1. Международная система единиц физических величин

• Название: 1. Международная система единиц физических величин
• Дата: 17.03.2022
• Размер: 5.97 Mb.
• Имя файла: Ekzamen_Shapik.docx
• Тип: Документы; #402425
• страница: 3 из 6

Рис. 2.5. Расходомер постоянного перепада давления (ротаметр)

Расходомер постоянного перепада давления с поплавком 1 (см. рис. 2.5), перемещающимся вдоль длинной конической трубки 2, называется ротаметром. Трубка ротаметров для местного измерения расхода выполняется из стекла или металла, а значение расхода отсчитывается непосредственно по шкале, нанесенной на ее стенке (соответственно ротаметры стеклянные типа РС и металлические типа РМ).У ротаметров с дистанционной передачей поплавок связан с передающим преобразователем (пневматическим или электрическим). Например, в электрических ротаметрах типа РЭ и РЭВ широко используются дифференциально-трансформаторные преобразователи.

Для измерения расхода загрязненных жидкостей (в частности, природных и сточных вод) применяются электромагнитные и щелевые расходомеры. Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, по которому проведенная в проводнике электродвижущая сила (ЭДС) пропорциональна скорости его движения в магнитном поле. Таким движущимся в магнитном поле проводником является электропроводная жидкость, протекающая через первичный электромагнитный преобразователь расхода, установленный в трубопроводе. Измеряя ЭДС, наведенную в электропроводной жидкости, которая при своем движении пересекает магнитное поле первичного преобразователя, можно определить среднюю скорость текущей жидкости, а вместе с ней и объемный расход. При круглом сечении трубопровода величина этой ЭДС равна

Е = )Вс1, (2.12)

где ) — средняя скорость потока жидкости; В — индукция магнитного поля; с/ — внутренний диаметр трубопровода.

Магнитное поле электромагнитного расходомера типа ИР (рис. 2.6, а) внутри участка трубы /, выполненной из немагнитного материала и покрытой изнутри электроизоляционным слоем, создается электромагнитом 2. В пересекающей магнитное поле жидкости наводится ЭДС. В одном поперечном сечении трубопровода диаметрально противоположно установлены два электрода 3. Снимаемая с них разность потенциалов подается на вход промежуточного преобразователя Пр, где преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный расходу. Электромагнитные расходомеры могут применяться на жидкостях с удельной электрической проводимостью не менее 10^_3 См/м. Отсутствие в измерительном канале каких-либо сужающих устройств и движущихся деталей позволяет измерять расходы как однородных жидкостей, так



Рис. 2.6. Расходомеры жидкостей и пульп:

а — электромагнитный; 6 — переменного уровня (щелевой)

и суспензий и пульп, твердая фаза которых не содержит ферромагнитных частиц.

17. Расходомеры переменного перепада давления (дроссельные расходомеры).

Сужающее устройство выполняет функции первичного преобразователя, устанавливается в трубопроводе и создает в нем местное сужение, вследствие чего при протекании среды повышается скорость в суженном сечении по сравнению со скоростью потока до сужения. Соответственно статическое давление в суженном сечении будет меньше, чем в сечении до сужающего устройства, т. е. создается перепад давления ,зависящий от скорости потока и расхода среды. Здесь ∆P служит мерой расхода среды, протекающей в трубопроводе ( ∆P измеряется дифманометром). В качестве сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов и пара применяют диафрагмы, сопла, сопла Вентури.

Диафрагма – тонкий диск с отверстием круглого сечения (рис. а). В мертвой зоне возникает обратное движение жидкости, приводящее к образованию вихрей (вследствие разности давлений). На вихреобразование затрачивается часть энергии и имеет место потеря давления (рис. 5.1, б). Давление струи около трубопровода 1 P несколько возрастает за счет подпора перед диафрагмой. Стандартная диафрагма может применяться без градуировки в трубопроводах диаметром ≥50 мм при 0,05≤m≤0,7. Отбор давления производится через кольцевые камеры или отдельные отверстия (см. рис. 5.2). Через кольцевые камеры отбор является более представительным.



18. Электромагнитные расходомеры.

Принцип действия электромагнитных расходомеров базируется на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуци­ руется ЭДС (электродвижущая сила), пропорциональная скорости дви­жения жидкости.

На рис. 1.10 представлена принципиальная схема электромагнит­ного расходомера.

Корпус 1 преобразователя расхода выполняется из немагнитного ма­териала и покрывается изнутри электрической изоляцией 2 (резиной, фто­ропластом и т.д.), располагаемой по окружности трубы. Корпус пре­образователя располагается между полюсами магнита (на рис. 1.10,а это постоянный магнит). Через стенки трубы, электроизолированно от нее, по диаметру строго перпендикулярно оси магнита вводятся электроды 3, находящиеся в электрическом контакте с жидкостью.

По закону электромагнитной индукции, при осесимметричном про­филе скоростей в жидкости, между электродами 3 будет наводиться элект­родвижущая сила (ЭДС)



К достоинствам электромагнитных расходомеров необходимо отне­сти независимость показаний от вязкости и плотности жидкости, расход которой регистрируется; возможность применения фактически в трубо­проводах любых диаметров; отсутствие падения давления на измеритель­ном участке; линейности измерительной шкалы; высокое быстродействие расходомеров с постоянным электромагнитом, возможность измерения рас­ходов агрессивных, а также с включением абразивных составляющих жид­костей; работоспособность при высоких давлениях потока (до 100 МПа); высокую точность (0,5 - 1,0%) и достаточно широкий диапазон измере­ний: 1:20 и даже 1:100.

К недостаткам электромагнитных расходомеров необходимо отнес­ти возможность отложения магнетита (при его присутствии в воде) на внутренней (изолированной) поверхности преобразователя расхода, что приводит к систематической погрешности в измерении расхода. Обычно изменение в точности измерения расхода происходит в сторону его зани­жения на 20-30% в течение межповерочного интервала.

19. Ультразвуковые расходомеры.

Ультразвуковой метод измерения расхода основан на зависимости скорости распространения ультразвука относительно трубы от скорости потока.

Основными элементами преобразователей ультразвуковых расходо­меров являются излучатели и приемники ультразвуковых колебаний. Уль­тразвуковые колебания, поступая на приемник, вызывают его механичес­кую деформацию, т.е. периодическое сжатие и растяжение.

Ультразвуковые расходомеры подразделяются на две группы. К первой группе относятся расходомеры с направлением ультра­звукового излучения перпендикулярно оси потока (рис. 1.11).

Пьезоэлемент 1 (излучатель), возбуждаемый генератором 2, создает ультразвуковые колебания, направленные перпендикуляр но оси трубы (потока). По мере увеличения средней скорости потока V_c ультразвуковой луч все больше и больше отклоняется по направлению скорости движения среды, расход которой измеряется.



20. Вихревые расходомеры.

Принцип действия преобразователя основан на измерении количества вихрей, образующихся в потоке жидкости при обтекании ею призмы, расположенной поперек потока. Количество образующихся вихрей можно считать методом ультразвукового детектирования (рис.22) или подсчет частоты пульсаций давления за телом обтекания при помощи специальных тензодатчиков (рис. 23).



Рис. 22 Принцип работы вихревого расходомера с ультрозвуковым детектированием вихрей.

Преобразователь с ультрозвуковым детектированием вихрей (рис.22) состоит из проточной части и электронного блока. В корпусе проточной части расположены тело обтекания - призма трапецеидальной формы (1), пьезоизлучатели ПИ1, ПИ2(2), пьезоприемники ПП1, ПП2 (3) и термодатчик (7). Электронный блок включает в себя генератор (4), фазовый детектор (5), микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов (6), собранные на двух печатных платах: приемника и цифровой обработки.



Рис. 23. Принцип съема сигнала – подсчет частоты пульсаций давления за телом обтекания.

Принцип работы преобразователь работающий по принципу подсчет частоты пульсаций давления за телом обтекания при помощи специальных тензодатчиков (рис. 23) схож с принципом работы вихревого расходомера с ультрозвуковым детектированием вихрей. Основное отличие заключается в способе детектирования образующихся при обтекании тела 1 вихрей. Они измеряются при помощи специальных тензодатчиков 2, 3, 4, 5 и их сигналы обрабатываются электронным устройством 6 и передаются на вторичный прибор 7.

21. Тахометрические расходомеры.

Тахометрическими называются расходомеры, в которых преобра­зователи расхода (турбинка, шарик и т.д.) вращаются со скоростью, про­порциональной объемному расходу измеряемой среды. В зависимости от конструкции тахометрические расходомеры подразделяются на турбинные, шариковые и камерные.

Тахометрические устройства измеряют объемные расходы. Для пере­расчета объемного расхода в массовый необходимо знать плотность изме­ряемой среды р_ср.. С этой целью перед или после первичного преобразова­теля расхода устанавливаются термометр сопротивления и датчик давле­ния, связанные с вычислительным устройством, которое по измеренным Т и Р рассчитывает р_ср., так как для всех сред существует конкретная зависимость



вычислительном устройстве эта зависимость может быть зало­жена либо в табличной форме, либо в виде аналитического уравнения. Тогда



где размерность [Q_o] = м³/ч или его производная, м³/с, л/с;
[р ] = т/м³, или же его производные кг/см³.

Тахометрические приборы применяются в основном для измерения расхода жидкостей (некоторые разновидности и для загрязненных пото­ков), гораздо реже для измерения расхода газов.

22. Тепловая энергия. Принципы измерения тепловой энергии.

Тепловая энергия – это кинетическая энергия движения молекул вещества. Чем больше нагрето физическое тело, чем больше его температура, тем больше скорость движения молекул вещества. Тепловая энергия передается от более нагретого физического тела к более холодному. При нагреве физическое тело запасает тепловую энергию, при остывании оно отдает тепловую энергию. Из закона сохранения энергии следует: сколько тепловой энергии потрачено на нагрев тела, столько тепловой энергии выделится при его остывании.

Способность физического тела запасать тепловую энергию называется "теплоемкость". Для измерения теплоемкости физического тела пользуются физическим понятием "Энтальпия". Энтальпия – это количество тепловой энергии запасенное единицей массы физического тела ( в системе СИ – кг.) при нагреве его на один градус. Единицей измерения энтальпии в системе СИ являются: Дж/кг, МВт-ч/кг и их производные единицы.

Энтальпия физического тела зависит от его физических свойств ( химический состав, плотность, состояние вещества – твердое, жидкое, газообразное, давление окружающей среды и т.д.) и является для данного вещества и данных внешних условий (давление, температура) величиной постоянной.

С практической точки зрения, наибольший интерес представляют вещества, применяемые в промышленной теплоэнергетике для переноса тепловой энергии – вода и водяной пар. Для измерения тепловой энергии передаваемой водой или паром используют специальные приборы – теплосчетчики.

Существуют две принципиальных схемы измерения тепловой энергии, где в качестве теплоносителя используется вода:

•Закрытая схема измерения тепловой энергии

•Открытая схема измерения тепловой энергии

23. Измерение тепловой энергии переданной сетевой водой. Открытая и закрытая схема измерения тепловой энергии.

Закрытая схема измерения тепловой энергии подразумевает, что расход теплоносителя ( сетевая вода ) в прямом и обратном трубопроводе одинаковый т.е. потери, санкционированный и не санкционированный разбор теплоносителя отсутствует.



Где: Q – измеряемая тепловая энергия.

G – объемный расход теплоносителя в трубопроводе ( прямом или обратном ) на котором установлен расходомер; м3/ч.

ρ - плотность теплоносителя в трубопроводе ( прямом или обратном ) на котором установлен расходомер; кг/м3.

h1 и h2 – энтальпия теплоносителя в прямом и обратном трубопроводе.

Т1 и Т2 – время начала и конца измерения.



Открытая схема измерения тепловой энергии подразумевает, что расход теплоносителя ( сетевая вода ) в прямом и обратном трубопроводе разный т.е. потери, санкционированный ( например: система горячего водоснабжения ) и не санкционированный (например: воровство теплоносителя или тепловой энергии ) разбор теплоносителя присутствуют (см. рис.2). При такой схеме измерения используется следующий алгоритм работы:



24. Измерение тепловой энергии переданной водяным паром.

Измерение тепловой энергии в системе, где в качестве теплоносителя используется водяной пар, то же осуществляется по двум принципиальным схемам:

•Пар потребляется потребителем, и возврат конденсата отсутствует.

•Пар потребляется потребителем и конденсат полностью или частично возвращается теплоснабжающей организации.

В первом случае учет потребленной тепловой энергии осуществляется согласно формуле



Где: Qпар. – измеряемая тепловая энергия передаваемая паром.

Gпар. – массовый расход пара в; кг/ч.

hпар. – энтальпия пара.

Т1 и Т2 – время начала и конца измерения.





При возращении конденсата полностью или частично необходимо учитывать ту тепловую энергию, которая возвращается вместе с конденсатом. Схема такого измерения (см. рис. 5) реализуется по алгоритму согласно формуле



Для ее реализации необходимо два теплосчетчика:

- теплосчетчик пара – который считает тепловую энергию, переданную парам (левая часть формулы (10));

- теплосчетчик конденсата – который считает тепловую энергию, возвращенную конденсатом (правая часть формулы (10)). Тепловая энергия возвращаемого конденсата считается с температуры «холодного источника».

Разница между приходящей тепловой энергией пара и тепловой энергией возвращаемого конденсата – есть потребленная тепловая энергия.


25. Основные понятия теории управления и регулирования

Системы автоматического регулирования могут быть предназначены для регулирования и поддержания температуры, давления, уровня, расхода, концентрации, скорости вращения и др.

Системы осуществляющие операцию поддержания в объекте требуемого значения регулируемой величины без участия человека называется система автоматического регулирования.

Для образования системы необходимо к регулируемому объекту добавить устройство осуществляющее процесс регулирования—регулятор. Регулятор может быть: электрический, гидравлический, пневматический, комбинированный.



Принципы построения системы регулирования остаются одними и теми же, независимо от регулируемой величины и конструкции регулируемого аппарата. На ряду с регулирующим воздействием(полезным) в системе имеет место возмущающее воздействие(вредное), которое вызывает отклонение регулируемой величины от требуемых значений. Возмущающие воздействия могут проявляться в разных местах регулируемого объекта или поступать по различным каналам. Так, например, изменение температуры пара на выходе из парового котла может происходить из-за изменения топочного режима, т.е. из-за изменения температуры дымовых газов омывающих пароперегреватель, вследствие расхода или температуры охлаждающей воды поступающей в пароохладитель, а также при изменении нагрузки котельного аппарата.

Регулирующую величину часто называют выходной величиной объекта. На нее влияет не только регулирующее воздействие, идущее от регулируемого органа, но и возмущающее воздействие. Возмущающее и регулирующее воздействие называют входными величинами объекта, а места их приложения—входными объекта.

Автоматические системы делятся на: замкнутые, разомкнутые, комбинированные.