Лабораторна робота № 2p – гп
ГІДРОСТАТИЧНІ МЕТОДИ ВИМІРЮВАННЯ РІВНЯ ТА ГУСТИНИ
1.Мета роботи
1.1. Вивчити загальні принципи роботи та будову гідростатичних рівнемірів та густиномірів.
1.2. Засвоїти методику повірки приладів, виконати вимірювання рівня води в резервуарі, а також оцінити зону нечутливості рівнеміра.
2. Завдання на виконання роботи
2. 1. Познайомитись з лабораторним стендом.
2.2. Вивчити: загальну теорію про гідростатичні методи вимірювання густини та рівня: метод з безпосереднім вимірюванням тиску стовпа рідини та п’єзометричний метод, основні математичні залежності та структурні схеми їхньої реалізації.
2.3. Вивчити будову та структурну схему чотирьохканального рівнеміра (густиноміра) ПТЕ-4 та перетворювача безпосереднього вимірювання тиску стовпа рідини типу КРТ-С.
2.4. Зняти реальні статичну характеристику перетворення рівнеміра ПТЕ-4 та КРТ-С.
2.5. По статичній характеристиці перетворення визначити абсолютну, відносну та приведену похибки перетворювачів по діапазону вимірювань.
2.6. Побудувати графіки:
а) реальної статичної характеристики перетворення;
б) залежності відносних та приведених похибок по отриманому діапазону вимірювання (точки наносити через кожних 50мм зміни рівня).
3. Основні поняття про густину речовини і методи її вимірювання
Густина рідини часто є однією із основних характеристик кінцевого продукту окремих дільниць технологічних процесів, наприклад, соку випарної станції, або готовності кінцевої продукції — спирту, молокопродуктів.
Густина
(має розмірність в системі СІ - кг/ м
) і є відношенням одиниці маси речовини
m до одиниці її об'єму V:
ρ = m/V. (1)
Густина рідин суттєво залежить від температури і, як правило, зменшується із зростанням останньої:
2 = 1 [1 - (t2-t1)], (2)
де ρ1 і ρ2 — значення густини за температур t1 і t2, кг/ м ; β — середнє значення коефіцієнта об'ємного розширення в діапазоні температур t1 і t2, 1/°С.
Тому густину прийнято вимірювати за температури 20˚C. Якщо температура рідини відрізняється від цього значення, то температурна похибка, як правило, компенсується диференціальним методом проведення вимірювань або в результат вимірювань вноситься поправка.
За принципом дії густиноміри поділяються на поплавкові, вагові (пікнометричні), гідростатичні (п’єзометричні), акустичні, ультразвукові, оптичні, радіоізотопні, тощо.
Принцип роботи поплавкових густиномірів грунтується на законі Архімеда,
тобто, на залежності
виштовхувальної сили P
,
що діє на занурений поплавок (буйок),
від ваги об’єму Vn
розчину, що
витискується цим поплавком:
, (3)
де Vn— об'єм поплавка, зануреного у рідину, м ; - густина рідини,кг/м ;
g — прискорення
вільного падіння, м/с
.
На буйок діє різниця
сил
Р
між вагою G
поплавка та Архімедовою cилою
:
(4)
де Р і G — відповідно вага поплавка в розчині і на повітрі, кг.
Поплавкові густиноміри бувають з частково та повністю зануреним у рідину датчиком-поплавком.
Густиноміри з частково зануреним у рідину датчиком-поплавком називаються аріометрами, у яких глибина занурення поплавка в розчин обернено пропорційна густині останнього. Діапазон вимірювань: 1000 — 1400 кг/ м . Клас точності — 2,0.
Поплавкові густиноміри з повністю зануреним у рідину поплавком називаються буйковими. На рис.1,а зображена схема буйкового густиноміра з диференціально- трансформаторним перетворювачем (ДТП).
Чутливий елемент 5 (буйок, вагою G ) знаходиться в об’єкті вимірювання 4 і занурений у контрольовану рідину. Буйок з'єднаний із осердям З ДТП, який має первинну І та вторинну II обмотки. Остання має дві секції з однаковою кількістю витків, але включених зустрічно. Буйок та осердя ДТП підвішені на пружині 2, сила пружності якої F зрівноважує силу ваги буйка в рідині:
Р
= F = k ∆
,
(5)
де k — коефіцієнт жорсткості пружини, Н/мм; ∆ — деформація пружини, мм.
Залежно від густини розчину змінюється сила Р , що діє на буйок в рідині, і відповідно, змінюється деформація пружини та положення осердя ДТП, а також вихідний сигнал ДТП: U = E1 - Е2, де Е1 і Е2 – величини індукованих електрорушійних сил у секціях вторинної обмотки ДТП. Змінюючи гвинтом 1 положення пружини 2, встановлюють початок діапазону вимірювань, а верхня межа вимірювань залежить від параметрів буйка та характеристики пружини.
а) б)
Рис.1. Густиноміри: а) буйковий з ДТП та б) – ваговий.
Такий датчик можна застосувати у комплекті з будь-яким іншим перетворювачем, наприклад, електро- або пневмо-силовим, магнітним, тощо. Від цього залежить тип вторинного приладу. Як правило клас точності такого густиноміра 1,0 — 2,0.
При ваговому (пікнометричному) методі (рис.1,б) вимірювання густини використовується функціональна залежність маси рідини від її густини, і він грунтується на безперервному зважуванні постійного об'єму рідини. Такі прилади мають високу чутливість і точність і дозволяють вимірювати густину забруднених рідин і таких, що мають грубі домішки.