Контрольно-измерительные приборы на судне: виды и применение
Контрольно-измерительные приборы (КИП) - это приборы, принимающие информацию об изменениях параметров среды - воды, воздуха и др. Полученные данные применяются затем оператором или автоматизированной системой управления для оценки состояния и динамики изменений характеристик объекта, параметры которого измеряются. Системы автоматизации сейчас применяются практически во всех сферах производства, быта и услуг. Не только в природе, но и в различных сферах деятельности человека (производство, научные исследования, сельское хозяйство и т. д.) постоянно протекают различные процессы с изменяющимися параметрами. Чтобы изучать и иметь актуальную информацию о таких параметрах, создана целая группа технических устройств - контрольно-измерительные приборы (КИП). Они не просто исследуют, но и зачастую помогают регулировать и направлять протекающие процессы в нужное человеку (безопасное) русло. Поэтому функционирование данной категории оборудования держится государством под неусыпным контролем.
В частности, ни один КИП не допускается к работе без соответствия ряду нормативных требований. Основным из них является условие регулярного (ежегодно или чаще) проведения поверки. Это процедура, выполняемая метрологическими лабораториями и заверяющая (при положительном результате) исправность техники. Поэтому рабочий прибор всегда имеет поверочное клеймо или штамп в свидетельстве с указанием текущего года (даты проведения). Помимо этого, все без исключения СИ должны вноситься в Госреестр с присвоением уникального номера после тестирования в специальном центре.
Основные характеристики и компоненты КИП
Одной из важнейших характеристик любых контрольно-измерительных приборов является их чувствительность. Приборы с высокой степенью чувствительности могут отобразить самые незначительные колебания измеряемых параметров.
Несмотря на различия сфер применения, характерные особенности и ценовой диапазон, все контрольно-измерительные приборы имеют общие конструктивные части:
- Первичный преобразователь (ПП). Данная деталь преобразует входной сигнал.
- Чувствительный элемент (ЧЭ) - регистрирует колебания измеряемых параметров среды и передает данные на ПП.
- Датчик - это первичный преобразователь, фиксирующий изменения чувствительного элемента и передает информацию в форме электрического сигнала.
- Вторичный преобразователь (ВП) - принимает сигнал от первичного преобразователя и выдает его оператору в заданном им виде.
Классификация контрольно-измерительных приборов
Сейчас выпускается огромное количество разновидностей подобных приборов для работы в самых разных сферах и условиях. Они отличаются назначением, исполнением и характеристиками, и классифицируются по ряду параметров:
- Показывающие приборы отличаются простотой конструкции, но значение измеряемого параметра отображают только в момент измерения;
- Самопишущие записывают измеряемые значения на бумажный, дисковый или ленточный носитель, для их сохранения и последующего анализа;
- Сигнализирующие отображают сигнал при отклонении измеряемого параметра от заданных величин;
- Регулирующие автоматически поддерживают заданный уровень измеряемого параметра;
- Комбинированные одномоментно отображают и записывают значение измеряемого параметра. Они содержат дополнительные компоненты для регулировки, сигнализации, передачи показаний на расстояние;
- Интегрирующие контрольно-измерительные приборы измеряют суммарное значение какой-либо физической величины. Принцип работы интегрирующих контрольно-измерительных приборов основан на интегрировании измеряемой величины во времени или пространстве.
- Бытовые устройства применяются в домашних целях и в быту;
- Общепромышленные применяются в различных отраслях производства и ЖКХ.
- Интерфейсные обеспечивают взаимодействие между компонентами системы автоматизации или между системой автоматизации и оператором.
Примерами КИП с наружным монтажом являются термометры, манометры, расходомеры, уровнемеры, датчики давления и другие устройства. Они используются для сбора данных о параметрах процесса, таких как измерение температуры воды в системе отопления или контроль давления в трубопроводе. Также производятся контрольно-измерительные приборы для замеров степени влажности, плотности и состава различных газообразных веществ.
При подборе КИП нужно четко знать, какие задачи и в каких условиях он будет выполнять.
Примеры КИП:
- Анемометры - предназначены для измерения скорости перемещения воздушных масс. Основная сфера использования - метеорология, однако применяются они и для исследований работы систем вентиляции, оценки ветровых нагрузок в строительстве, оптимизации процессов пролива в с/х и т.
- Толщиномеры - способны с точностью до мкм измерять толщину различного типа покрытий (краска, хром, лаки и т.
- Мегаомметры - изготовлены с целью измерения огромных значений сопротивления изоляции, что требуется при проверке состояния кабелей и оборудования в мощных агрегатах и сложных электроустановках: на гидро и атомных электростанциях, при проверке функциональности обмоток электродвигателей, трансформаторов, и т.
Без использования КИП невозможна эффективная работа ни одной промышленной отрасли, функционирование добывающих и перерабатывающих предприятий, научная деятельность, энергетика и т. д. Наибольшее значение такие устройства имеют для работы систем жизнеобеспечения. В энергетическом комплексе они контролируют показатели на электростанциях, поддерживают бесперебойную связь, обеспечивают постоянное поступление электроэнергии. В медицине без них невозможна работа сложного диагностического и операционного оборудования. В пищепроме благодаря им устанавливается и поддерживается нужный для сохранения и транспортировки готовой продукции температурный и влажностный режим.
Применение КИП в судовой промышленности
Сенсорные технологии играют ключевую роль в морском секторе и, в особенности, в судовой промышленности. Технологии, применяемые в данной сфере, должны соответствовать ряду жестких требований. В первую очередь, необходимо использовать материалы, обладающие высокой прочностью и сохраняющие работоспособность в течение длительного периода.
Грузы, перевозимые морским транспортом, могут быть как сухими, так и наливными. Термин «сухие грузы» используется для обозначения насыпных грузов, таких, как зерно и корм для животных, а также товаров в упаковке, хранящихся, как правило, в контейнерах. Наливные грузы, в свою очередь, требуют особого внимания при перевозке, так как зачастую содержат опасные вещества, например, нефтепродукты (бензин, дизельное топливо, масла). Используемые для транспортировки материалы должны обладать достаточной прочностью и надежностью в целях предотвращения утечки жидкой агрессивной среды и, следовательно, аварийных ситуаций, влекущих серьезные экологические последствия.
Бытовая пресная вода или питьевая вода на грузовых суднах перевозится в специальных цистернах либо получается из морской воды путем опреснения. Процессы сбора, обработки и утилизации сточных вод во внутренних системах хранения контролируются с применением соответствующих технологий. Поскольку сточные воды зачастую загрязнены такими загрязняющими веществами, как масла или моющие средства, на их обработку также распространяется ряд определенных требований. Проверке и контролю с помощью встроенных датчиков подлежат как системы бытовой пресной воды, так и системы сточных вод.
Балластные танки являются важной частью конструкции судна. Без заполнения балластной системы грузовые суда большого размера могут становиться слишком легкими, вследствие чего винты могут быть недостаточно глубоко погружены в воду. Для обеспечения надлежащей осадки балластные танки заполняются забортной водой и используются для регулировки распределения веса нагруженного судна. Поскольку для балластной системы применяется морская вода, материалы резервуаров и датчиков должны обладать высокой прочностью и устойчивостью к коррозии.
В последние годы в сфере судостроения наблюдается постоянный поток значительных технических усовершенствований, и производители датчиков должны реагировать на изменения соответствующим образом. К примеру, 15 лет назад недостаточная износостойкость нержавеющей стали являлась серьезной проблемой. Сегодня учитывается, что она подвергается действию коррозии при контакте с соленой водой при температуре выше 21 °С, и в настоящее время предпочтение отдается титану. Технологические требования меняются из года в год по мере роста и развития индустрии. Решения, еще недавно считавшиеся стандартными, сегодня могут выглядеть абсолютно неподходящими.
Контрольное судовое оборудование и КИП на судне выполняют комплексную задачу сбора данных, трансформации сигналов в систему символов и отображения в понятных образах для полного представления о ситуации. Использование датчиков и измерителей с контроллерами позволяет получать данные по группе основных критериев: температуре, давлению, уровню, силе тока и напряжению в сетях.
В штатных системах силовой установки, энергоснабжения, приводов, управления применяют предусмотренные производителем и предустановленные средства измерения. Средства измерения на судне и КИП судовой представляют собой часть комплекса сбора данных по набору объективных параметров. Так, состояние корпуса можно оценивать по электроемкости и проводимости отдельных участков электроцепей. Для этого достаточно контролировать соответствующие параметры простыми датчиками и направлять информацию в ПЛК и другие контроллеры для преобразования и анализа.
К приборам измерения и сбора первичной информации относят датчики на судах - достаточно простые измерители сигналов и потенциалов. Датчики давления судовые и измерители уровня можно считать наиболее многочисленными устройствами КИП на самоходном плавсредстве.
Области применения КИП на судне
Рассмотрим основные области применения КИП на судах:
Грузовые полости
Грузовые полости - емкости и танки для перевозки жидких, вязких и газообразных сред. Уровень перевозимого вещества необходимо контролировать при проведении погрузочно-разгрузочных работ, так как закачка и отбор большинства сред в танках не поддается непосредственному контролю в силу требований безопасности и конструктивных особенностей емкостей. В зависимости от степени наполнения и динамики загрузки/выгрузки вещества важно контролировать давление, чтобы избежать повреждения конструкции емкостей - разрыва или схлопывания стенок.
Балластные танки
Остойчивость современного судна критически зависит от заполненности и эффекта плавучести, которая создается за счет перетока и балансировки балластных цистерн, расположенных в форпике, междудонном и междубортном пространстве. За счет эффективной перекачки балласта экипаж или автоматическая система балансировки может контролировать и вовремя менять крен, дифферент, осадку корпуса. Датчики уровня, включенные в бортовую систему оповещения и сигнализации, собирают сведения о заполненности балластных танков и скорости перетока воды. Балластные танки непосредственно связаны с креновой системой судна, позволяющей оперативно перекачивать балласт между танками в зависимости от изменяющихся условий балансировки корпуса.
Аналогичные по принципу работы, но более сложные по структуре системы контроля уровня и давления в балластных танках применяют в полупогружных доковых судах. Критически важно контролировать датчиками уровень давления и наполнения балластных емкостей, степень деформации конструкции, чтобы избежать разрыва и схлопывания стенок. Иной способ контроля с получением объективных данных невозможен. Датчики давления могут при необходимости контролировать степень нагруженности конструкции танков совместно с датчиками деформации.
Топливные емкости и отстойно-заборная цистерна
Принцип расходования топлива в судостроении и авиастроении примерно одинаков - основной объем приходится на главную цистерну, из которой отбирается и временно находится в расходных баках рабочий объем. Любое судно (плавучее, летающее), балансирующее в жидкой или разреженной среде по принципу плавучести подвержено изменениям эффективности управления, связанным с неравномерной загруженностью топливом расходных баков. Качественное измерение уровня и давления в топливных танках позволяет избежать дифферента и крена, сбалансировать показатели маневренности в зависимости от положения корпуса в среде.
Гидравлические системы
Датчики судовые для измерения давления и уровня необходимы для обеспечения равномерной циркуляции и возвращения масла в емкости судовой гидросистемы приводов, передающей усилия от силовой установки - источника крутящего момента на движители.
Грузовые танки битумовозов и танкеров
Грузовой танк битумовоза оборудуется датчиками давления и температуры. При погрузочно-разгрузочных операциях в системе оповещения отображаются параметры заполненности, распределения тепла и нагрузок на конструкцию танка от тяжелой вязкой жидкости. Давление и температура среды с помощью датчиков постоянно измеряются в грузовых танках для сырой нефти. Применяется сложная система, позволяющая отображать картину поведения среды, которая постепенно разделяется на газ, воду и нефть с разными показателями плотности. Это имеет значение для обеспечения остойчивости и управляемости плавсредства.
Судовой терморегулятор позволяет постоянно поддерживать температурный режим в танке для нефти в системе наливных (заливных) патрубков. Не менее точный и непрерывный контроль следует обеспечить в приемно-наливных и сливных патрубках, запорной и регулирующей арматуре танкера.
Льяльные воды
Льяло в машинном отделении требует постоянного контроля уровня льяльных вод. Равномерное распределение льяльной смеси воды и нефтепродуктов влияет на балансировку и управляемость плавучего объекта. Обязательно применение датчиков утечки льяльной смеси из отстойных цистерн и полостей.
Вспомогательные емкости
Вспомогательные емкости - цистерны с питьевой, технической и сточной водой (черной и серой). Здесь контроль давления и уровня необходим для равномерного заполнения объемов и наблюдения за запасом и расходом воды, уровнем заполненности стоками.
Системы сигнального оборудования
Датчики и средства судового КИП применяют в системах сигнального оборудования для контроля показателей температуры и давления в дуговых и маслонаполненных источниках света.
Системы и узлы с критическими температурными показателями
Судовые терморегуляторы применяются в системах и узлах, где температурные показатели рассматриваются как критические с точки зрения работоспособности, управляемости плавсредства. Особое внимание уделяют температурной картине в дизеле, системе циркуляции гидравлического рабочего тела привода движителя, системе охлаждения забортной воды.
В таблице ниже представлены основные типы датчиков, применяемых на судах, и их назначение:
| Тип датчика | Назначение | Контролируемый параметр |
|---|---|---|
| Датчики давления | Контроль давления в танках, трубопроводах, гидравлических системах | Давление |
| Датчики уровня | Контроль уровня жидкости в танках (топливо, балласт, вода) | Уровень |
| Датчики температуры | Контроль температуры в дизелях, системах охлаждения, грузовых танках | Температура |
| Датчики деформации | Контроль деформации корпусных конструкций | Деформация |
| Датчики утечки | Обнаружение утечек в льяльных водах и других системах | Наличие утечки |