Лекция 8

Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

метрология / тех измерения и приборы.pdf

Скачиваний:

274

Добавлен:

31.03.2015

Размер:

8.32 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 / 1414

Раздел 2

Методы и средства измерений давления

жидкостные

деформационные

Электрические средства измерения давления.

Грузопоршневые манометры. Методика измерений давления и разности давлений.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	197
	197

Методы и средства измерений давления Электрические средства измерений давления

Средства измерения давления

электрические		с силовой компенсацией

грузопоршневые

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	198
	198

Методы и средства измерений давления Электрические средства измерений давления

Принципиальная схема преобразователя давления

Основным отличием одних приборов от других является точность регистрации давления, которая зависит от принципа преобразования давления в электрический сигнал.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	199
	199

Методы и средства измерений давления Электрические средства измерений давления

методы преобразования давления

тензорезистивный пьезорезистивный


емкостной			резонансный


индукционный			ионнизационный

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	200
	200

Методы и средства измерений давления Электрические средства измерений давления

методы преобразования давления

тензорезистивный пьезорезистивный


емкостной			резонансный


индукционный			ионнизационный

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	201
	201

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Тензорезистивные преобразователи давления

Принцип: измерение деформации тензорезисторов, сформированных

в эпитаксиальной пленке кремния

на подложке из сапфира (КНС), припаянной твердым припоем к

титановой мембране.

Под действием давления измеряемой среды мембрана с

тензорезисторами, соединенными в мостовую схему прогибается, тензорезисторы меняют свое сопротивление,

появляется разбаланс моста, который линейно зависит от

степени деформации резисторов и, следовательно, от

приложенного давления.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	202
	202

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Тензорезистивные преобразователи давления

R	σ
1	+	στ
	+	στ
R			D
4
R2	-	-
		σr

στ – касательные напряжения с постоянным знаком σr – радиальные напряжения, изменяющие знак

Изменяя точки расположения тензорезисторов на

мембране, мы изменяем чувствительность

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	203
	203

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Тензорезистивные преобразователи давления

R1 R2



a		Uнеб b

R4 R3

K	L L		коэффициент преобразования
	R R		коэффициент преобразования
R2 R4 R0			1 K P	для моста с симметричными
R R R		1 K P		плечами
1	3 0
R1 R2 R3 R4 R0 1 K P R0 1 K P 2R0
I1 I2 IТМ			2

σ		+ στ		UТМ	IТМ	R0 1 K P R0 1 K P KR0IТМP
			D	UТМ		R0 1 K P R0 1 K P KR0IТМP
			D
					2
	-	-			2
		σr

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	204
	204

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Тензорезистивные преобразователи давления

тензопреобразователи

давления

давление действует прямо на мембрану

силы

давление действует на мембрану через рычаг

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	205
	205

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Тензорезистивные преобразователи давления

тензопреобразователи

давления

давление действует прямо на мембрану

силы

давление действует на мембрану через рычаг

1.штуцер

2.прокладки

3.тензопреобразователь

4.электронный блок

5.электрическое соединение

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	206
	206

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Тензорезистивные преобразователи давления

тензопреобразователи

давления

давление действует прямо на мембрану

силы

давление действует на мембрану через рычаг

1.электронный блок

2.гермоввод для соединительных проводов

3.прокладки фланцев мембраны

4.тензопреобразователь мембраннорычажного типа

5.тяга

6.центральный шток

8.	гофрированные металлические
мембраны		Сапфир 22Д
9.	основание	Сапфир 22Д

10.фланцы металлических мембран

11.замкнутая полость, заполненная кремний-органической жидкостью

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	207
	207

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Тензорезистивные преобразователи давления

IТМ

Uнеб b

c МТК

ТКД

КО

У3

СТ

У2

мА

RН

СН

КД α

36В

ТКО

UОС

ос

МТК – мост температурной компенсации ТКД - температурная компенсация диапазона

ТК0 - температурная компенсация нуля КД – компенсатор диапазона в

нормальных условиях (за счет изменения Rос)

СТ – стабилизатор тока СН – стабилизатор напряжения

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	208
	208

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Тензорезистивные преобразователи давления

Микропроцессорный преобразователь давления с HARTпротоколом Метран-100

АЦП МП М ИОКБЦИ

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	209
	209

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Тензорезистивные преобразователи давления

Недостаток КНС преобразователя – неустранимая

временная нестабильность градуировочной характеристики

и существенные гистерезисные эффекты от давления и

температуры.

Это обусловлено неоднородностью конструкции и жесткой связью мембраны с конструктивными элементами датчика.

Выбирая преобразователь на основе КНС, необходимо

обратить внимание на величину основной погрешности с учетом гистерезиса и величину дополнительной

погрешности.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	210
	210

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Тензорезистивные преобразователи давления

Достоинства

1.Высокая спень защиты от агрессивной среды

2.Высокий предел рабочей температуры

3.Налажено серийное производство

4.Низкая стоимость

Недостатки

1.Неустранимая нестабильность градуировачной характеристики

2.Высокие гистерезисные эффекты от давления и температуры

3.Низкая устойчивость при воздействии ударных нагрузок и вибраций

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	211
	211

Методы и средства измерений давления Электрические средства измерений давления

методы преобразования давления

тензорезистивный пьезорезистивный


емкостной			резонансный


индукционный			ионнизационный

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	212
	212

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Пьезорезистивные преобразователи давления

Кремниевый интегральный преобразователь давления представляет собой мембрану из монокристаллического кремния с диффузионными пьезорезисторами, подключенными в мостовую схему. Чувствительным элементом служит кристалл ИПД, установленный на диэлектрическое основание с использованием легкоплавкого стекла или методом анодного сращивания.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	213
	213

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Пьезорезистивные преобразователи давления

Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются упрощенные конструкции, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	214
	214

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Пьезорезистивные преобразователи давления

Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений применяется преобразователь давления в герметичном металло-стеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды на ИПД посредством кремнийорганической жидкости

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	215
	215

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Пьезорезистивные преобразователи давления

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	216
	216

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Пьезорезистивные преобразователи давления

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	217
	217

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Пьезорезистивные преобразователи давления

Основным преимуществом пьезорезистивных дачткиков является более высокая стабильность характеристик, по сравнению с КНС преобразователями.

ИПД на основе монокристаллического кремния устойчивы к воздействию ударных и знакопеременных нагрузок.

Если не происходит механического разрушения чувствительного элемента, то после снятия нагрузки он возвращается к первоначальному состоянию, что объясняется использованием идеально-упругого материала.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	218
	218

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Пьезорезистивные преобразователи давления

Достоинства

1.Высокая стабильность характеристик

2.Устойчивость к ударам и вибрации

3.Практически отсутствуют гистерезисные эффекты

4.Высокая точность

5.Низкая цена

6.Возможность измерять давление различных агрессивных средств

Недостатки

1.Ограничение по температуре (до

150ºC)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	219
	219

Методы и средства измерений давления Электрические средства измерений давления

методы преобразования давления

тензорезистивный пьезорезистивный


емкостной				резонансный


индукционный				ионнизационный

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	220
	220

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Резонансные преобразователи давления

Принцип: В основе метода лежат волновые процессы:

акустические или электромагнитные.

Резонансный принцип используется в датчиках давления на основе вибрирующего цилиндра, струнных датчиках, кварцевых датчиках, резонансных датчиках на кремнии.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	221
	221

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Резонансные преобразователи давления

Принцип действия кварцевого резонатора. При прогибе мембраны, происходит деформация кристалла кварца, подключенного в электрическую схему и его поляризация. В результате изменения давления частота колебаний кристалла меняется.

Подобрав параметры резонансного контура, изменяя емкость конденсатора или индуктивность катушки, можно добиться того, что сопротивление кварца падает до нуля – частоты колебаний электрического сигнала и кристалла совпадают — наступает резонанс.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	222
	222

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Резонансные преобразователи давления

Достоинства

1.Высокая точность

2.Высокая стабильность характеристик

Недостатки

1.При измерении давления агрессивных сред необходимо защитить чувствительный элемент, что приводит к потери точности измерения

2.Высокая цена

3.Длительное время отклика

4.Индивидуальная характеристика преобразования давления в электрический сигнал

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	223
	223

Методы и средства измерений давления Электрические средства измерений давления

методы преобразования давления

тензорезистивный пьезорезистивный


емкостной				резонансный


индукционный			ионнизационный

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	224
	224

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Емкостные преобразователи давления

Принцип: изменения емкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками.

Известны керамические или кремниевые емкостные

первичные преобразователи давления и преобразователи,

выполненные с использованием упругой металлической

мембраны.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	225
	225

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Емкостные преобразователи давления

В элементе из керамики или кремния, пространство между обкладками обычно заполнено маслом или другой

органической жидкостью

При изменении давления мембрана с электродом

деформируется и происходит изменение емкости.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	226
	226

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Емкостные преобразователи давления

Достоинства

1.Высокая точность

2.Высокая стабильность характеристик

3.Возможность измерять низкий вакуум

4.Простота конструкции

Недостатки

1.Зачастую, нелинейная зависимость емкости от приложенного давления

2.Необходимо дополнительное оборудование или электричекая схема для преобразования емкостной зависимости в один из стандартных выходных сигналов

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	227
	227

Методы и средства измерений давления Электрические средства измерений давления

методы преобразования давления

тензорезистивный пьезорезистивный


емкостной				резонансный


индукционный			ионнизационный

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	228
	228

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Индукционные преобразователи давления

Принцип: регистрация вихревых токов (токов Фуко).

Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	229
	229

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Индукционные преобразователи давления

Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта.

В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени.

При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенному давлению.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	230
	230

Методы и средства измерений Методы и средства измерений давления

Индукционные преобразователи давления

Достоинства

1.Возможность измерять малые избыточные дифференциальные давления с высокой точностью

2.Незначительное влияние температуры на точность измерения

Недостатки

1.Сильное влияние магнитного поля

2.Чувствительность к вибрациям и ударам

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	231
	231

Методы и средства измерений давления Грузопоршневые манометры

Средства измерения давления


жидкостные			деформационные


электрические			с силовой компенсацией

грузопоршневые

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	232
	232

Методы и средства измерений давления Грузопоршневые манометры

Принцип:

чувствительным элементом является поршень или другое тело, с помощью которого давление уравновешивается грузом или каким-либо силоизмерительным устройством.

Первое применение:

в 1833 русскими учёными Е. И. Парротом и Э. Х. Ленцем

Область применения:

образцовые СИ

P MgS

Георг Фридрих	Эмилий
(Егор Иванович)	Христианович
Паррот	Ленц

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	233
	233

Методы и средства измерений давления Грузопоршневые манометры

P MgS

Основное преимущество:

возможность измерения больших давлений при сохранении высокой точности.

Класс точности:

0,002 … 0,01

Конструкция (с неуплотнённым поршнем): поршень притёрт к цилиндру с небольшим зазором и перемещается в нём в осевом направлении.

Пространство под поршнем заполнено маслом, которое под давлением поступает в зазор между поршнем и цилиндром, что обеспечивает смазку трущихся поверхностей.

Вращение поршня относительно цилиндра предотвращает появление контактного трения.

Давление определяется весом грузов, уравновешивающих его, и площадью сечения поршня.

Изменяя вес грузов и площадь сечения поршня, можно в широком диапазоне менять пределы

измерений.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	234
	234

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Инструментальная погрешность: определяется типом прибора.

Для СИ давления нормируются

•γ – основная приведенная погрешность (класс

точности)

•γt – дополнительная приведенная погрешность на

изменение температуры

•γP – дополнительная приведенная погрешность на

изменение давления

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	235
	235

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Методическая погрешность:

погрешность установки

•погрешность взаимного расположения СИ и точки отбора давления

•защита СИ от высоких температур

•защита СИ от агрессивных сред

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	236
	236

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Выбор диапазона измерений СИ давления:

•для стабильного давления, его номинальная величина должна составлять 3/4 диапазона

•для переменного давления, его номинальная величина должна составлять 2/3 диапазона

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	237
	237

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Способ установки СИ: показывающие,

самопишущие и сигнализирующие манометры и преобразовате-ли давления устанавливаются в вертикальном положении на специальных кронштейнах, стойках, щитах и пультах.

Точка отбора (отбор, импульс) давления - место,

используемое на технологическом оборудовании или трубопроводе для контроля давления

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	238
	238

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	239
	239

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Импульсная линия – трасса, соединяющая отбор давления с манометром. Импульсные линии состоят из медных, стальных цельнотянутых или полихлорвиниловых трубок.

Влияющие факторы при выборе типа импульсной линии:

•величина давления

•агрессивность среды

•пожароопасность и взрывоопасность сред

Размер импульсной трубки: диаметр импульсных трубок и их толщина при монтаже выбираются из расчета длины трассы и максимального рабочего давления измеряемой среды.

Стандартные диаметры:

1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 14; 16 см при толщине стенки 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2 мм

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	240
	240

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Выбор точки отбора давления:

•для жидких сред желательно производить отбор из средней точки трубопровода (если расположить в нижней точки, то в импульсную линию могут попасть шлам и грязь, а в верхней – газы)

•для газообразных сред не рекомендуется производить отбор в нижней точке, чтобы избежать попадание конденсата

•точки отбора обычно устанавливаются на прямолинейных участках трубопроводов и технологическом оборудовании с учетом изгибов, поворотов, колен и тройников, где возникает дополнительная погрешность из-мерений давления, вызванная центробежной силой измеряе-мого потока среды.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	241
	241

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Устранение негативных влияний:

•сглаживание пульсаций (с помощью дросселя в штуцере

или демпферной трубки)

•защита от высокой температуры (установка трубки

Перкинса)

•защита от агрессивных сред (с помощью мембранных

разделителей или разделительных сосудов)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	242
	242

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Сглаживание пульсаций :

используют дроссель в штуцере или демпферную трубку

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	243
	243

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Защита от высокой температуры (установка трубки Перкинса или радиатора)

5	Температура	Длина импульсной	Температура на
	среды, оС	линии, см	преобразователе, оС
4		2	75
4	100
	100	5	65

		10	60

3		2	85
	120
	120	5	75

		10	70

21. трубопровод

2.запорный кран

3.трубка Перкинса

14. трехходовой кран

5.манометр

Методическая погрешность

Pм=Ртр-ρgh

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	244
	244

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Защита от агрессивных сред

Мембранные разделители	Разделительные сосуды

	3
1	2
2	1
	3

1.	штуцер под отбор измеряемого давления	1.	измеряемая среда
2.	мембрана (нержавеющая сталь)	2.	разделительный сосуд
3.	дистиллированная вода	3.	линия, заполненная нейтральной
4.	штуцер под измерительный прибор		средой

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	245
	245

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Защита от агрессивных сред

Мембранные разделители	Разделительные сосуды

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	246
	246

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Установка дифманометра (жидкие среды)

Трубопровод выше ДМ			Трубопровод ниже ДМ
				3
	1	1		2
	1	1
				4
		4
			1	1
1.	запорные вентили		1.	запорные вентили
2.	отстойники		2.	воздухосборники
3.	продувочные вентили		3.	продувочные вентили
4.	вентили		4.	вентили

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	247
	247

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Установка дифманометра (газообразные среды)

Трубопровод выше ДМ (не рекомендуется)

1 1

1.запорные вентили

2.конденсатосборники

3.вентили

Трубопровод ниже ДМ

1 1

1.запорные вентили

2.вентили

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	248
	248

Методы и средства измерений давления Методика измерений давления и разности давлений

Установка дифманометра (пар)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	249
	249

Раздел 3

Методы и средства измерений уровня

Лекция 9

Методы и средства измерений уровня

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	250
	250

Методы и средства измерений уровня

Средства измерения уровня


с визуальным отсчетом			гидростатические
с визуальным отсчетом			гидростатические


поплавковые и буйковые			емкостные
поплавковые и буйковые			емкостные


индуктивные			радиоволновые
индуктивные			радиоволновые


акустические			лотовые
акустические			лотовые

термокондуктометрические

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	251
	251

Методы и средства измерений уровня

Средства измерения уровня


с визуальным отсчетом			гидростатические
с визуальным отсчетом			гидростатические


поплавковые и буйковые			емкостные
поплавковые и буйковые			емкостные


индуктивные			радиоволновые
индуктивные			радиоволновые


акустические			лотовые
акустические			лотовые

термокондуктометрические

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	252
	252

Методы и средства измерений уровня

Визуальные уровнемеры

Принцип действия:

равенство уровней в сообщающихся

сосудах.

Конструкция

к технологическому объекту 1 через запорные вентили 2 подсоединено

указательное стекло (трубка 3).

Аппарат и трубка представляют собой

сообщающиеся сосуды, поэтому уровень h2 жидкости в трубке всегда равен ее

уровню h1 в аппарате и отсчитывается по

шкале.

h1 h2

ρ1 ρ2

		2
h h2 h1		2

	h2 1	1
		1

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	253
	253

Методы и средства измерений уровня

Визуальные уровнемеры

Особые условия:

не рекомендуется применять

указательные стекла длиной более 0,5 м.

При необходимости измерения большего

уровня устанавливается несколько

указательных стекол в шахматном

порядке таким образом, чтобы их

диапазоны перекрывались.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	254
	254

Методы и средства измерений уровня

Визуальные уровнемеры

Источник дополнительной погрешности:

разность плотностей жидкостей в резервуаре и и в указательном стекле из-

за различия температур.

Пути уменьшения погрешности:

•теплоизоляция уровнемера

•продувка жидкостью из резервуара перед отсчетом

h1 h2

ρ1 ρ2

		2
h h2 h1		2

	h2 1	1
		1

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	255
	255

Методы и средства измерений уровня

Визуальные уровнемеры

Визуальные уровнемеры фирмы Seetru

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	256
	256

Методы и средства измерений уровня

Средства измерения уровня


с визуальным отсчетом			гидростатические
с визуальным отсчетом			гидростатические


поплавковые и буйковые			емкостные
поплавковые и буйковые			емкостные


индуктивные			радиоволновые
индуктивные			радиоволновые


акустические			лотовые
акустические			лотовые

термокондуктометрические

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	257
	257

Методы и средства измерений уровня Гидростатические уровнемеры Принцип действия:

измерение уровня H жидкости постоянной плотности ρ через измерение гидростатического давления Р, создаваемого столбом жидкости.

Р=Hρg

Конструкция:

к технологическому объекту через запорные вентили на отметке «нулевого уровня» подсоединено устройство измерения давления (манометр, преобразователь давления и т.п.).

H P

Шкала СИ давления отградуирована в единицах g измерения уровня.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	258
	258

Методы и средства измерений уровня Гидростатические уровнемеры

Преимущество:

гидростатическое давление зависит от величины уровня и плотности жидкости и не зависит от формы и объема резервуара.

Источник методической погрешности:

•зависимость плотности от температуры

•зависимость ускорения свободного падения от географического положения

H P

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	259
	259

Методы и средства измерений уровня Гидростатические уровнемеры

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	260
	260

Методы и средства измерений уровня Гидростатические уровнемеры

Конструкция :

вес столба жидкости h действует на

открытую мембрану 1, жесткий центр

которой соединен с рычагом мембранно-

рычажного тензопреобразователя 2.

Полость статического давления 3

соединена либо с атмосферой, либо, если резервуар находится под

давлением, с газовой частью

резервуара.

1	3	Рст

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	261
	261

Методы и средства измерений уровня Гидростатические уровнемеры

Гидростатические уровнемеры фирмы Метран

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	262
	262

Методы и средства измерений уровня Гидростатические уровнемеры

Назначение:

измерение уровня в открытых (атмосферное давление) или закрытых (давление либо разрежение) резервуарах.

	P1	P2 h
h1		2
+		-

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	263
	263

Методы и средства измерений уровня Гидростатические уровнемеры Принцип:

1.В одном из колен измерительного прибора, (дифманометра), а следовательно, и в контролируемом аппарате с помощью уравнительного сосуда (наполненного до определенного уровня той же жидкостью, что и в аппарате) обеспечивается относительно постоянный уровень жидкости.

2.Высота столба жидкости в другом колене дифманометра изменяется с изменением уровня в аппарате.

3.Каждому значению уровня в нем отвечает некоторый перепад давления, обусловленный расстоянием по высоте между аппаратом и прибором.

	P1	P2 h
h1		2
+		-

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	264
	264

Методы и средства измерений уровня

Гидростатические уровнемеры Дифманометрические уровнемеры

P1 H h1 1g

P2 h2 2 g

P P1 P2 H h1 1g h2 2 g

1 2 h1 h2

P H g

	P1	P2 h
h1		2
+		-

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	265
	265

Методы и средства измерений уровня

Гидростатические уровнемеры Дифманометрические уровнемеры

Место установки уравнительного сосуда:

1.если аппарат работает при атмосферном давлении, то на отметке

«нулевого уровня»

2.аппарат работает под давлением, то

на высоте максимального уровня

	P1	P2 h
h1		2
+		-

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	266
	266

Методы и средства измерений уровня Гидростатические уровнемеры

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ В БАРАБАНЕ КОТЛА С ОДНОКАМЕРНЫМ УРАВНИТЕЛЬНЫМ СОСУДОМ

Особенности установки:

уравнительный сосуд и его

импульсная трубка не покрываются

теплоизоляцией, что обеспечивает постоянства уровня, так как конденсат

стекает в барабан.

P1 H H0 вg Pб

P2 H0 вg h `g H h ``g Pб

P P1 P2 H в `` h ` `` g

ρ``

Pб

ρв

ρ`

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	267
	267

Методы и средства измерений уровня Гидростатические уровнемеры

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ В БАРАБАНЕ КОТЛА С ОДНОКАМЕРНЫМ УРАВНИТЕЛЬНЫМ СОСУДОМ

Недостатки:

ρ``

Pб

ρв

1. зависимость от значений плотностей		ρ`
воды ρ` и пара ρ`` в барабане котла,
которые зависят от давления и
температуры среды в барабане		показания уровнемера, мм
2. влияние изменения плотности воды ρв				-300
2. влияние изменения плотности воды ρв				-200			мм
в импульсной трубке, зависящей от				-100			воды,
температуры окружающей среды и							воды,
температуры окружающей среды и	300	200	100	-100	-200	-300	уровнь
температуры среды в барабане, что				100			уровнь
				100
делает невозможным обеспечение	16МПа			200
делает невозможным обеспечение
постоянства давления Р1	10МПа		4МПа 300
Электронный образовательный ресурс: «Техн ческие измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.						268
						268

Методы и средства измерений уровня
Гидростатические уровнемеры
ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ В БАРАБАНЕ КОТЛА С
ДВУХКАМЕРНЫМ УРАВНИТЕЛЬНЫМ СОСУДОМ
Особенности установки: внешняя
поверхность сосуда покрывается
теплоизоляцией, что обеспечивает
равенство плотности среды в нем, а
также во внутренней трубке и
барабане котла.	P2	P
P P1 P2		1
		1

H `g h `g H h ``g

H h ` `` g

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	269
	269

Методы и средства измерений уровня Гидростатические уровнемеры

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ В БАРАБАНЕ КОТЛА С ДВУХКАМЕРНЫМ УРАВНИТЕЛЬНЫМ СОСУДОМ

Недостатки:

1.зависимость от разности значений плотностей воды ρ` и пара ρ`` в

барабане котла, которые зависят от

давления и температуры среды в

барабане показания уровнемера, мм P2 P

				-300	1
				-200	мм
				-100	воды,
	4МПа		100		уровень
	300	200	100	-100 -200 -300
				100
		16МПа		200
	10МПа			300
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н.	Цыпин А.В.				270
					270

Методы и средства измерений уровня Гидростатические уровнемеры

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ В БАРАБАНЕ КОТЛА С КОМБИНИРОВАННЫМ УРАВНИТЕЛЬНЫМ СОСУДОМ

Особенности установки: внутренняя трубка проходит не через весь сосуд, а выходит сбоку и столб воды высотой h1 находится в холодном состоянии

P P1 P2
H h1 ` h1 В g h ` H h `` g
H h ` `` h1	В `` g	нулевая линия
		нулевая линия

Высоту холодной части трубки рекомендуется выбирать из соотношения:

h1 1,222 H hср

hср – номинальный уровень среды в барабане относительно нулевой линии

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	271
	271

Методы и средства измерений уровня Гидростатические уровнемеры

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ В БАРАБАНЕ КОТЛА С КОМБИНИРОВАННЫМ УРАВНИТЕЛЬНЫМ СОСУДОМ

Недостатки:

1.зависимость от разности значений

плотностей воды ρ` и пара ρ`` в барабане котла, которые зависят от

давления и температуры среды в барабане

2.влияние изменения плотности воды ρв

в импульсной трубке, зависящей от

температуры окружающей среды

	показания уровнемера, мм
			-300
			-200	мм
			-100	воды,
				воды,
300	200	100	-100 -200 -300	уровень
			-100 -200 -300
16МПа			100

			200
			200
10МПа		4МПа 300

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	272
	272

Методы и средства измерений уровня

Средства измерения уровня


с визуальным отсчетом			гидростатические
с визуальным отсчетом			гидростатические


поплавковые и буйковые			емкостные
поплавковые и буйковые			емкостные


индуктивные			радиоволновые
индуктивные			радиоволновые


акустические			лотовые
акустические			лотовые

термокондуктометрические

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	273
	273

Методы и средства измерений уровня Поплавковые уровнемеры

Принцип действия:

измерение положения поплавка,

частично погруженного в жидкость,

причем степень погружения (осадка) не зависит от контролируемого уровня при

неизменной плотности жидкости.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	274
	274

Методы и средства измерений уровня Поплавковые уровнемеры

Конструкция:

в простейшем случае поплавок соединен с указателем посредством гибкой механической связи.

Размеры поплавка ограничиваются размерами уровнемера.

Минимальная масса ограничена необходимостью обеспечения натяжения гибкого элемента и преодолением сил трения.

В статическом режиме на поплавок действуют силы тяжести G и выталкивающие силы жидкости и газовой среды.

При перемещении также появляется сила сопротивления в подвижных элементах уровнемера.

В расчетах обычно пренебрегают силами сопротивления кинематики и выталкивающей силой газовой фазы.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	275
	275

Методы и средства измерений уровня Поплавковые уровнемеры

G Vж жg

		ж
	Vж	ж
Vж	ж Vж	ж
	ж	ж

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	276
	276

Методы и средства измерений уровня Поплавковые уровнемеры

Дополнительная погрешность:

появляется при изменении плотности жидкости. Для ее

уменьшения требуется уменьшить осадку поплавка увеличив площадь его сечение или облегчив

Недостатки:

невозможность обеспечения герметизации резервуара

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	277
	277

Методы и средства измерений уровня

Поплавковые уровнемеры с магнитным преобразователем

Принцип действия:

поплавком служит постоянный магнит,

который перемещается по трубке,

содержащей герконовые реле, которые замыкаются под действием магнитного

поля.

Недостатки:

дискретность показаний (при диапазоне от 0,5 до 6 м, дискретность – 5 мм)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	278
	278

Методы и средства измерений уровня Буйковые уровнемеры

Принцип действия:

используется зависимость выталкивающей силы, действующей на буек от уровня жидкости.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	279
	279

Методы и средства измерений уровня Буйковые уровнемеры Конструкция:

чувствительным элементом является массивное тело (буек), подвешенное вертикально внутри сосуда и частично погруженное в контролируемую жидкость.

Буек закреплен на упругой подвеске с жесткостью с, действующей на буек с определенным усилием.

Увеличивая уровень на h от нулевого положения, увеличиваем выталкивающую силу, что вызывает подъем буйка на х, причем при подъеме увеличивается его осадка (х<h).

Одновременно изменяется усилие, с которым подвеска действует на буек, причем изменение равно изменению выталкивающей силы, вызванной увеличением осадки буйка на (h-x).

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	280
	280

Методы и средства измерений уровня Буйковые уровнемеры

Градуировочная характеристика:

xc h x жgF h x гgF

x1 c жh г gF

с– жесткость упругой подвески

h – уровень, отсчитываемый от нулевого положения, увеличиваем выталкивающую силу, х – подъем буйка

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	281
	281

Методы и средства измерений уровня

Буйковые уровнемеры с электросиловым преобразователем

Конструкция:

при изменении уровня изменяется усилие, с которым буек действует на рычаг.

Дисбаланс сил приводит к смещению рычага и сердечника дифференциальнотрансформаторной передачи, выполняющей функции индикатора рассогласования ИР.

Выходной сигнал с ИР поступает на усилитель У, выходной сигнал которого Iвых, поступает на выход прибора и устройство обратной связи УОС, которое развивает усилие устраняющее дисбаланс сил.

ИР УОС

Iвых

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	282
	282

Методы и средства измерений уровня

Средства измерения уровня


с визуальным отсчетом			гидростатические
с визуальным отсчетом			гидростатические


поплавковые и буйковые			емкостные
поплавковые и буйковые			емкостные


индуктивные			радиоволновые
индуктивные			радиоволновые


акустические			лотовые
акустические			лотовые

термокондуктометрические

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	283
	283

Методы и средства измерений уровня Емкостные уровнемеры

Принцип действия:

используется зависимость от уровня

жидкости электрической емкости

конденсаторного преобразователя, образованного одним или несколькими

стержнями, цилиндрами или пластинами, частично введенными в

жидкость.

Конструкция определяется электропроводностью жидкости

1	2	4
		С2	ZПР
		С2
3		H	Rи

С1	Си
	Си
	h
	С2
	С1

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	284
	284

Методы и средства измерений уровня Емкостные уровнемеры

Конструкция для неэлектропроводных жидкостей:

два коаксиально расположенных не изолированных электрода 1 и 2

помещаются в резервуар 3 в котором и

производится измерение уровня.

Взаимное расположение электродов

зафиксировано проходным

изолятором 4. Электроды образуют цилиндрический конденсатор высотой

H, часть которого высотой h заполнена жидкостью, а оставшаяся высотой (H- h) – ее парами

1	2	4
		С2	ZПР
		С2
3		H	Rи

С1	Си
	Си
	h
	С2
	С1

Последовательное

соединение

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	285
	285

Методы и средства измерений уровня Емкостные уровнемеры

Расчетная схема

2 0 H

Ёмкость цилиндрического

ln d

конденсатора

Диэлектрическая

8,85 10 12

Ф м постоянная

2 ж 0h

,С

2 г 0 H h

ln d

Cпр С1 С2 СИ

2 0

Cпр СИ

H 1

ln d2

1	2	4
		С2	ZПР
		С2
3		H	Rи

С1	Си
	Си
	h
	С2
	С1

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	286
	286

Методы и средства измерений уровня Емкостные уровнемеры Дополнительная погрешность:

1.Зависимость диэлектрической проницаемости жидкости от условий окружающей среды и ее состава.

Для уменьшения влияния εж на результаты измерений используется компенсационный конденсатор, который постоянно погружен в жидкость и его емкость зависит только от ее характеристик (в этом случае увеличивается высота неизменяемого уровня.

2.Влияние активного сопротивления преобразователя Ra=Rи+Rж.

Для нейтрализации включают в схему фазовый детектор

1	2	4
		С2	ZПР
		С2
3		H	Rи

С1	Си
	Си
	h
	С2
	С1

ln d

8,85 10 12 Ф м

2 г 0 H h

2 ж 0h

,С

ln d

Cпр С1 С2 СИ

2 0

ж 1

Cпр СИ

H 1

ln d2

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	287
	287

Методы и средства измерений уровня Емкостные уровнемеры

Конструкция для электропроводных жидкостей:

один из электродов 1 выполняется

изолированным, а вторым электродом может служить металлическая стенка

самого резервуара 3 либо цилиндрически неизолированный

стержень.

Zпр	Zпр
	Rи
	Си
	С1 С2
	Rж

Cпр СИ СС1 1СС2 2

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	288
	288

Методы и средства измерений уровня

Емкостные уровнемеры Расчетная схема:

диэлектрической проницаемостью газов пренебрегают по сравнению с диэлектрической проницаемостью изоляции электродов.

С1 – конденсатор одна из обкладок которого электрод 1, а вторая – поверхность токопроводящей жидкости на границе с изолятором 2.

С2 – конденсатор одна из обкладок которого поверхность резервуара 3 либо неизолированный электрод, а вторая – поверхность токопроводящей жидкости на границе с изолятором 2.

С увеличением уровня h емкости С1 и С2

увеличиваются.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» доцент, к.т.н. Цыпин А.В.

Zпр	Zпр
	Rи
	Си
	С1 С2
	Rж

Cпр СИ СС1 1СС2 2

289

Методы и средства измерений уровня
Емкостные уровнемеры						Zпр	Zпр
						Zпр	Zпр
Расчетная схема:							Rи
Расчетная схема:							Си
							С1 С2
				С1С2			Rж
C	пр	С	И	С1С2
C		С		С С	2
				С С
				1

Последовательно – параллельное соединение

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	290
	290

Методы и средства измерений уровня

Средства измерения уровня


с визуальным отсчетом			гидростатические
с визуальным отсчетом			гидростатические


поплавковые и буйковые			емкостные
поплавковые и буйковые			емкостные


индуктивные			радиоволновые
индуктивные			радиоволновые


акустические			лотовые
акустические			лотовые

термокондуктометрические

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	291
	291

Методы и средства измерений уровня
Радиоволновые уровнемеры
Принцип действия:		3
используется зависимость параметров	1	2

колебаний электромагнитных волн от

высоты уровня жидкости.

Основной метод радиоволновой уровнеметрии:

радиолокационный. Основан на

отражение электромагнитных волн от границы раздела сред, различающихся электрическими и магнитными свойствами.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	292
	292

Методы и средства измерений уровня Радиоволновые уровнемеры

Расчет:

уровень h определяется измерением временного интервала τ между моментом подачи сигнала излучателем 1 и приходом отраженного сигнала на приемник 2.

Скорость распространения волн в среде определяется диэлектрической ε и магнитной μ проницаемостью, а также скоростью распространения электромагнитных волн в вакууме

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» доцент, к.т.н. Цыпин А.В.

1 2

V		c
V

	2 H h
			c
			c

293

Методы и средства измерений уровня

Средства измерения уровня


с визуальным отсчетом			гидростатические
с визуальным отсчетом			гидростатические


поплавковые и буйковые			емкостные
поплавковые и буйковые			емкостные


индуктивные			радиоволновые
индуктивные			радиоволновые


акустические			лотовые
акустические			лотовые

термокондуктометрические

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	294
	294

Методы и средства измерений уровня Ультразвуковые (акустические) уровнемеры

Принцип действия:

используется эффект отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела жидкость - газ.

Измеряется время распространения фронта ультразвуковых колебаний в металлическом стержне от поплавка до нулевой отметки.

первичный промежуточный передающий преобразователь преобразователь преобразователь

источник ультразвуковых u1

колебаний

металлический	u2
стержень
поплавок

Г – генератор начала импульсов

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	295
	295

Методы и средства измерений уровня Ультразвуковые (акустические) уровнемеры

Ультразвуковой уровнемер Siemens

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	296
	296

Методы и средства измерений уровня

Средства измерения уровня


с визуальным отсчетом			гидростатические
с визуальным отсчетом			гидростатические


поплавковые и буйковые			емкостные
поплавковые и буйковые			емкостные


индуктивные			радиоволновые
индуктивные			радиоволновые


акустические			лотовые
акустические			лотовые

термокондуктометрические

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	297
	297

Методы и средства измерений уровня

Лотовые уровнемеры для измерения уровня сыпучих сред

Принцип действия:

используется непосредственный

контакт чувствительного элемента

(лота) с контролируемой средой.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	298
	298

Методы и средства измерений уровня

Лотовые уровнемеры для измерения уровня сыпучих сред

Конструкция:

лот 1 представляет из себя массивное тело, подвешенное на гибком тросе 2.

Алгоритм работы:

1.лот фиксируется в предельном верхнем положении.

2.лот растормаживается и опускается, сигнальным устройством 3 включается отсчетное устройство 4, регистрирующее смещение лота.

3.В момент касания лотом поверхности натяжение троса ослабевает и сигнальное устройство отключает отсчетное, одновременно включая механизм подъема лота 5.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	299
	299

Методы и средства измерений уровня

Лотовые уровнемеры для измерения уровня сыпучих сред

Возможен бесконтактный вариант

когда используется зависимость какого

либо параметра (емкость или индуктивность) от положения лота над

поверхностью контролируемой среды.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	300
	300

Методы и средства измерений уровня

Лотовые уровнемеры для измерения уровня сыпучих сред

Недостатки:

1.дискретность измерений

2.низкая точность

Уровнемер

лотовый

MARK-4 YO-YO

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	301
	301

Раздел 4

Методы и средства измерений расхода

Лекция 10

Общие сведения об измерении расхода

Расходомеры переменного перепада давления

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	302
	302

Методы и средства измерений расхода Общие сведения об измерении расхода

Расход вещества

это его количество, протекающее через сечение трубопровода в единицу времени.

Единицы измерения:

количество измеряют в единицах объема (м3, см3) или массы (т, кг, г):

•Gо объемный (м3/с, м3/ч, см3/с)

•Gм массовый (кг/с, кг/ч, г/с) расход.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	303
	303

Методы и средства измерений расхода Общие сведения об измерении расхода

Измерение расхода газов:

для возможности сопоставления результаты приводят к определенным («нормальным» условиям):

•Температура tи=20 0C

•Давление Pи=101,325 кПа (760 мм. рт. ст.)

•Относительная влажность φ=0

Расход в этом случае обозначается Gи и выражается в объемных единицах м3/ч (встречается также нм3/ч).

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	304
	304

Методы и средства измерений расхода Общие сведения об измерении расхода

Класс точности:

нормируется предел основной относительной погрешности, который может зависеть от величины измеряемого расхода.

Динамический диапазон:

диапазон, в пределах которого задан предел основной относительной погрешности и равный отношению верхнего предела измерений к нижнему.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	305
	305

Методы и средства измерений расхода Общие сведения об измерении расхода

Диапазон измерений:

обычно выбирается верхний предел измерения давления из ряда А=а.10n, где

а=1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8

n – целое, положительное или отрицательное число, включая 0.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	306
	306

Методы и средства измерений расхода Общие сведения об измерении расхода

Особые требования:

•в связи с тем, что при измерении расхода в поток, как правило, вводится рабочее тело, требуется нормировать величину потери давления

•показания расходомеров зависят от профиля скоростей потока в трубе, поэтому необходимо нормировать линейные участки до и после расходомера

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	307
	307

Методы и средства измерений расхода Общие сведения об измерении расхода

Измерение количества:

для измерения количества вещества применяют расходомеры с интеграторами или счетчики.

Интегратор непрерывно суммирует показания прибора, а количество вещества определяют по разности его показаний за требуемый промежуток времени.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	308
	308

Методы и средства измерений расхода Общие сведения об измерении расхода

Сложность задачи измерения расхода и количества:

влияние физических свойств измеряемых потоков (плотность, вязкость, соотношение фаз в потоке и т. п.), которые в свою очередь, зависят от условий эксплуатации (от температуры и давления).

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	309
	309

Методы и средства измерений расхода Общие сведения об измерении расхода

Ограничение применения

Если условия эксплуатации расходомера отличаются от условий, при которых производилась его градуировка, то ошибка в показаниях прибора может значительно превысить допустимое значение.

Поэтому для серийно выпускаемых приборов установлены ограничения области их применения: по свойствам измеряемого потока, максимальной температуре и давлению, содержанию твердых частиц или газов в жидкости и т. п.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	310
	310

Методы и средства измерений расхода Общие сведения об измерении расхода

Средства измерения расхода

переменного перепада давления в сужающем устройстве

постоянного перепада давления (ротаметры)

тахометрические		электромагнитные
тахометрические		электромагнитные

ультразвуковые		вихревые
ультразвуковые		вихревые

массовые

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	311
	311

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Средства измерения расхода

переменного перепада давления в сужающем устройстве

постоянного перепада давления (ротаметры)

тахометрические		электромагнитные
тахометрические		электромагнитные

ультразвуковые		вихревые
ультразвуковые		вихревые

массовые

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	312
	312

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Принцип действия:

возникновение перепада давлений на

неподвижном сужающем устройстве в

трубопроводе при движении через него потока жидкости или газа.

При изменении расхода G величина

этого перепада давлений Р также

изменяется.

Область применения:

измерение больших расходов

однофазных сред

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	313
	313

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Сужающее устройство:

первичный преобразователь, преобразующий расход в

перепад давления.

Особенность:

квадратичная зависимость перепада давлений от величины

расхода. Чтобы показания расходомера линейно зависели от

расхода, в измерительную цепь вводят линеаризующий преобразователь.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»	труба Вентури
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	труба Вентури	314

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

типы сужающих устройств



диафрагма	сопло	труба Вентури

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	315
	315

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Типы сужающих устройств:

•стандартные – СУ, рассчитанные, изготовленные и установленные в соответствии с ГОСТ 8.569.1-97; их

градуировочная характеристика определяется расчетным путем без индивидуальной градуировки

•специальные – стандартные диафрагмы для

трубопроводов с диаметром менее 50 мм

•нестандартные – не относящиеся к первым двум

группам; требуют индивидуальной градуировки

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	316
	316

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Дифманометры:

применяются для измерения перепада

давления на СУ и являются промежуточными преобразователями

для расходомеров переменного

перепада давлений.

Дифманометры:

•с показывающей шкалой в единицах расхода

•с промежуточным преобразователем

для передачи результатов измерений

на щит оператора (например,

мембранные дифманометры ДМ).

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	317
	317

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Преимущества:

•градуировочная характеристика определяется расчетным путем – не требуется «проливания»

•простота конструкции

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	318
	318

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Недостатки:

•квадратичная зависимость между расходом и перепадом

давления

•узкий динамический диапазон (не более трех)

•наличие протяженных импульсных линий и

необходимость их периодической продувки

•необходимы значительные длины линейных участков

•для трубопроводов диаметром менее 50 мм требуется

индивидуальная градуировка

•необратимые потери давления – энергоемкость метода

(худшее СУ – диафрагма, лучшее – труба Вентури)

•зависимость показаний расходомеров от эпюры скоростей потока

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	319
	319

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Принцип работы

Движение потока несжимаемой жидкости через СУ на примере диафрагмы:

Сечение А-А: начинается сужение струи и, следовательно, постепенное возрастание средней скорости Va потока.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	320
	320

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Принцип работы

Движение потока несжимаемой жидкости через СУ на примере диафрагмы:

Сечение В-В: место наибольшего сжатия струи, где скорость потока достигает максимального значения Vb.

Это сечение расположено после диафрагмы на расстоянии, зависящем от отношения d/D и примерно равным 0,5, где D-диаметр трубы.

Возрастание средней скорости от Va до Vb , а следовательно, и соответствующей кинетической энергии происходит за счет уменьшения начального давления pa до давления Pb.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	321
	321

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Принцип работы

Движение потока несжимаемой жидкости через СУ на примере диафрагмы:

Сечение С-С: сечение, в котором струя, расширяясь после сечения В-В вновь достигает стенок трубы. При этом скорость потока будет уменьшаться, а давление возрастать.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	322
	322

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Потери давления в СУ

Если измеряемое вещество жидкость, плотность которой практически не зависит от давления, то в сечении С-С скорость Vc станет равной начальной скорости Va, но давление Рc будет меньше начального Рa вследствие потери энергии при прохождении жидкости через сужающее устройство.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	323
	323

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Потери давления в СУ

Основная часть этой потери давления происходит в мертвых зонах за диафрагмой.

Струя текущая с большой скоростью, увлекает с собой прилегающие частицы из этих зон и создает некоторое падение давления в них, что вызывает частичное движение жидкости вдоль стенок от сечения С-С к сечению В-В.

В результате в мертвых зонах возникает сильное вихреобразование и происходит потеря потенциальной энергии.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	324
	324

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Потери давления в СУ

типы сужающих устройств



диафрагма	сопло	труба Вентури

Остаточная потеря давления (Pa- Pc) у диафрагм составляет от 40 до 90% от перепада давления (Pa- Pb), возрастая с уменьшением относительного диаметра диафрагмы.

Потеря же давления от трения и ударов в самой диафрагме составляет не более 2% от (Pa- Pb)

Pп/ P

диафрагма

сопло

труба Вентури

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	325
	325

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Расчет СУ

Уравнение сохранения постоянства массового расхода

Va D4 2 Vb d4 2 GM

Уравнение Бернулли (закон сохранения энергии потока в трубе)

P1 V2a2 P2 V2b2

Относительный диаметр

Dd Va Vb 2

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	326
	326

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Расчет СУ

Выразим скорость в сечении В-В через уравнение Бернулли и подставим ее в уравнение закона сохранения массового расхода

P		V 2				2		P					V 2
			b											b

1				2					2			2
				2								2
V		2			P	P						1
V					P	P				1 4
b				1				2		1 4
V		d 2			G							1			2 P	P	d 2
V		4			G										2 P	P	4
	b	4					M				1 4				1	2	4

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	327
	327

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Расчет СУ

Примем обозначения коэффициент скорости входа

E		1
		4
1

минимальная площадь проходного сечения СУ

f d4 2

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	328
	328

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Расчет СУ

Массовый расход для несжимаемых жидкостей

GМ C E f kш kп	2 P		С<1
			коэффициент истечения,
Объемный расход для несжимаемых			учитывающий завышение
жидкостей			учитывающий завышение
жидкостей			перепада давления из-за
			перепада давления из-за
GO C E f kш kп	2	P	торможения потока,
	2		завихрениями потока на
			входе и выходе СУ.

kш – коэффициент учета шероховатости

kп – коэффициент учета притупления входной кромки

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	329
	329

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Расчет СУ

Коэффициент истечения С

Для геометрически подобных СУ при гидродинамическом подобии (числа Re равны) значения коэффициентов С будут

равны.

Эти коэффициенты определяются эмпирически с помощью

образцовых расходомерных установок, основанных на измерении массового или объемного расхода.

C	G	М	1 4
C	f 2 P
	f 2 P

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	330
	330

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Расчет СУ

Коэффициент истечения С для диафрагм с угловым отбором давления

C C~ KRe

C~ 0,5959 0,0312 2,1 0,1840

	CE
	0,8			β=0,8
	0,7			β=0,6
	0,6			β=0,4
	0,6			β=0,2
				β=0,2
	0,5
8	4	5	6	lgRe
8

KRe 1 0,0029 6 106 1

Re C

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	331
	331

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Расчет СУ

При измерении расхода газов или пара, плотность среды после СУ снижается, а объем увеличивается, что дает

завышение перепада давления и, соответственно, расхода.

Для устранения этого влияния вводится коэффициент

расширения ε и уравнения примут вид:

GМ C E f kш kп 2 P

G C E f k		k		2	P

O	ш		п

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	332
	332

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Расчет СУ

Коэффициент расширения ε

Для сжимаемых сред определяется как отношение

коэффициентов истечения сжимаемой и несжимаемой сред

при известных значениях С, GM, ρ, P, β

GМ 1 4

Cf 2 P

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	333
	333

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Расчет СУ

Коэффициент расширения ε для всех типов диафрагм

В общем случае зависит от относительного диаметра β и

показателя адиабаты

1 0,41 0,35 4 P P

CE
0,8			β=0,8
			β=0,8
0,7			β=0,6
			β=0,6
0,6			β=0,4
0,6			β=0,2
			β=0,2
0,5
4	5	6	lgRe

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	334
	334

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Погрешность измерений с помощью СУ

Это косвенные измерения


2	2		2 2			2	2		2			2	2	2	2
C						D						D		0,25	P
C					4	D					4	D		0,25	P
			1					1
		2 2						4 2		1	2		1	2
		2 2						4 2	4		2		4	2
				C				D	4				4	P

При измерении расхода равного 80-100% номинального относительная погрешность расходомеров переменного

перепада давления - 1%.

При измерении расхода меньшего 30% номинального

относительная погрешность расходомеров переменного

перепада давления - 3%

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	335
	335

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Методы отбора давления в СУ

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	336
	336

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Конструкция камерных диафрагм

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	337
	337

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Конструкция фланцевых диафрагм

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	338
	338

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

Конструкция специальных диафрагм

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	339
	339

Методы и средства измерений расхода Расходомеры переменного перепада давления

газ пар, жидкость

Расходомеры Rosemount на базе компактных диафрагм

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	340
	340

Раздел 4

Методы и средства измерений расхода

Лекция 11

Расходомеры постоянного перепада давления

Тахометрические расходомеры

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	341
	341

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Средства измерения расхода

переменного перепада давления в сужающем устройстве

постоянного перепада давления (ротаметры)

тахометрические		электромагнитные
тахометрические		электромагнитные

ультразвуковые		вихревые
ультразвуковые		вихревые

массовые

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	342
	342

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Принцип действия:

зависимость расхода от вертикального

перемещения тела, изменяющего при этом площадь проходного сечения

датчика расхода таким образом, что

перепад давления остается постоянным.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	343
	343

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Принцип действия.

В этих приборах измеряется величина перемещения поплавка h внутри конической

трубки под воздействием движущегося снизу

вверх потока жидкости.

Поток поднимает поплавок до тех пор, пока

подъемная сила, возникающая благодаря наличию на нем перепада давлений, не

уравновесится весом поплавка.

Величина перемещения поплавка h прямо

пропорциональна расходу жидкости через

ротаметр.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	344
	344

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Область применения:

технические и лабораторные измерения небольших объемных расходов

жидкостей.

Типы расходомеров постоянного перепада давления:

•ротаметры

•поплавковые расходомеры

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	345
	345

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Конструкция

Ротаметр состоит из конической трубки,

расходящейся вверх, внутри которой перемещается поплавок.

Трубки ротаметров могут быть

стеклянными (рассчитаны на давление до 2,5 МПа) и металлическими (до

70 МПа).

Поплавки в зависимости от свойств

жидкости или газа изготовляют из

различных металлов либо пластмасс.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	346
	346

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Основные характеристики:

Верхний предел	жидкости	от 0,002 до 70 м3/ч
измерений	газы	от 0,05 до 600 м3/ч
Диаметр трубопровода	от 3 до 150 мм

Динамический диапазон	более 10 : 1

Диапазон рабочих	От -80 до 400 0С
температур
Класс точности	0,5

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	347
	347

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Расчет:

Параметры поплавка

•V – объем

•f – наибольшее сечение

•ρП - плотность

Силы действующие на поплавок:

F Vg		П		сила тяжести,
T		П		где ρ – плотность среды
F	f P P			подъемная сила
П	1		2	обусловленная разностью

статических давлений, возникающая вследствие ускорения потока в кольцевом зазоре

Fп

Fт N

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	348
	348

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Расчет:

W u2

N kuкn fб

	пренебрегаем
	динамический напор, где
f	φ – коэффициент сопротивления
f	поплавка,
	u – скорость в нижнем сечении
	сила трения потока о боковую
	поверхность, где
	k – коэффициент,
	fб – площадь боковой поверхности,
	u – скорость в кольцевом зазоре,
	n – показатель, зависящий от
	скорости

Fп

Fт N

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	349
	349

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Расчет:

Условие равновесия

FT FП

FП f P1 P2 P1 P2 FfП

перепад давления на поплавке

не зависит от расхода

Fп

Fт N

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	350
	350

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления Принцип действия

При исходном расходе G0 поплавок занимает исходное положение, характеризующее определенную площадь кольцевого зазора fк.

При увеличении расхода в первый момент времени положение поплавка, а значит и fк неизменны. Следовательно скорость потока u и разность давлений Р1-Р2 начнут увеличиваться и равновесие нарушится.

Поплавок начнет подниматься вверх, что приведет к увеличению fк из-за конусного профиля трубки. При этом скорость u и разность давлений уменьшаться.

Поплавок будет подниматься пока не восстановится равновесие.

Fп

Fт N

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	351
	351

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Расчет:

Уравнение связи

			Fп
G0	fК	2	W

		P1 P2	Fт N
G0	fК	2gV П
		f

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	352
	352

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Расчет:

Уравнение связи

постоянном значении коэффициента α зависимость Go(fк) будет линейной.

Однако в реальных условиях при перемещении поплавка α изменяется.

При Нужно учесть, что зависимость fк(h) нелинейная.

Применение равномерной шкалы вносит погрешность.

G0	fК	2
G0	fК	P P
		1	2
G0	fК	2gV П
G0	fК	f
		f

Gо

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	353
	353

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Расчет:

Влияние плотности контролируемой среды

Градуировку ротаметров проводят:

•на воде для жидкостей

•на воздухе для газов

При измерении расходов сред с отличной плотностью необходимо вводить поправочный коэффициент

	k	гр П
	k	П гр
		П гр

Fп

Fт N

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	354
	354

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Преимущества:

•малые потери давления (меньше 15 кПа)

•достаточно большой динамический диапазон (10)

•высокая точность

(погрешность ±0,5%)

•простота конструкции

•равномерная шкала

Недостатки

•необходимость индивидуальной градуировки

•монтаж только на вертикальном участке трубопровода

•трудности в дистанционной передачи и записи показаний

•неприменимы для сред с высокими давлением и температурой

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	355
	355

Методы и средства измерений расхода Расходомеры постоянного перепада давления

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	356
	356

Методы и средства измерений Методы и средства измерений расхода

Средства измерения расхода

переменного перепада давления в сужающем устройстве

постоянного перепада давления (ротаметры)

тахометрические		электромагнитные
тахометрические		электромагнитные

ультразвуковые		вихревые
ультразвуковые		вихревые

массовые

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	357
	357

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Принцип действия:

в поток среды включается тело, вращающееся в корпусе под действием

протекающего потока жидкости со скоростью, пропорциональной объемному

расходу.

Область применения:

измерение объемных расходов жидкостей,

реже газов. при необходимости измерения

массового расхода тахометрические расходомеры следует дополнять

измерителями температуры и давления

либо плотномерами.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	358
	358

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Конструкция:

основным элементом является вращающееся тело, сигнал от которого

преобразуется электрическим тахометрическим преобразователем

частоты для измерения вторичным

прибором.

Типы:

•турбинные

•шариковые

•камерные

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	359
	359

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Недостатки:

•наличие механических движущихся частей и как следствие ограниченный ресурс

•значительная потеря давления

•зависимость показаний от изменения вязкости сред

Преимущества:

•практически линейная градуировочная характеристика

•высокая точность при индивидуальной градуировке (класс точности 0,5 или 1)

•широкий динамический диапазон (25)

•малая инерционность

•простота и технологичность конструкции

•энергонезависимость

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	360
	360

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Необходимые конструктивные элементы:

лопасти турбинки должны быть

изготовлены из ферромагнитного материала, либо на крыльчатке

устанавливаются метчики из этого

материала.

магнитоиндукционный

преобразователь 1. катушка 2. постоянный магнит

3. немагнитная труба

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	361
	361

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Магнитоиндукционный преобразователь:

в катушку 1 с большим количеством витков вставлен постоянный магнит 2.

Оси катушки и магнита перпендикулярны оси немагнитной трубы 3.

магнитоиндукционный

преобразователь

1.катушка

2.постоянный магнит

3.немагнитная труба

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	362
	362

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

При прохождении ферромагнитной лопасти или метчика турбинки мимо магнита происходит изменение магнитного поля, что вызывает появление импульса ЭДС в обмотке.

Частота импульсов будет равна числу оборотов турбинки, умноженному на количество лопастей.

Такие преобразователи создают значительный тормозящий момент и могут быть применены только с расходомерами с турбинами большого диаметра.

магнитоиндукционный

преобразователь

1.катушка

2.постоянный магнит

3.немагнитная труба

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	363
	363

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Дифференциально трансформаторный преобразователь:

Первичная обмотка 1 питается от генератора напряжением переменного тока с частотой

3…6 кГц Вторичная обмотка 2 состоит из двух

встречно включенных секций

При отсутствии лопасти турбинки под сердечником 4 ЭДС, наводимые в обеих секциях равны и Uвых=0 (начальный небаланс устраняется с помощью перемещения подвижного сердечника 3)

1	2 Uвых
Uпит	2 Uвых
	3
	4

дифференциально

трансформаторный

1.первичная обмотка

2.вторичная обмотка

3.подвижный сердечник

4.сердечник

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	364
	364

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Дифференциально трансформаторный преобразователь:

При прохождении лопасти турбинки под сердечником 4 нарушается равенство магнитных потоков в секциях вторичной обмотки (увеличивается в нижней, уменьшается в верхней) и на выходе вторичной обмотки появляется Uвых.

Этот сигнал имеет частоту питающего напряжения, модулированного по амплитуде частотой, равной частоте вращения турбинки, умноженной на количество лопастей.

Измерительный преобразователь выделяет частоту модуляции и преобразует ее в выходной токовый сигнал.

1	2 Uвых
Uпит	2 Uвых
	3
	4

дифференциально

трансформаторный

1.первичная обмотка

2.вторичная обмотка

3.подвижный сердечник

4.сердечник

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	365
	365

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Шариковые расходомеры

Шариковыми называются тахометрические расходомеры, в которых подвижный элемент (шарик) непрерывно движется по кругу под действием предварительно закрученного потока.

Перемещению шарика вдоль оси препятствуют ограничительные

кольца. 1 – входное отверстие; 2 – внутренняя полость; 3 – шар; 4 – магнитная вставка;

5 – индукционный узел съема сигнала;

6 – выходное отверстие

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	366
	366

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Шариковые расходомеры

Характеристика преобразования шариковых расходомеров описывается зависимостью между частотой выходного сигнала и расходом жидкости.

Обычно шариковые расходомеры изготавливаются для трубопроводов до 150 мм и для расходов не более 100–200 м3/ч. Температура измеряемой жидкости может достигать +160 °С.

1– входное отверстие;

2– внутренняя полость;

3– шар;

4– магнитная вставка;

5– индукционный узел съема сигнала;

6– выходное отверстие

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	367
	367

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Шариковые расходомеры

С наружной стороны корпуса имеется место крепления на винтах тахометрического индукционного преобразователя, состоящего из катушки и магнитного сердечника.

Поток жидкости, проходя закручивающий аппарат с переменным по длине винтовым шагом, приобретает вращательное движение и обеспечивает вращение шара.

Выходной винтовой шнек выполнен аналогично входному, чем может быть обеспечена реверсивность работы расходомера.

1– входное отверстие;

2– внутренняя полость;

3– шар;

4– магнитная вставка;

5– индукционный узел съема сигнала;

6– выходное отверстие

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	368
	368

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Шариковые расходомеры

1– входное отверстие;

2– внутренняя полость;

3– шар;

4– магнитная вставка;

5– индукционный узел съема сигнала;

6– выходное отверстие

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	369
	369

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Шариковые расходомеры

Достоинства :	Недостатки:
• отсутствие импульсных линий;	• ограниченный ресурс
• унифицированный аналоговый	работы;
или частотный выходной сигнал;	• необходимость
• динамический диапазон более	индивидуальной
1 : 6;	градуировки;
• возможность измерения	• зависимость показаний
загрязненных жидкостей;	шариковых расходомеров от
• достаточная малая	вязкости жидкости.
погрешность;
• слабое влияние местных
сопротивлений.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	370
	370

Методы и средства измерений расхода Тахометрические расходомеры

Шариковые расходомеры

СКВАЖИННЫЙ ШАРИКОВЫЙ РАСХОДОМЕР РСШ

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	371
	371

Раздел 4

Методы и средства измерений расхода

Лекция 12

Электромагнитные расходомеры Ультразвуковые расходомеры

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	372
	372

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Средства измерения расхода

переменного перепада давления в сужающем устройстве

постоянного перепада давления (ротаметры)

тахометрические		электромагнитные
тахометрические		электромагнитные

ультразвуковые		вихревые
ультразвуковые		вихревые

массовые

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	373
	373

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Принцип действия:

в соответствии с законом Фарадея в электропроводной жидкости,

пересекающей магнитное поле,

индуцируется ЭДС, пропорциональная

скорости движения жидкости.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	374
	374

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Область применения:

измерение расходов жидкостей с электропроводностью не менее 10-3 См/м

(водопроводная вод).

Специальные модели расходомеров

могут измерять расходы жидкостей с электропроводностью до 10-5 См/м.

Как правило применяются на трубопроводах диаметром до 250 мм.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	375
	375

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Для создания электромагнитного поля используют:

• Постоянные магниты

(расходомеры с постоянным магнитным полем)

• Электромагниты

(расходомеры с переменным

магнитным полем)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	376
	376

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Принцип действия:

Жидкость, проходящая через электромагнитный расходомер, является проводником, движущимся в магнитном поле.

При движении жидкости на электродах наводится ЭДС, пропорциональная средней скорости потока u, длине жидкостного проводника (это расстояние между электродами равно, как правило диаметру трубы D и соответственно постоянно) и электромагнитной индукции В, определяемой параметрами магнитов и также постоянной.

E B D u

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	377
	377

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

E B D u

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	378
	378

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

ЭДС наведенная в электродах, поступает в

микропроцессорный преобразователь, где вычисляется

расход.

Эта ЭДС не зависит от температуры, вязкости и

проводимости жидкости, при условии, что проводимость имеет значение больше чем вышеуказанный минимум.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	379
	379

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с постоянным магнитным полем

Конструкция:

Магнитное поле образуется с помощью постоянных магнитов

Труба

покрывается изоляцией.

Сигнал снимается с электродов, установленных в трубе через втулки из изолирующего материала.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	380
	380

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с постоянным магнитным полем

Конструкция:

расходомер с	распределение	распределение
седельными	плотностей	магнитной индукции в
обмотками,	токов по объему	системе
питаемыми	обмоток
постоянным
током

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	381
	381

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с постоянным магнитным полем

Расчет:

E B D u			4BGo
u	4Go	E
			D
	D2

E D Go 4B

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	382
	382

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с постоянным магнитным полем

Преимущества

•показания не зависят от вязкости и плотности среды

•большой динамический диапазон: 100 и более

•безынерционность

•отсутствие потерь давления (нет элементов устанавливаемых в потоке)

•требуются минимальные длины прямых участков

•возможность применения для труб с диаметром от 2 до 4000 мм

•возможность применения для агрессивных, вязких и абразивных сред, пульп и жидких металлов

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	383
	383

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с постоянным магнитным полем

Недостатки

•требования к минимальной электропроводности среды

•низкий уровень информативного сигнала

(мВ)

•необходимость тщательной защиты преобразователя и линий связи от электромагнитных помех

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	384
	384

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с переменным магнитным полем

Применение:

измерение расходов жидкостей с

электронной проводимостью, например расплавленных металлов.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	385
	385

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с переменным магнитным полем

Конструкция:

Магнитное поле образуется с помощью

электромагнитов. Трубопровод внутри покрыт изолирующей эмалью

(немагнитная нержавеющая сталь);

электроды изготовлены из той же стали,

что и трубопровод.

Изменение магнитной индукции носит

синусоидальный характер с амплитудой Вм и частотой f.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	386
	386

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с переменным магнитным полем

Расчет:

E B D u				u	4G
	sin 2 ft					o
B B	sin 2 ft					2
M					D
E		4BM sin 2 ft Go
			D
Go			E D

			4BM sin 2 ft
			4BM sin 2 ft

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	387
	387

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с переменным магнитным полем

Преимущества:

• устранение эффекта поляризации: чем выше частота f тем меньше

проявление явления поляризации

электродов

Недостатки

• появление паразитной

трансфарматорной ЭДС Ет

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	388
	388

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с переменным магнитным полем

Появление трансформаторной ЭДС

Эта ЭДС наводится в контуре:

«проводник – электрод – жидкость –

электрод – проводник»

Этот контур имеет площадь проекции S

на плоскость, проходящую через ось трубы и линию электродов.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	389
	389

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с переменным магнитным полем

Появление трансформаторной ЭДС

ET S dBdt

B BM sin 2 ft

ET 2 fSBM cos 2 ft Go

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	390
	390

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с переменным магнитным полем

Появление трансформаторной ЭДС

Важная информация

•Е и Ет сдвинуты по фазе на 90 оС

•Ет не зависит от расхода и

существует даже при нулевом

расходе

ET S dBdt

B BM sin 2 ft

ET 2 fSBM cos 2 ft Go

Как бороться с трансформаторной ЭДС?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	391
	391

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с переменным магнитным полем

Методы снижения трансформаторной ЭДС

•проводники располагают в одной плоскости, параллельной силовым линиям магнитного поля

•от одного из электродов отходят сразу 2 проводника, симметрично охватывающих трубопровод и замыкающихся на делитель напряжения; измерительный прибор подключается к

движку резистора R2 и второму электроду при нулевом расходе перемещением движка резистора добиваются минимально сигнала на входе измерительного прибора

ET S dBdt

B BM sin 2 ft

ET 2 fSBM cos 2 ft Go

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	392
	392

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с переменным магнитным полем

Методы снижения трансформаторной ЭДС

• в измеительной схеме выделяют два канала

спомощью фазочувствительных детекторов:

•по измерительному каналу пропускают только полезный сигнал

•по компенсационному каналу поступает сигнал пропорциональны Ет, который по схеме обратной связи поступает на вход схемы и компенсирует Ет

ET S dBdt

B BM sin 2 ft

ET 2 fSBM cos 2 ft Go

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	393
	393

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с переменным магнитным полем

Преимущества

•показания не зависят от вязкости и плотности среды

•большой динамический диапазон: 100 и более

•безынерционность

•отсутствие потерь давления (нет элементов устанавливаемых в потоке)

•требуются минимальные длины прямых участков

•возможность применения для труб с диаметром от 2 до 4000 мм

•возможность применения для агрессивных, вязких и абразивных сред, пульп и жидких металлов

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	394
	394

Методы и средства измерений расхода Электромагнитные расходомеры

Расходомеры с переменным магнитным полем

Недостатки

•требования к минимальной электропроводности среды

•низкий уровень информативного сигнала

(мВ)

•необходимость тщательной защиты преобразователя и линий связи от электромагнитных помех

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	395
	395

Методы и средства измерений Методы и средства измерений расхода

Средства измерения расхода

переменного перепада давления в сужающем устройстве

постоянного перепада давления (ротаметры)

тахометрические		электромагнитные
тахометрические		электромагнитные

ультразвуковые		вихревые
ультразвуковые		вихревые

массовые

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	396
	396

Методы и средства измерений Методы и средства измерений расхода

Ультразвуковые расходомеры

Принцип действия:

скорость распространения

звуковой волны в движущейся

среде равна геометрической сумме

скорости звука в неподвижной среде и скорости среды .

Если измерять суммарную скорость, то при известном

значении скорости и известным

угле между векторами c и v можно

определить скорость потока V.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	397
	397

Методы и средства измерений Методы и средства измерений расхода

Ультразвуковые расходомеры

Принцип действия:

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	398
	398

Методы и средства измерений Методы и средства измерений расхода

Ультразвуковые расходомеры

Принцип действия:

Излучатель посылает сигнал

сквозь поток жидкости, а

приемник через некоторое

время получает его.

Время задержки сигнала между моментами его излученя и приема прямо пропорционально скорости потока жидкости

в трубе: оно измеряется и по его величине вычисляется расход жидкости в трубопроводе.

В зависимости от взаимного положения излучателя и приемника существует порядка 10 модификаций

ультразвуковых расходомеров.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	399
	399

Методы и средства измерений Методы и средства измерений расхода

Ультразвуковые расходомеры. Классификация.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	400
	400

Методы и средства измерений Методы и средства измерений расхода

Ультразвуковые расходомеры. Примеры использования

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	401
	401

Методы и средства измерений Методы и средства измерений расхода

Ультразвуковые расходомеры

Преимущества

•высокая точность

•широкий динамический диапазон (25 – 30)

•высокое быстродействие

•стабильность метрологических и эксплуатационных характеристик во времени

•линейная зависимость выходного сигнал от расхода

•отсутствие потери потерь давления

•высока надежность за счет отсутствия подвижных элементов

•обеспечивают возможность применения для агрессивных, вязких и абразивных сред, пульп и т.п.

•предоставляют возможность имитационной поверки без демонтажа первичного преобразователя

•предоставляют возможность монтажа без остановки технологического процесса (для накладных приборов)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	402
	402

Методы и средства измерений Методы и средства измерений расхода

Ультразвуковые расходомеры

Недостатки

•необходимость линейных участков значительной длины

•на результаты влияет наличие пузырьков воздуха в потоке

•необходимость контроля отложений

•ограничения на минимальную скорость потока

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	403
	403

Раздел 5

Учет тепловой энергии

Лекция 13

Принципы организации учета тепловой энергии

Алгоритмы расчета Теплосчетчики

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	404
	404

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Что такое тепловая энергия

Тепловая энергия - это вид энергии,

который характеризуется температурой и давлением веществ, участвующих в процессах преобразования и передачи энергии.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	405
	405

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Что такое тепловая энергия

Количественная мера - энтальпия

(термодинамический потенциал или теплосодержание) веществ, используемых при преобразовании и передаче энергии (пара, горячей воды, воздуха, хладагентов и т.п.).

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	406
	406

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Что такое тепловая энергия

Количественной мерой тепловой энергии может служить также теплота (количество теплоты).

При этом под термином теплота понимается энергетическая характеристика процессов теплового взаимодействия термодинамических систем или термодинамической системы с окружающей средой при теплопередаче без совершения работы.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	407
	407

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Задачи учета тепловой энергии:

осуществление взаимных финансовых расчетов между энергоснабжающими организациями и потребителями

тепловой энергии;

контроль за тепловыми и гидравлическими режимами

работы систем теплоснабжения и теплопотребления;

контроль за рациональным использованием тепловой

энергии и теплоносителя;

документирование параметров теплоносителя: массы

(объема), температуры и давления.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	408
	408

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Нормативные документы:

Правила учета тепловой энергии и теплоносителя. (Утверждено Минтопэнерго РФ 12 сентября 1995г. № ВК-

4936).

ГОСТ Р ЕН 1434-1 (2,3,4,5,6)-2006 «Теплосчетчики»

Рекомендации МОЗМ № 75

Рекомендации МИ 2412 «Водяные системы

теплоснабжения. Уравнения измерений тепловой энергии

и количества теплоносителя.»

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	409
	409

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Нормативные документы:

В настоящее время разрабатывается:

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ ТАМОЖЕННОГО СОЮЗА

«О требованиях к системам и приборам учета воды, газа, тепловой энергии, электрической энергии»

За основу технического регламента выбрали документ:

2004/22/EC Европейского Парламента и Совета от 31 марта 2004 г. о средствах измерений.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	410
	410

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Основные термины и определения:

Система теплоснабжения

совокупность взаимосвязанных источника теплоты,

тепловых сетей и систем теплопотребления.

Система теплопотребления

комплекс теплопотребляющих установок с

соединительными трубопроводами или тепловыми

сетями.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	411
	411

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Основные термины и определения:

Тепловая сеть

совокупность трубопроводов и устройств, предназначенных для передачи тепловой энергии.

Тепловой пункт (ТП)

комплекс устройств для присоединения систем теплопотребления к тепловой сети и распределения

теплоносителя по видам теплового потребления.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	412
	412

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Основные термины и определения:

Источник теплоты (тепловой энергии)

энергоустановка, производящая тепло (тепловую энергию).

Потребитель тепловой энергии

юридическое или физическое лицо, которому принадлежат теплопотребляющие установки,

присоединенные к системе теплоснабжения энергоснабжающей организации.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	413
	413

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Основные термины и определения:

Граница балансовой принадлежности тепловых сетей

линия раздела элементов тепловых сетей между

владельцами по признаку собственности, аренды или

полного хозяйственного ведения.

Определение границы балансовой принадлежности ключевой вопрос при выяснении к кому относятся издержки за потери тепловой энергии

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	414
	414

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Основные термины и определения:

Зависимая схема системы теплопотребления

схема присоединения системы теплопотребления к тепловой сети, при которой теплоноситель (вода) из тепловой сети поступает непосредственно в систему теплопотребления.

Открытая водяная система теплоснабжения

водяная система теплоснабжения, в которой вода частично или полностью отбирается из системы потребителями теплоты.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	415
	415

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Основные термины и определения:

Независимая схема системы теплопотребления - схема присоединения системы теплопотребления к тепловой сети, при которой теплоноситель, поступающий из тепловой сети, проходит через теплообменник, установленный на тепловом пункте потребителя, где нагревает вторичный теплоноситель, используемый в дальнейшем в системе теплопотребления.

Закрытая водяная система теплоснабжения - система теплоснабжения, в которой вода, циркулирующая в тепловой сети, из сети не отбирается.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	416
	416

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Основные термины и определения:

Теплосчетчик

технические средства, предназначенные для

измерений, хранения, отображения информации и

передачи результатов измерений количества тепловой энергии, отдаваемой теплоносителем,

массы (объема), температуры, давления

теплоносителя и времени работы прибора.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	417
	417

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Основные термины и определения:

Тепловычислитель

устройство, обеспечивающее расчет количества

теплоты на основе входной информации о массе, температуре и давлении теплоносителя.

Узел учета

комплект приборов и устройств, обеспечивающий учет тепловой энергии, массы (или объема) теплоносителя, а также контроль и регистрацию

его параметров.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	418
	418

Учет тепловой энергии Принципы организации учета тепловой энергии

Условные обозначения:

Параметр	Точки измерения

t - температура	температуры

p - давление	давления

h - энтальпия	расходы теплоносителя

G - масса воды	расходы теплоносителя

D - масса пара	учитываемый параметр

T - время	узел учета

Q - тепловая энергия	регистрируемый параметр

Индекс		Оборудование

1	- подающий трубопровод	насос

2	- обратный трубопровод	теплообменник

п - подпитка		элеватор

к - конденсат		трубопровод

хв - холодная вода		задвижка

гв - горячее		отопительный
водоснабжение		прибор

	t2	p2	G2
					отопительный
			tп	Gп	прибор
источник	теплообменник		tп	узелподпитки
источник	теплообменник			узелподпитки

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	419
	419

Учет тепловой энергии Алгоритмы расчета тепловой энергии

Алгоритм измерения количества теплоты:

Какие алгоритмы измерения теплоты возможны?

Что обязательно нужно измерять на узле учета тепла?

Что должно входить в состав теплосчетчика?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	420
	420

Учет тепловой энергии Алгоритмы расчета тепловой энергии

1.проведение прямых технических измерений

2.определение термодинамических параметров теплоносителя (энтальпия, плотность и т.п.) в точках

контроля по аппроксимирующим формулам в

программе тепловычислителя

3.расчет количества теплоты согласно алгоритму,

предназначенному для рассматриваемой системы

теплоснабжения

4.расчет средних показателей и архивирование информации, передача информации для нужд диспетчеризации

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	421
	421

Учет тепловой энергии Алгоритмы расчета тепловой энергии

1.проведение прямых технических измерений следующих параметров

1.температура теплоносителя в подающем, обратном и подпиточном трубопроводах

2.давление теплоносителя в подающем, обратном и подпиточном трубопроводах (это опционально)

3.расход теплоносителя в подающем, обратном и подпиточном трубопроводах

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	422
	422

Учет тепловой энергии Алгоритмы расчета тепловой энергии

Закрытая система теплоснабжения

h1=Cpt1

h2=Cpt2

Q GM h1 h2 dT

Сp – изобарная теплоемкость, которая зависит от давления, но поскольку изменение давления в системах теплоснабжения крайне ограничено, то его учитывают только для открытых систем и систем большой мощности для чего проводят измерения давления

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	423
	423

Учет тепловой энергии Алгоритмы расчета тепловой энергии

Открытая система теплоснабжения с подпиткой

h1=Cpt1 G1

h2=Cpt2

Gп

Этот алгоритм используется для систем, где есть автоматическая подпитка с установленным расходомером.

Заполнение производится холодной водой, температура которой, как правило, ниже температуры обратной сетевой воды

Q G1 h1 h2 GП h2 hхв dT

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	424
	424

Учет тепловой энергии Алгоритмы расчета тепловой энергии

Открытая система теплоснабжения без подпитки

h1=Cpt1

G2 h2=Cpt2

Этот алгоритм используется для систем, где нет автоматической подпитки либо не фиксируется расход подпиточной воды.

В этом случае объем необходимой подпитки принимается равным разности расходо прямой и обратной сетевой воды

Q G1 h1 h2 G1 G2 h2 hхв dT

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	425
	425

Учет тепловой энергии Алгоритмы расчета тепловой энергии

Паровая система теплоснабжения

			D	п			hп=Cp tп	При определении
				п			п	энтальпии пара имеет
								энтальпии пара имеет
			конденсатор					место существенной
			конденсатор					зависимости
								зависимости
								изобарной
								теплоемкости Сp – от
								давления, поэтому
hхв=Cp	tхв							измерения давления
hхв=Cp	tхв		h =C			t	G	обязательны
	хв		к		p к		к
					к
T
Q 2 DП hП hК					DП GК hК hхв dT
T1	DП , hП - расходиэнтальпия пара
	DП , hП - расходиэнтальпия пара
	G	К	, h - расходиэнтальпия возвращенного конденсата
		К	К

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	426
	426

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Состав узлов учета:

«Узел учета тепловой энергии оборудуется

средствами измерения (теплосчетчиками,

водосчетчиками, тепловычислителями), зарегистрированными в Госреестре СИ РФ и имеющими сертификат Главгосэнергонадзора РФ».

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	427
	427

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Состав узлов учета:

Из этого следует, что узел учета может быть оборудован как теплосчетчиком, в состав которого входят тепловычислитель, преобразователи расхода и температуры, так и отдельно как тепловычислитель и преобразователи расхода и температуры, не зарегистрированные в составе теплосчетчика.

Однако Главгосэнергонадзор уточнил, что «непосредственно на узле учета потребителя не допускается комплектовать теплосчетчик из приборов: тепловычислителя, преобразователя расхода и температуры, которые независимо друг от друга зарегистрированы в Государственном реестре СИ и не объединены при регистрации как теплосчетчик общей технической документацией».

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	428
	428

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Величины обязательно определяемые на каждом тепловом узле:

o время работы приборов узла учета; o отпущенная тепловая энергия;

oмасса (или объем) теплоносителя, отпущенного и полученного источником теплоты соответственно по подающему и обратному трубопроводам;

o масса (или объем) теплоносителя, расходуемого на подпитку системы теплоснабжения; o тепловая энергия, отпущенная за каждый час;

oмасса (объем) теплоносителя, отпущенного источником теплоты по подающему трубопроводу и полученного по обратному трубопроводу за каждый час;

o масса (объем) теплоносителя, расходуемого на подпитку систем теплоснабжения за каждый час;

oсреднечасовые и среднесуточные значения температур теплоносителя в подающем, обратном и трубопроводе холодной воды, используемой для подпитки;

oсреднечасовые значения давлений теплоносителя в подающем, обратном и трубопроводе холодной воды, используемой для подпитки.

Среднечасовые и среднесуточные значения параметров теплоносителя определяются на основании показаний приборов, регистрирующих параметры теплоносителя.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	429
	429

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Состав теплосчетчиков:

–тепловычислитель

–датчики расхода

–датчики температуры

–преобразователи давления

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	430
	430

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Состав теплосчетчиков:

–тепловычислитель

•сложное микропроцессорное устройство с возможностью

расчета средних параметров,

архивирования данных, их

передачи в диспетчерские пункты и вывода на печать

тепловычислитель Логика («Теплоэнергомонтаж»)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	431
	431

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Состав теплосчетчиков:

–датчики расхода (по типу расходомера классифицируются

типы теплосчетчиков)

•тахометрические

•электромагнитные

•ультразвуковые

•вихревые

электромагнитные расходомеры ПРЭМ

(«Теплоком»)

ультразвуковой расходомер Взлет с тепловычислителем («Взлет»)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	432
	432

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Состав теплосчетчиков:

–датчики температуры (термопреобразователи)

•комплекты платиновых

термопреобразователей с

согласованными

характеристиками

комплект парных платиновых преобразователей КТПР

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	433
	433

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Состав теплосчетчиков:

–датчики температуры (термопреобразователи)

Пары термопреобразователей подбираются таким образом, чтобы погрешности градуировочных характеристик были однонаправлены.

В этом случае при вычислении разности температур погрешность будет минимальна

направленность погрешности определяется знаком

=±(0,5+0,003|t|)

В общем случае для каждого датчика справедливо:

t1=t1и ± 1 t2=t2и ± 2

Если знак «+» для обоих датчиков

t1=t1и + 1 t2=t2и + 2

Тогда разность температур будет вычислена с погрешностью:

t1-t2=t1и-t2и + ( 1- 2)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	434
	434

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Состав теплосчетчиков:

–преобразователи давления

•используются компактные преобразователи с выходным

сигналом 4 -20 мА

•во многих случаях это

дополнительная опция

Преобразователь давления MBS 3000 (Danfoss)

Преобразователь давления Метран 55 (Метран)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	435
	435

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Типы теплосчетчиков:

–единые (не имеют отдельных составных частей)

–комбинированные (состоят из отдельных составных

элементов)

–составные (первоначально может быть рассмотрен

как комбинированный теплосчетчик при проведении

испытаний с целью утверждения типа и поверки; после поверки составные элементы данного теплосчетчика считаются неразъемными)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	436
	436

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Структурная схема теплосчетчика

ТПС

ОЗУ

ПЗУ

ЖКИ

модем

RS232

Расхо-

АЦП

МП

модем

домер

RS485

ЦАП

ПД

пульт упр-я


Адап-		Прин-
тор		тер

ПК

токовыйвыход

импульсныйвыход

ТПС– термопреобразователисопротивления ПД– преобразователидавления Н– нормализация вводимыхсигналов К– коммутатор

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	437
	437

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Погрешность измерения теплоты

Какие факторы влияют

на точность измерения теплоты?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	438
	438

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Погрешность измерения теплоты

Факторы влияющие на погрешность измерения теплоты:

oпогрешность первичных средств измерения расхода,

температур и давления;

o алгоритм расчета теплоты;

o погрешность тепловычислителя, включающая в себя: o инструментальная погрешность

oпогрешность расчетных соотношений,

аппроксимирующих теплофизические свойства

воды и пара

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	439
	439

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Погрешность измерения теплоты

Максимально допустимая относительная погрешность

единого теплосчетчика:

за эту величину принимают арифметическую сумму максимально допустимых относительных

погрешностей составных элементов

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	440
	440

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Погрешность измерения теплоты

Максимально допустимая				t
относительная погрешность	Ec	0,5				min
относительная погрешность	Ec	0,5
тепловычислителя					t
тепловычислителя
Максимально допустимая					t
относительная погрешность	Et	0,5	3				min
относительная погрешность	Et	0,5	3
датчиков температуры						t
датчиков температуры

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	441
	441

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Погрешность измерения теплоты

Максимально допустимая относительная погрешность

датчиков расхода

E f

класс С (1)

1 0,01

E f

класс В (2)

0,02

E f

класс А (3)

0,05

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	442
	442

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Погрешность измерения теплоты

Классы точности теплосчетчиков (на примере закрытых систем теплоснабжения)

ГОСТ 51649-

МОЗМ

Расчетная формула

tmin , оС

2000

1, 2, 3

min

0,01

min

2, 3, 5

0,02

3, 5 , 10

min

0,05

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	443
	443

Учет тепловой энергии Теплосчетчики

Методика поверки

oПоверка датчиков температуры согласно МИ 13550-99 или собственной методике поверки

oОпределение относительной погрешности счетчика времени

oОпределение относительной погрешности тепловычислителя (параметры температур, расходов и давлений задаются имитаторами – магазином сопротивлений, генератором импульсов, источником регулируемого напряжения)

oОпределение относительной погрешности расходомеров

oОпределение погрешности теплосчетчика и сравнение ее с предельно допустимыми значениями.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	444
	444

Раздел 6

Измерение состава и свойств веществ

Лекция 14

Измерение влажности

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	445
	445

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	446
	446

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Влажность

показатель содержания в физических телах воды

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	447
	447

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Параметры характеризующие влажность воздуха и газов:

Массовая концентрация влаги (абсолютная влажность), г/м3 –

количество водяного пара в единице объема газа

Относительная влажность, % - отношение абсолютной влажности к максимально возможной влажности газа при данной температуре

Влагосодержание, г/кг – масса водяного пара, отнесенная к массе сухого газа

Температура точки росы, 0С – температура при которой газ становится насыщенным водяным паром

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	448
	448

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Параметры характеризующие влажность твердых и сыпучих тел:

Влагосодержание , % – отношение массы влаги к массе абсолютно сухого тела

Влажность , % - отношение массы влаги к массе влажного тела.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	449
	449

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Почему важно контролировать влажность?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	450
	450

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Технологические требования

многие вещества (цемент, древесина, уголь, зерно) обеспечивают требуемые характеристики только при заданных параметрах влажности.

Метрологические требования

влажность может вносит существенную погрешность при измерениях массы, расходов и др. параметров, что особенно важно в системах коммерческого учета (например топливного газа)

Требования жизни

жизнедеятельность животных и растительных организмов возможна только при определённых границах влажности и относительной влажности воздуха

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	451
	451

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Факторы оказывающие критичное влияние при измерении влажности:

•Тип влагосодержащего материала

•Форма, размеры и расположение капилляров

•Форма связи воды с материалом

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	452
	452

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Факторы оказывающие критичное влияние при измерении влажности:

Тип влагосодержащего материала

коллоидный	капиллярно-пористый	коллоидный
(желе)	(керамика,	капиллярно-пористый
	песок, древесина)	(чай)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	453
	453

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Факторы оказывающие критичное влияние при измерении влажности:

Форма связи воды с материалом

•ионная (не удаляется сушкой или

отжимом)

•молекулярная (не удаляется

сушкой или отжимом)

•абсорбционная (удаляется сушкой)

•осмотическая (удаляется сушкой)

•физико-механическая (удаляется

сушкой)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	454
	454

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Методы измерения влажности воздуха и газов:

Психрометрический:

измеряют разность температур

мокрого (смачивается через

специальный фитиль водой) и сухого термометров; испарение, а, значит, и охлаждение поверхности мокрого

термометра зависит от влажности (чем она ниже тем испарение

интенсивнее), следовательно

разность температур зависит от

влажности.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	455
	455

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Методы измерения влажности воздуха и газов:

Метод точки росы:

определяют температуру при которой газ становится

насыщенным находящейся в нем

влагой, что определяется по

началу конденсации водяного

пара на зеркальной поверхности,

температура которой может устанавливаться любой в

интервале рабочих температур

влагометра.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	456
	456

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Методы измерения влажности воздуха и газов:

Сорбционный:

основан на связи физических

свойств гигроскопических веществ

с количеством поглощенной ими влаги, зависящей от влажности

анализируемого газа.

хлористый литий

Оптический:

основан на ослаблении инфракрасного излучения за счет поглощения парами воды

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	457
	457

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Психрометрический метод измерения влажности

воздуха и газов:

Основная зависимость: между парциальным давлением пара в парогазовой смеси и показаниями сухого и мокрого термометров.

pН.М p Apб tc tм

p - парциальное давление пара в парогазовой смеси

pН.М- парциальное давление насыщенного пара при температуре мокрого термометра

tм - температура мокрого термометра tc - температура сухого термометра A - психрометрическая постоянная

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	458
	458

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Психрометрический метод измерения влажности

воздуха и газов:

Определение относительной влажности:

p	100	pН .М Apб tc tм	100
pН .C
		pН .C

pН.C парциальное давление насыщенного пара при температуре сухого и мокрого термометра, которые однозначно определены через tC , tМ

pН.М поскольку это давления насыщенных паров

A	психрометрическая постоянная, определяемая:
	психрометрическая постоянная, определяемая:
	– условия теплоотвода от термометра через фильтр
	– теплопроводностью гильзы и ткани фитиля
	– размерами и формой резервуара или гильзы термометра
	– смоченностью ткани
	Изменяя режим обдува мокрого термометра (обычно υ>3 м/c)
	добиваются А=const

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	459
	459

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Психрометрический метод измерения влажности

воздуха и газов:

Определение относительной влажности:

f tC tМ ,tC	tМ 0С	φ=100%
f tC tМ ,tC	tМ 0С			φ=80%
				φ=60%
				φ=40%
				φ=20%
составляютпсихрометрические	ta
таблицы различные дляразных				tС 0С
типов мокрых термометров	tb			tС 0С
	tb
				ta
			tМ	ta

		f		tb
		tC		tb

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	460
	460

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Психрометрический метод измерения влажности

воздуха и газов:

Типы психрометров

Станционные:

термометры закрепляются на специальном штативе в метеорологической будке.

«-» зависимость показаний смоченного термометра от скорости воздушного потока в будке.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	461
	461

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Психрометрический метод измерения влажности

воздуха и газов:

Типы психрометров

Аспирационные: термометры укреплены в специальной оправе, защищающей их от повреждений и теплового воздействия прямых солнечных лучей, и обдуваются с помощью вентилятора (аспиратора) потоком исследуемого воздуха с постоянной скоростью.

При положительной температуре воздуха аспирационный психрометр — наиболее надёжный прибор для измерения влажности и температуры воздуха.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	462
	462

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Психрометрический метод измерения влажности

воздуха и газов:

Типы психрометров

Дистанционные:

вместо обычных термометров используются термопреобразователи сопротивления или термоэлектрические преобразователи.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	463
	463

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Психрометрический метод измерения влажности

воздуха и газов:

Принципиальная схема дистанционного психрометра с преобразователями сопротивления

Плечимостов подбираюттаким образом, чтобы выполнялось условие

U ab k1	tМ ta
U cd k2	tC tb

В моменткомпенсации

Uab Uef mUcd

Тогдахарактеристика психрометра
примет вид		k1 tМ ta
	m
		k2 tC tb

	e
a	c
b	d
tМ	tC

ЭУ РД

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	464
	464

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Психрометрический метод измерения влажности

воздуха и газов:

Преимущества метода

–высокая точность

–высокая чувствительность при t>0

оС

Недостатки метода

–низкая чувствительность при t<0 оС

–дополнительная погрешность из-за нестабильности психрометрической постоянной

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	465
	465

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Метод точки росы измерения влажности воздуха и газов:

Суть метода:

определяют температуру при

которой газ становится

насыщенным находящейся в нем влагой, что определяется по

началу конденсации водяного пара на зеркальной поверхности, температура

которой может устанавливаться

любой в интервале рабочих

температур влагометра.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	466
	466

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Метод точки росы измерения влажности воздуха и газов:

3	4	5	7
2
газ
1
		6
	I		I
	I

1.канал

2.камера

3.зеркальнаяповерхность

4.источниксвета

5.оптрон

6.термобатарея

7.термопара

Анализируемыйгаз поступаетпо каналу 1 в камеру2, гдеобдуваетзеркальную поверхностьоптического канала3, которая охлаждаетсятермобатареей, работающей на эффекте Пельтье (припрохождениитока через соприкасающиесяповерхности разнородных проводников поглащаетсяили выделяетсятепло в зависимостиот направлениятока).

Световойпотокотисточника 4 попадает через оптический канал 3 на оптрон5.

Придостиженииточкиросы на поверхности 3 выпадаетроса иоптрон 5 запирается. Термопара 7 фиксируеттемпературу точки росы.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	467
	467

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Метод точки росы измерения влажности воздуха и газов:

ЭффектБрюстера

Припаденииполяризованного света (источником служет лазерныйсветодиод10) на плоскую поверхность 9 под определенным углом («углом Брюстера»), на границе раздела сред«газ— кремниевая пластина» весьсветстановится преломленным ипоглощается пластинойаморфного кремния.

При изменении свойств границы раздела сред (при появлении новой границы раздела: «газ — пленка конденсата») часть света отражается. Изменения интенсивности отраженного луча фиксируется фотоприемником 5, сигнал которого является основным интерференционным каналом.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	468
	468

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Метод точки росы измерения влажности воздуха и газов:

Зеркало9 охлаждаетсятрехкаскадной термоэлектроннойбатареей8.

Отраженный отзеркала свет регистрируетсяпо трем каналам: основному6, работающемупо отражению света идвум дополнительным 5 и 7, работающим по рассеянию света.

По различнойреакциикаждого информационного канала на образование на зеркале приего охлажденииконденсата, происходит дифференцирование компонентного состава конденсата (вода, лед, гидраты, углеводороды идр.)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	469
	469

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Метод точки росы измерения влажности воздуха и газов:

Преимущества метода

–высокая точность

–возможность проведения измерений при t>0 оС и t<0 оС

–возможность проведения измерений при любых давлениях газа

Недостатки метода

–сложность фиксации момента выпадения росы

–зависимость показаний от состояния поверхности зеркала

–значительные отличия температуры точки росы для агрессивных газов

–коррозия поверхности при работе с агрессивными газами

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	470
	470

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Сорбционный метод измерения влажности воздуха и газов:

Электролитический сорбционный гигрометр

пластинку из электроизоляционного

материала (стекло, полистирол)

покрывают гигроскопическим слоем

электролита (хлористого лития — со

связующим материалом).

При изменении влажности воздуха меняется концентрация

электролита, а следовательно, и его хлористый литий сопротивление

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	471
	471

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Сорбционный метод измерения влажности воздуха и газов:

Электролитический сорбционный гигрометр

Измерительная схема: различные типы мостовых схем

Недостатки:

•нестабильность градуировочной характеристики

•влияние температуры и концентрации растворенного вещества

Важно: чувствительный элемент должен находится в гигрометрическом равновесии с измеряемым газом.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	472
	472

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Сорбционный метод измерения влажности воздуха и газов:

Электролитический сорбционный гигрометр с подогревом

изменение электропроводности влечет за собой изменение температуры преобразователя.

влажность ↑→электропроводность ↑→ток ↑→температура ↑→влага испаряется→влажность↓

обеспечивается равновесное состояние между парциальным давлением паров воды в газе и над насыщенным раствором электролита

Измеряется температура, соответствующая равновесию.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	473
	473

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Сорбционный метод измерения влажности воздуха и газов:

Электролитический сорбционный гигрометр с подогревом

Конструкция: чувствительный элемент состоит из термометра сопротивления, на корпус которого надет чулок из стекловолокна, пропитанный раствором хлористого лития, и двух электродов из платиновой проволоки, намотанных поверх чулка, на которые подаётся переменное напряжение.

Достоинства:

•простота и надежность

•стабильность градуировочной характеристики

•не зависят от загрязнения газа, его скорости и давления

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	474
	474

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Сорбционный метод измерения влажности воздуха и газов:

Кулонометрический гигрометр

используется зависимость количества электричества, затраченного на электролиз влаги, которая поглощается частично гидротированным пентаоксидом фосфора, от влажности газа.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	475
	475

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Сорбционный метод измерения влажности воздуха и газов:

Кулонометрический гигрометр

Конструкция

Во внутреннем канале корпуса располагаются 2 электрода в виде несоприкасающихся спиралей, пространство между которыми заполнено частично гидротированным пентаоксидом фосфора.

Влага газа, соприкасаясь с гигроскопическим веществом, образует

раствор фосфорной кислоты с большой удельной проводимостью.

Электроды подключены к источнику постоянного напряжения, что вызывает электролиз влаги. Количество поглощенной и выделяемой влаги при постоянном расходе газа одинаково и определяется влажностью газа.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	476
	476

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Сорбционный метод измерения влажности воздуха и газов:

Кулонометрический гигрометр Принципиальная схема гигрометра Байкал-5Ц

1 - корпус;

2- электрод родиевый общий; 3 - электрод родиевый

рабочей части чувствительного элемента; 4- электрод родиевый контрольной части чувствительного элемента; 5 - источник питания; 6 - гигрометр; 7 - кнопка "КОНТРОЛЬ"

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	477
	477

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Сорбционный метод измерения влажности воздуха и газов:

Кулонометрический гигрометр

зависимость тока электролиза от влажности газа

I 10 3 c Q n F M 1

где

I , А - сила тока,

с , кг/м3 - концентрация влаги, Q, м3/с - расход газа,

n - число электронов, необходимое для электролиза одной молекулы воды,

F - число Фарадея,

М - молярная масса воды.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	478
	478

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Сорбционный метод измерения влажности воздуха и газов:

Кулонометрический гигрометр

Достоинства:

•независимость от напряжения питания и состава газа

•не зависят от загрязненности газа

•нет необходимости градуировки на эталонных смесях

Недостатки

•необходимо исключать пары и газы, имеющие щелочную реакцию (аммиак), которые повреждают ЧЭ

•значительное влияние паров спиртов, гидролизующихся на пентаоксиде фосфора с образованием воды

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	479
	479

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Сорбционный метод измерения влажности воздуха и газов:

Пьезосорбционный гигрометр (сорбционно частотный)

используется зависимость частоты собственных колебаний кварцевого резонатора от массы влаги, поглощенной сорбентом, нанесенным на поверхность кварцевой пластины.

f m f 2

N S

ρ и S – плотность и площадь пластины кварца N – частотный коэффициент

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	480
	480

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Сорбционный метод измерения влажности воздуха и газов:

Пьезосорбционный гигрометр (сорбционно частотный)

Достоинства:

•относительная простота устройства

Недостатки:

•необходимость градуировки по газовым смесям с известной влажностью

•дополнительные погрешности изза поглощения помимо влаги других примесей

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	481
	481

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Методы измерения влажности твердых и сыпучих тел

Какими методами можно измерить влажность твердых и сыпучих тел?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	482
	482

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Методы измерения влажности твердых и сыпучих тел

Прямые

определяется масса влаги и сухого вещества в

пробе

«+» высокая точность

«-» длительность процесса

измерений

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	483
	483

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Методы измерения влажности твердых и сыпучих тел

Косвенные

определяется значение параметра, функционально

связанного с влажностью «+» низкая точность

«-» высокое быстродействие

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	484
	484

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Методы измерения влажности твердых и сыпучих тел

Кондуктометрический метод

lgR

при увлажнении капиллярно-

пористые вещества становятся из

диэлектриков проводниками

R		C	W - влажность
R	W n		С, n – постоянные,
	W n		определяемые для
			каждого материала

0 20 40 60 80 W,%

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	485
	485

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Методы измерения влажности твердых и сыпучих тел

Кондуктометрический метод

«+» высокая

чувствительность

«-» большое количество

влияющих величин

(температура, структура материала и т.п.)

Кондуктометрический

влагомер СВД-01

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	486
	486

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Методы измерения влажности твердых и сыпучих тел

Емкостной метод

анализируемый материал помещают между

обкладками конденсатора

как правило вещества капиллярно-пористые → изменение влажности → изменение диэлектрической проницаемости→ изменению емкости конденсатора→

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	487
	487

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Методы измерения влажности твердых и сыпучих тел

Емкостной метод

C k

ε – диэлектрическая проницаемость
зависящая от влажности	Емкостной влагомер
k – постоянная определяемая формой	Humimeter FS-3
и размерами конденсатора

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	488
	488

Измерение состава и свойств веществ Измерение влажности

Методы измерения влажности твердых и сыпучих тел

Емкостной метод

«+» низкая чувствительность к составу материалов

хорошая воспроизводимость результатов

«-» влияние методики отбора пробы на точность

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	489
	489

Раздел 6

Измерение состава и свойств веществ

Лекция 15

Анализ состава газов Объемные химические анализаторы Тепловые газоанализаторы Магнитные кислородомеры

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	490
	490

Измерение состава и свойств веществ Анализ состава газов

Для чего требуется анализировать состав газов?

Где применяется анализ газов в энергетике?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	491
	491

Измерение состава и свойств веществ Анализ состава газов

Задачи анализа состава газов:

1.Контроль химико–технологических процессов

2.Обеспечение безопасности процессов

3.Контроль экологических параметров

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	492
	492

Измерение состава и свойств веществ Анализ состава газов

Задачи анализа состава газов в энергетике:

1.Контроль процессов горения на

ТЭС

2.Контроль выбросов вредных

веществ

3.Обеспечение безопасности на

ТЭС и АЭС

горелка газового котла

дымовая труба

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	493
	493

Измерение состава и свойств веществ Анализ состава газов

Основные термины газоанализа:

Концентрация определяемого газового компонента

содержание определяемого газа в анализируемой газовой смеси, выраженное

вобъемных процентах (% об.)

ввесовых единицах (г/м3, мг/м3 и т. д.).

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	494
	494

Измерение состава и свойств веществ Анализ состава газов

Основные термины газоанализа:

Бинарная газовая смесь —

смесь, состоящая из двух газов.

Многокомпонентная газовая смесь — смесь, состоящая из

трех или более газов.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	495
	495

Измерение состава и свойств веществ Анализ состава газов

Основные термины газоанализа:

Газоанализатор - средство измерения для анализа состава

газов

Поверочная газовая смесь

(ПГС) — газовая смесь в баллоне,

имеющая паспортные данные

(свидетельство) о концентрации газа, используемого для проверки

работоспособности и поверки

газоанализатора определенного типа.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	496
	496

Измерение состава и свойств веществ Анализ состава газов

Техническая реализация анализа состава газов

Типы газоанализаторов:

измерительные индикаторы, детекторы утечки, сигнализаторы

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	497
	497

Измерение состава и свойств веществ Анализ состава газов

Техническая реализация анализа состава газов

Принцип действия газоанализаторов:

для измерения концентрации одного из компонентов газовой смеси используется то или иное физико-

химическое свойство этого газа, отличающееся от свойств

остальных газов.

Чем резче и специфичнее это отличие, тем выше чувствительность метода и проще подготовка пробы!

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	498
	498

Измерение состава и свойств веществ Анализ состава газов

Техническая реализация анализа состава газов

Какие физико-химические свойства газов можно использовать для разработки газоанализатора?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	499
	499

Измерение состава и свойств веществ Анализ состава газов

Техническая реализация анализа состава газов

Специфические физико-химические свойства:

•механические (объем, вязкость и т.п.)

•тепловые (проводимость, тепловыделение)

•магнитные

•оптические (спектры поглощения/излучения)

•электрические (проводимость и т.п.)

•хромотографические

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	500
	500

Измерение состава и свойств веществ Объемные химически газоанализаторы

Принцип действия:

в результате избирательного поглощения (каталитического окисления, сжигания)

определяемого компонента

изменяется объем газовой смеси

Область применения

как правило лабораторные приборы периодического действия, в которых

отбор и подготовка пробы осуществляется вручную.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	501
	501

Измерение состава и свойств веществ Объемные химически газоанализаторы

воздух

					1.	измерительная бюретка
газ	9	6	8	2	2.	гребенка
газ				5	3.	поглотительный сосуд
				5	3.	поглотительный сосуд
				1	4.	поглотительный сосуд
				1	5.	трубка
				7	6.	резиновая груша
					7.	напорный сосуд
					8.	кран
					9.	кран
					10.	фильтр
		4	3
		пирогаллол	КОН

ГазоанализаторГХП-2 дляопределения концентрацииСО2 иО2

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	502
	502

Измерение состава и свойств веществ Объемные химически газоанализаторы

Что является основным

источником погрешности?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	503
	503

Измерение состава и свойств веществ Объемные химически газоанализаторы

Основной источник погрешности:

измерение изменения объема, поэтому начальный и конечный объемы пробы газа должны иметь одинаковые

температуры и давление.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	504
	504

Измерение состава и свойств веществ Объемные химически газоанализаторы

Компоненты определяемы ОХГ:

•оксид углерода (раствор полухлористой меди, кат.

окисление)

•диоксид углерода (раствор щелочи)

•диоксид серы (раствор щелочи)

•сероводород

•водород (раствор полухлористой меди или сжигание)

•кислород (щелочной раствор пирогаллола)

•предельные углеводороды (сжигание)

•непредельные углеводороды (бромная вода)

•азот

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	505
	505

Измерение состава и свойств веществ Объемные химически газоанализаторы

Какие преимущества и недостатки у

объемных химических анализаторов?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	506
	506

Измерение состава и свойств веществ Объемные химически газоанализаторы

Преимущества:

•возможность измерения широкого круга

компонентов подбором поглотителей

•возможность анализа многокомпонентных

смесей

•относительная простота

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	507
	507

Измерение состава и свойств веществ Объемные химически газоанализаторы

Недостатки:

•низкая точность

•периодичность действия

•необходимость частой замены реактивов

•сложность автоматизации измерений

•большое количество стеклянных элементов

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	508
	508

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Принцип действия:

в результате изменения концентрации компонента происходит изменение тепловых свойств газовой смеси.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	509
	509

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Какие тепловые свойства могут изменятся?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	510
	510

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Измеряемые тепловые характеристики:

•теплопроводность

•тепловыделение при каталитическом окислении

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	511
	511

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Теплопроводность многокомпонентной газовой смеси определяется по формуле:

`1c1 `2 c2 ... `n cn n	`i ci
i 1

данная зависимость между теплопроводностью смеси, теплопроводностью i компонента и концентрацией этого

компонента существует зависимость близкая к

линейной.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	512
	512

Измерение состава и свойств веществ
Тепловые газоанализаторы
Термокондуктометрические газоанализаторы
8
7
6
5
4
3
2
1
0	воздух	азот	водород	оксид	диоксид	метан	диоксид	кислород	аргон	гелий	пары воды
	воздух	азот	водород	оксид	диоксид	метан	диоксид	кислород	аргон	гелий	пары воды
				углерода	углерода		серы
100 С	1	0,98	6,84	0,94	0,71	1,45	0,38	1,02	0,66	5,56	0,78
500 С	1	0,97	6,77	0,93	0,96	2,13	0,53	1,07	0,66	5,32	1,16
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.											513
											513

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Предположим, что анализируется бинарная смесь:

`оcо `нcн

cо cн 1

cо	н	о – определяемый компонент
	о н	н – неопределяемый компонент

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	514
	514

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Как провести анализ многокомпонентной смеси?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	515
	515

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Анализ многокомпонентной смеси:

Если в многокомпонентной смеси только один компонент имеет выраженную зависимость теплопроводности от концентрации, то смесь можно анализировать как бинарную.

`оcо `нcн		о – определяемый компонент
`нcн	n	н – неопределяемый компонент,
`нcн	`i ci	состоящий из нескольких
	i 1	компонентов

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	516
	516

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Что делать если среди неопределяемых компонентов присутствует газ, концентрация которого влияет на теплопроводность смеси?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	517
	517

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Анализ многокомпонентной смеси:

Если среди неопределяемых компонентов присутствует газ, концентрация которого влияет на теплопроводность смеси, то его необходимо удалить.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	518
	518

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

В дымовых газах содержаться: N2, O2, SO2,

CO2, CO, H2,

пары воды

Определяем концентрацию CO2

8
7
6
5
4
3
2
1
0			оксид	диоксид	диоксид
	азот	водород	оксид	диоксид	диоксид	кислород	пары воды
			углерода	углерода	серы
100 С	0,98	6,84	0,94	0,71	0,38	1,02	0,78
500 С	0,97	6,77	0,93	0,96	0,53	1,07	1,16

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	519
	519

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Конструкция
Нагреваемый током проводник
Нагреваемый током проводник
помещаютв 2 камеры, заполненных
помещаютв 2 камеры, заполненных			R1	R2
анализируемой смесью ивключают их в			R1	R2
анализируемой смесью ивключают их в
противоположные плечи моста.		U
противоположные плечи моста.
В2 другихплеча включаютаналогичные			R	R3


камеры, но заполненные воздухом или
камеры, но заполненные воздухом или	4
неопределяемымикомпоненты с
концентрацией определяемого,
соответствующейнижнему пределу
измерения		анализируемый
		газ

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	520
	520

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Конструкция

Если теплообмен идет только за счет

теплопроводности, то

Q2 l (tп tc )

ln( Dd )

Q I 2 R

определяем теплоемкость

l , d	-длинаи диаметр проводника
D	- диаметр камеры

- теплопроводностьсмеси

tп , tc - температурыпроводника истенок камеры

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	521
	521

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

						определяется
Конструкция						условиями
		l (t				окружающей
						среды, т.е.
	2			п tc ) постоянна
		I 2 ln(	D		) R
		I 2 ln(	d		) R
постоянные					R f tп
Газоанализатор					R f tп
термокондуктометрический

XMTC

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	522
	522

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Газоанализатортермокондуктометрический Диск-ТК

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	523
	523

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Как причины могут обуславливать систематическую

погрешность и как с ними бороться?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	524
	524

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Минимизация систематической погрешностью

Влияние лучистого теплообмена

устанавливается низкая температура

платиновой спирали: 80 – 100 оС высокая

инерционность

Влияние конвективного теплообмена

подвод газа посредством

диффузионного обмена

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	525
	525

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Определяемые газы:

•диоксид углерода

•водород

•аргон

•гелий

•азот

•хлороводород

•метан

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	526
	526

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Преимущества:

•постоянная чувствительность

•устойчивая работа в широком диапазоне концентраций

•надежность чувствительного элемента

•доступность автоматизации измерений

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	527
	527

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термокондуктометрические газоанализаторы

Недостатки:

•невысокая чувствительность

•ограниченность применения

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	528
	528

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термохимические газоанализаторы

Принцип действия

Концентрация определяемого компонента газовой смеси измеряется по количеству тепла, выделившегося при химической реакции — каталитическом окислении.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	529
	529

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термохимические газоанализаторы

	Конструкция
	Катализатор: нагретая платиновая
	нить, помещенная в камеру, через	R2
	которую пропускают газовую смесь.	R2
	которую пропускают газовую смесь.	R1

R1, R3		выполнены из манганина	U
R1, R3		выполнены из манганина
R , R	4	выполнены из платиновой	R4	R3
2	4
проволоки

R4 находится в камере, заполненной

неопределяемыми компонентами

смеси

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	530
	530

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термохимические газоанализаторы

Конструкция	R1	R2
	R1	R2
Принцип работы
	U
Концентрация ↑→	R4	R3
Количество выделяемого тепла ↑→	R4	R3
Количество выделяемого тепла ↑→

Сопротивление R4 ↑→

Милливольтметр показывает разность напряжений пропорциональную

концентрации

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	531
	531

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термохимические газоанализаторы

Конструкция

Катализатор: нагретая платиновая нить, помещенная в камеру, через которую

пропускают газовую смесь.

Концентрация ↑→

Количество выделяемого тепла ↑→ Сопротивление нити ↑→ Температура нити ↑

Газоанализатор

термохимический ГТХ-1М

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	532
	532

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термохимические газоанализаторы

Определяемые газы:

•оксид углерода

•водород

•кислород

•аммиак

•метан

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	533
	533

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термохимические газоанализаторы

Основное применение:

•сигнализация содержания горючих газов и паров (водород, углеводороды и др.) в воздухе

•определение примесей водорода в кислороде при электролизе воды (диапазон измерения 0,02-2%)

•определение примесей кислорода в водороде (0,01- 1%).

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	534
	534

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термохимические газоанализаторы

Преимущества:

• высокая чувствительность

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	535
	535

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Термохимические газоанализаторы

Недостатки:

•нестабильная чувствительность

•малый ресурс чувствительного элемента

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	536
	536

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Магнитные газоанализаторы

Принцип действия

Концентрация компонента бинарной газовой смеси

определяется по изменению его свойств под действием

внешнего магнитного поля.

Парамагнитные газы – втягиваются в магнитное поле

Диамагнитные газы – выталкиваются из магнитного

поля

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	537
	537

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Магнитные газоанализаторы

Принцип действия

Из всех газов только кислород обладает выраженными магнитными свойствами, в частности способностью намагничиваться.

При нагревании кислорода эта способность существенно уменьшается!

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	538
	538

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Магнитные газоанализаторы

Конструкция

Полюсные наконечники создают неоднородное магнитное поле

Платиновая проволока, нагреваемая током, помещается в точку максимального значения магнитного поля – середина наконечников

Молекулы кислорода движутся к середине наконечников под действием поля

Терморезистор нагревает молекулы кислорода, и они теряют магнитные свойства

Холодные молекулы вытесняют нагретые, и создается магнитная конвекция

Терморезистор охлаждается, его сопротивление падает

Изменение сопротивления фиксируется мостовой схемой

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	539
	539

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Магнитные газоанализаторы

Конструкция

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	540
	540

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Магнитные газоанализаторы

Основное применение:

измерение концентрации кислорода

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	541
	541

Измерение состава и свойств веществ Тепловые газоанализаторы

Магнитные газоанализаторы

Преимущества:

•достаточно высокая точность

•возможность автоматизации

•нет необходимости удаления других газов благодаря резкому отличию магнитных свойств кислорода

Недостатки:

• узкая специализация

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	542
	542

Раздел 6

Измерение состава и свойств веществ

Лекция 16

Оптические газоанализаторы Хемилюсцентные газоанализаторы Циркониевые кислородомеры

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	543
	543

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Принцип действия:

концентрация определяемого компонента измеряется по изменению оптических свойств газовой смеси

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	544
	544

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Какие оптические свойства могут изменятся?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	545
	545

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Оптические газоанализаторы

Оптические свойства:

•преломление

•спектральное поглощение

•спектральное излучение

•спектральная плотность

•люминесценция

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	546
	546

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Принцип действия:

каждый газ характеризуется определенным спектром поглощения.

Газы в составе которых 2 и более разнородных атома (CO, CO2, CH4, NH3) характеризуются спектрами поглощения в инфракрасной области

Одноатомные газы характеризуются спектрами поглощения в ультрафиолетовой области

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	547
	547

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Принцип действия:

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	548
	548

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Закон Бугера-Ламберта-Бера:

			I
	I0		I	ИоганнГенрих	ПьерБугер
	I0
I		I0 e c
I		I0 e c		Ламберт

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	549
	549

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Закон Бугера-Ламберта-Бера:

	I	I0 e c
			I0
	D		I0

		c ln	I
I0 , I			I
I0 , I	- интенсивностьмонохроматического излучения на входе и выходекамеры
c	- концентрацияопределяемого компонента
	- коэффициентспектрального поглощения
D	- оптическаяплотностьсмесигазов

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	550
	550

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Принцип действия:

Закон Бугера-Ламберта-Бера определяет связь ослабления монохроматического излучения при прохождении через камеру с анализируемым газом и концентрацией газа

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	551
	551

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Какое необходимое

условие для работы

газоанализаторов

основанных на законе

Бугера-Ламберта-Бера?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	552
	552

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Необходимое условие:

определяемый компонент должен иметь спектр поглощения отличный от спектров поглощения других компонентов смеси

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	553
	553

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Какие обязательные элементы конструкции должны быть у газоанализаторов спектрального поглощения?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	554
	554

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Обязательные элементы конструкции:

•источник излучения

•светофильтр

•приемник излучения

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	555
	555

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Конструкция оптико-акустического лучеприемника:

анализируемыйгаз

дискс отверстиями длясоздания пульсаций

источник

света

светофильтр конденсаторный микрофон

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	556
	556

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Двухлучевая

автокомпенсационная оптическая схема газоанализатора

СД1 и СД2

одинаковые светодиоды создающие импульсное излучение

ФПи

фотоприёмник измерительного канала (светофильтры выделяют из излучения спектральный интервал в области полосы поглощения)

ФПо

фотоприёмник опорного канала (светофильтры выделяют спектральный интервал в области прозрачности определяемого газа и окружающей атмосферы)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	557
	557

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Двухлучевая

автокомпенсационная оптическая схема газоанализатора

Импульсы СД1 и СД2 чередуются, и формируются четыре сигнала, из которых микропроцессор строит соотношение:

d	I И1	I И 2
	IО1	IО2

Только величина Iи1 изменяется из-за поглощенияопределяемым газом.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	558
	558

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Двухлучевая

автокомпенсационная оптическая схема газоанализатора

Преимущества: автокомпенсация

–если изменится исходная интенсивность излучения, это

в равной степени изменит сигналы Iи1 и Iо1, а их отношение и, следовательно, величина d не изменится;

–если изменится, например, чувствительность ФПи, это не

изменит отношения Iи1/ Iи2, поскольку оба образующие его сигнала изменятся в одинаковой пропорции.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	559
	559

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Инфракрасный

газоанализатор

Siemens Ultramat 6:

1.источниксвета

2.светофильтр

3.светоотделитель

4.анализируемыйпоток

5.эталонныйпоток

6.камерасанализируемым газом

7.камерасгазом

8.измерительнаякамера

9.датчикмикропотока

10.оптическийсоединитель

11.заслонка

12.обтюратор

Электронный образовательный ресурс: «
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	560
	560

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

потокинфракрасного излученияпроходитчерез светофильтр 2 и разделяетсяна два потока: анализируемый 4 и эталонный 5

светоотделитель 3 заполнен неопределяемым компонентом соспектром поглощениячастично перекрывающим спектр поглощения анализируемого газа

послепрохождения камер с анализируемым газом 6 и азотом7 потокиизлученияпопадают визмерительную камеру8, разделенную по высотена две частидля каждого потока

левая иправаячасить верхнейсекциикамеры 8 соединены микродатчиком 9 (мостиздвух никелевых резисторов, выполненных в виде решеткиинагретых до 120 0Сидвух обычных резисторов

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	561
	561

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

в правую частькамеры поступает постоянныйэталонный поток5, а в левую частьпоток 6 зависящийот концентрациианализируемогогаза

засчет разностидавлений в секциях возникает микропотокгаза, который вызываеттеплоотдачу от никелевых резисторов, их сопротивление иизменение сигнала моста

оптическийсоединитель 10 служитдля удлинения канала нижнейчастиизмерительнойкамеры 8

заслонка 11 используетсядляначальнойбалансировки оптических каналов

обтюратор12 служитдлясоздания пульсацийсветового потока

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	562
	562

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Инфракрасный

газоанализатор

Siemens Ultramat 6:

Анализируемые газы:

CO, CO2, SO2, NO, NH3, H2O, CH4

Дополнительные возможности анализ до 4 газовых смесей цифровой индикатор интерфейс RS 485

шина Fieldbus

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	563
	563

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Какие преимущества и недостатки?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	564
	564

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Преимущества:

–Стабильность нуля

–Высокая разрешающая способность

–Отсутствие контакта между загазованной

атмосферой и измерительными элементами и, как следствие, надежность

–Нет необходимости частой калибровки на эталонных смесях

–Допустимость концентрационной перегрузки

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	565
	565

Измерение состава и свойств веществ Оптические газоанализаторы

Газоанализаторы инфракрасного и ультрафиолетового

поглощения

Недостатки:

–Сложность

–Ограниченность применения из-за необходимости

разделения спектров

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	566
	566

Измерение состава и свойств веществ Хемилюсцентные газоанализаторы

Принцип действия:

измерение

интенсивности

люминесценции продуктовхимической реакцииопределяемого компонента среагентом

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	567
	567

Измерение состава и свойств веществ Хемилюсцентные газоанализаторы

Газоанализаторы для определения концентрации NO + NO2

Принцип действия:

+12%, +20%

измерительный

регистрирующий

преобразователь

прибор

анализируемыйгаз

сброс

реакционная

блок дожига

фильтр

побудитель

камера

озона

расхода

воздух

конвертер

генератор

фильтр

озона

восстановление NO2 до NO при температуре 800 оС

Вреакционной камере NO окисляется озоном, при этом реакция сопровождается свечением, интенсивность которого зависитот концентрации NO и фиксируется фотоэлектронным умножителем.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	568
	568

Измерение состава и свойств веществ Циркониевые кислородомеры

Принцип действия:

		Разность
t=550…570 OC		потенциалов
анализируемый	ЭДС	зависитот
газ	ЭДС	концентрации
воздух		кислородав каждой
		из камер
		Диапазон	0 … 21 %
диоксидциркония платиновый электрод		Точность	+3%

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	569
	569

Измерение состава и свойств веществ Циркониевые кислородомеры

Циркониевый анализатор	Циркониевый анализатор кислорода
кислорода ИКТС 11.1	Yokogawa OX400
	Yokogawa OX400

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	570
	570

Раздел 6

Измерение состава и свойств веществ

Лекция 17

Хроматографические газоанализаторы

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	571
	571

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Принцип действия:

Хроматография́ (от греч. χρώμα - цвет) —

метод разделения и анализа смесей

веществ, а также изучения физико-

химических свойств веществ. Основан на распределении веществ между двумя

фазами — неподвижной и подвижной (элюент).

Название метода связано с первыми

экспериментами по хроматографии, в ходе которых разработчик метода Михаил Цвет разделял ярко окрашенные растительные пигменты.

Михаил

Семенович

Цвет

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	572
	572

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Принцип действия:

Анализируемую газовую смесь разделяют на отдельные

компоненты за счет различной скорости движения вдоль

слоя сорбента.

Каждый из компонентов создает бинарную смесь с газомносителем.

Полученные бинарные смеси анализируют с помощью

детектора, в котором может применятся любой метод анализа.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	573
	573

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Принцип действия:

Типы ХГА:

•проявительные

•фронтальные

•вытеснительные

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	574
	574

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Принцип действия:

Проявительные ХГА:

В газ носитель вводится проба и за счет разности в скорости поглощения различных компонентов происходит разделение смеси.

По типу сорбента проявительные ХГА:

–газоадсорбционный (адсорбирование)

–газожидкостный (растворение)

–капиллярный

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	575
	575

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Принцип действия:

Фронтальные ХГА:

анализируемая смесь вместе с газом носителем подается в колонку и анализируемые компоненты поглощаются до тех пор пока у сорбента не наступит насыщение, причем момент насыщения компонента для каждого компонента свой.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	576
	576

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Принцип действия:

Вытеснительные ХГА:

продвижение компонентов смеси и их вымывание из колонки происходит под действием потока вытеснителя.

Компоненты анализируемой смеси перемещаются впереди фронта вытеснителя и разделяются на зоны в соответствии с их сорбционным сродством.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	577
	577

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

анализируемый	в детектор
газ
проба	разделительная
газа	колонка
	колонка

Наибольшая скорость у наименеесорбируемыегазы, поэтому они выносятся первыми.

Каждый компонентобразует бинарную смесь, которую анализируютв детекторе.

Выходной сигнал детектора подается на регистрирующийприбор.

На диаграммесамописца(экрана регистратора) выход каждого из компонента сопровождается пиком.

График, фиксирующийвыход компонентов называютхроматограммой.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	578
	578

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Конструкция:

анализируемыйгаз

		детектор		регулятор
	дозатор	детектор

			сброс

МП

газ-носитель регулятор

температуры

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	579
	579

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Анализ результатов:

по высотепика или площади подним определяют концентрацию

времяудержания tR

t (времявыхода)

определяет тип газа

времяразделения

Хроматограмма воздуха над кусочком сухого кернаиз нефтеносного пласта

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	580
	580

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Анализ результатов:



		0.5 ( 0.5 )
		h
tR	(l)		( )	t,	с

Время удержания и ширина пика могут измеряться:

вединицах времени tR,

вединицах длины l,

Ширина пика определяется, как у основания, так и на середине пика.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	581
	581

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Анализрезультатов:

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	582
	582

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Какие показатели могут быть выбраны для оценки качества работы ХГА?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	583
	583

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Показатели качества:

Эффективность хроматографической колонки

Эффективность колонки тем выше, чем уже пик получается при том же времени удерживания

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	584
	584

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Показатели качества:

Эффективность разделения (селективность) двух компонентов

Эффективность разделения (селективность) тем выше, чем больше расстояние между пиками

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	585
	585

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Показатели качества:

нормальнаяселективность, пониженнаяэффективность

нормальнаяэффективностьи селективность;

повышеннаяселективность, нормальнаяэффективность.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	586
	586

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Показатели качества:

Чувствительность

2acVuQS

2a – удвоенная амплитуда высокочастотных колебаний нулевойлинииХГА с– концентрацияопределяемого компонента

V – объем дозыпробы

u – скоростьдвижениядиаграммы Q – расходгаза через детектор

S – площадьпика диаграммы

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	587
	587

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Разделительные колонки:

Основные характеристики

•геометрические размеры

•температурный режим

•материал трубок

•материал неподвижной

•тип газа носителя

блок

хроматографических

колонок

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	588
	588

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Разделительные колонки:

Геометрические размеры:

Эффективность и степень разделения возрастают с увеличением дины колонки.

Увеличение длины увеличивает сопротивление, что ведет к резкому изменению скорости газа носителя по длине колонки

Обычно длина 1-6 м (капиллярных до 350 м).

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	589
	589

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Разделительные колонки:

Температурный режим:

Газоадсорбционная хроматография комнатные температуры

Газожидкостная хроматография программируемый термостат

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	590
	590

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Разделительные колонки:

Материал трубок:

•Металлические

•Стеклянные

•Фторопластовые

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	591
	591

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Разделительные колонки:

Материал неподвижной фазы:

Газоадсорбционная хроматография вещества с развитой пористостью:

•активированный уголь

•силикагель

•цеолиты

активированный

уголь

силикагель

цеолит

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	592
	592

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Разделительные колонки:

Материал неподвижной фазы:

Газожидкостная хроматография

•вазелиновое, авиационное, силиконовое масло

•полиэтилен-гликоль

•фталаты

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	593
	593

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Разделительные колонки:

Материал неподвижной фазы:

Газожидкостнаяхроматография

жидкость растворяетсяв метаноле или ацетоне, которые после испаряются, и наносится на поверхность твердого нейтральногоносителя, обладающего макропористостью (инзенский, дмитровскийили диатомитовый кирпич)

диатомитовый

кирпич

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	594
	594

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Разделительные колонки:

Материал неподвижной фазы:

Газожидкостная хроматография Преимущества:

•стабильность

•маловероятны необратимые реакции

•компоненты не выходящие из колонки легко удаляются обратной продувкой

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	595
	595

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Разделительные колонки:

Газ носитель:

•азот (малая теплопроводность)

•аргон (малая теплопроводность, цена)

•гелий (высокая скорость диффузии, цена)

•воздух (малая теплопроводность)

•водород (взрывоопасность, восстанавительные свойства)

•углекислый газ

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	596
	596

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Разделительные колонки:

Газ носитель:

воспроизводимость показаний обеспечивает стабилизация скорости газа носителя для чего служит регулятор расхода, устанавливаемый на выходе из баллона.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	597
	597

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Детекторы

•по теплопроводности

•пламенно-ионизационные

•термохимические

•ионизационные

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	598
	598

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Детекторы по теплопроводности

Принцип действия аналогичен термокондуктометрическим газоанализаторам

Газ носитель: H2, He Применяются для анализа газового топлива

смесьгазов газноситель

R1 R2

ИПС

R4 R3

газноситель смесьгазов

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	599
	599

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Детекторы пламенно ионизационные

измеряетсясопротивление пламениводородапри введениивнего компонентованализируемой смеси

привведениивпламя водорода(800–900 оС) органических веществ сопротивлениерезкопадает

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	600
	600

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Детекторы ионизационные

Используется источник β – излучения

При попадании определяемого компонента в измерительную камеру происходит ионизация и резкое снижение сопротивления, что вызывает изменение тока

При этом сравнительная камера заполнена аргоном

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	601
	601

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Детекторы ионизационные

1 − катод; 2 − радиоактивный источник; 3 − молекулы газа-носителя;

4− положительные молекулярные ионы газа-носителя;

5− отрицательные молекулярные ионы определяемых соединений;

6− определяемые молекулы; 7 – свободные электроны; 8 − анод;

9 − подача газа-носителя; 10 − зона ионизации молекул газа-носителя

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	602
	602

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Детекторы ионизационные

Радиоактивный источник испускает β- - частицы, которые при столкновении с молекулами газа-носителя (как правило, азота) образуют свободные электроны и положительно заряженные молекулярные ионы

β- + N2 N2+e-

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	603
	603

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Детекторы ионизационные

Под действием приложенного между электродами постоянного напряжения образовавшиеся в зоне ионизации свободные электроны движутся к аноду с очень высокой скоростью (порядка 105 см/c), несмотря на встречное движение потока газа-носителя.

При этом в системе возникает электрический ток, который усиливается и регистрируется измерителем малых токов.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	604
	604

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Градуировка

установление связи между концентрацией компонента и параметрами хроматограммы:

•время удерживания

•площадь пика

•высота пика

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	605
	605

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Методы градуировки

•абсолютный

•внутренней нормализации

•внутреннего стандарта

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	606
	606

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Абсолютный метод

градуировочный коэффициент (график при нелинейной характеристики), связывающий площадь (высоту) пика с его концентрацией, определяется введением известной концентрации чистых газов по всем анализируемым компонентам

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	607
	607

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Метод внутренней нормализации

градуировочный коэффициент определяется для одного чистого вещества, а для других компонентов коэффициенты расчитываются по соотношению свойств газов используемых в детекторе

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	608
	608

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Метод внутреннего стандарта

в градуировочную смесь вводят стандартное вещество, которое используют для расчета поправок градуировочных коэффициентов с целью учета реальных условий работы хроматографа

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	609
	609

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Какие преимущества и недостатки ХГА?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	610
	610

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Преимущества:

•возможность анализировать многокомпонентные смеси

•высокая точность

•высокая чувствительность

•высокая скорость анализа

•возможность автоматизации

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	611
	611

Измерение состава и свойств веществ Хроматографические гаоанализаторы

Недостатки:

•влияние на результаты большого числа взаимосвязанных параметров:

–геометрические характеристики колонки, ее материал, температурный режим, природа и физические свойства сорбента

–природа газа носителя, его скорость, давление, наличие примесей

–объем, стабильность и метод ввода пробы

–характеристики детектора

–характеристики вторичного прибора

•периодичность действия

•сложность

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	612
	612

Раздел 6

Измерение состава и свойств веществ

Лекция 18

Анализ состава жидкостей

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	613
	613

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Какие методы анализа жидкостей могут быть использованы?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	614
	614

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Методы анализа состава жидкостей

Принцип действия:

•электрохимический

•оптический

•тепловой

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	615
	615

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Методы анализа состава жидкостей

Электрохимические методы:

•кондуктометрический

•потенциометрический

•	амперометрический	газоанализ
•	кулонометрический

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	616
	616

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Кондуктометрический метод:

Растворы электролитов - проводники второго рода

перенос тока осуществляется движением ионов, образующихся при диссоциации веществ раствора

электропроводность характеризует суммарную концентрацию ионов в растворе

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	617
	617

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Кондуктометрический метод:

Удельная электропроводность

æ=σλη

σ – степень диссоциации молекул λ – эквивалентная электропроводность η – эквивалентная концентрации

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	618
	618

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Как представленные зависимости ограничивают область примененияметода?

Зависимостьудельнойэлектропроводности отконцентрации

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	619
	619

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Кондуктометрический метод:

зависимости носят неоднозначный характер

необходимо выбирать область работы кондуктометра, обеспечивая попадание на линейные и однозначные участки характеристики,

исключая экстремумы

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	620
	620

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Кондуктометрический метод:

удельнаяэлектропроводность зависитоттемпературы

необходимовводитьпоправкув соответствии суравнением Кольрауша

æt= æ25[1+α(t-25)+β(t-25)2]

Фридрих ВильгельмГеорг Кольрауш

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	621
	621

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Электродные кондуктомеры:

Дваэлектродапогружаютсяв анализируемыйраствор иизмеряется сопротивлениераствора, которая связанас удельной электропроводностью

Rx = l/æS = k/æ

l, S – расстояниемеждуэлектродами и ихплощадь

k - постояннаяпервичногопреобразователя, определяемая впроцессеградуировки поизвестным растворам

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	622
	622

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Электродные кондуктомеры:

Какоенапряжение питаниянеобходимо использоватьдля корректнойработы прибора?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	623
	623

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Электродные кондуктомеры:

электроды питаются переменным током поскольку при питании постоянным током происходит поляризация электродов и возникает внутренняя противоЭДС, а также увеличивается сопротивление раствора

частота переменного тока промышленных кондуктометров – 50 Гц. лабораторных до 2000 Гц

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	624
	624

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Электродные кондуктомеры:

при питании переменным током возникает паразитное емкостное сопротивление, зависящее от диэлектрической проницаемости раствора, что должно учитываться введением комплексного сопротивления в прилежащее плечо Rx в мостовой схеме

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	625
	625

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Электродные кондуктомеры:

температурная компенсация

осуществляется резистором

с температурным

усили-

РД

коэффициентом

Uпит

Rх

тель

противоположным

коэффициенту раствораRx

Rш

резистор для компенсации

компенсацияемкостной

шунтирующий

изменениятемпературы

составляющей

резистор

раствора, расположенный

сопротивления

внутри преобразователя

преобразователя

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	626
	626

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Какие преимущества и недостатки электродных кондуктометров вы выидите?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	627
	627

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Электродные кондуктомеры:

Преимущества

•простота

Недостатки

•поляризация электродов

•загрязнение электродов продуктами электрохимических реакций и элементов раствора

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	628
	628

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Безэлектродные кондуктомеры:

•высокочастотные (>1 кГц)

•низкочастотные (<1 кГц)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	629
	629

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Высокочастотные безэлектродные кондуктомеры:

используется зависимость реактивного сопротивления раствора от концентрации

Первичные преобразователи:

•емкостные

•индуктивные

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	630
	630

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Какие факторы влияют на зависимость С и L от концентрации?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	631
	631

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Высокочастотные безэлектродные кондуктомеры:

Факторы влияющие на зависимость C и L от

	концентрации:	градуировочные
	• природа раствора	градуировочные
	• природа раствора	характеристики
	• геометрияиматериал	определяются
	преобразователя	экспериментально
	• частотапитания	дляконкретного
	• частотапитания	преобразователяи
		раствора

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	632
	632

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Низкочастотные безэлектродные кондуктомеры:

Раствор электролита образует виток проводника, который является вторичной обмоткой трансформатора возбуждения и первичной измерительного трансформатора.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	633
	633

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Низкочастотные безэлектродные кондуктомеры:

Сопротивление витка проводника определяется геометрией преобразователя и электропроводимостью жидкости.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	634
	634

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Низкочастотные безэлектродные кондуктомеры:

Ток во вторичной обмотке измерительного трансформатора пропорционален напряжению возбуждения и проводимости контролируемого раствора.

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	635
	635

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы:

металлическийэлектродпогружаетсяв раствор

ЗаконНернста

→ионы металла начинаютпереходить в раствор

→на поверхности металла возникает потенциал, которыйв состоянииравновесия выравниваетскорости анодногои катодного процесса

Вальтер ГерманНернст

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	636
	636

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы: Уравнение Нернста

	E E0 RT	ln a
	E E0 RT	nF
		nF

Е – равновесный потенциал α – концентрация ионов Е0 – нормальный потенциал R – газовая постоянная

Т – абсолютная температура n – заряд ионов

F – число Фарадея

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	637
	637

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Что необходимо для того, чтобы схема

заработала?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	638
	638

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы:

для измерения равновесного потенциала Е необходимо замкнуть электрическую цепь с помощью второго электрода

необходимо определить нормальный потенциал

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	639
	639

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы:

этот электрод называется вспомогательным или электродом сравнения

его потенциал в процессе измерения должен оставаться неизменным

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	640
	640

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы:

Нормальный электрод

электрод по отношению к которому определяются потенциалообразующие свойства различных веществ

это платиновая пластина, погруженная в раствор с активной концентрацией ионов водорода, равной 1 при давлении водородного газа 0,1 МПа и температуре 298 К

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	641
	641

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы:

Нормальный потенциал

потенциал определенный при погружении электрода в соответствующий однонормальный раствор по отношению к водородному электроду

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	642
	642

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы: Активная концентрация ионов

в качестве единиц используется десятичный логарифм:

pH lg aH pNa lg aNa

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	643
	643

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы: Активная концентрация ионов

чистаявода– нейтральноевещество, слабодиссоциирующее собразованиемионов водородаигидроксила:

KH2O aH aOH 10 14 aH aOH 10 7

pH 7

pH<7 – кислотныесвойства (повышается концентрацияионов водорода) pH>7 – щелочныесвойства (повышается концентрацияионов гидроксила)

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	644
	644

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы: Типы электродов

•тип 1

металлы либо металлы с сорбированным на поверхности газом

электроды из чистых металлов в растворах покрываются слоем окисной пленки и других химических соединений, что изменяет их

характеристики

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	645
	645

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы: Типы электродов

• тип 1: водородный электрод

платиноваяпластинка	H2
	H2
покрытаяслоемплатиновой
черни, наповерхностикоторой
сорбируетсяводород

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	646
	646

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы: Типы электродов

•тип 2

система из металлического контактного электрода, его плохорастворимую соль и раствор, содержащий ионы этой соли

вспомогательные электроды это

электроды 2 типа

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	647
	647

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы: Типы электродов

• тип 2: стеклянный электрод

1.	калибровочная трубка	1
1.	калибровочная трубка	2
2.	контактный электрод	2
2.	контактный электрод
3.	раствор постоянной	3
	концентрации
4.	мембрана из литиевого стекла	4

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	648
	648

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы:

Типы электродов

•тип 3

электроды специального назначения, например с жидкостной мембраной

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	649
	649

Измерение состава и свойств веществ
Анализатор состава жидкостей
Градуировочная характеристика
pH метров
E EИ S20 t 20 pH pH И
мВ	100 оС		60 оС		о	S – крутизна характеристики
				20	С	20
-100				0 оС		электроднойсистемыпри 20 оС
-100
						α– температурный коэффициент
						α– температурный коэффициент
-50						электроднойсистемы
Еи						изопотенциальнаяточкав
		рНи			pH	изопотенциальнаяточкав
		рНи				которойрезультирующая
	2	4	6	8		которойрезультирующая
	2	4	6	8		ЭДСнезависитот
						ЭДСнезависитот
						температуры
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.						650
						650

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Какие общие черты должны иметь схемы измерительных преобразователей pH метров?

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	651
	651

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы: Измерительные преобразователи pHметров

	электроднаясистема	входное
	обладаетвысоким
		сопротивление
	внутренним
		приборов
	сопротивлением
		должнобыть
	токограниченнауровне
		неменее:
	10-12А, чтобыизбежать	1012 Ом
	поляризации

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	652
	652

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Электрохимические методы анализа состава жидкостей

Потенциометрические анализаторы: Измерительные преобразователи pH-

метров

ЭДСзависитот	необходимовведение
температурыза	поправкинаизменение
исключением	температурыраствораза
изопотенциальной	исключением
точки	изопотенциальнойточки

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	653
	653

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Оптические методы анализа состава жидкостей

Фотоколориметрические анализаторы:

концентрация определяемого вещества определяется по поглощению излучения в видимой части спектра анализируемым раствором фотометрируемый окрашенный раствор получают в результате вспомогательной химической реакции

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	654
	654

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Оптические методы анализа состава жидкостей

Фотоколориметрические анализаторы:

основа метода – закон Бугера-Ламберта-Бера

I I0 e LC I0 e D

I0λ, Iλ - интенсивность излучения на входе и выходе

ε – коэффициент спектрального поглощения

λ – длина волны L – длина кюветы с – концентрация

D - оптическая плотность раствора

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	655
	655

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Оптические методы анализа состава жидкостей

Пламенно-фотометрические анализаторы:

возбужденные атомы способны излучать в определенной части света

спектр зависит от строения атомов (молекул)

метод обладает высокой специфичностью и чувствительностью

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	656
	656

Измерение состава и свойств веществ Анализатор состава жидкостей

Оптические методы анализа состава жидкостей

Пламенно-фотометрические анализаторы:

основа метода – закон Ломакина-Шейбе

IЭ a cd

lg IЭ lg a d lg c

IЭ - интенсивность спектральных линий

α и d – характеристики, зависящие от источника излучения и вещества

Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
доцент, к.т.н. Цыпин А.В.	657
	657

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 / 1414

Соседние файлы в папке метрология

#
31.03.2015252.92 Кб34Лаба 17.docx
#
31.03.2015591.53 Кб27метр 6 ва.xmcd
#
31.03.2015505.95 Кб37метрологи типарь 2 мой.docx
#
31.03.201527.01 Кб45метрология 12.docx
#
31.03.2015216.7 Кб33метрология 8.docx
#
31.03.20158.32 Mб274тех измерения и приборы.pdf
#
31.03.2015100.86 Кб29ТИПАРЬ по Метрологии 2.doc
#
31.03.201571.52 Кб26Типовик метра.docx
#
31.03.20155.32 Mб197ЭОР_Метрология.pdf

P		V 2				2		P					V 2
			b											b

1				2					2			2
				2								2
V		2			P	P						1
V					P	P				1 4
b				1				2		1 4
V		d 2			G							1			2 P	P	d 2
V		4			G										2 P	P	4
	b	4					M				1 4				1	2	4

P		V 2				2		P					V 2
			b											b

1				2					2			2
				2								2
V		2			P	P						1
V					P	P				1 4
b				1				2		1 4
V		d 2			G							1			2 P	P	d 2
V		4			G										2 P	P	4
	b	4					M				1 4				1	2	4

P		V 2				2		P					V 2
			b											b

1				2					2			2
				2								2
V		2			P	P						1
V					P	P				1 4
b				1				2		1 4
V		d 2			G							1			2 P	P	d 2
V		4			G										2 P	P	4
	b	4					M				1 4				1	2	4