9.1. Емкостные и ультразвуковые уровнемеры (конструкции, принципы работы).

Емкостно́й уровнеме́р — один из типов электрических датчиков-измерителей уровня. Основан на принципе измерения уровня жидкости в резервуаре при помощи измерения электрической ёмкости датчика.

Датчик емкостного уровнемера представляет собой электрический конденсатор, состоящий из двух обкладок — изолированных проводников, помещенных в резервуар с жидкостью, уровень которой измеряется (иногда используется одна обкладка, а в качестве второй выступает проводящая стенка резервуара). Жидкость может свободно проникать в пространство между обкладками. Сигналом изменения уровня жидкости в резервуаре является изменение электрической ёмкости датчика.

При изменении уровня жидкости в резервуаре изменяется относительной диэлектрической проницаемости пространства между обкладками конденсатора в результате изменения уровня жидкости, поскольку диэлектрическая проницаемость жидкости и среды без неё (например, воздуха) в общем случае различна. В результате изменяется и электрическая ёмкость датчика. Емкостные уровнемеры используются также для измерения уровня сыпучих сред (песка, муки и т. д.).

По принципу действия акустические ультразвуковые уровнемеры можно подразделить на локационные, поглощения и резонансные. В локационных ультразвуковых уровнемерах используется эффект отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела жидкость — газ, в связи с чем они получили название ультразвуковых. Положение уровня определяется по времени прохождения ультразвуковых колебаний от источника до приемника после отражения их от поверхности раздела. В уровнемерах поглощения положение уровня определяется по ослаблению интенсивности ультразвука при прохождении через слои жидкости и газа. В резонансных уровнемерах измерение уровня производится посредством измерения частоты собственных колебаний столба газа над уровнем жидкости, которая зависит от высоты уровня.

9.2.РН – метры (конструкция, принцип работы).

pH-метр — прибор для измерения водородного показателя (показателя pH), характеризующего активность ионов водорода в растворах, питьевой воде, пищевой продукции и сырье, объектах окружающей среды и производственных системах непрерывного контроля технологических процессов, в том числе в агрессивных средах. В частности, pH-метр применяется для аппаратного мониторинга pH растворов разделения урана и плутония, где требования к корректности показаний аппаратуры без её калибровки чрезвычайно высоки. Действие pH-метра основано на измерении величины ЭДС электродной системы, которая пропорциональна активности ионов водорода в растворе — pH (водородному показателю). Измерительная схема по сути представляет собой вольтметр, проградуированный непосредственно в единицах pH для конкретной электродной системы (обычно измерительный электрод — стеклянный, вспомогательный — хлорсеребряный).

9.3.Термокондуктометрические газоанализаторы (конструкция, принцип работы).

Термокондуктометрические газоанализаторы используют при своей работе зависимость теплопроводности изучаемых газовых смесей от состава. В большинстве термокондуктометрических газоанализаторов уверенно работает схема, включающая два чувствительных элемента (рабочих терморезисторов), омываемых исследуемой смесью и двух сравнительных терморезисторов, помещаемых в герметичные ячейки, которые заполняются сравнительным газом с заранее точно известным составом. Два потенциометра ориентированы на установку нулевых показаний и регулирование диапазонов аналитических работ. Мерой концентрации определяемых компонентов выступает электроток, пропускаемый через изучаемую смесь и измеряемый посредством вторичного (т.е. показывающего или же регистрирующего) устройства

Билет 10 1)Психро́метр (др.-греч. ψυχρός — холодный) тж. Гигрометр психро́метрический — прибор для измерения влажности воздуха и его температуры.Простейший психрометр состоит из двух спиртовых термометров. Один термометр — сухой, а второй имеет устройство увлажнения. Спиртовая колба влажного термометра обёрнута батистовой лентой, конец который находится в сосуде с водой. Вследствие испарения влаги, увлажнённый термометр охлаждается. Для определения относительной влажности снимают показания с сухого и влажного термометров, а далее используют психрометрическую таблицу, входными величинами в которой являются показания сухого термометра и разница температур сухого и влажного термометров. Для точных измерений, в случае отклонения атмосферного давления от номинального, к результатам психрометрической таблицы добавляют поправку. Конструкция прибора может включать в себя также вентилятор для обдува воздуха около влажного термометра. Скорость обдува обычно составляет 0,5-1 м/с. Принцип действия.Скорость испарения влаги увеличивается по мере уменьшения относительной влажности воздуха. Испарение влаги, в свою очередь вызывает охлаждение конденсированной. Таким образом температура влажного объекта уменьшается. По разнице температур воздуха и влажного объекта можно определить скорость испарения, а значит и влажность воздуха. При этом надо учитывать тот факт, что испарившаяся влага остаётся в окрестностях влажного предмета, и таким образом локально увеличивается влажность воздуха. Для устранения этого эффекта при измерении влажности применяют аспирацию (создается поток воздуха над влажным объектом).Виды психрометров: станционные, аспирационные и дистанционные.

2)Уровнемер - это прибор для промышленного измерения или контроля уровня жидкости и сыпучих веществ в резервуарах, хранилищах, технологических аппаратах и т.п. Гидростатические уровнемеры - ближайшие радственники датчиков давления. Они имеют ограниченное применение из-за относительно низкой точности, ограниченего применения (монтаж на днище резервуара, требуется постоянная плотность продукта, только для спокойных продуктов/процессов). Постоянный контакт с продуктом так же накладывает свои ограничения.

Принцип действия гидростатических уровнемеров основан на измерении давления внутри жидкости, определяемого массой столба жидкости, расположенного между точкой измерения и поверхностью жидкости в емкости. Если емкость открыта и жидкость, уровень которой измеряют, неагрессивна, то в качестве измерительного прибора применяют манометры ( при высоте емкости не ниже 4 м) или напоромеры ( при высоте емкости ниже 4 м), устанавливаемые вблизи днища резервуара. Давление, показываемое прибором, при постоянной плотности жидкости будет пропорционально уровню жидкости.

3) Тепловой расходомер — расходомер, в котором для измерения скорости потока жидкости или газа используется эффект переноса тепла от нагретого тела подвижной средой.

Калориметрический расходомер состоит из нагревателя, который расположен внутри трубопровода, и двух термопреобразователей для измерения температур до Т1 и после Т2 нагревателя. Калориметрические расходомеры основаны на зависимости от мощности нагрева среднемассовой разности температур потока. Чувствительный элемент расходомеров состоит из двух платиновых резистивных элементов, которые расположены внутри трубопровода, первый элемент измеряет температуру газа, второй — поддерживает постоянную температуру превосходящую температуру газа, в то время как измеряемый газ стремится охладить его.

По разнице температур и току необходимому для поддержания температуры на втором резистивном элементе высчитывается расход и скорость газа. Достоинством калориметрических и термоконвективных расходомеров является неизменность теплоёмкости измеряемого вещества при измерении массового расхода.

Билет 11 1) Схема основана на том, что излучение от источника разделяется на две части. На пути одного луча помещается измерительная кювета, содержащая как воздух, так и измеряемый газ, а на пути второго луча помещается идентичная кювета сравнения, содержащая воздух со всеми компонентами, кроме измеряемого газа.  Схема прибора для измерения концентрации озона.

Иногда две кюветы заменяют одной, поочередно заполняя ее воздухом с из меряемым газом и без него. Измерительная кювета 1 длиной 50 см освещается ртутной лампой 2 со светофильтром, выделяющим линию 253, 652 нм, практически совпадающую с максимумом поглощения озона. Интенсивность излучения, прошедшего через кювету, измеряется детектором 3. Исследуемый воздух прокачивается через кювету насосом 4; расход воздуха контролируется расходомером 5. Воздух, поступающий в кювету, с помощью двуходового крана 6 периодически пропускается через фильтр 7, заполненный катализатором, разрушающим озон. Датчик положения крана 8 управляет переключателем 9, который направляет сигнал от детектора 3 при кювете, заполненной воздухом с озоном (I'), в цифровой накопитель 10\ а при кювете, заполненной воздухом без озона (/"), в цифровой накопитель 11. Электронное устройство 12 осуществляет вычитание сигналов после логарифмирования и выдает сигнал, пропорциональный концентрации озона, на цифровое табло и на регистратор. Поскольку измерения ослабления воздуха с озоном и без него проводятся не одновременно, а последовательно, через 6 или 12 с, интенсивность ртутной лампы контролируется вспомогательным детектором 13; через цифровой накопитель 14 корректирующий сигнал направляется в вычислительное устройство 12.

2) Принцип действия оптических пирометров основан на использовании зависимости плотности потока монохроматического излучения от температуры. На (рис. 11) представлена схема оптического пирометра с "исчезающей" нитью, принцип действия которого основан на сравнении яркости объекта измерения и градуированного источника излучения в определенной длине волны. Изображения излучателя 1 линзой 2 и диафрагмой 4 объектива пирометра фокусируется в плоскости нити накаливания лампы 5. Оператор через диафрагму 6 линзу 8 окуляра и красный светофильтр 7 на фоне раскаленного тела видит нить лампы. Перемещая движок реостата 11, оператор изменяет силу тока, проходящего через лампу, и добивается уравнивания яркости нити и яркости излучателя. Если яркость нити меньше яркости тела, то она на его фоне выглядит черной полоской, при большей температуре нити она будет выглядеть, как светлая дуга на более темном фоне. При равенстве яркости излучателя и нити последняя "исчезает" из поя зрения оператора. Этот момент свидетельствует о равенстве яркостных температур объекта измерения и нити лампы. Питание лампы осуществляется с помощью батареи 10. Прибор 9, фиксирующий силу тока, протекающего в измерительной цепи, заранее проградуирован в значениях зависимости между силой тока и яркостной температурой АЧТ, что п озволяет производить считывание результата в ⁰С.

3) Пнэвмоэлектрический преобразователь типа Прибор предназначен для преобразования унифицирован­ного пневматического сигнала в унифи­цированный электрический сигнал постоянного тока .Измерительным элементом преобразователя является манометрическая трубчатая одновитковая пружина Преобразование перемещения ее конца в усилие осуществляется с помощью спиральной пру­жины 2, которая укреплена на рычаге 3, вращающемся вокруг оси 4. На рычаге 3 укреплен также медный диск 7, который находится в высокочастотном поле плоской катушки 6, входящей в базовый контур генератора 9. Генератор выполнен двухконтурным по схеме с общим коллектором. При перемещении коромысла изменяются параметры базового контура, что приводит к изменению режима генератора. Изменение режима генератора вызы­вает изменение постоянной составляющей коллекторного тока и тока базы, а следовательно, и выходного тока. В цепь коллектора включена катушка обратной связи 5, укрепленная на рычаге 3 в поле постоянного магнита 8. Выходной ток, обтекая катушку 5, создает момент обрат­ной связи, противоположный моменту, создаваемому пружиной 2, вследствие чего коромысло будет переме­щаться до наступления нового состояния равновесия.

Билет 12

1) Для контроля расхода и учёта воды и теплоносителя в промышленности применяются электромагнитные расходомеры. Неоспоримые достоинства электромагнитных расходомеров — отсутствие гидродинамического сопротивления, отсутствие подвижных механических элементов, высокая точность, быстродействие — определили их широкое распространение.

Вид внутри канала видна изолирующая футеровка канала и электрод В проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения проводника. При этом направление тока, возникающего в проводнике, перпендикулярно к направлению движения проводника и направлению магнитного поля. Это известный закон электромагнитной индукции — закон Фарадея.Если заменить проводник потоком проводящей жидкости, текущей между полюсами магнита, и измерять ЭДС, наведённую в жидкости по закону Фарадея, можно получить принципиальную схему электромагнит­ного расходомера, предложенную ещё самим Фарадеем. Электромагнитные расходомеры могут быть выпол­нены как с постоянными магнитами, так и с электромагнитами, питаемыми пере­менным током. Электромагнитные расходомеры имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения.

2) Пирометр — прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света.Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства. Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах.

Цветовые (другие названия: мультиспектральные, спектрального отношения) — позволяют делать вывод о температуре объекта, основываясь на результатах сравнения его теплового излучения в различных спектрах.Принцип действия бесконтактного термометра заключается в измерении силы теплового излучения, исходящего от объекта преимущественно в диапазонах видимого света и инфракрасного излучения.Изначально термин «пирометр» использовался для обозначения прибора, предназначенного для измерения температуры по яркости предельно нагретого предмета. На сегодняшний день понятие несколько расширилось, поскольку, с развитием технологий появились абсолютно новые приборы – инфракрасные.

3 . Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) служат для преобразования информации из цифровой формы в аналоговый сигнал – суммирование токов и напряжений. ЦАП широко применяется в различных устройствах автоматики для связи цифровых ЭВМ с аналоговыми элементами и системами.Принцип работы ЦАП состоит в суммировании аналоговых сигналов, пропорциональных весам разрядов входного цифрового кода, с коэффициентами, равными нулю или единице в зависимости от значения соответствующего разряда кода.ЦАП преобразует цифровой двоичный код Q₄Q₃Q₂Q₁ в аналоговую величину, обычно напряжение U_вых.. Каждый разряд двоичного кода имеет определенный вес i-го разряда вдвое больше, чем вес (i-1)-го. Работу ЦАП можно описать следующей формулой:

U_вых=e*(Q₁ 1+Q₂*2+Q₃*4+Q₄*8+…)

где e - напряжение, соответствующее весу младшего разряда, Q_i - значение i -го разряда двоичного кода (0 или 1).

Например, числу 1001 соответствует

U_вых=у*(1*1+0*2+0*4+1*8)=9*e

На рисунке 3.3.4.1 приведена схема цифро - аналогового преобразователя.

Рисунок 3.3.4.1 - Схема цифро-аналогового преобразователя