Задание контрольнойработы
1. Каков принцип действиямикроманометра с наклонной трубкой? Чем определяется цена деления шкалымикроманометра?
2. Каков принцип действиярасходомера переменного перепада давления на сужающем устройстве? Покажитераспределение статического давления при установке в трубопроводе диафрагмы,сопла и сопла Вентури.
3. Каковы назначения,устройство и принцип действия автоматического потенциометра (любого)? Приведитепринципиальную схему потенциометра.
4. Классификация приборовдля измерения расхода.
Каков принцип действиямикроманометра с наклонной трубкой? Чем определяется цена деления шкалымикроманометра?
При измерении малыхдавлений применяют приборы с наклонной трубкой (рисунок 1). Прибор состоит изстеклянного сосуда, к которому припаяна стеклянная трубка, наклоненная поднекоторым углом /> к горизонту. Сосуд с трубкойукреплен на деревянной доске со шкалой. Для удобства шкала сделана подвижной,чтобы при заполнении прибора жидкостью можно было совместить ноль шкалы смениском жидкости в трубке. Конец трубки присоединяется к полости, в которойизмеряется разрежение. Для точной установки прибора в горизонтальной плоскостион снабжен уровнем.
/>
Рисунок 1 – микроманометрс наклонной трубкой: 1 – доска; 2 – сосуд; 3 – трубка; 4 – уровень
Вследствие наклонногоположения трубки высота столба жидкости, уравновешивающая измеряемое давление,будет равна
/>,
где /> – перемещение менискажидкости в трубке, отсчитанное по шкале.
Микроманометры снаклонной трубкой изготовляются обычно для измерения давления 157–980Па(16–100 мм вод. ст.).
Погрешность этих приборовне превышает ±1,5% предельного значения шкалы.
В тех случаях, когдаприходится измерять давление или разрежение в более широких пределах,пользуются микроманометрами с переменным углом наклона трубки.
Каков принцип действиярасходомера переменного перепада давления на сужающем устройстве? Покажитераспределение статического давления при установке в трубопроводе диафрагмы,сопла и сопла Вентури
Одним из наиболее распространенных средств измерений расхода жидкостей и газов (паров), протекающих по трубопроводам, являются расходомеры переменного перепада давления, состоящие из стандартного сужающего устройства, дифманометра, приборов для измерения параметров среды и соединительных линий. В комплект расходомерного устройства также входят прямые участки трубопроводов до и после сужающего устройства с местными сопротивлениями. Наиболее распространенным и изученным в практике измерений является способ измерения расхода жидкостей, газов и пара в трубопроводах по перепаду давления в сужающем устройстве. Сужающее устройство устанавливается в трубопроводе и создает в нем местное сопротивление, выполняя функции первичного преобразователя. При протекании вещества через него повышается скорость в суженном сечении по сравнению со скоростью потока до сужения. Увеличение скорости, а, следовательно, и кинетической энергии, вызывает уменьшение потенциальной энергии потока в суженном сечении. При этом статическое давление в суженном сечении будет меньше, чем в сечении до сужающего устройства.
Характер потока и распределение статическогодавления при установке в трубопроводе диафрагмы (а), сопла (б) и сопла Вентури(в) показаны на
При протекании жидкости черезсужающее устройство создается перепад давлений
Δp =p1−p2 (см. рис.1),
зависящий от скорости потока и отрасхода жидкости. Перепад Δp является мерой расхода вещества, протекающегопо трубопроводу.
В качестве сужающих устройств дляизмерения расхода жидкостей, газов и пара широко применяют стандартныедиафрагмы, сопла и сопла Вентури (см. рис. 1-в). В особых случаях измерениярасхода используют не нормализованные типы сужающих устройств.
Диафрагма представляет собой тонкий диск с отверстием круглого сечения с острой кромкой, центр которого лежит на оси трубы. Сужение потока начинается до диафрагмы, и на некотором расстоянии за диафрагмой поток достигает минимального сечения, расширяясь далее до полного сечения трубопровода. Давление за диафрагмой полностью не восстанавливается. За ней в углах сопряжения диафрагмы со стенкой трубы образуется зона, в которой вследствие разности давлений возникает обратное вихревое движение жидкости – вторичный поток.
/>
Рис.1. а) диафрагма
/>
Рис.1. б) сопло
/>
Рис.1. в) сопло Вентури.
Вследствие вязкости жидкости струйкиосновного и вторичного потоков, двигаясь в противоположных направлениях,свертываются в виде вихрей, на что затрачивается часть энергии. Следовательно,имеет место и значительная потеря давления. Изменение направления струек переддиафрагмой и сжатие струи после диафрагмы имеют незначительное влияние.
Принцип измерения расходавещества по перепаду давления, создаваемому сужающим устройством, и основныеуравнения одинаковы для всех типов сужающих устройств, различны лишь некоторыеопытные коэффициенты в этих уравнениях.
Каковы назначения,устройство и принцип действия автоматического потенциометра (любого)? Приведитепринципиальную схему потенциометра
В системахавтоматического контроля и регулирования различных параметров технологическихпроцессов находят широкое применение в качестве вторичных приборовавтоматические потенциометры и мосты. Мы рассматриваем схему автоматическогопотенциометра (рисунок 1). В этой схеме в качестве первичного измерительногопреобразователя используется термопара, так как диапазон изменения температурысоставляет 0–700º С, то наиболее целесообразно использовать термопару типаТХА (-200÷1300º С).
/>
Рисунок 1 –принципиальная измерительная схема автоматического потенциометра
Термопары широкоприменяют для измерения температуры различных объектов, а также вавтоматизированных системах управления и контроля. Измерение температур спомощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкциидатчика, возможности работать в широком диапазоне температур и дешевизны.Широкому применению термопары обязаны в первую очередь своей простоте, удобствумонтажа, возможности измерения локальной температуры. Они гораздо болеелинейны, чем многие другие датчики, а их нелинейность на сегодняшний деньхорошо изучена и описана в специальной литературе. К числу достоинств термопаротносятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностейтемператур. Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до2200°С) в агрессивных средах. Термопары могут обеспечивать высокую точностьизмерения температуры на уровне ±0,01°С. Они вырабатывают на выходе термаЭДС в диапазоне от микровольт до милливольт, однако требуют стабильногоусиления для последующей обработки.
Классификация приборовдля измерения расхода
Поток жидкости или газаколичественно характеризуется средней скоростью и расходом между среднейскоростью и расходом. Существует следующая зависимость.
Количеством называется объем жидкости или газапротекающий по трубопроводу через определенный промежуток времени. Расходомназывается количество жидкости или газа протекающий по трубопроводу в данныймомент времени. В системе СИ расход измеряется м3/с или кг/с, внесистемная единица л/с. Количество измеряют тахометрическими приборами, которыеназываются счетчиками. Расход измеряется расходомерами, которые по принципудействия делятся на расходомеры постоянного и переменного перепада давления.
Счетчики по принципудействия делятся на: скоростные и объемные. Чувствительным элементом скоростныхсчетчиков является крыльчатка или турбина (ротор). Крыльчатка устанавливаетсяперпендикулярно потоку жидкости и турбина по направлению потока. Принципдействия скоростных счетчиков основан на суммировании за определенный периодвремени числа оборотов, помещенного в патоко-вращающихся турбины иликрыльчатки, частота которых пропорциональна средней скорости протекающейжидкости то есть расходу. Турбина или крыльчатка с помощью редуктора связаннасо счетным механизмом. Бывают следующих типов: УВК — универсальная водянаякрыльчатка, УВТ — универсальная водяная турбина. Для измерения расхода газаприменяются объемные счетчики. Счетчик состоит из двух вращающихся лопастныхроторов, передаточного механизма и счетного устройства. Принцип действияоснован на суммировании единичных объемах газа вытесниных роторами изизмерительной камеры за определенный промежуток времени, За один оборот дваротора выполняют объем газа равный объему измерительной камеры. Тип счетчикабывает РГ — роторный газовый.
Расходомерыпостоянного перепада давления. Ротаметр
Ротаметр имеетрасширяющую трубку 2 и поплавок 1. Поплавок имеет нижнею конусную часть,среднюю целендрическую, верхнею со скошенным бортиком и направляющие канавкидля придания поплавку вращательного движения.
/>
Принцип действияротаметров состоит в том, что гидродинамическое давление измеряемого потокасреды воздействует на поплавок, вызывая его вертикальное перемещение. Поддействием перемещения поплавка из за косности трубки изменяется площадьпроходного сечения между поплавком и трубки, а перепад давления по обе стороныпоплавка остается постоянным по этому их называют расходомерами постоянногоперепада давления. Бывают таких типов: PM — ротаметр стеклянный, РЭД — сэлектрической дистанционной передачею, РПД — с пневматической дистанционнойпередачею.
Принцип действия приборовс переменным перепадом давления основан на измерении перепада давленияобразующегося в результате изменения скорости измеряемого потока на специальномсужающим устройстве, которое называется диафрагма. При протекании жидкости илигаза через сужающее устройство часть потенциальной энергии переходит вкинетическую энергию. При этом средняя скорость потока в сечении повышается, адавление уменьшается. Таким образом, при протекании жидкости или газаобразуется разность давления, до и после сужающего устройства. Разностьдавления (перепад) зависит от скорости протекающего вещества. Величина перепададавления измеряется специальными устройствами, которые называютсядифференциальными манометрами (дифманометрами). К стандартным сужающимустройствам относятся: диафрагма, сопла, трубки Вентури. Самое большоераспространение получили диафрагмы. Диафрагма представляет собой металлическийдиск с коническим отверстием.
Приборы переменногоперепада давления
Дифманометр спневматической передачею показаний
Измерительный блокдифманометра состоит из двух камер 1 и 2 — плюсовая и минусовая. Внутри этихкамер находится мембраны, жесткий центр которых с помощью толкателя 3 изменяетположение рычага 4. Рычаг в свою очередь является заслонкой, которая перемещаясь,изменяет давление в линии сопла 5. Давление питания Рпит подается на пенвмореле 6, а из него на сопла, на сильфон обратной связи и на ход, изменениядавления в линии сопла вызовет изменение выходного сигнала в переделах от 0,2до 1кгс/м2.
/>
Дифманометр работает совторичными пневматическими приборами. Сильфон обратной связи 7 служит дляуравновешивания входного сигнала. В приборе также предусмотрено установкакорректора от 0 до 8
Дифманометр сэлектрической передачею показаний ДРМ
Дифманометр состоит издвух камер плюсовой и минусовой, внутри этих камер находятся мембранные коробки3 связанные между собой и заполненные дистиллированной водой. Жесткий центрверхней мембранной коробки связан со штоком 4, на другом конце штока закрепленплунжер 5 индукционной катушки деференциально-трансформаторногопреобразователя.
/>
Индукционная катушкаимеет первичную обмотку 6 и вторичную обмотку 7. На первичную обмотку подключаетсянапряжение питания, а на вторичную обмотку трансформируется напряжение понаправлению и величины зависящее от положения плунжера относительно обмоток. Величинавыходного электрического сигнала будет пропорциональна изменятся изменениюразности давления, следовательно и расходу.
Вторичный прибордифтрансформаторный КСД-3
Прибор состоит изизмерительной схемы, усилителя, реверсивного двигателя. В измерительной схемеприбора находится такая же индукционная катушка как и у дифманометра. Вторичныеобмотки этих катушек включены встречно и подключены по входу в усилитель. Еслиплунжера будут занимать одинаковое положение относительно друг друга, то навходе в усилитель сигнал будет отсутствовать. При изменении разности давленияизменяется положение плунжера дифманометра, на входе в усилитель появитсясигнал который усилится на усилители до вылечены достаточной для того чтобы привестиво вращательное движение реверсивный двигатель. Двигатель с помощью лекалопереместит плунжер индукционной катушки прибора до тех пор пока на входе вусилитель сигнал будет равен нулю. Вал двигателя также переместит и стрелкуприбора который покажет расход в данный момент времени.
Технические устройства,предназначенные для измерения массового или объемного расхода, называют расходомерами.При этом в зависимости от того, для измерения какого (объемного или массового)расхода предназначены расходомеры, их подразделяют на объемные и массовые.Существует много различных признаков, по которым можно классифицироватьрасходомеры (например, по точности, диапазонам измерений, виду выходногосигнала и т. п.). Однако наиболее общей является классификация по принципамизмерений, по тем физическим явлениям, с помощью которых измеряемая величинапреобразуется в выходной сигнал первичного преобразователя расходомера. Попринципу измерений расходомеры классифицируют по следующим основным группам (указываемыйдля каждой классификационной группы расходомеров принцип преобразованияотносится к их первичным преобразователям — датчикам). 1.Расходомерыпеременного перепада давления (с сужающими устройствами; с гидравлическимисопротивлениями; центробежные; с напорными устройствами; струйные),преобразующие скоростной напор в перепад давления. 2.Расходомеры обтекания(расходомеры постоянного перепада—ротаметры, поплавковые, поршневые,гидродинамические), преобразующие скоростной напор в перемещение обтекаемоготела. 3.Тахометрические расходомеры (турбинные с аксиальной или тангенциальнойтурбиной; шариковые), преобразующие скорость потока в угловую скорость вращенияобтекаемого элемента (лопастей турбины или шарика). 4.Электромагнитныерасходомеры, преобразующие скорость движущейся в магнитном поле проводящейжидкости в ЭДС. 5.Ультразвуковые расходомеры, основанные на эффекте увлечениязвуковых колебаний движущейся средой. 6.Инерциальные расходомеры (турбосиловые;Кориолисов; гигроскопический), основанные на инерционном воздействии массыдвижущейся с линейным или угловым ускорением жидкости. 7.Тепловые расходомеры(калориметрические; термоанемометрические), основанные на эффекте переносатепла движущейся средой от нагретого тела. 8.Оптические расходомеры, основанныена эффекте увлечения света движущейся средой (Физо-Френели) или рассеяния светадвижущимися частицами (Доплера). 9.Меточные расходомеры (с тепловыми,ионизационными, магнитными, концентрационными, турбулентными метками),основанные на измерении скорости или состоянии метки при прохождении ее междудвумя фиксированными сечениями потока. Естественно, приведенная классификация,не полная и неисчерпывающая, поскольку с каждым годом появляются новые методы исредства измерений расхода. В отечественной практике наибольшее распространениеполучили расходомеры первых пяти групп (переменного и постоянного давления,тахометрические, электромагнитные и ультразвуковые). Эти расходомерывыпускаются серийно и находят применение практически во всех отраслях народногохозяйства. Расходомеры остальных групп используются пока, в основном, длярешения специальных измерительных задач (при научных исследованиях, в медицине,криогенике, при измерениях агрессивных и токсичных сред и т. п.), изготовляютсяединичными экземплярами или малыми партиями и являются на сегодняшний деньнестандартизованными средствами измерений. Современная измерительная практикапредъявляет очень высокие требования к точности, надежности, быстродействию,функциональности расходомеров. Следует отметить, что в большинстве случаев этитребования противоречивы, т. е. улучшение одних характеристик, как правило,достигается за счет недореализации возможностей улучшения других. Так,увеличение функциональных возможностей приборов за счет усложнения снижает ихнадежность вследствие возрастания числа подверженных отказам элементов.Увеличение быстродействия снижает эффективность систем автоматическойкомпенсации медленно меняющихся погрешностей, вызванных влиянием внешней среды,параметров измеряемых объектов и т. п. Поэтому развитие измерительной техники,в том числе и расходоизмерительной, сопровождается постоянным поиском разумногокомпромисса между реализуемыми свойствами приборов, техническими возможностямии экономической целесообразностью. При этом следует иметь в виду, что и„грубые", относительно низкоточные, но недорогие средства измерений всегдабудут иметь достаточно большой промышленный спрос, поскольку способныудовлетворить определенный класс практических измерительных задач. Однакорезкое повышение точности измерений было и остается важнейшей задачей развитиярасходоизмерительной техники. Значительная часть серийно выпускаемыхрасходомеров имеет класс точности (приведенную погрешность) 1—1,5%. Еслипринять, что измерения преимущественно проводятся в середине шкалы,относительная погрешность этих измерений составляет 2—3 %. С учетом же влиянияразличных дестабишзируюших факторов действительная погрешность будет ещебольше. В то же время для эффективного управления технологическими процессами внефтяной, газовой, химической отраслях промышленности, энергетическими итранспортными установками, для учетных операций уже сегодня требуется напорядок более высокая точность измерений расхода. Именно это обстоятельствообусловливает необходимость создания и внедрения расходомеров, имеющих класс нехуже 0,1—0,3 %. Характерная особенность расходоизмерительной практики —чрезвычайно широкая номенклатура измеряемых веществ, имеющих различныефизико-химические свойства — плотность, вязкость, температуру, фазовый состав иструктуру. Поэтому в этой области измерений особенно остро стоит проблемасоздания приборов инвариантных (малочувствительных) к физико-химическимсвойствам измеряемых сред, к неинформативным параметрам входного сигнала.