Практические методы измерения основных параметров технологических процессов 1

5.7 Практические методы измерения основных параметров технологических процессов.

Классификация ПИП по виду выходного сигнала, раскрывая энергетические их возможности, не ориентируют потребителя на наиболее вероятную область их применения. Например, информация о наличии электрического ПИП/датчика/ однозначно определяет возможность использования его в комплексе с электрическим регулятором, но не раскрывает его метрологические возможности, т.е. nike free run для измерения каких параметров он может быть использован. Классификация ПИП по виду измеряемого параметра имеет большее практическое применение, нежели классификация по виду выходного сигнала. По этому классификационному признаку различают: ПИП температуры, расхода, давления, уровня параметров материала и т.д.

Первичные измерительные преобразователи температуры

Как видно из таблицы , температура является одним из определяющих параметров большинства отраслей промышленности. ugg bottes Это обусловлено очевидной важностью температуры как параметра состояния определяющего термическое состояние системы. Так в пищевой промышленности для обеспечения высокого качества пищевых продуктов необходимо контролировать температурно-временные циклы циклы их обработки. Точные измерения температуры требуются для обеспечения максимальной теплоотдачи в преобразованиях солнечной энергии и т.д. Для построения ПИП температуры обычно используют свойства тел, однозначно изменяющиеся в зависимости от температуры и легко поддающиеся измерению. К числу таких свойств, положенных в основу построения ПИП температуры, относятся: -объёмное расширение тел V=f(T); -изменение давления вещества P=f(T); -возникновение термоэлектродвижущей силы в проводниках E=f(T); -изменение электрического сопротивления проводников и полупроводников R=F(T); -изменение интенсивности излучения нагретых тел и т.д. Температуру тела или системы обычно определяют по изменению одного из указанных физических свойств специального термометрического вещества. В качестве термометрического вещества могут быть использованы: жидкости, газы, твёрдые вещества (проводники, полупроводники). В зависимости от вида изменяемых физических свойств, на которых основано действие ПИП, температуры различают: термометры расширения; манометрические термометры; термоэлектрические термометры; термометры сопротивления; термометры излучения. Термометры расширения используют свойства жидкости изменять свой объём, а твёрдых тел – свои линейные размеры при изменении температуры. Действие жидкостных термометров расширения основано на различии коэффициентов теплового расширения термометрического вещества (обычно ртуть или спирт) и материала оболочки, в которой оно находится (стекло или кварц). Такие термометры применяются для местных измерений температур в пределах от минус 90 до плюс 600⁰С. Основным достоинством рассматриваемых термометров – простота и высокая точность измерения. Недостатком является невозможность ремонта, а также отсутствие автоматической записи и возможности передачи показаний на расстояние. К классу термометров расширения, использующих свойство твёрдых тел изменять свои линейные размеры под воздействием температуры, относятся биметаллические и дилатометрические термометры расширения. Работа биметаллических и дилатометрических термометров основана на различии коэффициентов теплового расширения твёрдых тел, из которых выполнены чувствительные элементы. В биметаллических термометрах это пластина или спиральная лента, состоящая из двух слоёв разнородных металлов; в дилатометрических это металлическая трубка и кварцевый или фарфоровый стержень. asics aaron Пределы измерения такими термометрами от минус 150 до плюс 700⁰С. ugg australia discount Погрешность 1-2%. Структурная схема преобразования температуры в термометрах расширения показана на рис. ugg soldes

Манометрические термометры.

Принцип действия основан на свойстве жидкости, парожидкостной смеси (компенсационные) или газа (газовые), находящихся в замкнутом объёме, изменять своё давление при изменении температуры. Конструктивно манометрические термометры состоят из термобаллона (чувствительного элемента), соединительного капилляра и манометра (вторичного прибора). Класс точности манометрических приборов 1,6-4,0. Они применяются для дистанционного (до 60м) измерения температуры в пределах от –60 до +600⁰С. Их достоинство – простота конструкции и обслуживания, возможность дистанционного измерения и автоматической записи показаний. Недостатки – невысокая точность измерения и сравнительно небольшое расстояние дистанционной передачи. Термоэлектрические термометры (термопары) работают на принципе возникновения электродвижущей силы при изменении температуры одного из спаев замкнутой цепи, составленной из разнородных металлов (термоэлектродов). Вид термоэлектродов определяет пределы измерения температур. Canada Goose Enfant Наиболее широкое распространение получили платинородий-платиновые термопары (ТПП) с пределами измерения при длительном применении от –20 до +1300⁰С; хромель-копелевые термопары (ТХК) с пределами измерения от –50 до +600⁰С и хромель-алюмелевые термопары (ТХА) с пределами измерения от –50 до +1000⁰С. При кратковременных режимах измерения верхний предел температур для термопар ТХК можно повысить на 200⁰С, для термопар ТПП и ТХА на 300⁰С. При измерении более высоких температур используют термопары вольфрам-молибденовые (ВМ) с верхним пределом измерения +2000⁰С, вольфрам-реневые (ВР) с пределом измерения +2300⁰с, карбид титана-графитовыые 2500⁰С. asics gel lyte 3 Для измерения термоэдс термопары применяют приборы, в которых используется компенсационный метод измерения (рис. ) и называемые потенциометрами. Отечественной промышленностью освоен выпуск потенциометров КСП, входящих в единую унифицированную серию измерительных приборов КС, а также потенциометров серии. Соединение термопар с потенциометрами осуществляется специальными компенсационными проводами, марка которых должна соответствовать градуировке термопары и потенциометра.

Термометры сопротивления

Принцип действия основан на свойстве проводников и полупроводников изменять своё сопротивление при изменении температуры окружающей среды. В качестве материала для электродов проволочных термометров сопротивления применяют платину и медь. Платиновые термометры сопротивления (ТСП) выпускают нескольких модификаций (типов), отличающихся своим номинальным сопротивлением при 0⁰с: а) градуировки «гр20», используемые при длительных измерениях температуры в пределах 0 – 650⁰с; б) градуировки «гр21» и «гр22» – для измерения температур от –200 до +500⁰С. Медные термометры сопротивления (ТСМ) изготовляют двух градуировок «гр23» и «гр24» для измерения температур от минус 50 до +180⁰С. В качестве вторичных приборов в комплекте с термометрами сопротивления применяют обычно электронные равновесные мосты. Конструктивно металлические термометры сопротивления представляют каркас с бифилярно намотанной проволокой из указанного материала. Вся конструкция помещается в защитный чехол. Полупроводниковые термометры сопротивления (термосопротивления) изготовляют спеканием окислов различных металлов с добавками. nike tn Наибольшее распространение получили кобальто-марганцевые (КМТ) и медно-марганцевые (ММТ) термометры сопротивления, используемые для измерения температур в пределах от –90 до +180⁰С. В отличие от металлических, сопротивление этих термометров при увеличении температуры уменьшается по экспоненциальному закону (кривая 2, рис. ): R_T=Ae^B/T где А — постоянная, зависящая от физических свойств полупроводника, размеров и формы термосопротивления; В — постоянная, зависящая от физических свойств полупроводника; Т – температура термосопротивления в градусах абсолютной шкалы: e – основание натуральных логарифмов. Конструктивно термосопротивление изготавливают в виде стержней шайб, дисков, бусинок (рис ). Термосопротивления типа ММТ-1 и КМТ-1 (рис ) представляют собой полупроводниковый стержень 1, покрытый эмалевой краской, оканчивающийся контактными колпачками 2 с выводами 3. Термосопротивления типов ММТ-4 и КМТ-4 смонтированы в металлических корпусах 2 и герметизированы, благодаря чему они могут быть применены, в отличии от рассмотренных выше, в условиях любой влажности и любой среды, не являющейся агрессивной относительно корпуса термосопротивления. В тех случаях, когда возможно только визуальное наблюдение исследуемого процесса для измерения температуры, применяют оптические пирометры – пирометры излучения. Принцип действия пирометров излучения основан на свойстве нагретых тел изменять степень излучения при изменении их температуры. К ним относятся: яркостные пирометры частичного излучения (оптические) на пределы от +700 до +6000⁰С, радиационные пирометры суммарного излучения с пределами измерения от +100 до +2500⁰С и цветовые пирометры на пределы от +1400 до +2800⁰С. nike air max femme adidas superstar soldes Погрешность пирометров излучения составляет 0,5 – 2,0%. Применяются пирометры излучения, как правило, для определения бесконтактным методом температуры тел, нагретых до видимого свечения. Оптический пирометр служит для измерения температуры поверхности нагретых тел по энергетической яркости их излучения в узком диапазоне длин волн порядка 0,15 мк и менее. Радиационные пирометры измеряют температуру поверхности объекта его суммарной (по всему спектру) энергетической яркости, оцениваемой по тепловому действию излучения объекта. Радиационные пирометры состоят из телескопа. В лучеприёмнике вся энергия излучения объекта преобразуется в тепловую форму, повышая температуру теплочувствительного элемента. Повышение температуры служит мерой радиационной температуры. Цветовой пирометр измеряет температуру поверхности объекта по относительному распределению спектральной плотности энергетической яркости его излучения в видимой области спектра, которое оценивается путём сравнения с распределением в том же диапазоне спектра излучения абсолютно чёрного тела. Наряду с рассмотренными в настоящее время разрабатываются новые методы температур, основанные на явлениях. Одним из современных методов измерения температур является метод, основанный на использовании транзистора со смещением базового перехода в прямом направлении база-эмиттер. Из теории транзисторов известно, что напряжение база-эмиттер (Vбэ) определяется выражением: Vбэ=ln(I_k/I_{обр.нас.}) при условии, что I_k/I_{обр.нас}1 где К- постоянная Больцмана (1,38 * 10^-23 ДЖ/К); Т- температура по Кельвину (К=⁰С+273,16); q- элементарный электрический заряд (1.6 * 10^-19 Кл); I_k— ток коллетора; I_{обр.нас.}— обратный ток насыщения (в большинстве случаев I_{обр.нас}1,87*10^-14 А). Если подобрать отношение I_k/I_{обр.нас.} равным, например,2, то логарифм отношения будет иметь постоянное значение, равное ln2 и уравнение ( ) примет вид: Vбэ=ckt/q где c=ln2=0,6931. В практике измерения температур рассмотренным методом применяют схемы на основе согласованной пары манолитных имеющих место в р-n переходах полупроводников при изменении температуры. Для устранения недостатков, свойственных механическим (потенциометрическим) датчикам были разработаны конструкции бесконтактных тензометрических датчиков давления. Эти приборы обеспечили существенное увеличение точности и стабильности измерения, однако сложны в изготовлении. Их уровень выходного напряжения находится в милливольтовом диапазоне, поэтому после датчика обычно ставят предусилитель. Дальнейшее улучшение характеристик достигается использованием кристаллических диафрагм с напылёнными пьезорезисторами.

5.7.3. Измерение расхода жидкостей, газов и паров

Количества вещества, проходящее в единицу времени через поперечное сечение потока, называют расходом. Различают объёмный и массовый расходы жидкостей, газов и паров. Под объёмным расходом Q понимают объём вещества V, протекающего в единицу времени через поперечное трубопровода потока. Объёмный расход определяют как отношение приращения объёма вещества dv, протекающего через поперечное сечение трубопровода за бесконечно малый промежуток времени dj к этому промежутку времени q= Под массовым расходом G понимают массу вещества M=рV, протекающую в единицу времени через поперечное сечение потока в момент изменения. Величину массового расхода G определяют как отношение прирощения массы вещества рdV, протекающий через поперечное сечение трубопровода за бесконечно малый промежуток времени dJ к этому промежутку времени. G=р где р- плотность измеряемой среды. Приборы, предназначенные для измерения расхода вещества, называют расходомерами. Кроме расходомеров в промышленности широкое применение нашли приборы, измеряющие суммарный объём или вес вещества, протекающего по трубопроводу. Canada Goose Femme Эти приборы называются счётчиками количества. Расходомеры по принципу действия можно разделить на следующие группы: — расходомеры переменного перепада давления; — расходомеры постоянного перепада давления; — расходомеры скоростного напора; — расходомеры переменного уровня; — индукционные расходомеры; — ультразвуковые расходомеры. Расходомеры переменного перепада давления являются одними из наиболее распространённых в промышленности. Nike Pas Cher Принцип этих расходомеров основан на существующей зависимости между расходом жидкости (газа), протекающей через сужающее устройство и перепадом давления на нём. Сужения в трубопроводах создают путём установки в них диафрагм, сопел Вентури или труб Вентури. Простейшая схема измерения расхода методом переменного препада давления включает (рис. ): сужающее устройство 2, установленное в трубопроводе 1, соединительные трубки 3 и дифференциальный манометр 4, измеряющий разность давлений до и после сужающего устройства. Перепад давления h будет там больше , чем больше скорость потока, т.е. чем больше расход, перепад давления на сужающем устройстве является мерой расхода. Измерение расхода вещества по методу переменного перепада давления возможно при соблюдении следующих условий: а) поток заполняет всё поперечное сечение трубопровода; б) поток является ламинарным; в) фазовое состояние вещества при прохождении через сужающее устройство не меняется (жидкость не испаряется, пар не конденсируется, растворённые в жидкости газы не десорбируются). Зависимость расхода вещества от перепада давления, возникающего на на сужающем устройстве, устанавливается законом сохранения энергии (уравнением Бернули) и уравнением неразрывности, преобразование которых для двух сечений трубопровода даёт формулу для объёмного расхода Q=aF₀(P₁—P₂) для массового расхода G=aF₀ где P₁—P₂ — перепад давления, непосредственно у торцов сужающего устройства, н/м²; r — плотность вещества, н*с²/м⁴; F₀ – площадь отверстия сужающего устройства, м²; a — коэффициент расхода. Для получения достаточно точных результатов измерения, сужающее устройство необходимо монтировать на прямолинейном участке трубопровода длинной не менее 2-40 Д до сужающего устройства и не менее 5-10 Д после него. Диаметр трубопровода D для установки камерных диафрагм рекомендуется применять в пределах 50-400мм. Свыше 400 мм – бескамерные диафрагм. Для измерения перепада давления на сужающем устройстве применяют мембранные, сильфонные, поплавковые, колокольные и кольцевые дифманометры. Методика расчёта сужающих устойств и вибрадифманометров для измерения расхода определена «Правилами 28-64». Asics Расходометры переменного перепада давления получили широкое промышленное применение, поскольку они обеспечивают: а) возможность измерения расходов жидкостей, паров и газов в широком диапазоне их изменения при различных температурах и давлениях; б) высокую точность измерения; в) регистрацию показаний и передачу их на расстояние.

Расходометры постоянного перепада давления

Действие расходометров постоянного и переменного перепадов давлений основано на том, что расход вещества Q, протекающего по трубопроводу, пропорционален площади его поперечного сечения и корню квадратному из перепада давления ãP, возникающего на сужающем устройстве. Q=aFãP В расходомерах переменного перепада давления площадь отверстия сужающего устройства постоянна, а перепад давления есть мера расхода вещества. Если же перепад давления в сужающем устройстве поддерживать постоянным за счет изменения площади отверстия, то в этом случае мерой расхода вещества будет площадь отверстия сужающего устройства. К приборам второй группы /расходометры постоянного перепада/ относятся ротаметры и поршневые расходометры. В ротаметрах измерительной частью служит вертикальная коническая трубка с помещенным в нее поплавком /рис./. Измеренный поток проходит по трубке снизу вверх. Увеличение расхода приводит к возникновению перепада давления на кольцевом зазоре между поплавком и стенкой трубки. Разность давлений приводит к перемещению поплавка вверх. По мере перемещения поплавка, кольцевой зазор между ним и стенкой увеличивается, а перепад давления уменьшается. Высота подъема поплавка зависит от величины расхода: чем больше расход, тем выше поднимается поплавок. Ротаметры предназначены для установки в вертикальных участках трубопроводов при потоке снизу вверх и рассчитаны на рабочее давление до 6 кгс/см² /6*10⁵Па/. Для передачи показаний на расстоянии применяются бесшкальные ротаметры с металлической трубкой и устройством дистанционной электрической или пневматической передачи. В бесшкальных ротаметрах с электрической дистанционной передачей /РЭД/ электрическая схема состоит из индукционной катушки с плунжером, соединенным с поплавком ротаметра.. Катушка датчика включена в дифференциально-трансформаторную схему встречного прибора. В бесшкальных ротаметрах с пневматической дистанционной передачей/РПД/ в качестве вторичных приборов используются сильфонные манометры. Расходомеры скоростного напора. Действие этих приборов основано на существующей зависимости между расходом протекающего по трубопроводу вещества и величиной скоростного/динамического/ напора, создаваемого этим потоком. Скоростной напор измеряется напорной трубкой (трубкой Пито). Если напорная трубка располагается по оси трубопровода, то зависимость объемного расхода Q от величины напора выражается формулой: Q=4,43*3600*СyD где С-коэффциент, зависящий от конструкции напорной трубки и принимается равным 0,77¸0,99; y-поправочный множитель, равный отношению средней скорости потока к максимально возможному ее значению и от числа Рейнольдса/Re/ Re=; V= D-внутренний диаметр трубопровода; Рдин- динамический напор, равный разности полного напора, измеренного импульсной трубкой, отверстие которой направлено на встречу потока и статического напора, измеренного в непосредственной близости от места измерения динамического напора/Н/м²/м⁴, кгс/см²/; р- плотность вещества, Н*с²/м⁴ /кгс*с²/м⁴/. Расходомеры скоростного напора применяются для измерения расходов жидкостей и газов в трубопроводах большого диаметра при больших скоростях потока, а также в трубопроводах некруглого сечения. Расходомеры переменного уровня. Действие этих расходомеров основано на изменении высоты уровня жидкости в сосуде при непрерывном ее поступлении и свободном истечении через отверстие в случае изменения расхода. Расходомеры переменного уровня состоят из приемника- цилиндрического или прямоугольного сосуда с круглым отверстием для истечения в боковой стенке и любого стандартного измерения уровня. Расход жидкости Q/м³/ч/ при свободном истечении ее из отверстия в зависимости от высоты уровня в сосуде определяется уравнением: Q-4,43*3600aF₀ где a-коэффициент расхода при истечении; F₀-площадь отверстия для истечения, м²; H-высота столба жидкости над отверстием для истечения, м. Расходометры переменного уровня применяются для измерения расхода при атмосферном давлении небольших расходов агрессивных жидкостей, пульсирующих потоков жидкостей, а также газожидкостных смесей и суспензий /пульп/. Щелевые расходометры переменного уровня разрабатывались институтом «Механобр» и испытывался на Турны-Аузской обогатительной фабрике. Аналогичный расходометр разработан институтом «Гинцветмет». Конструктивно он выполнен в виде открытого сосуда, через который протекает пульпа. Сосуд разделен на две камеры перегородной со щелью. При свободном истечении пульпы из одной камеры в другую, через щель расход пульпы пропорционален высоте столба пульпы в первой камере. Для получения линейной зависимости Q=kH ширина щели «В» должна изменятся согласно закону В= где a-коэффициент расхода/a»0,6/; К-коэффициент пропорциональности; Н-уровень пульпы.

Индукционные /электромагнитные/ расходомеры /ИР-1/

Принцип действия прибора основан на явлении электромагнитной индукции. Предназначен для непрерывного автоматического измерения электропроводных /с электропроводностью не менее 3*10^-5Ом^-1*см^-1/ жидкостей растворов и пульп в закрытых трубопроводах. Конструктивно расходомер состоит из датчика и измерительного блока. Измерительный блок имеет выход по постоянному току 0-5мА, обеспечивающий работу блоков системы АУС, стандартных показывающих миллиамперметров 347, М80 и т. д., а также стандартных потенциометров. Датчик индукционного расходомера состоит из двух основных узлов — трубы и магнитной системы. Труба изготовлена из немагнитной нержавеющей стали 1Х18Н9Т. Внутренняя поверхность трубы покрыта изоляционным материалом, в качестве которого может быть использована резина. В среднем сечении трубы диаметрально противоположно друг другу и заподлицо с поверхностью изоляционного покрытия в стенку трубы введены два электрода /сталь 1Х18Н9Т/ изолированные от стенки. По обе стороны трубопровода размещается электромагнит так, чтобы электроды находились в зоне равномерного магнитного поля. При прохождении электропроводной жидкости через однородное магнитное поле, в, ней, как в движущемся проводнике, наводится электродвижущая сила /ЭДС/, пропорциональная средней скорости потока: E=BlV*10^-8 где Е- электродвижущая сила, В; В- электромагнитная индукция в зазоре между полюсами, гс; l- расстояние между электродами, см. или Е=36 где Q- объемный расход жидкости, м³/час. ЭДС, образующаяся в жидкости, пересекающей магнитное поле, снимается двумя электродами Э и через низкоомное сопративление R /обеспечивающее компенсацию трансформаторной ЭДС/ подается на измерительный блок со встроенным показывающим прибором со 100-процентной шкалой.