Лекции по «Системы управления химико-технологическими процессами»

R_М- сопротивление, дополняющее схему до мостовой.

 

Буквенные обозначения  самопишущих приборов.

 

КСП-4, КСМ-3, КСД-2, КСУ-1.

К- компенсация или уравновешивание,

С- самопишущие приборы,

П- потенциометры,

М- мосты,

Д- приборы дифференциально-трансформаторной системы,

У- универсальные приборы ( для измерения электрических величин). Цифры от 1-4 характеризуют размер стороны.

 

2.3 Термопреобразователи сопротивления и вторичные приборы к ним.

 

Принцип действия основан на изменении  сопротивления электрическому току под воздействием температуры. Для различных материалов справедливы формулы: Ме,

Наибольшее распространение получили Термопреобразователи сопротивлений  типов: ТСМ- термопреобразователь сопротивления медный, ТСП- термометр сопротивления платиновый.

1. Логометр.

 

Это прибор магнитоэлектрической системы. Конструктивно представляет собой две жестко скрепленные рамки, размещенные вне равномерном зазоре, между полюсами  наконечниками постоянного магнита.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7

 

Если R₁=R_t, то I₁=I₂, M_вр1=М_вр2 Под воздействием температуры R_t меняет свое значение R₁ R_t, I₁ I₂, М_вр М_вр, при этом возникает вращающий момент , который поворачивает систему рамок, пружины закручиваются и создается момент компенсирующий, при условии ,  стрелочный указатель показывает численное значение измеряемой температуры.

 

2. Неуравновешенные мосты.

 

Отсутствие уравновешивающего  устройства. Основой измерительной части является мостовая схема в одно из плеч, которой включено термосопротивление.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8

 

Особенностью данных приборов является, то что у них отсутствует уравновешивающие устройство и в измерительную диагональ включен милливольтметр для измерения напряжения небаланса. Условие равновесия мостовой схемы: Под воздействием температуры R_t меняет свое значение, равновесия мостовой схемы нарушается и в измерительной диагонали СД появляется напряжение небаланса U_сд. U_сд=f(T)

Исходя из этой функциональной зависимости, шкала милливольтметра может быть отградуирована в единицах измерения температуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.3 Уравновешенные мосты. Двухпроводные схемы соединений.

 

Условия равновесия данной схемы имеет  вид:   Особенностью данной схемы является наличие уравновешивающего устройства R₂ и в измерительной диагонали СД находится нулевой прибор. Бесконечно малые величины R_СП1 и R_СП2 расположены только в левой части уравнения, пренебречь ими нельзя двухпроводная схема уравновешенного моста обладает температурной погрешностью засчет нагрева соединительных проводов. Измерение сопротивления R_t под воздействием температуры уравновешивается с помощью резистора R₂ на отградуированной шкале которого наблюдается численное значение измеряемой температуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9

 

 

      2.3.4 Уравновешенные мосты. Трехпроводная схема соединений.

 

Условие равновесия:

Особенностью данной схемы является то, что одна из вершин мостовой схемы снесена непосредственно к резистору R_t, при такой компановке схемы исключается погрешность засчет нагрева соединительных проводов.

 

2.3.5 Автоматический мост.

 

Принцип действия автоматического  моста основан на уравновешивании ( компенсации) изменения сопротивления чувствительного элемента изменением сопротивления уравновешивающего устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10

 

 

 

2.3.6 Сравнительный анализ автоматических мостов и автоматических потенциометров

 

КСП	Общие элементы	КСМ
1. первичный измерительный преобразователь- термопара; 2. термопара диф-но включается в измерительную диагональ мостовой схемы; 3. на вход электр. усилителя подается  разность +-(Ett0-UСД); 4. направление вращения РД определяется  знаком +-(Ett0-UСД); 5. в момент отсчета мостовая схема не уравновешена	1. основой измерительной части является – мостовая схема; 2. основные конструкционные элементы: электрон. усилитель, реверсивный двигатель, передаточный механизм, шкала отсчета, самопишущий блок	1. первичный измерительный преобразователь- термометр сопротивления; 2. терм-тр сопротивления включается  в плечо мостовой схемы; 3. на вход электр. усилителя подается величина +- UСД; 4. направление вращения РД определяется  знаком +- UСД; 5. в момент отсчета мост. Схема  уравновешена

 

2.4 Измерение расхода.

 

Расход- количество жидкости, проходящее ч/з сечение канала в ед. времени (расходомер). Количество- интегрированный расход (счетчик). Классификация расходомеров:

 

1) Расходомеры переменного перепада давления: принцип действия(п.д.) основан на принудительном течении ж. ч/з диафрагму:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 11

 

 

При протекании ж. ч/з диафрагму  происходит сужение потока; при этом в пристеночном слое перед диафрагмой возникает турбулентное движение и повышается давление. Т.к. выпрямление струи за диафрагмой мгновенно не происходит, то в пристеночном слое возникает зона разряжения, тогда давление Р₁>Р₂.

Расход ж. ч/з диафрагму определяется:

,

где α- коэффициент расхода диафрагмы; S₀- площадь выходного сечения. Т.к. каждому значению расхода соответствует свой перепад давлений Р₁-Р₂, данный расходомер относится к расходомерам переменного перепада давлений.

 

2) Расходомеры переменного уровня: п.д. основан на свободном истечении ж. ч/з диафрагму. Конструктивно данный расходомер представляет собой емкость, в плоском днище которой расположена диафрагма:

Расход ж. ч/з диафрагму определяется:

; 

;

;

. 

 

Т.к. в конечной формуле единственной переменной величиной является величина уровня, то расходомеры данного типа относятся к расходомерам переменного уровня. Для обеспечения постоянного расхода необходимо стабилизировать величину уровня в данной емкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 12

 

 

ДК- диафрагма камерная; ДБ- д. бескамерная.

 

3) Расходомеры постоянного перепада давлений.

Рассмотрим расходомеры данного типа на примере стеклянного ротаметра: конструктивно стеклянный ротаметр представляет собой цилиндр с внутренним коническим каналом, расширяющимся к верху:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 13

 

Внутри канала свободно перемещается металлический поплавок, имеющий в верхней части косые прорези. Под воздействием потока жидкости поплавок поднимается вверх, раскручивается и самоцентрируется в потоке жидкости.  При этом между внутренними стенками канала и поплавком образуется кольцевой канал, по которому протекает поток жидкости. Рассмотрим силы, действующие на поплавок в потоке движущейся жидкости:

а) ↓ V_пρ_пg и P₂S- Сила со стороны потока на верх. торц. поверхность поплавка;

б) ↑ P₁S- сила со стороны потока на нижнюю торцевую поверхность поплавка и KV_KS_бок.- сила со стороны потока на боковую поверхность поплавка, где К=f(Re), V_K- скорость ж. в кольцевом канале. Условие равновесия поплавка в потоке жидкости имеет вид: V_пρ_пg+ P₂S= P₁S+ KV_KS_бок.  , P₁- P₂= V_пρ_пg - KV_KS_бок.  /S. При изменении положения поплавка площадь кольцевого канала изменяется, а скорость потока в кольцевом канале остается неизменной для всех значений расхода.  Поэтому расходомеры данного типа относятся к расходомерам постоянного перепада давлений:  Р₁-Р₂=const.

 

4) Расходомеры скоростного напора: п.д. основан на определении скоростного или динамического напора в потоке движущейся жидкости. Чувствительным элементом данного расходомера является трубка Пито-Прандтля, которая состоит  из 2-х частей: торцевой срез 1-й части расположен перпендикулярно потоку, а 2-й срез параллельно.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 14

 

При подключении к обеим частям трубки дифференциального манометра  определяется скоростной напор, характеризующий среднюю скорость движения потока. По величине скорости определяется значение расхода.

 

5) Электрические расходометры: п.д. основан на законе Фарадея: если проводник движется в магнитном поле , то на концах проводника возникает разность потенциалов. Данные расходомеры применяются только для электропроводящих жидкостях и на неэлектромагнитных участках трубопровода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 15

 

Конструктивно данный расходомер представляет собой 2 электрода диаметрально расположенных на немагнитном участке трубопровода:

При протекании потока жидкости под  воздействием магнитного поля на электродах оседают противоположно заряженные частицы. E= - Bdν_ср  , B- магнитная индукция.

 

2.5 Счетчики количества.

 

Рисунок 16

 

 

По принципу действия счетчики подразделяются на скоростные и объемные. Скоростные делятся на винтовые и крыльчатые. У винтовых счетчиков рабочим элементом является винт, который располагается параллельно потоку, а у крыльчатых - крыльчатка, которая располагается перпендикулярно потоку. У крыльчатых счетчиков подвод и отвод жидкости осуществляется тангенциально.

Вращательное движение рабочих  органов ч/з передаточный механизм передается на счетчик числа оборотов, шкала которого, в большинстве случаев, градуируется в единицах количества.

 

2.5.1 Объемные счетчики количества.

 

Счетчики количества жидкости с  эллиптическими колесами. Рабочим органом  является два эллиптических колеса, расположенных на параллельных осях.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 17

 

Эллиптические колеса помещаются в  общий кожух, вне кожуха они связаны  между собой зубчатой передачей и соединяются со счетчиком числа оборотов. Под воздействием  потока жидкости первым придет в движение вертикальный эллипс, и будет являться ведущим. При своем вращении эллиптические колеса занимают как вертикальные, так и горизонтальные положения и при этом ведущий всегда вертикальный. За один полный оборот эллиптических колес через счетчик пройдет количества жидкости, равное свободному объему кожуха.

 

2.6 Измерение давления.

 

Под давлением понимают предел отношения  нормальной составляющей силы на единицу  поверхности. В технике различают абсолютное и избыточное давление. Р_а- параметр состояния вещества. Р_и =Р_а - Р_б. Р_б – барометрическое давление.

 

2.6.1 Классификация приборов для измерения давления.

 

По принципу действия:

- жидкостные приборы – у них  измеряемое давление уравновешивается  гидростатическим давлением столба жидкости;

- Деформационные приборы – у них измеряемое давление уравновешивается силой упругости чувствительного элемента;

- грузо-поршневые приборы – у них измеряемое давление уравновешивается весом калиброванного груза или перемещением поршня;

- электрические приборы - у них  измеряемое давление преобразуется  в выходной электрический сигнал.

 

По виду измеряемого  давления:

- манометры – для измерения больших положительных избыточных давлений;

- вакуумметры - для измерения  больших отрицательных избыточных  давлений ( вакуум);

- мановакуумметры – калиброванные  приборы имеющие двухстороннюю  шкалу ( Двухсторонней шкалой называется шкала нулевая отметка которой не совпадает ни с одним из  крайних положений.)

- напоромеры – для измерения  малых избыточных давлений;

- тягомеры – для измерения  малых разряжений;

- дифференциальные приборы;

- барометры – для измерения  барометрического или атмосферного давлений.

 

2.6.2 Грузо-поршневые приборы.