecare seciune mare = , dintr-un tub de seciune mic = iconinnd dou lichide ce nu se amestec, avnd densitati foarte puindiferite ntre ele. Aparatul servete la masurarea diferenei, foarte mic, depresiune a fluidelor coninute in dou vase. nainte de a racorda manometrulla vase, suprafeele MN si M`N` din cele dou recipiente sunt supuse la

31


32/34

aceeai presiune p, ns M N este la un nivel mai jos ca M`N`. nivelurileacestor dou suprafee n raport cu suprafaa de separaie A a celor doulichide fie h si h`.

Dac presiunea crete cu p in recipientul R`, nivelul M`N` coboar

cu , iar nivelul MN urca cu .Dac lichidele din recipiente sunt apa pur, a crei greutate specific

la 20o C este 998 i anilin pur a crei greutate specific la 20o C este 1022.

f) Manometre pentru presiuni mariManometrul cu piston; O cutie metalica cu perei groi este plina cu un

lichid vscos cu un piston de seciune poate aluneca intr-un orificiuprevzut la fata superioara cu o cutie. Presiunea p tinde sa ridice pistonul,

care este adus la loc incarcand pistonul cu o greutate F. Dac p a estepresiunea atmosferic, avem F + pa = p si p = pa + F/.Pentru presiuni foarte mari se folosete proprietatea uni fir de

manganin de a avea o rezisten electric variabil cu presiunea, conformlegii urmtoare, n care R i Ro sunt rezistentele electrice la presiunea p1,respectiv presiunea atmosferic: R = Ro (1 + 2,2 X 10-6p).

Se introduce lichidul, a crei presiune se msoar, o bobina demanganin protejat ntr-o capsul plin cu benzin (care nu nghea latemperaturi joase) i se msoar rezistena. Cu asemenea manometre

s-au studiat proprietile apei pn la 20 000 at presiune.

IV.1. Manometru cu rezervor i tub nclinat :

Se utilizeaz pentru msurarea micropresiunilor de ordinul milimetrilorcoloan de ap.

32


33/34

Se aseamn, constructiv cu manometrul cu rezervor i tub vertical,deosebirea fiind aceea c tubul este nclinat cu un unghi fa deorizontal, cu scopul de a obine deplasri mari ale lichidului n tub pentruvariaii mici de presiune.

Se utilizeaz orice fel de lichid manometric, dar n special, alcooluletilic. Din punct de vedere constructiv, unghiul de nclinare poate fi fix sauvariabil, presiunea limit msurat fiind cu att mai mare cu ct unghiul denclinare este mai mare. Cu toate acestea, valoarea inferioar limit aunghiului este de 15. Scara aparatului este gradat n mm coloan de

ap. Domeniul de msurare variaz ntre 10-200 mm OH2 (100-200 2mN

),iar erorile de msurare variaz ntre 0,5-1,5 % din limita superioar demsurare.

IV.2. Manometru cu membran

Elementul elastic la aceste aparate este o membran montat ntr-o camer

de presiune (figura de mai jos).Transmiterea presiunii i transformarea ei nindicaie pe cadranul aparatului se face prin acelaimecanism multiplicator ca la manometrele cu tub.

Membranele sunt plci metalice subiri, cufee plane sau ondulate concentric, confecionate dinaliaje metalice: bronz fosforos, bronz sau beriliu.

Sub aciunea presiunii, membrana sedeformeaz, centrul ei se deplaseaz i transmitemicarea la mecanismul amplificator.

33


34/34

Bibliografie

- Manualul de fizic, clasa a VIII-a Editura TEORA

- Hidraulica de Cristea Mateescu

- Memorator de metrologie Editura Tehnic de N. Ilioiu,Gh.Ivanovici

- M. Tertisea, V. Marinoiu Automatizri n industriachimic; Manual coala de maitri; EDP Bucureti 1973.

- Msurarea presiunii n tehnic Editura Tehnic Dr. ing.Traian Penescu Fiz,Vasile Petrescu

atestat ady

Documents