21. Расходомеры постоянного перепада давления

Дата: 2025-05-21; Просмотры: 2

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

1-стеклянный корпус конусной формы

2-металический поплавок

На стеклянном корпусе выставлена шкала.

ПД: При увеличении расхода Q, подаваемого снизу поплавок поднимается до тех пор пока площадь кольцевого сечения между поплавком и корпусом не достигнет такой величины, при которой силы действующие на поплавок не уравновесят его остановившись при этом, и его положение определит величину измерения расхода. При этом расход определяется по шкале, совмещения с верхней кромкой поплавка.

Силы, действующие на поплавок сверху вниз: Сила тяжести и сила давления среды на верхнюю кромку поплавка

Силы действующие снизу вверх: – давление среды, сила трения среды о бок поплавка линейная скорость потока между поплавком и корпусом, – боковая поверхность поплавка.

равновесие

ΔР=Р1-Р2-константа

Если составить уравнение неразрывности потока и уравнение Бернули в сечении Ι и ΙΙ и совместно решив, можно получить следующее уравнение расхода:

где – плотность среды, α-коэффициент расхода

Данные датчики со стеклянным корпусом применяется для измерения небольших G при небольшом перепаде давления. Поплавок снабжается косыми прорезями, вращающаетсяся вокруг оси, не соприкасаясь со стенками корпуса.

Для измерения больших G используют ротаметры с металлическим корпусом, схема на рисунке.

1-металический корпус

2-диафрагма

3-поплавок

4-шток

5-плунжер

6-первичная обмотка трансформатора

7-вторичная обмотка трансформатора

Металлический поплавок имеет конический диаметр, отверстие в диафрагме – цилиндрическое.

Принцип тот же, что и в стеклянном. Поплавок связан штоком с плунжером преобразователя. Преобразователь состоит из обмоток – первичной и вторичной. Вторичная обмотка состоит из двух частей, соединенных по дифференциальной схеме. Напряжение на выходе вторичной обмотки зависит от положения плунжера.

При увеличении расхода среды, поплавок поднимается вверх и вместе с ним плунжер. При определенном расходе поплавок остается (равномерно) и по положению плунжера можно судить о величине напряжения на обмотке трансформатора, которое измеряет вторичный прибор.

Применяется при больших расходах и больших перепадах давления.

22. Индукционные расходомеры

1 – трубопровод;

2-3 – постоянные магниты;

4 – вторичный прибор;

5 – металлические электроды.

Трубопровод выполняют из немагнитного материала (фторопласт). В трубопровод диаметрально противоположно устанавливают измерительные металлические электроды. По данному трубопроводу протекает электропроводная жидкость с линейной скоростью υ. Магнитное поле создается магнитами 2 и 3.

Внутренний диаметр трубопровода – d. B – индукция магнитного поля между полюсами магнита.

ПД: под воздействием магнитного поля в данной протекающей жидкости образуется ЭДС, величина которой:

Подставив (1) в (2), получим:

ЭДС снимается с электрода и измеряется вторичным прибором 4, который градуирован в единицах расхода так как

Недостатки: 1) наличие ЭДС поляризации на электродах, что приводит к погрешности.

2) трудность усиления малых сигналов постоянного тока, следовательно в промышленных условиях в основном применяются расходомеры переменного тока. При этом:

– частота переменного тока

Достоинства: 1) Практически безинерционны; применяются для измерения расхода жидкости, потоков любой структуры и переменного направления.

2) Свойства контроля среды (плотность, вязкость, наличие пузырьков воздуха, взвешенных частиц) не вызывает погрешности показаний прибора.

3) При соответствующем внутреннем покрытии участка трубы можно применять для измерения расхода с абразивными частицами (ограниченная область применения

Недостатки: огранич область применения, применяется для изменения расходов электропров жидкостей с уд электропров не ниже 10^-5 См/м

23. Влагомеры для газов и твердых тел

Приборы для измерения влажности – влагомеры.

Для измерения влажности газов применяются следующие методы:

1.Психометрический

2. Метод точки росы

Для измерения влажности твердых тел применяются следующие методы:

1. Электрокондуктометрический

2. Метод ИК-излучения

3. Метод СВЧ

24. Психометрический метод измерения влажности газов

Датчиком влажности в данном методе является два проволочных термометра сопротивления, один из них называется влажным, т.к. его тепловоспринимающая часть постоянно увлажнена, соприкасаясь с гидростатическим телом, всасывающим воду из какого-либо сосуда. Второй – сухой. Оба эти термометра находятся в контролируемой среде, т.е. в одинаковых температурных условиях. При испарении влаги с влажного термометра, температура его понижается в сравнении с температурой сухого термометра, т.е. возникает психометрическая разность: . Психометрическая разность является мерой измеряемой влажности газовой среды, в которую помещены эти датчики:

φ – относительная влажность, %

P_вл, P_сух – давление паров, насыщающих контролируемую среду при температуре влажного и сухого термометра соответственно (P_вл, P_сух = const).

A - коэффициент, зависящий от конструкции влагомера и от скорости обдувания воздухом влажного термометра. (const)

!Схема двухмостового электрического психометра имеет следующий вид

Пунктир – механическая связь.

Сплошная – электрическая связь.

Первый мост (I) включает сопротивление R₁, R₂, R_тс, R₃.

Мост имеет 2 диагонали: питающую диагональ. Она питается напряжением 6,3В. Вторая – диагональ измерительная (между a и b).

Если произведение сопротивлений двух противоположных плеч равны, т.е.

то

Если одно из сопротивлений изменяется, то нарушается данный баланс, т.е.

то в данной диагонали возникает

В данной мостовой схеме (I) напряжение диагонали :

Вторая мостовая схема (II) включает сопротивление

Питающая диагональ питается Напряжение в измерительной диагонали между точками a и c пропорционально

Напряжение между точками b и c:

подается на ЭУ (электродный усилитель). Далее с усилителя сигнал подается реверсивному двигателю (РД), который приходит во вращение и перемещает механически связанную с ним стрелку потенциометра и стрелку вторичного прибора со шкалой. При этом изменяется напряжение в диагонали моста до тех пор, пока она не станет равна напряжению . При этом , двигатель останавливается. Это означает, что мы измерили , пропорционально данной разности. Стрелка останавливается. Она фиксирует измеряемую относительную влажность контрольной среды.

Тип данного прибора – АВП-2

25. Метод точки росы

В данном методе при измерении влажности газов параболическое зеркало датчика помещается в контр среду и непрерывно охлаждается. При некоторой температуре на его поверхности начинает образовываться влага (выпадает роса) и зеркало мутнеет. Моментальное помутнение зеркала контролируется с помощью ослабления яркости отражения от него светового луча. Данная температура зеркала, при котором оно мутнеет, называется точкой росы и является мерой относительной влажности контролируемой среды. Приборы реализ. данный принцип наз. влагомерами «Роса».

26. Кондуктометрический метод измерения

Твердое тело – это пористое вещество, в порах которого может находиться влага. От количества влаги зависит удельное сопротивление данного материала. В абсолютно сухом виде твердое тело является диэлектриком с удельным сопротивлением равным 10¹⁰ Ом/см. При увлажнении твердого тела оно является проводником (σ-уменьшается).

Зависимость сопротивления твердого тела от влажности:

R_х= A / φ

A – коэффициент пропорциональности, зависит от материала и свойств твердого тела; φ- относительная влажность;

lgR_х=f(φ) – полуэлектрическая зависимость

2 участка:

1- влажность 2-30%

2- вл-ть 30-50%

На 1 зав-ть почти линейная и зав-т от влажности мат-ла

На 2 зав-ть нелинейная т.к. сопр. зависит не только от вл-ти (наличие эл-тов, вкроплений и т.д.) Метод применяется для измер. вл-ти до 30%

Измерительными преобразователями являются 2 металлические пластины, между которыми размещен образец контролируемого материала. Для измерения сопротивления данный образец включается в одно из плеч мостов измеряемой схемы. Поэтому данный метод применяется в лабораторной практике (подготовка образца).

27. Метод диэлектрической проницаемости

Диэл. проницаемость абс. сухого тв. тела Ɛ=1/6, воды Ɛ=81 увлажнение тв тела приводит к изменению ε. Измерительным преобразователем данных датчиков является конденсатор состоящий из двух металлических пластин, каждая пластина площадью S и расстояние между ними l. Между ними помещается контролируемое твердое тело. Емкость конденсатора:

C=Ɛ∙S/d

Как правило, S и d=const, поэтому С≡Ɛ. Для измерения емкости С данный преобразователь включается в одно из плеч мостовой измерительной схемы, состоящей из конденсатора постоянной емкости. Емкость данного конденсатора очень мала С=2-3 пФ, поэтому для измерения напряжения измерительной диагонали данного моста он питается напряжением высокой частоты. Мера измеряемой влажности является напряжение измер диагонали д мостовой схемы. Данный метод нашел применение для непрерывного измерения влажности твердых тел перемещающихся по конвейеру.

Схема измерителя влажности имеет след. Вид:

1 – электроды конденсатора

2- изм. Схема

3- вторичный прибор

ИК влагомер – основан на поглощении тв. материалом части мощности ИК излучения, завис. от вл-ти мат-ла. Схема:

1. конвейер по которому перемещ. материал. 2источник 3- вторичный прибор

28. Плотномеры для жидкостей

Плотность – важнейший параметр в некоторых процессах хим технологии.

Плотность зависит от температуры. При измерении плотности температура градуировки датчика 20 ̊С. Если температура контролируемой среды t_с отличается от t₀ производится пересчет плотности по следующей формуле:

где β – коэффициент объемного расширения жидкости.

Датчики для измерения плотности называются плотномерами.

По принципу действия плотномеры делятся:

– весовые;

– поплавковые;

– гидростатические;

– радиоизотопные.

29. Весовые плотномеры

Принцип действия основан на изменении веса жидкости в постоянном V. Вес жидкости:

G=V*ρ*g

еслиV=const, тоG≡ρ

Схема:

1 — Петлеобразная труба, 2-заслонка, 3-сопло, 4-пневмат усилитель, 5-сильфон,6-гибкие манжеты

Через 1 непрерывно протекает контр среда. К 1 подвешена заслонка 2. Пневмопреобразователь сост из 3,4,5. Через пневмосистему непрерывно продувается сжатый воздух. Давление в 5 зависит от положения 2 относительно 3. Если 2 опускается, прикрывает 3, давление в системе увеличивается.

ПД: с увеличением плотности среды вес 1 увеличивается, она опускается на гибких манжетах 6, опускается, прикрывая 3.

Меньше воздуха уходит в атмосферу, давление в пневмосистеме растет. Давление является мерой измеряемой плотности контр среды.

Достоинство: простота, большая скорость протекания среды, нет осадка

Недостатки: жесткость манжет со временем уменьшается, что приводит к погрешности.

30. Поплавковые плотномеры

Они подразделяются на плотномеры с плавающим поплавком(аэрометры пост. веса) и плотномеры с полной погруженным поплавком(аэрометры пост. объема).

Схема:

1-измерительный сосуд; 2-поплавок; 3, 4-патрубки;5-дроссель 6-отраж пластина; 7- сердечник преобразователя

2 вида поплавковых плотномеров:

1)аэрометрпостоянного веса с плавающим поплавком(верх схема)

2)аэрометр постоянного объема с полностью погруженным поплавком

ПД: основан на измерении выталкивающей силы, действующей на 2, от плотности жидкости

F=gρSx, S- площадь сечения полавка,x-глубина погружения. S,x=const →F≡ρ.

В данный сосуд поступает жидкость через 5, кот определяет скорость поступления жидкости для предотвращения завихрения жидкости используют 6. При повыш плотности, повыш сила, поплавок подымается и поднимается 7, увеличивается напряжение во вторичной обмотке преобразователя. Напряжение- мера измерения плотности.

31. Гидростатические плотномеры

Принцип действия основан на измерении давления столба жидкости высоты Н и плотности р.

Р=рgH

Если Н=const, то Р ρ. Для обеспечения постоянства Н и температурной компенсации погрешн измерений измеряется давление двух столюов жидкости и определяется их разность.

Д метод реализуется в схемах пьезометрич дифф-го плотномера с непрерывной продувкой газа

Схема:

1-сосуд для исслед жидкости. 2-сосуд для эталонной жидкости _.

3-5 — трубки.

6 — дифманометр.

В сосуд 1 погружена пьезотрубка 3 на глубину Н1. Необходимо измерить плотность в данном сосуде 1. Сосуд 2 заполняют эталонной жидкостью с плотностью ρ0, в него погружена пьезотрубка 4 на глубина Н0. Сосуд 2 трубкой 5 связан с сосудом 1. Трубка 5 погружена в сосуд 1 на высоту Н2. Давление газа в трубке 3,4 измеряется дифманометром 6.

ПД: В трубке 3 газ преодолевает давление столба жидкости высотой Н1 и плотностью ρ: Р1=рgH1. Подается в левое колено дифманометра 6 газ, поступающий в трубку 4 преодолевая давление столба жидкости плотностью ρ0 и высотой Н0: Р0= ρ₀ gH₀

Воздух выходит из 4 и по 5 попадает в 1, где преодолевает давление столба жидкости плотности ρ и высотой Н2:

Р2ʹ=ρgН2.

Общее давление трубки 4:

Р2=Р0+Р2ʹ=ρ0 gH0+ρgН2

Показания ДМ равно разности данных давлений:

ΔР=Р1-Р2=ρghH1-ρ0gH0-ρgH2=ρg(H1-H2)-ρ0H0

H1-H2, ρ0,H0=const →ΔP≡ρ.

Для температурной компенсации погрешности при измерении плотности необходимо обеспечить одинаковые температурные условия в 1 и 2. сосуд(2) помещается в сосуд (1), тем самым обеспечивая одинаковые температурные условия.

32. Радиоизотопные плотномеры

ПД: Основан на изменении интенсивности γ-излучения при прохождении его через слой вещества с плотностью ρ и толщиной х:

-интенсивность гама излучения после прохождении слоя; -первоначальная интенсивность; -коэф. поглощения излучения

Если вещество слож состава:

С - удельное содержание i-того компонента в материале; - коэффициент поглощения

Если х и = const, то ≡ρ. В качестве излучения .

Схема:!

1)Источник гама излучения; 2)объект измерения; 3)приемник излучения; 4)формирующий блок; 5)измерительный блок; 6) вторичный прибор.

Объектом измерения м.б. специальные устройства или горизонтальные участки трубопровода. Приемник излучения воспринимает Ix. В блоке 4 преобразуется данный сигнал γ излучения в электрический сигнал. В 5 формируется унифицированный сигнал 0-5 мА, который измеряется вторичным прибором 6, который градуируется в единицах плотности.

Тип прибора –ПЖР-5.

33. Датчики состава и концентрации

В химической технологии при переработке сырья в различные виды продукции необходимо контролировать концентрацию веществ в сырье и продуктах. Для измерения концентрации 1 компонента применяются концентратомеры, для 2 и более — анализаторы состава. В общем виде концентрация:

С=m/М ­ прямой метод. На практике данный метод практически не применяется. Применяются косвенные методы измерения концентрации различных веществ. Данные методы основаны на зависимости какого-либо физического параметра у, поддающегося измерению и однозначно связаны с концентрацией определенного компонента Са в материале.

у=f(Са, С1, С2,…, Сn).

С1, С2,…, Сn — концентрации неопределенных компонентов в данном материале. Чем меньше их величины, диапазон их изменений, тем точнее косвенные методы для измерения Са.

Косвенные методы:

- электрокондуктометрические

-потенциометрический

- адсорбционно-спектральный

- термомагнитный

- термохимический и др.

34. Электрокондуктометрический метод измерения концентрации веществ.

Основан на зависимости удельной электропроводности различных растворов от концентрации. Данная зависимость определяется законом Кольрауша:

σ — удельная электропроводность, α — степень электрической диссоциации, F — число Фарадея, v_a,v_{k —} активность анионов, катионов, С — концентрация.

Однако ввиду сложной зависимости между α и С данная формула не применяется на практике измерения С. На практике применяется экспериментальные зависимости σ=f(С).

Для многих веществ данная зависимость может быть линейной:σ=КС, К— коэффициент пропорциональности=const.

По принципу действия датчики концентрации:

- контактный с двухэлектродной ячейкой

- контактный с четырехэлектродной ячейкой

- безконтактный низкочастотный

- безконткактный высокочастотный

35. Контактный метод с двухэлектродной измерительной ячейкой

В контролируемую среду помещают 2 электрода, с площадью пластин S, расстояние между ними l. Сопротивление Rx между данными пластинами:

l, S=const, следовательноRx=σ=C.

Сопротивление Rx — концентрация зависит от температуры раствора. Для температурной компенсации погрешности последовательно с данной ячейкой включен Rt — термометр сопротивления. При увеличении температуры раствора сопротивление Rt увеличивается, а Rх уменьшается. Поэтому необходимо для конкретного диапазонатемператур, чтобы ∆Rt=∆Rх. Так как коэффициенты сопротивления Rt и Rх отличаются на порядок, то для согласования данных коэффициентов параллельно ячейке включено сопротивление Rш(шунт) — выполнено из манганина, сопротивление которого не зависит от температуры.

Недостатки: поляризация электродов, что вносит погрешность в данном методе измерения: наличие гальванического контакта между электродами и контролируемой средой, что может привести к коррозии; невысокая точность измерения.

Поэтому данные концентратомеры применяются для приближенных измерений концентраций.

Для измерения Rх датчик подключается к мостовой измерительной схеме. Мера измерений концентрации: напряжение в измерительной диагонали данной мостовой схемы.

36. Безконтактный низкочастотный концентратомер

Контролируемая среда непрерывно протекает через измерительную ячейку. Необходимо измерить концентрацию среды.

Принцип действия: Первичная обмотка трансформатора Тр1 создает в сердечнике магнитный поток. Измерительная ячейка W2 является вторичной обмоткой данного трансформатора. Под действием магнитного потока в ней создается ЭДС Еизм. Закон трансформации:

Под действием Еизм возникает ток Iизм:

l / S = K яч – константа ячейки. l — средняя длина ячейки, Sплощадь сечения ячейки.

Для измерения Iизм применяется дополнительная обмотка Wk компенсационная. В этой схеме данная измерительная ячейка и W1, W2 являются первичными обмотками Тр2, W3 – вторичная обмотка Тр2.

Данные первичные обмотки создают собственные магнитные потоки, направленные навстречу друг другу, которые характеризуются ампер-витками: W2*Iизм— ампер-витки обмотки W2; W3*Iизм — ампер-витки компенсационной обмотки. Если данные ампервитки не равны, Iизм* W2 не = Iк*Wк, то в Тр2 появляется результирующий поток. При этом в обмотке W3 наводится напряжении, зависящее от разности данных магнитных потоков. Данное направление усиливается в усилителе и поступает на РД, который приходит в движение, на его валу находится стрелка, и перемещается движок реохорда Rp изменяется Iк. В некоторый момент наступает равновесие.Iизм* W2=Iк*Wк.Iк сопоставима Iизм и сопоставима С. Для компенсации температурных погрешностей применяется мостовая схема, она питается вторичной обмоткой Тр1.

37. Высокочастотные бесконтактные концентратомеры

В данных Д применяются емкостные и индуктивные измерительные ячейки, кот питаются напряжением высокой частоты 100Гц-100МГц.

Ячейка а) представляет собой конденсатор, между электродами (обкладками) которого помещается контролируемая среда.

б) катушка индуктивности, внутри которой находится контролируемая среда, которая может перемещаться по т/п или находиться в емкости.

Полное сопротивление данных ячеек состоит из активной и реактивной составляющих, зависящих от электрохимических свойств контролируемой среды (удельной электропроводности σ, диэлектрической проницаемости ε).

Емкостная ячейка наиболее чувствительна к изменению концентрации раствора с малой удельной электропроводностью. При этом при измерении концентраций электропроводящих растворов измеряемым параметром является удельная электропроводность. При измерении концентраций диэлектрических сред измеряемым параметром является диэлектрическая проницаемость:

С=ε*S/d→C≡ε.

Если изменяется концентрация диэлектрических сложных растворов (многокомпонентных сред) ε=Σε_iC_i

C_i — удельная концентрация.

При этом диэлектрическая ячейка измеряет концентрацию компонента, имеющего наибольшее значение ε(т.е. концентрацию воды) приборы называются диэлкомеры.

Индуктивная ячейка наиболее чувствительна к концентрации растворов с высокой σ.

В данной катушке наводится ЭДС пропорциональная σ контролируемой среды.

Блок-схема автаматического высокочастотного концентратомера

1-генератор высокой чистоты; 2- первичный прибор; 3-измерительная схема;

4- вторичный прибор

Генератор высокой частоты питает ячейки напряжением. В блоке 3 преобразуются измеряемые величины ( емкость, индуктивность) в унифицированные электрические сигналы постоянного токо 0÷5мА. В 4 измеряются данные сигналы и он градуируется в единицах концентрации.

38 Потенциометрический метод анализа

Д метод основан на измерении

39.Системы автоматического регулирования.

Параметрами технологического процесса являются физические величины определяющие его состояние. Технологические параметры которые необходимо поддерживать в аппарате на заданном уровне называются регулируемой величиной. Текущее значение регулируемой величины ( ) называется измеренным в данный момент времени ее значения. Заданное значение регулируемой величины называется та ее величина которой необходимо ее поддерживать на заданном уровне в данном объекте( ). Рассогласование называется разность между текущими и заданными значением регулируемой величины( ). Технологический аппарат в котором регулируется какой-либо параметр называется объектом регулирования. Совокупность объекта регулирования и технических средств, которыми осуществляются автом.регулирование образуют автоматическую систему регулирования(АСР).Объект регулирования есть обычные входные факторы воздействия приводящий к изменению выходных параметров или фактора, т.е. к изменению регулируемой величины.

К таким факторам относят: 1. Возмущающее воздействие – нежелательное выполнение регулируемой величины от заданного значения( ). 2. Регулирующее воздействие которое целенаправленно действует на объект регулирования и вырабатывает автоматическим регулятором с целью компенсации действия на объект регулирования возмущающего воздействия( ).

Структурная схема АСР:

ОР-объект регулирования

Д-датчик для измерения регулируемого значения

ЗУ-запоминающее устр-во формирующее сигнал с заданного значением регулируемой величины.СУ-сравнительное устройство. ПР-преобразователь.

Принцип действия: датчик измеряет текущее значение регулируемой величины, которая поступает в СУ. В ЗУ формируется φз, который поступает в СУ, в котором происходит алгебраическое суммирование данных сигналов и на его выходе образуется сигнал ∆φ=φз-φт.∆φ усиливается в УС, преобразуется ПР, по заданному закону регулирования: μ=f(∆φ), μ — воздействие. Данное воздействие поступает на ИМ, который приводит в движение связанный с ним механически РО. Данный РО, который устанавливается на трубопровод материального/теплового потока, поступающего в ОР и изменяющего величину этого потока, следовательно изменяется значение φт до тех пор, пока φз=φт, т.е. ∆φ=0. Т.е. в ОР устанавливается φз

Свойства АСР:1.Воздействие от элемента к элементу АСР передается или распространяется по замкнутому кругу.2.воздействие распространяется в одном направлении.3. Сигнал выхода ОР поступает на вход регулятора; сигнал с выхода регулятора μ подается на вход ОР. Такое соединение ОР и регулятора называется соединение по принципу обратной связи. 4.При этом регулируемый сигнал направлен на встречу (противоположно сигналам возмущения ) с целью компенсации действия на объект регулирования, поэтому такой обратной связью называется отрицательной.