Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
Топ:
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства...
Методика измерений сопротивления растеканию тока анодного заземления: Анодный заземлитель (анод) – проводник, погруженный в электролитическую среду (грунт, раствор электролита) и подключенный к положительному...
Особенности труда и отдыха в условиях низких температур: К работам при низких температурах на открытом воздухе и в не отапливаемых помещениях допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие...
Интересное:
Наиболее распространенные виды рака: Раковая опухоль — это самостоятельное новообразование, которое может возникнуть и от повышенного давления...
Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы...
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Дисциплины:
2017-12-11 | 305 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Измерение и регулирование давления и расхода технологической среды
Датчики давления и расхода
Технологическая среда, используемая при термической обработке, характеризуется давлением, расходом и химическим составом.
В практике термической обработки необходимо измерять статическое давление, которое определяется потенциальной энергией газа или жидкости.
Принято различать абсолютное давление p абс и относительное давление p отн, которое отсчитывается от атмосферного давления p атм = 105 Па.
p отн = p абс– p атм
Если относительное давление p отн>0, его называют избыточным давлением p изб, если p отн<0 – давлением разрежения p р.
Расход – количество вещества, проходящее через сечение трубопровода в единицу времени. Количество вещества выражают в единицах объема или массы. Соответственно, принято различать объемный Q о и массовый Q м расход.
Значение объемного расхода Q о наиболее сильно зависит от давления. Поэтому для получения сопоставимых результатов объемный расход приводят к нормальным условиям (t н=20 °С, р н=101325 Па (1 атм.), относительная влажность φ =0). В этом случае объемный расход обозначают Q н.
Массовый расход Q м зависит от плотности газа. Эта зависимость увеличивает погрешность измерения массового расхода смеси газов, особенно, при изменении ее химического состава.
В дальнейшем индекс в обозначении расхода будем опускать, за исключением особо оговоренных случаев.
Датчики давления
Общее название приборов для измерения давления – манометры.
Манометры подразделяют на следующие группы:
- манометры избыточного давления (p изб);
- вакуумметры разрежения (p р);
- мановакуумметры (p р… p изб);
|
- вакуумметры абсолютного давления (p абс=0… p атм, обычно до 13 кПа или 100 мм рт.ст.).
Принцип действия: преобразование силового действия давления на чувствительный элемент непосредственно в показания (перемещение указателя), либо в пропорциональное изменение иной физической величины.
По принципу действия датчики давления подразделяют на следующие группы:
- жидкостные;
- деформационные;
- электрические;
- тепловые.
Жидкостные манометры (дифференциальные манометры)
Принцип действия: уравновешивание измеряемого давления (разности давлений) столбом жидкости.
По конструкции подразделяют на следующие группы:
- U-образные;
- колокольные;
- поплавковые.
U-образные манометры
а – дифференциальный манометр;
б – манометр абсолютного давления (вакуумметр);
1 - манометрическая U-образная трубка;
2 - манометрическая жидкость;
3 - шкала;
4 - местное сужение.
Необходимое количество манометрической жидкости 2 (ртуть, вода, спирт, минеральное масло) наливают в U-образную манометрическую трубку 1. Разность давлений p изм1– p изм2 в левом и правом колене манометрической трубки 1 уравновешивается столбом манометрической жидкости 2.
Высота столба h манометрической жидкости 2 связана с разностью давлений Δ p следующим образом:
Δ p = ρgh,
где ρ – плотность манометрической жидкости; g – ускорение свободного падения.
Для уменьшения влияния поверхностного натяжения манометрической жидкости на показания датчика внутренний диаметр манометрической трубки должен быть не менее 6 мм.
В том случае, если одно колено трубки выполняют открытым (p изм2= p атм, вариант а), манометр является прибором относительного давления и может измерять как избыточное, так и давление разрежения.
Если одно колено манометрической трубки выполняют закрытым (вариант б), то p изм2 равно давлению насыщенных паров манометрической жидкости. Такой датчик является манометром абсолютного давления.
Ртутные манометры с закрытым коленом выполняют с местным сужением 4 для уменьшения гидравлических ударов при резких колебаниях давления.
|
Для измерения разности давлений Δ p следует измерить по шкале 3 высоту двух столбов манометрической жидкости. Точность отсчета составляет ±2 мм (или ±1 мм для зеркальной шкалы).
Диапазон измеряемых давлений ограничен высотой манометрической трубки.
Для различных манометрических жидкостей погрешность измерения составляет значения, указанные в таблице.
Манометрическая жидкость | Плотность ρ, кг/м3 | Разность давлений Δ p, соответствующая 1 мм столба жидкости, Па |
Ртуть | 132,9 | |
Вода | 9,81 | |
Минеральное масло | 840-890*) | ~8,5 |
Спирт | 810-850*) | ~8,1 |
*) - необходимо точное определение плотности манометрической жидкости.
Поплавковые манометры
1 - манометрическая трубка;
2 - манометрический сосуд;
3 - манометрическая жидкость;
4 - сосуд с запасом манометрической жидкости;
5 - поплавок;
6 - преобразователь перемещения или устройство индикации;
7 - уплотнение.
Поплавковый манометр является разновидностью U-образного манометра. В сосуде 2 на поверхности манометрической жидкости 3 размещен поплавок 5. Поплавок 5 связан с преобразователем перемещения или устройством индикации 6. Для нормального функционирования манометр дополнен сосудом 4 с запасом манометрической жидкости.
Положение поплавка 5 относительно сосуда 2 пропорционально разности давлений p изм1– p изм2. Для преобразования линейного перемещения поплавка 5 в электрический сигнал используют устройство 6, выполненное на основе резистивного или индукционного преобразователя (рассмотрим далее).
В основном в качестве манометрической жидкости используют ртуть. Диапазон измеряемых давлений составляет ±63 кПа при погрешности измерения ±1,5 %.
Свойства жидкостных манометров:
- наиболее точные приборы (масляные и спиртовые U-образные манометры используют как поверочные для других средств измерения давления);
- дешевизна, простота эксплуатации;
- взрывобезопасность;
- плохо видимая шкала и невозможность дистанционной передачи показаний (для U-образных манометров);
- чувствительность к вибрациям и положению в пространстве.
Электрические манометры
Принцип действия: преобразование силового действия давления в электрический сигнал.
По конструкции подразделяют на следующие группы:
|
- тензоэлектрические;
- пьезоэлектрические;
- механотронные.
Тепловые вакуумметры
Принцип действия: зависимость температуры тонкого нагревателя от давления вследствие теплопереноса в газах.
Рассмотрим схему термопарного вакуумметра.
1-2 – тонкая нихромовая проволока (нагреватель);
3-4 – термопара хромель-копель;
5 - точка контакта нагревателя и рабочего спая термопары;
6 - баллон.
Чувствительный элемент вакуумметра образован тонким нагревателем 1-2 из нихромовой проволоки и термопарой 3-4 хромель-копель. Нагреватель и термопара размещены в баллоне 6, куда подается давление p изм, которое требуется измерить. Нихромовый нагреватель 1-2 и рабочий спай термопары 3-4 контактируют в точке 5, где измеряется температура нагревателя. Через нагреватель 1-2 пропускают стабильный электрический ток (около 100 мА). В зависимости от давления p изм изменяется скорость теплопереноса от нагревателя 1‑2 к холодным стенкам баллона 6. Соответственно, изменяется температура нагревателя 1-2 и термоЭДС, вырабатываемая термопарой 3-4.
Тепловой вакуумметр работает в диапазоне от 0,13 до 133 Па (10-3…1 мм рт.ст.) с погрешностью не более ±15%.
Свойства тепловых вакуумметров:
- нелинейная шкала вследствие зависимости скорости теплопереноса в газах от давления;
- невысокая точность из-за зависимости показаний от химического состава газа;
- обратная шкала (меньшему давлению соответствуют бóльшие показания);
- единственный датчик для указанного диапазона давлений.
Реохордный преобразователь
R p – реохорд;
+ U стаб, – U стаб – двухполярный стабилизированный источник питания;
0 – общая точка стабилизированного источника питания U стаб;
U вых – выходной сигнал преобразователя;
1 - указатель манометра.
В реохордных преобразователях используют реохорд (прецизионный переменный резистор) R p, подвижный контакт которого связан с чувствительным элементом или указателем 1 манометра. Для преобразования линейного перемещения используют линейный реохорд; если указатель манометра совершает вращательное движение, –применяют круговой реохорд.
|
Для питания реохорда используют двухполярный стабилизированный источник питания + U стаб, – U стаб с общей точкой 0. В этом случае среднему положению подвижного контакта реохорда соответствует выходное напряжение U вых=0.
Для линейного реохорда при перемещении подвижного контакта вверх или вниз на расстояние x можно записать:
U вых= ,
где l – максимальный ход подвижного контакта реохорда.
Погрешность преобразования определяется качеством реохорда (линейностью зависимости сопротивления от перемещения) и стабильностью источника питания. Обычно она составляет ±0,5 %. Дополнительными источниками погрешности служат сила трения в подвижных элементах и невысокая разрешающая способность реохорда.
Из-за низкой разрешающей способности в основном используют для преобразования относительно больших перемещений указателя манометра в электрический сигнал.
Тахометрические расходомеры
Принцип действия: измерение скорости тела, установленного внутри трубопровода и движущегося за счет потока газа или жидкости. В основном используют для измерения расхода жидкостей.
По конструкции подразделяют на следующие группы:
- камерные; работают по принципу гидромотора (поршневые, шестеренчатые, пластинчатые, роторные и т.п.);
- турбинные; чувствительным элементом является крыльчатка, установленная в трубопроводе;
- шариковые; чувствительный элемент – шарик, вращающийся в предварительно закрученном потоке.
Рассмотрим схему турбинного расходомера.
1 - трубопровод;
2 - крыльчатка (турбинка);
3 - индукционный преобразователь;
4 - немагнитный участок трубопровода.
В трубопроводе 1 установлена крыльчатка 2, которая вращается под действием потока. Лопасти крыльчатки изготовлены из ферромагнитного материала, а участок трубопровода 1 в месте установки крыльчатки 2 изготовлен из немагнитного материала (4). В непосредственной близости от крыльчатки 2 установлен индукционный преобразователь.
При движении ферромагнитных лопастей крыльчатки 2 относительно индукционного преобразователя 3 в последнем появляется импульсный сигнал, частота импульсов которого пропорциональна расходу.
Свойства тахометрических расходомеров:
- возможность дистанционной передачи показаний;
- возможность получения показаний в виде серии импульсов; легкое сопряжение со средствами микропроцессорной и вычислительной техники;
- большое сопротивление потоку; безвозвратные потери до 0,1 МПа;
- сложная конструкция (движущиеся элементы внутри трубопровода);
- необходима фильтрация среды перед измерением;
- класс точности приборов: 0,5…2,5.
Тепловые расходомеры
Принцип действия: зависимость температуры тонкого нагревателя от расхода (скорости потока) среды вследствие теплопереноса. В основном используют для измерения расхода газа.
|
1 - тонкостенная никелевая трубка (δ =0,1 мм);
2,3 - терморезисторы-нагреватели из тонкой медной проволоки сопротивлением R t1, R t2;
4 - усилитель;
R 1, R 2 - резисторы мостовой измерительной схемы;
U стаб - стабилизированный источник питания.
Чувствительный элемент теплового расходомера образован тонкостенной никелевой трубкой 1, на наружной поверхности которой размещены два терморезистора R t1, R t2 (2,3). Терморезисторы выполнены из тонкой медной проволоки и включены в мостовую измерительную схему с резисторами R 1; R 2. Для питания мостовой схемы используют стабилизированный источник U стаб. Выходной сигнал с мостовой схемы поступает в усилитель 4 и далее на измерительный прибор.
При включении питания терморезисторы R t1 и R t2 нагреваются проходящим током до температуры около 50 °С. В отсутствие потока среды (Q =0) резистором R 1 устанавливают выходной сигнал, равный нулю.
Протекающий по трубке 1 поток газа Q охлаждает терморезисторы R t1 и R t2, однако, температура терморезистора R t1 будет меньше, чем R t2 из-за явления теплопереноса. Возникающий дисбаланс моста зависит от скорости теплопереноса и приводит к появлению сигнала, который зависит от расхода газа Q.
Свойства тепловых расходомеров:
- практически линейная шкала;
- тонкостенный чувствительный элемент ограничивает избыточное давление до 0,1 МПа;
- чувствительность к положению в пространстве; отклонение от горизонтального положения вызывает конвективные потоки;
- показания расходомера зависят от химического состава газа, т.к. скорость теплопереноса зависит не только от скорости потока (расхода), но и от теплоемкости газа; статическая характеристика расходомера для иного газа может быть определена экспериментально или рассчитана по уже известной характеристике через теплоемкость газов;
- зависимость показаний от температуры и давления;
- применяют для измерения расхода от 0 до 3 дм3/ч с погрешностью ±2 %; для измерения больших расходов следует использовать парциальные расходомеры.
Парциальные расходомеры
Принцип действия: измерение части общего расхода, протекающей по ответвлению основного трубопровода и определение по измеренной части общего расхода.
1 - трубопровод;
2 - сужающее устройство;
3 - трубопровод расходомера;
4 - расходомер;
Q – общий расход;
Q р – расход, протекающий через ответвление (расходомер).
Парциальный расходомер представляет собой участок трубопровода 1 с установленным в нем сужающим устройством 2. В обход сужающего устройства 2 смонтирован трубопровод 3 расходомера 4.
Под действием падения давления на сужающем устройстве 2 по трубопроводу 3 протекает часть Q р общего расхода Q, который нужно определить. Связь между общим расходом Q и парциальным Q р можно выразить следующим образом:
Q = Q р ,
где S р и S су – проходное сечение расходомера и сужающего устройства соответственно; α – поправочный коэффициент, учитывающий сужение струи.
Свойства парциальных расходомеров;
- дают возможность измерения больших расходов чувствительным элементом, имеющим узкие пределы измерений;
- вносят дополнительное динамическое сопротивление в магистраль, т.к. требуют использования сужающего устройства;
- вносят дополнительную погрешность измерения, связанную с использованием сужающего устройства.
Парциальные расходомеры в основном применяют с тепловыми расходомерами. В этом случае верхний предел измерения можно увеличить до 3000 дм3/ч.
Измерение и регулирование давления и расхода технологической среды
Датчики давления и расхода
Технологическая среда, используемая при термической обработке, характеризуется давлением, расходом и химическим составом.
В практике термической обработки необходимо измерять статическое давление, которое определяется потенциальной энергией газа или жидкости.
Принято различать абсолютное давление p абс и относительное давление p отн, которое отсчитывается от атмосферного давления p атм = 105 Па.
p отн = p абс– p атм
Если относительное давление p отн>0, его называют избыточным давлением p изб, если p отн<0 – давлением разрежения p р.
Расход – количество вещества, проходящее через сечение трубопровода в единицу времени. Количество вещества выражают в единицах объема или массы. Соответственно, принято различать объемный Q о и массовый Q м расход.
Значение объемного расхода Q о наиболее сильно зависит от давления. Поэтому для получения сопоставимых результатов объемный расход приводят к нормальным условиям (t н=20 °С, р н=101325 Па (1 атм.), относительная влажность φ =0). В этом случае объемный расход обозначают Q н.
Массовый расход Q м зависит от плотности газа. Эта зависимость увеличивает погрешность измерения массового расхода смеси газов, особенно, при изменении ее химического состава.
В дальнейшем индекс в обозначении расхода будем опускать, за исключением особо оговоренных случаев.
Датчики давления
Общее название приборов для измерения давления – манометры.
Манометры подразделяют на следующие группы:
- манометры избыточного давления (p изб);
- вакуумметры разрежения (p р);
- мановакуумметры (p р… p изб);
- вакуумметры абсолютного давления (p абс=0… p атм, обычно до 13 кПа или 100 мм рт.ст.).
Принцип действия: преобразование силового действия давления на чувствительный элемент непосредственно в показания (перемещение указателя), либо в пропорциональное изменение иной физической величины.
По принципу действия датчики давления подразделяют на следующие группы:
- жидкостные;
- деформационные;
- электрические;
- тепловые.
|
|
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!