Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Кафедра «Автоматизированных систем сбора и обработки информации»

Контрольная работа

по предмету: «Системы управления технологическими процессами»

Вариант 9

Работу выполнила: студентка IV курса

заочного отделения

Факультета пищевой инженерии

Группы 621-331

Шагалиева Гульназ Илфатовна

Работу проверил: доцент, к.т.н.

Плотников Владимир Витальевич

Дата: «___»___________20__ г.

_____________ Подпись

Казань

2015 г.

Контрольная работа № 1

Часть 1. Технические измерения и приборы.

1. Манометр с наклонным лимбом имеет резервуар диаметром 100 + N мм и лимб диаметром 10 мм. Лимб наклонен под углом 40^о к горизонтали и наполняющей жидкостью является вода (ρ = 1000 кг/м³). Найдите приложенное давление (р), требуемое для перемещения наполняющей жидкости на 12 + N см вдоль лимба (примите g = 9,81 м/с²).

Решение

Приложенное давление (р), требуемое для перемещения наполняющей жидкости на 12 + N =12 + 9 = 21 см вдоль лимба (примите g = 9,81 м /с²).

Р = p · g · h · (sin a + )

Р = 1000 · 9,81 · 0,21 · (0,643 + 0,008) = 1341,1 Па

2. Рассчитайте вертикальное расстояние h, проходимое поплавком в датчике уровня на жестком рычаге, если длина жесткого рычага равна L= 0,3·N м и он движется по дуге с углом а = 60⁰ см. рис.1.

Рис.1

Решение

Определяем вертикальное расстояние h, проходимое поплавком в датчике уровня на жестком рычаге

так как в этом случаем рассматриваем равнобедренны треугольник (все стороны равны при 60°)

где - длина жесткого рычага равна L = 0,3 · N = 0,3 · 9 = 2,7 м

4. Термометр сопротивления имеет сопротивление 135+N Ом при 20°C и температурный коэффициент (α) проводника, равный 0,004.

(a) Определите сопротивления при 0°C и при 100°C и затем найдите фундаментальный интервал.

(b) Вычислите сопротивление термометра при 150°C.

Решение

Термометр сопротивления имеет сопротивление 135+9=144Ом при 20°C

(a) Определите сопротивления при 0°C

отсюда

Ом

(b) Вычислите сопротивление термометра при 100°C.

Ом.

фундаментальный интервал от 0 до 100°C

Ом.

(b) Вычислите сопротивление термометра при 150°C.

Ом.

5. По трубе, изображенной на рисунке 2, течет нефть с относительной плотностью 0.85, с объемным расходом Q=2*N м³/с. Вычислите:

1. Максимальную скорость

2. Минимальную скорость

3. Массовый расход нефти в этой секции трубы.

Рис.2

Решение

объемным расходом Q=2*N = 2*9=18 м³/c

а) Максимальную скорость

м/c;

где кг/ м³ – плотность перегоняемой жидкости

b) Минимальную скорость

м/c;

где кг/ м³ – плотность перегоняемой жидкости

c) Массовый расход нефти в этой секции трубы

G = Q · p = 18 · 850 = 15 300 кг/с

6. Вычислите объемный расход в трубе (рис. 3), если плотность потока равна 0.7 T, диаметр трубы 300+N мм, а напряжение между электродами равно 250 мВ.

Рис.3

Решение

Результирующее напряжение определяем по формуле

где - плотность потока 0,7 T

- диаметр трубы 300 + N = 300 + 9 = 309 мм

Отсюда найдем объемный расход в трубе

м³/с

7. На рисунке 4 показаны две трубы A и B, соединенные между собой U-образным манометром, измеряющим дифференциальное давление. Труба A содержит жидкость с плотностью ρ_A при давлении p_A, а труба B содержит воду при давлении p_B. Манометр заполнен жидкостью с плотностью ρ_С.

Определите дифференциальное давление между двумя жидкостями в трубах, учитывая данные в таблице.

Величина	Значение	Значение
ρA	1.15 x 103 кг/м3	1.15 x 103 кг/м3
ρС	13.6 x 103 кг/м3	13.6 x 103 кг/м3
h1	150+N мм	159 мм
h2	300 мм	300 мм
h3	200-N мм	191 мм

Рис.4

Решение

P_A + h₁ · ρ_А · g = P_B + h₃ · ρ_B · g + h₂ · ρ_c · g

P_{A ̶̶} P_B = h₃ · ρ_B · g + h₂ · ρ_c · g ̶ h · ρ_А · g

P_{A ̶̶} P_B = 0,191 · 1000 ·9,8 + 0,3 · 13600 · 9,8 ̶ 0,159 · 1150 · 9,8 = 40 063,87 Па

8. На Рис.5 показан датчик дифференциального давления, который используется для измерения уровня в резервуаре. Датчик расположен ниже основания резервуара.

Найдите значение x, если датчик дифференциального давления показывает 0,85 бар, диаметр резервуара 4 м, и в нем находится 105+N кг воды.

Рис. 5

Решение

Давление дифференциальное можно записать

где - высота жидкости в баке

-плотность жидкости в резервуаре 1000кг/м³

- объем жидкости в резервуаре, м³

м

м

9. Определите Uиз на рис.6 если сопротивление тензодатчиков Rs1 и Rs2 изменилось с приложением нагрузки со 100 Ом до 100+N ом. Uпит=10 В, R1=R2=100 Ом.

Решение

100 + N = 100 + 9 = 109

10. Рассчитайте абсолютное давление в барах на переборку подводной лодки «Щука», находящейся на глубине 20 + N м ниже поверхности моря, если атмосферное давление составляет 755 мм.рт.ст. (Примите плотность морской воды ρ = 1024 кг/м³)

Решение

Давление на глубине 20 + N = 20 + 9 = 29 м ниже поверхности моря

бар

Абсолютное давление с учетом давления столба воздуха составит

где - атмосферное давление 1 бар

бар

бар.

11. В мостовой схеме включения термометра сопротивления рис. сопротивление проводов Rл = 1 Ом. Диапазон измеряемых температур tмин = ˗ 200 °C, tмах= 500+N °C если сопротивление термометра сопротивления составляет 100 ом при 0°C, а температурный коэффициент равен 0,0039°C^-1. Определите R₁=R₂=R₃, Rs₁.

Решение

R 509 = 100 (1 + 0,0039 · 509) = 299 Ом

R ̶ 200 = 100 (1 + 0,0039 · (˗ 200) = 40 Ом

+

R · 40 + R + 40 (R ˗ 300) + R ̶ 300 = R²

40 R + R + 40 R ˗ 300 · 40 + R ̶ 300 ̶ R² = 0

80 R ̶ 11700 ̶ R² = 0

R₁ = ̶ 14,1

R₂ = 94,1

299 + 1 = R_S + 94,1

299 + 1 ̶ 94,1 = R_S

R_S = 205,9 Ом

12. Схема на рисунке используется для измерения уровня жидкости в резервуаре. Шесть резисторов соединены с электродами. Номинал каждого резистора 1 Ом. Uпит = 15 + N В (50 Гц), Rx = 1,5 Ом.

а) Опишите принципы работы измерительной системы.

Наличие в составе схемы регулировочных резисторов входного сигнала позволяет адаптировать прибор как к работе с широким спектром различных по электропроводности жидкостей, так и с разными по конструктивному исполнению датчиками уровня. Для автоматизации процессов управления уровнем жидкости в прибор встроены три электромагнитных реле.

Принцип действия прибора при работе в системе автоматического поддержания уровня основан на использовании токопроводящих свойств жидкости для замыкания или размыкания электрической цепи при изменении уровня этой жидкости относительно электродов, установленных на определенных высотах в резервуаре. Соприкосновение жидкости с соответствующими электродами датчика уровня ведет к появлению электрических сигналов на входе прибора, где они обрабатываются по заданному алгоритму и формируют команды управления исполнительными электромагнитными реле. Временная диаграмма работы реле приведена на рисунке.

б) Вычислите минимальное и максимальное значения напряжений, которые может показать вольтметр

в) Объясните почему используется источник переменного тока.

Принцип действия прибора при работе в системе автоматического поддержания уровня основан на использовании токопроводящих свойств жидкости для замыкания или размыкания электрической цепи при изменении уровня этой жидкости относительно электродов поэтому необходимо использовать источник переменного тока, в случае использования источника постоянного тока может произойти замыкание.