Автоматизація вентиляції і кондиціонування

При випарюванні вологи зі зволоженої поверхні мокрого термометра його температура понижується. В  результаті цього між сухим і  мокрим  термометрами

виникає різниця температур, що називається психрометричною різницею.

Відносна вологість в залежності від психрометричної різниці (t_c-t_в) виражається залежністю:

 

                           j=Р_в-А(t_c-t_в)/Р_с , де

 

Р_в-пружність газів, що насичують вимірюване середовище при температурі t_в вологого термометра;

Р_с-пружність парів, що насичують вимірюване середовище при температурі t_с сухого термометра;

А-психрометричний  коефіцієнт, що залежить від конструкції психрометра, швидкості обдування вологого термометра газом і тиску газу.(визначається за психрометричними таблицями, складеними для конкретної конструкції).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вимірювальна  схема електричного психрометричного вологоміра з термометрами опору складається з двох мостів 1 і 2, що живляться від одного джерела змінною напругою, і мають два спільних плеча R1 і R3.

Міст 1 складається з опорів R1,R3,R3,R_тс, а міст 2 з опорів R1,R3,R4,R_тм.

Різниця потенціалів на вершинах моста а і в діагоналі моста 1 пропорційна температурі сухого термометра опору, а різниця потенціалів на вершинах а і с-температурі мокрого термометра опору.

Спадок напруги  між точками в і с діагоналі  подвійного моста пропорційний різниці  температур сухого і мокрого термометрів опору. Рівновага вимірювальної схеми встановлюється автоматично зміною положення повзунка реохорду R_р, що приводить в рух реверсивним двигуном РД. Одночасно двигун пересуває і стрілку приладу.

Якщо температура  нижча нуля, то для змочування мокрого термометра використовують 3% водний розчин формальдегіду.

Переваги психрометричного методу- достатня точність при додатній температурі і незначна інерційність.

Недоліки-залежність результатів вимірювань від швидкості  руху газів і коливань атмосферного тиску, зниження чутливості і зростання похибки при пониженні температури.

 

3.4. Метод точки  роси.

Цей метод передбачає охолодження досліджуваного газу до настання насичення. Тобто до точки  роси. Методом точки роси можна  вимірювати вологість газів при будь-яких тисках.

При незмінному тиску точка роси не залежить від  температури досліджуваного газу. Для  визначення моменту наступлення  точки роси звично використовують охолоджуване металічне дзеркало, температуру  котрого вимірюють в момент випадання конденсату  на ньому і фіксують як точку роси.

В автоматичних приладах появу точки роси на дзеркальній  поверхні визначають по ослабленню світлового потоку, відбитого від дзеркала, що сприймається фотоприймачем.

Дзеркало охолоджується  при допомозі напівпровідникової термоелектричної батареї 4 – при проходженні струму один спай нагрівається, інший охолоджується. Вимірювання здійснюються циклічно.

Поява конденсату на відбиваючій поверхні дзеркала 5 приведе до розсіювання світлового потоку, а відповідно і до зменшення освітленості фотоелементу 8. Провідність фотоелементу при цьому зменшиться на що моментально відреагує підсилювач 9,який подасть напругу на обмотку реле К.

Реле К своїм  контактом К1 відключає охолодження  дзеркала і включає лампу HL (вимірювання). Так як оточуюча температура вища температури дзеркала, конденсат з поверхні дзеркала швидко випарюється; реле знову включає в роботу холодильник.

Переваги методу- порівняно висока точність вимірювання, можливість вимірювати вологість повітря і різних газів при низьких температурах (до-160⁰С) і високих тисках.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-лампа; 2-лінза; 3-електровентилятор; 4-термоелектрична  батарея; 

5-металічне  дзеркало;  6-термопара; 7-показуючий  прилад; 8-фотоелемент;

9-підсилювач.

Недолік - складність конструкції та додаткові похибки від забруднення дзеркала.

 

3.5. Інші методи  вимірювання вологості.

 

Серед давачів  вологості повітря, побудованих  на гігроскопічному методі вимірювання  найбільшого поширення дістали  волосяні. В таких давачах чутливим елементом служить обезжирена людська волосина, котра здатна змінювати свою довжину при зміні відносної вологості оточуючого повітря. До переваг таких давачів слід віднести високу чутливість,  достатню надійність в роботі і невисоку інерційність.

Конденсаційний метод базується на охолодженні досліджуваного газу в холодильнику до повної конденсації в ньому вологи. Кількість вологи в газі визначається об’ємом води, що виділилась в холодильнику.

Спектрометричний  метод використовує залежність поглинання випромінювань від вологості досліджуваного газу. При цьому застосовують інфрачервоне, ультрафіолетове і радіоізотопне випромінювання.

Метод теплопровідності базується на різниці  між теплопровідністю сухого і вологого газу.

 

Вимірювання та контроль хімічного складу та фізичних

властивостей газів.

На виробництві часто  доводиться визначати вміст контрольованих компонентів в газових сумішах  технологічних процесів в оточуючому повітряному середовищі у виробничих місцях. Дія автоматичних газоаналітичних  приладів ґрунтується на різних фізичних властивостях газів, таких як і  густина, в’язкість, електропровідність, магнітні властивості.

 

 

 

3.6. Термомагнітні  газоаналізатори О₂

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зверху на перемичку  намотана нагрівальна магнітна спіраль, що складається з двох секцій R1 та R2, що проходять через них до певної температури. Аналізований компонент поступає  в кільцеву камеру знизу, і розділюючись на два потоки проходить до верхнього вихідного отвору. Якщо в газі немає кисню, то ці потоки однакові і перемичці руху газу немає. При появі в газі кисню він втягується магнітним полем в перемичку і попадає   в зону високої температури, створену нагрівами, де кисень нагрівається і втрачає парамагнітні властивості і виштовхується свіжими холодними порціями кисню. В перемичці виникає термомагнітна конвекція, швидкість якої залежить від концентрації кисню в аналізованому газі. Ця швидкість вимірюється по степені охолодження нагрівального елементу потоком газу  в перемичці. Секція R1 омивається більш холодним киснем ніж  R2, в результаті цього неоднаково змінюється опір R1 та R2. Ці опори включені в схему  не зрівноваженого моста.

 Таким чином,  напруга у вимірювальній діагоналі  пропорційна швидкості термомагнітної  конвекції, тобто пропорційна  швидкості  магнітної конвекції і концентрації тиску в досліджуваному газі.

Точність такого ГА залежить від стабільності витрати  газу і його температури. Діапазон вимірювання 0-4, 0-40%. 

3.7. Термокондуктометричний  метод аналізу.

Базується на використанні відмінностей теплопровідності окремих компонентів газових сумішей.

В термокондуктометричних ГА теплопровідність контролюється по зміні умов тепловіддачі нагрітої струмом  металічної нитки., котрі залежать від  теплопровідності оточуючого її газу.

Вимірювальна  схема являє собою не зрівноважений міст, плечі котрого створені чотирма однаковими нагрівальними елементами ( нитками) R1 - R4. Температура ниток регулюється зміною  сили струму, для чого використовується змінний опір R.

Два елементи R₁ та R₃ розміщені в вимірювальних камерах 1 первинного перетворювача, через котрі  проходить аналізований газ, елементи R₂ та R₄ повітрям. Всі капіляри об’єднані  в монолітному металічному корпусі давача і мають завдяки цьому однакову температуру.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Застосовують  термокондуктометричні газоаналізатори для вимірювання концентрацій Н₂, СО₂, SО₂, NH₃. Їх похибка не перевищує 1,5-2,5%.

 

3.8. Оптико абсорбційні газоаналізатори.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У ролі цих приймачів  найчастіше використовують оптико-акустичні  перетворювачі, дія яких ґрунтується на здатності газів поглинати інфрачервоні промені. При опромінюванні газу потоком інфрачервоних променів  тиск газу в замкненому об’ємі зростає. Це пояснюється тим, що при поглинанні молекули газу квантів радіації їх енергія переходить в енергію теплового руху, тобто підвищується температура газу, а це підвищення викликає збільшення тиску.

Якщо досліджуваний  газ в замкненому об’ємі опромінювати переривистим (зі звуковою частотою) потоком  енергії в інфрачервоній області, він буде періодично нагріватись і охолоджуватись і в ньому виникнуть коливання тиску з цією ж частотою. Коливання сприймаються чутливими елементом-мембраною, котра є одною з обкладок конденсаторного мікрофону 2, з’єднаного вимірювальною схемою. В якості джерела інфрачервоного випромінювання використовується нагріта до 700-800^оС хромонікелева дротина 1. Використовуються для визначення концентрації СО, СО₂, СН₄, в різних газових сумішах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.9. Термохімічні  газоаналізатори .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема газоаналізатора - не зрівноважений міст постійного або змінного струму. R₁ - робоча камера, R₂ - порівняльна камера, ідентична робочі, але заповнена зразковою сумішшю, R₂, R₄ - постійні резистори з манганіту, R₅ -опір настроювання нуля.

Рівняння теплового балансу  при згорянні газу:

 

 

- коефіцієнт, що характеризує повноту реакції;

а  - число молів реагуючого компонента;

 

Моль - це кількість речовини, яка містить  стільки не структурних  елементів скільки атомів міститься  у вуглецю-12 , масою 12 г .(Структурні елементи - атоми, молекули, іони, електрони та інші частинки);

 

q - питома теплота горіння;

- коефіцієнт втрат тепла в оточуюче середовище;

- питомий вміст продуктів реакції;

  - підвищення температури платинової нитки;

 

Зміна електричного опору платинової нитки в робочій  камері при підвищенні температури  від згоряння аналізованої компоненти приводить до порушення рівноваги  вимірювального моста. Сила струму I пропорційна вмісту аналізованої компоненти в газовій суміші.

Використовується  для аналізу 80 горючих речовин, основний недолік - «отримання» каталізатора з’єднання Cl₂, HCl, H₂S, SO₂, фосфору, миш’яку.

На такому принципі базується  також індикатори і аналізатори  довибухових концентрацій  горючих газів і парів у повітрі.

 

3.10.Іонізаційно-полум’яний  метод вимірювання концентрацій  горючих газів.

Іонізаційний  метод дослідження концентрації газів заснований на іонізації речовини, що аналізується і вимірюванні іонного  струму, котре є пропорційним концентрації компоненти, що визначається.

Іонізація - полум’яний метод, що ґрунтується на іонізації молекул  досліджуваної речовини у водневому  полум’ї .

Чистий водень, згораючи у повітрі, майже не утворює іонів, тому водневе полум’я має  дуже великий опір  10¹²  - 10¹⁴ Ом. Якщо разом з воднем у перетворювач надходять досліджуваний горючий газ і опір між електродами різко зменшується. Внаслідок цього збільшується струм I і спадок U_вих=I R_н напруги на резисторі R_н яка подається на самопишучий прилад.

Метод дозволяє виявити мікро  концентрації органічних з’єднань, що надходять у перетворювач із швидкістю 10^-12  - 10^-14 г/с. Чутливість аналізаторів складає 10⁴ -10⁵ (В с)/м² Постійна часу 1 мс. Робоча температура T <= 400 ^oC

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВИМІРЮВАННЯ КІЛЬКОСТІ ЕНЕРГОНОСІЇВ.

3.11.Вимірювання  кількості тепла.

Вимірювання витрати  і кількості тепла, що отримують  споживачі від мережної води ТЕЦ  і котелень, є не тільки комерційним  параметром, але й відіграє важливу  роль для об’єктивного контролю і автоматизації теплових мереж. В даний час вимірювання витрати і кількості відпущеного і спожитого тепла здійснюється розрахунковим методом за даними незалежного вимірювання температур теплоносія в подаючому і зворотному трубопроводах і також витрати теплоносія в подаючому і зворотному трубопроводах, в залежності від типу споживачів тепла. Розвиток мікропроцесорної техніки, значного зменшення ціни, розмірів і споживання електроенергії (однієї літієвої батареї напругою 3В вистачає на 6 років безперервної роботи), дозволив широко застосовувати цей метод для об’єктивного контролю і автоматизації теплових мереж.

Втрата тепла q, що відпускається  споживачеві за одиницю часу Дж/год, можна описати рівнянням

q=Q_м(і₁-і₂)= Q_оr(і₁-і₂),

або

q=Q_мс_в(t₁-t₂)= Q_оrс_в(t₁-t₂) ,