Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Прилади для вимірювання витрат
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2026
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
3. Прилади для вимірювання витрат.
3.1.Трубчасті неконтактні витратоміри .
У неконтактних теплових витратомірах на базі ПТРП повністю відсутні які небудь елементи, що вносяться до потоку. Конструкція перетворювачів відрізняється , порівняльною простотою. Ці властивості забезпечують велику надійність теплових витратомірів [5, 48, 49].
Перетворювачі витратомірів конструктивно можуть бути виготовлені з трубок практично будь-якого діаметра , починаючи від десятих долей міліметра до декількох метрів. На товщину стінок труб також не накладаються ніяких обмежень. Це означає, що перетворювачі витратомірів можуть забезпечити вимірювання практично при любих тисках .
Можна вказати на наступні області застосування, в яких теплові витратоміри набули поширення і є найбільш перспективними приладами:
вимірювання витрат газів, рідин і рідких металів в діапазоні від міллілітрів в годину до декількох десятків метрів кубічних в годину при будь-якому тиску і температурах;
вимірювання витрат різних сумішей рідких і твердих речовин, рідин, газів і сипких матеріалів (наприклад, в пнемотранспорті) .
Перетворювачі неконтактних теплових витратомірів, як правило, складаються з трьох ділянок теплопроводів трубчастого типу, середній з яких містить джерело тепла (див. мал. 11,а).
Рис.16. Номограма.
Зазвичай при проектуванні і розрахунку теплових витратомірів на основі ПТРП заданими є параметри контрольованого середовища (щільність, теплоємність, теплопровідність , ступінь чистоти, температура, тиск і ін.); технічні характеристики трубопроводу (матеріал, діаметр, товщина стінки і ін.); діапазон вимірювань.
Порядок розрахунку зводиться до наступного.
1. По заданих значеннях визначається діаметр трубки перетворювача згідно (26).
2. Визначаються величини l1 і 2lq згідно виразам (19) (24). Значення l2 вибирається мінімально можливим, виходячи з конструктивних міркувань.
3. Параметри g і r визначаються з рівнянь (5) (6).
4. Оскільки можливі два режими роботи теплових расходомеров при Рн=соnst або EMBED Equation.3 , то для визначення оптимальної потужності нагріву при режимі Рн=соnst; або оптимальній різниці температур при режимі EMBED Equation.3 будується номограма (мал. 16). Значення А(0 для номограми розраховуються по формулах (85) (86). При розрахунку номограми доцільно використовувати ЕBМ.
Вибір режиму роботи проводиться залежно від поставленого конкретного завдання вимірювання витрати (вузький або широкий діапазон витрат, забезпечення підвищеної чутливості на початковій ділянці характеристики, необхідність визначення кількості середовища і т. д.).
5. Вибір параметрів ТЧЕ (типу, кількості, геометричних розмірів, способу кріплення і т. д.) проводиться залежно від необхідної величини вихідного сигналу, від величини температури і діаметру трубки ПТРП.
6. По номограмі (мал. 16) визначаються величини EMBED Equation.3 макс і EMBED Equation.3 мін при вибраному PH або величинах PHмакс і PH мін При вибраному EMBED Equation.3 . З урахуванням параметрів ТЧЕ значення EMBED Equation.3 переводяться у відповідну вихідну величину ТЧЕ.
7. Вихідні величини ТЧЕ EMBED Equation.3 умакс і EMBED Equation.3 умін. при режимі Рн=соnst або EMBED Equation.3 у при EMBED Equation.3 є початковими для розрахунку вимірювальних схем.
8. Динамічна характеристика перетворювача витрати знаходиться з виразу (101) або експериментально, а динамічна характеристика всього комплекту теплового витратоміру визначається з урахуванням динамічних характеристик перетворювача витрати, ТЧЕ і вимірювальної схеми з вторинним приладом.
Розглянемо найбільш прості, надійні і такі, що набули поширення вимірювальні схеми перетворювачів витрати з термопарними термочутливими елементами. Залежно від типу вимірювальної схеми можливі два принципово різних режиму роботи витратомірів:
потужність нагрівача постійна, вимірюється різниця температур потоку до і після нагрівача;
2) різниця температур потоку до і після нагрівача стабілізується автоматичним регулятором, вимірюється потужність нагрівача.
Одна з можливих вимірювальних схем витратоміру, що працює в режимі постійної потужності, показана на мал. 17. Потужність нагрівача підтримується постійною стабілізатором напруги 6. Мірою витрати служить різниця температур потоку. Блок-контакт 5. за відсутності потоку відключає живлення нагрівача.
Мал. 17. Вимірювальна схема перетворювача витрати із стаціонарним режимом нагріву.
1 - нагрівач; 2 - диференціальна термопара: 3 - вимірювальна схема; 4 - шкала вторинного приладу; 5 - блок-контакт в ланцюзі нагрівача; 6 - стабілізатор напруги; 7 - електронний підсилювач; 8 - реверсивний двигун.
Як вторинний прилад використовується стандартний автоматисний електронний потенціометр, до вимірювальної схеми якого вносяться деякі зміни. Залежно від застосованої системи автоматичного регулювання потенціометр може мати відповідний регулюючий пристрій. Градуювання шкали потенціометра визначається параметрами середовища, перетворювача і необхідним діапазоном вимірювання.
Розрахунок вимірювальної схеми потенціометра виконується по максимальних і мінімальних значеннях різниці термо-е. д. с.
Диференціальною термoпари яка відповідає мінімальним й максимальним значенням витрат.
Опори RH , Rп і Rа розраховують звичайним методом виходячи з величини сигналу термодатчиков при зміні витрати від мінімального значення до максимального, Резистор Rм виконується з манганіну, оскільки при використанні диференціальної гіпертермопари не потрібна компенсація змін температури холодних спаїв.
Схема перетворювача розходів , працюючого
в режимі постійної зміни температур.
1-нагрівач ; 2-диференційна термопара ; 3- вимірювальний блок ;
4-підсилювальний блок ; 5-виконуючий механізм ;
6- регулятор напруги живлення нагрівача ; 7- ватметр .
Із збільшенням витрати зменшуються вимірювана різниця температур і значення вихідного сигналу в міллівольтах , тому до кінематичної схеми вторинного приладу вносяться необхідні зміни для отримання зворотної шкали.
У разі відсутності потоку можливий перегрів трубки перетворювача при включеному нагрівачі запобігає контактним пристроєм, який розриває ланцюг нагрівача при попаданні стрілки приладу за нульову відмітку. Межі спрацьовування контактного пристрою настроюються за допомогою профільованого диска, укріпленого на осі редуктора реверсивного двигуна. Запис на діаграмі вторинного приладу за відсутності потоку в приймальному перетворювач має вид пилоподібної кривої .
Функціональна схема витратоміру, що працює в режимі постійної різниці температур, приведена на мал. 18. Сигнал від термочутливих елементів 2 вимірюється і посилюється в блоках 3 і 4, подається на виконавчий механізм 5е який впливає на потужність нагрівача за допомогою блоку 6.
Потужність нагрівача вимірюється ватметром 7 і є мірою витрати. Для блоків 3-5 можуть бути застосовані стандартні регулятори температури, що випускаються вітчизняною промисловістю.
В результаті порівняльного дослідження встановлено, що витратоміри, що працюють у вузькому діапазоні швидкостей або призначені для підтримки певної витрати, за умовами технологічного процесу найдоцільніше експлуатувати в режимі постійної потужності нагрівання, що дозволяє як вторинний прилад використовувати будь-який автоматичний потенціометр. Статичні характеристики перетворювача при постійній потужності нагрівача мають нелінійний характер, близький до гіперболічному. При використанні схеми із змінною потужністю нагріву градуювальна характеристика виходить лінійною, тому таку схему доцільно застосовувати для перетворювачів витратомірів, що працюють в широкому діапазоні швидкостей і забезпечують однакову точність і чутливість у всьому діапазоні.
Вимірювальна схема, що працює при постійній різниці температур (мал. 18), створює сприятливіші умови для роботи термочутливих елементів і ізоляційних матеріалів. Схема дозволяє також визначити сумарну витрату за свідченнями лічильника електричної енергії, включеного послідовно в ланцюг нагрівача.
Рис.19. Конструкція перетворювача розходів
1-труба; 2-нагрівач; 3, 4-спай диференційної термопари; 5-фланці; 6-зовнішній кожух; 7, 8-теплоізоляця; 9-штепсильний роз’їм; 10-вказівник напрямку потоку.
На мал. 19 представлена конструкція перетворювача витрати, що складається відрізання трубопроводу 1, на якому змонтовані нагрівач 2 і термочутливі елементи 3 і 4. На кожусі вмонтовуються два герметичні штепсельні роз'єми для виведення ланцюга живлення нагрівача і вимірювального ланцюга від термодатчиків. Матеріал труби перетворювача вибирається з умов стійкості вимірюваному середовищі при робочих температурах.
Як термочутливі елементи можуть застосовуватися термопари, термометри опору і термістори. Максимальна робоча температура дротяних термометрів опору в емалевій ізоляції і термісторів не перевищує 200-250°с, тому для температур Вище 250°с можуть бути застосовані тільки термопари. Для температур до 600°с переважно використовувати хромель-копельовії термопари діаметром електродів 0,2-0,5 мм, що володіють найбільш високою чутливістю.
3.2. Витратоміри не стаціонарного режиму .
Більшість існуючих перетворювачів витрати на базі ПТРП працює в стаціонарному режимі з постійною або змінною потужністю нагріву. З метою підвищення точності і швидкодії розроблені спеціальні конструкції перетворювачів, що працюють в нестаціонарному режимі [51, 52 і ін.]. Результати досліджень показують, що перетворювачі нестаціонарного режиму (ПНР) дозволяють підвищити клас точності ±1,5% і понизити постійну часу до 10 з, тоді як перетворювачі із стаціонарним режимом мають клас точності 2,5-5% і постійну часу 20-200 с.
У основу ПНР покладений принцип періодичного теплового збудження перетворювача і повернення його в початковий температурний стан. Нагрів термочутливого елементу (ТЧЕ) може відбуватися як за рахунок непрямого, так і за рахунок прямого підігріву. Класифікація ПНР залежно від виду дії нагрівача на ТЧЕ і від способу визначення впливу цієї дії приводиться в [52].
Принципово в нестаціонарному режимі можуть працювати всі відомі конструкції на базі ПТРП. Проте з щілиною збільшення точності і зменшення інерціонності найбільше придатні конструкції з теплопроводом стрижньового типу. У загальному випадку конструкції ПНР повинні задовольняти основним вимогам:
1. Нагрівач повинен бути мало інерційним , забезпечувати високий питомий тепловий потік, рівномірно розподілений в активній зоні перетворювача, годитися для роботи в режимі перемикань. Цим умовам задовольняють малогабаритні ніхромові або вольфрамові нагрівачі.
2. Термочутливий елемент повинен мати високу чутливість, малу інерційність, малі габарити. Напівпровідникові терморезистори є найбільш прийнятними термочутливими елементами в ПНР.
3. Теплопровід повинен мати малі геометричні розміри, обтікаючу форму, бути виготовлений з матеріалу з високою теплопровідністю і малою теплоємністю, повинен бути достатньо стійким і жорстким за різних умов експлуатації (агресивні середовища, високий тиск, механічні включення і ін.). Найбільш придатні для роботи в нестаціонарному режимі ПТРП з теплопроводом стрижньового типу, теплові системи . Початковими даними при розрахунку ПНР є параметри контрольованого середовища, технічні характеристики трубопроводу і діапазон вимірювань.
Розрахунок ПНР зводиться до визначення їх динамічних характеристик при нагріві і охолоджуванні при різних витратах среди .
Рис.20. Принципова схема витратоміра працюючого по принципу включення і виключення нагрівача при заданих температурах ТЧЕ .
На рис, 20 приведена принципова схем EMBED Equation.3 а витратоміру, в якій нагрівач включається і відключається при заданих температурах ТЧЕ. Дія перетворювача пояснюється на мал. 21. При температурі ТЧЕ 01 перетворювач формує сигнал U1 . Цей сигнал посилюється підсилювачем 2 (мал. 20) і поступає в спусковий пристрій (тригер) 3. Вихід моста підключений до входу двох каскадного підсилювача. Для підвищення стабільності роботи в кожному каскаді підсилювача введений зворотний зв'язок по напрузі (С1 , R11 - в першому каскаді і С4, R15 - в другому каскаді). Змінний резистор R17 змінює коефіцієнт посилення від 5 до 16. Посилений сигнал детектується транзистором ППЗ і поступає на спусковий пристрій (ПП4, ПП5), В колекторний ланцюг ПП5 включено електро магнітне реле Р1 контакти перетворювача витратоміру, якого комутують ланцюги включення нагрівача Н .
Час охолоджування напівпровідникового терморезистора і, отже, частота перемикань тригера при постійній витраті визначаються різницею температур перемикання EMBED Equation.3 1 і EMBED Equation.3 2 , перевищенням EMBED Equation.3 1 температури EMBED Equation.3 cp , чутливістю моста і коефіцієнтом посилення підсилювача. Це дає можливість оптимально підстроїти витратомір в конкретних умовах його роботи. Перевищення EMBED Equation.3 температури міняється за допомогою резистора R3 , різниця температур перемикання EMBED Equation.3 1 і EMBED Equation.3 2 резистором R17 (мал. 20). Для запобігання роботі витратоміру при нульовій витраті нагрівач під час охолоджування ТЧЕ підключається до ланцюга живлення через резистор ^6. Потужність попереднього нагріву встановлюється за допомогою цього резистора такий, щоб при нульовій витраті температура ТЧЕ не досягла значення EMBED Equation.3 1 (пунктир на мал. 21).
При могутньому нагріві ТЧЕ (R=0 ) час нагріву не залежить від витрати середовища, і частота включень нагрівача визначається тільки часом охолоджування т0. Залежність цієї частоти від витрати нелінійна. З метою лінеаризації вихідної характеристики використовується збільшення часу нагріву ТЧЕ при збільшенні витрати середовища. Потужність нагрівача в цьому випадку обмежується резистором R5 .
Компенсація зміни температури середовища EMBED Equation.3 ср здійснюється за допомогою напівпровідникового терморезистора R02 , включеного в урівноважений міст. Вольт-амперна характеристика його ідентична характеристиці терморезистора R01 . Така температурна компенсація
задовільна при зміні температури середовища на 3-5°с. При значніших змінах зважаючи на нелінійну залежність
початкового сигналу моста і температури терморезисторів відбувається зміна різниці температур перемикання EMBED Equation.3 1 і EMBED Equation.3 2 , т. д. міняється вихідний сигнал витратоміру.
Мал. 22. Принципова схема витратоміру, що працює за принципом включення нагрівача на заданий постійний час.
Перетворювач є ділянкою трубопроводу, матеріал якого вибраний з урахуванням стійкості до вимірюваного середовища. У трубопровід введено дві капсули з ТЧЕ, розміри яких визначаються габаритами терморезисторів і нагрівача. Для зменшення температур втрат в навколишнє середовище капсули ізольовані від трубопроводу втулками з фторопласту.
Перетворювач 1 , підсилювач 2 , і перемикальний пристрій 3 , ті ж, що і в конструкції на мал. 20. Реле часи 4 зібране на конденсаторі С1 і реле Р2. Покажчик витрати 6 складається з крокового шукача ШИ, кнопки виклику і лічильника часу. Покажчик витрати 7- електромеханічний лічильник імпульсів. Для лінеаризації вихідної частотної характеристики призначений блок лінеаризації 5, що складається з накопичувального реактивного конденсатора С2 і резистора R7 [63]. Принцип дії такої лінеаризації - введення додаткової теплової потужності в потік залежно від величини витрати. Розряд конденсатора С2 на нагрівач відбувається кожен цикл, що забезпечує безинерційність дії блоку лінеаризації. Блок може бути налаштований на лінеаризацію або частоти перемикання, або часу охолоджування ТЧЕ.
Перетворювач працює наступним чином. При нульовому
вихідному сигналі моста, який відповідає температурному стану терморезистора R EMBED Equation.3 1, рівному значенню EMBED Equation.3 1 (мал. 23), тригер перемикається , реле Р1 спрацьовує і його контакти включають реле Р2 через конденсатор С1 одночасно включається на заряд конденсатор С2 через резистор R7 , реле Р2 спрацьовує, стає на самоблокування і підключає нагрівач Н до ланцюга живлення, відключаючи його від реактивного накопичувального конденсатора С2. Нагрівач розігріває терморезистор EMBED Equation.3 .
На виході моста з'являється напруга розбалансу, яка посилюється підсилювачем 3. При температурному стані терморезистора EMBED Equation.3 , відповідному значенню EMBED Equation.3 , відбувається перемикання тригера в початкове положення. Контакти Р1 розмикаються, і заряд конденсатора С2 припиняється. Час включення нагрівача визначається опором реле Р2 і ємкістю конденсатора С1 і є строго постійним. Потужність нагрівача підібрана так, щоб при максимальній витраті час перемикання тригера EMBED Equation.3 п.т був менше часу включення нагрівача. Після закінчення заряду конденсатора С1 реле Р2 знеструмлюється, відключає нагрівач від ланцюга живлення і підключає його до конденсатора С2. У цей момент температура терморезистора рівна EMBED Equation.3 2. Потужність, що віддається нагрівачу конденсатором С2, забезпечує нагрів терморезистора до температури EMBED Equation.3 3. Потім починається охолоджування терморезистора R EMBED Equation.3 1. Охолоджування відбуватиметься до температури EMBED Equation.3 1 При цьому вихідна напруга вимірювального моста зменшується до нуля, трігер перемикається, і цикл повторюється. Час перехідного процесу зміни температури терморезистора від EMBED Equation.3 1 до EMBED Equation.3 п.т залежить від витрати. При збільшенні витрати воно збільшується, при зменшенні - зменшується. Заряд накопичувального конденсатора С2 визначається цим часом, тому кількість додаткової енергії , що отримується нагрівачем за кожний цикл, також залежить від расходдів . Частота вихідного сигналу визначається тільки часом охолоджування терморезистора , оскільки час нагріву строгий постійно. Додаткова потужність, що віддається нагрівачу конденсатором, збільшує час охолоджування терморезистора і , отже, знижує частоту включень нагрівача.
Технічні характеристики дослідного зразка перетворювача знімалися на рідинній разхідновимірювальній установці [54]. Клас установки 02 робоче середовище-вода, температура води 25°с . Досліди проводилися як з відключеним , так і з включеним конденсатором С2 . Статичні характеристики перетворювача як при підключенні С2 (криві 1, 2), так і при його відключенні (криві 1/, 2/ ) приведені на мал. 24. Потужність нагрівача при опитах 2 Вт , уставка реле часу-1,5 з , точність вимірювання - ± 1 %.
3.2. Поплавцеві витратоміри для відкритих каналів зрошувальних систем .
Швидкість потоку води у відкритих каналах рівнинних зон знаходиться в межах 0,3-1,0 м/с. На таких каналах недоцільне будівництво водомірних споруд, що створюють великі перепади рівнів води.
Основним елементом поплавцевих витратомірів є тепловий перетворювач типу термоанемометричного . Конструкція перетворювача типу термоанемометричного на базі ПТРП (мал. 25) складається з термочутливого елементу (термістора) 1 з нагрівачем 2, капсули (кишені) 3 з матеріалу з високою теплопровідністю (мідь, латунь), бобишки 4 і гайки 5 із сталі і штепсельного роз'єму 6. Нагрівач 2 виконується з ніхромового , манганінового або константанового дроту діаметром 0,07- 0,1 мм , який рівномірно намотується на тіло термістора через шар слюди завтовшки 0,5-0,7 мм. Такий нагрівач створює рівномірний тепловий потік уздовж тіла термістора , який залишається постійним під час вимірювання. Для поліпшення теплопровідності внутрішня порожнина кишені заливається епоксидною смолою з графітовим або цементним наповнювачем .
Рис.25 Перетворювач
швидкості потоку термоанемометричноро типу.
Перетворювачі термометричеського типу успішно застосовуються не тільки в поплавцевих витратомірах, але і в перетворювачах нестаціонарного режиму, а також для вимірювання витрат газів або рідин у великих трубопроводах .
При проектуванні і розрахунку термометричеського типу вихідними даними являються параметри вимірювальної середини і діапазоном вимірювальних швидкостей . Порядок вибору і розрахунку елементів перетворювача зводиться до наступного.
1. Виходячи з умов найбільшої чутливості і швидкодії діаметр перетворювача повинен бути мінімальним, в той же час перетворювач повинен бути надійним в роботі.
2. Величина lH вибирається з погляду розташування ТЧЕ на цій ділянці і надійності роботи нагрівача .
3. Величина l2 , а також параметри g2 і r2 вибираються по формулі (53) так, щоб при x2 = l2 виконувалась умова EMBED Equation.3 , тобто вплив стінки , поплавця на тепловий режим перетворювача зводилося до мінімуму.
4. Параметри g2 і r2 визначаються з урахуванням теплофізичних властивостей перетворювача і відповідних рівнянь теплообміну.
5. Для вибору оптимального значення q необхідно побудувати номограму EMBED Equation.3 по формулі (52) і вибрати <7оп, яке забезпечить достатню чутливість перетворювача у всьому діапазоні. Спростивши вираз (52), можна показати, що при l1=l2 b1=b2 чутливість перетворювача при x1=l1 буде
EMBED Equation.3 (114)
тобто чутливість перетворювача неоднакова по діапазону вимірювань і в значній мірі залежить від g2. Чутливість тим більше, чим більше q і чим менше g .
6. ТЧЕ вибираються залежно від вимог до їх точності, чутливості і стосовно вибраної вимірювальної схеми поплавцевого витратоміру.
На мал. 10 були приведені розрахункові дані перетворювача швидкості типу термоанемометричноро , що складається з трьох ділянок .
Поплавцевий витратомір (мал. 26) містить обтічний циліндровий поплавець 1 з оперенням-стабілізатором 2, важіль-раму 3, шарнірно-пов'язану з поплавцем через вісь 4, універсальні перетворювачі типу термоанемометрічеського 5 і 6, вимірювальний перетворювач рівня 7 у вигляді перетворювача кутових переміщень і вторинний прилад.
Рис.26. Поплавковий витратомір для вимірювання розходів води у відкритому каналі
вимірювальних схем поплавцевих витратомірів. На мал. 27 приведена вимірювальна схема у вигляді автоматичного компенсатора з диференціальним неврівноваженим мостом. Обидва вузли вимірювальної схеми - диференціальний міст швидкості потоку і потенціометр рівня R7- живиться від одного трансформатора, що дає можливість компенсувати коливання напруги живлення.
Рис.27 Вимірювальна схема поплавкового витратоміра.
При рівновазі схеми вихідна напруга мостової схеми з перетворювачем швидкості врівноважується напругою, що знімається з частини перетворювача рівня R7, і частина опору реохорда EMBED Equation.3 є пропорційною витраті. Умова рівноваги схеми
EMBED Equation.3
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора