Каким Измерительным Прибором Измеряется Давление В Жидкостях И Газах?

Классификация по типу измеряемого давления — Приборы, служащие для получения данных о параметрах давления газа в газгольдерах, транспортирующих магистралях, в газовых баллонах и прочих резервуарах, классифицируются по нескольким признакам. Они различаются по своему устройству и принципу действия. Устройства, с помощью которых измеряют давление, подразделяются на классы по:

виду измеряемого давления; назначению; принципу действия; классу точности.

По виду измеряемого давления приборы, предназначенные для определения точных показателей, делят на манометры, вакуумметры, тягомеры, напоромеры, барометры и другие. В зависимости от степени защищенности от влияния внешней среды производят следующие приборы:

стандартные; защищенные от попадания пыли; водонепроницаемые; защищенные от агрессивных сред; взрывоустойчивые.

Одно изделие может сочетать в себе несколько видов защиты. Манометр представляет собой небольшой по размерам прибор, с использованием которого измеряют давление или разность давлений. Принцип работы этого контрольно-измерительного прибора зависит от его внутреннего устройства.

1. В пределах одного класса они еще подразделяются на группы в зависимости от класса точности.
2. Чтобы измерить абсолютное давление, показатели которого отсчитывают от абсолютного нуля (вакуума), применяют абсолютные манометры.
3. Избыточное давление определяют манометром избыточного давления.
4. В общем случае все разновидности таких приборов называют одним словом: «манометр».

Большинство разновидностей манометров предназначено для измерения величин избыточного давления. Их особенность в том, что они показывают давление, представляющее разницу между абсолютным и атмосферным. Вакуумметры — это устройства, показывающие значение давления разреженного газа.

1. Применяя мановакуумметры, измеряют избыточное давление и давление разреженного газа.
2. Информация отображается на единой шкале.
3. С помощью напоромеров определяют параметры избыточного давления со значениями до 40 кПа.
4. Тягомеры, напротив, позволяют измерить разреженность до – 40 кПа.
5. Тягонапоромерами измеряют разреженность и избыточное давление в интервале от – 20 до + 20 кПа.

Манометры применяют в самых разнообразных отраслях. Работа с газом предполагает высокий риск, поэтому важно контролировать все показатели системы. Информация о давлении дает пользователям сведения о текущем состоянии измеряемого объекта. Дифференциальными манометрами можно определить разность давлений в двух подлежащих исследованию произвольных точках.

Какое давление в жидкостях и газах?

Давление в жидкостях и газах Средняя оценка: 4.6 Всего получено оценок: 228. Средняя оценка: 4.6 Всего получено оценок: 228. Определение давления в жидкостях и газах и его учет – важная прикладная задача, которую решают во многих сферах человеческой деятельности. Для ее решения необходимо понимать механизмы возникновения давления и знать разные его виды.

Молекулы газа (как и жидкости) не связаны в жесткую структуру, а двигаются хаотично. Если ограничить жидкость или газ емкостью некоторого объема, то молекулы начнут ударятся о стенки емкости и создавать давление, определяемое формулой $P = $. Очевидно, что молекулы обладают очень малой массой, поэтому сила их удара много меньше площади удара и, соответственно, давление, создаваемое одной молекулой также будет малым.

Но вспомним, что при стандартных условиях в одном моле вещества содержится 6⋅10 23 молекул. В сумме все молекулы создают ощутимое давление. Рис.1. Хаотическое движение молекул газа. Теперь увеличим количество молекул, но объем оставим неизменным. Ударов о стенки станет больше, давление возрастет. Также давление будет увеличиваться, если скорость хаотического движения молекул возрастет, а скорость, как известно, зависит от температуры газа: $v = }$ Эти закономерности отражены в формуле для давления газа, выводимой в рамках молекулярно-кинетической теории: $p = nkT$, где n – концентрация, k – постоянная Больцмана и T – температура.

Предыдущие рассуждения справедливы и для жидкостей. Но в них расстояние между молекулами меньше, поэтому при одинаковом объеме жидкость будет иметь большую массу. Рассмотрим столб воды в поле силы тяжести и разобьем его на некоторое количество малых слоев. Самый первый слой будет давить на все нижележащие с силой $F = \rho gV$.

Если опуститься на слой ниже, то давление возрастет на ту же величину F. Максимальным давление будет у дна столба. Рис.2. Давление столба жидкости. Давление, зависящее от высоты столба жидкости, называют гидростатическим. Оно определяется формулой: $p = \rho gh$, где h – высота столба. Она получается в результате деления выражения для F на площадь слоя. В газах также существует гидростатическое давление.

Например, на поверхность земли давит толща атмосферы. Полное давление в жидкостях и газах будет складываться из давления, оказываемого сторонней силой и гидростатического. В земных условиях для жидкостей внешним давлением чаще всего выступает атмосферное. Для газов же необходимо добавить давление, создаваемое хаотическим движением молекул.

Важным является закон для жидкостей и газов, который устанавливает, что внешнее давление распространяется по всему объему вещества без изменения. Его называют законом Паскаля. Благодаря нему справедливо предыдущее утверждение о полном давлении. Рис.3. Закон Паскаля.

Скорость молекул в идеальном газе υ, масса одной молекулы газа – m, объем всего газа – V. Определить давление газа, если его плотность – $\rho$.

Решение Т.к. $v = }$, то $T = $. Учитывая, что концентрация $n = $, запишем: $p = nkT = \rho $ Открытый сосуд высотой 2 м на четверть заполнили водой. Определить полное давление на дно сосуда. Запишем формулу полного давления: $P = P_0 + \rho gh$. Так как сосуд открытый, на него действует атмосферное давление. Поэтому полное давление будет равно: $P = 101315 + = 121315 Па$ В ходе урока было рассмотрено, как возникает давление в жидкостях и газах, были введены понятия гидростатического давления, внешнего давления и давления хаотического движения молекул, а также рассмотрены формулы для их расчета. В завершении урока были решены две задачи на пройденные темы. Чтобы попасть сюда — пройдите тест. Средняя оценка: 4.6 Всего получено оценок: 228. А какая ваша оценка? Гость завершил с результатом 15/16 Гость завершил с результатом 12/16 Гость завершил с результатом 11/18 Гость завершил с результатом 12/12 Гость завершил с результатом 18/18 Гость завершил с результатом 11/11 Гость завершил с результатом 14/19 Гость завершил с результатом 3/5 Гость завершил с результатом 12/15 Гость завершил с результатом 6/10 Не подошло? Напиши в комментариях, чего не хватает! Читать подробнее: Давление в жидкостях и газах

Что такое измеритель давления газа?

Приборы для измерения давления — Нередко появляется острая необходимость в приборе для измерения давления жидкостей и газов. Рабочие рамки давления требуют непрерывного контроля в каждой трубопроводной системе или емкости, и для этого применяют устройства для измерения давления газа или измерительные установки.

Какой принцип работы.Вид измеряемого давления.Разновидность класса точности.Применение и его назначение.

Какие среды измеряют давление?

Динамическое давление | Эл-Скада

• Действие скоростных расходомеров основано на зависимости динамического давления от скорости потока измеряемой среды.
• По уравнению Бернулли разность между полным давлением и статическим давлением равна динамическому давлению.
• Динамическое давление измеряется скоростными (напорными) трубками (трубка Пито) в комплекте с дифференциальными манометрами.

Напорные трубки, установленные вдоль оси трубопровода, измеряют скорость в центре потока, которая всегда больше средней скорости. Эти зависимости, приводимые в технических справочниках, используются для измерения расхода жидкостей и газов, в трубопроводах больших диаметров и при больших скоростях потоков, а также в трубопроводах некруглого сечения. Рис.1. Установка для измерения расхода воздуха:

1. 1 – вентилятор; 2 – трубопровод; 3 – запорная задвижка; 4 – напорная трубка; 5 – сужающее устройство (диафрагма); 6 – МЕТРАН-22 ДД с жидкокристаллическим индикаторным устройством; 7 – микроманометр; 8 – блок извлечения корня ЭП 2715; 9 – вторичный прибор Диск-250; 10 – ротаметр; 11 – импульсные трубки
2. Расчет расхода воздуха производится по двум методикам:
3. – по напорной трубке;
4. – по перепаду давления на сужающем устройстве.
5. Расход воздуха (м 3 /ч) по показаниям напорной трубки определяется по следующей формуле:

где D – диаметр трубопровода, м; K – коэффициент, учитывающий неравномерность скорости по сечению трубы; K T – коэффициент напорной трубки (для правильно изготовленных трубок близок к единице); – динамическое давление воздуха, Па; – удельный вес воздуха при 20°С и 0,1013 МПа, кг/м 3, Рабочая формула (при D =0,03м) может быть приведена к более упрощенному виду: Значения D, K, K Т необходимо уточнить у преподавателя, т.к. на установке могут происходить изменения. Расчет воздуха по перепаду давления на сужающем устройстве производится согласно ГОСТ 8.563.1-97. Начальные данные: По приведенной в ГОСТ 8.563.1-97 методике расчета с учетом начальных данных действительное значение массового расхода определится по формуле:, (9) Порядок выполнения работы 1. Изучить принцип действия расходомеров переменного перепада давления, постоянного перепада давления, методом напорной трубки.2.

1. Изучить схему установки.3.
2. Подать напряжение на установку и включить вентилятор.4.
3. С помощью запорной задвижки 3 установить наименьший расход воздуха (смотреть по показаниям прибора Диск-250).
4. Записать в таблицу показания датчиков Метран-22ДД, вторичного прибора Диск-250, стеклянного ротаметра.5.
5. Повторить работу по п.5 для 4-5 точек, расположенных равномерно по шкале прибора Диск-250.6.

Выключить вентилятор установки. Рассчитать расход воздуха по напорной трубке, формула (8), по перепаду давления на сужающем устройстве, формула (9).7. Построить градуировочную зависимость для диафрагмы, отложив по оси абсцисс значения, а по оси ординат значения, рассчитанные по формуле, расход – по формуле (8).8.

• Таблица 1
• Экспериментальные данные и результаты работы
• 8 Контрольные вопросы

1. Какие сужающие устройства называются стандартными и при каких условиях возможно их применение для измерения расхода?
2. Как измерить расход воздуха по методу переменного перепада давления на сужающем устройстве?
3. Как измерить расход воздуха по методу постоянного перепада давления?
4. Как измерить расход воздуха по динамическому давлению?
5. Какие единицы измерения приняты для расхода в системе СИ?

Рекомендуемые страницы: §

1. 1) Ознакомиться с принципом действия и устройством термоэлектрических преобразователей.
2. 2) Установить влияние температуры холодного спая на результат измерения.
3. 3) Изучить способы устранения влияния температуры холодных спаев.

Температура является одним из важнейших параметров технологических процессов. Для измерения температуры существует большое количество методов и технических средств. Температурой называется статическая величина, характеризующая тепловое состояние тела и пропорциональная средней кинетической энергии молекул газа.

• Температура – физическая величина, характеризующая степень нагретости тела (т.е.
• Тепловое состояние тела).
• Температурные шкалы – системы сопоставимых числовых значений температуры.
• Все предлагаемые температурные шкалы строились (за редким исключением) одинаковым путем: двум (по меньшей мере ) постоянным точкам присваивались определенные числовые значения и предполагалось, что видимое термометрическое свойство используемого в термометре вещества линейно связанно с температурой,

Пересчёт температуры между основными шкалами приведен в табл.1. Пересчеты с одной шкалы на другую создавали большие трудности и приводили к ряду недоразумений. Поэтому в 1933 г. было принято решение о введении Международной температурной шкалы (МТШ), Реперные точки шкалы МТШ-90 подразделяются на определяющие и вторичные.

• Определяющие реперные точки – это наиболее точно измеренные относительно тройной точки воды температуры, для которых результаты измерений в различных странах хорошо совпадают между собой.
• Список определяющих реперных точек шкалы МТШ-90 дан в табл.2.
• Термоэлектрический метод измерения температур основан на строгой зависимости термоэлектродвижущей силы (термо-э.д.с.) термоэлектрического термометра (термопары) от температуры.

Термоэлектрические явления – совокупность физических явлений, обусловленных взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниках. Если составить цепь из двух разнородных проводников (или полупроводников) А и В и соединить их между собой концами, причем температуру T 1 одного места соединения сделать отличной от температуры Т 2 другого, в цепи появится ЭДС, называемая термоэлектродвижущей силой (термо-э.д.с.).

• Принцип действия термопары основан на возникновении тока в цепи, составленной из двух разнородных проводников при нарушении теплового равновесия места их контактирования. Рис.1.
• Термопара – эффект Пельтье.
• Явление Томсона относится к термоэлектрическим явлениям и заключается в следующем: при пропускании электрического тока через полупроводник (или проводник), вдоль которого существует градиент температуры, в нем, помимо джоулева тепла, в зависимости от направления тока будет выделяться или поглощаться дополнительное количество тепла (теплота Томсона).

Явление Зеебека объясняется тем, что средняя энергия электронов проводимости зависит от природы проводника и по-разному растет с температурой. Если вдоль проводника существует градиент температур, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; в полупроводниках в дополнение к этому концентрация электронов проводимости растет с температурой.

1. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному и на холодном конце накапливается отрицательный заряд, а на горячем остаётся нескомпенсированный положительный заряд.
2. Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие.

Алгебраическая сумма таких разностей потенциалов в цепи создаёт одну из составляющих термоэдс, которую называют объёмной. Эффект Пельтье́ — процесс выделения или поглощения тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников.

1. Величина выделяемого тепла и его знак зависят от вида контактирующих веществ, силы тока и времени прохождения тока, то есть количество выделяемого тепла пропорционально количеству прошедшего через контакт заряда: Причина возникновения явления Пельтье заключается в следующем.
2. На контакте двух веществ имеется контактная разность потенциалов, которая создаёт внутреннее контактное поле.

Если через контакт идет ток, то это поле будет либо способствовать прохождению тока, либо препятствовать. Если ток идет против контактного поля, то внешний источник должен затратить дополнительную энергию, которая выделяется в контакте, что приведет к его нагреву.

Если же ток идет по направлению контактного поля, то он может поддерживаться этим полем, которое и совершает работу по перемещению зарядов. Необходимая для этого энергия отбирается у вещества, что приводит к охлаждению его в месте контакта. Термопары широко применяются для измерения температур до 2500°С.

Для измерения в области низких температур термопары получили меньшее распространение, чем термометры сопротивления. К числу достоинств термопар можно отнести достаточно высокую точность измерения. Способы введения поправки на температуру холодных концовтермопары При измерении температуры термоэлектрическим термометром его свободные концы должны иметь постоянную температуру, так как колебания последней отражаются на показаниях вторичного прибора.

В случае отклонения температуры свободных концов от градуировочного значения, равного 0°С, к показаниям вторичного прибора вводится соответствующая поправка. Поддержание постоянства температуры свободных концов термометра может производиться с помощью специальных термостатов, что значительно облегчает введение этой поправки, величина которой в этом случае остается постоянной.

В настоящее время широко применяется автоматическое введение поправки на температуру свободных концов термометров при помощи специальных компенсирующих устройств, что не требует обеспечения постоянства этой температуры. Эти устройства располагаются отдельно или встраиваются во вторичный прибор.

Способы введения поправки: 1. Применение удлиняющих термоэлектродных проводов, При прокладке соединительной линии между термоэлектрическим термометром и вторичным прибором свободные концы термометра, находящиеся на зажимах в его головке, будут расположены около нагретых поверхностей, т.е. в зоне переменной температуры.

Физика 7 класс (Урок№24 — Приборы для давления. Обобщение и решение — «Атмосфера и атм. давление».)

Чтобы отнести эти концы в зону с постоянной и более низкой температурой, применяются так называемые термоэлектродные удлиняющие провода. Прокладывать термоэлектродные провода на такие большие расстояния не всегда рационально, особенно если термопара выполнена из благородных металлов.

Кроме того, термоэлектродные провода обычно имеют значительное удельное электрическое сопротивление, что приводит к увеличению сопротивления цепи термопары. Поэтому для подключения термопар к измерительным приборам применяют удлинительные (так называемые компенсационные) провода, более дешевые, чем термоэлектродные, и имеющие меньшее сопротивление.

Основное требование к компенсационным проводам: они должны развивать в диапазоне температур (0100) ° С такую же термоЭДС, как и термоэлектродные. Компенсационные провода состоят из двух жил, изготовленных из металлов или сплавов, имеющих одинаковые термоэлектрические свойства с термоэлектродами термопары.

Посредством удлиняющих проводов производится как бы наращивание термоэлектродов термометра, позволяющее отнести свободные концы от места его установки в более благоприятные условия. Для термометров из неблагородных металлов удлиняющие провода изготавливаются чаще всего из тех же материалов, что и термоэлектроды, тогда как для термометров из благородных металлов в целях удешевления удлиняющие провода выполняются из материалов, развивающих в паре между собой примерно ту же термоЭДс, что и термометр, для которого они предназначены.2.

Применение специального медного сопротивления в автоматических потенциометрах,3. Термостатирование холодных концов, т.е. Т 2 =const, при этом обычно используются термостаты или ванна с тающим льдом.4. Применение компенсирующего моста для автоматического введения поправки.

• Схема представляет собой неуравновешенный мост с постоянными манганиновыми резисторами R 1, R 2, R 3 и медным резистором R 4, находящийся в равновесии при 0°С.
• При отклонении температуры свободных концов от нуля возникающий разбаланс моста U ab компенсирует возможное снижение измеряемой ЭДС.5,
• Введение поправки вручную.

Требования, предъявляемые к термопарам

1. Однозначная и линейная зависимость между эдс и температурой.
2. Высокое значение развиваемой термоЭДС.
3. Жаростойкость и механическая прочность.
4. Химическая инертность (материал термопар не должен вступать в контакт с окружающей средой).
5. Термоэлектрическая однородность материала проводника по всей длине, позволяет восстанавливать рабочий спай без переградуировки.
6. Стабильность градуировочной характеристики (т.е. с течением времени должна оставаться постоянной)
7. Технологичность (воспроизводимость) материала.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют стандартные термопары, основные из которых приведены в табл.3. Таблица 3 Стандартные термопары

При введении в цепь термопары третьего проводника, если концы последнего имеют одинаковые температуры, термоЭДС термопары не изменяется (то же относится и к нескольким проводникам). Поэтому включение в цепь термопары соединительных проводов, измерительных приборов и подгоночных сопротивлений не отражается на точности измерения.

• Описание установки
• Установка для поверки термопар (рис.1) имеет следующие приборы:
• а) образцовая платинородий – платиновая термопара типа ПП(S), ТП1, показания которой регистрируются вторичным прибором Диск-250;
• б) поверяемая хромель – алюмелевая термопара типа ХА(К), ТП2, показания которой регистрируются вторичным прибором Диск-250;
• в) хромель-копелевая термопара ХК(Е) для измерения температуры свободных концов поверяемой термопары ТПЗ, показания которой ХК регистрируются вторичным прибором – милливольтметром типа Ш-4540/1;
• г) для нагрева рабочих концов поверяемой термопары имеется электропечь сопротивления П1;
• д) электропечь сопротивления П2 производит нагрев свободных концов поверяемой термопары ХА и рабочего спая термопары ХК;
• е) универсальный переключатель УП.

При включении УП в положение П1 включается нагревательная печь для подогрева рабочего спая поверяемой термопары. При переключении УП в положение П2 включается печь П2 для нагрева холодных концов поверяемой термопары. Печь П1 при этом остается включенной через позиционный регулятор, встроенный в Диск-250. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с инструкцией по проведению работы и установкой.
2. Подготовить табл.4 для проведения эксперимента.
3. Включить вторичные приборы Диск-250 и Ш4540/1.
4. Включить универсальный переключатель УП в режим нагрева рабочего спая П1.
5. С интервалом в 15 с фиксировать показания образцовой и поверяемой термопары, до тех пор, пока температура в печи П1 не достигнет установившегося значения (задается преподавателем). Записывать показания в соответствующие графы табл.4
6. После достижения установившегося значения в печи П1, включить УП в положение П2, при этом включается печь П2 для нагрева холодных спаев поверяемой термопары.
7. С интервалом 15 с фиксировать показания всех трех термопар ТП1, ТП2, ТП3 до тех пор, пока температура в печи не достигнет 120 °С
8. Отключить установку. УП установить в положение «Выкл».

Рис.1. Функциональная схема для поверки термопар:

1. 1а – образцова термопара ПП(S);
2. 1б – вторичный прибор (Диск-250);
3. 2а – поверяемая термопара ХА(K);
4. 2б – вторичный прибор (Диск-250);
5. 3а – термопара ХК(L);
6. 3б – вторичный прибор (милливольтметр Ш4540/1).
7. Обработка результатов

По результатам измерений необходимо заполнить остальные графы табл.4. Расчетное значение определяется на основании показаний поверяемой термопары ТП2 и температуры ее свободных концов (показания ТП3). График зависимости термоЭДС от температуры соответствует условию, когда температура свободных концов термопары равна нулю.

• Эта поправка определяется по формуле:
• (10)
• где знак плюс относится к случаю, когда Т 2 >Т, а минус к случаю, когда Т 2 <Т,

Таким образом, расчетное значение температуры поверяемой термопары складывается из показаний поверяемой термопары плюс значение температуры по градуировочной зависимости хромель-алюмелевой термопары, найденной по показаниям термопары холодного спая. Например, Диск 250 показывает 380 °С, при этом милливольтметр показывает 120 °С.

1. Пользуясь градуировочной табл.5 для ХА термопары, находим, что при 120 °С ХА термопара дает 4,919 мВ, при 380 °С – 15,552.
2. Сумма термоЭДС равна 4,919 15,552 = 20,471 мВ.
3. И по ней определяем истинную температуру, (пользуясь той же градуировочной таблицей) она равна 496 °С.
4. Результаты расчетов заносим в таблицу.

Далее необходимо построить графики изменения показаний приборов во времени, а также показаний поверяемой термопары с учетом поправки на температуру свободных концов. Примерные графики приведены на рис.2. Содержание отчета Отчет составляется каждым студентом и включает в себя:

1. Наименование работы.
2. Цель работы.
3. Краткое описание устройства и принципа действия термоэлектрических преобразователей. Способы введения поправки.
4. Результаты работы в виде таблицы и графиков.
5. Выводы по работе.

7 Контрольные вопросы 1. На каких явлениях основано действие термоэлектрических термометров? 2. Почему при подсоединении термопары к измерительному прибору, пользуются компенсационными проводами? 3. Как вводится поправка на температуру свободных концов термопары в автоматических и переносных потенциометрах, милливольтметрах? 4.

Рис.2. График изменения температуры Таблица 5 Номинальная статическая характеристика преобразования термопары ХА(К)

Рекомендуемые страницы: § Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве вещества изменять своё электрическое сопротивление с изменением температуры. Термометр сопротивления (ТС) погружают в среду, температуру которой необходимо определить.

Зная зависимость сопротивления термометра от температуры, можно по изменению сопротивления судить о температуре среды, в которой он находится. Раньше считали, что наиболее подходящим материалом для изготовления термометров сопротивления являются только чистые металлы, однако исследования показали, что ряд полупроводников также могут быть использованы в качестве материала для изготовления ТС.

ТС из чистых металлов получили наибольшее распространение, изготавливают их обычно в виде обмотки из тонкой проволоки на специальном каркасе из изоляционного материала. Эту обмотку принято называть чувствительным элементом ТС. У металлических ТС сопротивление с увеличением температуры – увеличивается.

• Достоинства металлических ТС: высокая степень точности измерения температуры.
• Полупроводниковые ТС, могут быть использованы для измерения температур от 1,3 до 100К.
• В технологических измерениях применяются реже по сравнению с металлическими, т.к.
• Требуют индивидуальной градуировки.
• У полупроводниковых ТС сопротивление с увеличением температуры – уменьшается.

Требования, предъявляемые к чувствительным элементам ТС: 1. Высокое удельное электрическое сопротивление, т.е. чем больше удельное сопротивление, тем проще увидеть изменение температуры.2. Высокий температурный коэффициент.

1. Изменение сопротивления материала при изменении температуры характеризуется температурным коэффициентом сопротивления, который вычисляется по формуле:
2. , (11)
3. где – температура материала, °С; и – электросопротивление соответственно при 0 °С и температуре, Ом.

3. Воспроизводимость характеристики и её стабильность.4. Химическая инертность в измеряемой среде.5. Воспроизводимость материалов.6. Постоянство физических свойств во времени.

• Обязательным требованием является третье, все остальные желательны.
• Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют следующие материалы: платина, медь, никель.
• Точность измерений температуры зависит не только от типа ТС, а также от точности прибора, которым измеряют сопротивление.
• В комплекте с ТС работают следующие вторичные приборы:
• 1. Мосты уравновешенные и неуравновешенные, а также автоматические;
• 2. Логометры;
• 3. Приборы Диск-250 и А-566

4. Интеллектуальные преобразователи. Основные характеристики термометров сопротивления приведены в табл.1. Таблица 1 Основные характеристики термометров сопротивления

Описание установки Установка включает образцовый прибор: одинарно-двойной мост постоянного тока типа Р329, применяемый в качестве меры сопротивления 1, логометр 2, вторичный прибор Диск-250 3, прибор А-566 4 (рис.1). Рис.1. Схема лабораторной установки Питание установки 220 В должно быть включено за 5 – 10 мин до начала поверки.

Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с методикой поверки, схемой экспериментальной установки.2. Подготовить протоколы поверки. Протоколы поверки выполняются на отдельной странице. Для каждого прибора должен быть отдельный протокол.3. Записать все данные о приборах в соответствующие протоколы.4. Получив разрешение, включить установку.

Прогреть 5 – 10 мин.5. Изменяя сопротивление моста Р329, подойти к каждой оцифрованной отметке соответствующего поверяемого прибора (Диск-250, логометр, А-542) с левой стороны и записать показания моста в колонку «Прямой ход», а затем с правой стороны, записывая данный в колонку «Обратный ход» (примечание: прибор А-542 является цифровым, поэтому для него достаточно поверить показания при прямом ходе измерения).6.

1. Калибратор-измеритель стандартных сигналов КИСС-03 предназначен для проверки, настройки и поверки по­казывающих и регистрирующих приборов, различных измерительных комплексов, а также может применяться при выполнении пуско-наладочных работ в различных отраслях промышленности.
2. Основными являются следующие функции:
3. – измерение значений постоянного тока или напряжения.
4. – измерение сопротивления.
5. – измерение температуры с помощью термопреобразователей сопро­тивлений (ТС) с номинальной статической характеристикой преобразования 50М, 100М, 50П, 100П (в дальнейшем – ТСМ50, ТСМ100, ТСП50, ТСП100 соответственно), Pt100, подключенных по 4-проводной линии связи.

– измерение температуры с помощью термопар (ТП) типов S, K, L, В, А-1, N, J (ГОСТ Р 8.585-2001) с компенсацией температуры «холодных» спаев. – генерация постоянного тока или напряжения с возможностью плавной регулировки и задания от одного до шести значений генерируе­мого параметра; вывод значений осуществляется циклически, с помо­щью нажатия одной клавиши; имеется возможность изменять направле­ние вывода значений.

• Назначение функциональных клавиш приведено в таблице 1.
• Таблица 1
• Назначение функциональных клавиш КИСС-03

ol>

Циклический переход из одного режима в другой осуществляется с помощью клавиши по схеме, приведенной на рис.2. Рис.2. Схема циклического переключения режимов работы КИСС-03 Во всех режимах работы выбор предела измерения/ генерации осу­ществляется автоматически.

Порядок проведения генерации ТЭДС термопар для осуществления поверки приборов приведен в табл.2. Таблица 2 Порядок проведения генерации ТЭДС термопар для осуществления поверки приборов Описание установки Установка состоит из калибратора измерительных стандартных сигналов – КИСС-03, автоматического потенциометра типа KСП-3, милливольтметра типа Ш-4540 и прибора Диск-250.

С помощью переключателя можно подсоединить любой из приборов к КИСС-03. Схема лабораторной установки приведена на рис.2. Рис.2. Схема лабораторной установки:

• 1 – автоматический потенциометр типа КСП-3; 2 – потенциометр типа Диск-250; 3 – милливольтметр типа Ш-4540
• Необходимо помнить, что в потенциометрах KCП-3 компенсация температуры свободных концов осуществляется c помощью медного резистора, встроенного в схему компенсации.
• Для прибора ДИСК-250 необходимо знать температуру в лаборатории и составить градуировочную таблицу с учетом этой температуры.
• Порядок выполнения работы

1. Познакомиться с методикой поверки, схемой экспериментальной установки.2. Подготовить протоколы поверки.3. Включить прибор КИСС – 03 в сеть. Подготовить прибор КИСС-03 к работе. Для этого выполнить следующее:

1. – подключить КИСС-03 к потенциометру типа Диск-250;
2. – с режима «Измерение» перейти в режим «Генерация», нажатием кнопки «Генерация»;
3. – выбрать ТП (термопара), выбрать градуировку термопары (L), с помощью кнопки «Выбор». После выбора нужной термопары вводим прибор в работу, с помощью кнопки «Ввод»;
4. – ввести «ноль» и проверить установку стрелки потенциометра типа Диск-250 на деление, соответствующее температуре окружающей среды ;
5. – записать температуру окружающей среды в протокол поверки с целью последующего ее вычитания из стандартных сигналов КИСС-03;
6. – последовательно задавать поверяемую температуру в приборе КИСС-03 и записывать показания КИСС-03 (в мВ) и соответствующие показания поверяемого прибора в протоколы поверки в соответствующие графы (протокол поверки составляются для каждого прибора на отдельной странице);
7. – каждый раз при вводе нового значения поверяемой температуры, сначала нажимаем кнопку «Сброс», затем с клавиатуры прибора КИСС-03 вводим температуру и нажимаем кнопку «Ввод».

4. Выполнить пункт 3 для автоматического потенциометра типа КСП-3 и милливольтметра.5.Т.к. характеристика термопары для отрицательных температур отличается от положительных, то при введении отрицательных значений сначала нажимаем кнопку «±», затем набираем число.6.

Рассчитать приведенную погрешность для каждого прибора и определить его пригодность к работе. Обработка результатов Рекомендуемые страницы: § Необходимо рассчитать приведённые погрешности для всех числовых отметок шкалы (графа 4). За основную погрешность прибора принимают наибольшие по абсолютному значению величины приведённой погрешности.

Основную погрешность необходимо сравнить с классом точности прибора и сделать выводы, в которых необходимо классифицировать погрешность и пригодность прибора к измерениям.

• Содержание отчета
• Отчёт должен быть оформлен в соответствии с требованиями стандарта предприятия (МГТУ).
• Отчёт составляется каждым студентом и включает:
• – наименование работы;
• – цель и основные задачи;
• – теоретическое введение;
• – описание установки;
• – результаты эксперимента, оформленные в виде протоколов;
• – выводы по результатам поверки, в выводах необходимо классифицировать погрешность прибора (систематическая, случайная).
• Защита результатов лабораторной работы осуществляется индивидуально или подгруппой перед выполнением следующей работы.
• 7 Контрольные вопросы

1. Каковы особенности методики проведения поверки автоматического потенциометра типа КСП-3 и вторичного прибора Диск-250? 2. Как осуществляется компенсация температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя в автоматическом потенциометре? 3.

1. ПРОТОКОЛ
2. Дата _ поверки _типа _
3. № _ градуировки _с пределами измерений от _до _
4. класса точности _ представленного _
5. Поверка производилась по калибратору-измерителю стандартных сигналов КИСС-03
6. № _ класса точности _
7. Результаты внешнего осмотра _
8. Результаты поверки

Лабораторная работа № 5 (стенд № 13) ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И РАБОТЫ ПИРОМЕТРА КОМПЛЕКСА АПИР-С Цель работы 1. Изучить бесконтактные методы измерения температуры.2. Изучить принцип действия и конструкцию промышленного пирометра комплекса АПИР-С.3. Ознакомится с методикой подготовки комплекса для измерения температуры и выполнить измерение температуры объекта.

Общие положения О температуре нагретого тела можно судить на основании измерения параметров его теплового излучения, представляющего собой электромагнитные волны различной длины, Чем выше температура тела, тем больше энергии оно излучает. Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называют пирометрами,

Они позволяют контролировать температуру от 100 до 6000 °С и выше, Одним из главных достоинств данных устройств является отсутствие влияния измерителя на температурное поле нагретого тела, так как в процессе измерения они не вступают в непосредственный контакт другсдругом,

• Методы измерения температур, использующие различные свойства теплового излучения абсолютно чёрного тела, нашли широкое практическое применение.
• Под абсолютно чёрным телом (АЧТ) понимают тело, которое поглощает всю падающую на него энергию.
• В пирометрии излучения в качестве величин, характеризующих тепловое излучение тел, применяют энергетическую светимость (излучательность) и энергетическую яркость (лучистость).
• Под полной энергетической светимостью тела понимают полную (интегральную) поверхностную плотность излучаемой мощности.
• Энергетической яркостью тела в данном направлении называется мощность излучения в единичный телесный угол с единицы площади проекции поверхности тела на плоскость, перпендикулярную данному направлению.
• Энергетическая яркость (лучистость) является основной величины, непосредственно воспринимаемой человеческим глазом, а также всеми пирометрами, основанными на измерении температуры по тепловому излучению.

Все реальные тела по степени поглощения ими лучистой энергии отличаются от чёрного тела и имеют коэффициент поглощения меньше 1. Излучательная способность реальных тел также отличается от лучеиспускательной способности черного тела и может быть охарактеризована коэффициентом излучения полным или спектральным.

Так как излучательная способность зависит от индивидуальных особенностей реальных тел, то возникает необходимость градуировать пирометры по излучению чёрного тела. Применяя эти пирометры для измерения температуры реальных тел, излучающих сплошной спектр, мы в большинстве случаев получаем значения температур, отличающиеся от действительных температур данных тел, поскольку их излучение не соответствует излучению чёрного тела.

Эти температуры реальных тел называют, обычно, условными.

1. Условные температуры тел, измеренные пирометрами, тем больше отличаются от действительных, чем значительнее характер излучения этих отличается от характера излучения чёрного тела.
2. Тепловое излучение описывается формулой Планка :
3. , (14)
4. где – спектральная энергетическая яркость; С 1, С 2 – константы; l – длина волны; Т – температура.
5. По формуле Планка можно определить, какую энергию излучает нагретое тело, имеющее температуру T на определённой длине волны l,

Из этой формулы следует, что энергия, излучаемая нагретым телом, растет приблизительно в 16 – 20 раз быстрее, чем его температура, Следовательно, измеряя сравнительно грубо энергию, излучаемую нагретым телом, можно сравнительно точно измерить его температуру.

• Максимум кривой распределения энергетической светимости с увеличением температуры смещается в сторону коротких длин волн, Длина волны l max, соответствующая максимуму кривой распределения энергии в спектре излучения чёрного тела, связана с абсолютной температурой Т соотношением:
• l max Т=2896 мкм×Т. (15)
• В ограниченном интервале температур и при малых значениях длин волн зависимость спектральной энергетической яркости чёрного тела от длины волны и температуры может быть выражена уравнением Вина:
• , (16)
• Уравнение Вина более удобно для практического применения в пирометрии, чем формула Планка.
• Интегральную энергетическую яркость определяется законом Стефана – Больцмана :
• , (17)
• где – постоянная Больцмана.
• Эта формула говорит о том, что полная энергия, излучаемая телом пропорциональна температуре в четвертой степени,
• На основании законов излучения существуют следующие методы измерения температуры:

1. Яркостная пирометрия, основанная на измерении энергии излучаемого тела на данной длине волны.2. Радиационная пирометрия, основанная на использовании закона Стефана – Больцмана, т.е. суммарная энергия пропорциональна температуре в четвертой степени.3.

1. На основании законов излучения разработаны пирометры следующих типов:
2. – пирометр суммарного излучения (ПСИ) – измеряется полная энергия излучения;
3. – пирометр частичного излучения (ПЧИ) – измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участке спектра;
4. – пирометры спектрального отношения (ПСО) – измеряется отношение энергий фиксированных участков спектра.
5. В данной лабораторной работе изучается пирометр частичного излучения, измеряющий яркостную температуру реального тела.
6. Яркостной температурой тела Т я в свете длины волны l называется такая температура Т абсолютно черного тела, при которой спектральные энергетические яркости реального тела и черного тела в лучах той же длины волны равны между собой.
7. Известно большое количество различных вариантов пирометров частичного излучения (ПЧИ), которые подразделяются на три группы:

1. С непосредственным измерением электрического сигнала на приемнике (АПИР-С).2. Выполненные по компенсационной схеме с эталонным источником излучения, температура которого изменяется (ФЭП).3. Выполненные по компенсационной схеме, в них температура эталонного излучателя поддерживается постоянной, уравнивание потоков производится с помощью поглотителя (сетка с переменной плотностью, диафрагма и пр.), вводимого между эталонным излучателем и приемником излучения.

• Рекомендуемые страницы: § Устройство пирометрического преобразователя приведено на рис.1.
• Защитное стекло 1 служит для защиты оптической системы от загрязнения и крепится кольцом с резьбой.
• Линза 2 (объектив) служит для получения изображения измеряемого объекта в плоскости полевой диафрагмы 4, предназначенной для получения заданного показателя визирования.

Для получения стандартной градуировки предусмотрена апертурная диафрагма 3, перемещением которой осуществляется подгонка градуировочной характеристики. Конденсатор 5 предназначен для передачи изображения от диафрагмы 4 в плоскость приемника излучения.

Рис.1 Пирометрический преобразователь. Приемное устройство служит для преобразования светового потока в электрический сигнал. Оно состоит из диафрагмы 6, светофильтра 7, фотодиода 8, которые помещены в термостат 9. Светофильтр предназначен для выделения рабочей спектральной области фотодиода. Фотодиод преобразует тепловую энергию, поступившую на него, в электрический сигнал.

Для наведения преобразователя на объект служит смещенный с оптической оси окуляр 11 и зеркало10. Термостат в ПЧД – 131 представляет собой двустенный цилиндр, между стенками которого положен пенопласт. Задатчиком температуры является транзистор ГТ 310 А, сигнал управления с которого поступает в блок питания ПВ-3.

• – германиевый фотодиод ФД-3А (градуировки ДГ);
• – кремниевый фотодиод ФД-25К (градуировки ДК).
• Градуировочные характеристики преобразователей для каждого диапазона измерений одинаковы для любых типоразмеров.

Преобразователи ПЧД-121 и ПЧД-131 имеют термостатированный приемник излучения. Наличие термостатирования позволяет значительно уменьшить температуру окружающего воздуха. Элементом, регулирующим температуру термостата, служит транзистор ГТ310А. Температура термостатирования выбрана с учетом характеристик фотодиодов и составляет 30±2°С для преобразователей градуировок ДГ и 50°С для ПЧД градуировок ДК.

• Описание установки Установка состоит из пирометрического преобразователя ПЧД-131, преобразователя вторичного и регистрирующего прибора КСП-3 (рис.2).
• Пирометрический преобразователь визируется на нагреватель, температура которого ступенчато изменяется с помощью тиристорного регулятора мощности.
• Температура объекта контролируется с помощью хромель-алюмелевой термопары, подключенной к милливольтметру.

Пирометры АПИР-С используются для измерения температуры движущихся объектов. Для имитации движущегося предмета перед пирометром помещается обтюратор скорость вращения, которого регулируется с помощью реостата.

2. Рис.2 Схема лабораторной установки для измерения температуры пирометром АПИР-С
3. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством пирометра АПИР-С и установкой, предназначенной для измерения температуры объекта.2. Включить установку, вторичный измерительный преобразователь и регистрирующий прибор КСП-3. Время нагрева 5 мин.3. Установить температуру объекта » 9001000 °С и осуществить наводку пирометра на объект (черное пятно должно полностью перекрывать объект).4.

• Содержание отчета
• Отчет должен быть оформлен в соответствии с требованиями стандарта предприятия (МГТУ).
• Отчет составляется каждым студентом и должен включать в себя:
• – название и цель работы.
• – выполнение работы – указывается методика исследования, даются схемы, эскиз установки с необходимыми пояснениями и кратко описывается порядок выполнения работы.

– результаты работы приводятся в виде табл.1, графиков (градуировочная характеристика и изменение температуры для различных степеней черноты) с текстовым пояснением, результаты измерений (пример показан на рис.3). – выводы по работе.6 Контрольные вопросы 1.

Рис.3. Изменение температуры для различных степеней черноты Рекомендуемые страницы: § Цель работы 1. Ознакомиться с методами измерения уровня жидкостей.2. Изучить пьезометрический метод измерения уровня.3. Изучить устройства, реализующие данный метод и методику измерения уровня и плотности неизвестной жидкости.

1. Общие положения Измерение уровня жидкостей играет важную роль при автоматизации технологических процессов.
2. Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной плоскости, принятой за начало отсчёта.
3. Технические средства, применяемые для измерения уровня, называются уровнемерами.

Приборы, предназначенные для сигнализации предельных уровней жидкости, называются сигнализаторами уровня. Уровнемеры также имеют широкое применение в различных отраслях промышленности для измерения по уровню количества жидкости, находящейся в резервуарах, баках и других устройствах.

1. – по виду используемой вспомогательной энергии;
2. – по наличию устройства для отсчёта и передачи показаний;
3. – по виду сигнала-носителя информации;
4. – по защищённости от воздействия окружающей среды;
5. – по устойчивости к механическим воздействиям;
6. – по температурному диапазону.
7. Приведённое выше разделение уровнемеров является скорее разделением по признакам конструктивного исполнения и не может помочь в выборе того или иного уровнемера, так как характеризует вторичные свойства уровнемера.

Основной же следует считать классификацию уровнемеров по применённому методу измерения уровня. Методы измерения уровня группируются по тем физическим свойствам, различие которых у веществ, образующих поверхность раздела, положено в основу метода.

• По принципу действия приборы для измерения уровня жидкости можно разделить на механические, пьезометрические, электрические, акустические и радиоизотопные. Приборы в указанных группах, в свою очередь, подразделяются по устройству:
• 1. Механические, которые в свою очередь подразделяются на:
• – поплавковые, с чувствительным элементом, находящимся на поверхности измеряемой жидкости и передающим значение уровня указателя с помощью мерной ленты или троса;
• – буйковые (поплавки с отрицательной плавучестью), имеющие в качестве чувствительного элемента буёк, связанный с компенсационным устройством, реагирующим на изменение веса буйка при изменении уровня погружения его в жидкость.
• 2. Пьезометрические (гидростатические):
• – барботажные, представляющие собой пневмометрическую трубку, имеющую выход для воздуха на фиксированном положении от дна резервуара; уровень определяется по давлению воздуха, прокачиваемого по трубке;
• – манометрические, определяющие уровень по давлению пьезометрического столба жидкости, воспринимаемого манометром, дифманометром.
• 3. Электрические :
• – электроконтактные, основанные на измерении электропроводимости измеряемых сред;
• – емкостные, использующие различие диэлектрических свойств воздуха (Е = 1) и измеряемой жидкости (воды Е = 81);
• – индуктивные, импеданс датчика уровня имеет индуктивный характер и меняется с изменением уровня из-за различия электропроводностей жидкости и парогазовой смеси;
• – радиоволновые, основанные на использовании зависимости какой-либо характеристики электромагнитного колебательного процесса от величины контролируемого уровня (радиолокационный, радиоинтерференционный, эндовибраторный и резонансный методы).

4. Акустические методы измерения уровня, которые, в свою очередь, подразделяются на локационные, диссипативные и резонансные. Чаще применяется локационный, определяющий уровень по времени распространения ультразвуковых волн в измеряемой среде.5. Радиоактивные, использующие поглощение измеряемой жидкостью γ-лучей, излучаемых радиоактивным излучателем (кобальт-60 или цезий-137).

Пьезометрический уровнемер Пьезометрический метод измерения уровня основан на измерении высоты столба жидкости по давлению, которое создаёт этот столб. В этом случае уровень жидкости можно определить подключением манометра к нижней отметке ёмкости, продувкой воздуха или при помощи дифференциального манометра.

На рис.1 изображены два способа измерения уровня жидкости в резервуаре: при помощи установки манометра и продувкой воздухом. При измерении уровня продувкой воздухом опускают в резервуар на фиксированное расстояние трубку. Через трубку прокачивают воздух, который, выходя из свободного конца пузырьками, препятствует поступлению жидкости в трубку.

1. , (18)
2. где – высота столба жидкости над обрезом трубки; – удельный вес жидкости.

Рис.1. Схема измерения уровня жидкости при помощи манометраи пьезометрическим способом (продувкой воздухом)

• Уравнение, связывающее давление Р с текущим значением уровня в сосуде и различными параметрами уровнемера и жидкости, в общем случае будет иметь вид:
• , (19)
• где – поправка, учитывающая вертикальный градиент давления и зависящая от возвышения манометра l над нижним обрезом трубки; – поправка на преодоление сил трения по длине импульсной трубки; – поправка на потери давления из-за действия сил поверхностного натяжения жидкости.
• Поправка вводится либо при значительном давлении газа (свыше 7 кгс/см 2 ), либо при значительном возвышении манометра над уровнем жидкости.
• Потери давления на трение по длине трубки определяются как:
• , (20)
• где – коэффициент гидравлического сопротивления трубки, функциональная зависимость которого определяется режимом движения газа в ней; – диаметр импульсной трубки; – длина импульсной трубки от нижнего обреза до манометра; – скорость движения газа в трубопроводе; – объёмный расход газа.
• Существует тенденция выбирать диаметр трубки по возможности большим в пределах от 6 до 20 мм, сводя к минимуму потери на трение.

Расход воздуха, как правило, выбирается опытным путём и обычно колеблется от 0,1 до 2 л/мин, что соответствует скорости газа 8–10 м/с. Практически расход газа должен быть таким, чтобы обеспечивалось постоянное его прохождение через жидкость с образованием цепочки пузырей без слияния их в сплошную струю.

1. Потери давления на поверхностное натяжение можно определить по формуле
2. , (21)
3. где – сила поверхностного натяжения жидкости.
4. Характерно, что все поправки, вводимые в результат измерения, не зависят от текущего значения уровня, поэтому для определения суммарной величины поправок достаточно провести тарировку датчика в одной точке.

Пьезометрический уровнемер пригоден для измерения уровня практически любой жидкости. Агрессивность среды не оказывает влияния на работу уровнемера при правильном выборе материала импульсной трубки. Единственным лимитирующим параметром жидкости является её вязкость.

Влияние вязкости проявляется в увеличении диаметра пузырьков, отрыв которых от обрезов трубки сопровождается возникновением колебаний в измерительной линии, что отражается на точности измерения уровня. Пьезометрический уровнемер пригоден для измерения уровня жидкостей, вязкость которых не превышает 1800–2000 сСт (санти Стокс).

Пьезометрический метод измерения уровня можно легко использовать для измерения плотностей жидкости. Для этого заполняют один сосуд эталонной жидкостью, плотность которой известна (например, водой), а другой сосуд – испытуемой жидкостью с неизвестной плотностью,

• В первом эталонном сосуде давление продуваемого воздуха, Н/м, устанавливается на значение:
• , (22)
• а во втором с испытуемой жидкостью на значение
• , (23)
• где = 9,81 м/с 2 ; – уровень, м; и – давление соответственно в испытуемом и эталонном сосудах, Н/м 2,
• Отсюда плотность испытуемой жидкости:
• , (24)
• Описание установки

Схема лабораторной установки для определения уровня пьезометрическим способом приведена на рис.2. В сосуд 1, уровень жидкости в котором измеряется, опускается импульсная трубка 2. По соединительной трубке 5 подаётся воздух от побудителя расхода 7 (компрессор).

Перемещение импульсной трубки осуществляется с помощью держателя 4 вдоль шкалы 3 по направляющим. Расход воздуха от побудителя регулируется с помощью ротаметра 6, давление воздуха после ротаметра измеряется с помощью U-образного манометра 8 и преобразователя Метран-100 со вторичным прибором Диск-250.

Рис.2. Схема установки для определения уровня пьезометрическим способом: 1 – сосуд; 2 – импульсная трубка; 3 – шкала; 4 – держатель;5 – резиновая трубка; 6 – ротаметр с регулированием расхода воздуха; 7 – компрессор; 8 – U-образный манометр; 9 – преобразователь Метран-100 с жидкокристаллическим индикаторным устройством; 10 – потенциометр типа Диск-250 Схема электрических соединений приборов для измерения уровняи плотности жидкости пьезометрическим способом приведена на рис.3.

1. Рис.3. Схема электрических соединений приборов для измерения уровняи плотности жидкости пьезометрическим способом Порядок выполнения работы Уровень изменяется вертикальным перемещением импульсной трубки.
2. Давление измеряется двумя приборами: U-манометроми преобразователем давления Метран-100.
3. Метран-100 преобразует давление в электрический сигнал 0–5 мА.

Сигнал от преобразователя Метран-100 передаётся на вторичный прибор Диск-250, рис.3. При этом одновременно осуществляется индикация давления на жидкокристаллическом дисплее преобразователя Метран-100. При проведении работы устанавливают различные расходы воздуха с помощью ротаметра 6 и при каждом расходе воздуха проводят измерение уровня на всех оцифрованных отметках.

1. Полученные данные заносят в табл.2.
2. Строят графики зависимости давления от уровня для различных расходов воздуха (минимального, среднего, максимального).
3. На рисунке откладывают по оси абсцисс отсчёт по шкале 3, а по оси ординат показания вторичного прибора Диск-250.
4. По полученным графикам и результатам наблюдений производят выбор оптимального расхода воздуха, который затем устанавливают с помощью ротаметра 6.

Затем определяют плотность неизвестной жидкости, для чего производят измерение давления и уровня при определённом значении уровня воды. Далее сосуд с водой заменяют сосудом с неизвестной жидкостью и при тех же значениях уровня производят измерения давления при неизвестной жидкости.

Таким образом, порядок выполнения работы выглядит следующим образом: 1. Ознакомиться по инструкции с методами измерения уровня и устройством пьезометрического уровнемера.2. Подать напряжение на установку, переключатель «Работа» установить в положение «ВКЛ».3.

Перемещая держателем импульсную трубку через 10 мм, записать показания преобразователя Метран-100 в табл.2. За начало отсчёта считать момент, когда срез импульсной трубки касается жидкости.4. Проделать пункт 3 для разных расходов воздуха. Минимальный расход воздуха соответствует расходу, когда пузырьки редко следуют друг за другом, преобразователь Метран-100 реагирует на каждый пузырёк.

Средний расход – вторичный прибор перестаёт реагировать на каждый пузырёк. Максимальный – воздух идёт сплошной струёй.5. Установить оптимальный расход воздуха и произвести измерения при одних и тех же отсчётах по шкале для воды и неизвестной жидкости. Рассчитать плотность неизвестной жидкости.

Содержание отчета Отчёт должен содержать: 1. Краткий перечень методов измерения уровня жидкости.2. Схему установки для измерения уровня пьезометрическим способом.3. Результаты работы: таблица, расчет плотности неизвестной жидкости, выводы.6 Контрольные вопросы 1.

Принцип действия и устройство пьезометрического уровнемера.2. Какие поправки необходимо учитывать при определении уровня? 3. В каких случаях вводится поправка, учитывающая вертикальный градиент давления? 4. Почему диаметр трубки для продувки выбирают по возможности наибольшим? 5. Каким должен быть расход газа или воздуха, вдуваемого под слой жидкости? 6.

Каков принцип измерения плотности жидкости на данной установке? 7. Почему нельзя устанавливать очень малый расход воздуха? Рекомендуемые страницы: §

1. – уровнемеры, измеряющие абсолютное значение уровня по отношению к принятому за нулевой (такие уровнемеры имеют одностороннюю шкалу);
2. – уровнемеры, измеряющие отклонение уровня от номинального (они имеют двустороннюю шкалу, как правило, симметричную).
3. Приборы, применяемые для контроля уровня сыпучих материалов можно классифицировать по следующим признакам:
4. – по виду выполняемых функций: реле или сигнализатор уровня (регуляторы, уровнемеры);
5. – по способу контроля (порционные, дискретные и непрерывные).
6. По принципу действия уровнемеры для сыпучих материалов можно представить в виде шести групп методов:
7. – использующих различие плотностей (весовой, радиоизотопный, гидростатический, буйковый, поплавковый.)
8. – оптические (фотоэлектрический, визуальный, преломления, поглощения, отражения.)
9. – электромагнитные (кондуктометрический, индуктивный, емкостной, радиоволновый.)
10. – -механические (с гибким щупом, зондовый, маятниковый, с вращающимся телом, с колеблющимся телом.)

Простейшими из них по принципу работы являются весовые (массовые), основанные на взвешивании бункера вместе с имеющимся в нем материалом. В качестве преобразователя в этих уровнемерах может быть использована гидравлическая мессдоза, которая является опорой одной из лап бункера.

Мессдоза представляет собой стальной корпус, герметично закрытый мембраной с закрепленным на ней поршнем, на который опирается лапа бункера. Внутренняя полость корпуса (под мембраной) заполнена жидкостью и соединительной линией соединяется с манометром, влияние жидкости в системе мессдоза — манометр равно силе тяжести бункера с материалом, деленной на площадь поршня.

В массовых уровнемерах вместо мессдозы применяться и более совершенные магнитоупругие преобразователи, обеспечивающие высокую точность измерения (их погрешность не более ±5 %). Основным элементом таких преобразователей является металлический чувствительный элемент, магнитная проницаемость которого изменяется при упругой механической деформации.

Магнитоупругие преобразователи устанавливаются под опоры бункера и включаются в схему неуравновешенного моста, выходной сигнал которого будет зависеть от степени деформации преобразователя, т.е. от количества материала в бункере. Радиоизотопные уровнемеры предназначены для непрерывного бесконтактного дистанционного измерения уровней жидкостей и сыпучих тел.

Принцип действия этих приборов основан на изменении степени ослабления γ-излучения на границе раздела двух сред, испускаемого радиоактивными изотопами цезием Cs137 или кобальтом Со60 через контролируемую среду. Сигнал от счетчика через измерительные блоки воздействует на исполнительный механизм, который перемещает детектор вверх до положения, соответствующего уровню материала и регистрируемого вторичным прибором.

Схема радиоизотопного уровнемера приведена на рис.1. Рис.1. Радиоизотопный уровнемер: 1 – источник радиационного излучения; 2 – приёмник (детектор) излучения; 3 – кабель-тросы;4 – токосъёмники В уровнемерах, называемых акустическими, используется метод локаций уровня сыпучего материала через газовую среду.

Достоинством этого метода является то, что акустическая энергия, посланная в объект для измерения уровня сыпучего материала, распространяется по газовой среде. Это обеспечивает универсальность измерения уровня сыпучего материала. Распространение по газовой среде обеспечивает универсальность по отношению к различным материалам, уровень которых необходимо измерить, а также высокую надежность первичных преобразователей, не контактирующих с сыпучими материалами.

По принципу действия акустические уровнемеры можно подразделить на локационные, поглощения и резонансные. Наибольшее распространение получили локационные уровнемеры. Локационные уровнемеры В локационных уровнемерах используется эффект отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела сыпучий материал — газ.

Положение уровня определяется по времени прохождения ультразвуковых колебаний от источника до приемника после отражения их от поверхности раздела. На рис.2 изображён локационный уровнемер.

• Уровнемеры диссипативные (поглощения)
• В уровнемерах поглощения положение уровня определяется по ослаблению интенсивности ультразвука при прохождении через слои сыпучего материала и газа.
• Уровнемеры резонансные
• В резонансных уровнемерах измерение уровня производится посредством измерения частоты собственных колебаний столба газа над уровнем сыпучих материалов, которая зависит от уровня сыпучих материалов.

Рис.2. Схема локационного уровнемера:

1. 1 – излучатель; 2 – приемник электромагнитной энергии; 3 – схемы измерения интервала времени
2. 3) Оптические методы
3. Визуальный уровнемер

Визуальный метод основан на визуальном определении уровня сыпучих материалов. При повышенных давлениях применяются плоские стекла, на поверхности которых со стороны сыпучего материала нанесены вертикальные граненые канавки. Из условий прочности не рекомендуется применять указательные стекла длиной более 0,5 м, поэтому при большом диапазоне изменения уровня устанавливается несколько стекол в шахматном порядке таким образом, чтобы их диапазоны измерения перекрывались.

• Уровнемеры преломления (отражения)
• Метод преломления (отражения) основан на изменении положения преломлённого (отражённого) луча при изменении уровня сыпучего материала.
• 4) Электромагнитные методы
• Для электропроводных материалов наиболее простыми являются кондуктометрические уровнемеры
• Кондуктометрический уровнемер

Кондуктометрический уровнемер основан на измерении величины активного сопротивления между электродами при изменении уровня сыпучего материала. Сигнализатор может контролировать либо только верхний уровень сыпучего материала в бункере (в этом случае применяется только один электрод), либо верхний и нижний уровни (применяются два электрода).

Примером может послужить уровнемер типа ИКС. Принцип действия таких сигнализаторов (рис.3) заключается в замыкании электрической цепи стенка бункера — материал — электрод при касании поверхностью материала электрода. Основные недостатки при эксплуатации: механическое разрушение электродов под действием материала, возможность ложных срабатываний из-за утечек через запыленную среду (обычно во избежание этого на электроды устанавливают охранные кольца).

Рис.3. Схема кондуктометрического уровнемера

1. Индуктивный уровнемер
2. Индуктивный метод основан на изменении индуктивности датчика, подключенного к генератору высокой частоты, при его погружении в контролируемую среду.
3. Емкостной уровнемер

Принцип действия основан на измерении электрической емкости первичного преобразователя, изменяющийся пропорционально изменению уровня контролируемого материала в резервуаре относительно неподвижного датчика. В таких устройствах емкостный преобразователь, образованный электродом 1 и стенкой бункера 2 (рис.4), совместно с катушкой индуктивности L образуют колебательный контур, резонансная частота которого определяется емкостью преобразователя, т.е.

текущим значением уровня. Рис.4. Схема ёмкостного уровнемера Радиоволновый уровнемер Радиоволновый уровнемер основан на зависимости параметров колебаний электромагнитных волн от высоты уровня материала. Работа радиолокационных уровнемеров основывается на явлении отражения электромагнитных волн от границы раздела сред, различающихся электрическими и магнитными свойствами.

В результате взаимодействия отражённого и излучённого сигнала изменяется частота сигнала. Частотный сигнал подаётся на вход вторичного преобразователя, где производится его обработка.5) Механические методы Лотовый (зондовый) метод Специфическим уровнемером для сыпучих материалов является лотовый (зондовый) (рис.5).

Зондовый метод, основанный на поддержании груза на границе раздела двух сред. Ч увствительным элементом таких уровнемеров является массивное тело (лот) 1, подвешенное на гибком тросе 2. В начале цикла измерений лот зафиксирован в предельном верхнем положении. Цикл измерения уровня начинается с момента растормаживания лота, при этом под действием собственного веса лот начинает опускаться.

В этот же момент сигнальным устройством 3, реагирующим на натяжение троса, включается отсчетное устройство 4, регистрирующее смещение лота относительно первоначального предельного положения. В момент касания лотом поверхности, натяжение троса уменьшается, и сигнальное устройство 3 отключает отсчетное устройство, одновременно включая механизм подъема 5 лота, который поднимает лот в исходное положение, после чего цикл измерения повторяется.

• Рис.5 Схема зондового уровнемера
• Метод с гибким щупом

Уровнемеры с гибким щупом основаны на воздействии сыпучего материала на щуп, под воздействием сыпучего материала щуп упруго изгибается, поворачиваясь в месте шарнирного крепления, при этом элемент, находящийся в обойме касается контакта. Момент контакта фиксируется релейной схемой и свидетельствует о нахождении сыпучего материала в месте установки датчика.

Принципиальная схема показана на рис.6. Уровнемер выполнен в виде гнезда 1 с вмонтированным под ним контактным датчиком 2, чувствительным элементом которого является щуп 3. уровнемер крепится к стенке бункера 4 с таким расчетом, чтобы гибкий щуп находился на уровне контролируемого материала. Если щуп не подвергается механическому воздействию сыпучего продукта, контакты, образованные щупом и трубкой, и находящиеся в корпусе датчика, разомкнуты.

Под действием давления сыпучего материала щуп изгибается, замыкая контакты, и в цепь управления подается сигнал. Рис.6 Схема уровнемера с гибким щупом. Маятниковый метод Для контроля предельных уровней сыпучих материалов в емкостях находят применение маятниковые уровнемеры.

При наличии угла естественного откоса прохождение уровня сыпучего материала приводит к повороту маятника вокруг оси подвески, при этом замыкаются контакты ртутного реле, вмонтированного в маятник. Для контроля верхнего уровня легкосыпучих материалов рекомендуется применение уровнемера маятникового типа, выполненное в виде конусообразного, снабженного ребрами корпуса.

В точку контроля уровня корпус подвешивается с помощью гибкого кабеля, соединяющего со схемой управления находящийся внутри него ртутный контакт (рис.7), обеспечивающий коммутацию нагрузки в цепях переменного тока напряжением до 127 В при токе 1А. А в цепях с напряжением 220 В — до 0,2 А.

• При отключении продуктом корпуса замыкается ртутный контакт, выдавая сигнал в цепь контроля. Рис.7.
• Схема маятникового реле Метод с вращающимся телом Принцип действия следующий.
• Когда уровень контролируемого материала ниже тормозной крыльчатки, вал двигателя и, следовательно, вращающийся вал (крыльчатка) непрерывно вращаются, при достижении сыпучего материала крыльчатка останавливается.

По замыканию или размыканию сигнальной цепи узнаем уровень сыпучих материалов.

1. Метод колеблющегося тела
2. Основан на изменении параметров электрической цепи, по которым регистрируется достижение уровнем сыпучего материала места установки датчика.
3. Описание установки

Уровнемеры с поступательным движением чувствительного элемента называют зондовыми. Схема лабораторной установки представлена на рис.8. Массивное тело I подвешено внутри сосуда с сыпучим материалом 2 на гибкой связи 3 (тросе или ленте). На валу реверсивного двигателя РД1 закреплен барабан, наматывающий трос с грузом.

• Включение двигателя выполнено таким образом, что при ослабленном тросе (груз касается сыпучего материала), двигатель наматывает трос и начинает поднимать груз.
• В момент натяжения троса через коромысло 4 срабатывают контакты S L и двигатель РД 1 ослабляет трос.
• В дальнейшем цикл повторяется.
• Таким образом, груз будет постоянно находиться на поверхности сыпучего материала.

Двигатель РД1 связан кинематически с индикатором угла поворота ИУФ с ферродинамическим преобразователем, сигнал с которого поступает на вторичный самопишущий прибор ВФС. При рассогласованном положении рамок преобразователей на вход усилителя будет подаваться разность напряжений ΔU=U2-U1.

Сигнал небаланса ΔU усиливается усилителем и приводит в действие реверсивный двигатель РД, выходной вал которого, кинематически соединенный с рамкой компенсирующего преобразователя и через профилирующий кулачок К со стрелкой, вращает рамку до тех пор, пока ΔU напряжение небаланса, уменьшаясь, не станет меньше порога чувствительности усилителя.

При достижении полной компенсации ротор реверсивного двигателя остановится, а рамка преобразователя вторичного прибора и его стрелка займут положение, соответствующее углу поворота рамки преобразователя первичного прибора (ИУФ), а, следовательно, и значению измеряемой величины.

Шкала прибора отградуирована в единицах измерения (мм). Рис.8.Схема установки для измерения уровня сыпучего материала зондовым методом Порядок проведения работы 1. Ознакомиться по инструкции с принципом действия и устройством зондового следящего уровнемера.2. Подать напряжение на установку. Переключателем «работа» установить его в положение «Вкл.» 3.

Включить прибор ВФС, для чего переключатель «питание» установить в положение «Вкл». Выдержать 3 мин.4. Перемещая емкость с сыпучим материалом, записать показания прибора ВФС для разных уровней сыпучего материала. Результаты измерений свести в табл.1. Таблица 1 Результаты определения уровня сыпучих материалов

ul>

5. По результатам таблицы построить график зависимости показаний прибора ВФС от перемещения емкости.6. Составить отчет о проведенной работе.7. Отчет должен содержать наименование работы, цель работы, схему установки и ее краткое описание, результаты работы в виде таблицы и графика, выводы.

• В выводах отразить точность и надежность метода.5 Контрольные вопросы 1.
• Что такое слеживаемость, и каких видов она бывает? 2.
• Какими основными свойствами обладают сыпучие материалы? 3.
• Принцип действия уровнемеров, основанных на различии плотностей сыпучего материала.4.
• Принцип действия акустических методов.5.

Принцип действия зондового метода, реализованного в лабораторной работе. Рекомендуемые страницы: § Цель работы 1. Изучить принцип действия и конструкцию преобразователей давления серии Метран.2. Изучить методы поверки преобразователей серии Метран. Общие положения Непрерывное усложнение задач автоматизации в последние го­ды обусловлено дальнейшей интенсификацией производства, пере­ходом от относительно простых локальных к сложным многосвязным системам, выполняющим непрерывный или непрерывно-дискретный контроль и регулирование технологических процессов.

Сложность автоматизации подобных технологических процессов потребовала совершенствования датчиков (первичных преобразователей), вторичных приборов, регуляторов и других традиционных средств автоматики. Точность, эксплуатационная и метрологическая надежность АСУТП во многом определяется качеством датчиков, среди которых наиболее распространенными являются датчики (измерительные преобразователи) давления со стандартным электрическим выходным сигналом (0—5 мА, 4—20 мА, 0—10 В и т.п.).

В современных электрических датчиках давления используются различные методы измерения. В мировой практике приборостроения распространены электрические датчики давления, основанные на пьезоэлектрическом, емкостном методах. Но наиболее известны датчики, основанные на тензометрическом методе измерения с применением полупроводниковых и тонкопленочных металлических тензочувствительных схем, что в значительной мере обусловлено бурным развитием тонкопленочной и микроэлектронной техники.

Такие датчики выпускают фирмы США, Франции, Великобритании, Японии и России (НИИ Теплоприбор). Использование тензорезисторного метода измерения позволяет создавать приборы с простейшей кинематикой или практически без нее, малой массой подвижных элементов, малогабаритными упруги­ми элементами, работающими в режиме малых перемещений.

Суть тензорезисторного метода измерения применительно к дат­чикам давления заключается в непосредственном преобразовании деформации упругого манометрического элемента или связанного с ним упругого силового элемента в изменении электрического со­противления тензорезисторов, закрепленных на одном из указан­ных элементов.

Это изменение сопротивления тензорезисторов преобразуется электрической измерительной схемой в выходной сигнал для дистанционной передачи. Датчики давления Метран-22 Датчики давления «Метран-22» предназначены для непрерывного преобразования значения измеряемого параметра – давления избыточного (ДИ), абсолютного (ДА), разрежения (ДВ), давления-разрежения (ДИВ), разности давлений (ДД) нейтральных и агрессивных сред, а также газообразного кислорода и обогащенного кислородом воздуха (далее кислород) в унифицированный выходной токовый сигнал дистанционной передачи.

Датчик состоит из преобразователя давления (в дальнейшем измерительный блок) и электронного преобразователя. Датчики имеют унифицированный электронный преобразователь.

1. Измеряемый параметр подается в камеру измерительного блока и преобразуется в деформацию чувствительного элемента, вызывая при этом изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке.
2. Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.
3. Электронный преобразователь датчика преобразует изменение сопротивления моста тензопреобразователя в токовый выходной сигнал.

В данной лабораторной работе измерение давления производится с помощью датчика Метран-22 ДИ модели 2130, схема которого приведена на рис.1. Рис.1. Схема датчика Метран-22 модели 2130 Тензопреобразователь 4 мембранно-рычажного типа размещен внутри основания 9 и замкнутой полости 11, заполненной кремнийорганической жидкостью (для датчиков кислородного исполнения используется жидкость ПЭФ-70/110), и отделен от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами 8.

Мембраны 8 приварены по наружному контуру к основанию 9 и соединены между собой центральным штоком, который связан с концом рычага тензопреобразователя 4 с помощью тяги 5. Фланцы 10 уплотнены прокладками 3. Камера 12 сообщается с окружающей атмосферой. Воздействие измеряемой разности давлений (большее давление подается в камеру 7, меньшее в камеру 12) вызывает прогиб мембраны 8, изгиб мембраны тензопреобразователя 4 и изменение сопротивления тензорезисторов.

Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронныйпреобразователь 1по проводам через гермоввод 2. Измерительный блок выдерживает без разрушения кратковременное воздействие односторонней перегрузки рабочим избыточным давлением.

• Это обеспечивается тем, что при такой перегрузке одна из мембран 8 ложится на профилированную поверхность основания 9.
• Примечание.
• В рассмотренной ранее лабораторной работе №1 для измерения динамического давления и разности давлений на сужающем устройстве применяются датчики Метран-22 ДД модели 2410, схема и принцип действия которых аналогичны датчику Метран-22 ДИ модели 2130, однако в них камера 12 не сообщается с окружающей атмосферой.

Рекомендуемые страницы: §

• В настоящее время уже находятся в серийном производстве интеллектуальные датчики серии Метран – 100 и Метран – 150.
• Интеллектуальные датчики давления серии Метран-100(150) предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование в унифицированный аналоговый токовый сигнал дистанционной передачи и/или цифровой сигнал в стандарте протокола НАРТ, или цифровой сигнал на базе интерфейса Р5485 следующих входных величин:
• – избыточного давления ДИ;
• – абсолютного давления ДА;
• – разрежения ДВ;
• – давления-разрежения ДИВ;
• – разности давлений ДД;
• – гидростатического давления ДГ.
• Управление параметрами датчика:
• – кнопочное со встроенной панели;
• – с помощью НАРТ-коммуникатора или компьютера;
• – с помощью программы IСР-Master и компьютера или программных средств АСУТП.
• Датчики имеют встроенный фильтр радиопомех, внешнюю кнопку установки «нуля» и обладают свойством непрерывной самодиагностики.

Измеряемые среды: жидкости, пар, газ, в т.ч. газообразный кислород и кислородосодержащие газовые смеси; пищевые продукты.

1. Диапазоны измеряемых давлений: минимальный 0-0,04 кПа; максимальный 0-100 МПа.
2. Основная погрешность измерений: до ±0,1% от диапазона.
3. Диапазон перенастроек пределов измерений: до 25:1.

Внешний вид датчиков серии Метран-100(150) приведен на рис.2. Рис.2. Внешний вид некоторых моделей датчиков серии Метран-100(150) Датчики предназначены для работы с вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, системами управления, воспринимающими стандартные сигналы постоянного тока 0-5 или 4-20 мА или цифрового сигнала на базе HART- протокола.

1. Датчики Метран-100 Принцип действия датчиков Метран-100 основан на использовании пьезорезистивного эффекта в гетероэпитаксиальной пленке кремния, выращенной на поверхности монокристаллической пластины из искусственного сапфира.
2. Чувствительный элемент с монокристаллической структурой кремния на сапфире является основой всех сенсорных блоков датчиков семейства «Метран».

При деформации чувствительного элемента под воздействием входной измеряемой величины (например, давления или разности давлений) изменяется электрическое сопротивление кремниевых тензорезисторов мостовой схемы на поверхности этого чувствительного элемента.

• Электронное устройство датчика преобразует электрический сигнал от тензопреобразователя в стандартный аналоговый сигнал постоянного тока и/или в цифровой сигнал в стандарте протокола HART, или цифровой сигнал на базе интерфейса RS485.
• В памяти сенсорного блока (АЦП) хранятся в цифровом формате результаты калибровки сенсора во всем рабочем диапазоне давлений и температур.

Эти данные используются микропроцессором для расчета коэффициентов коррекции выходного сигнала при работе датчика.

• Цифровой сигнал с платы АЦП сенсорного блока вместе с коэффициентами коррекции поступает на вход электронного преобразователя, микроконтроллер которого производит коррекцию и линеаризацию характеристики сенсорного блока, вычисляет скорректированное значение выходного сигнала датчика и далее:
• – для датчиков с кодами МП, МП1, МП2, МП3 передает его в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует его в аналоговый выходной сигнал или цифровой в стандарте HART (коды МП2, МП3);
• – для датчиков с кодами МП4, МП5 при помощи драйвера RS485 по запросу выдает значения давления (в заданном формате) в цифровую линию связи.
• Для лучшего обзора жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) и для удобного доступа к двум отделениям электронного преобразователя последний может быть повернут относительно измерительного блока от установленного положения на угол не более 90 ° против часовой стрелки.
• Датчики Метран-150
• Датчик Метран-150 состоит из сенсора и электронного преобразователя.

Сенсор состоит из измерительного блока и платы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Давление подается в камеру измерительного блока, преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сигнала. Электронный преобразователь преобразует электрический сигнал в соответствующий выходной сигнал.

Схема датчиков моделей 150CD, 150CG представлена на рис.3. Измерительный блок датчиков моделей 150CD, 150CG состоит из корпуса 1 и емкостной измерительной ячейки 2. Емкостная ячейка изолирована механически, электрически и термически от технологической измеряемой среды и окружающей среды. Измеряемое давление передается через разделительные мембраны 3 и разделительную жидкость 4 к измерительной мембране 5, расположенной в центре емкостной ячейки.

Воздействие давления вызывает изменение положения измерительной мембраны. Изменение положения мембраны приводит к появлению разности емкостей между измерительной мембраной и пластинами конденсатора 6, расположенным по обеим сторонам от измерительной мембраны.

1. Разность емкостей измеряется АЦП и преобразуется электронным преобразователем в соответствующий выходной сигнал. Рис.3.
2. Схема датчиков Метран-150 моделей 150CD, 150CG Схема датчиков моделей 150TG, 150ТА представлена на рис.4. Рис.4.
3. Схема датчиков Метран-150 моделей 150TG, 150ТА В измерительных блоках моделей 150TG, 150ТА используется тензорезистивный тензомодуль на кремниевой подложке.

Чувствительным элементом тензомодуля является пластина 1 из кремния с пленочными тензорезисторами (структура КНК). Давление через разделительную мембрану 2 и разделительную жидкость 3 передается на чувствительный элемент тензомодуля. Воздействие давления преобразуется в деформацию чувствительного элемента, вызывая при этом изменение электрического сопротивления его тензорезисторов и разбаланс мостовой схемы.

1. Электронный преобразователь преобразует это изменение в соответствующий выходной сигнал.
2. В модели 150ТА полость над чувствительным элементом вакуумирована и герметизирована.
3. Описание установки

Схема установки для проведения лабораторной работы приве­дена на рис.3. Установка состоит из преобразователя серии Метран-22, вторичного прибора ДИСК 250, U-образного манометра и сильфона, с помощью которого создается необходимое давление.

• Рис.3 Схема установки:
• 1 – преобразователь давления Метран – 22; 2 – вторичный прибор Диск- 250; 3 – U-образный манометр; 4 – сильфон; БП – блок питания
• Порядок проведения работы

1. Ознакомиться с принципом действия и устройством преоб­разователей серии Метран-22 и Метран-100(150).2. Включить установку, вторичный прибор Диск 250. Время про­грева 5 минут.3. Создавая давление в сис­теме сильфоном, подвести стрелку прибора Диск-250 к первой оцифрованной отметке и записать показания преобразователя Метран-22.

1. ПРОТОКОЛ ПОВЕРКИ
2. Дата_ поверки измерительного преобразователя
3. типа Метран-22 ДИ, № _

Пределы измерения от 0 до 16 кПа. Класс точности 0,5. Поверка производилась по_.5 Содержание отчета 1. Наименование работы.2. Цель работы.3. Краткое описание датчиков Метран-22 и Метран-100(150). Устройство и принцип действия.4. Результаты работы в виде протокола поверки.5.

1. Выводы по протоколу поверки.
2. Оценка погрешности комплек­та для измерения давления.6 Контрольные вопросы 1.
3. Тензометрический метод измерения давления.2.
4. Как соединяется преобразователь давления со вторичным прибором? 3.
5. Принцип действия преобразователя серии Метран.4.
6. Характеристик и устройство датчиков Метран-22, Метран-100 и Метран-150.

Рекомендуемые страницы: § Состояние и поведение управления в неустановившихся переходных режимах определяются их динамическими свойствами. Динамические свойства ОУ могут быть определены линейными дифференциальными уравнениями, выражающими функциональную связь между входными и выходными величинами во времени.

• Исходными данными для составления дифференциальных уравнений являются математические выражения физических законов, определяющих неустановившийся процесс в ОУ или другом элементе системы.
• Определение динамических характеристик объектов с помощью дифференциальных уравнений может быть выполнено только для сравнительно простых объектов.
• В общем виде зависимость выходной величины от входной в неустановившемся режиме выражается линейным дифференциальным уравнением вида:
• (29)

где a, a n, b, b m – постоянные коэффициенты; n, n-1,. и m, m‑1,.,1 – порядок производных.

1. В теории автоматического управления для записи и решения дифференциальных уравнений используется операторный метод, который при нулевых начальных условиях позволяет значительно упростить запись и решение дифференциальных уравнений. Уравнение (29) в операторной форме будет иметь вид:
3. (30)
4. где Y вых (p), X вх (p) – изображение по Лапласу выходного и входного параметров.

Операторная форма записи уравнения (30) позволяет получить очень важную динамическую характеристику ОУ – передаточную функцию W(p), Выражение, стоящее в скобках перед Y вых (p), называется собственным оператором. Выражение, стоящее в скобках перед X вх (p), называется оператором воздействия.

• Передаточной функцией объекта называется отношение оператора воздействия к собственному оператору:
• (31)
• Передаточная функция объекта W(p) является записью дифференциального уравнения (29) в операторной форме и широко используется как основная динамическая характеристика объекта или другого элемента системы.
• Наглядное представление о характере переходного процесса в объекте дает кривая разгона, которая представляет собой траекторию изменения выходного параметра во времени при однократном скачкообразном возмущении на входе.
• По виду кривых разгона практически все объекты управления можно разделить на три вида:
• – объекты с самовыравниванием (рис.3,а);
• – объекты без самовыравнивания (рис.3,б);

– объекты с запаздыванием с самовыравниванием и без самовыравнивания (рис.3,в). Большинство объектов металлургического производства относится к первой группе. Изменение выходной величины после скачкообразного входного возмущающего воздействия происходит с постоянно уменьшающейся скоростью до момента достижения нового установившегося значения (рис.3,а).

Свойство объекта восстанавливать нарушенное равновесие называется самовыравниванием, Рис.3. Объекты различного вида и траектории кривых разгона, соответствующих каждому типу объектов В объектах без самовыравнивания изменение выходной величины происходит с постоянной скоростью и беспредельно (до возникновения аварийных ситуаций) – рис.3,б.

В объектах с запаздыванием регулируемая величина начинает изменяться не одновременно с изменением входной величины, как в предыдущих случаях, а через некоторое время tЗ, называемое временем запаздывания. Для рис.3,в: t З = L/V L, где V L – скорость движения на транспортном участке L,

1. Реальные кривые разгона (рис.4), полученные на промышленных объектах, отличаются от рассмотренных выше и имеют S-образный вид: Рис.4.
2. Реальная кривая разгона Для количественной оценки динамических свойств объектов используются следующие параметры: – t З – время запаздывания – отрезок времени от начала возмущения t = 0 до момента начала изменения выходной величины с постоянной максимальной скоростью или до момента пересечения касательной к Y=f(t) в точке максимальной скорости с осью времени; – Т О – время разгона (постоянная времени) – время, в течение которого выходная величина переходит из одного установившегося состояния Y УСТ1 в другое Y УСТ2, при условии изменения этой величины с постоянной максимальной скоростью,

Время разгона характеризует инерционные свойства объекта.

1. – К ОБ – коэффициент передачи объекта – число единиц измерения выходной величины, приходящихся на единицу входной величины.
2. Иногда, особенно для теплоэнергетических объектов, вместо постоянной времени Т О используют параметр e – скорость разгона, а вместо коэффициента передачи К ОБ используют коэффициент самовыравнивания – r :
3. ; (32)
4. , (33)

где DХ, DY, Y t определены графически на рис.4. Соотношения между r и К ОБ следующие:, (34) Соотношение между e и Т О можно вывести из подобия треугольников DKLN и DPLO (см. рис.4):

• Подставив получившееся выражение в формулу (32), получим:
• (35)
• В теории автоматического управления вместо кривой разгона используется переходная функция, представляющая собой траекторию изменения выходной величины во времени, вызванном единичным входным ступенчатым воздействием DХ = 1 при условии, что до момента приложения этого воздействия система находится в покое.

В большинстве случаев динамические свойства объектов с самовыравниванием можно представить последовательным соединением двух инерционных звеньев первого порядка с постоянными времени Т 1 и Т 2, Структурная схема такого соединения показана на рис.5: Рис.5. Структурная схема представления динамических свойств ОУ с самовыравниванием

1. Передаточная функция последовательного соединения двух инерционных звеньев первого порядка имеет вид:
2. (36)
3. Описание установки
4. Для экспериментального определения статической и динамической характеристик объекта управления на физической модели (стенде) необходимо заранее узнать у преподавателя номер стенда для проведения эксперимента и получить инструкцию с его описанием.
5. Для выполнения всего цикла работ и изучения процессов, происходящих в промышленной САУ технологическим параметром, используется компьютерная имитационная программа «САУ», которая моделирует работу реального промышленного контура регулирования.
6. Для экспериментального определения статической и динамической характеристик объекта управления на имитационной модели – изучить работу следующей программы.

Программа имитации располагается в исполняемом файле САU.EXE и запускается автоматически после включения ПЭВМ, расположенной в лаборатории. Общий вид окна программы представлен на рис.6.

• Окно программы включает следующие элементы имитируемой системы:
• 1 – измерительный прибор;
• 2 – блок ручного управления исполнительным механизмом (ИМ);
• 3 – дистанционный указатель положения вала ИМ;
• 4 – органы настройки регулятора;
• 5 – ручной задатчик;
• 6 – кнопки управления ходом процесса регулирования в имитируемой САУ;
• 7 – кнопка размыкания контура;
• 8 – поле отображения процессов в САУ;
• 9 – меню команд управления программой;
• 10 – отображение номера варианта;
• 11 – переключатели между локальным внутренним регулятором и внешним регулирующим устройством.
• Показывающий измерительный прибор отображает текущее значение сигнала с выхода имитируемого объекта управления (ОУ) в единицах измерения контролируемого параметра.

Рис.6. Общий вид окна программы имитации промышленной САУ технологическим параметром Блок ручного управления позволяет выбрать режим управления контуром «автоматический» – «ручной» и изменять положение вала ИМ в ручном режиме управления. Также блок сигнализирует о наличии сигналов «больше» и «меньше», поступающих на ИМ, как в ручном, так и в автоматическом режиме управления. Сигнализация наличия управляющих импульсов и вида режима управления осуществляется красным цветом. Дистанционный указатель положения показывает текущее положение вала исполнительного механизма в % хода. Органы настройки регулятора позволяют установить параметры настройки ПИД-регулятора: коэффициент передачи регулятора КР; время изодрома ТИЗ и время предварения ТП. Изменение параметра настройки осуществляется с помощью манипулятора «мышь». Для изменения параметра необходимо подвести к соответствующей ручке параметра настройки указатель, нажать на левую кнопку манипулятора и переместить указатель по вертикали. Движение указателя по вертикали вверх увеличивает значение параметра настройки, вниз – уменьшает. С помощью ручного задатчика в систему управления задается текущее значение задания контура. Изменение задания контура осуществляется по такому же принципу, как и изменение настроек регулятора. Кнопки управления ходом процесса позволяют останавливать и запускать после остановки процесс в САУ или производить сброс всех внутренних сигналов в системе (текущее время, накопленное значение в интегральной части регулятора, входной и выходной сигналы объекта управления и т.д.) и приведение системы в исходное состояние. Кнопка размыкания контура САУ позволяет разомкнуть связь между исполнительным механизмом и регулирующим органом. Кроме того, сигнал размыкания контура останавливает («замораживает») в звене моделирования динамических свойств ОУ все переходные процессы. В поле отображения процессов в САУ в графическом виде показывается изменение выхода ОУ (красная линия), положение вала ИМ (синяя линия) и задание контура (желтая линия) во времени. По оси абсцисс указывается текущее время в секундах в системе. По левой оси ординат – выходной сигнал ОУ, по правой – положение вала ИМ. Меню программы служит для выбора варианта, открытия окна описания контура и порядка выполнения работы, сохранения результата работы, пуска и останова процесса в системе. Структурная схема имитируемого контура имеет вид, показанный на рис.7. Алгоритмы, заложенные в основу функционирования «САУ», моделируют работу следующих звеньев системы управления: 1. Статическая характеристика ОУ.2. Динамические свойства ОУ.3. Интегрирующее звено ИМ с блоком концевых выключателей (КВ), ограничивающих выходную величину интегрирующего звена и хода регулирующего органа (РО).4. ПИД-регулятор с возможностью оперативного изменения параметров настройки.5. Релейный элемент, формирующий сигналы s 1 на ИМ.6. Элементы сравнения: ЭС1 для формирования сигнала рассогласования контура e(t) и ЭС2 для формирования входного сигнала u¢(t) релейного элемента.7. Блок переключения режимов управления «ручной» – «автоматический».8. Блок формирования сигнала s 2 для управления ИМ в ручном режиме. Рис.7. Структурная схема имитируемого контура САУ Кроме формирования контура локального управления в программе предусмотрена возможность переключения между внутренним локальным регулятором (ВНТР) и внешним регулятором, сигналы которого поступают в систему имитации по одному из возможных интерфейсов связи: последовательному интерфейсу («СОМ»), параллельному интерфейсу («LTP»), сетевому каналу («NET»). Протоколы объекта по каждому интерфейсу приведены в окне описания работы с программой и в отдельной инструкции. Используя эти внешние интерфейсы связи с внешними регуляторами, программу имитационного моделирования можно использовать для изучения переходных процессов в САУ с другими типами регуляторов, формируемых аппаратными средствами (например, РП25) или программно в микропроцессорных контроллерах либо ПЭВМ. Данные виды работ выходят за объем настоящего курса и проводятся в работах по другим дисциплинам или при самостоятельной работе. Порядок выполнения работы Рекомендуемые страницы: § 1. Подготовить рабочий журнал наблюдений в соответствии с табл.1: Таблица 1 Экспериментальные данные 2. Включить ПЭВМ и дождаться загрузки программы имитации «САУ».3. Из меню «Файл» выбрать команду «Открыть вариант» и выбрать номер заданного варианта. Подтвердить выбор нажатием кнопки «Выбрать».4. С помощью блока ручного управления (см. рис.6) установить ручной режим управления.5. Кнопками больше «>» и меньше «<» установить значение входного параметра на отметку 0% хода ИМ. Установку осуществить по указателю положения вала ИМ. Дождаться достижения выходной величиной установившегося значения.6. Зафиксировать в журнале наблюдений значение X и Y,7. При помощи кнопок «>» и «<» установить положение вала ИМ на 10% хода; дождаться перехода Y в новое установившееся значение по шкале вторичного прибора и занести данные в журнал наблюдений.8. Повторить пункт 2.7 для 20, 30,, 100% угла поворота вала ИМ.9. На основе полученных данных построить график статической характеристики ОУ в координатах % хода вала ИМ ( Х ) – единицы регулируемого параметра ( Y ). Примерный график статической характеристики приведен на рис.8. Рис.8. Статическая характеристика объекта управления 10. Определить величину приращения выходного (регулируемого) параметра и занести в журнал наблюдений:, (37) 11. Для каждого опыта определить величины значений коэффициентов передачи объекта и занести в журнал полученные результаты.

1. 12. Построить график зависимости К ОБ = f(x) следующим образом:
2. – на оси X нанести отрезки, равные DX ;
3. – из середины каждого отрезка провести линии параллельно оси Y и отложить на них значения КОБ, для каждого отрезка DX;
4. – соединить полученные точки плавной линией, что и будет графиком функции К ОБ = f(x),

Примерный график зависимости приведен на рис.9.13. Сделать выводы о типе полученной статической характеристике ОУ.14. Подготовить рабочий журнал наблюдений (табл.2).15. Включить ПЭВМ и дождаться загрузки программы имитации «САУ», выбрать номер заданного варианта.16. С помощью блока ручного управления (рис.6) установить ручной режим управления.17. Кнопками больше «>» и меньше «<» установить положение вала ИМ на середину линейного участка статической характеристики ОУ или на 40-50% хода вала ИМ и дождаться достижения выходной величиной установившегося значения. Рис.9. График зависимости К ОБ = f(x)

• Определение динамической характеристики
• Таблица 2
• Экспериментальные данные

18. Изменить положение вала ИМ на 15-20% хода. Зафиксировать в журнале время хода ИМ из начального состояния Х Н в конечное Х К и величину возмущения DХ = Х К – Х Н,19. С момента изменения положения вала ИМ фиксировать по шкале вторичного прибора изменение во времени выходного параметра через каждые 3-7 с, занося данные в журнал наблюдений.20.

• Используя полученные значения, построить график траектории кривой разгона объекта.
• Примерный вид кривой разгона показан на рис.4.21.
• Графическим методом определить динамические параметры объекта: t з, Т О, К ОБ, r, e.5 Содержание отчета 1.
• Назначение статической характеристики, виды характеристик.2.

Таблица рабочего журнала наблюдений.3. График статической характеристики ОУ.4. График функции К ОБ, полученный экспериментальным и расчетным путем.5. Определения передаточной функции, кривой разгона. Виды кривых разгона.6. Динамические параметры объекта, формулы для их расчета.7.

Таблицу рабочего журнала и расчет динамических параметров технологического объекта.8. График экспериментальной кривой разгона.9. Выводы по работе.6 Контрольные вопросы 1. Статическая характеристика ОУ. Виды статических характеристик.2. Коэффициент передачи объекта. Метод определения.3. Что такое передаточная функция объекта? 4.

Как подразделяются ОУ по виду кривых разгона? 5. Какие количественные оценки динамических свойств объекта вы знаете? Приведите формулы.

1. Лабораторная работа № 10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
2. Цель работы
3. Экспериментальное определение показателей качества переходного процесса в САУ технологического параметра.
4. Общие положения

В наши дни наибольшее распространение получили одноконтурные следящие системы регулирования. Структурная схема такой системы представлена на рис.1.

• На САУ воздействуют два вида возмущающих воздействий:
• – задающее воздействие Х З ;
• – внутреннее f и внешнее F возмущающие воздействия.
• В связи с этим система управления должна удовлетворять следующим требованиям:
• – с максимальной точностью и быстродействием отрабатывать сигнал задания: Х Д (t) = Х З (t) ;
• – по возможности быстро реагировать на возмущения f(t) и F(t), то есть ошибка e(t) = Х З – Х Д под действием возмущений должна быть минимальной.

Рис.1. Структурная схема САУ Качество работы САУ является одной из важнейших её характеристик. Для оценки уровня качества работы системы, в ТАУ введены количественные оценки качества. Получить общую оценку качества в виде функциональной зависимости от множества структурных, технических и эксплуатационных характеристик системы достаточно сложно.

1. Устойчивость САУ, то есть затухание переходных процессов в системе, является необходимым, но не достаточным условием практической пригодности этой системы.
2. Существенное значение для реальных промышленных условий имеет и сам характер протекания переходного процесса Z(t) при регулировании; прежде всего его продолжительность и колебательность.
3. Рекомендуемые страницы:

§ По траектории переходных процессов в системе можно определить прямые показатели качества её работы: t Р1, t Р2, е, s, Y (рис.2). Время первого достижения регулируемой величиной заданного значения t Р1 оценивает качество регулирования системы относительно задающего воздействия и определяется как интервал времени от начала переходного процесса до момента, когда регулируемая величина впервые достигнет заданного значения Х З,

1. Время переходного процесса или полное время регулирования t Р2 характеризует быстродействие системы.
2. Определяется t Р2 как интервал времени от начала переходного процесса до момента, когда отклонение управляемой величины от его нового установившегося значения становится меньше или равной допустимой ошибке регулирования X З – Z(t) £ e*,

Величину e* обычно принимают равной ±2-5% от диапазона возможного изменения Z,

• Статическая ошибка регулирования е = X З – Z(t) – отклонение регулируемой величины от заданного значения по окончании переходного процесса.
• Динамическая ошибка регулирования – величина наибольшего отклонения регулируемого параметра от задания.
• Перерегулирование s – максимальное отклонение в переходный период DZ max от установившегося значения, выраженное в процентах от X З :
• (38)

Рис.2. Прямые показатели качества переходного процесса Переходные процессы в САР могут быть монотонными и колебательными. Особенностью колебательного процесса является наличие переходов через установившееся значение.

1. Колебательность переходного процесса обычно оценивается периодом Т К и числом колебаний, равным числу минимумов траектории переходного процесса в интервале времени, а также степенью затухания.
2. Степень затухания Y определяется как отношение разности двух соседних положительных амплитуд колебаний к первой из них:
4. (39)

Степень затухания колебаний в пределах 0.78-0.98 считается вполне удовлетворительной. Задача определения параметров качества переходного процесса сводится к построению траектории и определению требуемых оценок. Траектория Y(t) может быть получена путем решения неоднородного дифференциального уравнения, описывающего систему при заданных начальных условиях и воздействиях. Для систем, описываемых уравнениями выше третьего порядка, такой способ представляет значительные трудности, поэтому используются различные приближенные методы: метод Акульшина, метод трапеций и т.д. В промышленных САУ оценки показателей качества переходных процессов обычно определяют по экспериментальной траектории переходного процесса регулирования при возмущении по заданию. Порядок выполнения работы 1. Включить ПЭВМ и дождаться загрузки программы имитации «САУ», выбрать номер заданного варианта.2. С помощью блока ручного управления установить автоматический режим управления.3. Установить заданное значение регулируемого параметра на середине рабочего интервала статической характеристики и дождаться окончания переходного процесса. Зафиксировать в журнале значение YН регулируемого параметра по шкале вторичного прибора и положение вала ИМ ХН по указателю положения вала.4. Быстро изменить на 12-20% заданное значение регулируемого параметра до Y З,5. С момента изменения задания фиксировать по шкале вторичного прибора изменение во времени выходного параметра Y(t ) и положение вала ИМ X(t) через каждые 2-5 с, занося данные в журнал наблюдений. Измерения проводить до окончания переходного процесса или установления колебаний постоянной амплитуды.6. Используя полученные значения, построить графики траекторий Y(t) и X(t), Примерный вид переходных процессов показан на рис.3. Рис.3. Примерный вид графиков переходных процессов 7. По построенным графикам определить количественные оценки качества САУ: t Р1, t Р2, е, s, Y.8. Привести систему в начальное состояние Y Н (X Н ), для чего установить ручку задания в прежнее положение и дождаться окончания переходного процесса.9. Перейти на ручной режим управления переключателем «Р».10. Кнопками больше «>» и меньше «<», подавая управляющие команды на ИМ, постараться установить регулируемую величину на то же значение Y З, что и в автоматическом режиме. Повторить п.5 и 6.11. Определить параметры переходных процессов автоматического и ручного управления; сравнить их между собой.12. Сделать вывод о качестве управления и эффективности работы САУ.4 Содержание отчета 1. Структурная схема САУ.2. Показатели качества.3. Таблицу рабочего журнала и расчет динамических параметров технологического объекта.4. График экспериментальной кривой разгона.5. Выводы по работе.5 Контрольные вопросы 1. Понятие качество применительно к САУ.2. Структурная схема САУ вашего варианта.3. Дайте определения прямым показателям качества.4. Какие показатели применяют для оценки качества колебательных процессов?

• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• В результате успешного выполнения и защиты лабораторных работ, включенных в данное пособие, студент будет:
• – знать основные понятия и определения теории автоматического управления и технологической кибернетики, методы и функции управления технологическими процессами, устройство и принцип действия элементов автоматических систем регулирования, основные способы сбора, обработки и хранения информации о параметрах технологических процессов, организацию производственного контроля и управления технологическими процессами;
• – уметь определять статические и динамические характеристики технологических объектов управления и процессов, оценивать качество работы систем управления;
• – владеть навыками построения типовых схем систем управления технологическими процессами.
• БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
• Рекомендуемые страницы:

1. Полное, статическое и динамическое давление
2. При движении воздуха по ВВ в любом поперечном сечении различают 3 вида давления:
3. Статическое,
4. Динамическое,
5. Полное.

Статическое давление определяет потенциальную энергию 1 м 3 воздуха в рассматриваемом сечении. Оно равно давлению на стенки воздуховода.,

• Динамическое давление – кинетическаяя энергия потока, отнесенная к 1 м 3 воздуха.
• – плотность воздуха,
• – скорость воздуха, м/с.
• Полное давление равно сумме статического и динамического давления.

Принято пользоваться значением избыточного давления, принимая за условный ноль атмосферное давление на уровне системы. В нагнетательных воздуховодах полное и статическое избыточное давление всегда « », т.е. давление >, Во всасывающих воздуховодах полное и статическое избыточное давление «-». Измерение давления в воздуховодах систем вентиляции Давление в ВВ измеряется при помощи пневмометрической трубки и какого-либо измерительного прибора: микроманометра либо др.прибора.

1. Для нагнетательного воздуховода:
2. статическое давление – трубку статического давления к бачку микроманометра;
3. полное давление – трубку полного давления к бачку микроманометра;
4. динамическое давление – трубку полного давления к бачку, а статического – к капилляру микроманометра.
5. Для всасывающего воздуховода:
6. статическое давление – трубку статического давления к капилляру манометра;
7. полное давление – трубку полного давления к капилляру микроманометра;
8. динамическое давление – трубку полного давления к бачку, а статического – к капилляру микроманометра.
9. Схемы измерения давления в воздуховодах.
10. Билет №10
11. Потери давления в системах вентиляции

При движении по ВВ воздух теряет свою энергию на преодоление различных сопротивлений, т.е. происходят потери давления. Потери давления на трение – коэффициент сопротивления трения. Зависит от режима движения жидкости по воздуховоду.

• – кинематическая вязкость, зависит от температуры.
• При ламинарном режиме:
• при турбулентном движении зависит от шероховатости поверхности трубы. Применяются различные формулы и широко известна формула Альтшуля:
• – абсолютная эквивалентная шероховатость материала внутренней поверхности воздуховода, мм.
• Для листовой стали 0,1мм; силикатобетонные плиты 1,5 мм; кирпич 4 мм, штукатурка по сетке 10 мм
• Удельные потери давления
• В инженерных расчетах пользуются специальными таблицами, в которых приводят значения для круглого воздуховода. Для воздуховодов из других материалов вводится поправочный коэффициент и равно:
• ,
• Значение поправочного коэффициента приводится к справочнике в зависимости от вида материала и от скорости перемещения воздуха по воздуховоду.
• Для прямоугольных воздуховодов за расчетную величину d принимают эквивалентныйdэк, при которой потери давления в круглом воздуховоде при той же скорости будут равны потерям давления в прямоугольном воздуховоде:
• – стороны прямоугольного воздуховода.
• Следует иметь в виду: расход воздуха прямоугольного и круглого воздуховодов с при равенстве скоростей не совпадает.

§ Местным сопротивлением называют аэродинамическое сопротивление, сосредоточенное в одном месте на коротком участке воздуховода (тройник, поворот, изменение сечения, воздухораспределитель, запорно-регулирующая арматура). В местных сопротивлениях всегда происходит перестройка полей скоростей и образование на границах потоков вихрей.

На поддержание вращения вихрей требуются затраты энергии, следовательно прохождении местного сопротивления сопровождается потерей давления. Завихрения начинаются на некотором расстоянии от местных сопротивлений и выравнивается на некотором расстоянии после местного сопротивления (2-3 калибра). На всем этом участке происходят потери давления на трение, но условно для удобства расчета потери давления на местных сопротивлениях считаются сосредоточенными (в одном месте).

Аналитически определяют потери давления на местные сопротивления для некоторых отдельных случаев. Чаще пользуются экспериментальными данными. Потери давления пропорциональны динамическому давлению воздуха в воздуховоде.

1. ,
2. – коэффициент местного сопротивления, безразмерная величина.
3. – доля потерь давления в данном сопротивлении отнесенная к динамическому давлению.

Определяют потери давления в долях от динамического давления. Значения принимаются в широких пределах. При небольших скоростях значения м.б. порядка нескольких десятков или сотен. Иногда в ответвлении тройников знак имеет отрицательное значение: увеличение удельной энергии потока в ответвлении вследствие эжекции его основным потоком.

• При движении воздуха с потери давления следует определять с поправочным коэффициентом: – на трение, – на местные сопротивления.
• ,
• При,
• При,
• Билет №18
• Аэродинамический расчет систем вентиляции с механическим побуждением.
• Аэродинамический расчет производят для подбора размеров поперечных сечений ВВ по рекомендуемым скоростям движения воздуха, для определения потерь давления в СВ.
• Рекомендуемая скорость движения воздуха в СВ:

-в магистральных ВВ: до 8 м/с (обществ.здания); до 12 м/с (произв.зд.) -в ответвлениях: до 5 (общ.зд.); до 6 (произ.зд.) -в вент. решетках: до 3 (общ.зд.), в воздухораспределите-лях: по расчету (произ.зд.)

1. Расчет состоит из двух этапов:
2. 1)расчет участков основного направления;
3. 2)увязка всех остальных участков системы.
4. Последовательность аэродинам расчета:

1)вычерчиваем аксоном.схему СВ, разбиваем на участки (с постоянным расходом и одинак.поперечным сечением), наносим на схему расходы воздуха (определяются как ∑ расходов на отдельных ответвлениях) L, м3/ч и длины l,м, наносим вент. устройства; 2)выбираем основное расчетное направление(магистраль – наиболее протяженная цепочка последовательно расположенных участков); 3) нумеруем участки начиная с меньшего расхода, расходы и длины записываем в таблицу; 4)по рекомендуемым скоростям подбираем диаметры (для ВВкругл.сеч.)или размеры (для ВВ прям.сеч.): 5)определяем фактическую скорость на участках ВВ:,Запас по скорости д.б.

около 10%.Желательно, чтобы скорость постепенно уменьшалась по направлению от вентилятора к концу магистрали; 6) опр. потери давления на трение:, где n – поправочный к-т, учитывающий шероховатость, λ- к-т гидравлического сопротивления трения. dэкв=2ав/(а в) – если прям.сечен. По этим диаметрам и ск-м находим R.7)опр.

потери давления в местных сопротивлениях: 8)опр.∑потери давления на расчетных участках: ; 8)опр. потери давления в вент.сети: 9)опр. потери давления в вент. системе: В приточной системе:, Расчеты в табл. Увязка: 1. Определяем располагаемое давление на ответвлении системы: ΔР РАСП 2.

Подбираем диаметры и размеры сеч.и определяем потери давления на данном ответвлении.3. Определяем невязку φ = ((ΔР РАСП – ΔР ОТВ )/ ΔР РАСП )·100%≤10%. Если более 10%, то производят увязку ответвлений за счет изменения размеров ВВ (не всегда возможно) или устанавливают на ответвлен диафрагму(создает доп.местное сопротивление на участке, на котором надо погасить давление) – металлическая пластинка с отверстием: где Рд – динам.давл.

на участке, где устан-ся диафрагма. Размеры диафр. опред-ся по табл, в зав-ти от ξ диафр и от размеров ВВ. Билет №20 19. Аэродинамический расчет СВ с естественным побуждением В системах с естественной вентиляцией воздух перемещается за счет гравитационных сил и ветрового давления.

Для жилых, общественных, административных и бытовых зданиях расчет происходит на разность плотностей при температуре наружного воздуха 5 и внутреннего воздуха для холодного периода. Для производственных: На разность плотностей внутреннего и наруж. в-ха по расчетным параметрам переходного периода для отапливаемых помещений.

Для помещений с избытком теплоты – по расчетным параметрам для теплого периода. Для помещений без избытков теплоты рассчитывается на действие ветра скоростью 1м/с теплого периода года.

• Р гр – гравитационное давление, Па,
• где -высота воздушного столба, м, принимается:
• а) при наличии в здании только вытяжки – от середины решетки до устья вытяжной шахты;
• б) при наличии в здании механического притока – от середины высоты помещения до устья вытяжной шахты;
• – плотность наружного воздуха кг/м 3 ; -плотность воздуха в помещении;Плотность воздуха определяем по формуле:
• – коэффициент запаса на неучтенные потери, =0,9.(иногда вводят)

Естественные системы имеют небольшие гравитационные располагаемые давления с небольшими скоростями воздуха. Радиус действия естественной системы не более 10м. Аэродинамический расчет следующим образом : 1.Определяем располагаемое гравитационное давление для этажей здания,2.Определяем удельные потери давления через различные этажи.

За расчетное направление в вытяжных системах с естественным побуждением принимают такое, удельные потери давления на котором имеют минимальную величину., где Σl – сумма длин участков; 3. определяем площадь сечения ВВ, а затем Определяем потери давления ∆Р=RLn Z Потери давления на расчетном участке д.б.меньше либо равны распологаемому давлению.

Если условие не выполняется, то можно: увеличить размеры воздуховодов, решеток, увеличить высоту вент.шахты и при этом увеличится гравитационное давление. Когда потери давления на участке отличаются от располагаемого более чем на 10% при большем располагаемым, то уменьшают воздуховоды, ставят диафрагмы.

1. ∆Р расп5 = P гр 1этаж -∆Р 2,3,4 ∆Р расп10 = P гр 2этаж -∆Р 8,9,44 ∆Р расп11 = P гр 1этаж -∆Р 9,4
2. Достоинство систем: нет затрат на электроэнергию, отсутствие шума.
3. Недостатки: зависит от этажей, метеорологических условий.

Для улучшения работы ест. СВ на вытяжных шахтах можно устанавливать дифлектор. Билет №25 § Нагрев воздуха в СВ воздушного отопления в воздушно-тепловых завесах осуществляется в аппаратах, называемыми калориферами. В них в качестве теплоносителя применяется вода t 2 =95-180°С, t =70°С, а также пар различного давления и электроэнергия (электрокалориферы).

• Воздух, поступающий в калориферы, не должен содержать липких веществ и волокнистых материалов, а запыленность не должна превышать 0,05 мг/м 3,
• Первые модели были гладкотрубные, одноходовые.

Гладкотрубные калориферы не получили широкого распространения из-за малой поверхности теплоотдачи. Появились пластинчатые калориферы и спирально-накатные. На трубки насаживались пластины толщиной 0,5 мм прямоугольной формы. Резко возрастала поверхность нагрева, повышалась теплоотдача за счет большей скорости воздуха между пластинами.

Кроме одноходовых калориферы могут быть многоходовыми с горизонтальным расположением трубок. Многоходовой. При теплоносителе воде следует применять многоходовой, а при паре – одноходовой. В настоящее время промышленностью выпускается два типа калориферов: 1) стальные многоходовые пластинчатые с плоскими пластинами и круглыми трубками, 2) биметаллические многопластинчатые со спирально-накатным оребрением для тепоносителя воды.

Также есть для пара.

1. Пластинчатые калориферы изготавливаются двух моделей:
2. – КВСБ-П – калорифер водяной средней модели, модификация Б, пластинчатый (глубина 200 мм)
3. – КВББ-П – 240 мм, большой модели.
4. Имеют соответственно 3 и 4 ряда трубок.
5. Стальные пластины толщиной 0,5 мм, прямоугольной формы насажены соответственно на 6 и 8 трубок с интервалом 5 мм.
6. КСК-3 и КСК-4 – многоходовые, установлены горизонтально.
7. КСК-3 – три ряда трубок.
8. КСК-4 – 4 ряда трубок – калорифер спирально-накатной.

Теплообменный элемент (трубка) изготовлен из двух трубок, насаженных одна на другую: внутренняя трубка стальная с нар. диаметром 16 мм, наружная –алюминиевая с накатным на ней оребрением, нар. диам.39 мм. В КП3-СК и КП4-СК теплоноситель – пар с избыточным давлением до 1,2 МПа и температурой до 190ºС.

Калориферы одноходовые, вертикальное расположение теплопередающих трубок и патрубков, патрубок для подвода пара – сверху, для отвода конденсата – снизу. Это КСк3 и КСк4 (теплоноситель – перегретая вода с избыточным давлением до 1,2 МПа и температурой до 180ºС. Калориферы многоходовые, устанавливаются горизонтально.

Средняя модель КСк3 имеет три ряда трубок по ходу воздуха, большая модель КСк4 – четыре ряда.

• Канальные калориферы
• Они устанавливаются непосредственно в воздуховодах, а не в приточной камере вентиляционной системы
• Электрокалориферы

Состоят из ТЭНов из нержавеющей стали, заключённых в корпусе. Нагревательные элементы соединены посекционно, что позволяет иметь несколько ступеней нагрева. Имеет термостат перегрева (т.е. размыкает сеть апропределённойt.) и противопожарный термостат. В результате расчета определяется тип калорифера, номер(размер) калорифера, осн. хар-ки, схема установки калорифера по воздуху и по теплоносителю.

1. Определяем кол-во теплоты, необходимое для нагревания приточного воздуха
2. , Вт
3. где L- расход нагреваемого воздуха, м 3 /ч;
4. кг/м 3 ;
5. Задаемся массовой скоростью ρ v для калориферов КСК и КВБ оптимальные занчения оптимальные значения кг/(м 2 ∙с), допустимые – кг/(м 2 ∙с); для калориферов КВСБ-П и КВББ-П оптимальная 7-10 кг/м 2 с, допустимая 4-12.

Меньше значения этих диапазонов(нижний диапазон) устанавливается исходя из материальности системы(будет большой размер и маленький коэф-т теплопередачи – уменьшается эффективность. Верхняя граница связана с большими потерями давления.

• Находим площадь живого сечения, м 2
• По справочным данным подбираем исходя из площади живого сечения для прохода воздуха тип, номер и количество калориферов
• f b -принимаем из таблицы, м 2 ;f w действ -для прохода теплоносителя
• F н действ – площадь живого сечения, м 2
• Число калориферов для прохода воздуха, установленных параллельно
• n=f b /f b действ
• Находим действительную массовую скорость, кг/(м 2 ∙с):
• , ∑-если несколько калориферов
• Находим расход воды в калориферной установке, кг/ч:
• , (11.9)
• где – удельная теплоемкостьводы, кДж/(кг∙ С).
• Находим скорость воды в трубках калориферов, м/с:
• , 1000-плотность жидкости
• Рекомендуемая скорость 0,2-0,5 м/с, нижний предел установлен исходя из предотвращения замерзания калорифера, верхний –определяется большим сопротивлением.
• По найденным значениям и (если теплоноситель вода) находим для данного типа калорифера коэффициент теплопередачи k, Вт/(м 2 °С),(если теплоноситель пар то по и типу калорифера)
• Определяем требуемую поверхность нагрева калорифера, м 2 :
• , (11.11)
• где – средняя температура теплоносителя, С;
• – средняя температура нагреваемого воздуха, С;
• Определяем общее число устанавливаемых калориферов :
• , округляем число колориферов до кратного их числа в одном ряду.
• Определяем суммарную действительную площадь поверхности нагрева: ∑F н действ =∑nF н действ, тепловой поток не должен превышать расчетный более, чем на 10%
• ((∑F н действ -∑F н треб )/ ∑F н действ )100% ≤ 10 %, если это условие не выполняется, то нужно принять другой типоразмер калорифера и повторить расчет.
• Определяем аэродинамическое калорифера по справочным данным, по массовой скорости 1-го калорифера ∆Р а, Па; и определяем общее сопротивление всех калориферов ∆Р кал, в зависимости от схемы присоединения калориферов по воздуху.
• Определяем гидравлическое сопротивление 1-го калорифера ∆Р w по справочным данным от v w теплоносителя по трубкам, и определяем суммарные гидравлические сопротивления всех калориферов ∑∆Р w в зависимости от схемы подсоединения калориферов.
• 1. Параллельная схема подсоединения калорифера по воздуху
• ∆ = ∆ Сопротивление группы калориферов = сопротивлению 1-го калорифера

Вам также может понравиться Читать подробнее: Динамическое давление | Эл-Скада

Как определить давление молекул газа?

Давление в жидкостях и газах Средняя оценка: 4.6 Всего получено оценок: 228. Средняя оценка: 4.6 Всего получено оценок: 228. Определение давления в жидкостях и газах и его учет – важная прикладная задача, которую решают во многих сферах человеческой деятельности. Для ее решения необходимо понимать механизмы возникновения давления и знать разные его виды.

1. Молекулы газа (как и жидкости) не связаны в жесткую структуру, а двигаются хаотично.
2. Если ограничить жидкость или газ емкостью некоторого объема, то молекулы начнут ударятся о стенки емкости и создавать давление, определяемое формулой $P = $.
3. Очевидно, что молекулы обладают очень малой массой, поэтому сила их удара много меньше площади удара и, соответственно, давление, создаваемое одной молекулой также будет малым.

Но вспомним, что при стандартных условиях в одном моле вещества содержится 6⋅10 23 молекул. В сумме все молекулы создают ощутимое давление. Рис.1. Хаотическое движение молекул газа. Теперь увеличим количество молекул, но объем оставим неизменным. Ударов о стенки станет больше, давление возрастет. Также давление будет увеличиваться, если скорость хаотического движения молекул возрастет, а скорость, как известно, зависит от температуры газа: $v = }$ Эти закономерности отражены в формуле для давления газа, выводимой в рамках молекулярно-кинетической теории: $p = nkT$, где n – концентрация, k – постоянная Больцмана и T – температура.

• Предыдущие рассуждения справедливы и для жидкостей.
• Но в них расстояние между молекулами меньше, поэтому при одинаковом объеме жидкость будет иметь большую массу.
• Рассмотрим столб воды в поле силы тяжести и разобьем его на некоторое количество малых слоев.
• Самый первый слой будет давить на все нижележащие с силой $F = \rho gV$.

Если опуститься на слой ниже, то давление возрастет на ту же величину F. Максимальным давление будет у дна столба. Рис.2. Давление столба жидкости. Давление, зависящее от высоты столба жидкости, называют гидростатическим. Оно определяется формулой: $p = \rho gh$, где h – высота столба. Она получается в результате деления выражения для F на площадь слоя. В газах также существует гидростатическое давление.

1. Например, на поверхность земли давит толща атмосферы.
2. Полное давление в жидкостях и газах будет складываться из давления, оказываемого сторонней силой и гидростатического.
3. В земных условиях для жидкостей внешним давлением чаще всего выступает атмосферное.
4. Для газов же необходимо добавить давление, создаваемое хаотическим движением молекул.

Важным является закон для жидкостей и газов, который устанавливает, что внешнее давление распространяется по всему объему вещества без изменения. Его называют законом Паскаля. Благодаря нему справедливо предыдущее утверждение о полном давлении. Рис.3. Закон Паскаля.

Скорость молекул в идеальном газе υ, масса одной молекулы газа – m, объем всего газа – V. Определить давление газа, если его плотность – $\rho$.

Решение Т.к. $v = }$, то $T = $. Учитывая, что концентрация $n = $, запишем: $p = nkT = \rho $ Открытый сосуд высотой 2 м на четверть заполнили водой. Определить полное давление на дно сосуда. Запишем формулу полного давления: $P = P_0 + \rho gh$. Так как сосуд открытый, на него действует атмосферное давление. Поэтому полное давление будет равно: $P = 101315 + = 121315 Па$ В ходе урока было рассмотрено, как возникает давление в жидкостях и газах, были введены понятия гидростатического давления, внешнего давления и давления хаотического движения молекул, а также рассмотрены формулы для их расчета. В завершении урока были решены две задачи на пройденные темы. Чтобы попасть сюда — пройдите тест. Средняя оценка: 4.6 Всего получено оценок: 228. А какая ваша оценка? Гость завершил с результатом 15/16 Гость завершил с результатом 12/16 Гость завершил с результатом 11/18 Гость завершил с результатом 12/12 Гость завершил с результатом 18/18 Гость завершил с результатом 11/11 Гость завершил с результатом 14/19 Гость завершил с результатом 3/5 Гость завершил с результатом 12/15 Гость завершил с результатом 6/10 Не подошло? Напиши в комментариях, чего не хватает! Читать подробнее: Давление в жидкостях и газах