Задачи / Задачи по ТИП

уровнемеров достаточно сложно, что ограничивает их широкое распространение.

Радиоизотопные уровнемеры, как правило, применяются в тех случаях, когда непосредственный контакт с измеряемой средой по каким-либо причинам нежелателен (например, уровень жидкого хлора, шихты в доменной печи и т. д.). Следует иметь в виду, что на показания радиоизотопных уровнемеров практически не влияет изменение плотности измеряемой среды (для принципиальных схем, принятых в серийных приборах).

Контрольные задачи

3. 0. Уровень воды в емкости измеряется гидростатическим способом. Максимальный уровень Нмакс = 400 мм. Оцените относительную погрешность измерения максимального уровня, вызванную изменением уровня воды в минусовой импульсной трубке мембранного дифманометра. Внутренний диаметр импульсных трубок d=10 мм. При изменении уровня от 0 до Нмакс происходит изменение объема минусовой камеры дифманометра на V=4 см3. При Н=0 уровни воды в обеих импульсных трубках равны. Температура окружающей среды и воды в емкости и трубках t = 20 0С.

3. 1. Уровень воды в открытой емкости измеряется дифманометро– уровнемером. Уровнемер градуировался при температуре воды в емкости и импульсных трубках 30 0С. Изменятся ли показания уровнемера, если температура воды в емкости увеличилась до 90 0С, а температура воды в импульсных линиях осталась 30 0С.

3. 2. В цилиндрическом вертикальном стальном резервуаре-хранилище диаметром 12 и высотой 10 м находится керосин. При температуре 30 0С высота уровня керосина составляет 8,5 м. Изменятся ли показания гидростатического уровнемера и изменится ли действительный уровень керосина, если температура окружающего воздуха и резервуара вместе с керосином будет 0 0С?

3. 3. Пьезометрический уровнемер измеряет уровень щелочи в выпарном аппарате. Определите давление воздуха в источнике питания и примерный часовой расход воздуха при максимальном уровне. Максимальная плотность рас-

20

твора щелочи ρщ=1280 кг/м3. Диапазон изменения уровня 0-400 мм, внутренний диаметр пневмометрической трубки d=6 мм, температура жидкости в аппарате 80 0С, абсолютное давление в аппарате 16 кПа.

3. 4. Рассчитайте емкость и коэффициент преобразования измерительного преобразователя емкостного уровнемера, предназначенного для измерения уровня в баках-хранилищах керосина, от нулевого до максимального значения

Нмакс = 8 м.

Емкостный преобразователь состоит из полого металлического цилиндра диаметром D=60 мм (внешний электрод), внутри которого коаксиально расположен металлический тросик диаметром d=l,5 мм, покрытый слоем изоляции толщиной b = 1 мм (внутренний электрод). Длина преобразователя l=8 м, емкость конструктивных элементов С0=75 пФ. Относительная диэлектрическая проницаемость паров керосина εп=1, керосина εк=2,l, изоляционного покрытия тросика εи=4,2.

3. 5. Зависит ли коэффициент преобразования емкостного преобразователя уровнемера от соотношения диэлектрических проницаемостей жид-

кости εж и ее паров εп? Жидкость неэлектропроводна. Преобразователь представляет собой металлический цилиндр диаметром D и длиной l, внутри которого коаксиально расположен металлический неизолированный трос диаметром d.

3. 6. Оцените погрешность емкостного уровнемера, вызванную изменением температуры проводящей жидкости на 25 0С, для измерительной схемы без автоматического введения поправки на изменение диэлектрической проницаемости. Емкость конструктивных элементов измерительного преобразователя С0=82 пФ, погонная геометрическая емкость системы в воздухе Сп=240 пФ/м,

диэлектрическая проницаемость жидкости εж=18, изменение εж с изменением температуры составляет 0,2 % /К, интервал изменения уровня h от 0 до 2 м, длина измерительного преобразователя 1 = 2 м.

3. 7. Можно ли применить емкостный преобразователь (задача 3.6.)

без переградуировки для измерения жидкости с εж = 20?

21

3. 8. Следует ли производить переградуировку следящего радиоизотопного уровнемера, если он был отградуирован на воде, а затем возникла необходимость измерять уровень жидкого хлора?

3. 9. Рассчитайте плечо lподвеса буйка уровнемера, предназначенного для измерения уровня в сосуде под давлением в интервале –250 ÷ +250 мм от-

носительно номинального значения. Плотность жидкости ρж= 1300 кг/м3, сред-

няя объемная плотность буйка ρб=2000 кг/м3, диаметр буйка D=20 мм, максимальное перемещение заслонки относительно сопла х=0,1 мм, расстояние от сопла до точки опоры α = 20 мм, расстояние от точки опоры до уравновешивающей пружины l= 100 мм, упругость пружины W=20 Н/ мм, начальная сила натяжения пружины F0 = 10 Н. Расстояние от точки опоры до места подвеса буйка l может устанавливаться в пределах от 0,2 до 1,5 м.

4. Измерение расхода

Расход жидкостей, газов и пара является одним из важных показателей многих технологических процессов. Практически все методы измерения расхода, применяемые в промышленных и лабораторных установках, достаточно подробно рассмотрены в [3]. Отметим некоторые особенности наиболее распространенных методов измерения расхода.

Перепад давления p, образующийся в комбинированной напорной труб-

ке, равен динамическому напору. Скорость υ, соответствующая этому перепаду, определяется из уравнения

22

где kш – поправочный множитель на шероховатость трубопровода;, kп — поправочный множитель на притупление входной кромки диафрагмы (для сопл kп = 0).

При использовании этого метода измерения часто имеют место погрешности, вызванные несоответствием расчетных и действительных значений параметров в уравнениях расхода. Например, при отклонении температуры среды t от расчетной tp изменяется плотность среды, что вызывает изменение показаний расходомера. Для сухого газа новое значение плотности ρ определя-

ется через плотность ρн при нормальных условиях по формуле рТн ,

PнТk

где р и Т — действительное давление и абсолютная температура среды; рн и Tн - параметры среды при нормальных условиях; k — коэффициент сжимаемой среды, определяемый по [6].

Для жидкости плотность р при температуре может вычисляться по фор-

муле

где рр – плотность жидкости при расчетной температуре tр; β – средний коэффициент объемного теплового расширения жидкости в интервале температур от tр до t.

Средняя квадратическая относительная погрешность измерения расхода показывающим дифманометром определяется по формуле

Составляющие подкоренного выражения определяются по [4]. Электромагнитные расходомеры применимы для измерения расхода

электропроводящих сред. Поэтому они не могут быть использованы для изме-

24

мальных условиях: tн= 20 0С, рн = 101,322 кПа и влажности ϕн = 0. Однако в реальных условиях t = 25 0С, Р=0,13 МПа и ϕ = 30 %.

Определите поправочный коэффициент для пересчета показаний расходомера на нормальные условия.

4. 3. Расход воды, протекающей по трубопроводу D = 200 мм, составляет QM=100 Т/Ч. Относительная площадь диафрагмы m = 0,5, давление воды р=10 мПа, температура t = 200 0С .

Определите значение перепада давления на сужающем устройстве.

4. 4. По трубопроводу протекает вода при р = 100 кгс/см2 и t = 200 0С. Предельный расход воды Qмп=100 т/ч. Диаметр трубопровода при t = 20 0С, D20=200 мм. В трубопроводе установлены диафрагма и сопло. Относительные площади их таковы, что при указанном расходе перепад давления на обоих сужающих устройствах одинаков и равен 400 кгс/м2.

Имеет ли в этом случае какое-либо из указанных сужающих устройств преимущество (на трубопроводе перед сужающими устройствами установлены колена)?

4. 5. На трубопроводе D = 200 мм перед сужающим устройством с m = 0,6 необходимо установить регулирующий вентиль.

Определите необходимую длину прямого участка, а также возможное уменьшение необходимой длины за счет уменьшения относительной площади сужающего устройства до m = 0,45.

4.6. Рассмотрим схему измерения расхода перегретого пара. Сосуд 1 внутренним диаметром d1=100 мм подключен к месту отбора давления перед соплом, такой же сосуд 2 служит для отбора давления после сужающего устройства. Сосуды подключены к мембранному дифманометру импульсными трубками внутренним диаметром d2 =10мм. При нулевом расходе обе импульсные трубки и сосуды заполнены конденсатом до одинакового уровня, обозначенного на рисунке линий 0–0. Предположим, что расход увеличился от нуля до Qmax = 10 т/ч, при этом перепад давления на сопле составляет pmax = 10 кПа, изменение объема камер дифманометра, соответствующее

26

помощью кольцевых камер.

Определите предельную погрешность измерения предельного расхода. 4. 9. Через один и тот же электромагнитный расходомер пропускали вна-

чале раствор НС1 проводимостью 80 см/м со средней скоростью 10 м/с, а затем раствор КОН проводимостью 40 См/м со скоростью 20 м/с.

Одинаковая ли ЭДС будет наводиться между электродами расходомера в этих случаях?

4. 1. 0. Определите значение ЭДС, индуцируемой в электромагнитном расходомере с диаметром проходного отверстия d=100 мм, при расходе воды Q = 200 м3/ч. Индукция магнитного поля В = 0,01 Тл.

4. 1. 1. Для измерения ЭДС электромагнитного расходомера предполагается использовать милливольтметр со шкалой 0–20 мВ и входным сопротивлением RМB = 200Ом; ЭДС расходомера 15мВ, измеряемая среда - вода, сопротивление воды между электродами преобразователя R = 10 МОм.

Определите погрешность измерения ЭДС (погрешностью самого милливольтметра пренебрегаем).

4. 1. 2. В трубопроводе диаметром 100мм протекает вода, расход которой меняется от 0 до 300 м3/ч. Для измерения расхода установлены ультразвуковые излучатель и приемник. Расстояние между излучателем и приемником

300мм.

Определите время прохождения ультразвуковых колебаний при распространении их «по потоку» и «против потока». Скорость распространения звуковых колебаний в воде с= 1500 м/с.

4. 1. 3. Для условия задачи (4. 1. 2) определите разность времени прохождения звука «по потоку» и «против потока» и разность фазовых углов ультразвуковых колебаний, вызванных разностью скоростей прохождения звука. Частота ультразвука 20кГц.

4. 1. 4. Выведите уравнение, связывающее фазовый сдвиг ультразвуковых колебаний со скоростью потока воды, и оцените влияние температуры на показания осевого ультразвукового фазового расходомера, если известно, что изме-

28

нение температуры воды от 8 до 25 0С вызывает изменение скорости звука от 1435 до 1475 м/с. Частота ультразвуковых колебаний 25 кГц, скорость потока 10 м/с, расстояние между пьезоэлементами расходомера 250 мм.

4. 1. 5. Калориметрический расходомер состоит из нагревателя мощностью 200Вт, выполненного из проволоки диаметром 0,5мм; диаметр трубопровода 100мм.

Определите разность температур измеряемой среды до и после нагревателя при расходе Q0=5O м3/ч. Измеряемая среда – вода или воздух. Исходная температура измеряемой среды 20 0С.

4. 1. 6. Платиновый термоанемометр с диаметром проволоки d = 0,05 мм предназначен для измерения скорости воздуха от 2 до 30 м/с. Температура воздуха 20 0С.

Определите, какую температуру будет иметь нить термоанемометра, если мощность, выделяемая на нити, W=8 Вт/м.

5. Анализ состава сред

Под анализом состава сред понимается измерение концентрации растворов, концентрации водородных ионов по водородному показателю рН, содержания отдельных компонентов в газовых смесях, влажности газов и ряда других показателей. Основными пособиями, в которых изложены эти вопросы, являются [1, 5, 6]. Рассмотрим некоторые понятия и формулы, необходимые для решения задач.

Постоянная электролитической ячейки К – это коэффициент, опре-

деляющий соотношение между удельной электропроводностью χ0 раствора и электропроводностью χ ячейки или ее сопротивлением Rя:

χ0 = k χ = k 1/ R я .

Сопротивление измерительной электролитической ячейки зависит не только от концентрации раствора, но и от температуры. В узком температурном интервале, например 5—10 0С, можно считать, что зависимость сопротивления ячейки Rя от температуры имеет вид

29