WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:     || 2 |

«1. Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине 1.1. Вид деятельности выпускника Дисциплина охватывает круг вопросов относящиеся к виду деятельности выпускника: производственно-технологическая; проектно-конструкторская; ...»

-- [ Страница 1 ] --

1. Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине

1.1. Вид деятельности выпускника

Дисциплина охватывает круг вопросов относящиеся к виду

деятельности выпускника:

производственно-технологическая;

проектно-конструкторская;

организационно-управленческая деятельность;

1.2. Задачи профессиональной деятельности выпускника

В дисциплине рассматриваются, указанные в ФГОС, задачи

профессиональной деятельности выпускника:

производственно-технологическая;

автоматизация действующих и создание новых автоматизированных и автоматических технологий и производств, обеспечивающих выпуск конкурентоспособной продукции;

разработка средств и систем автоматизации и управления различного назначения, в том числе жизненным циклом продукции и ее качеством, применительно к конкретным условиям производства на основе отечественных и международных нормативных документов;

управление и контроль технологическими процессами и производствами, обеспечивающих выпуск высококачественной, безопасной, конкурентоспособной продукции и освобождающих человека полностью или частично от непосредственного участия в процессах получения, трансформации, передачи, использования, защиты информации и управления производством;

обеспечение высокоэффективного функционирования средств и систем автоматизации, управления, контроля и испытаний заданным требованиям при соблюдении правил эксплуатации и безопасности;

сбор и анализ исходных информационных данных для проектирования технических средств систем автоматизации и управления производственными и технологическими процессами, оборудованием, жизненным циклом продукции, ее качеством, контроля, диагностики и испытаний;

выбор средств автоматизации процессов и производств, аппаратнопрограммных средств для автоматических и автоматизированных систем управления контроля диагностики, испытаний и управления;

разработка (на основе действующих стандартов) технической документации для регламентного эксплуатационного обслуживания средств и систем автоматизации и управления в электронном виде;

разработка проектной и рабочей технической документации в области автоматизации технологических процессов и производств, управления жизненным циклом продукции и ее качеством, оформление законченных проектно-конструкторских работ;

освоение на практике и совершенствование систем и средств автоматизации и управления производственными и технологическими процессами изготовления продукции, ее жизненным циклом и качеством;

практическое освоение современных методов автоматизации, контроля, измерений, диагностики, испытаний и управления процессом изготовления продукции, ее жизненным циклом и качеством;

участие в разработке средств и систем автоматизации, управления, контроля, диагностики, испытаний, программных продуктов заданного качества; обслуживание технологического оборудования, средств и систем автоматизации управления, контроля, диагностики и испытаний;

участие в разработках по доводке и освоению технологических процессов, средств и систем автоматизации, управления, контроля, диагностики в ходе подготовки производства новой продукции, оценке ее инновационного потенциала;

участие в разработке планов, программ и методик автоматизации производства, контроля, диагностики, инструкций по эксплуатации оборудования, средств и систем автоматизации и управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством и других текстовых документов входящих в состав конструкторской, технологической и эксплуатационной документации;

организация работы малых коллективов исполнителей, планирование работы персонала и фондов оплаты труда, принятие управленческих решений на основе экономических расчетов;

участие в разработке мероприятий по организации процессов разработки, изготовления, контроля, испытаний и внедрения продукции средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, управления производством, их эффективной эксплуатации;

участие в разработке и практическом освоении средств, систем автоматизации и управления производством продукции, ее жизненным циклом и качеством, подготовке планов освоения новой техники и технологий, составлении заявок на проведение сертификации продукции, процессов, оборудования, материалов, технических средств и систем автоматизации и управления;

создание документации (графиков работ, инструкций, смет, планов, заявок на оборудование и материалы) и подготовка отчетности по установленным формам, а также документации для разработки или совершенствования системы менеджмента качества предприятия или организации;

изучение научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по направлению исследований в области автоматизации технологических процессов и производств, автоматизированного управления жизненным циклом продукции, компьютерных систем управления ее качеством;

проектно- конструкторская деятельность:

сбор и анализ исходных информационных данных для проектирования технических средств систем автоматизации и управления производственными и технологическими процессами, оборудованием, жизненным циклом продукции, ее качеством, контроля, диагностики и испытаний;

участие в формулирование целей проекта (программы), задач при заданных критериях, целевых функциях, ограничениях, построение структуры их взаимосвязей, определение приоритетов решения задач с учётом нравственных аспектов деятельности;



участие в разработке обобщённых вариантов решения проблем, анализ вариантов и выбор оптимального, прогнозирование последствий, многокритериальности, неопределённости, планирование реализации проектов;

участие в разработке проектов автоматизации технологических процессов и производств, управления жизненным циклом продукции и ее качеством (соответствующей отрасли национального хозяйства) с учётом механических, технологических, конструкторских, эксплуатационных, эстетических, экономических, управленческих параметров использованием современных информационных технологий;

участие в мероприятиях по разработке функциональной, логистической и технической организации автоматизации технологических автоматизированных систем контроля, диагностики, испытаний и управления, их технического, алгоритмического и программного обеспечения на основе современных методов, средств и технологий проектирования; участие в расчетах и проектировании средств и систем контроля, диагностики, испытаний элементов средств автоматизации и управления в соответствии с техническим заданием с использованием стандартных средств автоматизации проектирования;

проектирование архитектуры аппаратно-программных комплексов автоматических и автоматизированных систем контроля и управления общепромышленного и специального назначений в различных отраслях национального хозяйства;

разработка моделей продукции на всех этапах ее жизненного цикла как объектов автоматизации и управления в соответствии с требованиями высокоэффективных технологий;

выбор средств автоматизации процессов и производств, аппаратнопрограммных средств для автоматических и автоматизированных систем управления контроля диагностики, испытаний и управления;

разработка (на основе действующих стандартов) технической документации для регламентного эксплуатационного обслуживания средств и систем автоматизации и управления в электронном виде;

разработка проектной и рабочей технической документации в области автоматизации технологических процессов и производств, управления жизненным циклом продукции и ее качеством, оформление законченных проектно-конструкторских работ;

контроль соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам;

проведение предварительного технико-экономического обоснования проектных расчетов;

производственно-технологическая деятельность:

освоение на практике и совершенствование систем и средств автоматизации и управления производственными и технологическими и управления в соответствии с техническим заданием с использованием стандартных средств автоматизации проектирования;

проектирование архитектуры аппаратно-программных комплексов автоматических и автоматизированных систем контроля и управления общепромышленного и специального назначений в различных отраслях национального хозяйства;

разработка моделей продукции на всех этапах ее жизненного цикла как объектов автоматизации и управления в соответствии с требованиями высокоэффективных технологий;

выбор средств автоматизации процессов и производств, аппаратнопрограммных средств для автоматических и автоматизированных систем диагностики, испытаний элементов средств автоматизации управления контроля диагностики, испытаний и управления;

разработка (на основе действующих стандартов) технической документации для регламентного эксплуатационного обслуживания средств и систем автоматизации и управления в электронном виде;

разработка проектной и рабочей технической документации в области автоматизации технологических процессов и производств, управления жизненным циклом продукции и ее качеством, оформление законченных проектно-конструкторских работ;

контроль соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам;

проведение предварительного технико-экономического обоснования проектных расчетов;

организационно-управленческая деятельность:

- организация работы малых коллективов исполнителей, планирование работы персонала и фондов оплаты труда, принятие управленческих решений на основе экономических расчетов;

- участие в разработке мероприятий по организации процессов разработки, изготовления, контроля, испытаний и внедрения продукции средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, управления производством, жизненным циклом продукции и ее качеством, их эффективной эксплуатации;

- выбор технологий, инструментальных средств и средств вычислительной техники при организации процессов проектирования, изготовления, контроля и испытания продукции, средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, управления производством, жизненным циклом продукции и ее качеством;

- участие в работе по организации управления информационными потоками на всех этапах жизненного цикла продукции, ее интегрированной логистической поддержки;

- участие в разработке мероприятий по повышению качества продукции, производственных и технологических процессов, техническому и информационному обеспечению их разработки, испытаний и эксплуатации, планированию работ по стандартизации и сертификации, систематизации и обновлению применяемой регламентирующей документации; участие в разработке и практическом освоении средств, систем автоматизации и управления производством продукции, ее жизненным циклом и качеством, подготовке планов освоения новой техники и технологий, составлении заявок на проведение сертификации продукции, процессов, оборудования, материалов, технических средств и систем автоматизации и управления;

- участие в организации работ по обследованию и реинжинирингу бизнес-процессов предприятий в соответствии с требованиями высокоэффективных технологий, анализу и оценке производственных и непроизводственных затрат на обеспечение требуемого качества продукции, автоматизацию производства, результатов деятельности производственных подразделений, разработке оперативных планов их работы;

- проведение организационно-плановых расчетов по созданию (реорганизации) производственных участков;

- создание документации (графиков работ, инструкций, смет, планов, заявок на оборудование и материалы) и подготовка отчетности по установленным формам, а также документации для разработки или совершенствования системы менеджмента качества предприятия или организации;

1.3. Перечень компетенций, установленных ФГОС Освоение программы настоящей дисциплины позволит сформировать у обучающегося следующие компетенции:

способностью определять номенклатуру параметров продукции и технологических процессов ее изготовления, подлежащих контролю и измерению, устанавливать оптимальные нормы точности продукции, измерений и достоверности контроля, выбирать технические средства автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством (ПК-22);

способностью проводить оценку уровня брака продукции, выполнять анализ причин его появления, разрабатывать предложения по его предупреждению и устранению, совершенствованию продукции (ПК-24);

способностью проводить сертификацию продукции, технологических процессов и средств автоматизации, контроля, диагностики, управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством, экологическими системами предприятия (ПК-25);

выявлять их резервы, определять причины недостатков и возникающих неисправностей при эксплуатации, осуществлять меры по их устранению и повышению эффективности использования (ПК-27).

1.4. Перечень умений и знаний, установленных ФГОС Студент после освоения программы настоящей дисциплины должен:

основные закономерности измерений, влияние качества измерений на качество конечных результатов, физические основы измерений, метода и средства поверки (калибровки) средств измерений, методики выполнения измерений;

- применять: контрольно-измерительную технику для контроля качества продукции и метрологического обеспечения продукции и технологических процессов ее изготовления, - выбирать для данного технологического процесса функциональную схему автоматизации;

владеть:

- навыками работы на контрольно-измерительном и испытательном оборудовании, навыками обработки экспериментальных данных и оценки точности (неопределенности) измерений, испытаний и достоверности контроля.

2. Цели и задачи освоения программы дисциплины Цели освоения программы дисциплины заключается:

в освоении теоретических сведений о средствах измерения технологических параметров, таких как температура, давление, расход и количество веществ, уровень, плотность, вязкость и влажность;

приобретение практических навыков их эксплуатации и поверки.

Основными задачами являются: изучение принципов действия и эксплуатации средств измерений технологических параметров действия, устройств и правил проектирования, метрологических характеристик измерительных, нормирующих преобразователей, измерительных приборов, а также приобретение необходимых знаний, умений и навыков для практического решения вопросов измерения технологических параметров.

3. Место дисциплины в структуре ООП Для изучения дисциплины, необходимо освоения содержания дисциплин:

физика, математика, химия, информатика, пакеты прикладных программ, инженерная графика, металловедение, электротехника и основы электроники.

Знания и умения, приобретаемые студентами после освоения содержания дисциплины, будут использоваться в:

- изучении дисциплины « Проектирование АСУ ТП»;

- освоении дисциплины « Технические средства автоматизации»;

- выполнении курсового проекта по дисциплине « Автоматизация ТП»;

- выполнении Государственной аттестационной работы.

4. Компетенции обучающегося, формируемые в ходе освоения дисциплины (результаты освоения дисциплины) В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

уметь: осуществить выбор средства измерения, исходя из особенностей технологического процесса, правильно организовать процедуру измерения;

выполнять калибровку или поверку;

знать: принцип действия, устройство и операции поверки/калибровки средств технологических измерений;

владеть: методикой поверки/калибровки средства измерения основных технологических параметров;

Таблица 1. – Структура дисциплины Вид промежуточной аттестации Экзамен,36 Экзамен, 6.1. Перечень основных разделов и тем дисциплины соответствии с Государственным образовательным стандартом специальности. Классификация средств технологических измерений.

Нормирование характеристик средств измерения; типовые структуры;

понятие информационно-измерительной системы; виды. Метрологическое обеспечение технологических измерений.

Основные понятия и определения. Температурные шкалы. МТШ-90.

Классификация термометров. Параметрические датчики температуры.

Термометры расширения, манометрические термометры.

Термометры сопротивления. Типы, уравнения НСХ, классы допуска, схемы включения, поверка ТС по ГОСТ 8.461-2009. Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом.

Измерительные приборы для термометров сопротивления. Мосты сопротивлений неуравновешенные и уравновешенные. Уравнение равновесия. Автоматический уравновешенный мост. 3-х проводная схема включения датчика. Расчет измерительной схемы.

Термоэлектрические преобразователи температуры, уравнение НСХ, причины температурной погрешности и методы её компенсации, типы стандартных термопар, дифференциальная, поверхностная термопары, батарея термопар. Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом.

Компенсационный метод измерения термо-эдс. Потенциометры. Расчет измерительной схемы потенциометра. Поверка, основные метрологические характеристики.

Нормирующие преобразователи для ТС и ТЭП. Принципиальные схемы, назначение.

Цифровые приборы для измерения температуры.

Оптические пирометры. Классификация. Уравнения измерения.

Устройство. Принцип действия.

Основные понятия. Единицы измерения. Классификация приборов и измерительных преобразователей давления (ИПД). Жидкостные приборы давления. Грузопоршневые манометры. Деформационные и электрофизические ИПД и приборы давления.

Назначение, классификация по принципу действия. Контактные и бесконтактные уровнемеры. Принцип действия, устройство, метрологические характеристики.

Информационно-измерительные устройства для измерения расхода и Определение расхода и количества вещества. Расход объемный и массовый. Уравнения и единицы измерения. Классификация расходомеров по принципу действия. Область применения. Расходомеры переменного перепада давления с СУ и ОНТ, электромагнитные, вихреакустические, ультразвуковые, тепловые, тахометрические, кориолисовые расходомеры и массомеры. Расходомеры постоянного перепада давления..

Достоинства и недостатки, метрологические характеристики. Счетчики количества.

Информационно-измерительные устройства плотности жидкостей Определение, единицы измерения, область применения. Классификация плотномеров по принципу действия. Поплавковые, гидростатические, радиоизотопные плотномеры. Принцип действия, устройство, метрологические характеристики.

Информационно-измерительные устройства для измерения вязкости Определение, единицы измерения, область применения.

Классификация плотномеров по принципу действия. Вискозиметры истечения, роторные гидростатические, вибрационные.. Принцип действия, устройство, уравнения НСХ, метрологические характеристики.

Информационно-измерительные устройства для измерения влажности Определение, единицы измерения, область применения.

Классификация влагомеров по принципу действия. Психрометрические, гигрометрические, сорбционные влагомеры. Влагомеры точки росы.

Принцип действия, устройство, уравнения НСХ, метрологические характеристики.

Информационно-измерительные устройства для анализа газов Определение, единицы измерения, область применения.

Классификация газоанализаторов по принципу действия.

Термокондуктометрические, магнитные, оптико-акустические газоанализаторы. Принцип действия, устройство, уравнения НСХ, метрологические характеристики.

6.2. Краткое описание содержания теоретической части разделов и тем дисциплины Структура и значение дисциплины. Знания и умения в соответствии с Государственным образовательным стандартом специальности. Классификация средств технологических измерений. Нормирование характеристик средств измерения;

типовые структуры; понятие информационно-измерительной системы; виды.

Метрологическое обеспечение технологических измерений.

Дисциплина «СРЕДСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ»

является специальной, относится к вариативной части учебного плана и является базовой для последующих профессиональных дисциплин специальности АТП. Любой технологический процесс невозможно автоматизировать, не имея информации о технологических параметрах.

Информацию о технологических параметрах и состоянии оборудования получают с помощью средств технологических измерений. В соответствии с ГОС-3 данной специальности бакалавр по автоматизации в результате освоения данной дисциплиной должен:

уметь: осуществить выбор средства измерения, исходя из особенностей технологического процесса, правильно организовать процедуру измерения;

выполнять калибровку или поверку;

знать: принцип действия, устройство и операции поверки/калибровки средств технологических измерений;

владеть: навыками оформления проектной и конструкторской документации в соответствии с требованиями ЕСКД, навыками работы на контрольноизмерительном и испытательном оборудовании, навыками обработки экспериментальных данных и оценки точности (неопределенности) измерений, испытаний и достоверности контроля, навыками оформления результатов исследований и принятия соответствующих решений, методикой поверки/калибровки средства измерения основных технологических параметров.

Средства технологических измерений (СТИ) - это технические средства, имеющие нормированные метрологические характеристики и предназначенные для измерения и контроля технологических параметров [1].

СТИ можно классифицировать по назначению, функциональным возможностям, по виду используемой энергии, по способу преобразованию сигнала измерительной информации. В соответствии с основной классификацией по виду измеряемого параметра средства технологических измерений можно разделить на следующие виды:

- средства измерения температуры;

- средства измерение давления;

- средства измерение расхода и количества;

- средства измерение плотности;

- средства измерение вязкости;

- средства измерения влажности.

- средства измерения механических величин;

- средства измерения физико-химических величин;

- средства радиоизмерений;

- средства электрических измерений;

- средства измерения времени и частоты.

В данной дисциплине рассматриваются СТИ первых шести групп.

Нормирование характеристик средств измерения осуществляется в соответствии с межгосударственным стандартом [2]. К метрологическим характеристикам относятся::

- диапазон измерения:

- тип и уровень входного и выходного сигнала;

- чувствительность или единицу младшего разряда (ЕМР);

- показатели точности.

Независимо от принципа действия СТИ в своем составе имеет такие элементы, как чувствительный элемент (ЧЭ), измерительная схема (ИС), усилитель (У), выходной преобразователь (ВП), отсчетное устройство (ОУ) (рис.1).

X – технологический параметр, физическая величина (например, температура, давление); Y – сигнал выходного преобразователя.

Измерительные устройство или датчик – СИ, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразовании, обработки и хранения, но не доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Датчик состоит из двух частей – измерительной головки и преобразователя. По сути, выходной сигнал датчика есть выходной сигнал преобразователя и как правило этот сигнал электрический. Кроме электрических датчиков используются пневматические датчики, характеризующиеся компактностью, дешевизной и нечуствительностью в возмущениям электричекого плана.

Классы датчиков: аналоговые, цифровые, бинарные.

Классы преобразователей: унифицирующие.

Виды датчиков и преобразователей по питанию: активные, пассивные.

Характеристики датчиков: динамические, статические (НСХ).

Измерительный прибор – СИ, предназначенное для переработки сигнала измерительной информации в другие, доступные для непосредственного восприятия наблюдателем формы. Различают приборы прямого действия (амперметры, вольтметры, манометры) и приборы сравнения (компараторы).

По способу отсчета измеряемой величины СИ делятся на показывающие (аналоговые, цифровые), регистрирующие (на бумажную или магнитную ленту) и т. п. СИ, как правило, работают совместно с датчиками (измерительными преобразователями), имеющими свои МХ.

По ГОСТ 8.009 – 84 устанавливают перечень таких МХ, способы их нормирования и формы представления. Нормальные метрологические характеристики (НМХ) устанавливаются документами. МХ определенные документами считаются действительными. На практике наиболее распространены следующие МX СИ:

диапазон измерений;

Предел измерения;

Цена деления шкалы;

Чувствительность;

Вариация (гистерезис);

Основная допускаемая погрешность;

Неопределенность результата измерения;

Показатели точности;

Динамические характеристика.

В современных системах комплексной автоматизации и интегрированных АСУ СТИ объединены, как правило, в информационно-измерительные системы (ИИС). ИИС – это совокупность СТИ, каналов связи и цифровых регуляторов (микроконтроллеров). ИИС способна выполнять разнообразные операции: сбор и обработку измерительной информации, её архивирование, выдачу на дисплей и печать, отправка по запросу на адрес системы управления и др. ИИС состоит из нескольких измерительных каналов (ИК).

Метрологическое обеспечение технологических измерений заключается в выполнении метрологического контроля и надзора за состоянием и применением СТИ, которое выражается в форме систематического проведения калибровок и поверок.

Лекция 2. Средства измерения температуры Основные понятия и определения. Температурные шкалы. МТШ-90.

Классификация термометров. Термометры расширения, манометрические термометры.

Температура – это фундаментальная физическая величина, определяемая как степень нагретости тела. Температура является важным технологическим параметром, от которого зависят и направление процесса, и его скорость протекания и качество получаемого продукта.

Измерение температуры производится косвенными измерениями с помощью температурных шкал и различных средств измерения (термометров и пирометров).

Температурная шкала – это ряд отметок внутри температурного интервала, образованного реперными ( опорными) точками. Реперные точки – это точки фазового перехода (кипения, плавления) химически чистых веществ. Известные шкалы (Фаренгейта, Реомюра, Цельсия) отличались количеством выбранных реперных точек и самим термометрическим веществом. Например, у Фаренгейта – это сера, у Цельсия – вода. Шкала Кельвина вообще не имела вещества, а строилась расчетным методом на основании законов термодинамики. Все шкалы – предшественницы имели узкий диапазон температур. В настоящее время действует международная температурная шкала МТШ-90, состоящая из 17 реперных точек различных газов, воды и твердых химически чистых веществ и диапазоном от 0, 8К до +1062С. За единицу температуры принят Кельвин, допускается градус Цельсия.

Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетической энергии поступательного движения молекул. Отсюда температурой называют условную статистическую величину, прямо пропорциональную средней кинетической энергии молекул тела.

Все предлагаемые температурные шкалы строились (за редким исключением) одинаковым путем: двум (по меньшей мере) постоянным точкам присваивались определенные числовые значения и предполагалось, что видимое термометрическое свойство используемого в термометре вещества линейно связанно с температурой t:

где k – коэффициент пропорциональности; E – термометрическое свойство;

D – постоянная.

Принимая для двух постоянных точек определенные значения температур, можно вычислить постоянные k, D и на этой основе построить температурную шкалу. При изменении температуры коэффициент k меняется, причем различно для разных термометрических веществ. Поэтому термометры, построенные на базе различных термометрических веществ с равномерной градусной шкалой, давали при температурах, отличающихся от температур постоянных точек, различные показания. Последние становились особенно заметными при высоких (много больших температуры кипения воды) и очень низких температурах.

Термодинамическая шкала тождественна шкале идеального газа, построенной на зависимости давления идеального газа от температуры.

Законы изменения давления от температуры для реальных газов отклоняются от идеальных, но поправки на отклонения реальных газов невелики и могут быть установлены с высокой степенью точности. Поэтому, наблюдая за расширением реальных газов и вводя поправки, можно оценить температуру по термодинамической шкале.

В начале XX века широко применялись шкалы Цельсия и Реомюра. а в научных работах – также шкалы Кельвина.. Пересчеты с одной шкалы на другую создавали большие трудности и приводили к ряду недоразумений.

В шкале Цельсия за начало отсчета принята температура таяния льда, а в качестве основного интервала (опорной точки) – температура кипения воды.

Одна сотая часть этого интервала является единицей температуры (градус Цельсия). В температурной шкале Фаренгейта за начало отсчета принята температура таяния смеси льда и нашатырного спирта (либо поваренной соли), а в качестве опорной точки взята нормальная температура тела здорового человека. За единицу температуры (градус Фаренгейта) принята одна девяносто шестая часть основного интервала. По этой шкале температура таяния льда равна + 32°F, а температура кипения воды + 212°F.

Таким образом, если по шкале Цельсия разность между температурой кипения воды и таяния льда составляет 100°С, то по Фаренгейту она равна 180°F. На этом примере мы видим роль принятой шкалы как в количественном значении измеряемой величины, так и в аспекте обеспечения единства измерений. В данном случае требуется находить отношение размеров единиц, чтобы можно было сравнить результаты измерений, т.е. t°F /tC. Поэтому в 1933 году было принято решение о введении Международной температурной шкалы (МТШ). Опыт применения МТШ показал необходимость внесения в нее ряда уточнений и дополнений, чтобы по возможности максимально приблизить ее к термодинамической шкале.

Поэтому МТШ была пересмотрена и приведена в соответствие с состоянием знаний того времени. В 1960 году было утверждено новое "Положение о международной практической температурной шкале 1948 года. Редакция 1960 г.". В настоящее время действует температурная шкала МТШ-90, которая имеет 17 реперных точек, единицей температуры принят Кельвин (К), допускается градус Цельсия (°С) [2].

Один Кельвин равен 1/273,16 температуры тройной точки воды:

1К = 1/273,16 Ттт н2о По принципу действия средства измерения температуры можно разбить на пять групп (рис. 2): термометры расширения, манометрические термометры, термопреобразователи сопротивления, термоэлектрические преобразователи, оптические термометры ( пирометры).

Термометры расширения по устройству делятся на термометры линейного расширения (биметаллические и дилатометрические) и термометры жидкостные стеклянные объемного расширения. Принцип действия их основан на зависимости линейного (уравнение 2-1) или объемного расширения (уравнение 2-2) от температуры. Уравнения НСХ термомометров:

где l0 - начальная длина ЧЭ; V0 - начальный объём термометрической жидкости;, - коэффициенты линейного расширения ЧЭ и объемного расширения жидкости соответственно.

Расширения Термоэлектрические термометры Жидкостные термометры могут быть заполнены ртутью, спиртом метиловым, пентаном и выпускаются таких конструкций, как палочные, со вложенной шкалой, угловые, контактные и имеют рабочий диапазон от (- до +800)С (табл.1). Основной недостаток – хрупкость, отсутствие возможности непрерывной передачи показаний на расстояние. Поверка жидкостных термометров выполняется методом сличения показаний с применением различных термостатов [3].

Термокомпенсаторы линейного расширения из-за низкой точности применяются как термореле в бытовых приборах (утюг, холодильник).

Таблица 1. Жидкостные термометры №пп Наименование жидкости Диапазон измерений Манометрические термометры подразделяются в зависимости от заполнения на газовые (азот, водород, гелий), жидкостные (ксилол, толулол, жидкость ПМС) и парожидкостные (фреон, ацетон). Принцип действия их основан на зависимости давления в замкнутом объеме от температуры (уравнение 2-3, закон Шарля):

где P0 – начальное давление газа в системе при изготовлении термометра;

- коэффициенты объемного расширения газа– заполнителя; t = t – t разность между измеряемой температурой и начальной (обычно t0 =20°С.

Для жидкостных манометрических термометров справедливо уравнение 2-4:

где, – температурные коэффициенты расширения материала термобаллона и термометрической жидкости.

Конструкция этих термометров состоит их термобаллона – цилиндра из нержавеющей сталь с длиной 70...200 мм, капилляра и манометрической трубчатой пружины ( трубки Бурдона) [4].

Лекция 3. Термометры сопротивления Принцип действия, типы, уравнения НСХ, классы допуска, схемы включения, Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом. Измерительные приборы для термометров сопротивления. Мосты сопротивлений неуравновешенные и уравновешенные. Уравнение равновесия. Автоматический уравновешенный мост.

3-х проводная схема включения датчика.

Термопреобразователь сопротивления( ТС) – средство измерения температуры, состоящее из одного или нескольких термочувствительных элементов сопротивления и внутренних соединительных проводов, помещенных в герметичный защитный корпус, внешних клемм или выводов, предназначенных для подключения к измерительному прибору.

Принцип действия ТС основан на зависимости электрического сопротивления чистых металлов и полупроводников от температуры (на увеличении сопротивления R с повышением температуры Т у металлов и обратная зависимость R от Т у полупроводников).

ТС отличаются друг от друга своей номинальной статической характеристикой. НСХ – это зависимость сопротивления ТС от температуры:

Rt = f(t). Типы ТС идентифицируются по сопротивлению при 0С (таб.2):

Таблица 2. Типы термометров сопротивления Классы допуска ТС в зависимости от величины доускаемого отклонения R R100 имеют следующие обозначения: АА, А, B, C.

Методика повеки ТС претерпела изменения в 2009 году: косвенный метод определения Rt при двух реперных точках заменен методом сличения показаний с показаниями ЭТ класса АА при нескольких температурах, измеряемых в одном термостате [2].

Таблица 3.- Метрологические характеристики ТС никовые ТС Таблица 4. НСХ термометра сопротивления медного ТСМ 50 М Измерительный мост (мост Вестона) представляет собой электрическую цепь, состоящую из четырех плеч (резисторов), диагонали питания а - b (рис.1). В измерительной диагонали моста с-d включен измерительный прибор с сопротивлением Rг (нуль-гальванометр).

Мост Вестона обладает свойством равновесия: если равны произведения сопротивлений противоположных плеч, то мост находится в равновесии и ток в измерительной диагонали отсутствует (уравнение 3-1).

Рис. 3. Принципиальная схема неуравновешенного моста Мосты делятся на неуравновешенные (когда три плеча постоянные сопротивления, а одно переменное) и уравновешенные (два плеча постоянные, два – переменные).

Неуравновешенный мост в момент измерения находится в состоянии разбаланса (неуравновешен). Неизвестное сопротивление датчика температуры R4 (рис.1) определяется по величине тока в измерительной диагонали cd:

I= U[R1 R3 – R2 R4 / Rг(R1+ R2)+ R1 R2(R3+ R4)+ R3 R4(R1 +R2)] (3-2);

Исходя из уравнения 1-2 условием точного измерения для неуравновешенного моста будет постоянство напряжения питания схемы U:

Поэтому неуравновешенные мосты (в цифровых приборах ) должны запитываться стабилизированным напряжением постоянного тока для того, чтобы выходной ток зависел только от сопротивления датчика R4:

Уравновешенный мост ( рис.4) в момент измерения должен быть всегда уравновешен с помощью второго переменного сопротивления R3, реохордом (калиброанное проволочное сопротивление с называемом подвижным контактом).

Рис.4. Принципиальная схема уравновешенного моста Уравнение измерения уравновешенного моста получают решением уравнения равновесия (1-1) относительно неизвестного сопротивления (датчик) R4:

В уравнении 3-5 напряжение питания отсутствует, значит оно не влияет на показания прибора. Поэтому питание измерительной схемы в уравновешенных мостах выполняется переменным пониженным напряжением промышленной частоты (6,3 В), что являлось достоинством этих приборов. Мостовые измерительные схемы применяются для измерения температуры в комплекте с термометром сопротивления, включенным в одно из плеч моста.

Автоматический уравновешенный мост (рис.3) осуществляет автоматическое уравновешивание путем изменения сопротивления плеч.

Если потенциалы диагонали cd не равны, то сигнал с измерительной диагонали поступает на электронный усилитель (ЭУ). Выходной сигнал ЭУ приводит в движение реверсивный двигатель (РД), который перемещает движок реохорда RP до тех пор, пока не наступит новое равновесие моста.

Сопротивление RP рассчитано таким образом, что при измерении температуры от минимального значения до максимального движок реохорда перемещается от одного крайнего положения до другого. Параметр m определяет положение движка в долях от RP.

RЛ RЛ RЛ

Автоматический уравновешенный мост с трехпроводной схемой включения ТС Трёхпроводная схема включения датчика позволяет исключить температурную погрешность, т.к. сопротивления подводящих проводов ( Rл ) окажутся как в правой, так и в левой частях уравнения равновесия.

Уравнение шкалы автоматического уравновешенного моста имеет вид:

m = Rt[R2/RP(R2+R3)];

Основным недостатком приведенной схемы, является низкая точность на границах диапазона, невозможность измерения малых сопротивлений, громоздкость, наличие механических узлов. Классы точности приборов – 0,25 и 0,5.

Расчет измерительной схемы автоматического уравновешенного моста рассмотрим на конкретном примере:

Исходные данные:

НСХ термометра сопротивления 50М;

Диапазон измерений: tн 500 С, tк 1800 C показаний прибора;

Относительное сопротивление термометра = 100 1.426 0.001;

Цель расчета: определить значения сопротивлений измерительной схемы.

Порядок расчета:

1) Наибольшую чувствительность обеспечивает попарно равноплечий мост у которого R2=R3 и R1Rт, причем сопротивления R2 и R3 задаются в пределах 100-400 Ом. Наиболее часто принимают значение 300 Ом.

R2 R3 300 Ом ;

2) Эквивалентное сопротивление Rэ реохорда с шунтирующим сопротивлением Rш принимают равным 90 Ом.

3) Сопротивление резистора Rн принимают обычно равным 4.5 Ом.

Исходя из условия равновесия измерительной схемы сопротивление плеча моста R1 определяют по формуле:

где Из условия равновесия измерительной схемы моста соответственно для левого и правого крайних положений движка:

Rт.к. 0.5Rл Rн R2 R1 0.5Rл R3 Rп ;

Rт.н. 0.5Rл Rн Rп R2 R1 0.5Rл R3 ;

Решая данную систему относительно Rп получим:

Величину сопротивления резистора Rк, определяющего верхний предел измерений, определяют по формуле:

Максимальное значение тока Imax, протекающего через ТС, принимается равным 0.007 А. Величину балластного сопротивления рассчитывают по формуле:

где U – напряжение питания измерительной схемы моста, равное 6.3 В.

Лекция 4. Термоэлектрические преобразователи температуры Принцип действия, уравнение НСХ, причины температурной погрешности и методы её компенсации, типы стандартных термопар, дифференциальная, поверхностная термопары, батарея термопар. Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом.

Термоэлектрические преобразователи температуры (термопары) – это контактные датчики температуры, состоящие из двух металлических проводников, сваренных одним концом (рис.1). Сварной конец называется рабочим (горячим, измерительным) концом термопары, противоположные концы – свободными (холодными, соединительными) концами.

Принцип действия термопары основан на явлении термоэффекта Зеебека и Пелтье [ 23]. НСХ термопары – это зависимость термоЭДС термопары от температуры измерительного и соединительного концов она равна разности термоЭДС, взятых для температуры термо0пары, измерительного (t) и соединительного (t0 ) концов:

Таблица 5.-Типы стандартных термопар Материал термоэлектродов ТЭП платина платина платина- родий(6%) Типы термопар определяются материалом изготовления, НСХ и другими метрологическими характеристиками. В настоящее время выпускается типов стандартных термопар (таб.6).

Номинальные статические характеристики в табличной форме, рассчитанные для значения температуры свободных концов t 0 = 0 C представлены таблицей 6.

Таблица 6. НСХ для стандартных термопар 500 4,471 4,233 1,242 27,393 --- 37,005 20,644 16,748 7,908 7,998 7,827 40,299 --- 600 5,583 5,239 1,792 33,102 --- 45,093 24,905 20,613 9,606 9,707 9,506 49,108 --- 700 6,743 6,275 2,431 39,132 --- 53,112 29,129 24,527 11,284 11,398 11,168 57,859 --- 800 7,950 7,345 3,154 45,494 --- 61,017 33,275 28,455 12,934 13,064 12,805 66,466 -- 900 9,205 8,449 3,957 51,877 --- 68,787 37,326 32,371 14,550 14,696 14,411 --- --- 1000 10,506 9,587 4,834 57,953 --- 76,373 41,276 36,256 16,128 16,289 15,980 --- --- 1100 11,850 10,757 5,780 63,792 --- --- 45,199 40,087 17,662 17,835 17,505 --- --- 1200 13,228 11,951 6,786 69,553 --- --- 48,838 43,846 19,150 19,330 18,981 --- --- 1300 14,629 13,159 7,848 --- --- --- 52,410 47,513 20,589 20,774 20,407 --- --- Как видно из таблицы, диапазон температур, измеряемых термопарами, лежит в пределах от – 200 до + 2500 градусов Цельсия. В основном термопары применяют в зоне высоких температур.

Конструктивно термопары могут изготавливаться одинарными, многозонными, поверхностными, дифференциальными (две термопары, включенные встречно), в виде батареи ( несколько термопар, включенных последовательно). ТермоЭДС батареи термопар равна сумме термоЭДС, для дифференциальной термопары – она равна разности. Измерение термоэДС термопар может выполняться компенсационным методом (косвенное измерение), цифровым вольтметром (прямое измерение) или миллиамперметром после нормирующего преобразователя, преобразующего милливольтовый сигнал термопары в токовый сигнал.

Лекция 5. Компенсационный метод измерения термоЭДС.

Потенциометры. Расчет измерительной схемы потенциометра. Поверка, основные метрологические характеристики. Нормирующие преобразователи для ТС и ТЭП.

Принципиальные схемы, назначение.

Электронные потенциометры предназначены для непрерывного измерения электродвижущей силы постоянного тока. При измерении температуры на вход потенциометра подключается термоэлектрический преобразователь-термопара.

Принцип действия потенциометра основан на компенсационном (нулевом) методе измерения: измеряемая термо-ЭДС компенсируется падением напряжения рабочего тока на реохорде от дополнительного источника.

Основное преимущество компенсационного метода заключается в том, что значение термо-ЭДС не зависит от сопротивления цепи термоэлектрического термометра. Уравнение измерения (компенсации): в момент компенсации произведение рабочего тока на сопротивление реохорда должно равняться термо-ЭДС.

При условии постоянства рабочего тока I измеряемая термо-эДС определится по значению сопротивления реохорда Rрх Термо-ЭДС термоэлектрического термометра ЕТ компенсируется падением напряжения на участке б-е автоматически. Если Uбе не равно ЕТ, то на вход электронного блока ЭБ подается разность сигналов U =Uбе - ЕТ, которая усиливается. Далее сигнал поступает на реверсивный двигатель, который перемещает движок реохорда RP таким образом, что U начинает уменьшаться и становится равным нулю, после чего выходной сигнал ЭБ не будет вызывать движения реверсивного двигателя и движок реохорда остановится. Вместе с перемещением движка реохорда по шкале прибора одновременно перемещается стрелка, отмечая показания измеряемой температуры. Источник питания стабилизированный ИПС используется для стабилизации рабочего тока.

Рис. 7. Принципиальная схема автоматического потенциометра.

Для автоматического введения поправки на температуру холодного спая термоэлектрического термометра в схеме потенциометра имеется медный резистор (RM), который расположен рядом с холодным спаем термопары и имеет ту же температуру, что и он. Из схемы видно, что медный резистор и измерительный реохорд включены в разные контуры с различными по направлению и значению рабочими токами (I1=3 mA; I2= mA). Это сделано для того, чтобы ввести и поправку в показания на температуру холодного спая и уравновесить термо-ЭДС.

Лекция 6. Цифровые приборы для измерения температуры.

Принцип действия, блок-схема, особенности преобразования сигнала, метрологические Цифровые СИ (ЦСИ) – это измерительные приборы или измерительные устройства, предусматривающие либо цифровой отсчет показаний, либо цифровое преобразование измерительной информации:

ЦИУ (ЦИП) - цифровые измерительные устройства (приборы); ИВК – информационные вычислительные комплексы; АЦП – аналого-цифровые измерительные преобразователи; ЦАИ – цифроаналоговые измерительные преобразователи. Для большинства ЦСИ характерно линейное преобразование измеряемой величины, т.е. показание ЦСИ пропорционально числовому значению измеряемой величины или ее отклонению от заданного (например) значения. Различают однопредельные, многопредельные и комбинированные ЦСИ для прямых, косвенных или совокупных измерений.

Обобщенная структурная схема ЦСИ (рис. 8) включает аналоговый преобразователь (АП) входной величины, квантователь (КВ), преобразователь (ПК) и отсчетное устройство (ОУ).

Для упрощения на схеме рис. 1 не показаны блоки синхронизации, управления, памяти и другие блоки и устройства для обеспечения заданного качества работы ЦСИ. Отметим лишь, что квантователь осуществляет квантование входного аналогового сигнала по уровню (или по времени). В общем случае ЦСИ производит над измеряемой величиной три операции.

квантование по уровню, дискретизацию времени и кодирование.

Дискретизация по времени заключается в том, что измерение производится периодически (дискретно) в моменты времени, задаваемые, например, генератором цикла. Интервал времени от момента подачи входного сигнала до момента получения кодов называется временем цикла.

Принцип действия ЦСИ определяется принципом действия его квантователя: время-импульсное ЦСИ имеет квантователь интервала времени; частотно-импульсное ЦСИ имеет квантователь частоты; кодоимпульсное (или поразрядного уравновешивателя) ЦСИ содержит квантователь постоянного тока или напряжения. Встречаются и комбинации квантователей.

В общем случае показание отсчетного устройства ЦСИ где q – шаг (квант, ступень) квантования в единицах измеряемой величины.

Константа q – важнейшая метрологическая характеристика ЦСИ, устанавливающая связь между измеряемой величиной х и выходным кодом и определяющая чувствительность ЦСИ (S=1/q). Величину q называют номинальной ценой единицы наименьшего (младшего) разряда кода (ЕМР).

где k=1, 2 или 5; т – любое целое число (положительное или отрицательное) или нуль.

В любом ЦСИ СИ предусмотрено определенное количество десятичных разрядов, каждый из которых реализует возможные состояния входного сигнала, соответствующие цифрам от 0 до 9. Тогда максимальное число Nmax которое может индицироваться на ОУ, при трех разрядах составляет 999, при четырех – 9999 и т. д. По аналогии со стрелочными СИ число Nmax называют длиной цифровой шкалы.

Количество квантов Nq совпадает с Nmax при k=l. В общем случае Nq=Nmax/k и число Nq называют разрешающей способностью ЦСИ, которую обозначают в виде отношения, например, 1:999.

Величина Nmax определяется разрядностью ЦСИ и при полном использовании старшего разряда где с – основание системы счисления; n – число разрядов. Например, при c = 10 и n=4 Nmax = 10000 – 1=9999.

При заданной верхней границе хmax диапазона измерений При анализе погрешностей измерения ЦСИ рассматривают два режима статический и динамический.

Погрешность измерения в динамическом режиме зависит не только от свойств ЦСИ, но и от свойств измеряемого сигнала, к примеру частотного спектра изменений xвх, подаваемого на ЦСИ. Поэтому для описания влияния динамических свойств ЦСИ на погрешность измерения в динамическом режиме понятие динамической погрешности не используют, а рассматривают только динамические характеристики самого ЦСИ, в частности, его переходную характеристику.

Основная метрологическая характеристика линейного ЦСИ – номинальная функция преобразования где kS = const – номинальный коэффициент преобразования. Почти все ЦСИ выполняют так, что kS = 1.

помехозащищенности, представлении измерительной информации в цифровой форме.

Классификация. Уравнения измерения. Устройство. Принцип действия.

Достоинства и недостатки. Методы поверки Оптические пирометры – это бесконтактные СИ температуры. По принципу действия их можно разделить на:

- пирометры полного излучения (радиационные);

- пирометры частичного излучения ( монохроматические);

- пирометры спектральных отношений (цветовые);

- пирометры инфракрасного излучения (ИК-пирометры).

Нагретым телом выделяется лучистая энергия в виде электромагнитных волн различной длины: при низких температурах тела (до 500oС) это инфракрасное излучение, при более высоких температурах – красное, темно-красное и белое излучение, возрастает спектральная энергетическая яркость (СЭЯ).

Диапазон измерения оптических пирометров очень широкий, до 10 000 гр. Цельсия. Устройство пирометров соответствует их принципу действия, но общий элемент для всех типов – это оптическая система, состоящая из линзы объектива, линзы окуляра, светофильтров (рис. 9).

Рис. 9. Принципиальная схема радиационного оптического пирометра 1 – объектив; 2 окуляр; 3 – теплоприемник; 4 – батарея термопар; 5 – Уравнения измерения (НСХ) пирометров соответствуют законам физики оптики:

- для пирометров полного излучения (рис.9) это уравнение СтефанаБольцмана, связывающего интенсивность (яркость) полного излучения (излучения, состоящего из волн всех длин- белый свет) с яркостной температурой тела:

где – постоянная Больцмана.

Достоинства оптических пирометров заключаются в их бесконтактном способе измерения и удовлетворительных метрологических характеристиках. Так, радиационный ИК – термометр Sight фирмы Optris (Германия) в диапазоне от 0 до 100 oС имеет основную допускаемую погрешность ±1 oС.

Недостатком оптических пирометров являются ограничения по температуре окружающего воздуха ( 0..+50)oС и влияние пыли и паров на точность измерения.

Рис. 9-1. Принципиальная схема квазимонохроматического пирометра а) устройство; б) изображение нити температурной лампы на фоне 1- линза объектива; 2 – серый светофильтр, вводится для увеличения диапазона измерения; 3 - окуляр; 4 – красный светофильтр, служит для выделения участка спектра с излучением определенной длины волны (0, 65мкм); 5 – температурная лампа.

В пирометрах частичного излучения (рис.9-1) изменение СЭЯ описывается уравнением Вина, связывающего интенсивность монохроматического излучения (излучения определенной длины волны) с измеряемой температурой тела:

где С1 =2пhс2 ; С2 =Nhc/R - постоянные коэффициенты, физические константы; Е0 – интенсивность излучения абсолютно черного тела; – степень черноты; – длина волны ( красный свет, = 0, 65 нм); Т – измеряемая температура.

Для цветовых пирометров –справедлив закон смещения Вина, утверждающий то, что с увеличением температуры тела максимум излучения смещается в сторону более коротких длин волн:

где b=2896 мкм.

Влияние окружающей среды на показания пирометра (запыленность, наличие паров) исключается, т.к. в уравнении измерения используется зависимость отношение интенсивностей излучения двух определенных длин волн ( синий и красный свет) от температуры тела:

где Тц – цветовая температура реального тела; Т – измеряемая температура.

Основные понятия. Единицы измерения. Классификация приборов и измерительных преобразователей давления (ИПД). Жидкостные приборы давления. Грузопоршневые Давление – это величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности к площади этой поверхности:

Производная единица давления в СИ – Паскаль. 1 Па = 1 н/м2. Кратные Паскалю единицы – килоПаскаль (1кПа = 103 Па) и мегаПаскаль (1МПа = Па). Кроме названных узаконенных единиц давления в быту и на производстве единицы давления устаревших иностранных систем измерения (табл. 8-1).

Различают давление атмосферное ( Рб – барометрическое), избыточное (Ри), вакуумметрическое (Рв или – Ри), абсолютное (Ра) и дифференциальное (Р=Р1-Р2 - перепад давления).

Таблица 8-1. Соотношение единиц давления различных систем измерения Обозначение единиц измерения Междурусское народное В соответствии с диаграммой (рис.10) приборы и ИПД по назначению - барометры ( предназначенные для измерения Рб);

- манометры (для измерения большого избыточного давления Ри);

- вакуумметры ( для измерения разрежения Рв);

- дифманометры ( для измерения разности давлений Ри1 – Ри2);

- манометры абсолютного давления (Ра);

- тягомеры (для измерения небольшого разрежения Рв);

- напоромеры (для измерения небольшого избыточного давления Ри) По принципу действия приборы и измерительные преобразователи давления (ИПД) делятся на три четыре группы:

1. Жидкостные приборы давления;

2. Деформационные ПД и ИПД;

3. Грузопоршневые манометры 4. Электрофизические ИПД уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости, в качестве которой используется ртуть, вода, минеральные масла. Уравнение измерения основано на зависимости высоты столба жидкости (Н) от величины измеряемого давления (Р):

где,g - плотность жидкости и ускорение свободного падения.

Конструктивно жидкостные приборы давления делятся на U – образные, чашечные, с наклонной трубкой [3]. Жидкостные приборы давления – это лабораторные приборы. Для систем автоматизации эти СТИ не пригодны, т.к. нет передачи показаний на расстояние. Их достоинством является высокая точность, простота устройства, возможность измерять микродавления.

Грузопоршневые манометры – это приборы прямого измерения давления. Они состоят из прессовой части и измерительной колонки.

Применяются для поверки пружинных манометров.

Для технологических измерений в промышленных условиях в основном применяются деформационные измерительные преобразователи давления (ИПД).

Лекция 9. Деформационные и электрофизические ИПД и Принцип действия, устройство, методы поверки ИПД Принцип действия преобразователя давления основан на зависимости деформации чувствительного элемента от измеряемого давления и последующего преобразования этой деформации на основе тензоэффекта в полупроводниковом материале в электрический токовый сигнал.

Чувствительный элемент (6) – титановая мембрана; выходной преобразователь- пластина монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами. Тенезорезисторы включены в мостовую измерительную схему.

Измеряемый параметр( давление) по каналу (5) подается в камеру измерительного блока (4), где линейно преобразуется в деформацию металлической мембраны, которая воздействует на чувствительный элемент тензопреобразователя, что, в свою очередь, вызывает изменение электрического сопротивления тензорезисторов, размещенных на поверхности тензопреобразователя и разбалансу мостовой схемы.

Электронное устройство преобразователя (1) преобразует изменение сопротивления в токовый выходной сигнал. Датчик давления состоит из преобразователя давления - измерительного блока (ИБ) и электронного преобразователя (ЭП) и предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивает непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - давления избыточного ДИ, абсолютного ДА, давления - разрежения ДИВ нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал.

Каждый преобразователь имеет регулировку диапазона измерений и может быть настроен на любой верхний предел измерений, указанный для данной модели. Пределы допускаемой основной погрешности преобразователей с нижним предельным значением измеряемого параметра равным нулю, выраженные в процентах от нормирующего значения, указаны в табл. 9. За нормирующее значение принимается верхний предел измерения входного параметра. Предельные значения выходного сигнала 4 и 20 мА постоянного тока. Зависимость между выходным сигналом и измеряемым параметром определяется выражением:

где: Ip - расчетное значение выходного сигнала, соответствующее измеряемому давлению Р;

Imax - наибольшее предельное значение выходного сигнала, мА;

Imin - наименьшее предельное значение выходного сигнала, мА;

Р - значение измеряемого давления или перепада давления в тех же единицах, что и Pmax;

Pmax - верхний предел измерений измеряемого избыточного давления.

Конструктивно ИПД состоит из силовой части и электронного блока (рис.9-1). Преобразователи устойчивы к воздействию относительной влажности окружающего воздуха (95±3) % при плюс 35°С и более низких температурах без конденсации влаги. Электрическое питание преобразователей осуществляется от блока БПС-24 (ТУ 25 - 02.720462 - 85).

Допускается осуществлять питание преобразователей от источника питания постоянного тока напряжением в диапазоне от 15 до 42 В.

Таблица 8. Метрологические характеристики на ИПД Метран – 55 ДИ Наименование Модель Выходной Верхний предел Предел избыточного давления Метран – Рис. 9. Устройство измерительного преобразователя давления 1-электронный блок; 2- гермовыводы; 3 – монокристалл сапфира, покрытый кремниевой пленкой тензопреобразователя; 4-канал; 5 – фланец; 6 -титановая мембрана (ЧЭ); 7-измерительная камера; 8прокладка; 9-основание; 10 –корпус..

Поверка ИПД выполняется через МПИ 2 года методом сличения показаний с помощью калибратора давления (рис.9-2) или косвенным измерением с применением эталонного потенциометра или цифрового вольтметра (рис. 10).

Основную приведенную погрешность в % от нормирующего значения вычисляют с точностью до второго знака по формуле:

Вариацию В выходного сигнала определяют как разность между значениями выходного сигнала (или средним арифметическим), соответствующими одному и тому же значению измеряемого параметра, полученными при прямом и обратном ходе.

1 – образцовый грузопоршневой манометр МП – 6; 2 – буферная емкость; 3 – преобразователь давления Метран - 55; 4 – блок питания БПС – 24;

Вариацию выходного сигнала в % В вычисляют:

где U’ и U – действительные значения выходного сигнала при прямом и обратном ходе на одной и той же точке, mB.

Основная погрешность не должна превышать при первичной поверке 0,8g, при периодической поверке - g, где g – предел допускаемой основной погрешности преобразователя, взятый по ГОСТ 22250 – 85 и ТУ 25 – 02 (08919030) технического описания.

При положительных результатах поверки, т.е. при max g в паспорте (или документе его заменяющем) производится запись «ГОДЕН» с указанием даты и удостоверяют запись поверительным клеймом.

При отрицательных результатах поверки (невыполнение хотя бы одного требования МИ) преобразователь не допускается к выпуску из производства или ремонта, а находящийся уже в эксплуатации – изымается из применения.

Поверительное клеймо гасится, в паспорте делается запись о непригодности.

Назначение, классификация по принципу действия. Контактные и бесконтактные уровнемеры. Принцип действия, устройство, метрологические характеристики.

В современных технологиях нефтепереработки средства измерения уровня необходимы для предотвращения переливов аппаратов, а также для правильного дозирования компонентов в соответствии с уравнениями материальных балансов. По принципу действия уровнемеры можно разбить на две категории и семь групп ( табл. 10-1).

Таблица 8. Классификация уровнемеров Принцип действия гидростатических уровнемеров основан на зависимости гидростатического давления столба жидкости от уровня по уравнению:

где - плотность измеряемой среды, g - ускорение свободного падения в данной местности, L – измеряемая величина (уровень в мм или % ).

Основным измерителем в схеме гидростатического уровнемера является ИПД или дифманометр (рис.11).

Гидростатический пьезометрический ( барботажный) уровнемер содержит кроме манометра пьезотрубку, помещенную в аппарат, через которую непрерывно продувается воздух или азот. При минимальном уровне воздух легко барботирует и на манометр поступает минимальное давление.

При увеличении уровня барботаж затрудняется и часть воздуха отводится на маномнетр, давление в котором растет. Баарботажные уровнемеры применяются только для аппаратов открытого типа (под атмосферным давлением). Датчики гидростатического давления (уровня) Метран-100-ДГ и датчики разности давлений Метран-100-ДД, используемые для измерения уровня, измеряют гидростатическое давление столба жидкости и обеспечивают непрерывное преобразование значения этого давления в унифицированный токовый сигнал и/или цифровой сигнал по HARTпротоколу.

Принцип действия электрических уровнемеров основан на зависимости электрических параметров схемы (сопротивления, емкости, индуктивности или диэлектрической проницаемости) от уровня среды. Принцип действия прибора САУ-М6 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 (рис.12).

Рис.12. Принципиальная схема контактного кондуктометрического Соприкосновение жидкости с соответствующими электродами датчика уровня ведет к появлению электрических сигналов на входе прибора САУМ6, где они обрабатываются по заданному алгоритму и формируют команды управления исполнительными электромагнитными реле.

Измеритель двухканальный ОВЕН ТРМ 200 (рис.13).

Рис.13. Блок-схема цифрового показывающего прибора уровня Бесконтактные радарные, акустические и ультразвуковые уровнемеры не контактируют с измеряемой средой, а с помощью электромагнитного излучения определенной длины волны зондируют измеряемое пространство. Принцип действия их основан на зависимости времени похождения сигнала до границы раздела фаз от уровня [ 1,3].

Расход объемный и массовый. Уравнения и единицы измерения. Классификация расходомеров по принципу действия. Область применения. Расходомеры переменного Технологические измерения, информационное обеспечение в любом технологическом процессе являются необходимой предпосылкой и обязательной составной частью системы автоматизированного или автоматического управления этим процессом. Чтобы эффективно управлять технологическим процессом, получать продукцию с минимальными затратами и высокого качества, необходимо иметь своевременную достоверную информацию о процессе. Одним из информативных технологических параметров является расход и количество сырья или продукта. В процессе производства и потребления измерение этих параметров необходимо как для контроля экономических показателей, так и для управления самими процессами.

Современные средства измерения расхода и количества жидкостей и газов разнообразны по принципу действия, метрологическим характеристикам, условиям эксплуатации и методам поверки. Знание особенностей каждого типа расходомеров, его достоинств и недостатков позволят обеспечить единство измерений и избежать потерь из-за неточных измерений и низкой метрологической надёжности средств измерений.

Следует также различать при выборе того или иного расходомера его стоимость приобретения (покупки) и стоимость владения, куда входят затраты на обслуживание и ремонты, демонтаж и монтаж и поверку. Так, являясь самым дешевым дроссельный расходомер (с диафрагмой) требует ежегодной поверки, демонтажа, монтажа и расчета СУ.

Расход – это объем или масса вещества, проходящие в единицу времени через поперечное сечение трубопровода Различают расход объемный (go) и массовый (gm):

Количество вещества выражают в единицах объема или массы за длительный промежуток времени.

Количество жидкости с равной степенью точности можно измерять объемным и массовым методами, так как плотность жидкости при определенной температуре является величиной постоянной для данной жидкости. При переходе от объемных единиц к массовым необходимо учитывать температуру измеряемой жидкости, так как плотность веществ зависит от температуры.

Зависимость плотности жидкости от температуры приближенно выражается формулой где 20 — плотность жидкости при температуре 20°С; — температурный коэффициент объемного расширения жидкости, 1/°С; t — температура жидкости, °С.

Значения плотности воды и других жидкостей в зависимости от температуры приведены в справочной литературе [ 1 ].

Массовый расход измеряют в килограммах в секунду (кратные единицы – кг/час), а объемный — в кубических метрах на секунду ( кратные единицы – м3 /час). Средства измерения (СИ) расхода называются расходомерами.

Количество газа измеряют исключительно объемным методом. Для получения сравнимых результатов измерений необходимо объем газа привести к следующим нормальным условиям:

- температура 20 °С (293, 15 К), - давление 101 325 Па (760 мм рт. ст.), - относительная влажность = 80%.

Для пересчета объема сухого газа к объему Vн в указанных условиях используют формулу 1-4.

где р — абсолютное давление газа в рабочем состоянии; p н - давление газа при нормальных условиях; T - абсолютная температура газа в рабочем состоянии, К; Tн = 293,15 К — абсолютная температура, соответствующая состоянию газа при нормальных условиях; К — коэффициент, учитывающий отклонение реального газа от идеального, т. е. коэффициент сжимаемости газа (при давлении меньше 0,49 МПа и температуре ниже 50 °С K практически равен единице для всех газов). При переходе от объемных единиц к массовым необходимо привести к нормальным условиям плотность газа. Плотность газовой смеси при нормальных условиях определяют, исходя из ее состава, по формуле где v1, v 2,...., v n -— объемное содержание компонентов в газовой смеси, %;

н1, н 2,...., нn —плотность отдельных компонентов, входящих в газовую смесь, при нормальных условиях.

Коэффициент сжимаемости К равен отношению плотности н, подсчитанной по законам идеального газа, к действительной плотности газа в рабочем состоянии при данных р и Т. Для газовых смесей коэффициент сжимаемости К см определяют по экспериментальным данным или рассчитывают по формуле 11-6:

где K1, K 2,..., K n — коэффициенты сжимаемости отдельных компонентов, входящих в газовую смесь.

При отсутствии экспериментальных данных по сжимаемости какого-либо газа коэффициент К приближенно определяют на основании закона соответственных состояний.

На плотность газа заметно влияет влагосодержание. Плотность влажного газа в рабочем состоянии определяют по формуле:

где вг — плотность влажного газа при давлении р и температуре Т; сг — плотность сухого газа во влажном газе при температуре Т и нормальном давлении сухого газа, равном p p вп ; вп — плотность пара в газе при его парциальном давлении, равном р вп ; — относительная влажность, т. е.

отношение массы водяного пара в 1 м3 влажного газа к максимально возможной его массе при тех же температуре и давлении; нп — плотность насыщенного водяного пара при температуре t; вп — давление насыщенного водяного пара при температуре t.

Остальные обозначения соответствуют принятым выше. Значения параметров, входящих в приведенные формулы, берут из соответствующей справочной литературы.

Для твердых сыпучих тел пользуются понятием насыпной или объемной массы. Насыпная масса твердого сыпучего материала не имеет для данного вещества постоянного значения; она зависит от гранулометрического состава сыпучего материала, т. е. от размеров частиц и количественного содержания частиц различных размеров в общей массе сыпучего материала. В связи с этим для получения более точных результатов количество сыпучего материала определяют взвешиванием. Измерители количества твердых и сыпучих материалов (весы) в учебнике не рассматриваем.

Средства измерения количества вещества, называют счетчиками. Счетчики измеряют протекающий через них объем вещества за любой промежуток времени: сутки, месяц и т. п. Количество вещества при этом определяют как разность показаний счетчика. Счетчики, как правило, являются приборами прямого измерения, и отсчет по их шкале дает измеряемую величину без дополнительных вычислений. Подвижные элементы счетчика соединяются со счетным механизмом.

По принципу действия и методу измерения расхода расходомеры можно разделить на несколько групп (рис.16):

1. Расходомеры переменного перепада давления – измеряющие расход по перепаду давления в местах сужения потока измеряемой среды.

2. Расходомеры переменного перепада давления с осредняющей напорной трубкой (AnnuBar).

3. Расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры), мерой расхода в которых является высота положения поплавка-ротора;

4. Электромагнитные (индукционные) расходомеры, измеряющие расход по ЭДС, индуктируемой в потоке электропроводной жидкости, пересекающей магнитные поля.

5. Ультразвуковые расходомеры - измеряющие расход по смещению ультразвуковых колебаний движущейся средой.

6. Вихревые и вихреакустические расходомеры, основанные на явлении образования вихрей позади тела обтекания, помещенного в трубопровод.

7. Кориолисовые расходомеры (массомеры), измерение в которых основано на зависимости сил Кориолиса от величины массового расхода. Силы Кориолиса вызывают сдвиг фаз между сигналами детекторов, расположенных на входе и выходе расходомерной трубки.

8. Расходомеры переменного уровня, измеряющие расход в безнапорных трубопроводах по изменению уровня в мерных камерах.

9. Тепловые – измеряющие расход на основе зависимости процесса теплообмена от скорости потока среды.

10. Корреляционные расходомеры основаны на зависимости времени транспортного запаздывания прохождения турбулентных флуктуаций потока расстояния между двумя парами ультразвуковых преобразователей от объемного расхода.

11. Скоростные (тахометрические) расходомеры основаны на зависимости скорости вращения чувствительного элемента ( турбинки, шарика) от расхода среды.

12. Струйные ( автогенераторные) расходомеры основаны на зависимости частоты автоколебаний струйного генератора от величины объемного Расходомеры переменного перепада давления Принцип действия основан на зависимости разности давлений до и после сужающего устройства (СУ) от объёмного расхода gо измерение расхода по этому методу основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через местное сужение в трубопроводе. Сужающее устройство (диафрагма) (рис.15) представляет собой тонкий стальной диск, установленный в трубопроводе так, чтобы отверстие в диске было концентрично сечению трубопровода. Сужение потока начинается до диафрагмы; затем на некотором расстоянии за ней благодаря действию сил инерции поток сужается до минимального сечения (диаметр d 2 ), а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней образуются зоны с вихревым движением, причем зона вихрей за диафрагмой больше, чем перед ней.

Давление потока около стенки трубопровода несколько возрастает из-за подпора перед диафрагмой и снижается до минимума за диафрагмой в наиболее узком сечении поток. Далее, по мере расширения струи, давление потока около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения.

Потеря части давления p п определяется главным образом потерей энергии на трение и завихрения.

II – сечение потока в месте наибольшего сужения потока; III, IY – L – длина трубопровода; Р1 – давление в трубопроводе до СУ (сечение III); Р2 - давление после СУ (сечение IY); Р2 /' – давление в наибольшем сужении потока, минимальное давление (сечение II); Рп - потери напора на трение и завихрения потока.

Изменение давления потока по оси трубопровода практически совпадает с изменением давления около его стенки, за исключением участка перед диафрагмой и непосредственно в ней, где. давление потока по оси трубы снижается (штриховая линия). Разность давлений p1' p 2 является перепадом давления, зависящим от расхода протекающей через трубопровод среды.

Характер потока и распределение давления одинаковые во всех типах сужающих устройств. Так как струя, протекающая через сопло, почти не В состав измерительного комплекса (ИК) расходомера входят [2]:

- линейный участок трубопровода – измерительный трубопровод (ИТ);

- сужающее устройство того или иного типа (СУ);

- дифманометр (обычно – деформационный с выходным тензометрическим, емкостным или пьезометрическим преобразователем);

- импульсные трубки, соединяющие отверстие для отбора импульса давления до СУ и после него.

Отверстие для отбора давления - круглое отверстие в стенке измерительного трубопровода (далее - ИТ) или корпуса камеры СУ, служащее для передачи давления к средству измерений. Отверстие для отбора давления располагают на входе СУ (далее - перед СУ) и на выходе СУ (далее - за СУ).

Давление среды в ИТ - давление, измеренное в месте расположения отверстия для отбора давления перед СУ.

Перепад давления на СУ - разность между статическими давлениями среды, измеренными через отверстия для отбора давления перед и за СУ, если они расположены на одной высоте. Если отверстия для отбора давления расположены на разных высотах, то учитывают и статическое давление, обусловленное разностью высот расположения этих отверстий.

Отверстие или горловина СУ - круглое отверстие в СУ, имеющее минимальное поперечное сечение, соосное ИТ.

Метод переменного перепада давлений является наиболее старым ( 30-е годы прошлого столетия) методом измерения расхода жидкости, пара и газа. отрывается от его профилированной части, потери на завихрения возникают в основном за соплом, поэтому остаточная потеря давления p п в сопле меньше, чем в диафрагме. Еще меньше потери давления р п в сопле Вентури, профиль которого близок к сечению потока, проходящего через сужение. Из трех типов сужающих устройств наиболее часто применяют диафрагму.

При измерении расхода по методу переменного перепада давлений протекающее вещество должно полностью заполнять все сечение трубопровода и сужающего устройства; поток в трубопроводе должен быть практически установившимся; фазовое состояние веществ, не должно изменяться при прохождении их через сужающее устройство (жидкость не должна испаряться, пар должен оставаться перегретым и т. п.).

Теория и основные уравнения метода переменного, перепада давлений одинаковы для всех видов сужающих устройств; различаются лишь некоторые коэффициенты в уравнениях, определяемые опытным путём.

Вывод уравнения расхода для случая, когда в трубопроводе установлена диафрагма, основан на двух уравнениях:

- уравнении Бернулли (11-9);

- уравнении неразрывности потока (11-10).

При этом принимаются следующие допущения: по трубопроводу протекает несжимаемая жидкость; плотность среды до и после сужения остается неизменной; потери энергии потока на трение и завихрения малы.

Из закона сохранения энергии для стационарного потока следует, что сумма потенциальной и кинетической энергии до и после СУ равны :

( уравнение Бернулли):

Используя в решении этого уравнения условие неразрывности потока несжимаемой среды (массовый или объёмный расход до СУ и после величина постоянная), получим:

где - относительный диаметр сужающего устройства.

Из уравнения 11-11 значение скорости потока v1 подставим в уравнение, получим:

Подстановка полученного выражения в уравнение (11-11) и разрешение его относительно скорости потока ud приводит к теоретическому уравнению массового расхода несжимаемой среды:

где uD - скорость течения потока в ИТ; ud - скорость течения потока в отверстии СУ; p1 - давление на входе в СУ; p2 - давление на выходе из СУ;

- плотность несжимаемой жидкости; Е - коэффициент скорости входа, равный:

РАСХОДОМЕРЫ ЖИДКОСТЕЙ, ГАЗОВ И ПАРА

с сужающим устройством корреляционный p ( p1 p2 ) - перепад давления на СУ.

Действительный массовый расход получается меньше рассчитанного по теоретическому уравнению расхода, что корректируется коэффициентом истечения С и дополнительно коэффициентом расширения для сжимаемых сред. Тогда уравнение расхода принимает вид:

Значения С и определены в результате экспериментальных исследований, проведенных на гидравлически гладких трубопроводах при равномерном распределении скоростей потока по сечению трубопровода и развитом турбулентном режиме течения этого потока.

Значения С стандартизованы и приведены в нормативных документах [2].

Наличие местных гидравлических сопротивлений (трубопроводной арматуры, отводов и т.д.) и применение шероховатых трубопроводов приводит к искажению распределения скорости по их сечению.

Для выравнивания распределения скоростей по сечению ИТ, неравномерность которого обусловлена наличием местных сопротивлений, применяют прямые участки трубопроводов определенной длины.

Влияние шероховатости невозможно исключить подобным конструктивным путем. Поэтому влияние шероховатости ИТ на значение коэффициента истечения корректируют с помощью поправочного коэффициента на шероховатость внутренней поверхности ИТ - Kш.

Влияние на коэффициент истечения притупления входной кромки отверстия диафрагмы, обусловленного ее износом, корректируют с помощью поправочного коэффициента на притупление входной кромки отверстия диафрагмы Kп.

Таким образом, полное уравнение массового расхода с учётом 11-11, примет вид:

где ЕС= a - коэффициент расхода.

Введение коэффициентов, учитывающих влияние шероховатости внутренней поверхности ИТ и степени притупления входной кромки диафрагмы, расширяет область применения СУ. Значение объемного расхода, приведенного к стандартным условиям, может быть определено из уравнения Порядок определения массового расхода сводится к следующей процедуре:

- определяют по уравнению (2-2);

- определяют С;

- определяют коэффициент шероховатости Кш;

- вычисляют массовый расход по уравнению - рассчитывают Re при массовом расходе qm, т.е. по уравнению - определяют - определяют число Рейнольдса по уравнению Физические свойства контролируемой среды могут быть определены путем непосредственных измерений (ГОСТ 8.586.2-2005) или косвенным путем по нормативным документам, утвержденным Госстандартом России (ГОСТ 30319.0 - ГОСТ 30319.3 и др.) или Государственной службой стандартных справочных данных (ГСССД).

Число Рейнольдса характеризует отношение силы инерции к силе вязкости потока Показатель изоэнтропии (адиабаты) k является термодинамической характеристикой потока сжимаемых сред, отображающей термодинамический процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой. Показатель изоэнтропии равен отношению относительного изменения давления к соответствующему относительному изменению плотности при обратимом адиабатическом (изоэнтропическом) процессе. Для газов и паров вместо показателя изоэнтропии могут быть использованы значения отношений удельных теплоемкостей при постоянных давлении и объеме в случае, если отсутствуют официальные данные о значениях k.

Коэффициент истечения С - отношение действительного значения расхода жидкости к его теоретическому значению. Экспериментально коэффициент истечения определяют на несжимаемой среде по измеренным значениям qm,,, р, d и D из уравнения Коэффициент, учитывающий изоэнтропическое расширение газа за СУ, называют коэффициентом расширения. Экспериментально коэффициент расширения определяют на сжимаемой среде по измеренным значениям qm,, р, d и D, а также по известному значению С из уравнения Коэффициент расширения зависит от отношения перепада давления к давлению на входе в СУ, показателя изоэнтропии, типа СУ и относительного диаметра отверстия СУ. Он равен единице для несжимаемой среды и меньше единицы для сжимаемой среды. Поправочный множитель, учитывающий изменение плотности среды (газа или пара) при прохождении через сужающее устройство, определяют по экспериментальным формулам:

для диафрагм Достоинства:

- универсальность; дешевизна.

Недостатки расходомера:

- нелинейная НСХ;

- большая потеря давления при прохождении потока через СУ, поэтому неприменим для малых расходов (Ду < 25 мм);

- низкая точность из-за большого количества поправочных коэффициентов;

- малый МПИ (1 год).

На смену данному расходомеру можно рекомендовать расходомеры с осредняющей напорной трубкой (ОНТ) и вихреавые расходомеры.

Электромагнитные, вихреакустические и кориолисовые, тахометрические, расходомеры и массомеры. Расходомеры постоянного перепада давления.

Метран-300ПР- это вихреакуст ический преобразователь объемного расхода с ультразвуковым детектированием вихрей.

Принцип действия преобразователя расхода основан на зависимости частоты образования вихрей за телом обтекания, установленным в проточной части преобразователя расхода (рис.9-1), от объемного расхода потока. Частота вихреобразования («дорожки Кармана») определяется при помощи ультразвукового луча, имеющего частоту 1МГц (ультразвуковое детектирование вихрей). Суть эффекта заключается в том, что образование вихрей происходит поочередно на противоположных ребрах тела обтекания (1, рис.16). При этом частота образования вихрей прямо пропорциональна скорости потока:

где f - частота образования вихрей Кармана, St - число Струхаля, v - скорость потока среды, d - ширина тела обтекания.

Число Струхаля - эмпирическая величина, определенная геометрией расходомера и свойствами среды.

При малом Re, порядка нескольких десятков, течение ламинарно, при Re, равным нескольким тысячам устанавливается развитый турбулентный режим. В определенном диапазоне чисел Рейнольдса число Струхаля St практически постоянно (уравнение 12-1), благодаря коэффициент преобразования скорости потока в частоту вихрей становится не зависящим ни от плотности, ни от вязкости измеряемой среды и одинаков для всех типов сред. Этот факт является достоинством аихреакустического расходомера.

Рис 16. Вихреакустический преобразователь расхода Метран-300ПР Преобразователь представляет собой (рис.16,а) моноблочную конструкцию, состоящую из проточной части и электронного блока. В корпусе проточной части расположены: тело обтекания (ТО) - призма трапецеидального сечения 1, пьезоизлучатели (ПИ) 2, пьезоприемники (ПП) и термодатчик 7. Электронный блок включает в себя генератор 4, фазовый детектор 5, микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов 6, смонтированные на печатной плате. Для контроля работы пребразователя расхода Метран-300ПР на колодке установлены светодиода - зеленый и красный. Зеленый светодиод сигнализирует о нормальной работе преобразователя, при этом частота мигания соответствует частоте следования импульсов выходного сигнала преобразователя. Красный светодиод загорается при возникновении нештатной ситуации: расходе, меньшем 0,8 Qmin или хаотичном характере процесса вихреобразования, который возможен, в частности, при попадании посторонних предметов на тело обтекания. Тело обтекания 1 установлено на входе жидкости в проточную часть.

При обтекании ТО потоком жидкости за ним образуется вихревая дорожка («дорожка Кармана»), частота следования вихрей в которой с высокой точностью пропорциональна скорости потока, а, следовательно, и расходу. За ТО в корпусе проточной части диаметрально противоположно друг другу установлены стаканчики, в которых собраны ультразвуковой пьезоизлучатель 2 и пьезоприемник 3. Напряжение на выходе фазового детектора 5 по частоте и амплитуде соответствует частоте и интенсивности следования вихрей, которая, в силу пропорциональности скорости потока, является мерой расхода. Для фильтрации случайных составляющих сигнал с фазового детектора подается на микропроцессорный адаптивный фильтр и блок формирования выходных сигналов 6. Для повышения достоверности показаний при обработке сигнала вычисляется дисперсия периода колебаний вихрей.

Для расширения динамического диапазона в область малых расходов, где характеристика преобразователя нелинейная и зависит от температуры теплоносителя, применяется температурная коррекция. Для этого в корпусе проточной части установлен термодатчик, сигнал от которого вводится в программу вычисления расхода. Проточная часть преобразователя изготовлена из нержавеющей стали и обработана по высокому классу чистоты поверхности, что минимизирует образование отложений и тем самым стабилизирует метрологические характеристики. Для проведения периодической поверки по беспроливной (имитационной) методике тело обтекания выполнено съемным. При расходе менее 0,8 Qmin происходит выключение электронного блока преобразователя расхода. Параметры выходного сигнала:

- для выходного сигнала типа « замкнуто/разомкнуто» - оптопара (ОП) напряжение составляет 30В, ток коммутации не более 32 мА;

- для токоимпульсного выходного сигнала (ТИ) ток нагрузки 7 - 10 мА, сопротивление нагрузки 0-1,8 к ( при напряжении питания 36 В).

Поверка производится имитационным или проливным методом. При проведении поверки имитационным методом из проточной части извлекается тело обтекания и производится измерение его характерного размера d. Далее преобразователь поверяется с помощью портативного имитатора расхода Метран-550ИР (по импульсным выходным сигналам) непосредственно на месте эксплуатации. МПИ расходомера составляет 4 года.

Принцип действия электромагнитного расходомера основан на зависимости ЭДС индукции, возникающей в потоке электропроводной жидкости, протекающей в магнитном поле, от скорости потока, а значит, и от объемного расхода:

Уравнение НСХ расходомера:

где Еи –эдс индукции; B - характеристика магнитного поля, магнитная индукция; w =2f – круговая частота; =3,14;D – расстояние между электродами; Gо – объёмный расход жидкости. Если D const, то появляется дополнительная погрешность.

Типоряд выпускаемых расходомеров, Dy, мм 10, 20, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 150, 200. Динамический диапазон измерения расхода составляет 1:200, относительная погрешность измерения расхода, % ±(1,0 - 2,0) Температурный диапазон жидкости, °С от минус 10 до Наибольшее давление в трубопроводе, МПа 2, Температура окружающей среды, °С от 5 до Рис. 17. Принципиальная схема электромагнитного расходомера Как видно из уравнения 12-2, при D = const и отсутствии внешних магнитных полей НСХ расходомера может быть линейна. В связи с этим отложение солей железа и заиливание электродов и внутренней поверхности фторопластового покрытия вызывает возникновение дополнительной погрешности. Область применения таких расходомеров – это производство кислот, щелочей, очистка промстоков. При эксплуатации в системе ЖКХ, где теплофикационная вода содержит много железа (ржавчина стальных трубопроводов) проточную часть электромагнитных трубопроводов необходимо периодически очищать, что является недостатком данных расходомеров.

Лекция 13. Бесконтактные расходомеры и счетчики количества Ультразвуковые, тепловые, радиоизотопные многофазные расходомеры для нефтедобычи. Достоинства и недостатки, метрологические характеристики.

Ультразвуковой (частота более 20 кГц) метод измерения расхода основан на явлении смещения звукового колебания движущейся жидкой средой.

Впервые акустическая технология измерения расхода была предложена в Первый работающий прототип расходомера был представлен в 1948 году.

Благодаря прорыву в электронике первые надежные расходомеры появились в середине 60-х годов.

Для измерения расхода в основном используют два метода. Один метод основан на измерении разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него. Приборы измерения этим методом называются фазовыми расходомерами.

Другой метод основан на измерении разности частот повторения коротких импульсов или пакетов ультразвуковых колебаний, направленных одновременно по потоку и против него. Эти приборы называются частотными расходомерами.

расходомера дана на рис.18.

Рис.18. Принципиальная схема фазоваго ультразвукового расходомера На поверхности трубопровода (рис.18) расположены два пьезоэлектрических элемента 1 и 2. В качестве пьезоэлектрических элементов используют пластины титаната бария, обладающие наиболее высоким пьезомодулем по сравнению с другими пьезоэлектриками. Пьезоэлемент 1 механическим переключателем 3 подключен к генератору высокочастотных синусоидальных электрических колебаний. Пьезоэлемент преобразует электрические колебания в ультразвуковые, которые направляются в контролируемую среду через стенки трубопровода. Пьезоэлемент 2 воспринимает ультразвуковые колебания, прошедшие в жидкости расстояние L, и преобразует их в выходные электрические колебания.

Наличие в схеме механического переключателя ограничивает возможность измерения быстро меняющихся расходов вследствие небольшой частоты переключений (порядка 10 Гц). Это можно исключить, если в трубопроводе установить две пары пьезоэлементов так, чтобы в одной паре излучатель непрерывно создавал колебания, направленные по потоку, а в другой — против потока. В таком расходомере на фазометр будут непрерывно поступать Два синусоидальных колебания, фазовый сдвиг между которыми пропорционален скорости потока.

где а — скорость звука в данной среде; — скорость потока, L- расстояние между излучателем и приемником УЗ-колебаний.

При распространении колебаний против скорости потока время Отношение v / a весьма мало по сравнению с единицей (для жидкостей a 1000... 1500 м/с; v 3...4 м/с), поэтому с большой степенью точности можно принять равными:

В фазовых расходомерах фиксируется разность времени 2 1. Из уравнений (13-3) и (13-4) получим уравнение фазового ультразвукового расходомера ( разность фаз пропорциональна скорости потока, а значит и его объёмному расходу):

Из уравнения 13-5 следует то, что точность измерения расхода зависит от точности измерения и постоянства значения L.

Частотно-пакетные расходомеры. Принцип действия этих расходомеров основан на измерении частот импульсно-модулированных ультразвуковых колебаний, направляемых одновременно по потоку жидкости и против него.

Рис. 19. Структурная схема частотно-пакетного расходомера Генераторы Г (рис. 19) создают синусоидальные колебания высокой частоты (10 МГц) и подают их через модуляторы М на излучающие пьезоэлементы П и ПЗ, Пьезоэлемент П1 создает направленные ультразвуковые излучения (с частотой 10 МГц), которые воспринимаются пьезоэлементом П2. При неподвижной жидкости время распространения излучений при расстоянии L между пьезоэлементами равно 1 L / a. Если жидкость перемещается по трубе со скоростью v, то составляющая скорости в направлении движения ультразвуковых колебаний равна v cos, следовательно, время перемещения колебаний между пьезоэлементами П1 и П2 по потоку жидкости 1 L /(a v cos ). Соответственно время перемещения колебаний между пьезоэлементами ПЗ и П4 против направления потока 2 L /(a v cos ).

Модулятор совместно с двумя пьезоэлементами и усилителемпреобразователем УП включены в схему периодического модулирования.



Pages:     || 2 |


Похожие работы:

«МБОУ Западнодвинская СОШ №1 Программа Семья и школа Пояснительная записка Необходимость и важность сотрудничества семьи и школы никогда не ставилась под сомнение. Именно семья по праву считается главным фактором и условием развития и воспитания ребёнка. Именно здесь он рождается, здесь получает зачатки физического и духовного развития, первые знания об окружающем мире, здесь формируются первые элементарные навыки во всех видах деятельности, изначальные критерии оценки добра, истины, красоты....»

«Пояснительная записка Данная рабочая программа составлена на основе Государственной примерной Программы по мировой художественной культуре, Программы для общеобразовательных учреждений 5 – 11 кл. / сост. Г.И. Данилова. – 6-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010. – 191 с./ Программа рекомендована Министерством образования Российской Федерации в соответствии с ФГОС. Программа ориентирована на изучение мировой художественной культуры в объеме 68 часов, из расчта 1 час в неделю (10 класс) и 1 час в...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Горячеключевский филиал НОУ ВПО МОСКОВСКОЙ АКАДЕМИИ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА при Правительстве Москвы УТВЕРЖДАЮ ОСНОВНАЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ по специальности 230113 Компьютерные системы и комплексы Квалификация Техник по компьютерным системам Форма обучения очная Горячий Ключ - Аннотация программы Основная профессиональная образовательная программа профессионального образования по...»

«Стр 1 из 280 7 апреля 2013 г. Форма 4 заполняется на каждую образовательную программу Сведения об обеспеченности образовательного процесса учебной литературой по блоку общепрофессиональных и специальных дисциплин Иркутский государственный технический университет 160901 Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей Наименование дисциплин, входящих в Количество заявленную образовательную программу обучающихся, Автор, название, место издания, издательство, год издания учебной...»

«РЕГЛАМЕНТ ЧЕМПИОНАТА ЕВРОПЫ ПО ФУТБОЛУ СРЕДИ ДЕВУШЕК ВОЗРАСТНОЙ КАТЕГОРИИ ДО 17 ЛЕТ 2013/14 СОДЕРЖАНИЕ Преамбула I Общие положения Статья 1 Сфера применения Применение существительных женского и мужского рода Кубок мира по футболу среди девушек возрастной категории до 17 лет под эгидой ФИФА II Условия участия – Допуск – Обязанности и обязательства Статья 2 Условия участия Критерии допуска Процедура допуска Обязанности и обязательства ассоциаций III Кубок – Медали – Приз за честную игру Статья 3...»

«АСПИРАНТУРА И ДОКТОРАНТУРА И.И. Гончарова аспирант Высшей школы педагогики БФУ им. И. Канта myemail-08@mail.ru Модель формирования у младших подростков представлений о собственной индивидуальности Рассматриваются вопросы самопознания школьников, предлагается модель формирования у младших подростков представлений о собственной индивидуальности Ключевые слова: самопознание, индивидуальность, модель формирования у младших подростков представлений о собственной индивидуальности. В условиях...»

«Государственное образовательное учреждение города Москвы средняя общеобразовательная школа №1460 РАССМОТРЕНО УТВЕРЖДАЮ на заседании МО учителей Директор математики и информатики. ГБОУ СОШ № 1460 Протокол заседания №_ _2014г. _ Руководитель МО Богданова Н.Л. _2014г. Полякова Н.Ф. Рабочая программа по информатике 6 класс Составитель: Сидорова И.М., учитель информатики и ИКТ Высшей квалификационной категории Москва 2014-2015 учебный год Пояснительная записка Настоящая программа разработана на...»

«Введение Программа кандидатского экзамена составлена на основании Программы-минимум кандидатского экзамена по специальности 07.00.02 – Отечественная история (одобренной экспертным советом по экономике Высшей аттестационной комиссии Минобразования России), утвержденной приказом Минобрнауки России от 18.10.2007 г. № 274 и в соответствии с Паспортом специальности 07.00.02 – Отечественная история. Программа предназначена для аспирантов очной и заочной форм, и ориентирована на выявление...»

«Содержание Введение Общепрофессиональные и специальные учебные дисциплины Дисциплины специализации Производственный менеджмент Дисциплины специализации Менеджмент рекламного дела Дисциплины специализации Гостиничный и туристический бизнес Форма проведения и критерии оценки экзамена ВВЕДЕНИЕ Программа комплексного государственного экзамена предназначена для студентов специальности 080507.65 Менеджмент организации специализации Производственный менеджмент, Управление качеством, Инвестиционный...»

«Записи выполняются и используются в СО 1.004 СО 6.018 Предоставляется в СО 1.023. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова Агрономический факультет СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ Декан факультета Проректор по учебной работе / Н.А. Шьюрова / _ /С. В. Ларионов/ _ _2013 г. _ _2013г. РАБОЧАЯ (МОДУЛЬНАЯ) ПРОГРАММА Дисциплина Биологическая защита Для специальности 110203.65...»

«Министерство образования Омской области Программа развития Казенного образовательного учреждения Омской области Специальная (коррекционная) общеобразовательная школа № 18 VIII вида Обучение, воспитание, развитие и коррекция учащихся специальной (коррекционной) общеобразовательной школы VIII вида на основе специальных федеральных государственных стандартов для детей с ОВЗ. Омск - 2011 Авторы – составители: Харламова Елена Александровна, директор школы № 18; Янчицкая Ирина Александровна,...»

«Федеральное государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский юридический институт Министерства внутренних дел Российской Федерации Кафедра гражданско-правовых дисциплин Программа вступительного экзамена в адъюнктуру по специальной дисциплине 12.00.03 – гражданское право; предпринимательское право; семейное право; международное частное право Направление подготовки 40.07.01 Юриспруденция Екатеринбург 2014 2 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Программа...»

«1.1. Требования ГОС по дисциплине и квалификационные требования Выпускник, получивший квалификацию учителя математики, должен быть готовым осуществлять обучение и воспитание обучающихся с учетом специфики преподаваемого предмета; способствовать социализации, формированию общей культуры личности, осознанному выбору и последующему освоению профессиональных образовательных программ; использовать разнообразные приемы, методы и средства обучения; обеспечивать уровень подготовки обучающихся,...»

«ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА II РОССИЙСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ АЛЛЕРГИЧЕСКИЕ И ИММУНОПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ – ПРОБЛЕМА XXI ВЕКА. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ-2010 17-18 ДЕКАБРЯ 2010 Место проведения Конференции: Отель Парк Инн Пулковская, Санкт-Петербург, пл. Победы,1, ст. метро Московская Организаторы: Правительство Санкт-Петербурга Комитет по здравоохранению Правительства Санкт-Петербурга Санкт-Петербургское отделение межрегионального общественного объединения Союз педиатров России ГОУ ВПО...»

«Интервью Сами Аль-Фарадж: ГОВОРИТЬ О БЕЗОПАСНОСТИ В РЕГИОНЕ ПЕРСИДСКОГО ЗАЛИВА БЕЗ УЧЕТА ИРАНСКОГО ФАКТОРА НЕВОЗМОЖНО Ситуация вокруг иранской ядерной программы продолжает будоражить мировое общественное мнение. Мировому сообществу так и не удается выработать единого подхода к преодолению иранского кризиса, ввиду чего политическая верхушка Ирана начинает предпринимать более активные шаги по укреплению лидерства на всем Ближнем Востоке. Разрастание иранского фактора уже ощутили на себе соседи...»

«МОУ средняя общеобразовательная школа №2 г. Малоярославца имени А.Н. Радищева Согласовано Принято на МСШ Утверждаю: зам. директора по УВР Протокол № 1 от 29.08.2013 директор школы О.В. Цируль Л.В. Першеева Е.А. Зенина Приказ № 53 от 30.08. 2013 28.08.2013 Рабочая программа по истории для 6-х классов 2013-2014 уч.год Составитель: Третьякова Г.Н. учитель истории 2013 2 История Средних веков (6 класс) Пояснительная записка Рабочая программа по курсу История Средних веков для 6 класса...»

«ПРАВИТЕЛЬСТВО ИВАНОВСКОЙ ОБЛАСТИ ПОСТАНОВЛЕНИЕ от 26 декабря 2012 г. N 564-п ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ДОЛГОСРОЧНОЙ ЦЕЛЕВОЙ ПРОГРАММЫ ИВАНОВСКОЙ ОБЛАСТИ ФОРМИРОВАНИЕ ДОСТУПНОЙ СРЕДЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ ИНВАЛИДОВ И ДРУГИХ МАЛОМОБИЛЬНЫХ ГРУПП НАСЕЛЕНИЯ В ИВАНОВСКОЙ ОБЛАСТИ НА 2013 - 2017 ГОДЫ В соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 17.03.2011 N 175 О государственной программе Российской Федерации Доступная среда на 2011 - 2015 годы, в целях формирования условий для...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ Декан факультета Прикладной информатики профессор С.А. Курносов _ 2013 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины Алгоритмизация и программирование для бакалавров направления подготовки 230400 Информационные системы и технологии Факультет, на котором проводится обучение Прикладной информатики...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ о научной работе _ П.М. Огар 2012 г. ОД.А.05.1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАРУБЕЖНОЙ ИСТОРИИ основной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура) по специальности научных работников 07.00.03. - ВСЕОБЩАЯ ИСТОРИЖновейшая история стран Азии) 07.00.00. - ИСТОРИЧЕСКИЕ НАУКИ...»

«ПРОЕКТ РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ РОСТОВСКАЯ ОБЛАСТЬ МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ГОРОД ТАГАНРОГ АДМИНИСТРАЦИЯ ГОРОДА ТАГАНРОГА ПОСТАНОВЛЕНИЕ № г. Таганрог О внесении изменений в постановление Администрации города Таганрога от 17.10.2013 № 3278 В соответствии с Федеральными законами от 06.03.2006 № 35-ФЗ О противодействии терроризму и от 25.07.2002 № 114-ФЗ О противодействии экстремистской деятельности, Указом Президента РФ от 15.02.2006 № 116 О мерах по противодействию терроризму, Уставом...»






 
2014 www.av.disus.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.