Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Розроблення метрологічного забезпечення (МЗ) системи автоматичного контролю (САК) витрати повітря за допомогою трубки Піто.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут енергетики та систем керування
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра АТХП
Інформація про роботу
Рік:
2007
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Метрологія, стандартизація, сертифікація та акредитація
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет „Львівська політехніка”
Інститут енергетики та систем керування
Кафедра АТХП
EMBED MSPhotoEd.3
Курсова робота
з курсу:
«Метрологія, стандартизація, сертифікація і акредитація»
Львів 2007
ЗАВДАННЯ.
Тема: розроблення метрологічного забезпечення (МЗ) системи автоматичного контролю (САК) витрати повітря за допомогою трубки Піто
Початкові дані САК: діапазон вимірювання ∆Р=6,0-6,5 кПа, ∆ξ=0,75-0,8, ∆F=3,8-4м2.
Математична залежність EMBED Equation.3 .
Неінформативні параметри: F=3,953 м2 ,ξ=0,78, ρп=1,00120кг/м3.
Вступ
Мета і види метрологічних перевірок засобів вимірювальної техніки
Всі ЗВТ, що виготовляються або підлягають ремонту, ввозяться з-за кордону, знаходяться в експлуатації та на зберіганні, підлягають метрологічній перевірці. Метрологічна перевірка ЗВТ – це встановлення придатності ЗВТ до застосування на основі експериментального визначення його метрологічних характеристик і контролю їх відповідностівстановленим нормам. Метрологічну перевірку ЗВТ здійснюють згідно з „Законом України про метрологію та метрологічну діяльність” [1] та ДСТУ 2708-99 [2].
Відповідно до Державної системи забезпечення єдності вимірювань [1] перевірка може бути первинною, періодичною, позачерговою, інспекційною та експертною.
Первинна перевірка ЗВТ здійснюється при випуску ЗВТ з виробництва або після ремонту, а також при ввезенні ЗВТ з-за кордону партіями. Первинній перевірці підлягає кожен екземпляр ЗВТ.
Періодичній перевірці підлягають ЗВТ, що знаходяться в експлуатації або на зберіганні, через певні міжперевірочні інтервали, які встановлюються, виходячи із забезпечення метрологічної справності ЗВТ на період між перевірками.
Позачерговій перевірці підлягають ЗВТ, що знаходяться в експлуатації або на зберіганні, і виконується вона в таких випадках:
─ якщо необхідно переконатися у придатності ЗВТ до застосування;
─ при пошкодженні клейма, пломби або втрат документів, що засвідчують проходження ЗВТ первинної або періодичної перевірки;
─ при введенні в експлуатацію ЗВТ після зберігання, коли закінчилась половина встановленого для них міжперевірочного інтервалу.
Терміни виконання позачергової перевірки призначаються незалежно від термінів періодичних перевірок.
Інспекційна перевірка, зокрема, вибіркова, виконується для виявлення придатності ЗВТ до застосування при здійсненні державного нагляду та відомчого контролю за станом і використанням ЗВТ органами метрологічних служб.
Експертна перевірка здійснюється при виникненні спірних питань щодо метрологічних характеристик, справності та придатності ЗВТ до застосування, а також правильності їх експлуатації. Експертну перевірку виконують органи державної метрологічної служби на основі письмових вимог (заяв) суду, прокуратури, мілійії, державного арбітражу, підприємств тощо.
Перевірка ЗВТ здійснюється органами державної та відомчих метрологічних служб. Обов’язковій державній перевірці підлягають:
─ ЗВТ, що використовуються в органах державної метрологічної служби;
─ЗВТ, що випускаються з виробництва або використовуються на підприємствах як зразкові;
─ ЗВТ, що застосовуються як робочі дл я вимірювань, результати яких використовуються для обліку матеріальних цінностей, палива, енергії, в торгівлі, для захисту довкілля та охорони праці;
─ ЗВТ, що використовуються для вимірювань, результати якихслужать підставою для реєстрації національних та міжнародних спортивних рекордів.
Відомчій перевірці підлягають ЗВТ, що не ввійшли у наведений вище перелік ЗВТ, які підлягають обов’язковій державній перевірці. Відомчу перевірку здійснюють підрозділи метрологічної служби підприємства. Конкретна номенклатура ЗВТ, що підлягають відомчій перевірці, встановлюється відомчою метрологічною службою підприємства і територіальним органом Держстандарту. Право на здійснення метрологічною службою підприємства перевірки конкретних видів ЗВТ надається територіальному органу Держстандарту.
Методи метрологічної перевірки засобів вимірювальної техніки
Класифікація методів метрологічної перевірки ЗВТ. Всів методи розділяють на дві групи: з використанням зразкового ЗВТ і без використання зразкового ЗВТ (автономна перевірка).
Існують п’ять основних різновидів методів перевірки, в яких використовується зразковий ЗВТ:
─ безпосереднє порівняння перевірюваного ЗВТ із зразковим ЗВТ;
─ порівняння перевірюваного ЗВТ із зразковим ЗВТ за допомогою компаратора;
─ прямі вимірювання перевірюваним ЗВТ величини, що відтворюється зразковою мірою (однозначною або багатозначною);
─ прямі вимірювання зразковим ЗВТ величини, що відтворюється перевірюваною мірою;
─ непрямі вимірювання величини, що відтворюється перевірюваним ЗВТ.
Основні елементи та структурна схема САК
Метод вимірювання витрати на основі усереднювальних напірних трубок (надалі — УНТ) грунтується на використанні рівняння Бернуллі. Перед тілом чутливого елемента (сенсора), введеного в потік, відбувається гальмування цього потоку, і швидкість падає до нуля. В результаті цього гальмування кінетична енергія потоку трансформується в динамічний тиск (Pdin). Чотири вимірювальні отвори на тілі сенсора ділять поперечний переріз труби на сегменти. Оскільки епюра швид костей потоку по діаметру трубопроводу різна (найбільшу швидкість потік має в центрі трубопроводу, а найменшу — практично нульову — біля стінки трубопроводу), розташу вання вимірювальних отворів по довжині сенсора вибрано, виходячи з умов оптимального усереднення швидкості потоку в більшому діапазоні швидкостей при похибці не більше 1%. На плюсовій стороні сенсора вимірюється середнє значення загального тиску
Статичний тиск (Pstat) вимірюється на тій стороні сенсо ра, яка повернута в бік від потоку (мінусова сторона). В резу льтаті диференційний тиск на сенсорі
Рисунок 1 Схема вузла вимірювання витрати за допомогою УНТ
Рисунок 2. Експериментальна залежність коефіцієнта витрати УНТ від витрати (матеріали ІФДЦСМС для УНТ-150)
ДР = Ptot - Pstat = Pstat + Pdin - Pstat = Pdin
Таким чином, отримуємо в результаті вимірювання шви дкість потоку. Вимірюючи диференційний тиск і враховуючи калібрувальний коефіцієнт, проводиться обчислення реальної швидкості потоку.
Залежність обємної витрати газу в трубопроводі від пере паду тиску в усереднювальних напірних трубках виражається формулою
Q=aF,/AP/p ,
де: Q — обємна витрата газу;
a — коефіцієнт витрати перетворювача, який визнача ється геометрією усереднювальної напірної трубки;
F — площа поперечного перерізу вимірювального трубо проводу;
р — перепад тиску на перетворювачі витрати;
р — густина газу в робочих умовах.
УНТ призначені для створення перепаду тиску, пропор ційного середній в поперечному перерізі трубопроводу швид кості потоку, для подальшого перетворення його, а також аб солютного (надлишкового) тиску і температури газу — в уні фіковані електричні сигнали.
УНТ призначені для використання в складі витратомірів змінного перепаду тиску, які можуть використовуватися в системах контролю і керування технологічними процесами, а також у вузлах обліку об'єму газу.
УНТ останнім часом широко впроваджуються замість стандартних звужуючих пристроїв. їх доцільно використову вати на замірних дільницях з достатніми довжинами прямих ділянок до і після них.
Перевагою УНТ є те, що при усталеному турбулентному режимі потоку коефіцієнт витрати перетворювача зберігає по стійне значення (рис. 3.18) і визначається тільки геометрією конструкції УНТ, тобто при точному виготовленні УНТ досяга ється достатньо висока точність вимірювання витрати при усталеному турбулентному режимі потоку (похибка близько
1%).
Суттєвим обмеженням використання УНТ є те, що вони створюють досить малий перепад тиску, тому їх неможливо використовувати для вимірювання малих витрат (рис. 3).
Рисунок 3 Експериментальна залежність перепаду тиску,
що створюється УНТ від витрати (матеріали ІФДЦСМС
для УНТ-150)
Сучасні конструкції УНТ, а саме фірм "Intra Automation" та "Exportronic" дають можливість досягти меж допустимої основної відносної похибки 1%.
Відмінністю сучасних конструкцій УНТ є те, що відбір статичного тиску проводиться за допомогою трубки з кілько ма отворами, яка розташована проти потоку (рис. 4).
УНТ конструкції фірми "Intra Automation" та "Exportro nic" складається з шестикутної трубки 1, розділеної всередині на два канали. В трубці з двох протилежних сторін є ряд отво рів, як правило, чотири. Через шарові крани 2 перепад тиску, що створюється, передається до вторинного приладу.
Спеціалістами ІФДЦСМС та ВАТ "Івано-Франківськгаз" розроблено УНТ, в якій замість однієї, розділеної на дві труб ки, використано дві з'єднані трубки: 1 — трубка відбору пов ного тиску і 2 — трубка відбору статичного тиску (див. рис.5).
Розглянута конструкція дає змогу одночасно вимірювати перепад тисків, абсолютний (надлишковий) тиск газу, темпе ратуру газу за допомогою давача температури, який розташо вують у трубці відбору статичного тиску 2. -
Похибки УНТ визначаються неточністю виготовлення профілю УНТ, нерівномірністю профілю розподілу швидко-
стей по діаметру трубопроводу, точністю установки їх в трубо проводі (відхилення більше ніж на 5% викличе суттєве зростан ня похибки).
Перед використанням УНТ доцільно проводити індивіду альне градуювання, що дасть змогу підвищити точність, а також врахувати систематичну інструментальну похибку, ви кликану неточністю виготовлення профілю УНТ.
Рисунок 4 Конструкція УНТ типу Itabar-зонд
Для вимірювання потоку повітря методом диференціального тиску використовуються трубки Піто , а також інші трубки, сітки і решітки. Чутливі елементи об’єднані з датчиком диференціального тиску і видають сигнал, пропорційний квадрату швидкості потоку повітря. Трубка Піто складається з двох трубок, які вимірюють тиск в різних частинах трубопровода. Одна трубка, вимірюючи статичний тиск розміщується в стінці трубопровода. Друга трубка вимірює набігаючий тиск (статичний тиск, плюс тиск набігаючого потоку повітря). Чим більша швидкість потоку повітря тим більший набігаючий тиск.
Розрахунок вихідного сигналу ПВП за відомою математичною залежністю та побудова графіка його статичної характеристики в заданому діапазоні зміни вхідного параметру.
Побудуємо статичну характеристику даної математичної залежності EMBED Equation.3 , яка відображається на графіку віткою параболи:
EMBED Equation.3 Па EMBED Equation.3 =337.5605 м3/год EMBED Equation.3 Па EMBED Equation.3 =343,14014 м3/год EMBED Equation.3 Па EMBED Equation.3 =345,8966 м3/год
EMBED Equation.3 Па EMBED Equation.3 =348,6310 м3/год
EMBED Equation.3 Па EMBED Equation.3 =351,3441 м3/год
Рис.3 Статична характеристика ПВП.
Опрацювання результатів багаторазових спостережень
На базі даних n=22 вимірювання вихідного сигналу ПВП, що відповідають кінцевому значенню діапазону, згідно з Держстандартом ГОСТ 8.207-76 здійснюємо опрацювання результатів багаторазових спостережень, а саме:
Усуваємо грубі похибки (промахи) з ряду спостережень.
330,85331,56332,00332,68333,10336,25337,56337,90340,36341,75342,13343,4344,52345,20345,90346,65347,27347,27348,63349,99351,34360,17
Далі для крайніх членів цього ряду (x1 і xn) потрібно обчислити параметри відповідно r1 і rn:
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3
де EMBED Equation.3 – середнє арифметичне, а S – незміщена оцінка середньоквадратичного відхилення результатів вимірювання, визначені відповідно за формулами:
EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =342,10 EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =7,58
х1=33085; х22=360,17
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 .
Отримані значення r1 і rn необхідно порівняти з допустимим значенням r=2,504, знайденим з таблиці значень коефіцієнтів Стьюдента для заданого числа f=n-1=21 ступенів вільності та довірчої ймовірності Pд=0,9.
.
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Ці значення не перевищують допустимого, то в заданому ряді вимірювань грубих похибок немає.
Вираховуємо результат вимірювання й оцінки середнього квадратичного відхилення результатів спостережень і вимірювань.
Оцінкою математичного сподівання mx є середнє арифметичне цього ряду EMBED Equation.3 , яке надалі вважають результатом вимірювання EMBED Equation.3 :
EMBED Equation.3 =342,10.
Оцінкою медіани EMBED Equation.3 при парному числі n результатів вимірювань є середнє арифметичне між членами цього ряду з порядковими номерами EMBED Equation.3 та EMBED Equation.3 :
EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 ;
.
Оцінкою моди EMBED Equation.3 є результат вимірювання, який найчастіше зустрічається в даному ряді:
EMBED Equation.3 .
Оцінка дисперсії EMBED Equation.3 або EMBED Equation.3 обчислюється наступним чином:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
m2 є одночасно оцінкою центрального моменту розподілу другого порядку:
EMBED Equation.3 .
Відповідно оцінки центральних моментів розподілу третього m3 і четвертого m4 порядків вираховуються за формулами:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 .
Оцінка EMBED Equation.3 середнього квадратичного відхилення результатів вимірювань визначається за формулою:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 .
Оцінка S1 середнього квадратичного відхилення результатів спостережень визначається як EMBED Equation.3 , де коефіцієнт EMBED Equation.3 в залежності від числа ступенів вільності f=n-1 вибирається з таблиці:
EMBED Equation.3 =1.013;
EMBED Equation.3 .
Оцінки характеристик асиметрії EMBED Equation.3 і ексцесу EMBED Equation.3 (гостро- чи плосковершинності) розподілу, які позначаються відповідно EMBED Equation.3 і EMBED Equation.3 , дорівнюють:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 .
Перевіряємо згідно зі „Складовим критерієм” та методикою Пірсона належність результатів спостережень до нормального розподілу.
Для того, щоб перевірити з допомогою методики Пірсона, чи результати вимірювань належать до нормального розподілу, додатково необхідно вирахувати дисперсії характеристик асиметрії EMBED Equation.3 та ексцесу D(2), які залежать лише від числа спостережень n і відповідно визначаються:
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 .
і перевірити виконання наступних умов:
EMBED Equation.3 і EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 і EMBED Equation.3
Ці умови виконуються, висновок - результати вимірювань належать до нормального розподілу.
Перевіримо також з допомогою „Складового критерію”, чи результати вимірювань належать до нормального розподілу.
Критерій 1.
Вираховуємо відношення
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 - зміщена оцінка середньоквадратичного відхилення
Результати групи спостережень вважаються розподіленими нормально, якщо
EMBED Equation.3 , де EMBED Equation.3 - квантіли розподілу, отримані з таблиці, залежних від n.
Оскільки n=22, то EMBED Equation.3 ,тоді
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Критерій 2.
Можна вважати, що результати спостережень належать до нормального закону розподілу, якщо не більше m –різниць EMBED Equation.3 перевищили значення EMBED Equation.3 .
S- незміщена оцінка середньоквадратичного відхилення
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3 - верхній квантіль розподілу нормованої функції Лапласа, яка відповідає ймовірності EMBED Equation.3 .
Фз(z)= EMBED Equation.3 .
Значення ймовірності Р визначається з таблиці за вибраним рівнем значущості EMBED Equation.3 і числом результатів спостережень EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3 =0,98 %, EMBED Equation.3 =0,4601;
EMBED Equation.3 =0,4601·7,581=3,488
EMBED Equation.3 =360,17-342,10=18,07
EMBED Equation.3 ≤ EMBED Equation.3
18,07 ≤ 3,488
Результати групи спостережень належать до нормального закону розподілу, оскільки виконалися обидва критерії.
Розраховуємо випадкову складову похибки вимірювання ПВП.
Випадкова складова похибки результату вимірювання визначається за формулою:
EMBED Equation.3 ,
де EMBED Equation.3 – оцінка середньоквадратичного відхилення результату вимірювань;
t – коефіцієнт Ст’юдента, знаходимо за таблицею для заданих числа
f=n-1=21 ступеня вільності та довірчої ймовірності Pд=0,95 шляхом інтерполяції.
t =2,086;
EMBED Equation.3 .
На базі математичної моделі проводимо аналіз впливу зміни неінформативних параметрів на вихідний сигнал ПВП і вираховуємо систематичну складову похибки вимірювання ПВП.
f=(a1;a2;x).
EMBED Equation.3
=360,353-337,831=22,522;
EMBED Equation.3
=355,521-337,745=17,776:
EMBED Equation.3 c= EMBED Equation.3 c1- EMBED Equation.3 c2=22,522-17,776=4,746;
Вираховуємо сумарну похибку вимірювання ПВП.
EMBED Equation.3 >0.8 → EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 c=4,756;
EMBED Equation.3 .
Вибираємо турбінний лічильник діапазоном витрат - ±3,0%, класом точності 3.
Вираховуємо сумарну похибку вимірювання цілої САК, враховуючи класи точності проміжних перетворювачів та вторинно приладу. Присвоїти ПВП і САК класи точності згідно зі стандартним рядом.
Сумарна похибка дорівнює похибці первинного вимірювального перетворювача, тобто лічильника, і дорівнює 3.
Розробляємо схему установки для градуювання та перевірки ПВП або САК.
Еталонні установки з робочими еталонами використовується для градую вання та повірки витратомірів та лічильників газу, для точного від творення і вимірювання об'єму та об'ємної витрати газу.
Область застосування - витратовимірювальна техніка.
Основні технічні характеристики:
— межі вимірювання витрати: від 0.02 до 2500 м /год.;
— робоче середовище: повітря;
— значення контрольних об'ємів: від 0.02 до 14 м ;
— надлишковий тиск середовища в установці: від 0.1 до 5 кПа;
— межі основної похибки по об'єму: від 0.25 до 0.5 %
— межі основної похибки по витраті: від 0.15 до 0.5 %
Будова:
1, 2, 3 — пристрій, що повіряється; 4 — зразковий пристрій; 5 — регулювальний клапан; 6 — джерело витрати; 7 — дросель.
Принцип дії:
Принцип дії еталонних установок з обертовими взірцевими при строями полягає у виділенні із потоку повітря, що задається ротаційним генератором витрати 6, за допомогою зразкового при строю 4, контрольного об'єму газу. При передачі одиниці об'єму та об'ємної витрати здійснюється збір інформації з приладів 1,2,3, що випробовуються, та зразкового пристрою 4, а також значення темпе ратур та тисків робочого середовища на кожному з досліджуваних
пристроїв. При цьому вимірюваний контрольний об’єм газу визна чається як об'єм, що пройшов через взірцевий пристрій. За різницею показів відлікових пристроїв 1-3 та 4 з врахуванням відповідних по правок щодо температури та тиску визначають похибки пристроїв, які повіряються.
Застосовуються два типи повірочних установок з використанням зразкових лічильників газу:
— установки, в яких зразковий пристрій знаходиться після при строїв, що випробовуються чи повіряються;
— установки, в яких зразковий пристрій знаходиться перед при строями, що випробовуються чи повіряються.
До зразкових пристроїв належать особливим способом відібрані роторні та барабанні лічильники газу, що випускаються як робочі засоби вимірювань, але спеціально підготовані та атестовані до використання як зразкові.
Для покращання умов та впровадження автоматизації процесу повірки вони забезпечуються спеціальними відліковими пристроя ми і (або) перетворювачами об'ємів, що протікають через них, в еле ктричні імпульсні сигнали. Діапазон вимірювань таких лічильників залежить від характеру зміни кривої похибок від витрати. Похибка вимірювань зразкових лічильників в більшості випадків не переви щують ±0,5%.
Похибка, як правило, зумовлена перетоками в щілинах між рото рами та між роторами і корпусом. Значною мірою на похибку вимі рювань роторних лічильників газу має вплив тертя в синхронізую чих шестернях та в підшипниках. Це особливо позначається на міні мальних витратах. Зі збільшенням витрат крива залежності похибки роторних лічильників від витрати зростає до витрат (0,2-0,5)Qmax і стабілізується в діапазоні витрат від 0,5Qmax до Qmax- Зміна кривої похибок пояснюється тим, що, з одного боку, перетоки повітря в щілинах непостійні і зростають внаслідок збільшення різниці тиску в них при зростанні витрат, а з другого, потік в щілинах при збіль шенні швидкості обертання роторів все більше залежить від віднос ної швидкості обертання їх відносно корпусу. За рахунок цього час тина вимірюваного повітря повертається на вхід лічильника і вимі рюється повторно. Величина витрат в щілинах та кількість повітря, що повертається на вхід лічильника, значною мірою залежить від величини щілини, густини вимірюваного середовища та характеру потоку в щілині (ламінарний чи турбулентний).
Недоліком таких установок є невисока точність відтворення об'єму та об'ємних витрат.
ОСОБЛИВОСТІ
1. Широкий діапазон відтворюваних об'ємів та об'ємних витрат газу.
2. Можливість оптимізації градуювально-повірочного циклу.
5. Розроблена САК дозволяє вимірювати витрату повітря з класом точності 3.
6. Список використанї літератури :
1. Чистяков В.С.- Краткый справ очник по технологическим измерениям –М-90
2.Дорожовець М., Мотало В., Стадник Б., Василюк В., Борек Р., Ковальчик А. – Основи метрології та вимірювальної техніки: Підручник у 2 т. – Львів: Видавництво Національного університету „Львівська політехніка”, 2005.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора