Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Автоматическое управление расходом, давлением и уровнем жидкости. Учебное пособие
.pdf
61
3.3 Тахометрические расходомеры
3.3.1 Турбинные
Принцип действия: частота вращения установленных в потоке элементов
связана с расходом. Применяется для стационарных режимов движения несжимае-
мых жидкостей. Поток жидкости при входе в устройство выравнивается струевыпрямителем и направляется на лопасти турбины (рисунок 3.5). В катушке
индуктивности ЭДС, измеряемая вторичным прибором. Используются как расходомеры и как счетчики.
Рисунок 3.5 – Турбинный датчик расхода
3.3.2 Ротационные счетчики
Принцип действия: под действием разности давлений на входе и выходе
прибора роторы приводятся во вращение и обкатываются боковыми поверхностями. При этом суммируются единичные объемы газа V0, вытесненных роторами из
измерительной камеры прибора за определенный период времени (рисунок 3.6).
62
Объем газа V, прошедший через прибор равен
где n – частота вращения роторов.
Выпускаются газовые счетчики типа РГ на расходы 40, 100, 250, 400, 600,
1000 м3/ч.
Погрешность показаний в пределах 10-100% номинального расхода состав-
Рисунок 3.6 – Ротационный датчик расхода
V=V0n;
ляет ±2%
3.4 Индукционные расходомеры
Принцип действия основан на законе Фарадея (закон электромагнитной ин-
дукции). При протекании в трубопроводе проводящей жидкости (рисунок 3.7)
между полюсами магнита в направлении перпендикулярном направлению жидкости и в направлении основного магнитного потока возникает ЭДС U на электродах,
пропорциональная скорости движения жидкости v:
63
U = – Bdv
где B – магнитная индукция в зазоре полюсов магнита,
d – внутренний диаметр трубопровода.
Рисунок 3.7 – Индукционный датчик расхода
Если выразить через объемный расход Q через скорость v, т.е.
то U равно
64
Достоинства:
kl
tCS
F
2
2
- обладают незначительной инерционностью показаний (что важно для
САУ);
- нет частей, находящихся внутри рабочего трубопровода (поэтому они име-
ют минимальные гидравлические потери).
Недостатки:
- показания зависят от свойств измеряемой жидкости (вязкость, плотность) и
характера потока (ламинарный, турбулентный);
- присуще образование паразитных ЭДС и явление поляризации электродов,
при этом изменяется сопротивление датчика.
Сейчас выпускают индукционные расходомеры: ИР-51, 4РИМ, 5РИМ. Диапазон измерений 1.25-400 м3/ч. Основная погрешность 1-1.5%.
Измеряемые среды: щелочи, кислотные, абразивные жидкости и пульпы.
3.5 Ультразвуковые расходомеры
Принцип действия: скорость распространения ультразвука в движущейся
среде газа или жидкости ровна геометрической сумме средней скорости движения
среды v и собственного скорости звука в этой среде.
Излучатель И создает ультразвуковые колебания частотой от 20 Гц и выше,
которые попадают на приемник П, регистрирующий эти колебания (он расположен
на расстоянии l, рисунок 3.8). Тогда расход потока F равен:
,
где S – площадь сечения потока жидкости;
С – скорость звука в среде (для жидкости 1000-1500 м/с);
t = t2 – t1
65
t1 – продолжительность распространения звуковой волны по на правле-
нию движения потока от излучателя И1 до приемника П1;
t2 – продолжительность распространения звуковой волны против движе-
ния потока от излучателя И2 до приемника П2;
l – расстояние между излучателем И и приемником П;
k – коэффициент, учитывающий распределение скоростей в потоке.
Достоинства:
- высокая надежность и быстродействие;
- возможность измерения расхода неэлектропроводных жидкостей.
Рисунок 3.8 – Ультразвуковой датчик расхода
3.6 Термоанемометрические датчики расхода
3.6.1 Проволочные термоанемометрические датчики расхода
Термоанемометрические датчики (от «анемо» - ветер) представляют собой
помещенный во впускной трубопровод нагреваемый электрическим током провод-
ник, сопротивление которого сильно зависит от температуры. Чем выше скорость
движения окружающей проводник среды, тем больше теплоотдача и ниже темпе-
ратура, а, следовательно, и сопротивление проводника. Таким образом, изменяется
сила тока, проходящего в цепи проводника. Для работы датчика необходима
температурная компенсация, которая достигается путем помещения аналогичного
66
проводника в неподвижную среду. Измерение расхода осуществляется путем срав-
нения сопротивлений этих двух проводников. Датчик, состоящий из одного такого
проводника, может служить для измерения температуры.
На рисунке 3.9 показана электрическая схема термоанемометрического датчика расхода воздуха.
Рисунок 3.9 – Термоанемометрический датчик расхода
Два термочувствительных резистора (проволочки) помещены в поток воздуха, поступающего во впускной коллектор. RH нагревается током I2 до температу-
ры, превышающей температуру забортного воздуха на 100-200 градусов. RК не
нагрет и служит для определения температуры поступающего воздуха. Эти два резистора вместе с R1, R2 и R3 образуют измерительный мост. Сопротивление RК +
R1+ R2 гораздо больше, чем RH + R3 и I3 гораздо меньше I2.
При постоянном расходе воздуха мост уравновешен и входные напряжения
операционного усилителя V1 и V2 равны. Если приоткрыть дроссельную заслонку,
поток воздуха возрастет, резистор RH будет сильнее охлаждаться, его электрическое сопротивление уменьшится, V
увеличится, мост утратит состояние равнове-
1
сия, выходной ток операционного усилителя I1 увеличится. Рост тока I
увеличит
2
67
нагрев, мост вернется в состояние равновесия, но уже при других значениях I1.
Таким образом изменение расхода воздуха оказывается связанным с значением
напряжения.
Недостаток: в ходе эксплуатации расходомера толщина платиновой нити
уменьшается, что приводит к снижению точности измерений.
3.6.2 Пленочные термоанемометрические датчики расхода
Принцип действия пленочного расходомера аналогичен проволочному. Ос-
новное отличие заключается в конструкции чувствительного элемента. Чувстви-
тельный элемент пленочного расходомера воздуха представляет собой кристалл
кремния, на который нанесено несколько тонких платиновых слоев – резисторов:
нагревательного резистора, двух терморезисторов, резистора датчика температуры
воздуха.
Чувствительный элемент расположен в специальном воздушном канале, воз-
дух в который поступает за счет разряжения. Высокая скорость потока предотвра-
щает попадание в канал крупных частиц грязи и загрязнение чувствительного эле-
мента. Конструкция воздушного канала позволяет определять массу как прямого,
так и обратного (отраженного от закрытых клапанов) потока воздуха, что увеличи-
вает точность измерения. Нагревательный резистор поддерживает определенную
температуру чувствительного элемента. По разнице температур на терморезисто-
рах определяется масса всасываемого воздуха и направление воздушного потока.
Выходным аналоговым сигналом расходомера является напряжение постоянного
тока.
3.7 Контроль расхода жидкости, поступающей в контрольноизмерительную емкость с помощью мерной диафрагмы, управление подачей
жидкости клапаном с аналоговым управлением и регулятором TPM1 ОВЕН
Цель работы: экспериментальная настройка измерителя-регулятора типа
TPM1для управления пропорциональным клапаном с целью поддержания постоян-
ного расхода жидкости; анализ переходных процессов.
68
Данную работу следует выполнять с использованием ПЭВМ (ноутбука) для
регистрации параметров переходного процесса.
3.7.1 Порядок проведения работы
Шаг 1. Включить электропитание стенда тумблером «Питание системы
управления».
Шаг 2. Включить ноутбук, дождаться загрузки операционной системы, запустить программу «АУ-РДУЖ измерения».
Шаг 3. В диалоговом окне программы выбрать пункт меню «Режим работы»
- «Регистрация и аналоговое управление».
Шаг 4. В диалоговом окне программы выбрать «Динамический режим измерений», шаг сбора данных установить равным 0,4 с. В качестве отображаемых на
графике параметров выбрать зависимость расхода по диафрагме от времени.
Шаг 5. Установить переключатели «Управление пропорциональной задвижкой», «Управление пропорциональным клапаном» и «Управление преобразователем частоты» в положение «Ручное», переключатель «Управление дискретной задвижкой» в положение «Закрыто». Установить потенциометрами управляющий
сигнал величиной 100 для преобразователя частоты и пропорционального клапана,
0 для пропорциональной задвижки.
Подождать 30-40 с для выхода пропорциональной задвижки в заданное положение.
Шаг 6. Открыть краны КР1, КРЗ, КР5, КР6, КР7 . Закрыть краны КР2, КР4.
Шаг 7. Включить тумблером «Насос» питание частотного преобразователя.
На панели частотного преобразователя нажать кнопку «Auto Оn».
Шаг 8. Постепенно закрывать кран КР3 до положения, при котором расход
жидкости станет равным 30±2 л/мин.
Шаг 9. Установить на ТРМ отображающем «Показания измерительной диафрагмы» следующие значения:
- тип закона регулирования - параметр а1-1 = 5;
- значение уставки расхода Q
из диапазона 20-25 л/мин;
УСТ
69
- величину зоны пропорциональности Δ = 20.
КР3
Q
УСТ
, л/мин
Δ, л/мин
QФ, л/мин
е
СТ
, л/мин
е
ДИН
, л/мин
t
УСТ
, с
Управление пропорциональным клапаном
Записать значения параметров в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 - Результаты измерений
Шаг 10. В диалоговом окне программы нажать кнопку «Запуск измерения».
Шаг 11. Перевести переключатель выбора измерителя-регулятора, осуществляющего управление по расходу в положение «Диафрагма», переключатель вида
управления пропорциональным клапаном в режим «По расходу». При этом начнется регулирование сигнала на клапан от ТРМ.
Шаг 12. Дождаться установившегося значения расхода QФ жидкости, записать в таблицу 3.1. В диалоговом окне программы нажать кнопку «Остановка измерения». Сохранить полученные графики и данные в файл.
Шаг 13. Определить величину статической еСТ и динамической е
время выхода на установившееся значение t
и записать в таблицу 3.1.
УСТ
ошибки,
ДИН
Шаг 14. В диалоговом окне программы нажать кнопку «Запуск измерения».
Шаг 15. Полностью открыть кран КР3.
Шаг 16. Дождаться установившегося значения расхода QФ жидкости, записать в таблицу 5.1. В диалоговом окне программы нажать кнопку «Остановка измерения». Сохранить полученные графики и данные в файл.
Шаг 17. Определить величину статической еСТ и динамической е
время выхода на установившееся значение t
и записать в таблицу 3.1.
УСТ
ошибки,
ДИН
Шаг 18. Перевести переключатель вида управления пропорциональным клапаном в режим «Ручной». Задать значение сигнала равным 100.
Шаг 19. Повторить действия по шагам 8-18 для значений величины зоны
пропорциональности Δ = 15; 10; 5 (установившийся режим может получиться не
для всех настроек).
70
Шаг 20. Выключить приводной электродвигатель насоса H1 нажав на панели
частотного преобразователя нажать кнопку «Off/Reset».
Шаг 21. Выключить питание преобразователя частоты тумблером «Насос».
Шаг 22. Закрыть диалоговое окно программы «АУ-РДУЖ измерения».
Шаг 23. Выключить питание системы управления стенда.
Шаг 24. Сделать выводы о влиянии ширины зоны пропорциональности на
ошибку регулирования и устойчивость системы.
3.8 Контроль расхода жидкости, поступающей в контрольноизмерительную емкость с помощью счетчика-расходомера, управление
подачей жидкости клапаном с аналоговым управлением и регулятором TPM1
ОВЕН
Цель работы: экспериментальная настройка измерителя-регулятора типа
TPM1 для управления пропорциональным клапаном с целью поддержания посто-
янного расхода жидкости; анализ переходных процессов.
Данную работу следует выполнять с использованием ПЭВМ (ноутбука) для
регистрации параметров переходного процесса.
3.8.1 Порядок проведения работы
Шаг 1. Включить электропитание стенда тумблером «Питание системы
управления».
Шаг 2. Включить ноутбук, дождаться загрузки операционной системы, запу-
стить программу «АУ-РДУЖ измерения».
Шаг 3. В диалоговом окне программы выбрать пункт меню «Режим работы»
- «Регистрация и аналоговое управление».
Шаг 4. В диалоговом окне программы выбрать «Динамический режим измерений», шаг сбора данных установить равным 0,4 с. В качестве отображаемых на
графике параметров выбрать зависимость расхода по счетчику-расходомеру от
времени.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]