Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
ЗАТВЕРДЖУЮ
Ректор _________ _______________
(Підпис) (Прізвище, ініціали)
«_____» __________________2008 р.
АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ
ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання лабораторних робіт
для студентів спеціальності 6.080400 «Інформаційні управляючі системи та технології» напряму підготовки 0804 «Комп'ютерні науки»
денної та заочної форм навчання
|
Реєстраційний номер електронних методичних вказівок у НМУ 37.03 – 14.05.2008 |
СХВАЛЕНО на засіданні кафедри автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій Протокол № 12 від 01.04.08р. |
Київ НУХТ 2008
Автоматизовані системи управління технологічними процесами: Метод. вказівки до викон. лабораторних робіт для студентів спеціальності 6.080400 «Інформаційні управляючі системи та технології» напряму підготовки 0804 «Комп'ютерні науки» ден. та заоч. форм навч. / Уклад.: І.В. Ельперін, С.М.Швед, С.С. Шаруда. – К.: НУХТ, 2008. – 59 с.
Рецензент А.П. Ладанюк, д-р техн. наук, професор
Укладачі: І.В.Ельперін, канд. техн. наук, доцент
С.М. Швед
С.С. Шаруда
Відповідальний за випуск А.П.Ладанюк, д-р техн. наук, професор
ВСТУП
Методичні вказівки є збіркою інструкцій до виконання лабораторних робіт з дисципліни "Автоматизовані системи управління технологічними процесами", які присвячені вивченню будови та принципу дії засобів вимірювання основних технологічних параметрів, а також апаратного та програмного забезпечення мікропроцесорних контролерів.
У першій та другій лабораторній роботі вивчаються прилади для вимірювання тиску, температури, рівня та витрати. Кожна лабораторна робо та розрахована на 4 години аудиторних занять і 4 години самостійної підготовки.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1-P
Прилади для вимірювання тиску : вимірювальний перетворювач надлишкового тиску SITRANS Р серії ZD, електроконтактний мановакуумметр ЕКМВ, вимірювальний перетворювач диференціального тиску SITRANS Р DS III.
1. Мета роботи
1.1.Вивчити принцип дії, конструкцію та методику повірки компактного вимірювального перетворювача надлишкового тиску SITRANS Р фірми «Siemens” з цифровою індикацією та електроконтактного мановакуумметра ЕКМВ.
1.2.Провести повірку вимірювального перетворювача надлишкового тиску SITRANS Р та електроконтактного мановакуумметра ЕКМВ .
1.3.Вивчити принцип дії та конструкцію вимірювального перетворювача диференціального тиску SITRANS Р DS III фірми «Siemens».
2. Завдання на виконання роботи
2. 1. Ознайомитись з лабораторним стендом.
2.2. Опрацювати загальні відомості про типи та роботу манометрів, область їх використання. Вивчити методику вимірювання тиску (Конспект лекцій, с.11-14).
2.3. Вивчити принцип дії та будову манометра SITRANS Р ZD. Зняти реальну статичну характеристику перетворення, провести його повірку по зразковому манометру .
2.4. Вивчити принцип дії, конструкцію, технічні характеристики та застосування електроконтактного мановакуумметра ЕКМВ.
2.5.Зняти реальну статичну характеристику перетворення мановакуумметра.
2.6. По статичним характеристикам перетворення визначити абсолютну, відносну та приведену похибки по діапазону вимірювання для обох приладів.
2.7 Вивчити принцип дії та будову вимірювального перетворювача диференціального тиску SITRANS Р DS III.
3.Загальні теоретичні відомості про манометри та методика
вимірювання тиску
По виду вимірюваного тиску манометри діляться на групи, які відрізняються різними початками відліку тиску, тобто, різними, прийнятими за нуль, значеннями тиску: в першу групу входять манометри надлишкового тиску, а у другу - абсолютного тиску.
В манометрах надлишкового тиску, як позитивного, тобто, більшого за атмосферний тиск, так і від’ємного (вакуумметричного, тобто, меншого за тиск навколишнього середовища), за нуль приймається значення атмосферного тиску. До них відносяться:
- манометри – прилади які призначені для вимірювання надлишкового тиску від 0,6 до 10 кгс/см (0,06...10МПа);
- вакуумметри - прилади для вимірювання розрідження (вакууметричних тисків) до -1,0 кгс/ см (-0,1МПа);
- мановакуумметри – прилади які призначені для вимірювання надлишкового тиску від 0,6 до 24 кгс/ см так і вакууметричного тиску до -1,0 кгс/ см;
- напороміри – манометри для вимірювання малих надлишкових тисків (до +0,4 ат) від атмосферного;
- тягоміри – вакуумметри з верхньою межею вимірювання тиску яка не перевищує -0,04МПа = -0,4 кгс/см;
- тягонапороміри – мановакууметри з крайніми межами вимірювання відхилення тиску від атмосферного в сторону розрідження та надлишкового тиску +- 0,2 кгс/см (+- 0,02МПа) = 20 КПа.
Другу групу складають манометри абсолютного тиску, які пристосовані для вимірювання тиску, що відраховується від абсолютного нуля тиску, тобто, повної його відсутності. До них відносяться:
- барометри – манометри абсолютного тиску, які пристосовані для вимірювання тиску атмосфери;
- укорочені рідинні манометри;
- укорочені барометри – це ртутні вакуумметри для вимірювання абсолютних тисків (менше 0,2 кгс/см )
- вакуумметри залишкового тиску, які призначені для вимірювання глибокого вакууму, тобто абсолютних тисків менш 0,002 кгс/см ;
Дещо осторонь стоїть третя група манометрів, яка включає в себе дифманометри та мікроманометри.
Диференціальні манометри (дифманометри) - це манометри, які вимірюють різницю двох тисків, ні один із яких не є атмосферним, і використовуються в різних областях промисловості. Приклади використовування дифманометрів: вимірювання перепадів тиску; вимірювання витрати рідин, газів та пари по перепаду тиску на спеціальних звужуючих пристроях; вимірювання рівня рідин, що знаходяться під дією атмосферного, надлишкового та вакуумметричного тисків тощо.
Мікроманометри – це дифманометри лабораторного типу які використовуються для вимірювання тиску чи різниці тисків в газових середовищах з верхньою межею вимірювання менше за 0,04 кгс/см2.
Для вимірювання тиску в важкодоступних місцях використовуються електричні манометри опору. Принцип дії приладів цієї групи ґрунтується на непрямому методі вимірювання - зміні електричного опору чутливого елемента під дією зовнішнього тиску, які функціонально пов’язані між собою.
Вибір для використання певного типу манометра залежить передусім від зна чення вимірюваного тиску, потрібної точності та надійності вимірювань, а також від фізико-механічних властивостей середовища.
Допустимий робочий тиск в середовищі не повинен перевищувати 3/4 верхньої межі вимірювань манометру, а у випадку змінного тиску — 2/3.
В якості пристроїв для відбирання тиску із середовища використовують трубки діаметром 10-12 мм, які називають імпульсними. Імпульсні трубки бажано розміщувати на відносно рівних (горизонталь них або з невеликим нахилом) ділянках трубопроводу. У випадках вимірювання тиску газу або пари відбирання тиску здійснюється вище осі трубопроводу, а за вимірювання тиску рідин — нижче осі. Довжина імпуль сних ліній для манометрів з одновитковою пружиною і сильфоном — до 30 м. Кінець трубки в середовищі повинен бути вмон тований врівень з внутрішньою стінкою об'єкта, що обмежує вимірюване за тиском середовище.
Фірмою «Siemens” випускаються вимірювальні перетворювачі надлишкового тиску SITRANS P серії МК-ІІ з вбудованими аналоговими та серії MS,DS - цифровими індикаторами. З аналоговими індикаторами на діапазон 0,23-160 бар, а цифровим 0,03-400 бар.
Серія DS SITRANS P може вимірювати крім різницевого(диференціального) тиску, також надлишковий та абсолютний тиски.
Sitrans P серії ZD фірми «Siemens” – це конфігурований вимірювальний прилад, який використовується для вимірювання надлишкового та абсолютного тисків в різних областях промисловості . Прилад складається з вимірювальної комірки; плати електроніки, яка розміщена поряд в тому ж корпусі, та вбудованого цифрового індикатора. У деяких приладів Sitrans P, вимірювальна комірка і плата виготовляються, як єдине ціле.
Рис.1 Загальний вигляд вимірювального перетворювача SITRANS Р серії ZD
Вимірювальна комірка складається із розподільчої мембрани , що виготовлена із нержавіючої сталі, наповнюючої рідини (силіконове масло), що передає зусилля, та безпосередньо вимірювальної мембрани, в якості якої використовується тонка керамічна плівка з нанесеними на неї тензорезисторами . Розподільча мембрана із нержавіючої сталі захищає перетворювач від дій агресивних середовищ. Вимірювальна комірка забезпечена також схемою температурної компенсації. Під дією цієї сили, що діє на розподільчу мембрану , вона прогинається і передає зусилля через силіконове масло на вимірювальну мембрану, що теж прогинається. При цьому чотири встановлені на ній за мостовою схемою тензорезистори змінюють свою величину. Зміна опорів приводить до розбалансування мосту і появи напруги у вимірювальній діагоналі, яка підсилюється у вимірювальному підсилювачі та надходить на аналого-цифровий перетворювач (АЦП) А/D та перетворюється в цифрову форму.
SITRANS Р дозволяє передавати інформацію як на відстані так і забезпечує цифрову індикацію значення тиску безпосередньо на перетворювачі в декількох одиницях (Па, КПа, Бар).
3.3 Принцип дії та будова електроконтактного мановакуумметра ЕКМВ.
Електроконтактні манометри широко застосовуються в промисловості для вимірювання, сигналізації та регулювання тиску. Електроконтактний манометр типу ЕКМ за принципом дії аналогічний манометру з трубчастою одновитковою пружиною. Загальний вигляд приведений на рисунку 2.
Для сигналізації та регулювання манометр має вбудований контактний механізм, який містить три електричні контакти, два з яких встановлені на задавачах верхньої 2 та нижньої 1 межі, а третій на вказівній стрілці 3. Встановлення задавача на необхідні межі здійснюється обертом гвинта 5.
Такі прилади виготовляють у вигляді манометрів, мановакуумметрів та вакуумметрів.
Рис. 2 Електроконтактний манометр типу ЕКМ
Якщо вимірюваний тиск збільшується і досягає верхньої заданої межі, замкнеться контакт між вказівною стрілкою й задавачем верхньої межі, зі зниженням тиску до нижньої межі замикається контакт між стрілкою і задавачем нижньої межі.
Електроконтактні манометри ЕКМ випускаються з верхнею межею вимірювання від 1 до 1600 кгс/см ( 0,1 до 160 МПа).
Мановакуумметри типу ЕКМВ випускаються з верхньою межею вимірювання вакуумметричного тиску до 1 кгс/см (0,1 МПа), а надлишкового - від 1 до 25 кгс/см ( 0,1 до 2,5 МПа).
Електроконтактні вакуумметри випускаються із верхньою мажею вимірювання вакууму до 0,1 МПа.
Клас точності приладів ЕКМ - 2,5.
Ці прилади використовуються в системах автоматизації в схемах сигналізації та захисту обладнання. Встановлюються, наприклад, для регулювання тиску у варильних котлах та автоклавах і таке інше. Розривна потужність електричних контактів - 10 ВА при максимально можливому струмі не більше 1 А.
3.4 Будова первинного диференціального вимірювального перетворювача
SITRANS Р DS III
Загальний вигляд вимірювального перетворювача SITRANS Р DS III та схема вимірювальної комірки (сенсора) дифманометра приведена нижче.
Із схеми видно, що датчик складається: із двох розподільчих мембран 1 (більшого тиску «+» та меншого - «-») ; двох О-подібних кілець, що фіксують мембрани 1; кремнієвої вимірювальної мембрани 3 з тензомодулем 4; корпусу вимірювальних комірок 6 з боковими фланцями 5 та рідини наповнення 7(силіконове масло).
Вимірювана різниця тисків через розподільчі мембрани 1 і наповнення 7 передається на вимірювальну мембрану 3, деформуючи її. Одночасно деформується і кремнієвий сенсор (тензомодуль) 4. Чотири встановлених на вимірювальну діаграму по мостовій схемі тензорезостори (п’єзоопори) змінюють завдяки поданому тиску свій опір. Зміна опорів визиває зміну напруги у вимірювальній діагоналі мосту, що пропорційна різниці тисків на входах «+» та
«-».
При перевищенні різниці тисків межових значень, що допустимі для даного датчика, відхиляючись мембрана 3 торкається стінок корпусу 6 і захищає сенсор 4 від перевантаження.
Для вимірювання тиску високов’язких матеріалів, вимірювальні перетворювачі SITRANS Р DS III поставляються з розділювачами тиску різноманітної конструкції.
|
Рис.3 Загальний вигляд вимірювального перетворювача SITRANS Р DS |
Рис.4 Схема вимірювальної комірки (сенсора) дифманометра |
4. Методика виконання роботи.
Повірка виконується порівнянням показів повіряємого приладу (перетворювача Sitrans P ZD або електроконтактного манометра ЕКМВ) з показами зразкового приладу. Покази знімаються при прямому ( збільшення тиску від 0 до максимального значення) та зворотньому ( зменшення тиску від максимального значення до 0 ) ході. Зразкові манометри при проведенні повірки мають відповідати наступним вимогам: їхній діапазон вимірювання тиску не повинен бути меншим від діапазону вимірювання тиску манометру, що повіряється, а їхній клас точності має бути в 3 рази вищим, ніж клас порівнюваного приладу.
Робота виконується на стенді з приладами для вимірювання тиску.
4.1. Порядок виконання повірки SITRANS Р серії ZD.
Робота виконується лише в присутності викладача. Лабораторний стенд має наступний вигляд :
Рис.5 Зовнішній вигляд лабораторного стенду
1. Подати живлення на стенд вмиканням перемикача 1( живлення ~220В). Про те, що напруга подана на стенд сигналізує підсвічення перемикача.
2. Необхідно подати живлення на ті прилади, повірка яких виконується, в даному випадку - Sitrans P ZD, ввімкнувши перемикач 2 ( Siemens Sitrans P ZD). При подачі напруги на прилад , на дисплеї 6 з’являється цифрова індикація.
3. Ввімкнути пневмоклапан 3 ( пневмоклапан Sitrans P). При цьому на цифровому індикаторі приладу Sitrans P ZD з’явиться поточне значення тиску.
4. За допомогою пневматичного вентиля 4 (регулятор тиску) встановіть поточне значення тиску „0” на зразковому манометрі 5 (манометр зразковий).
5. Виконується „прямий хід” повірки наступним чином:
- за допомогою пневматичного вентиля 4 збільшуєм подачу стиснутого повітря;
-покази фіксуються на всіх оцифрованих поділках зразкового манометра 5, одночасно необхідно знімати покази з дисплея Sitrans P ZD;
-дані заносити до таблиці 1 протоколу повірки у графу „прямий хід”, як для зразкового манометра так і для перетворювача Sitrans P ZD.
6.Після досягнення максимального значення тиску, виконуємо „зворотній хід”:
- за допомогою пневматичного вентиля 4 зменшуєм подачу стиснутого повітря;
-покази фіксуються на всіх оцифрованих поділках зразкового манометра 5, одночасно необхідно знімати покази з дисплея Sitrans P ZD;
-дані заносити до таблиці 1 протоколу повірки у графу „зворотний хід”, як для зразкового манометра так і для перетворювача Sitrans P ZD.
7. За отриманими даними визначити абсолютну, відносну та приведену похибки манометра по діапазону вимірювання.
8. Після закінчення виконання повірки приладу Sitrans P ZD потрібно вимкнути пневмоклапан 3 та відключити подачу живлення на прилад перемикачем 2.
Таблиця 1
|
Показання манометра за умови ходу, (бар) кгс/см2 |
Варіація , кгс/м2 |
Похибка за умов ходу |
||||||||
|
Sitrans P ZD |
Зразкового |
Абсолютна, кгс/м2 |
Відносна, % |
Приведена, % |
||||||
|
Прям. |
Звор. |
Оцифроване значення |
Дійсне значення |
Прям. |
Звор. |
Прям. |
Звор. |
Прям. |
Звор. |
|
|
0 |
||||||||||
|
5 |
||||||||||
|
10 |
||||||||||
|
15 |
||||||||||
|
20 |
||||||||||
|
25 |
||||||||||
|
30 |
||||||||||
|
35 |
||||||||||
|
40 |
||||||||||
|
45 |
||||||||||
|
50 |
4.2. Порядок виконання повірки ЕКМВ.
1. Ввімкнути пневмоклапани 7 (пневмоклапан ЕКМВ-1У), при цьому стиснуте повітря подається на повіряємий прилад.
2. За допомогою пневматичного вентиля 4 (регулятор тиску) встановіть поточне значення тиску „0” на зразковому манометрі 5 (манометр зразковий).
3. Повірка манометра ЕКМВ 8 (ЕКМВ-1У) відбувається по двом значенням , які встановлені за допомогою двох кінцевих контактів на самому приладі (min та max) . При значенні тиску менше min (значення 0,2) світиться ліва сигнальна арматура 9, при значенні тиску більше max (значення 0,5) світиться права сигнальна арматура 9.
4. Якщо поточне значення тиску дорівнює нулю - повинна засвітитись ліва сигнальна арматура. Збільшуючи тиск за допомогою пневматичного вентиля 4 (регулятор тиску) необхідно зняти покази коли потухне ліва сигнальна арматура 9. Значення зразкового 5 та манометра ЕКМВ 8 заносимо до таблиці 2 протоколу повірки у графу „прямий хід” для мінімального значення.
5. Збільшуючи тиск необхідно зняти покази коли включиться права сигнальна арматура 9. Значення зразкового 5 та манометра ЕКМВ 8 заносимо до таблиці 2 протоколу повірки у графу „прямий хід” для максимального значення.
6. Необхідно збільшити тиск до значення 0,6 на манометрі ЕКМВ 8. Після цього виконується „зворотній хід”:
зменшуєм тиск за допомогою пневматичного вентиля 4 (регулятор тиску) ,необхідно зняти покази коли потухне права сигнальна арматура 9. Значення зразкового 5 та манометра ЕКМВ 8 заносимо до таблиці 2 протоколу повірки у графу „зворотній хід” для максимального значення.
7. Зменшуючи тиск, необхідно зняти покази коли включиться ліва сигнальна арматура 9. Значення зразкового 5 та манометра ЕКМВ 8 заносимо до таблиці 2 протоколу повірки у графу „зворотній хід” для мінімального значення.
8. За отриманими даними визначити абсолютну, відносну та приведену похибки манометра по діапазону вимірювання.
9. Після закінчення виконання повірки приладу ЕКМВ необхідно, за допомогою пневматичного вентиля 4, зменшити тиск до мінімального значення ( „0” ) зразкового приладу 5. Вимкнути пневмоклапан 7 та відключити подачу живлення на стенд перемикачем 1.
Таблиця 2
|
Показання манометра за умови ходу, бар |
Варіація кгс/м2 |
Похибка за умов ходу |
|||||||
|
Повірюваного |
Зразкового |
Абсолютна, бар |
Відносна, % |
Приведена, % |
|||||
|
Прям. |
Звор. |
Прям. |
Звор. |
Прям. |
Звор. |
Прям. |
Звор. |
||
|
Min |
|||||||||
|
Max |
4.3. Ознайомлення з принципом дії та будовою вимірювального перетворювача диференціального тиску SITRANS Р DS III.
Даний прилад знаходиться в лівій частині лабораторного стенду.
Рис.6 Зовнішній вигляд стенду з розміщеними на ньому приладами для вимірювання різниці тисків.
5. Висновки
Контрольні запитання.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1 -T
Прилади для вимірювання температури : манометричний термометр, термометр опору та термоелектричний термометр (термопара).
1. Мета роботи
1.1. Вивчити принцип дії та будову манометричного термометру, термометру опору та термоелектричного термометру.
1.2. Ознайомитись з будовою компактного вимірювального перетворювача SITRANS TF2 з термометром опору Pt 100 та з цифровою індикацією і уніфікованим вихідним сигналом фірми “Siemens”.
1.3. Засвоїти методику повірки термометра опору, термоелектричного термометру за допомогою вимірювального перетворювача SITRANS TF2, визначити їх основні метрологічні характеристики.
2. Завдання на виконання роботи
2. 1. Ознайомитись з лабораторним стендом.
2.2. Вивчити загальну теорію вимірювання температури, види приладів для її вимірювання(Конспект лекцій, с.8-11).
2.3. Вивчити конструкцію та структурну схему вимірювального перетворювача TF2 фірми “Siemens” з термометром опору Pt 100 .
2.5. Зняти реальні статичні характеристики для термопари та термометру опору за допомогою перетворювача SITRANS TF2 .
2.6. По статичним характеристикам перетворення визначити абсолютну, відносну та приведену похибки.
3. Загальні теоретичні відомості про прилади для вимірювання температури
3.1 Загальна методика вимірювання температури
В залежності від принципу дії промислові засоби вимірювання температури розділяються на наступні групи з відповідними межами вимірювання:
З’єднання термопари яке має температуру , називають робочим (гарячим спаєм), а з’єднання , що має постійну температуру , називається вільними кінцями термоелектричного термометра (холодним спаєм). Провідники А і В називаються термоелектродами (рис.1).
Рис.1 Загальний вигляд термопари
Термо-ЕРС термопари пропорційна різниці температур гарячого та вільного кінців. Якщо температура вільних кінців дорівнює 0°C , то вимірювана температура визначається безпосередньо по градуювальній таблиці відповідного термоелектричного термометра. Найбільше практичне застосування здобули стандартні термоелектричні перетворювачі, термоелектроди яких виготовлені як із чистих матеріалів , так і сплавів:ХК - хромель-капель, ХА – хромель-алюмель, ПП – платинородій-платина.
Термоелектричні термометри під’єднуються до спеціальних вторинних приладів: автоматичного потенціометра, магнітоелектричного мілівольтметра, шкала яких проградуйована в °C або до нормуючих перетворювачів з уніфікованим вихідним сигналом. Крім того, термопари можуть під’єднуватись безпосередньо до спеціальних модулей промислових контролерів.
Принцип дії манометричних термометрів грунтується на залежності тиску в замкненому об’ємі від температури. Манометричний термометр складається з термоблока, капілярної трубки, манометричної, трубчастої пружини, стрілки приладу, біметалевого повідка, зубчатого сектору, зубчатого колеса та шкали приладу.
Під впливом температури тиск робочої речовини в термобалоні збільшується і по капіляру передається манометричній трубчастій пружині, яка під дією тиску розкручується , вільний її кінець через повідок і зубчасту передачу переміщує стрілку приладу по його шкалі. Термобалон виготовляється з корозійностійкої сталі, а капіляр із стальної чи мідної трубки , манометричні трубчасті пружини можуть бути одновиткові та багатовиткові.
В залежності від термометричної речовини дані прилади поділяються на газові, рідинні та конденсаційні для різних меж вимірювання температури.
Вимірювання температури термометрами опору відноситься до контактних методів і грунтується на властивості провідників (металів) та напівпровідників змінювати свій електричний опір в залежності від зміни їхньої температури . В загального вигляді: = .
Для провідників (металів) - опір зростає з зростанням температури, а перетворювачі, які виготовлені із металевого дроту називають (в загальному) терморезисторами. У напівпровідників навпаки –опір падає із ростом температури, а перетворювачі, що виготовлені із напівпровідникових матеріалів, називають термісторами.
В первинному вимірювальному перетворювачі температури може використовуватись будь-який терморезистор або термістор, але в якості засобів вимірювання температури з нормованими метрологічними характеристиками використовують термометри опору. Залежність опору термометру опору від температури називається градуювальною характеристикою.
Найбільш розповсюдженими термометрами опору є платинові (ТСП) та мідні (тип ТСМ), за кордоном набули популярності нікелеві. Чутливі елементи таких термометрів опору виготовляють відповідно із платинового або емальованого мідного, та нікельового дроту діаметром від 0,04 до 0,1 мм, який намотують біфілярно на пластину або на стержень із ізоляційного матеріалу (слюди, пластмаси) і значення опору при температурі 0С підганяють за рахунок довжини дроту до тисячних долей Ома. Таким чином отримують (найбільш поширений) ряд термометрів опору градуюванням (тобто, із значеннями в Ом):
а) мідних (ТСМ), в яких дорівнює 10, 50 та 100 Ом і які умовно позначаються 10М, 50М та 100М (символ М – відповідає міді) ;
б) платинових (ТСП): в яких дорівнює 10, 50, 100 та 1000 Ом і які умовно позначаються: 10П, 50П, 100П, 500П та 1000П (символ П – відповідає платині),міжнародне позначення Pt100;
в)нікелевих, в яких дорівнює 100 та 1000 Ом і які умовно позначаються NI100, NI1000.
Зовнішня арматура термометру опору, загальний вигляд якого приведений на рис.2, складається із захисної труби, яка захищає дріт термометру від впливу агресивного середовища об’єкта, штуцера для його закріплення на об’єкті та головки, в якій розміщується контактна колодка з зажимами для під’єднання дротів, що з’єднують термометр опору з вторинним вимірювальним приладом.
Рис. 2. Загальний вигляд термометру опору
В якості вимірювальних приладів, які використовуються у комплекті з термометром опору, використовуються зрівноважені і незрівноважені мости, логометри та сучасні вимірювальні перетворювачі з уніфікованим вихідним сигналом.
3.2 Теоретичні відомості про вимірювальний перетворювач
температури SITRANS TF2
Конфігурований SITRANS TF2 (рис.3) - це компактний вимірювальний перетворювач температури з цифровим дисплеєм та термометром опору Pt100. Призначення приладу - індикація та контроль температури, що вимірюється на технологічній лінії за місцем, а також дистанційна передача сигналу вимірювальної інформації на відстань.
Рис. 3 Загальний вигляд SITRANS TF2
Вимірювальний перетворювач температури SITRANS TF2 об’єднує три компоненти в одному приладі:
• термометр опору Pt100 в захистній трубці із нержавіючої сталі;
• корпус из нержавіючої сталі з високим класом захисту;
• вбудований та конфігурований, за допомогою трьох клавіш, мікропроцесорний вимірювальний перетворювач з рідинно-кристалічним дисплеєм (РКД).
Випускаються осьова та радіальна конструкції SITRANS TF2. Використовується SITRANS TF2 в технологічних процесах таких галузей як: хімічна промисловість, енергетика, централізоване теплопостачання, водопостачання, очищення стічної води, харчова промисловість, металургічна промисловість, виробництво цементу, фармацевтика, біотехнологія.
Перевагами даного приладу є:
• висока точність вимірювання та індикація;
• конфігуруємі діпазони вимірювання в межах від -50 до +200°C;
• сигнализація ( +/-) про перевищення заданного граничного значения температури на РКД, а також за допомогою червоного світлодіоду .
Технічні дані TF2:
Вхід: вимірювана величина – температура в діапазоні від -50…+200°C.
Вихід: уніфікований сигнал 4…20 mА по дротам живлення.
Нижня межа струму (мінімум) - 3,6 mА.
Верхня межа стуму (максимум) - 23 mА.
Вихід захищений: від невірного під’єднання джерела живлення за полярністю, від перевищення напруги живлення та від короткого замикання.
Максимальний опір навантаження: (U-12V) / 0,023A.
Характеристика перетворення - прямопропорційна вимірюваній температурі.
Умови використання:
Температура навколишнього середовища, в межах: -25...+85°C.
Рекомендований діапазон температур, в межах: -10…+70°C.
4.Методика виконання роботи.
Дослідження статистичних характеристик перетворення виконується порівнянням показів температури виміряної термометром опору, термопарою та зразковим перетворювачем Sitrans TF2 в термостаті. Покази зразкового перетворювача Sitrans TF2 знімаються з цифрового індикатора , встановленого на самому перетворювачі.
Рис.4 Зовнішній вигляд термостату
Покази температури виміряної за допомогою термопари знімаються з вторинного показуючого приладу ТРМ200 , встановленого на правій стінці лабораторного стенду , а покази температури виміряної за допомогою термометра опору знімаються з вторинного показуючого приладу ТРМ200 , встановленого на лівій стінці лабораторного стенду.
4.1. Ознайомлення з принципом дії та будовою манометричного термометра.
Лабораторна установка складається з стенду на якому представлені різні типи термометрів опору, термопар, манометричних термометрів (деякі типи представлені в розрізі). Зверху в правій частині цього стенду знаходиться манометричний термометр.
Рис.5 Зовнішній вигляд стенду з представленими первинними перетворювачами.
4.2. Порядок виконання повірки термометра опору та термоелектричного перетворювача.
Робота виконується лише в присутності викладача. Лабораторний стенд складається з лівої і правої стінок на яких встановленні перетворювачі і вторинні прилади. На лівій стінці представлені перетворювачі і прилади, які працюють з термометрами опору.
Рис.6 Зовнішній вигляд лівої стінки лабораторного стенду з перетворювачами і вторинними приладами.
На правій стінці представлені перетворювачі і прилади, які працюють з термоелектричними перетворювачами (термопарами).
Рис.7 Зовнішній вигляд правої стінки лабораторного стенду з перетворювачами і вторинними приладами.
1. Подати живлення на ліву і праву стінки лабораторного стенду вмиканням перемикача 1 і перемикача 8 (живлення ~220В) відповідно на лівій і правій стінці лабораторного стенду. Про те, що напруга подана на стенд сигналізує підсвічення перемикача.
2. Деякі вторинні прилади живляться напругою постійного струму, тому необхідно ввімкнути подачу живлення на стенд напруги постійного струму. Для цього ввімкніть перемикач 2 і перемикач 9 (живлення =24В) відповідно на лівій і правій стінці лабораторного стенду.
3. Необхідно подати живлення на ті прилади, повірка яких виконується, в нашому випадку це вторинні прилади ТРМ. Ввімкніть перемикач 3 і перемикач 10 відповідно на лівій і правій стінці лабораторного стенду. При подачі напруги на прилад , на дисплеї 7 і дисплеї 11 з’являється цифрова індикація (поточне значення температури).
4. Для виконання лабораторної роботи необхідно щоб в термостаті (де знаходиться термометр опору, термоелектричний перетворювач і зразковий перетворювач Sitrans TF2) змінювалась температура води. Для цього необхідно зробити наступні дії:
- ввімкнути насос термостату, для цього необхідно ввімкнути перемикач 4 на лівій стінці (насос термостату);
- ввімкнути змішувач термостату для забезпечення рівномірності розігріву води в термостаті, для цього необхідно ввімкнути перемикач 5 на лівій стінці (змішувач термостату);
- тепер ввімкнути термостат для розігріву води, для цього вмикається перемикач 6 на лівій стінці (термостат ~220В).
5. Відповідно до завдання викладача (початкове значення, дискретність, кінцеве значення вимірювального параметра) одночасно знімайте покази з зразкового перетворювач Sitrans TF2, термометра опору (прилад 7) та термоелектричного перетворювача (прилад 11). Отримані покази заносити до таблиці 1 протоколу повірки у рядки, що відповідають значенням температури зразкового перетворювач Sitrans TF2 та у колонки для термометра опору і термоелектричного перетворювача (термопари).
6. За отриманими даними визначте абсолютну, відносну та приведену похибки для приладів повірка яких виконується на всьому діапазону вимірювання. Отримані розрахункові значення занесіть у відповідні стовпчики таблиці 1.
Таблиця 1
|
Показання приладів |
Зразковий перетворювач |
Похибки |
||||||
|
Термометр опору, °C |
Термопара, °C |
Sitrans TF2, °C |
Абсолютна, °C |
Відносна , % |
Приведена , % |
|||
|
ТО |
ТП |
ТО |
ТП |
ТО |
ТП |
|||
7. Після того як покази при кінцевому значенні температури будуть зняті необхідно завершити виконання лабораторної роботи. Для завершення необхідно виконати наступне:
- вимкнути термостат, для цього вимкніть перемикач 6 на лівій стінці (термостат ~220В);
- вимкнути змішувач термостату, для цього вимкніть перемикач 5 на лівій стінці (змішувач термостату);
- вимкнути насос термостату, для цього вимкніть перемикач 4 на лівій стінці (насос термостату);
- зняти напругу з вторинних приладів 7 і 11, для цього вимкніть перемикач 3 і перемикач 10 відповідно на лівій і правій стінці лабораторного стенду;
- зняти напругу постійного струму 24В на лабораторному стенді, для цього необхідно вимкнути перемикач 2 і перемикач 9 (живлення =24В) відповідно на лівій і правій стінці лабораторного стенду;
- зняти напругу живлення на лівій і правій стінці лабораторного стенду, для цього необхідно вимкнути перемикач 1 і перемикач 8 (живлення ~220В) відповідно на лівій і правій стінці лабораторного стенду.
5. Висновки
Контрольні запитання.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2-L
Прилади для вимірювання рівня: сигналізатори рівня, гідростатичні рівнеміри КРТ-С, ультразвукові рівнеміри PROBE LU та Multi Ranger 100.
1.Мета роботи
1.1. Вивчити принцип дії та будову сигналізатора рівня, гідростатичного рівнеміра та автоматичних ультразвукових рівнемірів.
1.2. Ознайомитись з роботою сигналізатора рівня та ультразвукового рівнеміра SITRANS Multi Ranger 100.
1.3. Вивчити методику повірки гідростатичного рівнеміра КРТ-С та ультразвукового рівнеміра PROBE LU.
1.4. Провести повірку гідростатичного рівнеміра КРТ-С та ультразвукового рівнеміра PROBE LU.
2. Завдання на виконання роботи
2. 1. Ознайомитись з лабораторним стендом.
2.2. Вивчити загальну методику вимірювання рівня рідин та сипучих речовин за допомогою сигналізаторів рівня, гідростатичний та ультразвукових рівнемірів (Конспект лекцій, с.18-21).
2.3. Вивчити принцип дії та будову сигналізатора рівня, гідростатичного рівнеміра КРТ-С, ультразвукового рівнеміра SITRANS PROBE LU та SITRANS Multi Ranger 100.
2.4. Зняти реальні статичні характеристики перетворення гідростатичного рівнеміра КРТ-С та ультразвукового рівнеміра SITRANS PROBE LU, по отриманим характеристикам визначити абсолютну, відносну та приведену похибки обох рівнемірів.
3. Загальні теоретичні відомості про вимірювання рівня
3.1. Загальні методики вимірювання рівня
Сучасні прилади рівня можна розділити на дві групи: рівнеміри (гідростатичні, механічні, ультразвукові ) та сигналізатори рівня (кондуктометричні, ємнісні ).
Гідростатичні прилади займають важливе місце при вимірюванні рівня агресивних розчинів та речовин, що швидко кристалізуються, і застосовуються для вимірювання рівня в ємностях, які знаходяться під тиском. У цих приладах вимірювання рівня рідини базується на вимірюванні тиску, який утворюється стовпом рідини. Загальне рівняння для тиску Р стовпа рідини, має вигляд:
Р = * g *Н [Па],
де - густина рідини, кг/м; Н – висота стовпа рідини (рівень), м; g – прискорення вільного падіння, м/с.
За способом вимірювання тиску гідростатичні рівнеміри діляться на прилади із безпосереднім вимірюванням тиску стовпа рідини та прилади з безперервним продуванням повітря через стовп рідини (п'єзометричні).
В широкому фізичному розумінні ультразвук - це груповий коливальний рух частинок пругкого середовища, або послідовність стискувань та розріджень в середовищі, в області частот, які ми не чуємо. В техніці прийнято вважати, що коливання частотою 16÷20 кГц - є ультразвуковими. Інколи в ультразвуковій техніці використовують частоти і 13÷15 кГц.
Звук завжди породжується механічними коливаннями. Для збудження пругких хвиль в середовищі (речовині) необхідно виконати з’єднання цього середовища з коливальним тілом (випромінювачем), який викликає змінні стискування та розтягування своєї випромінюючої поверхні. Останні, в свою чергу, викликають змінні стискування та розрідження поверхні шару речовини (газу або рідини, яка знаходиться в взаємодії з випромінювачем), що приводить до виникнення пругких коливань, які розповсюджуються в середовищі.
Ультразвукові хвилі, розповсюджуючись в середовищі з певною густиною і проходячи крізь нього, повністю або частково відбиваються на межі розподілу із середовищем, у якого інше значенням густини, н., метал -повітря, повітря - метал, повітря - рідина, рідина - метал і т.д.В якості перетворювачів випромінювання та приймання ультразвукових хвиль використовується пластини із кристалів кварцу, турмаліну, сегнетової солі, титанату барію та інші.
Потужність коливань залежить від частоти випромінювання, площі пластини випромінювача та величини приведеної до нього напруги. Для отримання максимальної інтенсивності випромінювання необхідно, щоб власна частота коливань пластини випромінювача співпадала з частотою коливань генератора.
При вимірюванні рівня заповнення резервуарів рідкими речовинами, або рівня завантаження бункерів сипкими матеріалами, використовується схема одномірного виміру відстані між двома точками, в одній із яких (базовій) розміщується приймально-випромінюючий акустичний блок, а в якості другої точки (її називають відбиваюча зона) використовується поверхня контрольованої за рівнем речовини (рідина чи сипкі матеріали).
Така схема взаємного положення називається схемою “ехо-локації”: випромінювані коливання після відбивання від контрольованої поверхні повертаються до приймача
На точність вимірювання відстані або рівня “ехо-методом” впливає зміна швидкості розповсюдження ультразвуку в повітрі від температури.
Сигналізатори рівня призначені для сигналізації рівня якого треба досягти. Принцип дії ємнісних сигналізаторів оснований на перетворенні величини рівня в електричну ємність датчика, а кондуктометричних – на вимірюванні опору між електродами введеними в електропровідне середовище.
3.2 Перетворювач тиску КРТ-С
Призначений для вимірювання та неперервного перетворення надлишкового тиску нейтральних до титану та нержавіючої сталі середовищ (газ, рідина, пар) в уніфікований вихідний сигнал по струму чи напрузі. Область застосування приладу: системи енергозберігаючих технологій, теплоенергетика (ТЕЦ), мережі розподілення та обліку (газу, води, тепла), компресори, холодильні установки. Діапазон вимірювання від 1 до 100МПа при температурі вимірюваного середовища від -45 до +110 °C, а навколишнього середовища від -10 до +80.
Рис.1 Загальний вигляд перетворювача тиску КРТ5
3.3 Ультразвуковий рівнемір SITRANS Probe LU
Рис.2 Зовнішній вигляд SITRANS Probe LU
SITRANS Probe LU являє собою 2-х провідний ультразвуковий компактний перетворювач для вимірювання рівня (в діапазоні до 6м або до 12м) та об’єму рідини в резервуарах, а також для вимірювання витрати у відкритих водогонах і каналізаційних каналах.
Особливістю є наявність функцій автоматичної фільтрації хибного ехо – сигналу та вбудованих електронних схем (компактність), покращує співвідношення сигнал – шум і підвищує точність вимірювання [0,15% від діапазону вимірювання або 6 mm (0,25”)], а також обумовлює високу надійність приладу. Програмування відбувається через інфрачервоний програматор, SIMATIC PDM або HARТ Communicator.
Сенсорний датчик Probe LU пропонується в ETFE - або PVDF – виконанні, що дозволяє найкращим чином відповідати хімічним властивостям середовища, де вимірюється рівень. Probe LU має інтегрований термочутливий елемент для компенсації похибки вимірювання при коливаннях температури, що дозволяє використовувати пристрій при змінних температурах матеріалу і процесу.
3.4 Ультразвуковий вимірювальний перетворювач рівня Multi Ranger 100 та сенсор XRS – 10.
Multi Ranger 100 - призначений для безконтактного двохканального вимірювання рівня рідин та сипучих матеріалів на коротких і середніх відстанях від сенсора до об’єкту, у відкритих та закритих ємностях, а також для дискретного керування насосами або транспортерами.
Рис.3 Зовнішній вигляд MultiRanger
MultiRanger є ефективним ультразвуковим приладом для вимірювання рівня, з гарантованою надійністю в безперервному режимі роботи. Реалізуючи розглянутий вище ультразвуковий «ехо-метод» , прилад вимірює рівень в коротких та середніх діапазонах до 15 м (50 ft.). MultiRanger може використовуватись, наприклад, для вимірювання рівня рідких: палива, відходів виробництва, кислот і т.п., а також для вимірювання рівня сипких матеріалів: дерев’яної стружки або при утворенні високих насипних конусів. За наявності електричної сумісності з хімічно стійкими сенсорами серії Echomax® прилад може використовуватись в особливо важких умовах роботи при температурі середовища до 145°C (293°F). MultiRanger здійснює двохканальне вимірювання та цифрову комунікацію з вбудованим Modbus RTU через RS 485 і, таким чином, є сумісним з Dolphin Plus. Це дозволяє здійснювати конфігурування та налаштування через комп’ютер (PC).
MultiRanger 100 забезпечує функції: вимірювання рівня, контролю та сигналізації досягнення заданого рівня, а також двопозиційне регулювання (ввімкнено/вимкнено) та просте послідовне керування насосами.
Модифікація MultiRanger 200 – крім вимірювання рівня, обчислює об’єм та витрати у відкритих водоймах і характеризується розширеними функціями по сигналізації та керуванню насосами.
4. Методика виконання роботи
Методика проведення роботи полягає в тому, що результати вимірювань рівнеміром SITRANS PROBE LU та перетворювачем тиску КРТ-С порівнюються зі значенням зміни рівня рідини в циліндричних ємностях, що контролюється за допомогою лінійки під час наповнення та випуску рідини, з метою визначення похибок обох приладів по діапазону вимірювання .
Робота виконується лише в присутності викладача. Лабораторний стенд складається з передньої, лівої і правої стінок на яких встановленні прилади для вимірювання рівня.
На передній стінці знаходяться циліндричні ємності з встановленими первинними (деякі, показуючими) перетворювачами рівня для рідин: сигналізатор рівня (1), гідростатичний рівнемір КРТ-С (2), ультразвуковий рівнемір SITRANS PROBE LU(3), ємнісний сигналізатор рівня та рівнемір. Крім того, на кожній циліндричній ємності встановлено два вентилі (набору та спуску рідини).
На правій стінці встановлено реле сигналізатора рівня 1, ультразвуковий рівнемір для вимірювання сипучих речовин SITRANS Multi Ranger 100 з показуючим перетворювачем (4), радарний рівнемір. Крім того, на цій стінці встановлено тумблер подачі живлення на весь стенд, тумблери подачі живлення на окремі прилади.
На лівій стінці встановлено вторинний показуючий прилад для гідростатичного рівнеміра КРТ-С 2, реле ємнісного сигналізатора рівня. Крім того, на цій стінці встановлено тумблери подачі живлення на окремі прилади.
Рис.4 Загальний вигляд лабораторного стенду для вимірювання рівня.
4.1. Ознайомлення з принципом дії та будовою сигналізатора рівня та ультразвукового рівнеміра SITRANS Multi Ranger 100
а) б)
Рис.5 Зовнішній вигляд сигналізатора рівня (а) та ультразвукового рівнеміра SITRANS Multi Ranger 100 (б).
На лабораторному стенді сигналізатор рівня показано під позицією 1, ультразвуковий рівнемір SITRANS Multi Ranger 100 – під позицією 4. Відповідно до завдання лабораторної роботи, нам необхідно ознайомитись з роботою цих двох систем. Для ознайомлення з роботою сигналізатора рівня необхідно виконати такі дії:
1.Подати живлення на лабораторний стенд вмиканням перемикача 5 (“Живлення ~220В”). Про те, що напруга подана на стенд сигналізує підсвічення перемикача.
2. Подати живлення на сигналізатор рівня 1 вмиканням перемикача “Реле ЕР - 53N 105 TZ”. Про те, що напруга подана на реле буде сигналізувати сигнальна лампа реле “ ~”.
3. Відкрити вентиль 8 для подачі рідини в систему.
4. Відкрити вентиль 9 для подачі рідини в циліндричну ємність з встановленими електродами сигналізатора рівня 1. При досягненні рідиною електродів замикається відповідний електричний контакт реле 1, про що будуть сигналізувати сигнальні лампи реле 1.
5.При досягненні рідиною верхнього електроду (спрацює остання сигнальна лампа) необхідно закрити вентиль подачі рідини в ємність 9 і відкрити вентиль зливу рідини 10. При зменшенні рівня електричні контакти послідовно розмикаються і відповідно до цього вимикаються сигнальні лампи реле.
6.Коли буде відсутня рідина в ємності необхідно перекрити вентиль 10 та відключити подачу живлення на сигналізатор рівня перемикачем “Реле ЕР - 53N 105 TZ” (повинна погаснути сигнальна лампа реле “ ~”).
Для ознайомлення з роботою ультразвукового рівнеміра SITRANS Multi Ranger 100 необхідно виконати такі дії:
4.2 Порядок виконання повірки перетворювача гідростатичного тиску КРТ-С
а) б)
Рис.6 Зовнішній вигляд гідростатичного рівнеміра КРТ-С(а) та ультразвукового рівнеміра SITRANS PROBE LU(б)
Після виконання 4.1 переходимо до виконання наступного завдання – повірки гідростатичного рівнеміра КРТ-С. Покази вторинного приладу 14 (ТРМ 200) підключеного до перетворювача тиску КРТ-С 2 будемо порівнювати зі значенням зміни рівня рідини в циліндричній ємності, що контролюється за допомогою лінійки під час наповнення та випуску рідини. Для цього виконаємо наступні дії:
2. Подати електричне живлення на перетворювач гідростатичного тиску КРТ-С перемикачем 12(КРТ-С). Також необхідно подати живлення на показуючий прилад ТРМ 200 перемикачем 13 (ТРМ 200), який перетворює уніфікований вихідний сигнал КРТ-С у цифровий сигнал рівня рідини. При цьому на індикаторі вторинного приладу 14 з’явиться початкове значення тиску в циліндричній ємності.
3. Виконується „прямий хід” повірки наступним чином:
- за допомогою вентиля 11 збільшуємо рівень рідини в циліндричній ємності ;
4.Після досягнення максимального значення рівня, виконуємо „зворотній хід”:
- повністю закрити вентиль 11 і відкриваємо вентиль 15, в результаті зменшується рівень в ємності;
- при цьому фіксуємо значення вторинного приладу 14 з дискретністю -100мм (за лінійкою на циліндричній ємності);
5. За отриманими даними визначити абсолютну, відносну та приведену похибки гідростатичного рівнеміра КРТ-С по діапазону вимірювання.
6. Після закінчення виконання повірки рівнеміра 2 потрібно перекрити вентиль 15, відключити подачу живлення на гідростатичний рівнемір перемикачем 12(КРТ-С) та на показуючий прилад ТРМ 200 перемикачем 13 (ТРМ 200).
Таблиця 1
|
Лінійка, мм |
Показання КРТ-С за умови ходу, мм |
Варіа-ція, мм |
Похибка за умови ходу |
||||||
|
Абсолютна, мм |
Відносна, % |
Приведена % |
|||||||
|
Приріст по лінійці, X мм |
Прямого Х,мм |
Зворотного , Х, мм |
Прямого Δ |
Зворот . Δ |
Пря-мого |
Зворот-но го |
Пря- мого |
Зворот-но го |
|
4.3 Порядок виконання повірки ультразвукового рівнеміра SITRANS PROBE LU
Ультразвуковий рівнемір 3 (SITRANS PROBE LU) складається з чутливого елементу (сенсору), перетворювача в уніфікований сигнал та дисплея з цифровою індикацією відстані від сенсора до найближчої перешкоди. Тому в лабораторній роботі покази з дисплея рівнеміра 3 будемо порівнювати зі значенням зміни рівня рідини в циліндричній ємності, що контролюється за допомогою лінійки під час наповнення та випуску рідини. Для цього виконаємо наступні дії:
2. Подати електричне живлення на ультразвуковий рівнемір перемикачем PROBE LU (на правій стінці стенду). При цьому на дисплеї рівнеміра 3 відображається відстань від сенсора до найближчої перешкоди – початкове значення Хпоч. Це значення необхідно зафіксувати в протоколі лабораторної роботи для подальших розрахунків.
3. Виконується „прямий хід” повірки наступним чином:
- за допомогою вентиля 16 збільшуємо рівень рідини в циліндричній ємності ;
4.Після досягнення максимального значення рівня, виконуємо „зворотній хід”:
- повністю закрити вентиль 16 і відкриваємо вентиль 17, в результаті зменшується рівень в ємності;
- при цьому фіксуємо значення що відображається на дисплеї рівнеміра 3 з дискретністю -100мм (за лінійкою на циліндричній ємності);
5. За отриманими даними визначити абсолютну, відносну та приведену похибки ультразвукового рівнеміра SITRANS PROBE LU по діапазону вимірювання.
6. Після закінчення виконання повірки рівнеміра 3 потрібно перекрити вентиль 17, відключити подачу живлення на ультразвуковий рівнемір перемикачем PROBE LU (на правій стінці стенду).
7. Після закінчення виконання лабораторної роботи потрібно перекрити вентиль 8 для припинення подачі рідини в систему, а також вимкнути подачу живлення на лабораторний стенд тумблером 5 (“Живлення ~220В”).
Таблиця 2
|
Лінійка, Мм |
Показання Probe LU за умови ходу, мм |
Варіа- ція, мм |
Похибка за умови ходу |
||||||
|
Абсолютна, мм |
Відносна, % |
Приведена % |
|||||||
|
Приріст по лінійці, X мм |
Прямого Х |
Зворотного Х |
Прямого Δ |
Зворот. Δ |
Прямого |
Зворот-но го |
Прямого |
Зворот-ного |
|
5. Висновки
Контрольні запитання.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2-F
Прилади для вимірювання витрати : лічильник СХВК-1,5, витратомір постійного перепаду тиску (ротаметр) типу SITRANS F VA та магніто-індукційний витратомір SITRANS FM MAG 6000.
1. Мета роботи
1.1. Вивчити принцип дії та будову лічильника СХВК-1,5, витратоміра постійного перепаду тиску (ротаметр) типу SITRANS F VA та магніто-індукційного витратоміра SITRANS FM MAG 6000.
1.2. Вивчити методику повірки магніто-індукційного витратоміра SITRANS FM MAG 6000.
1.3 Провести повірку індукційного витратоміра, водоміра та ротаметра .
2. Завдання на виконання роботи
2. 1. Ознайомитись з лабораторним стендом.
2.2. Вивчити загальну теорію вимірювання витрати рідин та газів за методом постійного перепаду тиску, теорію магніто-індукційного методу вимірювання витрати. (Конспект лекцій, с.14-18).
2.3. Вивчити принцип дії та будову ротаметра типу SITRANS F VA Trogflux та витратоміра SITRANS FM MAG 6000.
2.4. Зняти реальну статичну характеристику перетворення витратоміра SITRANS FM, по отриманій характеристиці визначити абсолютну, відносну та приведену похибки витратоміра.
3. Загальні теоретичні відомості про методи вимірювання витрати
3.1 Теорія магніто-індукційного методу вимірювання витрати
Принцип дії всіх магніто-індукційних витратомірів грунтується на явищі, яке описується законом електромагнітної індукції Фарадея. Суть явища електромагнітної індукції і закону Фарадея полягає в тому, що під час переміщення будь-якого провідника у магнітному полі на його кінцях виникає індукована електрорушійна сила , яка пропорційна довжині L провідника, швидкості переміщення V, магнітній індукції B та синусу кута α між магнітною індукцією та напрямком швидкості:
(1)
|
Рис.1а Узагальнена принципова схема магніто- індукційного первинного вимірювального перетворювача витрати |
Рис.1б Загальний вигляд обмоток збудження електромагніту |
На рис.1а. зображено електромагніт, який збуджується змінним струмом І (напругою збудження ) і який на ділянці між полюсами створює рівномірне однорідне магнітне поле з індукцією В. Розміщення обмоток збудження електромагніту показано на рис.1б та рис.2. В полі магніту розміщена немагнітна труба, по якій протікає вимірювана по витратам рідина з швидкістю V. В індукційних витратомірах рухомим провідником є електропровідна рідина, витрати якої вимірюють. Магнітна індукція В пронизує рідину вертикально відносно напрямку її потоку і в рідині, як у рухомому провіднику, наводиться (індукується) електрорушійна сила .
Значення цієї електрорушійної сили знімається з двох точкових електродів, що розміщуються на протилежних кінцях внутрішнього діаметру немагнітної труби і зсунуті по відношенню до обмоток збудження на 90(рис. 1б та рис. 2).
Електроди контактують з вимірюваною за витратами рідиною, але ізольовані від труби, яка виготовляється, як правило, із нержавіючої сталі.
В загальному, індукована в рідині ЕРС матиме вигляд:
(2)
де В – магнітна індукція, тл; V- швидкість потоку, м/с; d – довжина рідинного провідника, що відповідає довжині провідника L по залежності (1) і дорівнює діаметру трубопроводу, м.
Рис.2 Розміщення обмоток збудження електромагніту
Витрати рідини у трубопроводі дорівнюють добутку площі перетину трубопроводу на швидкість потоку V:
(3)
Таким чином, витрата рідини у трубопроводі, вимірювана за допомогою індукційного витратоміра, буде пропорційна ЕРС Сигнал первинного перетворювача індукційного витратоміра містить, крім корисної складової, що визначається формулою (1) і є мірою витрати, трансформаторну ЕРС, що наводиться електромагнітним полем перетворювача в рухомому рідинному провіднику. Трансформаторна ЕРС зсунута по фазі відносно корисного сигналу на 90° і компенсується за допомогою ланцюга, що складається із спеціального подільника напруги.
3.2. Загальні теоретичні відомості про витратоміри постійного перепаду тиску
Первинні вимірювальні перетворювачі постійного перепаду тиску відносяться до дросельних перетворювачів, тобто, перетворювачів, які дещо перекривають основний потік рідини або газу в трубопроводі.
Принцип дії таких перетворювачів ґрунтується на законі стаціонарного руху ідеальної рідини Данила Бернуллі: «Якщо зменшити поперечний переріз труби , то швидкість руху рідини або газу в цьому місці зростає, а тиск зменшується », тобто, виникає різниця тисків () в речовині в місцях до звуження та відразу після звуження.
У вимірювальних перетворювачах витрати постійного перепаду тиску (ротаметрах, їх ще називають приладами обтікання) в середині конічної трубки, що розширюється догори, знаходиться поплавок, який має особливу форму: знизу – конус, угорі – невеликий обідок зі скісними пазами, і який знаходиться під дією динамічного тиску потоку вимірюваного середовища. Конічна трубка такого первинного вимірювального перетворювача розташовується в місці вимірювання витрати завжди вертикально. У місці розташування поплавка поперечний переріз трубки зменшується на значення площі поперечного перерізу поплавка (в найбільшому по діаметрі його місці).
Згідно з законом Бернуллі для стаціонарного руху речовини в разі зменшення поперечного перерізу трубки, швидкість рідини чи газу в цьому місці зростає, а тиск зменшується. Тому тиск над поплавком стає меншим, ніж тиск під ним.
На відміну від перетворювача змінного перепаду тиску, в якому звужуючий пристрій (діафрагма), що перекриває потік речовини, жорстко зафіксована в одному місці, в ротаметрах звужуючий пристрій (поплавок) вільно переміщується по потоку речовини вверх або вниз.
Якщо витрата зростає, то збільшується ( із-за збільшення тиску напору рідини знизу) і поплавок починає підніматись вгору, але при цьому розширюється кільцеподібний зазор між ним та стінками трубки, в наслідок чого зменшується дросельний ефект від присутності поплавка, тобто, зменшується швидкість рідини в зазорі, що приводить до зростання тиску над поплавком та відновлення перепаду тиску до початкового значення, яке залежить від сили тяжіння поплавка. Піднімання поплавка припиняється. При зменшенні витрати має місце обернений ефект. Таким чином, кожному значенню витрати відповідає певна висота підйому поплавка.
Скісні пази на поплавку приводять до його обертання під час проходження речовини трубкою, щоб він не торкався її стінок і знаходився в центрі потоку.
Основу ротаметру складає трубка, як правило, скляна, з внутрішньою конічною поверхнею, в середині якої розміщують поплавок. Переміщення поплавка відбувається до тих пір, поки перепад тиску не зрівняється з масою поплавка, що приходиться на одиницю площини його поперечного перерізу.
Положення поплавця залежить не тільки від витрати, а і від густини контрольованого середовища. З цього боку ротаметри розділяються на дві групи: для рідин які градуюють на воді, і для газів, які градуюються на повітрі.
Корпус ротаметра являє собою скляну конічну трубку, на зовнішній поверхні якої нанесена шкала. Покажчиком є верхня горизонтальна площина поплавця. Матеріал поплавка — сталь, алюміній, бронза, ебоніт, пластмаси — не повинен піддаватися корозії в контрольованому середовищі і повинен мати добру здатність виділятися в потоці контрольованого середовища. Відхилення густини, тиску та температури вимірюваної за витратами речовини приводить до додаткових похибок вимірювання.
Скляні ротаметри розраховані на вимірювання витрати рідин в ме жах 0,04... 16 м/год, або газів від 0,063 до 40 м3/год у вертикальних трубо проводах діаметром 4... 100 мм за тиску середовища до 0,6 МПа (6 кгс/см2).
Для вимірювання витрати середовищ, які перебувають під тиском до 6,4 МПа, використовуються ротаметри з металевими конічними корпусами. Звичайно такі прилади оснащуються передавальними вимірювальними пе ретворювачами з електричним або пневматичним уніфікованим сигналом, який надходить по лініях дистанційної передачі на вторинний показувальний прилад.
3.3 Магніто-індукційний витратомір SITRANS FM MAG 6000
Комплект Sitrans FM MAG 6000 призначений для вимірювання витрати потоку практично всіх електропровідних рідин, а також суспензій та паст. Єдиною умовою його нормальної роботи є наявність хоча б мінімальної (5мікросим/см) електропровідності в середовищі, витрати якого вимірюють. В залежності від місця розташування витратоміра, він виконується в вигляді або компактного приладу (рис. 3), або у вигляді двох блоків: сенсора MAGFLO та вторинного вимірювального перетворювача MAG 6000. Останній може бути розташований на відстані на щиті.
Рис.3 Загальний вигляд витратоміра в компактному виконанні
Температура, тиск, в’язкість та густина рідини не впливають на результати вимірювань.
Витратомір здійснює вимірювання витрати агресивних та частково абразивних середовищ за умови правильного вибору матеріалу внутрішньої труби та електродів.
Основними сферами використання магніто-індукційних витратомірів є вода; стічні води; енергетична техніка; хімічні та фармацевтичні виробництва, харчові продукти. Завдяки модульності виконання фірма «Siemens» дає можливість використовувати її прилади для вирішення практично будь яких задач вимірювання витрати.
3.4. Принцип дії водоміра СХВК-1,5
Принцип дії водоміра СХВК-1,5 базується на вимірюванні середньої швидкості потоку з подальшим підсумуванням об'ємної кількості за визначений проміжок часу.
Рис.4. Схема водоміра типу СХВК: а-схема; б-шкала
Чутливим елементом водоміра (рис.4) є млинок 2 з лопатками, що приводиться у дію потоком вимірюваної рідини. У корпусі 1 водоміра виконано тангенціальне напрямлений канал, що спрямовує потік рідини на лопатки млинка 2. Млинок за допомогою передавального механізму зв'язаний з лічильником обертів млинка і шкалою водоміра 3.
Середня швидкість Wсер потоку пропорційна числу обертів млинка водоміра:
, (4)
де n - число обертів за секунду; с - постійний коефіцієнт.
Об'ємна кількість Q рідини, вимірюваної водоміром за визначений час, виражається залежністю:
, (5)
де S - площа перетину трубопроводу лічильника, м; t- час роботи водоміра, с.
4. Методика виконання роботи
Дослідження статистичних характеристик перетворення виконується порівнянням показів магніто-індукційного витратоміра з показами лічильника. Для проведення лабораторної роботи установка обладнана замкненим водяним колом. Витрати води у контурі змінюються регулюванням швидкості обертання валу двигуна насосу за допомогою потенціометру.
Робота виконується лише в присутності викладача. Лабораторний стенд складається з передньої, лівої і правої стінок на яких встановленні прилади для вимірювання витрат. На лівій стінці встановленні лічильник СХВК-1,5, витратомір постійного перепаду тиску (ротаметр) типу SITRANS F VA та кнопки і потенціометр для управлянням двигуном насосу.
Рис.5 Зовнішній вигляд лівої стінки лабораторного стенду з приладами для вимірювання витрат.
На передній стінці встановлено магніто-індукційний витратомір SITRANS FM MAG 6000, який складається з сенсора MAGFLO та вторинного вимірювального перетворювача MAG 6000.
Рис.6 Зовнішній вигляд передньої стінки лабораторного стенду з приладами для вимірювання витрат.
4.1. Ознайомлення з принципом дії та будовою лічильника СХВК-1,5, витратоміра постійного перепаду тиску (ротаметр) типу SITRANS F VA.
На лабораторному стенді лічильник СХВК-1,5 показано під позицією 9, за допомогою нього ми визначаємо яка кількість води пройде за певний час. Витратомір постійного перепаду тиску (ротаметр) типу SITRANS F VA показано під позицією 10. В нашій лабораторній роботі достатньо буде просто змінюючи витрату води спостерігати за показами витратоміра постійного перепаду тиску. Для цього необхідно виконати такі дії:
Sitrans FM MAG 6000.
Після виконання 4.1 переходимо до виконання наступного завдання. Якщо перша частина не виконувалась необхідно виконати пункт 1 цієї частини (подати живлення на стенд).
Таблиця 1
|
Покази витра-томіра MAGFLO (л/год) |
Перера-ховані покази MAGFLO в м3/год |
Показання водоміра СВК-1,5 , л |
Розрахункові витрати по водоміру, м3/год |
Похибки |
Варі ація, м3/год |
||||
|
Початок |
Кінець |
Різни ця |
Абсо лютна м3/год, |
Відносна, % |
При ведена, % |
||||
10. Після закінчення дослідів необхідно:
5. Висновки
Контрольні запитання.
ЛІТЕРАТУРА
ЗМІСТ
ВСТУП ..3
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1-P.
Прилади для вимірювання тиску : вимірювальний перетворювач надлишкового тиску SITRANS Р серії ZD, електроконтактний мановакуумметр ЕКМВ, вимірювальний перетворювач диференціального тиску SITRANS Р DS III. ..3
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1 -T
Прилади для вимірювання температури : манометричний термометр, термометр опору та термоелектричний термометр (термопара). ..11
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2-L
Прилади для вимірювання рівня: сигналізатори рівня, гідростатичні рівнеміри КРТ-С, ультразвукові рівнеміри PROBE LU та Multi Ranger 100. ..18
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2-F
Прилади для вимірювання витрати : лічильник СХВК-1,5, витратомір постійного перепаду тиску (ротаметр) типу SITRANS F VA та магніто-індукційний витратомір SITRANS FM MAG 6000. ..26