15 Билет

Расходомеры переменного перепада давления

Измерение расхода этим методом основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через местное сужение в трубопроводе.

Расходомеры переменного перепада давления со стандартными (нормальными) сужающими устройствами имеют следующие преимущества.

- Универсальность применения. Они пригодны для измерения расхода однофазных сред при различных давлениях и температурах.

• Удобство массового использования.

• Отсутствие необходимости в образцовых установках для градуировки. Они могут быть определены расчетным путем.

Наряду с этим имеются следующие недостатки:

• Квадратичная зависимость между расходом и перепадом давления

• Ограниченная точность,

Необходимо выполнять следующие требования:

• Характер движения потока до и после сужающего устройства должен быть турбулентным и стационарным;

• Фазовое состояние не должно изменяться

• До и после и на самом сужающем устройстве не должно быть пленок, осадков, в виде накипи, пыли, песка, металлических предметов и других загрязнений.

В измерительной технике сужающими устройствами служат нормальные диафрагмы, сопла и трубы

Диафрагма представляет собой тонкий диск А, установленный в трубопроводе так, чтобы его отверстие диаметром d было концентрично внутренним стенкам трубопровода. Сужение потока (рисунок 5.6) начинается до диафрагмы, затем на некотором расстоянии за ней благодаря действию сил инерции поток сужается до минимального сечения d2, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода (внутренний диаметр D). Перед диафрагмой и за ней образуются зоны с вихревым движением, причем зона вихрей за диафрагмой больше, чем перед ней. Давление струи около стенки трубопровода несколько возрастает из-за подпора перед диафрагмой и понижается до минимума за диафрагмой в наиболее узком сечении струи II—II. Далее по мере расширения струи давление потока около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения. Остаточная потеря части давления рn объясняется главным образом потерями энергии на трение и завихрения. Разность давлений р’1 — р’2 является перепадом, зависящим от расхода среды, протекающей через трубопровод.Нормальное сопло представляет собой короткую воронкообразную насадку, вставленную концентрично в трубопровод. Сопло Вентури состоит из профильной входной, цилиндрической средней и конической выходной частей. Профильная часть сопла Вентури выполняется такой же, как у нормального сопла (но все угловые переходы сглажены). Трубы Вентури имеют на конце цилиндрическую часть, в которую плавно переходит коническая часть сужающего устройства. Характер потока и распределение давления одинаково во всех типах сужающих устройств. Вследствие того, что струя, протекающая через сопло, почти не отрывается от его профилированной части, потери на завихрения возникают в основном за соплом, поэтому остаточная потеря давления рn по сравнению с диафрагмой в нем меньше.

Физический газоанализатор (кондуктометрический)

Принцип действия термокондуктометрических газоанализаторов основан на зависимости теплопроводности газовых смесей от ее состава.

Если спиральки предварительно нагреть, то газовые смеси их по-разному охлаждают, так как обладают различной теплопроводностью. Режим работы терморезисторов подбирается таким образом, чтобы теплопередача в камерах детектора происходила за счет теплопроводности через слой газа, а конвекция и излучение были минимальны. Возникает разбаланс мостовой схемы и можно измерить концентрацию анализируемого вещества в газовой смеси.

Достоинством термокондуктометрического метода измерения является универсальность, такие газоанализаторы можно отградуировать на различные газовые смеси.

Недостатками — имеют не очень высокий класс точности, ячейки являются неремонтопригодными элементами, необходим большой объем анализируемой пробы, сложности калибровки прибора.

Физический газоанализатор (магнитный на кислород)

Для анализа состава дымовых газов в содорегенерационных и известерегенерационных печах на содержание в них кислорода, используются магнитные газоанализаторы. По этим приборам определяют полное сгорание и необходимое количество избыточного воздуха, подаваемого в топку.

Наиболее распространенным является термомагнитный газоанализатор.

1 — блок подготовки; 2 — постоянный магнит; 3 — кольцевая камера; 4 — стеклянная трубка; R₁ и R₂ — терморезисторы; 5 — неуравновешенный мост; 6 — потенциометр.

Анализируемый газ поступает из блока подготовки 1 с постоянным объемным расходом в кольцевую камеру 3. По диаметру этой камеры установлена тонкостенная стеклянная трубка 4 с намотанными на ней терморезисторами теплового расходомера R₁ и R₂. Если в анализируемом газе отсутствует кислород, то при горизонтальном положении трубки 4 поток газа через нее отсутствует.

Когда в анализируемом газе имеется кислород, он втягивается в магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом 2 около левого (на рисунке) конца трубки 4. Затем кислород нагревается терморезистором R₁ до температуры выше точки Кюри (~80 ⁰С), при котором он теряет свои парамагнитные свойства, становится диамагнитным и выталкивается из магнитного поля (в направлении стрелки на рис.). Возникает «магнитный ветер» — поток газа, протекающий по трубке 4. Разбаланс неравновесного моста 5, определяемый объемной концентрацией кислорода в анализируемом газе, измеряется и регистрируется потенциометром 6.

К достоинствам этого метода измерения относятся — бесконтактный метод измерения, возможность очистки стеклянной конструкции от загрязнений, накипи и т.д.

К недостаткам — сложность усиления сигнала, если содержание кислорода в смеси не очень большое.

Пропорционально-интегральными регуляторами называются такие регуляторы, у которых изменение выходной величины пропорционально изменению входной величины и интегралу во времени от входной величины по уравнению:

В уравнении имеется пропорциональная (П) составляющая уравнения регулирования: с₁х.

Интегральная (И) составляющая уравнения регулирования:

Сумма двух слагаемых представляет собой ПИ или Из — закон регулирования (пропорционально-интегральный или изодромный).

Объединение пропорционального и интегрального регулирующих устройств в единое пропорционально-интегральное регулирующее устройство позволяет преимуществами одного устранить недостатки другого. При появлении возмущающего воздействия пропорционально-интегральный регулятор вначале воздействием пропорционального регулирующего устройства быстро «догоняет» и останавливает отклоняющийся параметр, а затем воздействием интегрального регулирующего устройства возвращает параметр к заданию

Эти регуляторы с упругой обратной связью. ПИ-регуляторы обеспечивают хорошее качество регулирования при различных нагрузках.

Достоинства ПИ-регуляторов: — точность регулирования за счет интегральной части, — быстродействие обеспечивает пропорциональная часть регулятора.

В химической промышленности требуется высокая точность и надежность регулирования технологических процессов, поэтому в основном используются ПИ-регуляторы.

Пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы или ПИД-регуляторы работают по следующему закону регулирования:

Сумма трех составляющих — ПИД закон регулирования (пропорционально-интегрально-дифференциальный).

Пропорциональная (П) составляющая уравнения равна: c₁ x

Интегральная (И) составляющая уравнения равна:

Дифференциальная (Д) составляющая уравнения равна.

У этого регулятора три параметра настройки: предел пропорциональности —, время интегрирования — и время предварения Тп. Время предварения (Тп) определяется как величина обратная коэффициенту С3.

ПИД-регуляторы сложнее других регуляторов в настройке, однако они могут обеспечивать более качественные показатели систем регулирования.

ПИД-регуляторы называются еще регуляторами с воздействием по первой производной. Скорость изменения параметра выражается первой производной от его значения по времени. Следовательно, эти регуляторы, имея дополнительное устройство для воздействия по первой производной параметра, учитывают скорость отклонения параметра в результате возмущения.

ПИД-регуляторы обеспечивают относительно высокое качество регулирования объектов, имеющих большую инерционность и не допускающих остаточного отклонения регулируемой величины, в этих объектах нагрузка меняется часто и резко, имеется также запаздывание.