Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Системы управления технологическими процессами. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 147 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

ства) внутри замкнутой термосистемы. Эти изменения воспринимаются манометрической трубкой 5, которая через передаточный механизм, состоящий из тяги 7 и сектора 6, воздейст- вует через зубчатое колесо 4 на стрелку 3. Диапазон измерения таких приборов (-120 - +600)оС. Класс точности 1,0¸2,5.

Достоинства манометрических термометров: возмож-

ность измерения температуры во взрывоопасных помещениях.

Недостатки: трудность ремонта, большая инерционность,

ограниченная дальность передачи показаний.

Термометры сопротивления. По материалу чувствительного элемента бывают медные (ТСМ) и платиновые (ТСП). Медь окисляется при высокой температуре и влажности и обладает малым удельным сопротивлением. Платиновый термометр сопротивления конструктивно представляет собой основу из слюды, на которую бифилярно наматывается платиновая проволока, диаметром 0,067 м и длиной 2,0 м. Это обкладывается слюдяной обкладкой, обвязывается серебряной лентой и помещается в алюминиевый чехол. Пространство между чехлом и термометром герметизируют алюминиевыми опилками.

К металлам, используемым в термометрах сопротивления, предъявляются следующие требования:

1) металл не должен вступать в химическую реакцию со

средой, в которой измеряется температура;

2) должен иметь высокий температурный коэффициент;

3) должен иметь высокий коэффициент удельного сопротивления;

4) зависимость сопротивления от температуры должна быть

линейной.

В качестве материала термометров сопротивления могут быть использованы полупроводники (термисторы). Температура, измеряемая термисторами, - 60 - +180 °С. Медные и платиновые термометры выпускаются со строго определёнными значениями сопротивлений, соответствующими своим типам и градуировкам. Термометры сопротивления не показывают температуру, а служат первичными преобразователями. В качестве измерительных приборов термометров сопротивления применяются логометры, уравновешенные и не уравновешенные мосты.

Неуравновешенные мосты используются ограниченно, так

I1I263

как имеется зависимость тока небаланса от напряжения питания, что влияет на точность показаний, поэтому предусматривается контроль и коррекция напряжения питания.

Логометры (рис. 2.10 ) представляют собой приборы магнито-электрической системы.

Рис. 2.10. Принципиальная схема логометра

Вращающие моменты рамок М1 и М2 равны

1=C1B1I1,

2=C2B2I2,

где C1, C2 - константы, зависящие от геометрических размеров и числа витков; B1, B2 - магнитные индукции; I1,I2 - токи, протекающие через рамки.

При изменении сопротивления Rt вследствие изменения температуры через одну из рамок потечёт ток большей силы. Равенство моментов М1=М2 нарушается и подвижная система поворачивается на уголj. Рамка, по которой течёт ток большей силы, попадает в зазор с меньшей магнитной индукцией, а другая - заходит в зазор с большей. При определённом положении моменты рамок сравниваются:

C1B1I1= C2×B2×I

Достоинством логометров является то, что угол поворота подвижной системы не зависит от напряжения питания.

Термоэлектрические термометры. Преобразуют темпера- туру измеряемой среды в соответствующую термоэдс, т. е. осуществляют преобразование тепловой энергии в электрическую.

Наиболее точные и стабильные термопары изготавливают из благородных металлов. Существует 5 типов стандартных термопар:

1) платинородий (10 % родия) - платина (ТПП). Достоин-

АВ

l++

ство термопары – жаростойкость, постоянство термоэдс. Недостаток - маленькая развиваемая термоэдс. Диапазон измеряемых температур 20-1300 °С;

2) платинородий (30 % родия) - платинородий (6 % родия) (ТПР). Диапазон измеряемых температур 300 – 1600 °С. Недостаток термопары - очень маленькая термоэдс;

3) хромель - алюмель (ТХА). Представляет собой сплав 94 % никеля +2 % алюминия +2,5 % марганца+1 % кремния+… .

Диапазон измеряемых температур 50 – 100 °С. Достоинство термопары – стойкость против окисления и коррозии;

4) хромель - копель (ТХК). Представляет собой сплав из

57 % меди, 43 % никеля. Диапазон измеряемых температур

-50 - +600 °С. Достоинство термопары – наибольшая термоэдс;

5) из сплава НК - СА (никель, кобальт - специальный алюмель)

ТНК. Достоинство этого вида термопар - самые дешёвые.

Существуют и нестандартные термопары, например: медьжелезо, медь - константан, железо - константан, медь - копель, для высоких температур вольфрам - иридий и т. д.

В комплекте с термопарами в качестве вторичных измерительных

приборов используются потенциометры (рис. 2.11) и милливольтметры.

Потенциометры. Принцип действия потенциометров основан на уравновешивании измеряемой термоэдс разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником тока (рис. 2.11).

НП

(t t0)

Рис. 2.11. Принципиальная схема потенциометра

Ток от вспомогательного источника Е (рис. 2.11) проходит по цепи, в которую между точками А и В включён реохорд R

АВ.

Разность потенциалов между точкой А и любой точкой Д про-

643

порциональна сопротивлению RАВ. Передвигая контакт Д по реохорду RАВ можно найти положение, при котором ток в цепи термопары равен нулю. Термоэдс термопары E(tt0) определяется величиной падения напряжения на участке компенсирующего резистора RАВ.

Пирометры (термометры излучения). Принцип действия пирометров основан на использовании теплового излучения нагретых тел. Их преимуществами являются: измерение основано на бесконтактном способе; верхний предел измерения температур теоретически неограничен; имеется возможность измерения температур пламени и высоких температур газовых потоков при больших скоростях. Лучистая энергия выделяется нагретым телом в виде волн различной длины. Одновременно с увеличением температуры тела и изменением его цвета изменяется спектральная яркость и увеличивается суммарное (интегральное) излучение. В соответствии с этими свойствами пирометры делятся на: квазимонохроматические (рис. 2.12, б); спектрального отношения; полного излучения. Теоретически можно обосновать лишь явление лучеиспускания абсолютно чёрного тела. Все реальные физические тела обладают способностью отражать часть падающих на них лучей. Коэффициент лучеиспускания реальных тел меньше 1. В природе абсолютных чёрных тел нет, но есть близкие к нему.

а б

Рис. 2.12. Пирометр: а - внешний вид; б - схема квазимонохроматического пирометра: 1 – линза объектива; 2, 5 – фильтры; 3 – лампа накаливания; 4 - линза окуляра; 6 – вольтметр; 7 – источник тока; 8 – реостат

Квазимонохроматический пирометр. Принцип действия основан на сравнении яркости монохроматического излучения двух тел: эталонного (нить лампы накаливания, яркость которой регулируется) и тела, температуру которого измеряют.

Пирометр (рис. 2.12) представляет собой телескопическую трубку с линзой объектива 1 и линзой 4 окуляра. Внутри трубки 1 в фокусе линзы объектива находится лампа накаливания 3 с подковообразной нитью. Лампа питается от источника тока 7 через реостат 8. В цепь питания лампы включён вольтметр 6, шкала которого отградуирована в градусах температуры. Для получения монохроматического цвета имеется красный фильтр 5, пропус- кающий только лучи определённой длины волны. В объективе находится светопоглощающий фильтр 2, служащий для расшире- ния пределов измерения. Объектив и окуляр прибора могут перемещаться вдоль оси в трубке, что позволяет получить резкое изображение раскалённого тела и нити. Сначала трубку наводят на тело и передвигают объектив до получения чёткого изображения тела и нити лампы. Включив источник тока, реостатом 8 регулируют яркость нити до тех пор, пока средняя часть её не сольётся с освещённым телом. В этот момент по шкале милливольтметра отсчитывают температуру тела. Стабильность показаний пирометра зависит от постоянства характеристик прибора и лампы. Пирометры работают с эффективной длиной волны 0,65 или 0,66 мкм.

2.5. Измерение расхода

Расходом называют количество вещества, проходящего в единицу времени через сечение какого-либо устройства. Различают объёмный (м3/ч, л/мин) и массовый (кг/с, т/ч) расходы. Расход жидкости измеряют и объёмным и массовым методами, а расход газа – только объёмным. При этом объем газа необходимо привести к нормальным условиям: температуре 20 °С, давлению 760 мм рт. ст., влажности 0 %. Приборы для измерения расхода называют расходомерами. Различают следующие виды расходомеров: постоянного и переменного перепада давлений, переменного уровня, скоростного напора, индукционные и ультразвуковые.

Расходомеры постоянного перепада давления. Наибольшее распространение получили расходомеры со свободно перемещающимся в конической трубке поплавком, называемые ротаметрами (рис. 2.13).

2 1

патока

Направление

а б

Рис. 2.13. Ротаметр: а - внешний вид; б –схема: 1 – трубка; 2 – поплавок; 3, 4 –

головки; 5 – шпильки; 6 – седло

Трубка 1 может быть стеклянной (ротаметры стеклянные типа РС) и металлической (из стали, алюминия). Стеклянная трубка удобна возможностью непосредственного отсчёта, но непригодна для передачи показаний на расстояние. Ротаметры с металлической конической трубкой могут работать при значительном давлении жидкости или газа и осуществлять передачу показаний на расстояние. Коническая трубка 1 закреплена в металлических головках 3 и 4, снабжённых сальниками и фланцами для включения в трубопровод. Головки стянуты между собой шпильками 5, образующими за- щитную решётку вокруг трубки. В нижней головке расположено седло 6, на которое опускается поплавок 2 при прекращении потока. Верхняя головка снабжена ограничителем хода поплавка. Проходящий через ротаметр снизу поток жидкости или газа поднимает поплавок до тех пор, пока расширяющаяся кольцевая щель между телом поплавка и стенками трубки не достигнет такой величины, при которой действующие на поплавок силы сверху и снизу уравновесятся. При этом перепад давлений на поплавке есть величина посто-

янная по всей длине трубки. Погрешность измерений зависит от температуры окружающей среды и температурного коэффициента расширения и равна, как правило, 1,5-2,0 %.

Расходомеры переменного перепада давления. Используются для измерения расхода жидкости, газов и пара в трубопроводах диаметром 50 мм и выше в очень большом диапазоне давлений и температур. Измеряемая среда должна быть однофазной (жидкой или газообразной). Из жидкости не должны выделяться газы, пар, осадки. Газ не должен содержать крупных взвешенных частиц, пар должен быть перегретым.

Расходомер состоит из: сужающего устройства (уменьшающего сечение потока) и вторичного прибора, измеряющего перепад давлений. В качестве стандартных сужающих устройств обычно используют: диафрагмы (рис. 2 .14), сопла, сопла Вентури. К нестандартным сужающим устройствам относятся сегментные диафрагмы, трубы Вентури и т. п.

Диафрагма - тонкий стальной диск с круглым концентрическим отверстием. Зона вихрей больше за диаграммой, чем перед ней (рис. 2.14 ). Поток жидкости Р0 начинает сужаться перед диафрагмой и вследствие силы инерции достигает наибольшего сужения уже после неё, после чего расширяется до полного сечения.

а б

Рис. 2.14. Сужающее устройство: а - внешний вид; б - характер потока и график распределения давления при установке сужающего устройства в трубопроводе

Давление перед диафрагмой возрастает до Р1 в результате подпора и снижается до минимума Р2 после диафрагмы. Затем оно вновь повышается до Рn (давление потерь), так как существуют потери энергии на завихрения. Зависимость между расходом жидкости и перепадом давлений:

××=

, (2.4)

где DР=Р1-Р2 - перепад давлений; s - площадь поперечного сечения сужающего устройства;e - поправочный коэффициент с учетом сжимаемости среды (для жидкости - равен 1);r - плотность среды;m - коэффициент расхода, зависящий от геометрической формы сужающего устройства.

Посколькуe, s,r,m - постоянные величины, расход жидкости является функцией перепада давлений, т. е. Q = f(DP).

На рис. 2.15, 2.16 представлены другие сужающие устройства.

РЕ1

РЕ2

1-Р3

®0

РЕ3

Рис. 2.15. Сопло Рис. 2.16. Сопло Вентури

Сопло (рис. 2. 15) - устройство со стороны входа имеющее плавную закруглённую форму, переходящую в цилиндрическую насадку. Сопла сложнее в изготовлении и дороже, чем диафрагмы. Сопла Вентури (рис. 2.16) громоздки и тяжелы и используются для измерения расхода жидкостей с большой концентрацией взвешенных частиц и пульп. Сопло Вентури представляет собой профильную входную часть, цилиндрическую середину и выходной конус. Оно имеет маленькие потери энергии и большой коэффициент расхода. К общим недостаткам сужающих устройств относятся: малый диапазон измерений, зависимость показаний от

плотности измеряемой среды, небольшая точность 1,5-2,0 %,

Измерительный

сложность применения для малых расходов.

Индукционные расходомеры используются для измерения

расхода электропроводных жидкостей. Принцип действия их (рис. 2.17) основан на измерении ЭДС, индуктируемой в потоке электропроводной жидкости (кислоты, щелочи, соли) под действием внешнего магнитного поля.

Магнит

Трубка

а б

Рис. 2.17. Индукционный расходомер: а - внешний вид; б - схема

прибор

При прохождении жидкости через однородное постоянное

магнитное поле в ней наводится ЭДС Е, пропорциональная средней скорости потока:

lB,

ср

где В - магнитная индукция; l - расстояние между электродами;

- средняя скорость потока.

ср

Ультразвуковые расходомеры (частота более 20 кГц). Измерение расхода основано на явлении смещения звукового колебания движущейся жидкой среды.

Принцип действия калориметрических расходомеров осно- ван на нагреве потока жидкости или газа посторонним источником энергии, создающим в потоке разность температур, зависящую от скорости потока и расхода теплоты в нагревателе.

Расходомеры переменного уровня (рис. 2.18) используются для измерения расхода химически активных жидкостей, жидкостей, смешанных с газом.

Рис. 2.18. Расходомер переменного уровня с нормальной диафрагмой:

1 - уровнемерное стекло; 2 – патрубок; 3 – фильтр; 4 - диафрагма

Принцип действия их основан на зависимости уровня в ёмкости от расхода жидкости, проходящей через неё. Через нижнее сечение трубы (где установлена диафрагма) расход определяется выражением

(2.4)

РsQ

В то же время перепад давлений в емкости будет зависеть от высоты:

gHP

. (2.5)

Тогда с учетом (2.4) получим:

gHsQ 2me=

. (2.6)

Поскольку в (2.4), (2.6)e, s,r,m - постоянные величины расход жидкости является функцией уровня, т. е. Q = f(Н).

Расходомеры динамического давления. Измерение расхода (рис. 2.19) основано на зависимости динамического давления (скоростного напора) от скорости потока контролируемой среды. Левой трубкой 2 , снабженной для закрепления в трубопроводе 3 сальниками 4, измеряют статическое давление, а правой - полное. Дифманометр 1 показывает разность давлений.

Динамическое давление (скоростной напор) определяют выражением:

. (2.7)

=-=

PPP

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 147 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]