МЕТРОЛОГІЯ ТА ТЕХНОЛОГІЧНІ ВИМІРЮВАННЯ В НАФТОВІЙ ТА ГАЗОВІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

1) Сформулюйте поняття «технологічні вимірювання».

Це вимірювання, при яких протягом певного проміжку часу вимірювана величина майже не змінюється або ж її значення змінюється поступово згідно з технологічним процесом.

В області технологічних вимірювань проводиться пошук раціональних рішень і розробка вимірювальних приладів з вбудованими МПС (мікропроцесорними системами або схемами).

2) Дайте визначення поняттю «тиск, як фізична величина».

Тиском (Р) називають відношення Р = F/S абсолютної величини нормального, тобто, що діє перпендикулярно до поверхні тіла, вектора сили (F) до площі (S) цієї поверхні.

Тиск (як фізична величина) – сила, що діє на одиницю площі перпендикулярно до повехні тіла.

3) Охарактеризуйте температуру, як фізичну величину.

Температурою називається фізична величина, яка характеризує ступінь нагрівання тіла. Це умовна статистична величина прямо пропорційна середній кінетичній енергії частинок речовини (молекул або атомів).

Температура – це фізична величина, яка характеризує стан теплової рівноваги системи.

Температура – фізична величина, яка описує здатність макроскопічної системи (тіла) до самовільної передачі тепла іншим тілам.

4) Охарактеризуйте густину, як фізичну величину.

Густиною (ρ) речовини називають фізичну величину, яка визначається відношенням маси (m) речовини до зайнятого нею об’єму, а саме: ρ = m/V.

Фізичний зміст густини: густина – це маса одиниці об’єму. Іншими словами це величина, яка показує, яку масу матиме 1 м³ певної речовини.

5) Що називається вимірювальним приладом?

Вимірювальним приладом, називається пристрій, який служить для порівняння вимірювальних величин з одиницею вимірювання.

6) Для якої фізичної величини позасистемна одиниця «бар» є одиницею?

Для тиску (в деяких випадках для тиску розрідження і надлишкового), (1 бар = 100 кПа).

7) Запишіть величину, яку прийнято за одиницю тиску «паскаль»?

1 паскаль (Па) ≡ 1 Н/м² ≡ 1 Дж/м³ ≡ 1 кг/(м·с²); 1 МПа = 1 Н/мм².

Один паскаль дорівнює тиску, що викликається силою один ньютон, яка рівномірно розподілена по нормальній до неї поверхні площею один квадратний метр.

8) У чому полягає необхідність встановлення шкали температур?

Для того, щоб перейти до кількісного визначення температури, необхідно встановити шкалу температур, тобто вибрати початок відліку (нуль температурної шкали) і одиницю вимірювання температурного інтервалу (градус).

9) Як називають засоби обліку кількості речовини, яка протікає за деякий проміжок часу?

Лічильник.

Оскільки система вимірювання витрати зазвичай показує миттєве значення витрати, то для визначення кількості рідини, що пройшла трубопроводом за певний проміжок часу, необхідно, витратомір об’єднати з лічильником.

10) Яке призначення самописних приладів?

Самописні прилади – призначені для реєстрації результатів вимірювання.

11) У чому полягає завдання мікропроцесорних систем у засобах вимірювання?

Використання мікропроцесорних систем (МПС) в засобах електричних вимірювань дозволяє оптимізувати підхід до їх компонування і алгоритмів функціонування, збільшити інформаційні можливості, підвищити точність, надійність і швидкодію цих засобів.

12) Дайте визначення абсолютній вологості.

Абсолютна вологість газу – масова кількість водяної пари, яка міститься в 1 кг сухого газу або в 1 м³ вологого газу за нормальних (чи стандартних) умов.

Абсолютна вологість – вологість, що визначається густиною водяної пари (відношення маси водяної пари, що міститься у газі, до об’єму цього газу).

Абсолютна вологість повітря – кількість водяної пари в грамах, що міститься в цей час в 1 м³ повітря.

13) Дайте визначення відносній вологості повітря (газу).

Відносна вологість газу – відношення кількості водяної пари, що знаходиться в газі за даних умов, до максимально можливої кількості водяної пари в газі за тих же умов.

Відносна вологість – відношення кількості води, що знаходиться в речовині за даних умов, до максимально можливої кількості води за тих же умов.

Відношення парціального тиску водяної пари, що міститься в газі, до тиску насиченої водяної пари при даній температурі.

14) Що називається титруванням?

Титруванням називається один з методів кількісного аналізу, метою якого є визначення концентрації речовини (А) відомої природи, яка знаходиться в суміші з іншими компонентами.

Титрування – повільне (по краплях) додавання стандартного розчину до розчину, що аналізується, до моменту встановлення точки еквівалентності.

Точка еквівалентності (ТЕ) – це момент титрування, коли кількість еквівалентів титранту дорівнює кількості еквівалентів речовини, що визначають. Точка еквівалентності визначається з допомогою індикаторів – речовин, які повинні змінювати своє забарвлення в точці еквівалентності.

Кінцева точка титрування (КТТ) – момент титрування, коли змінюється якась властивість розчину, наприклад, забарвлення. КТТ не завжди співпадає з ТЕ, але бажано, щоб вона була близькою до неї.

Титриметричний метод аналізу (титриметрія) – це кількісний метод аналізу, що ґрунтується на точному вимірюванні об’єму стандартного розчину, який витрачається на титрування точно взятого об’єму розчину речовини, що визначається.

Стандартний (робочий, титрований) розчин або просто титрант – це розчин, концентрація якого відома з високою точністю.

15) В чому полягає призначення рідинних приладів для вимірювання тиску?

Рідинні прилади служать для градуювання і повірки приладів інших систем, для вимірювання невеликого надлишкового тиску, розріджень, різниці тисків, а також атмосферного тиску (до рідинних відносять: двотрубний U-подібний манометр, однотрубний (чашковий) манометр, мікроманометр з похилою трубкою, кільцевий дифманометр і т.п.).

16) Що конструктивно представляє собою мембрана?

Мембрана представляє собою гнучку, закріплені по периметру перегородку, що замикає простір, в якому газ або рідина знаходяться під дією вимірюваного тиску.

Таким чином, з одного боку мембрани діє вимірювальний тиск, а з другого – атмосферний. Лінійні переміщення центра мембрани під дією різниці цих тисків є мірою вимірюваного надлишкового тиску. Розрізняють плоскі, опуклі мембрани, мембрани жорсткі та в’ялі (неметалеві). В залежності від вимірюваного тиску застосовують різноманітні матеріали та форми мембран.

17) Які види тиску діють на мембрану при вимірюванні?

З одного боку мембрани діє вимірювальний тиск, а з другого – атмосферний.

18) Що є мірою вимірюваного надлишкового тиску, який сприймає мембрана?

Лінійні переміщення центра мембрани під дією різниці цих тисків (вимірювального і атмосферного) є мірою вимірюваного надлишкового тиску.

19) Які види мембран ви знаєте?

Розрізняють плоскі та опуклі мембрани, мембрани жорсткі та в’ялі (неметалеві).

В залежності від вимірюваного тиску застосовують різноманітні матеріали та форми мембран.

20) Що називають сильфоном?

Сильфони – поперечно гофровані тонкостінні трубки, з пружного матеріалу.

Сильфони виготовляють витискуванням з суцільної заготовки або зварюванням з окремих мембран. Для збільшення жорсткості, сильфони обладнують внутрішньою гвинтовою пружиною. Запас міцності сильфонів під час дії тиску зовні у 1,5…2,0 рази вище, ніж під час дії тиску з середини. Тому під час вимірювання підвищеного тиску сильфон закривають зовнішнім металевим кожухом, який сполучений з середовищем вимірюваного тиску. Сильфони застосовують в якості чутливих елементів у напоромірах та тягомірах, манометрах абсолютного тиску, манометрах надлишкового тиску та вакуумметрах.

21) При яких умовах відбувається перемішення дна сильфона?

За умови різниці (зміни) зовнішнього та внутрішнього тисків. Різниця зовнішнього і внутрішнього тисків створює зусилля, що діє на дно сильфону вздовж його осі.

Ефективна площа сильфона практично не змінюється під час зміни тиску, статична характеристика лінійна у відносно малому діапазоні переміщень.

Однією з основних характеристик пружного чутливого елементу є його статична характеристика – залежність переміщення вільного кінця чутливого елементу l від розміру тиску P (або різниці тисків ΔP), що спричинило це переміщення. Порівняння робочих властивостей різних чутливих елементів виконують за допомогою кількісної характеристики – чутливості. Чутливість пружного елементу К_p – це розмір переміщення вільного кінця чутливого елементу під час зміни тиску на одиницю.

22) Як змінюється ефективна площа сильфона при зміні тиску?

Ефективна площа сильфона практично не змінюється під час зміни тиску, статична характеристика лінійна у відносно малому діапазоні переміщень.

23) Що включає в себе у загальному випадку система дистанційного передавання показів?

У загальному випадку система дистанційного передавання показів являє собою вимірювальну систему, яка включає розташовані на місці вимірювання первинний вимірювальний перетворювач, який вимірює фізичну величину і перетворює її в сигнал вимірювальної інформації у формі, зручній для передачі на відстань, та вторинного вимірювального перетворювача, який розташований на щиті і подає інформацію у формі, зручній для безпосереднього сприймання оператора.

24) Які межі границі зміни стандартного струмового сигналу постійного струму?

Границі зміни струмового сигналу постійного струму: 0…5 мА; 0…10 мА та 4…20 мА.

25) Які границі зміни сигналу тиску стиснутого повітря?

Границі зміни сигналу тиску стиснутого повітря 0,02…0,1 МПа.

26) Охарактеризуйте технологічний процес буріння свердловин.

Технологічний процес буріння свердловин полягає у руйнуванні і видаленні гірських порід зі свердловини на поверхню.

27) Якими параметрами характеризують режим буріння?

Основними параметрами, які характеризують режим буріння, являються: число обертів долота (при роторному бурінні визначається число обертів ротора, при турбінному бурінні – число обертів турбобура), осьове навантаження на буровий інструмент, швидкість подачі (середня швидкість проходки) бурового інструмента.

28) В чому призначення інклінометричних систем?

Призначена для оперативного управління проводкою похило-направлених і горизонтальних свердловин при турбінному бурінні, а також проведення свердловин при прокладенні трубопроводів під водяними перешкодами і на шельфових зонах морів.

29) Що відносять до технічних характеристик інклінометричних систем?

30) Дайте визначення поняттю «гідростатичний тиск»?

Гідростатичний тиск – тиск рідини в будь-якій точці об’єму цієї рідини.

Тиск у рідині, що перебуває у стані спокою, створений сумою тиску газу на її вільній поверхні і зумовленого силою тяжіння тиску стовпа рідини, розташованого над точкою вимірювання. Гідростатичний тиск залежить від глибини занурення. Вимірюється в одиницях висоти стовпа рідини або в одиницях тиску.

В гідрогеології поняття гідростатичного тиску трактується ширше, як тиск рідини (рухомої або нерухомої) у певній точці водоносної системи. Тобто гідростатичний тиск – загальна величина трьох головних напружень в будь-якій точці гірничого масиву, що перебуває в стані спокою. Високий гідростатичний тиск сприяє обваленню порід покрівлі та підйому підошви виробки, де спостерігаються раптові прориви вод і пливунів.

31) На основі рівняння визначається значення тиску для U-подібного манометра?

32) За якою формулою визначають значення тиску, виміряного чашковим манометром?

33) Від чого залежить значення тиску, визначеного за показами мікроманометра з нахиленою трубкою?

Від переміщення меніска рідини в трубці.

34) Запишіть формулу кута повороту кільця кільцевого дифманометра?

35) Від чого залежить кут повороту кільця кільцевого дифманометра?

Кут повороту кільця залежить від ваги (G) і вимірюваного перепаду тиску (∆Р).

І не залежить від густини рідини (ρ) і густини середовища (ρ_с), що знаходиться над ним.

36) До якої межі еліптична та плоскоовальна форма одновиткової трубчастої пружини забезпечує необхідний запас міцності?

37) Для вимірювання надвисоких тисків у діапазоні (160…1000) МПа застосовують одновиткові пружні елементи, запропоновані А.Г.Нагаткіним. Завдяки чому виникає переміщення вільного кінця таких трубчастих елементів?

38) З якою метою при вимірюванні тиску водяної пари як зображено на рисунку згинають з’єднувальну трубку між паропроводом 1 і манометром 4?

39) На чому базується принцип роботи тензорезисторних перетворювачів тиску?

Принцип роботи тензорезисторних ВПТ побудований на зміні активного електричного опору провідників при їхній механічній деформації.

40) Як класифікуються за призначенням прилади для вимірювання тиску?

За призначенням прилади поділяються на: технічні, контрольні, лабораторні, зразкові, взірцеві, еталонні.

41) Запишіть визначення технологічної атмосфери?

Технологічна атмосфера – тиск або розрідження, що створюється штучно (під тиском кисню в балоні; в димовій трубі розрідження тощо).

Технологічна атмосфера – атмосфера з певним газовим балансом, необхідним для проведення бажаного процесу.

42) Напишіть класифікацію приладів для вимірювання тиску за принципом дії.

Рідинні, вантажопоршневі, деформаційні (пружні), електричні.

43) Як класифікуються засоби для вимірювання тиску за родом вимірювальної величини?

Манометри, вакуумметри, диференціальні манометри (дифманометри), барометри, напороміри, тягоміри, тягонапороміри.

44) Які методи застосовують для вимірювання тиску?

Прямий і непрямий (опосередкований).

45) На чому базується опосередкований метод для вимірюванні тиску?

Непрямий (опосередкований), який використовує різноманітні закони прикладної механіки, наприклад, пружну деформацію чутливого елемента під дією тиску (пружинні манометри) або електричні, оптичні чи хімічні явища, що мають місце при певних тисках, наприклад, зміну електричного опору чутливого елементу при високих тисках (електричні манометри).

46) На чому базується прямий методи для вимірюванні тиску?

Прямий, який базується на безпосередньому вимірюванні зусилля, що діє на деяку поверхню (вантажопоршневі і рідинні манометри).

47) Назвіть переваги чашкового ЗВТ для вимірювання тиску.

Перевага чашкового манометра полягає в одиничному відліку положення меніска рідини в трубці.

Проте при цьому виникає похибка через зниження рівня рідини у посудині, що змінює положення нуля шкали.

48) Запишіть формулу для визначення тиску за допомогою мікроманометра з похилою трубкою.

49) Назвіть конструктивні елементи поплавкового дифманометра.

Поплавковий дифманометр є U-подібним рідинним манометром, у якого одне з колін розширене і в ньому поміщено поплавець, пов’язаний із стрілкою, рухомою вздовж шкали.

50) Запишіть рівняння, що визначає чутливість дзвонового дифманометра.

51) Як змінити верхню границю вимірювання дзвонового дифманометра?

Отже, змінюючи жорсткість пружини і внутрішню площу дзвона, можна змінювати чутливість ЗВТ, а відповідно, і верхню границю вимірювання.

52) На які групи поділяються пружинні прилади для вимірювання тиску по виду пружного чутливого елементу?

Прилади з трубчастою пружиною (пружинні), мембранні, пружинно-мембранні, з пружною мембраною (сильфоном), пружинно-сильфонні.

53) Назвіть перевагу манометрів з багатовитковою трубчатою пружиною?

Значно більша чутливість, в порівнянні з іншими манометрами (в тому числі з одновитковою пружиною).

Манометри з багатовитковою трубчатою пружиною мають як чутливий елемент трубчату пружину на 6-9 витків діаметром близько 30 мм. Переміщення вільного кінця пружини значно більше (до 15 мм), ніж в одновиткової пружини; набагато більшим є тут і стискальне зусилля. У зв’язку з цим прилади з багатовитковою трубчатою пружиною мають значно більшу чутливість.

54) З яких конструктивних елементв складається манометр типу МЕД?

Манометр типу МЕД складається з одновиткового чутливого елемента 1, закріпленого у тримачі 4 із з’єднувальним штуцером 5. На тримачі жорстко закріплена котушка 9 дифтрансформаторного перетворювача, всередині якої вільно переміщується осердя 8, шток 10 якого за допомогою важеля 11 прикріплений до вільного кінця трубчастого чутливого елемента. У верхній частині тримача розміщені постійний 7 та регулювальний 3 резистори, які шунтують вторинну обмотку котушки перетворювача. З’єднувальні проводи виведені із задньої стінки корпуса ЗВТ крізь роз’ємне контактне з’єднання 2.

55) З яких конструктивних елементв складається мембранний дифманометр?

Чутливим елементом пружинного барометра є мембранна коробка 1 з двох гофрованих мембран, які зварені між собою. Із внутрішнього простору герметично виконаної мембранної коробки викачане повітря. Зміна оточуючого мембранну коробку атмосферного тиску приводить до прогину центра верхньої мембрани і за допомогою тяги 2 до повертання важеля 5. Поворот важеля 5 приводить до зміни натягу гвинтової пружини 6, до середньої частини якої жорстко закріплений приводом стрілки 3. Під час зміни натягу гвинтової пружини 6 одночасно відбувається її розкручування відносно вертикальної осі, і закріплена на середині пружини стрілка 3 повертається відносно нерухомої шкали 4. Регулювання нуля ЗВТ виконують зміною початкового натягу пружини 6 за допомогою гвинта 8 коректора нуля та плоскої пружини 7.

56) Сформулюйте принцип дії електричних засобів вимірювання тиску.

Принцип дії приладів цієї групи базується на прямому або непрямому перетворенні тиску в яку-небудь електричну величину, функціонально пов’язану з тиском.

57) На якому явищі заснований принцип дії манометрів опору?

Принцип дії приладів заснований на зміні опору провідника під дією зовнішнього тиску.

58) Дія приладів заснована на зміні ємності плоского конденсатора при зміні відстані між обкладинками. Якою залежністю виражається його робота?

59) Яким чином уникнути зниження точності вимірювання і забезпечити достатньо тривалий термін служби пружинних приладів?

60) Яке із поданих рівнянь відповідає визначенню «рівняння шкали температур»?

61) За якою формулою розраховується розширення робочої рідини у рідинних термометрах?

62) Яка формула перерахунку з шкали Цельсія на шкалу Фаренгейта?

63) Яка формула перерахунку з шкали Цельсія на шкалу Реомюра?

64) На чому базується принцип дії манометричних термометрів?

Принцип дії манометричних термометрів базується на використанні залежності між температурою і тиском робочої (термометричної) речовини в замкнутій герметичній термосистемі.

На зміні тиску речовини при постійному об’ємі при зміні температури. Діапазон -100...650 ˚С, точність ±0,5 %, стійкі, дистанційне вимірювання, точність ±1 %.

65) На чому базується принцип роботи газових манометричних термометрів?

На зміні (збільшенні) температури при зміні (зменшенні) тиску. Газові, це такі, в яких вся система заповнена газом під деяким початковим тиском.

66) Запишіть формулу для визначення сумарної т.е.р.с. диференціальної термопари.

67) Вимірювання температури термометрами опору базується на властивості провідників і напівпровідників змінювати свій електричний опір при зміні температури. Як визначається омічний опір провідника чи напівпровідника?

Таким чином, омічний опір провідника чи напівпровідника представляє деяку функцію його температури R = f(t). Вид цієї функції залежить від природи матеріалу.

68) Яким рівнянням виражається залежність електричного опору напівпровідникового резистора від температури у вузькому температурному інтервалі?

69) За яким принципом градуюються шкали у пірометрів?

Шкали у пірометрів градуюються по випромінюванню абсолютно чорного тіла.

70) Запишіть рівняння вимірювання пірометрів до температури 3000 °К.

Рівнянням Віна можна користуватися до температури приблизно 3000 °К.

71) Запишіть рівняння випромінювання абсолютно чорного тіла при температурах вищих за 3000 °К.

При вищих температурах (вище 3000 °К) інтенсивність випромінювання абсолютно чорного тіла характеризується рівнянням Планка:

72) Яку температуру вимірюють радіаційні пірометри?

За допомогою радіаційних пірометрів (повного випромінювання) можна вимірювати температуру від 900 °С до 1800 °С і навіть, до 2000 °С.

Радіаційні пірометри або пірометри повного випромінювання вимірюють температуру по потужності випромінювання нагрітого тіла.

73) Яку температуру вимірюють пірометри повного випромінювання?

За допомогою пірометрів повного випромінювання (радіаційних пірометрів) можна вимірювати температуру від 900 °С до 1800 °С і навіть, до 2000 °С.

Пірометри повного випромінювання (радіаційні пірометри) вимірюють температуру по потужності випромінювання нагрітого тіла.

74) Назвіть переваги міжнародної практичної температурної шкали.

Міжнародна практична температурна шкала дозволяє визначити абсолютну температуру точніше, в порівнянні з іншими шкалами.

Така шкала має значні переваги і дозволяє визначити абсолютну температуру точніше, ніж шкала з двома реперними точками.

Міжнародна практична температурна шкала заснована на низці відтворних рівноважних станів, яким приписані певні значення температур (основні реперні точки) і на еталонних приладах, градуйованих при цих температурах.

Загальним між міжнародною практичною шкалою температур і колишньою шкалою Цельсія є одна однакова постійна точка (температура кипіння води); у всій решті точок ці шкали істотно відрізняються одна від одної, особливо при високих температурах.

75) Що використовують як еталонний прилад, у області температур від -259,34 до 630, 74 °С?

Платиновий термометр опору.

76) Що використовують як еталонний прилад у області температур від 630,74 до 1064,43 °C?

Термопара з платинородію (10 % родію) і платини.

77) Що використовують як етелонний прилад для області температур вище 1064,43 °С?

Для області температур вище 1064,43 °С температура за міжнародною практичною шкалою визначається відповідно до закону випромінювання Планка.

78) На яких принципових основах базується шкала Цельсія?

Шкала Цельсія базується на ряді рівноважних станів речовин, яким приписані певні значення температур (всього 11 основних реперних точок) і на еталонних приладах, проградуйованих при цих температурах.

79) Що є загальним між міжнародною практичною шкалою температур і колишньою шкалою Цельсія?

Загальним між міжнародною практичною шкалою температур і колишньою шкалою Цельсія є одна однакова постійна точка (температура кипіння води); у всій решті точок ці шкали істотно відрізняються одна від одної, особливо при високих температурах.

80) На чому базується принцип дії термометрів розширення?

Принцип дії термометрів розширення базується на зміні об’єму рідини або лінійних розмірів твердих тіл при зміні температури.

Вони відносяться до контактних термометрів, в яких передача тепла до чутливого елементу забезпечується теплопровідністю і конвекцією. Поділяються на рідинні, дилатометричні, біметалеві та манометричні.

81) Як класифікуються термометри розширення?

Поділяються на рідинні, дилатометричні, біметалеві та манометричні.

82) За якою формулою розраховується розширення термометричної рідини при вимірюванні термометрами розширення?

83) На чому базується робота дилатометричних термометрів?

Робота термометрів цього типу базується на властивості твердого тіла змінювати свої лінійні розміри при зміні температури.

84) Як класифікуються у відповідності з агрегатним станом робочої речовини манометричні термометри?

Газові, рідинні, конденсаційні.

85) За якою формулою визначається величина робочого тиску газового манометричного термометра?

86) Яку температуру вимірюють рідинні манометричні термометри?

Вони дозволяють вимірювати температуру від -150 °С до +300 °С.

87) На якій властивості базується вимірювання температури термометрами опору?

Вимірювання температури термометрами опору базується на властивості провідників і напівпровідників змінювати свій електричний опір при зміні температури.

88) Які вимоги до металів, що використовують для виготовлення чутливих елементів серійних термометрів опору?

Метал повинен мати великий питомий електричний опір, а також повинен бути стійким до окислення і не вступати в хімічну взаємодію з вимірюваним середовищем.

89) Яким повинен бути температурний коефіцієнт електричного опору металу для серійних термометрів опору?

Повинен бути досить великим і незмінним.

90) Назвіть основний недолік напівпровідникових терморезисторів.

Основним недоліком напівпровідникових терморезисторів, є погана відтворюваність їх параметрів, що виключає взаємозамінність, оскільки присутній великий розкид параметрів, унаслідок якого характеристики терморезисторіов того самого типу не збігаються.

Це пов’зано з тим, що навіть незначна частка домішок у матеріалі терморезистора помітно позначається на його електричних властивостях, а технологія їхнього виробництва така, що поки не вдається одержати напівпровідниковий матеріал високої чистоти.