Контрольно-измерительные приборы – это специальные устройства, главное назначение которых - измерение определенной физической величины. Контрольно-измерительные приборы и автоматика выполняют очень важные функции, позволяющие наблюдать за работоспособностью оборудования и на основе предоставленных данных, выполнять его обслуживание, а в случае необходимости, производить корректировку работы.

В перечень контрольно-измерительных приборов КИП входит достаточное большое количество различных устройств, использующихся в различных областях деятельности человека, а именно: в строительстве, в тяжелой и легкой промышленности, в коммунальных службах и т.д.



- КИПиА для измерения температуры,

- КИПиА для измерения давления и разрежения (вакуума),

- КИПиА для измерения количества и расхода жидкостей, паров и газов,

- КИПиА для измерения уровней жидкостей и сыпучих тел,

- КИПиА для высококачественных измерений (плотности, влажности, состава газов и др.).

Приборы КИП для измерения температуры классифицируют в зависимости от методов измерения:

- термометры, применяются для измерения температуры контактным методом.

- пирометры, применяются для измерения температуры бесконтактным методом.



Термометры измерения температуры контактным методом

Имеют следующую классификацию:термометры расширения, использующие для измерения значения температуры принцип теплового расширения жидкости (жидкостные) или твердого тела (дилатометрические и биметаллические);

манометрические термометры, использующие для измерения значения температуры зависимость между температурой и давлением газа или паров жидкости в замкнутой термосистеме;

термопреобразователи (термометры) сопротивления, использующие для измерения значения температуры изменения электрического сопротивления металлов от температуры;

термоэлектрические термометры (термопары), использующие для измерения значения температуры зависимость между термо-ЭДС, развиваемой термопарой (горячим спаем) из двух различных проводников, и разностью температур спая и свободных концов

термопары.

Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом

Имеют следующую классификацию:яркостные пирометры, измеряющие температуру по яркости наколенного тела, то есть оптические и фотоэлектрические пирометры (в них использовано свойство фотоэлемента образовывать под действием ярко наколенного тела фотоэлектрический ток, значение которого пропорционально интенсивности падающего на фотоэлемент светового потока);

радиационные пирометры служат для измерения мощности полного излучения наколенных тел, то есть суммарного теплового и светового излучения, их называют пирометрами полного излучения.


Термометры технические жидкостные
Самый простой прибор КИП измерения температуры. Термометры технические жидкостные состоят из резервуара с термометрической жидкостью и соединенной с ним капиллярной трубкой. За капилляром располагается шкала в °C. Корпус прибора — стеклянный. При изменении температуры объем жидкости внутри прибора изменяется, вследствие чего столбик жидкости в капилляре поднимается или опускается пропорционально изменению температуры.

Дилатометрические термометры
Еще один вид приборов КИП. Принцип работы дилатометрических термометров основан на преобразовании измеряемой температуры в разность абсолютных значений удлинений двух стержней, изготовленных из материалов с различными термическими коэффициентами линейного расширения. Они применяются в устройствах сигнализации и регулирования температуры.

Биметаллические термометры
Достаточно популярный прибор КИП. Работа биметаллических термометров основана на деформации биметаллической ленты при изменении температуры. Биметаллическая лента согнута в виде плоской или винтовой спирали, один конец которой укреплен неподвижно, а другой — на оси стрелки. Угол поворота стрелки равен углу закручивания спирали, который пропорционален изменению температуры. Класс точности приборов 1 %, 1,5 %.

Приборы для измерения температуры: Манометрические термометры.
Манометрические термометры по заполнению подразделяют на газовые, жидкостные и парожидкостные (конденсационные). Манометрические термометры состоят из термобаллона, капиллярной трубки, трубчатой пружины с тягой, зубчатого сектора и стрелки. Вся система заполняется рабочим веществом.

Приборы для измерения температуры: Термопреобразователи сопротивления.
Принцип работы термопреобразователей сопротивления основан на свойстве применяемых в них проводниковых материалов изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Зная зависимость между температурой и сопротивлением, можно по сопротивлению вещества определить его температуру. Комплект термометра сопротивления состоит из первичного прибора (проводника, являющегося тепловоспринимающим элементом) и вторичного прибора, определяющего изменения электрического сопротивления и отградуированного в градусах Цельсия (°С). Тепловоспринимающие элементы изготавливаются из платиновой проволоки (типа ТСП), медной электролитной проволоки (типа ТСМ) и никелевой проволоки (типа ТСН).

Приборы для измерения температуры: Термоэлектрические термометры (термопары).


Принцип действия термоэлектрических термометров основан на свойстве металлов и сплавов создавать термоэлектродвижущую силу (термо-ЭДС) при нагревании спая двух разнородных проводников, образующих т.н. термопару или первичный прибор термометра. Термоэлектрический термометр состоит из двух спаянных и изолированных по длине термоэлектродов, защитного чехла и головки с зажимами для подключения соединительных проводов. В качестве вторичного прибора, измеряющего развиваемую термопарой термо-ЭДС, служит электроизмерительный прибор. В качестве измерителя ТЭДС применяются показывающие и самопишущие магнитоэлектрические милливольтметры и потенциометры. Зная зависимость ТЭДС от температуры спая, можно шкалу электрического прибора проградуировать в градусах Цельсия (°С) и фиксировать температуру вещества

Датчики давления

Датчики избыточного давления

Датчики абсолютного давления

Датчики дифференциального давления

Датчики низкого давления 10, 20, 50 mbar

Высокотемпературные датчики давления (до +150 )

Датчики высокого давления (до 2500 бар)

Датчики разрежения, давления вакуума

Взрывозащищенные (искробезопасные) датчики давления

Датчики давления для абразивных сред

Гигиенические датчики давления

Высокоточные датчики давления

Датчики перепада давления для систем ОВК

Преобразователи давления общепромышленные



Реле давления, прессостаты

Экономичные реле давления

Реле высокого давления

Реле низкого давления

Реле дифференциального давления

Взрывозащищенные реле давления (прессостаты)

Сдвоенные реле давления



Программируемые датчики давления



Даталоггеры (регистраторы) давления



Датчики атмосферного давления, барометры



Манометры

Манометры промышленные

Манометры газовые/воздушные

Цифровые манометры

Измерительные приборы для измерения и учета расхода жидкостей и газов. Самыми распространенные приборы учитывающие расход жидкости — влагомеры и расходомеры. Учет газа осуществляется приборами газоанализаторами.



Расходомеры и газоанализаторы

Существуют понятия измерения расхода и измерения количества вещества и приборы для измерения этих параметров называются , соответственно , расходомерами и счётчиками. Расходомеры измеряют количество вещества протекающего по трубе в единицу времени. По способу измерения они бывают: Расходомеры переменного перепада давления на установленном в трубопроводе сужающем устройстве.

Расходометрические счетчики переменного перепада давления состоят из трёх частей:

1.преобразователь расхода , создающий перепад давления; 2.соединительное устройство передающее этот перепад к измерительному прибору;

3.дифференциальный манометр измеряющий этот перепад давления и отградуированный в единицах расхода;



Расходомеры обтекания

Расходомеры обтекания, или расходомеры постоянного перепада давления, принцип действия которых основан на реагировании чувствительного элемента, помещённого в поток, на динамический напор протекающего по трубопроводу вещества. Чувствительный элемент перемещается на величину служащую мерой расхода. Расходомеры обтекания включают составные части в форме обтекаемых тел в виде: поршня, поплавка, шара, диска. Величина перемещения или угла поворота обтекаемого тела является мерой расхода. Самые распространённые расходомеры обтекания—ротаметры, в которых при движении жидкости или газа по стеклянной конусной трубке со шкалой, снизу вверх перемещается поплавок, пока сила тяжести не уравновесится разностью давлений до и после поплавка.



Скоростные счетчики расхода

Расходомеры с непрерывным движением приёмных устройств—скоростные счётчики. Чувствительный элемент совершает вращательное или колебательное движение и скорость этого движения служит мерой расхода. Суммирование числа оборотов вращающегося устройства указывает на расход за какое-то время. Скорость вращения пропорциональна скорости протекающей жидкости т.е. расходу. Все бытовые водомеры относятся к скоростным счётчикам.



Электрические расходомеры

Принцип их действия основан на измерении электрических параметров системы в зависимости от расхода: измеряемое вещество—чувствительный элемент прибора. При движении жидкости между полюсами электромагнита , по закону электромагнитной индукции, на концах диаметра трубы образуется разность потенциалов , величина которой пропорциональна расходу.



Тепловые расходомеры

Принцип действия тепловых счетчиков расхода веществ основан на измерении количества тепла, отданного нагретым элементом прибора, потоку вещества. По характеру теплового взаимодействия с потоком тепловые расходомеры подразделяются на калориметрические, термоконвективные, термо-анемометрические. Термоанемометрические расходомеры для измерения местных скоростей потоков появились раньше остальных. Калориметрические расходомеры с внутренним нагревом, появившиеся позже, не получили заметного применения. Позднее стали разрабатываться термоконвективные расходомеры, которые благодаря наружному расположению нагревателя находят все более широкое применение в промышленности. Термоконвективные расходомеры делят на квазикалориметрические (измеряется разность температур потока или мощность нагрева) и теплового пограничного слоя (измеряется разность температур пограничного слоя или соответствующая мощность нагрева). Они применяются для измерения расхода главным образом в трубах небольшого диаметра от 0,5—2,0 до 100 мм. Достоинством калориметрических и термоконвективных расходомеров является неизменность теплоёмкости измеряемого вещества при измерении массового расхода. Помимо этого в термоконвективных расходомерах отсутствует контакт с измеряемым веществом, что также является их существенным достоинством. Недостаток и тех и других расходомеров - их большая инерционность. Для улучшения быстродействия применяют корректирующие схемы, а также импульсный нагрев. Термоанемометры в отличие от остальных тепловых расходомеров весьма малоинерционны, но они служат преимущественно для измерения местных скоростей. Калориметрические расходомеры основаны на зависимости от мощности нагрева среднемассовой разности температур потока.

Ультразвуковые расходомеры

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении величины ультразвуковых колебаний, которые распространяются в потоке измеряемого вещества. Приборы для измерения количества вещества называются расходометрическими счётчиками. Если это вода - влагомеры, если измеряется расход газа — газоанализаторы. Они измеряют массу вещества протекающего по трубопроводу. По способу измерения они разделяются на: 1.скоростные счётчики, принцип действия которых основан на суммировании числа оборотов помещённого в поток жидкости вращающегося элемента. 2.объёмные счетчики, принцип действия которых основан на суммировании объёмов вещества, вытесненного из измерительной камеры прибора. Наибольшее распространение получили скоростные счётчики.



Счётчики количества газа бывают различных видов:

1.Ротационные счётчики, принцип действия которых основан на измерении числа оборотов лопастей внутри прибора, которое соответствует измеряемому объёму газа.

2.Клапанные счётчики, принцип действия которых основан на перемещении подвижной перегородки под действием разности давлений газа до и после счётчика и счета количества этих перемещений , которое соответствует измеряемому объёму газа.

3.Барабанные счётчики, принцип действия которых основан на измерении числа оборотов барабана , вращающегося под действием разности давлений газа до и после счётчика. Они применяются для точных измерений количеств газа.

Все наиболее распространённым методы измерения уровня, которые позволяют преобразовать значение У. в электрическую (реже пневматическую) величину и передавать её значение в виде унифицированного электрического (или пневматического) сигнала, пригодного для автоматических систем управления технологическими процессами (АСУТП), можно разделить на контактные и бесконтактные методы:

контактные методы измерения уровня:
волноводный,
поплавковый,
емкостной,
гидростатический,
буйковый;



бесконтактные методы измерения уровня:
зондирование звуком (акустический, ультразвуковой метод),
зондирование электромагнитным излучением (радиолокационный (радиоволновый) метод),
зондирование радиационным излучением.



С развитием техники (контрольно-измерительных приборов и автоматики — КИПиА) каждый метод измерения уровня приобретает характерный набор своих технических реализаций, которые в каждом конкретном случае имеют как преимущества, так и определенные недостатки.

Наибольшее применение в промышленности для измерения уровня жидкости получили поплавковый и гидростатический методы измерений. Для первого используют поплавковые уровнемеры, действие которых основано на следящем положении поплавка, а у второго – на измерении гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты её уровня в резервуаре.
Для измерения уровня жидкости, также широко используют буйковые, пьезометрические, емкостные, акустические, высокочастотные и другие уровнемеры.
Также, существуют методы и специальные приборы для измерения уровня сыпучих материалов (зерна, муки, комбикорма, песка, гравия, химикатов, порошков и пр.).



Виды и принципы действия уровнемеров

Уровнемер – это прибор, предназначенный для определения (измерения, контроля) уровня содержимого в открытых и закрытых сосудах, резервуарах, хранилищах, технологических аппаратах и других ёмкостях. Под содержимым подразумеваются разнообразные виды жидкостей (в том числе и газообразующие), а также сыпучие и другие материалы. Уровнемеры (преобразователи, датчики У.) отличаются от сигнализатора (датчика-реле) уровня возможностью измерять градации уровня по всем диапазоне перепада, а не только его граничные значения (заданные точки — уставки).

Поэтому, Уровнемеры – это преобразователи уровня в непрерывный выходной сигнал во всем диапазоне измерения (обычно в электрический унифицированный выходной сигнал: токовый 0-5мА, 4-20мА (или инверсный 5-0/20-4мА) и/или в цифрой код (интерфейсы RS485, RS232, USB, M-Bus или протоколы: HART-протокол, ModBus и другие), на взрывоопасных производствах могут применяться пневматические датчики с выходным сигналом 20-100кПа),

а Сигнализаторы (датчики-реле) уровня — это устройства для дискретного контроля одного или нескольких фиксированных положений заданных значений (точек — уставок) уровня, изменяющие состояние выходного реле при его достижении (релейный выход — замыкание/размыкание электро-магнитных контактов).

Благодаря своей технологичности и разнообразию исполнений для решения разных задач приборы измерения, контроля и регулирования уровня нашли самое широкое применение в промышленности, в энергетике (в автоматических системах управления и регулирования технологических процессов — АСУ ТП), ЖКХ, химической, нефте-газовой и других отраслях.

Приборы для количественного анализа состава газов называются га­зоанализаторами. Существуют ручные (переносные) и автоматические газо­анализаторы. Первые служат для контрольных и лабораторных измерений, а вторые — для непрерывного анализа газов в промышленных установках. Благодаря большой точности измерения ручными газоанализаторами поль­зуются при испытаниях и наладке работы котельных агрегатов, а также для проверки автоматических газоанализаторов.

По принципу действия газоанализаторы подразделяют на химические, хроматографические, магнитные и электрические.

Переносные химические газоанализаторы по своему назначению разделя­ются на газоанализаторы для сокращенного и полного (общего) анализа газа.

В химических газоанализаторах определение содержания отдельных компонентов газовой смеси выполняется путем избирательного поглощения (абсорбции) их соответствующими химическими реактивами.

Магнитные газоанализаторы служат для определения содержания в дымовых газах кислорода, магнитные свойства которого резко отличаются от магнитных свойств других газов.

Действие электрических газоанализаторов основано на различии тепло­проводностей отдельных компонентов газовой смеси и воздуха, определяемых электрическим путем. Чаще всего такие газоанализаторы используются для измерения содержания в дымовых газах диоксида углерода С02 (углекислый газ). Теплопроводность С02 почти в 2 раза меньше теплопроводности воз­духа, тогда как для СО, N2 и 02 этот показатель почти такой же, как у воз­духа. Это свойство используется для определения содержания С02 в дымовых газах по изменению теплопроводности смеси. Влияние водяных паров на теплопроводность газовой смеси устраняется сушкой газа в холодильнике, расположенном перед прибором.