АП ИВК 4 курс / Курсовой проект / мой / методы / Metodicheskie_ukazania_k_laboratornoy_rabote_3

Цель работы: рассмотреть влияние особенностей параметров среды и конфигурации измерительного преобразователя на результаты измерения доплеровского датчиках расхода на основе имитационной модели, построенной в среде LabView.

Варианты заданий:

Характеристика патрубка мерного канала:

Вариант 1: r = 25 мм; Вариант 2: r = 50 мм; Вариант 3: r = 75 мм.

Генератор измерительного сигнала:

Вариант 1: амплитуда A0 = 10 В; частота: f0 = 0,35 кГц; Вариант 2: амплитуда A0 = 10 В; частота: f = 0,7 кГц; Вариант 3: амплитуда A0 = 20 В; частота: f = 0,4 кГц.

Состав среды:

Вариант 1:

Среда: (1) Метан (CH4), (2) вода (H2O), (3) водяной пар, (4) азот (N2);

Концентрация: 1 0,1, 2 0,6 , 3 0,25 , 4 0,05 .

Вариант 2:

Среда: (1) Вода (H2O), (2) водяной пар, (3) поваренная соль (NaCl); Концентрация:, 1 0,8 , 2 0,1, 3 0,1.

Вариант 3:

Среда: (1) Вода (H2O), (2) метан (СН4), (3) углекислый газ (CO2) Концентрация:, 1 0,75 , 2 0,04 , 3 0,21.

Ряды значений температуры:

Вариант 1: 10 С, 25 С, 40 С; Вариант 2: -5 С, 20 С, 35 С; Вариант 3: -15 С, 5 С, 20 С.

Значения плотности некоторых веществ:

Значения скорости звука в некоторых элементах:

Скорость звука в водяном паре берется равной скорости звука в воде.

Ход работы:

1. Расчет исходных характеристик системы.

Относительная концентрация компонентов:

v1 = v2 = v3 =

v4 = (если есть)

Молярная масса компонентов:

m1 = m2 = m3 =

m4 = (если есть)

Плотность компонентов:

ρ1 = ρ2 = ρ3 =

ρ4 = (если есть)

3

На основании выражения для расчета скорости звука в среде рассчитываем ее значение в соответствие с составом смеси (по варианту):

где ci – скорость ультразвука в среде i-го компонента эмульсии, mi – молярная масса i-го компонента, i – относительная объемная концентрация

i-го компонента.

При расчете учитываем, что в таблицах значений скорости распространения звуковых волн в веществах и их молярной массы даны параметры для атомов данных веществ: H, O, N, Na, Cl и т.д. Значение mi получаем суммированием молярных масс атомов в составе молекулы.

Для расчета скорости звука ci (отдельных компонентов) также используем формулу 1. При этом в качестве относительной концентрации указывается число атомов в составе молекулы.

с1 =

с2 = с3 =

с4 = (если есть)

По формуле 1 определяем совокупную скорость звука в смеси: c =

Характеристики опорного сигнала:

A0 = f0 =

2. Определение передаточной характеристики прибора:

2.1 Производим измерение с параметрами: t = 25 С, θ = 25 , γ = 0,3;

Для задания вязкости подставляем в выражение 0 1 tпр , где

Плотность, скорость звука в среде берем из п.1.

Снимаем следующие показания (приводим копии экранных форм):

Показания спектрометра на выходе источника:

Показания спектрометра на выходе приемника:

Показания спектрометра на выходе фильтра:

Показания осциллографа на выходе источника:

Показания осциллографа на выходе приемника:

Показания осциллографа на выходе фильтра:

4

Для подключения спектрометра последовательно к выходу в каждой точке подключаем блок Spectral Measurements и осциллограф.

2.2 Определяем амплитуду сигнала на выходе источника, приемника, фильтра, заносим данные в таблицу 1. Для регистрации данных используем схему представленную на рис. П1 (приложение 1). В параметрах кнопки разрешения записи в таблицу устанавливаем свойство срабатывания Latch when pressed. При проведении измерений амплитуду НЧ и ВЧ помех устанавливаем в произвольное значение.

Таблица 1 Значение амплитуды выходного сигнала

Определяем частоту сигнала на выходе приемника путем присоединения к его выходу элементов согласно рис. П2 приложения 2. Проводим измерения для ряда значений скорости среды, м/с. Для каждого значения скорости определяем доплеровское смещение частоты. По итогам измерений заносим результаты в таблицу 2.

Таблица 2 Передаточная характеристика прибора

Скорость

среды 0,2 3 7 10 20 50 (v), м/с

ДСЧ (fd),

Гц

Строим график зависимости fd = F(v). Записываем выражение fd = F(v) в частном виде (аппроксимируя линейной, экспоненциальной, полиномиальной, показательной или другого вида функции (использовать MS Excel). Делаем выводы по полученной характеристике.

3. Измерение сигнал шум:

Устанавливаем измерители амплитуды сигнала на выходе источников погрешности 1) 3 кГц и 2) 12 кГц и на выходе приемника сигнала. Снимаем показания с индикаторов 1 и 2, а также с выхода приемника со скоростью потока равной 3 м/с. На основании полученных данных определяем

5

коэффициент сигнал/шум (амплитуда НЧ и ВЧ помех остается установленной в произвольное значение).

S1 A1 , S2 A2 , S0 Amax ,

A A A

где A1 – уровень шума НЧ помех, A2 – уровень шума ВЧ помех, A – амплитуда сигнала приемника, Amax – максимальное значение амплитуды (A1 или A2).

Делаем вывод по характеристике сигнал/шум, оцениваем структуру помех.

4. Оценка влияния температуры на затухание сигнала:

Для различных значений температуры по варианту заполнить таблицу 3. При выполнении задания следует учитывать, что температура влияет на характеристику прибора посредством изменения вязкости среды (см. п. 2.1). Выполняя данный пункт задания, следует установить значение амплитуды помех равной нулю. Скорость потока устанавливаем равной 3 м/с. Все прочие параметры остаются аналогичными пункту 2.1.

В таблице 3 A0 – амплитуда сигнала на выходе источника сигнала, A1 – на выходе приемника.

Построить график зависимости Kз = F(ti). Оценить вид зависимости, дать характеристику линейности, (желательно) аппроксимировать законом изменения (по аналогии с пунктом 2.3).

5.Провести аналогичные измерения для ряда значений газосодержания

γ= 0,1; 0,2; 0,4; 0,5; 0,8; 1, определить значение Kз для каждого значения γ.

Измерения проводить при t = 25 C, v = 3 м/с. Заполнить таблицу 4.

Таблица 4 Зависимость затухания акустических колебаний от газосодеражания

6

Kз

Построить график зависимости Kз = F(γ). Сделать выводы по характеристике.

6. Произвести измерения для различных значений угла ориентирования излучателя θ = 0 , 25 , 30 , 35 , 55 , 85 (γ = 0,3, t = 25 C, v = 3 м/с).

Заполнить таблицу 5.

Написать вывод, характеризующий изменение чувствительности прибора с изменением частоты измерительного сигнала. Данные для построения графиков, в том числе ряд значений скорости среды взять из пункта 2.3.

Чувствительность прибора находится на каждой i-ой частоте согласно выражению:

Sdfd i (v) ,

idv

где функция изменения fd i (v) определяется графически. В частности для линейной функции общий вид выражения определяется как:

fd (v) av b ,

где a = tgα, α – угол наклона графика к оси абсцисс, b = fd(0).

8. Изменяя параметр r (радиус трубопровода) для 5 значений, где r1 соответствует значению по варианту, последующие соответствуют приращению на 5 мм, определить амплитуду выходного сигнала приемника и построить график зависимости затухания от расстояния распространения волны. Результаты свести в таблицу 6.

Kз

7

9. Сделать общий вывод по работе.

Приложение 1

Рис. П1 Схема подключения и фрагмент лицевой панели блока измерения амплитуды сигнала

8

Приложение 2

Рис. П2 Схема подключения и фрагмент лицевой панели блока измерения амплитуды и частоты сигнала (к заданию 2.3)

9