31.32 П72

УДК (075.8)

Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы : Учебник для вузов по специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов». - 3-е изд., перераб. - Москва: «Энергия», 1978. -704 с.

В книге рассматриваются основные методы и средства измерений, применяемые для автоматизации теплоэнергетических процессов. Осве щается методика измерения температуры, давления, расхода и других величин. Рассматриваются погрешности измерения, способы их умень шения, преимущества и недостатки отдельных методов и средств из мерений. Излагаемый в книге материал сопровождается примерами расчетов. Второе издание вышло в свет в 1953 г. Третье издание пол ностью переработано.

Книга является учебником по курсу «Теплотехнические измерения и приборы» для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Автоматизациятеплоэнергетическихпроцессов».

Издательство «Энергия». 1978

Содержание учебника Теплотехнические измерения и приборы

Предисловие
Введение

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ

Глава первая. Общие сведения об измерениях
1-1. Понятие об измерении, виды и методы измерений
1-2. Общие сведения о средствах измерений
1-3. Общие сведения о точности измерений и погрешности измерений
1-4. Оценка и учет погрешностей при точных измерениях
1-5. Основные сведения о метрологических характеристиках средств измерений
1-6. Общие сведения о динамических характеристиках средств измерений
1-7. Оценка и учет погрешностей при технических измерениях

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР

Глава вторая. Общие сведения об измерении температур
2-1. Основные сведения о температуре и температурных шкалах
2-2. Практические температурные шкалы

Глава третья. Термометры, основанные на расширении и изменении давления рабочего вещества
3-1. Термометры стеклянные жидкостные
3-2. Термометры манометрические
3-3. Дилатометрические и биметаллические термометры

Глава четвертая. Термоэлектрический метод измерения температур
4-1. Общие сведения
4-2. Основы теории термоэлектрических термометров
4-3. Включение измерительного прибора в цепь термоэлектрического термометра
4-4. Поправка на температуру свободных концов термоэлектрического термометра
4-5. Определение термо-эдс различных материалов при изучении их термоэлектрических свойств
4-6. Основные требования, предъявляемые к термоэлектродным материалам
4-7. Общие сведения о термоэлектрических термометрах
4-8. Устройство термоэлектрических термометров
4-9. Удлиняющие термоэлектродные провода
4-10. Устройства для обеспечения постоянства температуры свободных концов термоэлектрических термометров
4-11. Милливольтметры
4-12. Устройство КТ и схемы присоединения нескольких термоэлектрических термометров к одному милливольтметру
4-13. Измерение термо-эДс милливольтметром
4-14. Компенсационный метод измерения термо-эдс
4-15. Нормальные элементы
4-16. Потенциометры переносные и лабораторные
4-17. Общие сведения об автоматических потенциометрах
4-18. Принципиальные схемы автоматических потенциометров
4-19. Методика расчета сопротивлений резисторов измерительной схемы автоматических потенциометров
4-20. Основные сведения об усилителях
4-21. Основные сведения об источниках стабилизированного питания
4-22. Устройство автоматических потенциометров
4-23. Автоматические безреохордные потенциометры

Глава пятая. Термометры сопротивления и измерительные приборы к ним
5-1. Общие сведения
5-2. Основные сведения о термометрах сопротивления и металлах, применяемых для их изготовления
5-3. Устройство платиновых и медных термометров сопротивления
5-4. Полупроводниковые термометры сопротивления
5-5. Компенсационный метод измерения сопротивления термометра
5-6. Измерение сопротивления термометра мостом
5-7. Логометры
5-8. Общие сведения об автоматических уравновешенных мостах
5-9. Принципиальные измерительные схемы автоматических уравновешенных мостов
5-10. Принципиальная схема автоматического уравновешенного моста
5-11. Устройство автоматических уравновешенных мостов
5-12. Автоматические компенсационные приборы для работы с малоомными термометрами сопротивления

Глава шестая. Методика измерения температуры контактными методами, погрешности при измерении и способы их учета и уменьшения
6-1. Общие методические указания
6-2. Методические погрешности при измерении температур газа, обусловленные влиянием теплообмена излучением
6-3. Методические погрешности при измерении температуры среды, обусловленные отводом или подводом тепла по термоприемнику
6-4. Установка термоприемников при измерении температуры газов, пара и жидкостей
6-5. Измерение температуры газовых потоков большой скорости
6-6. Измерение температуры поверхности и внутри тела

Глава седьмая. Измерение температуры тел по их тепловому излучению
7-1. Общие сведения
7-2. Теоретические основы методов измерения температуры тел по их тепловому излучению
7-3. Оптические пирометры
7-4. Фотоэлектрические пирометры
7-5. Пирометры спектрального отношения
7-6. Пирометры полного излучения

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И СХЕМЫ ДИСТАНЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ ПОКАЗАНИИ

Глава восьмая. Измерительные преобразователи и схемы дистанционной передачи показаний
8-1. Общие сведения
8-2. Реостатные измерительные преобразователи и схемы дистанционной передачи
8-3. Измерительные тензопреобразователи
8-4. Дифференциально-трансформаторные преобразователи и схемы дистанционной передачи
8-5. Ферродинамические преобразователи и схемы дистанционной передачи
8-6. Механоэлектрические передающие преобразователи
8-7. Передающие преобразователи с магнитной компенсацией
8-8. Электросиловые преобразователи
8-9. Частотные преобразователи со струнным вибратором
8-10. Пневмосиловые преобразователи
8-11. Пневматические передающие преобразователи
8-12. Электропневматические и пневмоэлектрические преобразователи
8-13. Нормирующие измерительные преобразователи

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИИ

Глава девятая. Жидкостные приборы давления с видимым уровнем
9-1. Приборы U-образные и чашечные
9-2. Микроманометры
9-3. Поправки к показаниям жидкостных приборов
9-4. Барометры ртутные

Глава десятая. Приборы давления с упругими чувствительными элементами
10-1. Общие сведения и основные свойства упругих чувствительных элементов
10-2. Упругие чувствительные элементы
10-3. Приборы давления прямого действия
10-4. Электроконтактные приборы и реле давления
10-5. Приборы давления с электрическими и пневматическими преобразователями

Глава одиннадцатая. Приборы давления электрические
11-1. Пьезоэлектрические манометры
11-2. Манометры сопротивления

Глава двенадцатая. Дифференциальные манометры
12-1. Общие сведения
12-2. Дифманометры колокольные
12-3. Дифманометры кольцевые
12-4. Дифманометры поплавковые
12-5. Дифманометры с упругими чувствительными элементами

Глава тринадцатая. Основные сведения о методике измерения давления
13-1. Общие методические указания
13-2. Измерение близкого к атмосферному давления газовых сред
13-3. Измерение давления газов, жидкостей и пара
13-4. Разделители жидкостные и мембранные

РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА И КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТЕЙ, ГАЗА, ПАРА И ТЕПЛА

Глава четырнадцатая. Измерение расхода и количества жидкостей, газа и пара по перепаду давления в сужающем устройстве
14-1. Основы теории и уравнения расхода
14-2. Стандартные сужающие устройства
14-3. Коэффициенты расхода и поправочные множители к ним
14-4. Поправочный множитель на расширение измеряемой среды
14-5. Определение плотности измеряемой среды
14-6. Основные расчетные формулы расхода
14-7. Методические указания по измерению расхода жидкостей, газов и пара расходомерами с сужающим устройством
14-8. Погрешности измерения расхода
14-9. Основные сведения о методике расчета сужающих устройств
14-10. Измерение расхода на входе в трубопровод или на выходе из него
14-11. Измерение расхода при малых числах Рейнольдса
14-12. Измерение расхода загрязненных жидкостей и газов
14-13. Измерение расхода при сверхкритическом отношении давлений

Глава пятнадцатая. Измерение скоростей и расхода жидкостей и газов напорными трубками
15-1. Общие сведения о методе измерения скоростей потока
15-2. Устройство напорных трубок
15-3. Определение средней скорости потока и расхода

Глава шестнадцатая. Расходомеры постоянного перепада давления
16-1. Общие сведения
16-2. Основы теории ротаметров
16-3. Устройство ротаметров

Глава семнадцатая. Тахометрические расходомеры и счетчики количества и электромагнитные расходомеры
17-1. Тахометрические счетчики количества жидкостей
17-2. Тахометрические расходомеры жидкостей
17-3. Электромагнитные расходомеры

Глава восемнадцатая. Измерение количества и расхода тепла в теплофикационных системах
18-1. Общие сведения
18-2. Основные сведения об устройстве тепломеров

РАЗДЕЛ ШЕСТОЙ. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ И СЫПУЧИХ ТЕЛ

Глава девятнадцатая. Измерение уровня жидкостей
19-1. Общие сведения
19-2. Измерение уровня воды в барабане парогенераторов
19-3. Измерение уровня жидкостей в конденсаторах, подогревателях и баках с помощью дифманометров
19-4. Измерение уровня жидкостей с помощью поплавковых и буйковых уровнемеров
19-5. Емкостные уровнемеры
19-6. Акустические и ультразвуковые уровнемеры

Глава двадцатая. Измерение уровня сыпучих тел
20-1. Общие сведения
20-2. Сигнализаторы уровня сыпучих тел
20-3. Приборы для измерения уровня сыпучих тел

РАЗДЕЛ СЕДЬМОЙ. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ СОСТАВА ГАЗОВ

Глава двадцать первая. Методы и средства измерений состава газов
21-1. Общие сведения
21-2. Газоанализаторы химические
21-3. Тепловые газоанализаторы
21-4. Магнитные газоанализаторы
21-5. Оптические газоанализаторы
21-6. Газовые хроматографы
21-7. Методические указания по отбору проб газа для анализа

РАЗДЕЛ ВОСЬМОЙ. МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ, ПАРА, КОНДЕНСАТА И КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

Глава двадцать вторая. Методы и технические средства контроля качества воды, пара, конденсата и концентрации растворов
22-1. Общие сведения
22-2. Измерение удельной электропроводности водных растворов
22-3. Кондуктометры жидкости с дегазацией и обогащением пробы
22-4. Безэлектродные кондуктометрические анализаторы жидкости
22-5. Анализаторы для определения растворенного в воде кислорода
22-6. Анализаторы для определения растворенного в воде и паре водорода

Приложения
Список литературы
Предметный указатель

Скачать книгу Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. Учебник для вузов по специальности "Автоматизация теплоэнергетических процессов". Издательство "Энергия", Москва, 1978

Введение

1. Состав курсовой работы

2. Выбор технических средств измерения

3. Пояснения к графической части

4. Пояснения к расчетной части

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Определяющая роль в решении задач обеспечения эффективности производства, надежности и безопасности эксплуатации технологического оборудования принадлежит автоматизированным системам управления технологическими процессами (АСУ ТП). Базовой системой любой современной АСУ ТП является система автоматического контроля, позволяющая получать измерительную информацию о режимных параметрах технологических процессов. Вопросы организации измерений, выбора средств измерений и измеряемых параметров тесно связаны со спецификой технологических процессов и должны быть решены на стадии проектирования соответствующих технологических установок, т. е. инженер теплоэнергетик, участвующий в проектировании технологической установки, должен иметь соответствующие знания методов измерения различных физических величин и навыки их применения.

Эти знания будущие специалисты, обучающиеся по специальности 140104 "Промышленная теплоэнергетика" получают при изучении дисциплины "Теплотехнические измерения". Курсовая работа, предусмотренная рабочей программой этой дисциплины, способствует закреплению, углублению и обобщению знаний, полученных студентами за время обучения, и применению этих знаний к комплексному решению конкретных инженерных задач по разработке схем теплотехнического контроля теплоэнергетических установок.

Курсовая работа включает в себя разработку измерительного канала контроля одного из параметров технологической установки, выбор средств измерения, расчет суживающего устройства или измерительной схемы вторичного прибора в зависимости от варианта задания.

1. СОСТАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа по проектированию измерительного канала контроля физического параметра технологического процесса состоит из пояснительной записки и графической части.

Текстовая часть (пояснительная записка) курсовой работы включает следующие основные разделы:

· Введение;

· Выбор технических средств измерения;

· Расчет погрешности измерительного канала;

· Расчет суживающего устройства (измерительной схемы вторичного прибора);

Графическая часть работы включает:

· функциональную схему разработанного измерительного канала;

· чертёж суживающего устройства (монтажный чертеж установки первичного преобразователя на технологическом оборудовании).

2. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ

Эта часть пояснительной записки включает в себя описание технологического процесса и обоснование выбора метода измерения заданного физического параметра. Основные проектные решения принимаются на основе анализа технологического процесса и действующих государственных и отраслевых нормативных документов.

Конкретные типы средств измерения выбирают с учетом особенностей технологического процесса и его параметров.

В первую очередь принимают во внимание такие факторы, как пожаро и взрывоопасность, агрессивность и токсичность среды, дальность передачи сигналов информации, требуемая точность и быстродействие. Эти факторы определяют выбор методов измерения технологических параметров, требуемые функциональные возможности приборов (показание, запись и т.д.), диапазоны измерения, классы точности, вид дистанционной передачи и т.д.

Приборы и преобразователи следует подбирать по справочной литературе, исходя из следующих соображений:

Для контроля одинаковых параметров технологического процесса необходимо применять однотипные средства измерения, выпускаемые серийно;

При большом числе одинаковых параметров рекомендуется применять многоточечные приборы;

Класс точности приборов должен соответствовать технологическим требованиям;

Для контроля технологических процессов с агрессивными средами необходимо предусматривать установку специальных приборов, а в случае применения приборов в нормальном исполнении нужно защищать их.

Наиболее распространенные типы промышленных вторичных приборов, входящих в Государственную систему промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), представлены в таблице 1.

Таблица 1

Приборы ПВ являются вторичными приборами пневматической системы "Старт" и применяются для измерения любых технологических параметров, предварительно преобразованных в давление сжатого воздуха (унифицированный пневматический сигнал).

Автоматические потенциометры КСП, уравновешенные мосты КСМ, миллиамперметры КСУ применяют для измерения и записи температуры и других параметров, изменение которых может быть преобразовано в изменение напряжения постоянного тока, активного сопротивления, силы постоянного тока.

Потенциометры КСП-4 в зависимости от модификации могут работать или в комплекте с одной или несколькими (если прибор многоточечный) термопарами стандартных градуировок, или с одним или несколькими источниками постоянного напряжения.

Уравновешенные мосты КСМ-4 работают в комплекте с одним или несколькими термометрами сопротивления стандартных градуировок, а миллиамперметры КСУ-4 - в комплекте с одним или несколькими источниками сигналов постоянного тока.

Вторичные приборы КСД работают в комплекте с первичными измерительными преобразователями, снабженными дифференциально-трансформаторными датчиками.

Каждый тип приборов, указанных выше, выпускается в различных модификациях, отличающихся размерами, диапазонами измерения, количеством входных сигналов, наличием вспомогательных устройств и т.д.

Выбирая тот или иной прибор по функциональному признаку, необходимо простоту и дешевизну аппаратуры сочетать с требованиями контроля и регулирования данного параметра. Наиболее важные параметры следует контролировать самопишущими приборами, более сложными и дорогими, чем показывающие приборы. Регулируемые параметры технологического процесса необходимо, также контролировать самопишущими приборами, что имеет значение для корректировки настройки регуляторов.

При выборе вторичных приборов для совместной работы с однотипными датчиками одной градуировки и с одинаковыми пределами измерения следует учитывать, приборы КСП, КСМ, КСД выпускаются с числом точек 3,6,12. В многоточечных приборах имеется переключатель, автоматически и поочередно подключающий датчик к измерительной схеме. Печатающее устройство, расположенное на каретке, отпечатывает на диаграмме точки с порядковым номером датчика.

При выборе вида унифицированного сигнала канала связи от датчика до вторичного прибора принимается во внимание длина канала связи. При длине до 300 м можно применять любой унифицированный сигнал, если автоматизируемый технологический процесс не является пожаро- и взрывоопасным. При пожаро- и взрывоопасности и расстоянии не более 300 м целесообразно использовать пневматические средства автоматизации, например приборы системы "Старт". Электрические средства измерения характеризуются гораздо меньшим запаздыванием и превосходят пневматические средства по точности (класс точности большинства пневматических приборов - 1,0, электрических - 0,5). Применение электрических средств упрощает внедрение вычислительных машин.

Выбирая датчики и вторичные приборы для совместной работы, следует обращать внимание на согласование выходного сигнала датчика и входного сигнала вторичного прибора.

Например, при токовом выходном сигнале датчика входной сигнал вторичного прибора тоже должен быть токовым, причем род тока и диапазон его изменения у датчика и вторичного прибора должны быть одинаковыми. Если это условие не выполняется, то следует воспользоваться имеющимися в ГСП промежуточными преобразователями одного унифицированного сигнала в другой (табл.2).

Таблица 2

Наиболее распространенные промежуточные преобразователи ГСП

Промежуточный преобразователь НП-3 используется в качестве нормирующего для преобразования выходного сигнала дифференциально-трансформаторного преобразователя в унифицированный токовый сигнал.

Преобразователь ЭПП-63 осуществляют переход с электрической ветви ГСП на пневматическую.

При выборе датчиков и приборов следует обращать внимание не только на класс точности, но и на диапазон измерения. Следует помнить, что номинальные значения параметра должны находиться в последней трети диапазона измерения датчика или прибора. При невыполнении этого условия относительная погрешность измерения параметра значительно превысит относительную приведенную погрешность датчика или прибора. Таким образом, не следует выбирать диапазон измерения с большим запасом (достаточно иметь верхний предел измерения, не более чем на 25% превышающий номинальное значение параметра).

Если измеряемая среда химически активна по отношению к материалу датчика или прибора (например, пружинного манометра, гидростатического уровнемера, дифманометра для измерения расхода по методу переменного перепада давлений), то его защиту осуществляют с помощью разделительных сосудов или мембранных разделителей.

Разработанный измерительный канал изображается на рисунке в виде функциональной схемы, выполненной по ГОСТ 21.404-85.

На функциональной схеме показывается часть технологической установки с размещенным на ней первичным преобразователем, промежуточный преобразователь и измерительный прибор. Выбранные средства измерения заносятся в спецификацию приборов. Примеры изображения отдельных измерительных каналов приведены на рисунках 1-5.

201-1 Манометр пружинный М-….

202-1 Пневматический первичный преобразователь давления, предел измерения 0… 1,6 МПа, выходной сигнал 0,02…0,1 МПа, марка МС-П-2 (манометр сильфонный с пневмовыходом);

202-2 Электроконтактный манометр с сигнальной лампой ЭКМ-1;

202-3 Лампа сигнальная Л-1.

204-1 Первичный преобразователь давления со стандартным токовым выходом 0…5 мА, марка МС-Э (или Сапфир-22ДИ и т.д.);

204-2 Миллиамперметр показывающий регистрирующий на 2 параметра, марка А-542.

301-1 Диафрагма марки ДК6-50-II-а/г-2 (диафрагма камерная, давление Р у = 6 атм, диаметр D у = 50 мм);

301-2 Дифманометр с пневмовыходом 0,02…0,1 МПа, марка ДС-П1 (для пневматической схемы) или Сапфир-22ДД (для электрической схемы);

302-1 Ротаметр РД-П (с пневмовыходом) или РД-Э (с электрическим выходом).

Для измерения расхода жидкости первичные преобразователи устанавливаются в сечении трубопровода, поэтому на схеме их обозначения изображаются встроенными в трубопровод.

При использовании сужающих устройств, например, диафрагм, перепад давлений на них замеряется дифманометрами, поэтому схемы автоматизации аналогичны схемам контроля давления.

Функциональная схема теплового контроля является основанием для составления заказной спецификации средств измерения.

Спецификация на все показанные на функциональной схеме приборы и преобразователи оформляется в виде таблицы. Пример спецификации для фрагмента функциональной схемы контроля температуры приведен в таблице 3.

Таблица 3

Форма спецификации к функциональной схеме (рис. 1).

3. ПОЯСНЕНИЯ К ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ

Разрабатываемые графические документы:

Лист 1. Схема теплового контроля.

Лист 2. Монтажный чертеж. Установка первичного преобразователя на технологическом оборудовании.

Лист 3. Чертеж суживающего устройства или измерительная схема вторичного прибора в зависимости от варианта задания.

Все чертежи выполняются в графическом редакторе AUTOCAD в полном соответствии с требованиями ЕСКД. Форматы чертежей А4.

4. ПОЯСНЕНИЯ К РАСЧЕТНОЙ ЧАСТИ

4.1 Расчет суживающего устройства

Дроссельные диафрагмы для измерения расхода среды могут использоваться без предварительной градуировки в трубопроводах круглого сечения с диаметром не менее 50 мм при m=d 2 /D 2 от 0,05 до 0,64 (d - диаметр отверстия диафрагмы, D - внутренний диаметр трубопровода) в случае наличия определенной длины прямых участков до и после диафрагм. Жидкость должна заполнять все сечение, фазовое состояние ее не должно изменяться. Расход среды может быть задан в единицах массы G - кг/сек или в единицах объема Q - м 3 /сек. Расчетные формулы для определения расхода среды имеют вид

,

где a - коэффициент расхода; ε - поправочный коэффициент на расширение среды (для газообразных сред); F 0 - площадь проходного сечения диафрагмы, м 2 ; r - плотность среды перед диафрагмой, кг/м 3 ; P 1 - P 2 =ΔР - перепад давления на диафрагме, Па.

Диафрагма должна быть выбрана таким образом, чтобы при всех значениях ожидаемого расхода среды коэффициент расхода α был величиной постоянной. Минимальное значение критерия Re, при дальнейшем росте которого коэффициент расхода α остается постоянной величиной, называется предельным значением критерия Рейнольдса.

При минимальном расходе среды значение Re должно быть больше Re пред.

4.2 Порядок расчета дроссельного устройства

1. Задаются следующие исходные величины:

а) измеряемая среда;

б) параметры среды (давление, температура, состав);

в) максимальный и минимальный расходы среды;

г) допустимая величина потери давления на дроссельном устройстве или перепад давления на диафрагме.

2. По величине максимального расхода определяется внутренний диаметр трубопровода по формуле

, м,

где w - средняя скорость среды в трубопроводе, м/сек.

Значения средней скорости потоков для расчета трубопроводов даны в таблице 4.

Таблица 4

Часто расход газа задается в нормальных кубических метрах в единицу времени (например, м 3 н/сек). В этом случае для перехода к массовому расходу объемный расход следует умножить на плотность газа при нормальных условиях ρ н. Значения ρ н для горючих газов и воздуха приведены в таблице 5.

Таблица 5

Физические параметры горючих газов и воздуха

По подсчитанному значению диаметра выбирается ближайший стандартный по специальным руководствам или же, в случае отсутствия последних, может быть принят из таблицы 7. Для трубопроводов с температурой выше 450°С можно принять для расчета внутренний диаметр такой же, как и для труб с температурой до 450°С.

3. Выбирают расчетную величину расхода, которая соответствует верхнему пределу измерения дифференциального манометра расходомера. В качестве расчетного можно принимать максимальный расход.

4. Определяют значение критерия Рейнольдса для принятого расчетного расхода (Re pac ч) из выражения

,

где f - площадь сечения трубопровода, м 2 .

Таблица 6

Динамический коэффициент вязкости, μ 10 7 Па×сек, воды и водяного пара

Примечание. Над чертой - вода, под чертой - пар.

Таблица 7

Значения стандартных диаметров трубопроводов

Для горючего газа и воздуха динамический коэффициент вязкости приведен в таблице 5, для воды и водяного пара - в таблице 6. При определении численных значений динамического коэффициента вязкости следует применять линейное интерполирование. В первом приближении можно считать, что динамический коэффициент вязкости газов не зависит от давления, а определяется лишь одной температурой.

5. Выбирают максимальный расчетный перепад давления

ΔР = Р 1 -P 2 .

Если задана допустимая потеря давления Р v , то ориентировочно можно принять ΔР = 2Р v . Величина ΔР определяется типом дифманометра-расходомера.

6. Определяют диаметр трубопровода при рабочей температуре t по уравнению

где a 0 - средний коэффициент линейного теплового расширения материала трубопровода; K t - поправочный множитель на тепловое расширение. Значения K t приведены в таблице 8.

Таблица 8

Поправочный множитель K t на тепловое расширение трубопровода и диафрагм

7. Определяют диаметр расточки диафрагмы d в следующей последовательности:

а) подсчитывают значения mα из соотношений

,

.

Величину ε берут из таблицы 9 по подсчитанному значению ΔΡ/P 1 , принимая m = 0,3 (в первом приближении).

Таблица 9

Значения поправочного множителя на расширение среды, ε

б) для найденного значения mα находят величину m.

Для нахождения значения m по известной величине mα строят графическую зависимость mα = f(m) при принятом значении D. Для этого по данным таблицы 10 берут четыре соответствующих значения m и mα и строят график mα = f(m). При определении mα нужно проводить интерполяцию, если диаметр трубопровода отличается от указанного в таблице. Желательно, чтобы из 4 точек две имели значение mα больше и две меньше, чем получилось при расчете по формуле. По построенному графику определяют численное значение m. Величину m рекомендуется определять с числом значащих цифр, соответствующих погрешности порядка 0,1%.

Таблица 10

Зависимость произведения mα от m и D

в) определяют предварительное значение диаметра расточки диафрагмы при температуре +20°С из соотношения

8. Определяют потерю напора Р v в диафрагме при расчетном расходе из соотношения

, Па.

Значение К, являющегося функцией от m, берется из таблицы 11.

9. Производят проверку определения диаметра расточки отверстия диафрагмы d.

Таблица 11

Следует иметь в виду, что коэффициент расхода определяется из соотношения

где α u - исходный коэффициент расхода; K 1 - поправочный множитель, который вводится при значении Re меньше предельного; К 2 - поправочный множитель на относительную шероховатость труб; К 3 - поправочный множитель на неостроту входной кромки.

а) по формуле подсчитывают значение α. Для этого по подсчитанному значению m, пользуясь таблицей 12, определяют α u с точностью не менее третьего знака (применяется интерполирование в промежутке). Затем по таблице 13 определяют произведение К 2 ×К 3 (при этом m и D известны). При расчетном расходе Re должен быть больше Re пред поэтому K 1 =1.

б) определяют точное значение ε по известным значениям m и ΔΡ/P 1 по данным таблицы 9 (при приближенной оценке m принимался равным 0,3).

в) определяют массовый или объемный расход по формулам

, м 3 /сек.

Таблица 12

Значения исходного коэффициента расхода α u и предельные значения критериев Рейнольдса (Rе пред)

Таблица 13

Произведение поправочных множителей K 2 ×K 3 , для нормальных диафрагм

Если полученное значение расхода отличается от расчетной величины расхода в пределах ±0,5%, то расчет выполнен правильно. Если расхождение не превышает ±2%, допускается уточнить диаметр отверстия диафрагмы по уравнениям

где G (Q)- расчетный расход; G*(Q*) - расход, полученный при проверке расточки диафрагмы.

При расхождениях больше 2% расчет выполняется вновь.

10. Определяют наименьший расход, при котором не нужно вводить поправочный множитель К 1 из выражений

или .

Предельное значение Re определяется по таблице 12 по подсчитанному значению m.

4.3 Конструкция расходомерных диафрагм

Для измерения расхода среды получили распространение три вида нормализованных сужающих устройств: расходомерная диафрагма, расходомерное сопло и сопло Вентури, имеющие посредине круглое отверстие. Опытным путем для этих сужающих устройств найдены точные значения коэффициента расхода α, что позволяет применять их без предварительной градуировки.

Нормализованные сужающие устройства могут применяться в трубопроводах диаметром не менее 50 мм при значениях m: 0,05-0,64 - для диафрагм, 0,05-0,65 - для сопл и 0,05-0,6 - для сопл Вентури.

По способу отбора давления к дифманометру расходомерные диафрагмы и сопла делятся на камерные и бескамерные (с точечным отбором, рис. 1). Более совершенными из них являются камерные устройства. Внутренний диаметр корпуса диафрагмы равен (с допускаемым отклонением +1%) диаметру трубопровода D 20 .

В камерной диафрагме давления к дифманометру передаются посредством двух кольцевых уравнительных камер, расположенных в ее корпусе перед и за диском с отверстием, соединенных с полостью трубопровода двумя кольцевыми щелями или группой равномерно расположенных по окружности радиальных отверстий (не менее четырех с каждой стороны диска). Кольцевая камера перед диском называется плюсовой, а за ним - минусовой. Наличие у диафрагмы кольцевых камер позволяет усреднить давление по окружности трубопровода, что обеспечивает более точное измерение перепада давления. Площадь аb поперечного сечения кольцевой камеры должна составлять не менее половины площади кольцевой щели или группы отверстий, площадь каждого из которых равна 12-16 мм 2 . Толщина h внутренней стенки кольцевой камеры берется не менее двойной ширины кольцевой щели.

Отбор перепада давления в бескамерной диафрагме производится с помощью двух отдельных отверстий в ее корпусе или во фланцах трубопровода перед и за диском. В этом случае измеряемый перепад давления является менее представительным, чем при кольцевых камерах.

Ширина с кольцевой щели и диаметр отдельного отверстия для отбора давления у камерных и бескамерных диафрагм при m £ 0,45 не превышает 0,03 D 20 , а при m >0,45 лежит в пределах 0,01-0,02 D 20 . Одновременно размер с не должен выходить за пределы 1-10 мм.

Толщина Е диска диафрагм не превышает 0,05 D 20 . Отверстие в нем диаметром d 20 является расчетной величиной. Со стороны входа потока оно имеет острую входную кромку под углом 90°, за которой расположена цилиндрическая часть длиной е, составляющей 0,005-0,02 D 20 . При толщине диска Е > 0,02 D 20 цилиндрическая часть отверстия оканчивается на выходе потока коническим расширением под углом φ, равным 30-45°. При m > 0,5 величина е примерно равна 1/3 Е.

Точность измерения расхода при помощи диафрагм зависит от степени остроты входной кромки отверстия, влияющей на значение коэффициента расхода α. Кромка не должна иметь скруглений, заусенцев и зазубрин. При d 20 < 125 мм она должна быть настолько острой, чтобы луч света не давал от нее отражения.

Допускаемое смещение оси отверстия сужающих устройств относительно оси трубопровода не должно превышать 0,5-1 мм.

Для изготовления проточной части диафрагм и сопл применяются материалы, устойчивые против коррозии и эрозии, т. е. нержавеющая сталь, а в некоторых случаях - латунь или бронза.

На ободе сужающего устройства или на прикрепленной маркировочной пластинке обычно наносятся: обозначение типа устройства и заводской номер; диаметры d 20 и D 20 ; стрелка, указывающая направление потока; марка материала; знаки "+" и "-" соответственно со стороны входа и выхода потока. Кроме того, к сужающему устройству прилагается выпускной аттестат, в котором указываются: наименование и расчетные параметры измеряемой среды; величины, полученные при расчете сужающего устройства (m, α, ε, d 20 и др.); формула, по которой проверялась правильность расчета; основные характеристики сужающего устройства и дифманометра.

Изготовляются следующие нормализованные диафрагмы: камерные типа ДК на условное давление до 10 МПа для трубопроводов диаметром 50-500 мм и бескамерные типа ДБ на давление до 32 МПа для диаметров 50-3000 мм.

На рис. 10 показана бескамерная диафрагма типа ДБ, установленная между фланцами трубопровода.

4.4 Расчет измерительной схемы автоматического потенциометра

Расчет измерительной схемы автоматического потенциометра рекомендуется производить в следующей последовательности. Измерительная схема автоматического потенциометра изображена на рис. 11.

Рис. 11. Измерительная схема автоматического потенциометра

В схеме и расчетных формулах приняты следующие обозначения: R 1 -реохорд; R 2 - шунт реохорда, служащий для подгонки сопротивления реохорда к стандартному значению R P = 90, 100, 300 Ом; R ПР - приведенное сопротивление цепи реохорда; R 3 - резистор для установки начального значения шкалы прибора; R 5 - резистор для установки диапазона шкалы прибора; R 4 и R 6 - подгоночные резисторы, R 4 = R 6 = 1Ом; R 9 - медный резистор, служащий для компенсации изменения температуры свободных концов термопары; R 8 , R 11 - резистор в цепи источника питания; λ - нерабочие участки реохорда, R 8 = 790 Ом; t = 20 °С; λ= (0,02. ..0,35); Е(t Н, t 0) - ЭДС термопары при температуре рабочего конца t H (начало шкалы) и расчетной температуре свободных концов t 0 ; Е(t К, t 0) - ЭДС термопары при температуре рабочего конца t К (конец шкалы) и расчетной температуре свободных концов t 0 ; I 1 - номинальное значение силы тока в верхней ветви измерительной схемы, I 1 = 3×10 -3 А; I 2 номинальное значение силы тона в нижней ветви измерительной схемы, I 2 = 2×10 -3 А; R - сопротивление измерительной схемы прибора, R uc = 1000 Ом.

Расчет измерительной схемы производиться без учета подгоночных резисторов R 4 и R 6 .

Приведенное сопротивление цепи реохорда

. (2)

Учитывая, что , определим значение сопротивления резиотора R 5

. (3)

Значение сопротивления резистора R 10 необходимо определять из условия, что падение напряжения на реаисторе R 10 равно ЭДС нормального элемента:

. (4)

Если измерительная схема прибора уравновешена в начале шкалы (точка а), то по закону Кирхгофа получим следующее уравнение:

При равновесии измерительной схемы в конце шкалы можно записать уравнение

Из уравнений (5) и (6) можно получить выражение для определения сопротивлений R 3 и R 7:

; (7)

. (8)

Для определения сопротивления резистора R 9 необходимо записать уравнение (5) для двух значений температуры окружающей среды t H = 0 °С и t Н = 20 °С. При этом изменением тока I 2 пренебрежем:

Разность уравнений (9) и (10) дает:

Учитывая, что сопротивление медного резистора R 9 при изменении температуры окружающей среды будет изменяться в соответствии с зависимостью:

, (12)

где α = 4,26×10 -3 К -1 - температурный коэффициент сопротивления меди.

Из уравнений (11) и (12) получим:

. (13)

В (13) t 1 = 20 °С, величина

представляет собой чувствительность в интервале температур 0...20°С. В реальных условиях для диапазона температур 0...100°С принято считать

, (14)

где - ЭДС термопары при температуре рабочего конца 100 и свободных концов при 0 °С. Сопротивление резистора R 9 необходимо считать для градуировок XK 68 , ХА 68 , ПП 68 . Для градуировок ПP 30/6 68 , РК и PC сопротивление резистора R 9 принимается равным 5 Ом и выполнять из манганина.

Определим сопротивление измерительной схемы прибора относительно точек в-г:

. (15)

Тогда с учетом (15) получим

. (16)

Обычно сопротивление резистора R 8 принимают равным 790 Ом, а сопротивление резистора R 11 определяют из зависимости:

. (17)

Сопротивление подгоночных резисторов R 4 и R 6 принимаются равными 1 Ом, причем на 0,5 Ом следует уменьшить сопротивление резисторов R 3 и R 5 , a оставшиеся 0,5 Ом являются дополнительными. С учетом этого необходимо подкорректировать полученные значения сопротивлений резисторов R 3 и R 5 .

; (18)

. (19)

Сопротивления резисторов измерительной схемы необходимо считать с точностью: R 3 , R 5 , R 9 - ±0,05 Ом; R 10 , R 7 , R 11 - ±0,5 Ом.

4.5 Расчет измерительной схемы автоматического моста

Измерительная схема автоматического моста изображена на рисунке 12.

Рис.12. Измерительная схема автоматического моста

На рисунке и в расчетных формулах приняты следующие обозначения: R 1 - реохорд; R 2 - шунт реохорда, служащий для подгонки сопротивления реохорда к стандартному значению R Р = 90,100, 300 Ом; R ПР - приведея ное сопротивление цепи реохорда; R 3 и R 4 - резисторы для установки начального значения шкалы моста; R 5 и R 6 - резисторы для установки верхнего значения шкалы прибора; R 4 и R 5 - подгоночные резисторы, R 4 = R 5 = 4 Ом (расчет охемы выполняется, если движки резисторов R 4 и R 5 находятся, в среднем положении); R 7 , R 9 , R 10 - резисторы мостовой схемы; R 8 - резистор для ограничения тока в цепи питания; R л - резистор для подгонки сопротивления внешней линии; R t - термометр сопротивления; ~ 6,3В - напряжение источника питания; λ -нерабочие участки реохорда, λ= 0,020...0,035.

При трехпроводной схеме подключения термометра сопротивления, изображенной на рисунке 12, суммарное сопротивление соединительного провода R cn и подгоночного резистора R л равно

, (20)

где R вн - сопротивление внешнее цепи моста, Ом.

Сила тока I 1 , протекающего через термометр сопротивления, должна выбираться по ГОСТ 6651-84 из ряда: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0; 50,0 мА. При этом изменение сопротивления термометра при 0°С за счет выделяющейся теплоты не должно превышать 0,1%. Сила тока указывается в технических условиях на термометр сопротивления конкретного типа. В технических измерениях обычно используются термометры сопротивления с номинальной статической характеристикой НСХ 50 П, гр 21, 50 М, гр 23, для которых силу тока следует принимать равной 5 или 10 мА.

Для заданных пределов измерения температуры t н и t в по ГОСТ 6651-84 определяем W tв и W t н при W 100 = 1,3910 для платиновых и W 100 = 1,4280 для медных термометров.

Сопротивления термометра, отвечающие начальной t н и конечной t в отметкам шкалы, рассчитываются по формуле

(21)

где R 0 - сопротивление термометра при 0 °С, Ом.

Сопротивление резистора R 7 должно быть таким, чтобы изменение сопротивления термометра при изменении температуры от t н до t в вызвало изменение тока I 1 на величину, не превышающую 10...20%, т.е.

, (22)

где I 1 min и I 1 max - сила тока в цепи термометра при его сопротивлении, отвечающем соответственно конечной R t в и начальной R t н отметкам шкалы моста, мА; η - коэффициент равный 0,8...0,9.

Падение напряжения между точками а и б при сопротивлении термометра, соответствующем начальной и конечной отметкам шкалы моста, равно:

Решение уравнений (22)-(24) позволяет получить формулу для определения сопротивления резистора R 7:

Сумма сопротивлений (R 3 + R 4 /2) принимается при расчете в среднем равной 5 Ом.

В формуле (25) R ПР неизвестно и, так как сопротивление R 7 рассчитывается первым из резисторов мостовой схемы, расчетную формулу упрощают, cчитая

. (26)

Полученное значение R 7 обычно округляют до значения, кратного 10 Ом.

Чтобы найти значение сопротивления резистора R 10 , запишем условие равновеоия измерительной мостовой схемы в любой точке шкалы;

. (27)

После преобразования выражения (27) получим

Чтобы изменение сопротивления линии связи при изменениях температуры окружающей среды не влияло на показания прибора, необходимо так подобрать резисторы схемы, чтобы в последнем уравнении члены, содержащие R л в левой и правой частях, были равны и сократились:

Так как относительная погрешность увеличивается к началу шкалы, целесообразно добиться полной компенсации температурной погрешности при начальном положении движка реохорда (η = 0). Тогда

Учитывая, что наибольшей чувствительностью обладают попарно равноплечие мосты, равенство (29) оказывается удовлетворяющим и этому требованию.

Составим уравнения равновесия измерительной схемы моста при двух значениях сопротивления термометра:

В результате совместного решения уравнений (30) и (31) получим

. (32)

Для определения сопротивления резистора R 9 необходимо подставить полученное значение R ПР в уравнение (30). После преобразований получим следующее квадратное уравнение:

. (34)

Приведенное сопротивление реохорда как сопротивление параллельной цепи равно

, (35)

. (36)

Определим значение тока I 0 в цепи источника питания:

;

. (37)

Зная ток I 0 , можно определить сопротивление резистора R 8:

Для проверки правильности расчета следует проверить значение коэффициента η по формуле

. (39)

Сопротивление резисторов измерительной схемы необходимо считать с точностью: R 3 , R 6 - ±0,05 Ом; R 7 , R 8 , R 9 , R 10 - ±0,5 Ом.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 2.001-70 ЕСКД. Общие положения.

2. Методические указания по оформлению курсовых и дипломных проектов для студентов специальности "Автоултизацкя теплоэнергетических процессов". - Киев: КПИ, 1982.

3. ГОСТ 2.301-68. (СТ. СЭВ 1181-78) ЕСКД. Форматы.

4. ГОСТ 2.302-68. (СТ. СЭВ 118C-78). ЕСКД. Масштабы.

5. ГОСТ 24.302-80. Система технической документации на АСУ. Общие требования к выполнению схем.

6. Госкомитет по науке и технике. Общеотраслевые руководящие методические материалы по созданию АСУТП в отраслях промышленности (ОРММ-2 АСУТП). - М., 1979.

7. Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие. - М.: Энергия, 1980.

8. ГОСТ 24.206-80. Система технической документации на АСУ. Требования к содержанию документов по техническому обеспечению.

9. СТ СЭВ 1986-79. Обозначения условные графические в схемах. Оборудование энергетическое основное и трубопровода.

10. СТ СЭВ 1178-78. Линии. Основные правила выполнения.

11. ГОСТ 21.404-85. Система проектной документации для строительства. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах.

12. ГОСТ 2.304-81. Шрифты чертежные.

13. ГОСТ 2.307-68. Нанесение размеров и предельных отклонений.

14. ГОСТ 2.303-68. Линии.

15. Канарский Б.Д. и др. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. - Д.: Машиностроение, 1976.

16. Глинков Г.М., Маковский В.А., Дотман С.Д. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов: Пособие по курсовому и дипломному проектированию. - М.: Металлургия, 1970.

17. Шипетин Л.И. Техника проектирования систем автоматизации технологических процессов. - М.: Машиностроение, 1976.

18. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД-50-2/3-80. - М.: Изд-во стандартов, 1982. -318 с.

19. Правила 28-64. Измерения расхода жидкостей, газов и паров стандартными диаграммами и соплами. - М.: Изд-во стандартов, 1980.

20. Отраслевые нормы. Монтаж приборов измерения и средств автоматизации. Т. 3. (Измерительные сужающие устройства). Министерство энергетики и электрификации СССР, 1967.

21. ГОСТ 24.203-80. Система технической документации на АСУ. Требования к содержанию общесистемных документов.

22. ГОСТ 24.301-80. Система технической документации на АСУ. Общие требования к выполнению текстовых документов.

23. Альбом графиков к правилам 28-64 измерения расхода жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами. - М.: Изд-во стандартов, 1964.

24. Нестеренко А.Д. и др. Справочник по наладке автоматических устройств контроля и регулирования. - Киев: Наукова думка, 1976.

25. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. -II.: Энергия, 1978.

26. Андреев А.А. Автоматические показывающие, самопишущие и регулирующие приборы. - Л.: Машиностроение, 1973.

27. ГОСТ 2.105-79 (СТ СЭВ 2667-80).

28. ГОСТ 2.501-68. Правила учета и хранения.

29. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации: Номенклатурный каталог. Ч. I. - М.: ЦНИИТЭПцриборостроения, средств автоматизации и систем управления, 1984. - 171 с.

30. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации: Номенклатурный каталог. Ч. 2. - М.: ЦНИИТЭПцриборостроения, средств автоматизации и систем управления, 1984. - 155 с.

31. Государственная система промышленных Приборов и средств автоматизации: Номенклатурный каталог. Ч. 3. - М.: ЦНИИТЭПцриборостроения, средств автоматизации и систем управления, 1984. - 52 с.

32. Приборы, средства автоматизации и вычислительной техники для атомной энергетики: Номенклатурный каталог ГСП. Доп. к Ч. I. - М.: ЦНИИТЭПцриборостроения, средств автоматизации и систем управления, 1983. - 167 с.

33. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков B.C. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 232 с.

Введение

1. Состав курсовой работы

2. Выбор технических средств измерения

3. Пояснения к графической части

4. Пояснения к расчетной части

4.1 Расчет суживающего устройства

4.2 Порядок расчета дроссельного устройства

4.3 Конструкция расходомерных диафрагм

4.4 Расчет измерительной схемы автоматического потенциометра

4.5 Расчет измерительной схемы автоматического моста

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Определяющая роль в решении задач обеспечения эффективности производства, надежности и безопасности эксплуатации технологического оборудования принадлежит автоматизированным системам управления технологическими процессами (АСУ ТП). Базовой системой любой современной АСУ ТП является система автоматического контроля, позволяющая получать измерительную информацию о режимных параметрах технологических процессов. Вопросы организации измерений, выбора средств измерений и измеряемых параметров тесно связаны со спецификой технологических процессов и должны быть решены на стадии проектирования соответствующих технологических установок, т. е. инженер теплоэнергетик, участвующий в проектировании технологической установки, должен иметь соответствующие знания методов измерения различных физических величин и навыки их применения.

Эти знания будущие специалисты, обучающиеся по специальности 140104 "Промышленная теплоэнергетика" получают при изучении дисциплины "Теплотехнические измерения". Курсовая работа, предусмотренная рабочей программой этой дисциплины, способствует закреплению, углублению и обобщению знаний, полученных студентами за время обучения, и применению этих знаний к комплексному решению конкретных инженерных задач по разработке схем теплотехнического контроля теплоэнергетических установок.

Курсовая работа включает в себя разработку измерительного канала контроля одного из параметров технологической установки, выбор средств измерения, расчет суживающего устройства или измерительной схемы вторичного прибора в зависимости от варианта задания.

1. СОСТАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа по проектированию измерительного канала контроля физического параметра технологического процесса состоит из пояснительной записки и графической части.

Текстовая часть (пояснительная записка) курсовой работы включает следующие основные разделы:

· Введение;

· Выбор технических средств измерения;

· Расчет погрешности измерительного канала;

· Расчет суживающего устройства (измерительной схемы вторичного прибора);

Графическая часть работы включает:

· функциональную схему разработанного измерительного канала;

· чертёж суживающего устройства (монтажный чертеж установки первичного преобразователя на технологическом оборудовании).

2. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ

Эта часть пояснительной записки включает в себя описание технологического процесса и обоснование выбора метода измерения заданного физического параметра. Основные проектные решения принимаются на основе анализа технологического процесса и действующих государственных и отраслевых нормативных документов.

Конкретные типы средств измерения выбирают с учетом особенностей технологического процесса и его параметров.

В первую очередь принимают во внимание такие факторы, как пожаро и взрывоопасность, агрессивность и токсичность среды, дальность передачи сигналов информации, требуемая точность и быстродействие. Эти факторы определяют выбор методов измерения технологических параметров, требуемые функциональные возможности приборов (показание, запись и т.д.), диапазоны измерения, классы точности, вид дистанционной передачи и т.д.

Приборы и преобразователи следует подбирать по справочной литературе, исходя из следующих соображений:

Для контроля одинаковых параметров технологического процесса необходимо применять однотипные средства измерения, выпускаемые серийно;

При большом числе одинаковых параметров рекомендуется применять многоточечные приборы;

Класс точности приборов должен соответствовать технологическим требованиям;

Для контроля технологических процессов с агрессивными средами необходимо предусматривать установку специальных приборов, а в случае применения приборов в нормальном исполнении нужно защищать их.

Наиболее распространенные типы промышленных вторичных приборов, входящих в Государственную систему промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), представлены в таблице 1.

Таблица 1

Приборы ПВ являются вторичными приборами пневматической системы "Старт" и применяются для измерения любых технологических параметров, предварительно преобразованных в давление сжатого воздуха (унифицированный пневматический сигнал).

Автоматические потенциометры КСП, уравновешенные мосты КСМ, миллиамперметры КСУ применяют для измерения и записи температуры и других параметров, изменение которых может быть преобразовано в изменение напряжения постоянного тока, активного сопротивления, силы постоянного тока.

Потенциометры КСП-4 в зависимости от модификации могут работать или в комплекте с одной или несколькими (если прибор многоточечный) термопарами стандартных градуировок, или с одним или несколькими источниками постоянного напряжения.

Уравновешенные мосты КСМ-4 работают в комплекте с одним или несколькими термометрами сопротивления стандартных градуировок, а миллиамперметры КСУ-4 - в комплекте с одним или несколькими источниками сигналов постоянного тока.

Вторичные приборы КСД работают в комплекте с первичными измерительными преобразователями, снабженными дифференциально-трансформаторными датчиками.

Каждый тип приборов, указанных выше, выпускается в различных модификациях, отличающихся размерами, диапазонами измерения, количеством входных сигналов, наличием вспомогательных устройств и т.д.

Выбирая тот или иной прибор по функциональному признаку, необходимо простоту и дешевизну аппаратуры сочетать с требованиями контроля и регулирования данного параметра. Наиболее важные параметры следует контролировать самопишущими приборами, более сложными и дорогими, чем показывающие приборы. Регулируемые параметры технологического процесса необходимо, также контролировать самопишущими приборами, что имеет значение для корректировки настройки регуляторов.

При выборе вторичных приборов для совместной работы с однотипными датчиками одной градуировки и с одинаковыми пределами измерения следует учитывать, приборы КСП, КСМ, КСД выпускаются с числом точек 3,6,12. В многоточечных приборах имеется переключатель, автоматически и поочередно подключающий датчик к измерительной схеме. Печатающее устройство, расположенное на каретке, отпечатывает на диаграмме точки с порядковым номером датчика.

При выборе вида унифицированного сигнала канала связи от датчика до вторичного прибора принимается во внимание длина канала связи. При длине до 300 м можно применять любой унифицированный сигнал, если автоматизируемый технологический процесс не является пожаро- и взрывоопасным. При пожаро- и взрывоопасности и расстоянии не более 300 м целесообразно использовать пневматические средства автоматизации, например приборы системы "Старт". Электрические средства измерения характеризуются гораздо меньшим запаздыванием и превосходят пневматические средства по точности (класс точности большинства пневматических приборов - 1,0, электрических - 0,5). Применение электрических средств упрощает внедрение вычислительных машин.

Выбирая датчики и вторичные приборы для совместной работы, следует обращать внимание на согласование выходного сигнала датчика и входного сигнала вторичного прибора.

Например, при токовом выходном сигнале датчика входной сигнал вторичного прибора тоже должен быть токовым, причем род тока и диапазон его изменения у датчика и вторичного прибора должны быть одинаковыми. Если это условие не выполняется, то следует воспользоваться имеющимися в ГСП промежуточными преобразователями одного унифицированного сигнала в другой (табл.2).

Таблица 2

Наиболее распространенные промежуточные преобразователи ГСП

Промежуточный преобразователь НП-3 используется в качестве нормирующего для преобразования выходного сигнала дифференциально-трансформаторного преобразователя в унифицированный токовый сигнал.

Преобразователь ЭПП-63 осуществляют переход с электрической ветви ГСП на пневматическую.

При выборе датчиков и приборов следует обращать внимание не только на класс точности, но и на диапазон измерения. Следует помнить, что номинальные значения параметра должны находиться в последней трети диапазона измерения датчика или прибора. При невыполнении этого условия относительная погрешность измерения параметра значительно превысит относительную приведенную погрешность датчика или прибора. Таким образом, не следует выбирать диапазон измерения с большим запасом (достаточно иметь верхний предел измерения, не более чем на 25% превышающий номинальное значение параметра).

Теплотехнические измерения

1. Понятие об измерении

Измерением называется процесс получения опытным путем числового соотношения между измеряемой величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.

Числовое значение измеряемой величины

Число, выражающее отношение измеряемой величины к единице измерения, называется числовым значением измеряемой величины; оно может быть целым или дробным, но является отвлеченным числом. Значение величины, принятое за единицу измерения, называется размером этой единицы.

Чем меньше выбранная единица, тем больше для данной измеряемой величины будет числовое значение. Результат всякого измерения является именованным числом. Вследствие этого для определенности написания результата измерения рядом с числовым значением измеряемой величины ставится сокращенное обозначение принятой единицы. При выборе единиц измерения необходимо учитывать фактор "удобства" - результат измерений по возможности должен выражаться "удобным" числом: не слишком большим и не слишком малым.

Если единица измерения представлена в виде конкретного образца, называемого мерой, то процесс измерения сводится к непосредственному сравнению измеряемой величины с мерой, как материальным выражением единицы измерения.

В тех же случаях, когда непосредственное сравнение невозможно или трудно осуществить, измеряемая величина преобразуется в некоторую другую физическую величину, однозначно связанную с измеряемой и более удобную для измерения. Например, измерение температуры жидкостно-стеклянным термометром сводится к определению длины жидкостного столбика, выраженной в делениях шкалы, а измерение температуры с помощью термометра сопротивления к определению электрического сопротивления и т.п.

Прямые измерения

По способу получения числового значения искомой величины измерения можно разделить на два вида: прямые и косвенные.

К прямым измерениям относятся те, результат которых получается непосредственно из опытных данных. При этом значение искомой величины получается либо путем непосредственного сравнения ее с мерами, либо посредством измерительных приборов, градуированных в соответствующих единицах. При прямых измерениях результат выражается непосредственно в тех же единицах, что и измеряемая величина. Прямые измерения являются весьма распространенным видом технических измерений. К ним относятся измерения длины - метром, температуры - термометром, давления--манометром и т.п.

Косвенные измерения

К косвенным измерениям относятся те, результат которых получается на основании прямых измерений нескольких других величин, связанных с искомой величиной определенной зависимостью.

К косвенным измерениям относится определение расхода жидкости, газа и пара по перепаду давления в сужающем устройстве и т.п.

Косвенные измерения применяются в технике и научных исследованиях в тех случаях, когда искомую величину невозможно или сложно измерить непосредственно путем прямого измерения или когда косвенное измерение позволяет получить более точные результаты.

Методы измерений

Под методом измерений понимается совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Под принципом измерения понимается совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, например измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта, измерение расхода жидкостей по перепаду давления в сужающем устройстве.

Процесс измерения, способы проведения его и средства измерений, при помощи которых он осуществляется, зависят от измеряемой величины, существующих методов и условий измерения.

В метрологической практике кроме рассмотренных видов измерений применяют совокупные и совместные виды измерения.

В зависимости от назначения и от предъявляемой к ним точности измерения делятся на лабораторные (точные) и технические.

При выполнении теплотехнических измерений широко применяют метод непосредственной оценки, метод сравнения с мерой и нулевой метод.

Под методом непосредственной оценки понимается метод измерения, в котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, например измерение давления манометром, измерение температуры термометром и т.п. Он является самым распространенным, особенно в промышленных условиях.

Метод сравнения с мерой - метод, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой меры, например измерение э. д. с. термоэлектрического термометра или напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с э. д. с. нормального элемента. Его часто называют компенсационным.

Нулевым называется метод, при котором эффект действия измеряемой величины полностью уравновешивается эффектом известной величины, так что в результате их взаимное действие сводится к нулю. Применяемый при этом прибор служит только для установления факта достижения уравновешивания и в этот момент показание прибора становится равным нулю. Прибор, применяемый при нулевом методе, сам по себе ничего не измеряет и поэтому его обычно называют нулевым. Нулевой метод обладает высокой точностью измерения. Нулевые приборы, применяемые для осуществления данного метода, должны обладать высокой чувствительностью. Понятие точность к нулевым приборам неприложимо. Точность же результата измерения, производимого по нулевому методу, определяется в основном точностью применяемой образцовой меры и чувствительностью нулевого прибора.

Общие сведения о средствах измерений

Средствами измерений называют технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики - характеристики свойств средств измерений, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений.

Виды средств измерений

Основными видами средств измерений являются меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи и измерительные устройства.

Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, гиря есть мера массы; измерительный резистор - мера электрического сопротивления; температурная лампа - мера яркостной или цветовой температуры.

Измерительным прибором называют средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины, называют аналоговым измерительным прибором. Если показания прибора, автоматически вырабатывающего дискретные сигналы измерительной информации, представлены в цифровой форме, то такой прибор называют цифровым.

Показывающим измерительным прибором называют прибор, допускающий только отсчитывание показаний. Если в измерительном приборе предусмотрена регистрация показаний, то его называют регистрирующим.

Самопишущим измерительным прибором называют регистрирующий прибор, в котором предусмотрена запись показаний в форме диаграммы. Регистрирующий прибор, в котором предусмотрено печатание показаний в цифровой форме, называют печатающим.

Измерительным прибором прямого действия называют прибор, в котором предусмотрено одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении, т.е. без применения обратной связи, например, показывающий манометр, ртутно-стеклянный термометр.

Измерительный прибор, в котором подводимая величина подвергается интегрированию по времени или по другой независимой переменной, называют интегрирующим измерительным прибором.

Измерительным преобразователем называют средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительные преобразователи в зависимости от их назначения и функций могут быть подразделены на первичные, промежуточные, передающие, масштабные и другие.

Первичным преобразователем называют измерительный преобразователь, к которому подведена измеряемая величина, т.е. первый в измерительной цепи. В качестве примера можно привести термоэлектрический термометр, термометр сопротивления, сужающее устройство расходомера. Измерительный преобразователь, занимающий в измерительной цепи место после первичного, называют промежуточным.

Передающим измерительным преобразователем называют измерительный преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации.

Масштабным измерительным преобразователем называют измерительный преобразователь, предназначенный для изменения величины в заданное число раз, например, измерительный трансформатор тока, делитель напряжения, измерительный усилитель и т.п.

Измерительными устройствами называют средства измерений, состоящие из измерительных приборов и измерительных преобразователей. Измерительные устройства в зависимости от их назначения и функций, могут быть подразделены на первичные и промежуточные измерительные устройства (приборы).

Под первичным измерительным устройством (первичным прибором) понимают средство измерений, к которому подведена измеряемая величина. Промежуточным измерительным устройством (промежуточным прибором) называют средство измерений, к которому подведен выходной сигнал первичного преобразователя (например, перепад давления, создаваемый сужающим устройством). Первичные и промежуточные приборы, снабженные передающими преобразователями, могут быть выполнены с отсчетными устройствами или без них.

Вторичными измерительными устройствами (вторичными приборами) называют средства измерений, которые предназначены для работы в комплекте с первичными или промежуточными приборами, а также с некоторыми видами первичных и промежуточных преобразователей.

Кроме рассмотренных средств измерений применяются более сложные измерительные устройства автоматического действия так называемые измерительные информационные системы. Под такими системами понимаются устройства с автоматическим многоканальным (во многих точках) измерением, а в некоторых случаях и обработкой информации по некоторому заданному алгоритму.

Следует отметить, что одним из важных признаков новых разработок средств измерений и элементов для устройств автоматизации (автоматического контроля, регулирования и управления) является унификация выходных и входных сигналов преобразователей, первичных, промежуточных и вторичных приборов. Унификация выходных и входных сигналов обеспечивает взаимозаменяемость средств измерений, позволяет сократить разновидность вторичных измерительных устройств. Кроме того, унифицированные приборы и элементы существенно повышают надежность действия устройств автоматизации и открывают широкие перспективы применения информационно-вычислительных машин.

В зависимости от назначения, а вместе с тем и от той роли, которую выполняют различные средства измерений (меры, измерительные приборы и преобразователи) в процессе измерения, они делятся на три категории:

1) рабочие меры, измерительные приборы и преобразователи;

2) образцовые меры, измерительные приборы и преобразователи;

3) эталоны.

Рабочими средствами измерений называются все меры, приборы и преобразователи, предназначенные для практических повседневных измерений во всех отраслях народного хозяйства. Они подразделяются на средства измерений повышенной точности (лабораторные) и технические.

Образцовыми называются меры, приборы и первичные преобразователи (например, термоэлектрические термометры, термометры сопротивления), предназначенные для поверки и градуировки рабочих мер, измерительных приборов и преобразователей. Верхний предел измерений образцового прибора должен быть равен или более верхнего предела измерений поверяемого прибора. Допускаемая погрешность образцового прибора или измерительного устройства в том случае, когда поправки к его показаниям не учитываются, должна быть значительно меньше (в 4-5 раз) допускаемой погрешности испытуемого прибора.

Рабочие меры, измерительные приборы и преобразователи поверяются в институтах мер и измерительных приборов и в контрольных лабораториях системы Государственного комитета стандартов, мер и измерительных приборов.

Образцовые меры, измерительные приборы и первичные преобразователи, предназначенные для поверки рабочих, поверяются в Государственных институтах мер и измерительных приборов и в Государственных контрольных лабораториях 1-го разряда по еще более точным образцовым мерам, приборам и преобразователям, т.е. образцовым средствам измерений более высокого разряда (например, образцовые приборы 2-го разряда поверяются методом сравнения с образцовыми приборами 1-го разряда). Образцовые меры, приборы и преобразователи высшего в данной области измерения разряда (1-го разряда) поверяются в Государственных институтах мер и измерительных приборов по соответствующим рабочим эталонам,

Меры, измерительные приборы и первичные преобразователи, служащие для воспроизведения и хранения единиц измерения с наивысшей (метрологической) точностью, достижимой при данном уровне науки и техники, а также для поверки мер, приборов и преобразователей высшего разряда, называются эталонами.

Погрешность измерений

При измерении любой величины, как бы тщательно мы ни производили измерение, не представляется возможным получить свободный от искажения результат. Причины этих искажений могут быть различны. Искажения могут быть вызваны несовершенством применяемых методов измерения, средств измерений, непостоянством условий измерения и рядом других причин. Искажения, которые получаются при всяком измерении, обусловливают погрешность измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Погрешность измерения может быть выражена в единицах измеряемой величины, т.е. в виде абсолютной погрешности, которая представляет собой разность между значением, полученным при измерении, и истинным значением измеряемой величины. Погрешность измерения может быть выражена также в виде относительной погрешности измерения, представляющей собой отношение к истинному значению измеряемой величины. Строго говоря, истинное значение измеряемой величины всегда остается неизвестным, можно найти лишь приближенную оценку погрешности измерения.

Погрешность результата измерения дает представление о том, какие цифры в числовом значении величины, полученном в результате измерения, являются сомнительными. Округлять числовое значение результата измерения необходимо в соответствии с числовым разрядом значащей цифры погрешности, т.е. числовое значение результата измерения должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности. При округлении рекомендуется пользоваться правилами приближенных вычислений.

Виды погрешности измерений

Погрешности измерения в зависимости от характера причин, вызывающих их появление, принято разделять на: случайные, систематические и грубые.

Под случайной погрешностью понимают погрешность измерения, изменяющуюся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Они вызываются причинами, которые не могут быть определены при измерении и на которые нельзя оказать влияния. Присутствие случайных погрешностей можно обнаружить лишь при повторении измерений одной и той же величины с одинаковой тщательностью.

Случайные погрешности измерений непостоянны по значению и по знаку. Они не могут быть определены в отдельности и вызывают неточность результата измерения. Однако с помощью теории вероятностей и методов статистики случайные погрешности измерений могут быть количественно определены и охарактеризованы в их совокупности, причем тем надежнее, чем больше число проведенных наблюдений.

Под систематической погрешностью понимают погрешность измерения, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же величины. Если систематические погрешности известны, т.е. имеют определенное значение и определенный знак, они могут быть исключены путем внесения поправок.

Обычно различают следующие разновидности систематических погрешностей: инструментальные, метода измерений, субъективные, установки, методические.

Под инструментальными погрешностями понимают погрешности измерения, зависящие от погрешностей применяемых средств измерений.

Под погрешностью метода измерений понимают погрешность, происходящую от несовершенства метода измерений.

Субъективные погрешности (имеющие место при неавтоматических измерениях) вызываются индивидуальными особенностями наблюдателя, например запаздывание или опережение в регистрации момента какого-либо сигнала, неправильная интерполяция при отсчитывании показаний в пределах одного деления шкалы, от параллакса и т.п.

Погрешности установки возникают вследствие неправильной установки стрелки измерительного прибора на начальную отметку шкалы или небрежной установки средства измерений, например не по отвесу или уровню и т.п.

Методические погрешности измерений представляют собой такие погрешности, которые определяются условиями (или методикой) измерения величины (давления, температуры и т.д. данного объекта) и не зависят от точности применяемых средств измерений. Методическая погрешность может быть вызвана, например, добавочным давлением столба жидкости в соединительной линии, если прибор, измеряющий давление, будет установлен ниже или выше места отбора давления. При выполнении измерений, особенно точных, необходимо иметь в виду, что систематические погрешности могут значительно исказить результаты измерения. Поэтому прежде чем приступить к измерению, необходимо выяснить все возможные источники систематических погрешностей и принять меры к их исключению или определению. При неавтоматических измерениях многое зависит от знаний и опыта экспериментатора.

Для исключения погрешностей установки как при точных, так и при технических измерениях необходима тщательная и правильная установка средств измерений.

12. Точность измерений

В зависимости от назначения и требований, предъявляемых к точности измерений, измерения делятся на точные (лабораторные) и технические. Измерения точные, как правило, выполняются многократно повторяемыми и с помощью средств измерений повышенной точности. Путем повторения измерений влияние на их итог случайных погрешностей можно ослабить, а следовательно, повысить точность измерения. При этом необходимо иметь в виду, что даже при благоприятных условиях точность измерения не может быть выше точности поверки применяемых средств измерений.

При выполнении технических измерений, широко применяемых в промышленности, а иногда и в лабораторных условиях, используют рабочие средства измерений, которые поправками при их поверке не снабжаются.

При выполнении точных измерений пользуются средствами измерений повышенной точности, а вместе с тем применяют и более совершенные методы измерения. Однако, несмотря на это, вследствие неизбежного наличия во всяком измерении случайных погрешностей истинное значение измеряемой величины остается неизвестным и вместо него мы принимаем некоторое среднее арифметическое значение, относительно которого при большом числе измерений, как показывает теория вероятностей и математическая статистика, у нас есть обоснованная уверенность считать, что оно является наилучшим приближением к истинному значению. Под техническими измерениями практически постоянных величин, широко применяемыми в промышленности и в лабораторных условиях, понимаются измерения, выполняемые однократно с помощью рабочих (технических или повышенной точности) средств измерений, градуированных в соответствующих единицах. При выполнении прямых технических измерений однократный отсчет показаний по шкале или диаграмме измерительного прибора принимается за окончательный результат измерения данной величины. Точность результата прямого измерения при применении измерительного показывающего прибора прямого действия может быть оценена приближенной максимальной (или предельной) погрешностью,

При выполнении технических измерений случайные погрешности в большинстве случаев не являются определяющими точность измерения и поэтому отпадает необходимость многократных измерений и вычисления среднего арифметического значения измеряемой величины, так как в пределах допускаемых погрешностей рабочих средств измерений результаты отдельных измерений будут совпадать. Следует также отметить, что технические измерения позволяют выполнять измерения различных величин с наименьшей затратой средств и сил, в наиболее короткий срок и с достаточной точностью.

13. Общие сведения о температуре

Температура является одним из важнейших параметров технологических процессов. Она обладает некоторыми принципиальными особенностями, что обусловливает необходимость применения большого количества методов и технических средств для ее измерения.

Температура может быть определена как параметр теплового состояния. Значение этого параметра обусловливается средней кинетической энергией поступательного движения молекул данного тела. При соприкосновении двух тел, например газообразных, переход тепла от одного тела к другому будет происходить до тех пор, пока значения средней кинетической энергии поступательного движения молекул этих тел не будут равны. С изменением средней кинетической энергии движения молекул тела изменяется степень его нагретости, а вместе с тем изменяются также физические свойства тела. При данной температуре кинетическая энергия каждой отдельной молекулы тела может значительно отличаться от его средней кинетической энергии. Поэтому понятие температуры является статистическим и применимо только к телу, состоящему из достаточно большого числа молекул; в применении к отдельной молекуле оно бессмысленно.

Известно, что с развитием науки и техники понятие "температура" расширяется. Например, при исследованиях высокотемпературной плазмы было введено понятие "электронная температура", характеризующее поток электронов в плазме.

Температурные шкалы

Возможность измерять температуру термометром основывается на явлении теплового обмена между телами с различной степенью нагретости и на изменении термометрических (физических) свойств веществ при нагревании. Следовательно, для создания термометра и построения температурной шкалы, казалось бы, возможно выбрать любое термометрическое свойство, характеризующее состояние того или иного вещества и на основании его изменений построить шкалу температур. Однако сделать такой выбор не так легко, так как термометрическое свойство должно однозначно изменяться с изменением температуры, не зависеть от других факторов и допускать возможность измерения его изменений сравнительно простым и удобным способом. В действительности нет ни одного термометрического свойства, которое бы в полной мере могло удовлетворить этим требованиям во всем интервале измеряемых температур.

Воспользуемся, например, для измерения температуры объемным расширением тел при нагревании и возьмем ртутный и спиртовой термометры обычного типа. Если шкалы их между точками, соответствующими температурам кипения воды и таяния льда при нормальном атмосферном давлении, разделить на 100 равных частей (считая за 0 точку таяния льда), то очевидно, что показания обоих термометров - ртутного и спиртового - будут одинаковы в точках 0 и 100, потому что эти температурные точки были приняты за исходные для получения основного интервала шкалы. Если этими термометрами будем измерять одинаковую температуру какой-либо среды не в этих точках, то показания их будут различны, так как коэффициенты объемного теплового расширения ртути и спирта различно зависят от температуры.

В жидкостно-стеклянных термометрах, применяемых в настоящее время, не приходится сталкиваться с таким расхождением показаний, так как на всех современных термометрах нанесена единая Международная практическая температурная шкала, строящаяся по совершенно другому принципу (способ построения этой шкалы изложен ниже).

Мы встретились бы с теми же затруднениями, если бы попытались осуществить температурную шкалу на основе какой-либо другой физической величины, например электрического сопротивления металлов и т.д.

Таким образом, измеряя температуру по шкале, построенной на произвольном допущении линейной зависимости между свойством термометрического тела и температурой, мы еще не достигаем однозначного численного измерения температур. Поэтому так измеренную температуру (т.е. по объемному расширению некоторых жидкостей, по электрическому сопротивлению металлов и т.д.) обычно называют условной, а шкалу, по которой она измеряется. - условной шкалой.

Следует отметить, что из числа старых условных температурных шкал наибольшее распространение получила стоградусная температурная шкала Цельсия, градус которой равен сотой части основного температурного интервала. За основные точки этой шкалы приняты точка плавления льда (0) и точка кипения воды (100) при нормальном атмосферном давлении.

В целях дальнейшего усовершенствования условной температурной шкалы проводились работы по изучению возможности использования для измерения температур газового термометра. Для изготовления газовых термометров воспользовались реальными газами (водородом, гелием и другими) и при этом такими из них, которые по своим свойствам сравнительно мало отличаются от идеального.

Путь к созданию единой температурной шкалы, не связанной с какими-либо частными термометрическими свойствами и пригодной в широком интервале температур, был найден в использовании законов термодинамики. Независимой от свойств термометрического вещества является шкала, основанная на втором законе термодинамики. Она предложена в середине прошлого века Кельвином и получила название термодинамической температурной Шкалы.

Термодинамическая температурная шкала Кельвина явилась исходной шкалой для построения температурных шкал, не зависящих от свойств термометрического вещества. В этой шкале интервал, заключающийся между точкой таяния льда и точкой кипения воды (для сохранения преемственности со стоградусной температурной шкалой Цельсия), был разделен на 100 равных частей.

Д.И. Менделеев в 1874 г. впервые научно обосновал целесообразность построения термодинамической температурной шкалы не по двум реперным точкам, а по одной. Такая шкала имеет значительные преимущества и позволяет определять термодинамическую температуру точнее, чем шкала с двумя реперными точками.

Однако термодинамическая температурная шкала, являющаяся чисто теоретической, не открывала еще в первое время путей ее практического использования. Для этой цели необходимо было установить связь термодинамической шкалы с реальными приборами для измерения температур. Из числа измерителей температуры наибольшее внимание заслуживают газовые термометры, показания которых могут быть связаны с термодинамической температурной шкалой посредством введения понятия шкалы идеального газа. Термодинамическая шкала, как известно, совпадает со шкалой идеального газа, если принять при нормальном атмосферном давлении точку таяния льда за 0, а точку кипения воды за 100. Этой шкале было присвоено название стоградусной термодинамической температурной шкалы.

Однако газовые термометры могут быть использованы для воспроизведения термодинамической стоградусной температурной шкалы только до температур не выше 1200°С, что не может удовлетворить современным требованиям науки и техники. Использование же газовых термометров для более высоких температур встречает большие технические трудности, которые в настоящее время непреодолимы. Кроме того, газовые термометры являются довольно громоздкими и сложными приборами и для повседневных практических целей весьма неудобными. Вследствие этого для более удобного воспроизведения термодинамической стоградусной температурной шкалы в 1927 г. была принята практическая шкала, которая была названа Международной температурной шкалой 1927 г. (МТШ-27).

Положение о МТШ-27, принятое седьмой Генеральной конференцией по мерам и весам как временное, после некоторых уточнений было принято окончательно в 1933 г. восьмой Генеральной конференцией по мерам и весам. В СССР МТШ-27 введена с 1 октября 1934 г. Общесоюзным стандартом (ОСТ ВКС 6954).

В последующие годы производились работы по пересмотру МТШ-27 с целью осуществления более точного согласования с термодинамической шкалой в том виде, как она была принята, но с внесением в нее некоторых улучшений, основанных на уточненных и вновь полученных экспериментальных данных. В результате проведенных работ Консультативным комитетом по термометрии был выработан проект Положения о Международной практической температурной шкале 1948 г. (МПТШ-48), утвержденный девятой Генеральной конференцией по мерам и весам.

Для шкалы с одной реперной точкой необходимо приписать определенное числовое значение единственной экспериментально реализуемой ее точке. Нижней границей температурного интервала будет служить тогда точка абсолютного нуля.

Предельная погрешность воспроизведения точки кипения воды составляет 0,01°С, точки таяния льда 0,001°С. Тройная же точка воды, являющаяся точкой равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазе, может быть воспроизведена в специальных сосудах с предельной погрешностью не больше 0,0001°С.

Учитывая все это и рассмотрев тщательно все числовые результаты, полученные в различных метрологических лабораториях ряда стран, Консультативный комитет по термометрии признал, что наилучшим значением для температуры тройной точки воды, лежащей выше точки таяния льда на 0,01°С, является значение 273,16 К. Десятая Генеральная конференция по мерам и весам в 1954 г. на основании этого установила термодинамическую температурную шкалу с одной реперной точкой - тройной точкой воды.

Новое определение термодинамической температурной шкалы нашло отражение в "Положении о МПТШ-48. Редакция 1960 г.", принятом одиннадцатой Генеральной конференцией по мерам и весам. Этой шкалой предусматривается применение двух температурных шкал: термодинамической температурной шкалы и практической температурной шкалы. Температура по каждой из этих шкал может быть выражена двояким способом: в градусах Кельвина (К) и в градусах Цельсия (°С) в зависимости от начала отсчета (положения нуля) по шкале.

В зарубежной литературе наряду с выражением температуры в Кельвинах (К) и градусах Цельсия (°С) используется иногда градус Фаренгейта (°Р) и градус Ренкина (°Ка). Следует иметь в виду, что раньше градус Фаренгейта был характерен для шкал ртутно-стеклянных термометров, а в данное время, так же как и градус Цельсия, он обозначает, что температура выражена по МПТШ, но с другим числовым значением.

Единица кельвин определена как 1/273,16 часть термодинамической температуры тропкой точки воды. Градус Цельсия равен Кельвину. Температурные разности (интервалы) выражаются в Кельвинах, но могут быть выражены также в градусах Цельсия вместо ранее применявшегося обозначения град (deg).

Термометры стеклянные жидкостные

Основные сведения. Термометры стеклянные жидкостные применяются для измерения температур в области от - 200 до +750 С С. Несмотря на то, что кроме стеклянных жидкостных термометров имеется ряд других приборов для измерения температур, удовлетворяющих в большой степени требованиям современной техники контроля технологических процессов, все же стеклянные термометры получили большое распространение как в лабораторной, так и в промышленной практике вследствие простоты обращения, достаточно высокой точности измерения и низкой стоимости.

Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на тепловом расширении термометрической жидкости, заключенной в термометре. При этом, очевидно, показания жидкостного термометра зависят не только от изменения объема термометрической жидкости, но также и от изменения объема стеклянного резервуара, в котором находится эта жидкость. Таким образом, наблюдаемое (видимое) изменение объема жидкости преуменьшено на размер, соответственно равный увеличению объема резервуара (и частично капилляра).

Для заполнения жидкостных термометров применяют ртуть, толуол, этиловый спирт, керосин, петролейный эфир, пентан и т.д. Область их применения, а также значения коэффициентов действительного и видимого расширения жидкостей приведены в табл, 3-1-1.

Из жидкостных термометров наибольшее распространение получили ртутные. Они обладают рядом преимуществ благодаря существенным достоинствам ртути, которая не смачивает стекла, сравнительно легко получается в химически чистом виде и при нормальном атмосферном давлении остается жидкой в широком интервале температур (от - 38,87 до +356,58° С). Следует также отметить, что давление насыщенных паров ртути при температуре, превышающей 356,58° С, невелико по сравнению с давлением насыщенных паров других жидкостей. Это дает возможность относительно небольшим увеличением давления над ртутью в капилляре заметно повысить ее температуру кипения, а вместе с тем и расширить температурный интервал применения ртутных термометров.

К числу недостатков ртути с точки зрения термометрии следует отнести сравнительно малый коэффициент расширения (см. табл.).

При измерении температуры термометрами, заполненными органическими жидкостями, необходимо иметь в виду, что они смачивают стекло, а вследствие этого понижается точность отсчета показаний.

Термометры в зависимости от назначения и диапазона измерений температур изготовляют из стекла различных марок.

Термометрические жидкости

жидкость	Возможные приделы применения, о С		Средний коэффициент объемного теплового расширения, К -1
			действительный
Этиловый спирт
Петролейный эфир

Примечания:

Коэффициент видимого расширения ртути в термометрическом боро-силикатном стекле составляет 0,000164 К - 1 , а в кварцевом стекле 0,00018 К -1 .

Под видимым коэффициентом объемного теплового расширения понимают разность между коэффициентами объемного теплового расширения термометрической жидкости и стекла.

Измерение уровня жидкости. Приборы для измерения уровня жидкости.

Измерение уровня жидкостей играет важную роль, при автоматизации технологических процессов во многих отраслях промышленности. Эти измерения особенно важны в тех случаях, когда поддержание некоторого постоянного уровня, например уровня воды в барабане парогенератора, уровня жидкости в резервуарах, аппаратах и других устройствах, связано с условиями безопасной работы оборудования. Технические средства, применяемые для измерения уровня жидкости, называются уровнемерами. Приборы, предназначенные для сигнализации предельных уровней жидкости, называются сигнализаторами уровня. Уровнемеры также имеют широкое применение в различных отраслях промышленности для измерения по уровню количества жидкости, находящейся в резервуарах, баках и других устройствах.

Уровнемеры, предназначенные для измерения уровня жидкости с целью поддержания его постоянным, имеют двустороннюю шкалу. Шкалы и диаграммная бумага этих уровнемеров градуируются в сантиметрах или метрах, а приборов, применяемых для измерения уровня воды в барабане парогенераторов, - в миллиметрах.

Уровнемеры, служащие для измерения по уровню количества жидкости в резервуарах, баках и других устройствах, имеют одностороннюю шкалу. Шкалы и диаграммная бумага этих уровнемеров градуируются в сантиметрах и метрах, а иногда в процентах

Уровнемеры, применяемые для измерения уровня жидкости с целью поддержания его постоянным в определенных пределах, снабжают устройством для сигнализации предельных отклонений уровня от заданного значения.

У сигнализаторов уровня жидкости контактное устройство срабатывает при некотором заданном значении уровня для данного объекта.

В зависимости от требований, предъявляемых к автоматизации технологических процессов, применяют различные методы измерения уровня жидкости. Если нет необходимости в дистанционной передаче показаний, уровень жидкости с достаточной точностью и надежностью можно измерять с помощью указательных стекол или показывающими диф. манометрами-уровнемерами.

Измерение уровня жидкости указательными стеклами основано на принципе сообщающихся сосудов. Конструкция арматуры и материал указательных стекол зависят от давления и температуры жидкости, уровень которой необходимо контролировать.

Для дистанционного измерения уровня жидкостей, находящихся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением, применяют метод измерения по разности давлений с помощью диф. манометров. Во многих отраслях промышленности используют также метод контроля уровня жидкостей с помощью поплавка (или буйка).

В химической, нефтехимической и в ряде других отраслей промышленности кроме указанных выше методов измерения уровня жидкостей находят применение емкостные, ультразвуковые, акустические и радиоизотопные уровнемеры. Для измерения уровня агрессивных кристаллизирующихся жидкостей и пульп в открытых емкостях применяют пьезометрические уровнемеры.

Измерение уровня воды в барабане парогенераторов. Типы уровнемеров.

Нормальная эксплуатация барабанных парогенераторов может осуществляться только при условии строгого поддержания уровня воды в барабане в некоторых допускаемых пределах. Поэтому измерение уровня воды в барабане, особенно современных мощных парогенераторов, имеющих весьма ограниченный запас воды, является важной и ответственной задачей при их эксплуатации.

Контроль уровня воды в барабане парогенераторов с малой паропроизводительностью и низким давлением пара в барабане осуществляется путем непосредственного наблюдения за уровнем по водомерному устройству, поставляемому совместно с парогенератором. В ряде случаев для большей надежности дополнительно устанавливают непосредственно у парогенератора сниженный указатель уровня воды в барабане. В этом случае применяют показывающие диф. манометры-уровнемеры или сниженный указатель уровня "Игема".

Парогенераторы производительностью 35 т/ч и выше наряду с водоуказательными устройствами на барабане, поставляемыми совместно с ними, оснащаются дополнительно диф. манометрами-уровнемерами. Вторичные показывающие и самопишущие приборы уровнемеров устанавливаются на щите управления парогенератора, или блока. Эти приборы обычно снабжены контактным устройством для сигнализации не допускаемого изменения уровня воды в барабане парогенераторов.

На современных мощных парогенераторах ТЭС кроме уровнемеров для измерения уровня воды в барабане устанавливают дополнительно диф. манометры-уровнемеры со вторичными показывающими приборами, снабженными контактным устройством. С помощью этих уровнемеров осуществляется технологическая защита при перепитке парогенератора водой и при упуске уровня в его барабане. При этом контакты вторичных приборов уровнемеров включаются в устройство защиты по схеме "два из двух" или "два из трех".

В качестве уровнемеров широко применяют диф. манометры мембранные типа ДМ в комплекте со вторичными приборами дифференциально-трансформаторной системы или дифманометры-уровнемеры типа ДМЭ с выходным сигналом постоянного тока, работающие совместно со вторичными приборами типа КСУ,

КПУ и др., а также с автоматическими регуляторами, информационно - вычислительными и управляющими машинами.

Рис. 19-2-1. Схема измерения уровня воды в барабане дифманометром с ис­пользованием двухкамерного уравни­тельного.сосуда.

Для присоединения диф. манометров-уровнемеров к барабану парогенераторов применяют специальные уравнительные сосуды различных конструкций. Расчет шкалы диф. манометров-уровнемеров или их вторичных приборов обычно производят на рабочее (номинальное) давление пара в барабане с учетом типа уравнительного сосуда.

На рис. 19-2-1 показана схема измерения уровня воды в барабане парогенератора диф. манометром с использованием стандартного двухкамерного уравнительного сосуда (тепловая изоляция на внешней поверхности сосуда не показана). В широкой части сосуда, присоединенного к паровому пространству барабана, уровень воды (конденсата) поддерживается постоянным. В трубе 2, присоединенной к водяному пространству барабана, уровень воды меняется при изменении уровня воды в барабане. При установке запорного вентиля на трубе, соединяющей паровое пространство барабана с уравнительным сосудом, необходимо, чтобы шпиндель его находился в горизонтальном положении. В противном случае возможно образование водяной пробки, которая может вызвать неустойчивую работу диф. манометра.

Все типы уравнительных сосудов, применяемых для измерения уровня воды в барабане парогенераторов с помощью диф. манометра, позволяют обеспечить надежный контроль его в широком диапазоне (от +315 до - 315 мм) только при номинальном значении давления пара при соблюдении определенных условий. Уровнемеры, работающие с этими уравнительными сосудами при меняющемся давлении пара в барабане парогенераторов в широком интервале (от номинального значения до 0,2 МПа), имеют ограниченную погрешность только в области одного фиксированного значения уровня.

Измерение уровня воды в конденсаторах паровых турбин

Измерение уровня конденсата (воды) в конденсаторе турбин имеет важное значение при их эксплуатации. Повышение уровня воды в конденсаторе приводит к затоплению нижних рядов охлаждающих труб, что вызывает переохлаждение конденсата. Значительное понижение уровня конденсата ухудшает работу конденсатного насоса вследствие уменьшения подпора со стороны всасывающей трубы насоса.

Для большей надежности контроль уровня воды в конденсаторе турбин осуществляется по месту и дистанционно. Контроль уровня по месту производят с помощью водоуказательного стекла или показывающего уровнемера, устанавливаемого в первом случае непосредственно на конденсаторе, а во втором - вблизи него. Для дистанционного измерения уровня воды в конденсаторе применяют уровнемеры-диф. манометры, снабженные преобразователем с выходным электрическим сигналом. Вторичные показывающие приборы уровнемеров устанавливаются на щите управления турбины или блока. Показывающие приборы должны быть снабжены контактным устройством для сигнализации повышения и понижения уровня в конденсаторе.

Отклонение параметров от номинальных значений, для которых рассчитывалась шкала диф. манометра, приводит к изменению показаний уровнемеров, так же как и при измерении уровня воды в барабане парогенераторов.

Измерение уровня жидкостей в баках, аппаратах и резервуарах.

Для измерения уровня жидкостей в баках, аппаратах и резервуарах широко применяют метод измерения по разности давлений с помощью диф. манометра. В зависимости от требований, предъявляемых к автоматизации технологических процессов, применяют различные типы диф. манометров. Если нет необходимости в дистанционной передаче показаний уровня, то целесообразно применять диф. манометры с отсчетным устройством. Эти диф. манометры могут быть снабжены контактным устройством для сигнализации предельных значений уровня. Для дистанционного измерения уровня могут быть использованы диф. манометры с электрическим или пневматическим выходным сигналом в комплекте с соответствующим вторичным прибором.

Поскольку жидкость, уровень которой необходимо измерять, может находиться под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением, то это необходимо учитывать при выборе типа и модели диф. манометра, так как они выпускаются на различное предельно допускаемое рабочее избыточное давление. Предельный номинальный перепад давления диф. манометра выбирают в зависимости от диапазона измерения уровня.

Для присоединения диф. манометра к баку или другому устройству применяют различные типы уравнительных сосудов. Этот сосуд должен иметь такой размер, при котором можно было бы пренебречь дополнительной погрешностью диф. манометра.

Метод измерения уровня нейтральной, невязкой жидкости, находящейся в баке, резервуаре или аппарате под избыточным давлением, в принципе аналогичен методу измерения уровня воды в барабане парогенераторов. Для присоединения дифманометра к баку или к другому устройству применяют обычно однокамерный уравнительный сосуд и реже - сосуды других типов. Если в этом случае необходимо применить разделительные сосуды, то их устанавливают дополнительно в линиях диф. манометра на отметке нижнего уровня.

Если при измерении уровня жидкости плотность ее может изменяться в небольших пределах, то расчет шкалы диф. манометра или его вторичного прибора целесообразно производить для среднего значения плотности этой жидкости.

Если свойства жидкости, уровень которой необходимо измерять, не позволяют подключать диф. манометр, необходимо вместо уравнительного сосуда применять разделительные сосуды или разделительные устройства других типов, которые должны располагаться в соединительных линиях максимально близко к баку или резервуару.

Размеры уравнительных и разделительных сосудов обычно выбирают в зависимости от объема плюсовой и минусовой камер диф. манометра. При применении разделительных устройств другого типа необходимо учитывать возможное изменение показаний уровнемера.

Измерение уровня жидкостей с помощью поплавковых и буйковых уровнемеров

Простейшим техническим средством для измерения уровня жидкости в резервуарах является поплавковый указатель уровня. Об уровне в этом случае судят по положению прикрепленного к противовесу указателя, соединенного с поплавком с помощью троса, перекинутого через блоки. Этот метод измерения позволяет контролировать уровень жидкости, находящейся в резервуаре под атмосферным давлением, в случае, когда объект расположен сравнительно недалеко от поста наблюдения.

Для дистанционного измерения уровня жидкости, находящейся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением, в различных отраслях промышленности находят широкое применение буйковые уровнемеры с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 0-5; 0-20 мА типа УБ-Э или пневматическим с давлением 0,2-1 кгс/см 2 (0,02-0,1 МПа) типа УБ-П. Действие уровнемеров УБ-Э и УБ-П соответственно основано на принципе электросиловой или пневмосиловой компенсации усилия, развиваемого чувствительным элементом (буйком) измерительного блока уровнемера, погруженным в жидкость, уровень которой измеряется. В уровнемерах типа УБ-Э используется линейный преобразователь с электросиловой компенсацией ПЛЭ, а в уровнемерах УБ-П - преобразователь с пневмосиловой компенсацией.

Рис. 19-4-1. Схема устройства буйкорвого уровнемера.

Кроме рассмотренных уровнемеров УБ-Э и УБ-П применяют и другие типы буйковых измерителей уровня с пневматическим выходным сигналом и индикаторы уровня с дифференциально-трансформаторным преобразователем класса точности.

Поплавковые уровнемеры с дополнительным устройством находят применение для дистанционного измерения уровня воды в открытых водоемах, напора, создаваемого разностью уровней верхнего и нижнего бьефов, и положения различного рода затворов. В уровнемерах этого типа и во вторичных приборах к ним в качестве измерительных преобразователей используются сельсины.

Для сигнализации предельных значений уровня жидкости в резервуарах или баках применяют поплавковые сигнализаторы уровня различных типов.

Емкостные уровнемеры

Емкостные уровнемеры широко применяют для сигнализации и дистанционного измерения уровня однородных жидкостей в различных объектах в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Емкостные уровнемеры могут быть использованы для измерения уровня жидкостей, находящихся под давлением до 25-60 кгс/см 2 (2,5-6,0 МПа) и имеющих температуру от - 40 до 200 С С. Эти ограничения обусловлены надежностью применяемой изоляции для изготовления общепромышленных первичных преобразователей емкостных уровнемеров.

Емкостные уровнемеры не могут быть использованы для измерения уровня вязких (более 0,980 Па-с), пленкообразующих, кристаллизующихся и выпадающих в осадок жидкостей, а также взрывоопасных сред.

Действие рассматриваемых уровнемеров основано на измерении электрической емкости первичного преобразователя, изменяющейся пропорционально изменению контролируемого уровня жидкости в резервуаре. Первичный преобразователь, преобразующий изменение уровня жидкости в пропорциональное изменение емкости, представляет собой, например, цилиндрический конденсатор, электроды которого расположены коаксиально. Для каждого значения уровня жидкости в резервуаре емкость первичного преобразователя определяется как емкость двух параллельно соединенных конденсаторов, один из которых образован частью электродов преобразователя и жидкостью, уровень которой измеряется, а второй - остальной частью электродов преобразователя и воздухом или парами жидкости.

При применении емкостных уровнемеров необходимо иметь в виду, что измеряемый уровень жидкости функционально связан с диэлектрической проницаемостью веществ. Поэтому при измерении уровня жидкости емкостным уровнемером следует учитывать, что значение диэлектрической проницаемости жидкости изменяется с изменением температуры ее.

В зависимости от электрических характеристик жидкости, уровень которых измеряют емкостным методом, разделяют на неэлектропроводные и электропроводные. Такое деление жидких диэлектриков имеет некоторую условность, но является практически целесообразным.

Некоторые типы емкостных уровнемеров находят применение для сигнализации и дистанционного измерения уровня сыпучих тел с постоянной влажностью.

Преобразователи емкостных уровнемеров выполняют цилиндрического и пластинчатого типа, а также в виде жесткого стержня или троса. В последнем случае вторым электродом служит металлическая стенка резервуара. Для обеспечения постоянства характеристик преобразователя и повышения точности измерения уровня целесообразно применять преобразователи со стержнем или тросом, располагаемым в стальной трубе, являющейся вторым электродом преобразователя.

Акустические и ультразвуковые уровнемеры

В акустических и ультразвуковых уровнемерах реализуется метод, основанный на использовании эффекта отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела двух сред с различными акустическими сопротивлениями.

В уровнемерах, называемых акустическими, используется метод локаций уровня жидкости через газовую среду. Достоинством этого метода является то, что акустическая энергия, посланная в объект для измерения уровня жидкости, распространяется по газовой среде. Это обеспечивает универсальность по отношению к различным жидкостям, уровень которых необходимо измерить, а также высокую надежность первичных преобразователей, не контактирующих с жидкостью.

В уровнемерах, называемых ультразвуковыми, используется метод, основанный на отражении ультразвуковых колебаний от границы раздела сред со стороны жидкости.

В зависимости от используемого параметра звуковой волны для измерения уровня жидкости различают частотный, фазовый и импульсный способы измерения уровня, а также некоторые их комбинации, такие, как импульсно-частотный, и др. Каждый из указанных способов, обладая общим для акустического (ультразвукового) метода измерения достоинствами, имеет свои преимущества и недостатки.

Акустические уровнемеры широко применяют для дистанционного измерения уровня жидкостей в различных объектах в химической, бумажной, пищевой и других отраслях промышленности. Уровнемеры этого типа могут быть использованы для измерения уровня различных жидкостей (однородных и неоднородных, вязких, агрессивных, кристаллизующихся, выпадающих в осадок), находящихся под давлением до 40 кгс/см2 (4 МПа) и имеющих температуру от 5 до 80° С. Акустические уровнемеры не могут быть использованы для измерения уровня жидкостей, находящихся под высоким избыточным и вакуумметрическим давлением. Если жидкость, уровень которой необходимо измерять, будет находиться под вакуумметрическим давлением до 0,5 кгс/см2 (0,05 МПа), то акустические уровнемеры могут быть использованы.

Ультразвуковые уровнемеры могут быть использованы для измерения уровня только однородных жидкостей и широкого распространения в промышленности не получили. Однако ультразвуковые уровнемеры позволяют измерять уровень однородных жидкостей, находящихся под высоким избыточным давлением.

В акустическом уровнемере ЭХО-1 генератор 9 вырабатывает электрические импульсы с определенной частотой повторения, преобразуемые в ультразвуковые при помощи акустического преобразователя 1, установленного на крышке резервуара. Распространяясь вдоль акустического тракта, ультразвуковые импульсы отражаются от плоскости границы раздела сред и попадают на тот же преобразователь 1.

Рис. 19-6-1. Схема акустического уровнемера ЭХО-1.

Ультразвуковой уровнемер. В ультразвуковом уровнемере используется импульсный способ измерения уровня по отражению ультразвуковых колебаний от границы раздела сред со стороны жидкости. Мерой уровня жидкости в этом случае является также время прохождения ультразвуковых колебаний от пьезометрического преобразователя (излучателя) до плоскости границы раздела сред (жидкость - газ) и обратно до приемника. Предел допускаемой основной погрешности ультразвукового уровнемера не превышает 2,5% диапазона измерения уровня жидкости,

23. Измерение уровня сыпучих тел

Измерение уровня сыпучих тел в бункерах и других устройствах значительно отличается от измерения уровня жидкостей, так как характер расположения материала в объекте не позволяет говорить о его уровне как о горизонтальной поверхности. Большое разнообразие материалов, уровень которых необходимо измерять в энергетике и промышленности, требует применения различных методов и конструкций уровнемеров.

На ТЭС уровнемеры необходимы для измерения уровня кускового (сырого) угля й угольной пыли в бункерах. В промышленности уровнемеры применяют для измерения уровня шихты, угля, породы, различных порошкообразных материалов. При измерении уровня сыпучих тел, в частности твердого топлива, необходимо знать характер движения материала в объекте (бункере) и форму объекта. Выбирая технические средства для автоматического контроля уровня, необходимо учитывать возможную взрывоопасность материала, уровень которого подлежит измерению.

Бункера для кускового и пылевидного топлива на ТЭС в большинстве случаев имеют форму усеченной пирамиды с направленной вниз вершиной. Они выполняются из армированного бетона или стали. Такая форма бункера оказывает определенное влияние на характер движения топлива. При высоте бункера 8-10 м слой топлива в нем подвергается достаточно большому горизонтальному сжатию, что вызывает заметное ухудшение его сыпучих свойств. В связи с этим в бункере любой емкости в зоне максимальных давлений возможно появление зависаний и сводообразования. Из-за возможности этих явлений на внутренней поверхности бункера (особенно в зоне максимальных давлений) не должно быть никаких выступов, которые могут искажать характер движения топлива.

Обычно в бункере топливо частично располагается на внутренних стенках в виде слоев различной толщины. По мере срабатывания центральных слоев топлива уменьшается и толщина слоя на стенках бункера. Вследствие этого реальная емкость бункера сокращается на 20-25% по сравнению с номинальной. Размер слоя топлива на стенках зависит от угла наклона стенок бункера, влажности топлива и коэффициента внутреннего трения. Для устранения зависаний топлива в бункере применяют различные обрушивающие устройства.

В бункерах с кусковым топливом за уровень условно принимается низшая точка воронки со стороны крышки бункера. Угольная пыль вследствие высокой текучести располагается в виде более или менее ровного горизонтального слоя, однако при потере угольной пылью текучих свойств и ее слеживании понижение уровня происходит с перекосами, сопровождается образованием воронок, "колодцев" и налипанием слоя пыли на стенках бункера.

Для автоматизации загрузки бункеров или других объектов необходимо как минимум обеспечить с помощью сигнализирующих уровнемеров автоматический контроль наличия материала в двух сечениях по высоте в нижней части каждого бункера - для получения сигнала на включение загрузочных устройств и в верхней части - для получения сигнала на отключение загрузочных устройств.

Для обеспечения большей надежности ведения технологического процесса нередко возникает необходимость в непрерывном контроле уровня в бункерах или в других объектах. В этом случае для дистанционного измерения уровня сыпучих тел в технологических объектах применяют уровнемеры, снабженные вторичными приборами, которые должны иметь контактное устройство для сигнализации предельных значений уровня. Контактное устройство вторичных приборов можно использовать также и для автоматизации загрузки бункеров или других объектов.,

Технические средства, предназначенные для измерения и сигнализации уровня сыпучих тел, подразделяют на электромеханические, электрические, электронные, пневматические, радиоактивные и весовые. В настоящее время номенклатура серийно изготовляемых для применения на ТЭС сигнализаторов и измерителей уровня ограничена, некоторые типы из них внедрены в опытном порядке, но серийно их не выпускают. Уровнемеры радиоактивные, пневматические и весовые на ТЭС распространения не получили.

Сигнализаторы уровня сыпучих тел

Для сигнализации предельных уровней сыпучих тел и автоматизации загрузки бункеров и других емкостей применяют различные типы сигнализирующих устройств.

В химической промышленности находят применение сигнализаторы уровня с чувствительными преобразовательными элементами, воспринимающими давление сыпучих тел, уровень которых контролируется. К этой группе электромеханических устройств относятся сигнализаторы уровня мембранные и маятниковые. В пищевой промышленности применяются мембранные сигнализаторы уровня, выпускаемые серийно и используемые в системах управления подачей муки, зерна и других сыпучих материалов с целью предупреждения аварийного накопления материала в подводящих и отводящих самотеках зерноперерабатывающих машин.

Опыт эксплуатации на ТЭС мембранных сигнализаторов уровня угольной пыли в бункерах показал, что они не обеспечивают надежный контроль уровня вследствие образования на стенках слоев пыли. По этой же причине нельзя рекомендовать для контроля угольной пыли сигнализаторы маятникового типа.

Следует отметить, что для обеспечения надежного контроля и автоматизации загрузки бункеров углем и пылью на ТЭС должны быть созданы более совершенные сигнализаторы уровня.

Приборы для измерения уровня сыпучих тел

Для непрерывного дистанционного измерения уровня сыпучих тел применяют уровнемеры, снабженные вторичными приборами. Из числа рассмотренных выше приборов для дистанционного измерения уровня сыпучих тел с постоянной влажностью применяют электронные емкостные индикаторы уровня ЭИУ-2. Для измерения уровня сыпучих тел выпускают и другие типы емкостных уровнемеров. Отметим, что емкостные приборы на ТЭС не обеспечивают необходимой надежности измерения уровня угля и пыли в бункерах и распространения не получили.

В некоторых отраслях промышленности, в частности химической, находят применение весовые измерители уровня или массы сыпучего материала в бункере. В качестве преобразователя в этих уровнемерах используется мессдоза, которая является опорой одной из лап бункера. Мессдоза имеет стальной корпус с поршнем, герметизированным металлической мембраной. Мессдоза, соединительная линия и внутренняя полость трубчатой пружины манометра заполнены жидкостью. Измеряемое давление в мессдозе манометром равно силе тяжести бункера с находящимся в нем материалом, деленной на площадь поршня.

В весовых уровнемерах кроме мессдозы применяют и более совершенные магнитоупругие преобразователи, которые обеспечивают более высокую точность измерения. Для преобразования силы тяжести бункера с заполняющим его материалом в электрический сигнал магнитоупругие преобразователи устанавливают под опорами его. Действие этих преобразователей основано на изменении магнитной проницаемости стальной пластины преобразователя при упругой механической деформации.

теплотехническое измерение уровнемер погрешность

Принципиальная электрическая схема весового уровнемера для измерения массы материала в бункере с использованием магнитоупругих преобразователей приведена на рис. 20-3-1.

Средства измерений состава газа

Средства измерений, предназначенные для количественного определения состава газа, называются газоанализаторами и газовыми хроматографами. Эти технические средства в зависимости от их назначения подразделяются на переносные и автоматические. Переносные газоанализаторы и хроматографы применяются в лабораторных условиях для количественного определения состава газа при выполнении исследовательских работ, а также при специальных обследованиях, испытаниях и наладке различных промышленных теплотехнических установок (парогенераторов, печей и др.). Приборы этого типа широко используются для проверки автоматических газоанализаторов.

Автоматические газоанализаторы, предназначенные для непрерывного автоматического измерения объемного процентного содержания одного определяемого компонента в газовой смеси, широко применяют в различных отраслях промышленности, в частности энергетической. Современные автоматические газоанализаторы позволяют определять содержание в газовой смеси двуокиси углерода (СО,), кислорода (0 2), окиси углерода и водорода (СО + Н 2), СО, Н 2 , метана (СН 4) и других газов.

Автоматические газоанализаторы широко применяют для контроля процесса горения в топочных устройствах парогенераторов, печей и других агрегатов, для анализа технологических газовых смесей, для определения содержания водорода в системах водородного охлаждения обмоток турбогенераторов и т.д.

Для правильного ведения топочного режима необходимо поддерживать определенное соотношение между количествами подаваемых в топку парогенератора (или печи) топлива и воздуха. Недостаточное количество воздуха приводит к неполному сгоранию топлива и уносу несгоревших продуктов в трубу. Избыточное количество воздуха обеспечивает полное сгорание, но требует больших затрат топлива на нагрев дополнительного объема воздуха. В том и другом случае полезная тепловая отдача топки парогенератора уменьшается. Необходимое соотношение топливо - воздух зависит от различных факторов и в первую очередь от вида топлива. Для различных видов топлива устанавливают оптимальное значение коэффициента избытка воздуха, при котором обеспечивается экономичная работа установки.

Непрерывный контроль топочного режима в эксплуатационных условиях на современных ТЭС осуществляется с помощью автоматических газоанализаторов по содержанию в продуктах горения (дымовых газах) 0 2 . В промышленности и на парогенераторах малой мощности контроль процесса горения осуществляют иногда с помощью анализа продуктов горения на содержание СО 2 . Содержание С0 2 в продуктах полного горения является однозначной функцией избытка воздуха лишь для определенного вида топлива с постоянным составом.

При неполном горении содержание С0 2 в продуктах горения не является однозначной функцией даже при постоянном составе топлива. При сжигании смеси двух видов топлива контроль продуктов горения по С0 2 не может быть осуществлен, так как небольшое изменение в соотношении смеси этих топлив приводит к изменению оптимального значения С0 2

При контроле процесса горения по 0 2 изменения в составе топлива или в количественном соотношении смеси различных видов топлива практически не влияет на содержание 0 2 в продуктах горения. Для контроля топочного режима при сжигании мазута и газа при малых избытках воздуха необходимо применять автоматические газоанализаторы с диапазоном измерения от 0 до 2% 0 2 .

Для большей надежности наряду с содержанием 0 2 в продуктах горения целесообразно контролировать также содержание СО, Н 2 и СН 4 ; желательно дополнительно производить контроль по густоте дыма с помощью дымномера. Контроль густоты дыма необходим также из санитарных соображений для обеспечения чистоты атмосферного воздуха. Однако в настоящее время дымномеры серийно не выпускаются.

Газоанализаторы обычно градуируют в процентах по объему. Такой способ градуировки шкалы газоанализаторов удобен, так как процентная доля отдельных компонентов в общем объеме остается неизменной при изменении давления и температуры газовой смеси.

Газоанализаторы химические

Газоанализаторы химические, относящиеся к группе механических приборов, основаны на измерении сокращения объема забранной пробы газа после удаления анализируемого компонента. Удаление компонента осуществляется методами избирательного поглощения или раздельного дожигания.

Так, например, из забранной пробы газа двуокись углерода поглощается водным раствором едкого кали, обладающим способностью избирательного поглощения С0 2:

КОН + СО 2 = К 2 С0 3 + Н 2 0.

Непоглощенный остаток анализируемого газа поступает в газоизмерительное устройство, где измеряется уменьшение объема, соответствующее поглощенному С0 2 .

Этот метод применяется как в газоанализаторах переносных ручного действия типа ГХП2 и ГХПЗ (ГОСТ 6329-52), называемых часто приборами Орса, так и в автоматических газоанализаторах.

Метод избирательного поглощения в сочетании с методом раздельного дожигания горючих составляющих анализируемой пробы газа дает возможность определить процентное содержание следующих компонентов газовой смеси С0 2 (S0 2) , 0 2 , СО, Н 2 , С m Н n (суммы непредельных углеводородов), суммы метана СН 4 и других предельных углеводородов. Данный метод применяется в переносном газоанализаторе типа ВТИ-2 (ГОСТ 7018-54).

Автоматические химические газоанализаторы в настоящее время на ТЭС не применяются. Основным недостатком этих газоанализаторов является то, что они относятся к приборам периодического действия, дающим 20-30 анализов в час.

Оптические газоанализаторы

Оптические газоанализаторы основаны на использовании зависимости изменения того или иного оптического свойства анализируемой газовой смеси от изменения концентрации измеряемого компонента.

Газоанализаторы, основанные на поглощении инфракрасных лучей, получили широкое применение в различных отраслях промышленности и применяются для определения концентрации окиси углерода (СО), двуокиси углерода (С0 2), метана (СН 4), аммиака (СН 3) в сложных газовых смесях, а также и других газов. Это объясняется тем, что в инфракрасной области спектра газы имеют весьма интенсивные и отличительные друг от друга по положению в спектре полосы поглощения.

Газоанализаторы фотоколориметрические, основанные на поглощении лучей в видимой области спектра, подразделяются на жидкостные и ленточные. Жидкостные газоанализаторы являются приборами с непосредственным (прямым) поглощением излучения определяемым компонентом при взаимодействии анализируемого компонента с жидким реактивом. В газоанализаторах второго типа измеряется светопоглощение поверхностью бумажной или текстильной ленты, предварительно пропитанной или смоченной соответствующим реактивом. Фотоколориметрические газоанализаторы широко применяют для измерения микроконцентрации различных газов в воздушной среде и в сложных газовых смесях. Эти газоанализаторы широко используются также для определения в воздухе токсической концентрации различных газов и паров, вредных для человека. Фотоколориметрические газоанализаторы для определения больших концентраций не применяются. Следует отметить, что фотоколориметрический метод находит широкое применение для анализа жидкостей, в частности для анализа воды на ТЭС.

Спектрофотометрические газоанализаторы, основанные на методе эмиссионного спектрального анализа газовой смеси, используются для анализа аргона, гелия, азота, водорода и кислорода.

Газоанализаторы, основанные на поглощении ультрафиолетовых лучей, применяются в химической, нефтяной и пищевой промышленности. Благодаря высокой чувствительности они широко используются для определения токсических и взрывоопасных концентраций различных газов в воздухе промышленных предприятий. Газоанализаторы этого типа позволяют определять содержание паров ртути, хлора и других газов и паров как в воздушной среде, так и в технологических газовых смесях.

Газовые хроматографы

Газовые хроматографы, предназначенные для количественного анализа газовых смесей, широко используются в качестве лабораторных приборов в различных отраслях промышленности (химической, газовой, нефтехимической, энергетической и др.). В последние годы у нас и за рубежом уделяют большое внимание созданию промышленных газовых хроматографов. Применение этих приборов в химической и нефтехимической промышленности для контроля и автоматизации технологических процессов позволило улучшить сортность продукции и достигнуть большей экономической эффективности.

В энергетике хроматографы лабораторного типа применяют для периодического анализа продуктов горения различных видов топлива, при проведении исследований процесса горения в топочных устройствах и испытаний парогенераторов; хроматографы с дополнительным устройством используются для определения количества водорода, растворенного в воде и паре, а также влажности водорода в системах охлаждения обмоток турбогенераторов.

Хроматографы используются для периодического анализа продуктов горения различных видов топлива в промышленных парогенераторах, печах и других установках. Кроме того, хроматографы могут быть использованы для определения концентрации вредных примесей (СО, СН 4 и др.) в воздухе производственных помещений. Здесь хроматография используется для разделения газовых смесей физическими методами, основанными на распределении одного или нескольких компонентов смеси между двумя фазами. Одна из этих фаз, фиксированная на адсорбенте (поверхности твердого тела или тонкого слоя жидкости), омывается подвижной фазой (газом-носителем вместе с анализируемым газом), движущейся в свободном пространстве, не занятом неподвижной фазой. При этом происходит многократное повторение элементарных актов адсорбции и десорбции. Так как отдельные компоненты газовой смеси поглощаются и удерживаются данным адсорбентом неодинаково, то распределение компонентов между двумя фазами, а вместе с тем и перемещение их относительно друг друга осуществляется в определенной последовательности со скоростью, характерной для каждого компонента. Это позволяет производить поочередное определение концентрации каждого компонента газовой смеси.

Метод хроматографического разделения веществ при помощи адсорбентов впервые был открыт в 1903 г. русским ученым М.С. Цветом и применен им при исследовании пигментов, участвующих в фотосинтезе растении. При проведений исследовании М.С. Цвет имел дело с окрашенными веществами и поэтому используемый им метод разделения он назвал хроматографией. В настоящее же время хроматографические методы применяются для разделения и бесцветных веществ, но наименование методов осталось прежним.

Газовая хроматография как метод качественного и количественного анализа различных веществ получила широкую известность в последние годы. Развитию газовой хроматографии в большой степени способствовал предложенный в 1952 г А. Мартином и А. Джеймсом метод газожидкостной хроматографии.

Хроматография газов подразделяется на газоадсорбционную и газожидкостную.

Газоадсорбционный метод разделения компонентов газовой смеси основан на различной адсорбируемости компонентов твердыми адсорбентами, представляющими собой пористые вещества с большой поверхностью. Адсорбентами, широко применяемыми в газоадсорбционной хроматографии являются активированные угли, силика-гели, алюмогели, молекулярные сита (цеолиты). Используются также и другие адсорбенты, например тонкопористые стекла.

В газожидкостной хроматографии разделение сложных смесей веществ основано на различии растворимости компонентов анализируемой смеси в тонком слое жидкости, нанесенной на поверхности твердого химически инертного носителя. Твердый носитель не участвует непосредственно в адсорбционном процессе, а служит только для создания необходимой поверхности растворителя. Выбор жидкости (неподвижной фазы) определяется природой подлежащих разделению смеси веществ. Для разделения веществ применяют различные жидкости, например вазелиновое масло (смесь жидких парафинов высокой чистоты), силиконовое масло (ДС-200, ДС-703) высококипящее авиационное масло, полиэтиленгликоль различных марок и др. Разновидностью газожидкостной хроматографии является капиллярная газовая хроматография, предложенная в 1957 г.М. Го-леем. В капиллярной хроматографии в качестве твердого носителя неподвижной фазы применяют длинные капиллярные трубки, внутреннюю поверхность которых покрывают тонким равномерным слоем нелетучей жидкости. Капиллярная хроматография обеспечивает более четкое разделение компонентов газовой смеси.

Следует отметить, что в газовой хроматографии в последнее время начинают применять модифицированные адсорбенты. В этом случае подвижной фазой является газ, а неподвижной - твердый адсорбент, модифицированный небольшим количеством жидкости. При применении такого адсорбента разделение компонентов газовой смеси происходит как за счет адсорбции на твердом носителе, так и за счет растворимости в жидкости. Здесь одновременно используются газоадсорбционный и газожидкостный методы.

Хроматографический процесс может быть осуществлен одним из следующих методов: проявительным, фронтальным или вытеснительным. В проявительном методе газоадсорбционной и газожидкостной хроматографии вдоль слоя адсорбента непрерывно протекает несорбирующийся газ-носитель, в поток периодически вводят дозу анализируемой газовой смеси. Этот метод получил широкое применение для аналитических целей. Методы фронтальный и вытеснительный не нашли широкого применения для аналитических целей и рассматриваться не будут.

Кроме указанных методов осуществления хроматографического процесса применяют метод проявительного анализа с программированным повышением температуры по всей длине разделительной колонки. Для анализа микропримесей в инертных по отношению к адсорбенту газах может быть использован термодинамический метод.

В газовой хроматографии в качестве газа-носителя обычно используются гелий, аргон, водород, азот, воздух и другие газы.

Проявительную газоадсорбционную хроматографию широко применяют в энергетике и других отраслях промышленности для разделения смесей низкокипящих веществ, входящих в состав продуктов горения (Н 2 , 0 2 , СО, СН 4 , N 2 и др.); метод газожидкостной хроматографии не обеспечивает хорошего разделения этих веществ из-за их слабой растворимости в жидкой фазе. В последнее время газоадсорбционный метод используется также и для анализа высоко-кипящих веществ и легких углеводородных газов.

Газожидкостная хроматография находит применение для разделения высококипящих веществ, к которым относятся большинство углеводородов. Хроматографические методы позволяют производить анализ газовых смесей, жидких веществ, а также твердых, не растворенных в жидкости веществ. В последнем случае разделительная колонка хроматографа снабжается устройством для испарения анализируемой жидкости.

Методы и технические средства контроля качества воды, пара, конденсата и концентрации растворов

Широкое внедрение в энергетику мощных энергоблоков на высокие и закритические параметры привело к необходимости организации надежного автоматического непрерывного и периодического химического контроля за водным режимом электростанций и работой установок водо - и конденсатоочистки. Возросла также важность вопросов автоматизации процессов водоприготовления.

Применяемые на многих электростанциях ручные методы химического контроля некоторых показателей качества не удовлетворяют современным повышенным требованиям. Эти методы требуют много времени, обладают недостаточной точностью результатов анализа и непригодны для оперативного контроля за водным режимом и автоматизации процессов водоприготовления.

Применение на электростанциях автоматических средств измерений (анализаторов жидкости) повышает надежность химического контроля за показателями качества питательной воды парогенераторов, пара и конденсата и процессами химического обессоливания добавочной воды и очистки конденсата турбин.

Для осуществления контроля за водным режимом электростанций и работой установок очистки воды и конденсата необходимо измерять разнообразные показатели качества отличающихся по химическому составу сред. Эти среды находятся под различным избыточным давлением, имеют различную температуру, отличаются по количеству механических и других примесей. Вследствие этого во многих случаях для снижения давления и температуры, а также для удаления механических примесей или растворенных газов из пробы контролируемой среды необходимо перед первичным преобразователем устанавливать специальные дополнительные устройства. Для отбора представительной пробы среды используют различные пробоотборные устройства. Применение указанных дополнительных устройств позволяет создать для первичных измерительных преобразователей одинаковые нормальные эксплуатационные условия, а вместе с тем повысить точность измерений.

Измерение удельной электропроводности водных растворов

Измерение удельной электропроводности водных растворов получило широкое распространение в лабораторной практике, при автоматическом химическом контроле водного режима паросиловых установок, эффективности работы установок очистки воды и промышленных теплообменных и других установок, а также различных показателей качества, характеризующих химико-технологические процессы.

Технические средства, предназначенные для измерения удельной электропроводимости водных растворов, принято называть кондуктометрическими анализаторами жидкости. Шкалу вторичных приборов кондуктометров жидкости (лабораторных и промышленных) для измерения удельной электропроводности градуируют в единицах сименс на сантиметр (См-см-1) или микросименс на сантиметр (мкСм-см-1). Кондуктометры жидкости, которые применяют в производственных условиях для измерения показателей качества, характеризующих содержание солей в паре, конденсате и питательной воде парогенераторов, обычно называют солемерами. Шкалу вторичных приборов солемеров градуируют (на условное содержание в растворе этих солей) в следующих единицах: миллиграмм на килограмм (мг/кг), микрограмм на килограмм (мкг/кг) или миллиграмм на литр (мг/л) и микрограмм на литр (мкг/л). Кондуктомеры жидкости, используемые для измерения концентрации растворов солей, кислот, щелочей и т.д., называют часто концентратомерами. Шкала вторичных приборов концентратомеров градуируется в процентах значения массовой концентрации. Кондуктометрические анализаторы жидкости используются также и в качестве сигнализаторов.

При повышенных требованиях к показателям качества питательной воды, пара и конденсата необходимо производить измерение малых значений электропроводности, не превышающих 5-6 мкСм-см-1

В конденсате пара и питательной воде парогенераторов кроме небольшого количества солей обычно присутствуют растворенные газы - аммиак (СН 3) и углекислый газ (С0 2) - и гидразин. Наличие растворенных газов и гидразина изменяет электропроводность конденсата и питательной воды, и показания кондуктометра жидкости (солемера) не соответствуют однозначно условному содержанию солей, т.е. значению сухого остатка, полученного путем выпарки конденсата или питательной воды. Это приводит к необходимости внесения поправок в показания прибора или применения дополнительного устройства для удаления из пробы растворенных газов и гидразина.

Дополнительное устройство в виде дегазатора для удаления из пробы растворенных газов не исключает влияния на показания кондуктометрического анализатора гидразина. Применяемый в настоящее время фильтр, заполненный катионитом марки КУ-2, позволяет исключить влияние на показания прибора аммиака и гидразина.

Электродные кондуктометрические преобразователи. Электродные преобразователи, применяемые для измерения электропроводности растворов, изготовляют для лабораторных исследований различных растворов и для технических измерений. Измерения в лабораторных условиях производят на переменном токе. При этом необходимо отметить, что кондуктометрический метод измерения на переменном токе остается общепринятым в повседневной лабораторной практике. Технические измерения электропроводности растворов с использованием электродных преобразователей производят, как правило, на переменном токе с частотой 50 Гц.

Устройство, размеры, а следовательно, и постоянная электродных преобразователей в существенной степени зависят от измеряемого значения электропроводности раствора. В технических измерениях наиболее распространены преобразователи с цилиндрическими коаксиальными и в меньшей степени - с плоскими электродами. Устройство преобразователей с цилиндрическими коаксиальными электродами схематично показано на рис.22-2-2. У преобразователя, представленного на рис.22-2-2, а, наружный цилиндрический электрод является одновременно и корпусом его. Второй преобразователь (рис.22-2-2, б) имеет также цилиндр1 и металлические коаксиальные электроды, но они расположены в стальном его корпусе, к которому приварен один электрод.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

7.5. Индукционные и ультразвуковые расходомеры.

Рассмотренные выше методы измерения количества и расхода жидкости, пара и газа (воздуха) характеризуются тем, что чувствительный элемент приборов находится непосредственно в измеряемой среде, т. е. подвергается механическому и химическому ее воздействию и вызывает непроизводительную потерю давления потока. Непрерывное воздействие измеряемой среды на чувствительный элемент расходомера оказывает с течением времени отрицательное влияние на точность показаний, надежность действия и срок службы прибора.

Для измерения расхода химически агрессивных (кислоты, щелочи), абразивных (пульпы) и других жидкостей, разрушающе действующих на материал соприкасающихся с ними частей расходомера, описанные методы и приборы вообще непригодны.

Существует ряд приборов для измерения расхода, чувствительный элемент которых не имеет непосредственного контакта с измеряемым веществом, что позволяет применять их при агрессивных средах. К числу таких приборов относятся индукционные и ультразвуковые расходомеры.

8. Приборы для измерения количества вещества.

Наиболее точным и распространенным способом измерения количества твердого топлива является взвешивание. Основным прибором, применяемым для этой цели, являются рычажные (коромысловые) весы, определяющие массу взвешиваемого топлива путем сравнения ее с массой калиброванных грузов (гирь).

Типы рычажных весов

Существуют два вида рычажных весов: ручные и автоматические, при этом ручные весы разделяются на гирные, шкальные, циферблатные и смешанные.

9. Определения уровня.

Уровнемеры.

В современных мощных барабанных паровых котлах имеется весьма ограниченный водяной запас (количество воды в пространстве между предельными положениями уровня в барабане), вследствие чего при прекращении питания котла водой уровень в нем может опуститься за нижнюю предельную отметку через 1--2 мин. Отсюда видно, какое большое значение имеет контроль уровня воды в барабане.

Обычно в паровых котлах для наблюдения за уровнем воды применяются указательные стекла, являющиеся частью их арматуры. Крупные котлы ввиду значительной их высоты оснащаются также уровнемерами, устанавливаемыми в пунктах управления работой агрегатов.

Указатели уровня жидкости в резервуарах.

Наиболее простым устройством для измерения уровня жидкости в резервуаре является указательное стекло. Однако при высоком или низком расположении резервуара относительно места наблюдения пользоваться указательным стеклом затруднительно. В таких случаях применяются специальные указатели уровня.

10. Приборы для контроля состава дымовых газов и качества питательной воды, пара и конденсата.

10.1. Контроль состава дымовых газов

На экономичность работы котлоагрегата основное влияние оказывают потери тепла из-за химической неполноты сгорания топлива и с уходящими газами. Размеры этих потерь зависят от расхода воздуха, подводимого в топку котла.

Уменьшение подачи воздуха приводит к возрастанию потерь от химической неполноты сгорания вследствие недостатка кислорода. Каждое топливо для своего сгорания нуждается в определенном количестве воздуха, причем это количество тем больше, чем выше содержание в топливе горючих частей -- углерода и водорода. При полном сгорании углерода образуется двуокись углерода, а при сгорании водорода -- водяной пар. Неполное сгорание углерода связано, с образованием окиси углерода и уменьшением выделения тепла почти в 3 раза.

Увеличение расхода подводимого в топку воздуха вызывает возрастание потери с уходящими газами, так как на нагрев добавочного воздуха бесполезно затрачивается часть тепла. Кроме того, чрезмерная подача воздуха приводит к понижению температуры в топке, что связано с ухудшением условий теплообмена.

Для каждого частного случая, характеризуемого типом котлоагрегата, его нагрузкой и родом сжигаемого топлива, существует экономически наивыгоднейшее соотношение между расходами топлива и воздуха, потребного для сгорания. При этом оптимальном расходе воздуха суммарная потеря тепла от химической неполноты сгорания и с уходящими газами составляет наименьшую величину.

Поддержание оптимального режима работы топки котла требует непрерывного контроля количественного состава дымовых газов, причем наиболее важным является определение содержания в них кислорода или двуокиси углерода, характеризующих достигнутое соотношение между расходами топлива и воздуха.

Приборы для количественного анализа газов называются газоанализаторами. Для определения состава дымовых газов в прибор подается проба газа, отобранная из газохода котла. Содержание в ней отдельных компонентов измеряется газоанализатором объемных единицах, выраженных в процентах общего объема газовой смеси.

При полном сгорании топлива дымовые газы содержат азот (N 2), кислород (О 2), двуокись углерода (СО 2), водяной пар (Н 2 О) и в случае содержания в топливе горючей серы (S) двуокись серы (SО 2). При неполном сгорании в дымовых газах дополнительно появляются горючие газы: окись углерода (СО), водород (Н 2) и метан (СН 4).

Классификация газоанализаторов

Существуют

- ручные;

- автоматические газоанализаторы.

Первые служат для контрольных и лабораторных измерений, а вторые -- для непрерывного анализа газов в промышленных установках.

Ручные газоанализаторы являются переносными контрольными и лабораторными приборами. Благодаря большой точности измерения ими широко пользуются при испытаниях и наладке работы котлоагрегатов, а также для поверки автоматических газоанализаторов.

Автоматические газоанализаторы представляют собой технические приборы. Они выполняются показывающими и самопишущими и имеют дистанционную передачу показаний.

По принципу действия, применяемые на электростанциях газоанализаторы делятся на химические, хроматографические, магнитные и электрические.

Шкалы газоанализаторов градуируются в процентах объемного содержания отдельных компонентов в газовой смеси.

К ручным газоанализаторам относятся переносные химические и хроматографические приборы. Наибольшее применение получили химические газоанализаторы как весьма точные, простые и надежные устройства. В последнее время дли лабораторных измерений во многих отраслях начали использовать хроматографические газоанализаторы, применение которых перспективно и для электростанций. Химические газоанализаторы по своему назначению разделяются на газоанализаторы для сокращенного и полного (общего) анализа газа. Из них особенно широко применяются газоанализаторы для сокращенного анализа.

Химические газоанализаторы производят определение отдельных компонентов газовой смеси путем избирательного поглощения (абсорбции) их соответствующими химическими реактивами. Уменьшение при этом объема газовой смеси характеризует содержание в ней искомого компонента.

10.2. Методы определения качества воды и пара.

Существенное влияние на работу тепловой электростанции оказывает качество потребляемой котлами питательной воды, характеризуемое ее солесодержанием, жесткостью, содержанием растворенного кислорода, концентрацией водородных ионов и рядом других факторов, вызывающих в котлоагрегатах накипеобразование, выпадение шлама и коррозию металла.

Производимый котлами насыщенный пар, несмотря на наличие сепарационных устройств, всегда; содержит некоторое количество влаги. Влажность пара ухудшает его качество, так как вместе с водой уносятся содержащиеся в ней соли, отложение которых на отдельных участках парового тракта вызывает пережог труб пароперегревателей, заедание регулирующих клапанов турбин, понижение мощности и экономичности работы турбоагрегатов вследствие заноса лопаток турбин и т. п.

Для обеспечения надежной и эффективной, работы оборудования электростанции необходим непрерывный контроль качества пара, конденсата и питательной воды. В эксплуатации для этой цели Применяется ряд постоянно действующих измерительных приборов, а именно:

Для определения солесодержания пара, котловой и питательной воды -- солемеры,

- жесткости воды -- жесткомеры,

- концентрации в воде водородных ионов -- концентратомеры (рН-метры).

Определение солесодержания отобранной пробы пара (конденсата) или воды в химической лаборатории электростанции посредством выпаривания 3--5 . л воды с целью получения сухого остатка не может служить в качестве метода эксплуатационного контроля, так как оно отнимает слишком много времени (продолжительность анализа до 2 суток). Трудоемким является также определение лабораторным путем содержания растворенного в воде кислорода и других веществ.

Точность определения солесодержания насыщенного пара, поступающего из котла в пароперегреватель, в сильной степени зависит от метода отбора средней пробы, которая должна наиболее полно характеризовать качество проходящего по трубопроводу пара. Последний имеет неравномерное распределение скоростей и влажности по сечению трубы. Поэтому пароотборное устройство должно производить отбор пробы по всему диаметру паропровода.

Для отбора проб пара применяются пароотборные трубки (зонды) с рядом отверстий по образующей, устанавливаемые горизонтально на прямых вертикальных участках паропровода с нисходящим потоком пара. В виде исключения допускается установка пароотборной трубки на вертикальных участках с восходящим потоком.

На правильность отбора средней пробы оказывают влияние не.только способ установки пароотборной трубки, но и ее устройство, а также размеры паропровода.

Солемеры.

Автоматическое определение солесодержания пара (конденсата) и питательной воды производится кондуктометрическим методом, т.е. путем измерения их электропроводимости.

Электропроводимостью раствора (электролита) называется величина, обратная его электрическому сопротивлению, выражаемая в Ом -1 .

Для определения жесткости воды находит применение фотоколориметрический метод анализа, основанный на измерении силы света, поглощаемого окрашенным раствором. При условии монохроматичности поглощаемого света концентрация растворенных в воде веществ характеризуется ее оптической плотностью Д которая согласно закону Ламберта-Бера равна логарифму отношения сил света до и после поглощения раствором или пропорциональна концентрации окрашенного вещества и толщине слоя раствора. Построенные на фотоколориметрическом методе измерения жесткомеры имеют сравнительно простое устройство, обладают высокой чувствительностью и позволяют измерять небольшие концентрации растворенных в воде солей жесткости. В качестве чувствительного элемента прибора, преобразующего световую энергию в электрическую, служит фоторезистор или фотоэлемент. В жесткомерах обычно используется дифференциальная схема фотоколориметрирования, при которой оптическая плотность исследуемой воды сравнивается с оптической плотностью раствора точно известной концентрации, и на основании предварительной градуировки прибора определяется искомая жесткость воды.

Построенные на фотоколориметрическом методе измерения жесткомеры имеют сравнительно простое устройство, обладают высокой чувствительностью и позволяют измерять небольшие концентрации растворенных в воде солей жесткости. В качестве чувствительного элемента прибора, преобразующего световую энергию в электрическую, служит фоторезистор или фотоэлемент. В жесткомерах обычно используется дифференциальная схема фотоколориметрирования, при которой оптическая плотность исследуемой воды сравнивается с оптической плотностью раствора точно известной концентрации, и на основании предварительной градуировки прибора определяется искомая жесткость воды.

Кислородомеры .

Степень растворимости любого газа в воде зависит от парциального давления его в находящейся над водой газовой среде независимо от присутствия в этой среде других газов. Следовательно, если над поверхностью воды, содержащей растворенный кислород, будет находиться свободная от него газовая атмосфера, то кислород будет выделяться из воды до тех пор, пока не наступит состояние равновесия между концентрациями О 2 в газовой среде и воде. Отсюда чем больше О 2 будет содержаться в воде, тем большее его количество выделится в окружающую газовую среду. Наоборот, при уменьшении концентрации О 2 в воде часть его, ранее выделившаяся, будет вновь поглощаться водой до наступления нового равновесия.

Тема: Вычисление погрешностей измерений и класса точности прибора

1. Общие сведения о точности и погрешностях измерения.

2. Оценка и учет погрешностей.

3. Метрологические характеристики средств измерения.

Литература: С. 13-56.

1. При измерении любой величины, как бы тщательно мы ни производили измерение, не представляется возможным получить свободный от искажения результат. Причины этих искажений могут быть различны. Искажения могут быть вызваны несовершенством применяемых методов измерения, средств измерений, непостоянством условий измерения и рядом других причин. Искажения, которые получаются при всяком измерении, обусловливают погрешность измерения -- отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Погрешность измерения может быть выражена в единицах измеряемой величины, т. е. в виде абсолютной погрешности , которая представляет собой разность между значением, полученным при измерении, и истинным значением измеряемой величины. Погрешность измерения может быть выражена также в виде относительной погрешности измерения, представляющей собой отношение к истинному значению измеряемой величины. Строго говоря, истинное значение измеряемой величины всегда остается неизвестным, можно найти лишь приближенную оценку погрешности измерения.

Погрешность результата измерения дает представление о том, какие цифры в числовом значении величины, полученном в результате измерения, являются сомнительными. Округлять числовое значение результата измерения необходимо в соответствии с числовым разрядом значащей цифры погрешности, т. е. числовое значение результата измерения должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности. При округлении рекомендуется пользоваться правилами приближенных вычислений.

Погрешности измерения в зависимости от характера причин, вызывающих их появление, принято разделять на случайные, систематические и грубые.

Под случайной погрешностью понимают погрешность измерения, изменяющуюся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Они вызываются причинами, которые не могут быть определены при измерении и на которые нельзя оказать влияния. Присутствие случайных погрешностей можно обнаружить лишь при повторении измерений одной и той же величины с одинаковой тщательностью. Если при повторении измерений получаются одинаковые числовые значения, то это указывает не на отсутствие случайных погрешностей, а на недостаточную точность и чувствительность метода или средства измерений.

Случайные погрешности измерений непостоянны по значению и по знаку . Они не могут быть определены в отдельности и вызывают неточность результата измерения. Однако с помощью теории вероятностей и методов статистики случайные погрешности измерений могут быть количественно определены и охарактеризованы в их совокупности, причем тем надежнее, чем больше число проведенных наблюдений.

Под систематической погрешностью понимают погрешность измерения, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же величины. Если систематические погрешности известны, т. е. имеют определенное значение и определенный знак, они могут быть исключены путем внесения поправок.

Поправкой называют значение величины, одноименной с измеряемой, прибавляемое к полученному при измерении значению величины с целью исключения систематической погрешности. Отметим, что поправку, вводимую в показания измерительного прибора, называют поправкой к показанию прибора; поправку, прибавляемую к номинальному значению меры, называют поправкой к значению меры. В некоторых случаях пользуются поправочным множителем, под последним понимают число, на которое умножают результат измерения с целью исключения систематической погрешности. Обычно различают следующие разновидности систематических погрешностей: инструментальные, метода измерений, субъективные, установки, методические.

Под инструментальными погрешностями понимают погрешности измерения, зависящие от погрешностей применяемых средств измерений. При применении средств измерений повышенной точности инструментальные погрешности, вызываемые несовершенством средств измерений, могут быть исключены путем введения поправок. Инструментальные погрешности технических средств измерений не могут быть исключены, так как эти средства измерений при их поверке поправками не снабжаются.

Под погрешностью метода измерений понимают погрешность, происходящую от несовершенства метода измерений. Она возникает сравнительно часто при применении новых методов, а также при применении аппроксимирующих уравнений, представляющих иногда неточное приближение к действительной зависимости величин друг от друга. Погрешность метода измерений должна учитываться при оценке погрешности средства измерений и, в частности, измерительной установки, а иногда и погрешности результата измерений.

Субъективные погрешности (имеющие место при неавтоматических измерениях) вызываются индивидуальными особенностями наблюдателя, например запаздывание или опережение в регистрации момента какого-либо сигнала, неправильная интерполяция при отсчитывании показаний в пределах одного деления шкалы, от параллакса и т. п. Под погрешностью от параллакса понимают составляющую погрешности отсчитывания, происходящую вследствие визирования стрелки, расположенной на некотором расстоянии от поверхности шкалы, в направлении, не перпендикулярном поверхности шкалы.

Погрешности установки возникают вследствие неправильной установки стрелки измерительного прибора на начальную отметку шкалы или небрежной установки средства измерений, например не по отвесу или уровню и т. п.

Методические погрешности измерений представляют собой такие погрешности, которые определяются условиями (или методикой) измерения величины (давления, температуры и т. д. данного объекта) и не зависят от точности применяемых средств измерений. Методическая погрешность может быть вызвана, например, добавочным давлением столба жидкости в соединительной линии, если прибор, измеряющий давление, будет установлен ниже или выше места отбора давления, а при измерении температуры термоэлектрическим термометром в комплекте с измерительным прибором.

При выполнении измерений, особенно точных, необходимо иметь в виду, что систематические погрешности могут значительно исказить результаты измерения. Поэтому прежде чем приступить к измерению, необходимо выяснить все возможные источники систематических погрешностей и принять меры к их исключению или определению. Однако дать исчерпывающие правила для отыскания и исключения систематических погрешностей практически невозможно, так как слишком разнообразны приемы измерения различных величин. Кроме того, при неавтоматических измерениях многое зависит от знаний и опыта экспериментатора. Ниже приведем некоторые общие приемы исключения и выявления систематических погрешностей. Для выявления возможных изменений инструментальных погрешностей вследствие тех или иных неисправностей применяемых средств измерений или их износа и других причин все они должны подвергаться регулярной поверке.

Для исключения погрешностей установки как при точных, так и при технических измерениях необходима тщательная и правильная установка средств измерений. Если же причиной погрешности являются внешние возмущения (температура, движение воздуха, вибрация и т. п.), то их влияние должно быть устранено или учтено.

Под грубой погрешностью измерения понимается погрешность измерения, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях.

При измерении переменной во времени величины результат измерения может оказаться искаженным помимо погрешностей, рассмотренных выше, погрешностью еще одного вида, возникающей только в динамическом режиме и получившей вследствие этого наименование динамической погрешности средства измерений. При измерении переменной во времени величины динамическая погрешность может возникнуть вследствие неправильного выбора средства измерений или несоответствия измерительного прибора условиям измерения. При выборе средства измерений необходимо знать динамические свойства его, а также закон изменения измеряемой величины.

2. Оценка и учет погрешностей при точных измерениях

При выполнении точных измерений пользуются средствами измерений повышенной точности, а вместе с тем применяют и более совершенные методы измерения. Однако, несмотря на это, вследствие неизбежного наличия во всяком измерении случайных погрешностей истинное значение измеряемой величины остается неизвестным и вместо него мы принимаем некоторое среднее арифметическое значение, относительно которого при большом числе измерений, как показывает теория вероятностей и математическая статистика, у нас есть обоснованная уверенность считать, что оно является наилучшим приближением к истинному значению.

Обычно, кроме случайных погрешностей, на точность измерения могут влиять систематические погрешности. Измерения должны проводиться так, чтобы систематических погрешностей не было. В дальнейшем при применении предложений и выводов, вытекающих из теории погрешностей, и обработке результатов наблюдения будем полагать, что ряды измерений не содержат систематических погрешностей, а также из них исключены грубые погрешности.

Способы числового выражения погрешностей средств измерений.

Абсолютная погрешность измерительного прибора определяется разностью между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины. Если? -- абсолютная погрешность, х -- показание прибора, х А -- действительное значение измеряемой величины, то

? = х-х А .

Абсолютная погрешность меры равна разности между номинальным значением меры и действительным значением воспроизводимой ею величины и определяется аналогичной формулой.

Абсолютная погрешность измерительного преобразователя по входу -- разность между значением величины на входе преобразователя, определяемым по действительному значению величины на его выходе с помощью градуировочной характеристики, приписанной преобразователю, и действительным значением величины на входе преобразователя.

Абсолютная погрешность измерительного преобразователя по выходу -- разность между действительным значением величины на выходе преобразователя, отображающей измеряемую величину, и значением величины на выходе, определяемым по действительному значению величины на входе с помощью градуировочной характеристики, приписанной преобразователю.

При оценке качества мер и измерительных приборов иногда применяют относительные погрешности , выражаемые в долях (или процентах) действительного значения измеряемой величины:

Относительную погрешность можно выразить также в долях (или процентах) номинального значения меры или показания прибора.

Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей средств измерений для каждого из классов точности устанавливаются в виде абсолютных или приведенных погрешностей. Основная и дополнительные погрешности выражаются одним и тем же способом.

Абсолютная погрешность выражается:

1)одним значением

где?-- предел допускаемой абсолютной погрешности; а -- постоянное число;

2)в виде зависимости предела допускаемой погрешности от номинального значения, показания или сигнала х, выраженной двухчленной формулой

где b -- постоянное число;

3) в виде таблицы пределов допускаемых погрешностей для разных номинальных значений, показаний или сигналов.

Приведенная погрешность определяется формулой

Поправка. Под поправкой понимают значение величины, одноименной с измеряемой, прибавляемое к полученному при измерении значению величины с целью исключения систематической погрешности.

Поправку, прибавляемую к номинальному значению меры, называют поправкой к значению мер ; поправку, вводимую в показания измерительного прибора, называют поправкой к показанию прибора . Поправка, вводимая в показания прибора х п , дает возможность получить действительное значение измеряемой величины х л .

Если с--поправка, выраженная в единицах измеряемой величины, то согласно определению

т. е. поправка равна абсолютной погрешности измерительного прибора, взятой с обратным знаком.

В некоторых случаях для исключения систематической погрешности пользуются поправочным множителем, представляющим собой число, на которое умножают результат измерения.

При поверке средств измерений поправками снабжаются только образцовые средства измерений, а также рабочие средства измерений повышенной точности. Промышленные (технические) средства измерений при их поверке поправками не снабжаются, так как они предназначены для применения без поправок. Если в результате поверки промышленных средств измерений будет установлено, что их погрешности не выходят за пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей, то они признаются годными к применению.

3. Основные сведения о метрологических характеристиках средств измерений.

При оценке качества и свойств средств измерений большое значение имеет знание их метрологических характеристик, позволяющих выполнить оценку погрешностей при работе как в статическом, так и динамическом режиме.

Класс точности и допускаемые погрешности. Класс точности средств измерений является обобщенной их характеристикой, определяемой пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность. Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Следует иметь в виду, что класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств, так как точность зависит также от метода измерений и условий их выполнения.

Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей средств измерений для каждого из классов точности устанавливаются в виде абсолютных и приведенных погрешностей.

Средствам измерений, пределы допускаемых погрешностей которых выражаются в единицах измеряемой величины, присваиваются классы точности, обозначаемые порядковыми номерами, причем средствам измерений с большим значением допускаемых погрешностей устанавливаются классы большего порядкового номера. В этом случае обозначение класса точности средства измерений не связано со значением предела допускаемой погрешности, т. е. носит условный характер.

Средствам измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых задаются в виде приведенных (относительных) погрешностей, присваивают классы точности, выбираемые из ряда (ГОСТ 13600-68):

К = (1; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0) * 10 n ; n =1; 0; -1; -2...

Конкретные классы точности устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Чем меньше число, обозначающее класс точности средства измерений, тем меньше пределы допускаемой основной погрешности. Классы точности средств измерения, нормируемых по приведенным погрешностям, имеют связь с конкретным значением предела погрешности.

Средства измерений с двумя или более диапазонами (или шкалами) могут иметь два или более классов точности.

Основной погрешностью средства измерений называется погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях. Под пределом допускаемой основной погрешности понимают наибольшую (без учета знака) основную погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению. Эту погрешность для краткости часто называют допускаемой основной погрешностью.

Под нормальными условиями применения средств измерений понимаются условия, при которых влияющие величины (температура окружающего воздуха, барометрическое давление, влажность, напряжение питания, частота тока и т. д.) имеют нормальные значения или находятся в пределах нормальной области значений. Для средств измерений нормальными условиями применения является также определенное пространственное их положение, отсутствие вибрации, внешнего электрического и магнитного поля, кроме земного магнитного поля.

В качестве нормальных значений или нормальной области значений влияющих величин принимают, например, температуру окружающего воздуха 20±5°С (или 20±2°С); барометрическое давление 760±25 мм рт. ст. (101,325±3,3 кПа); напряжение питания 220 В с частотой 50 Гц и т. д. Приведенные в качестве примера нормальные значения или нормальные области значений влияющих величин не для всех средств измерений обязательны. В каждом отдельном случае нормальные значения или нормальные области значений влияющих величин устанавливаются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида, при которых значение допускаемой основной погрешности не превышает установленных пределов.

Указанные нормальные условия применения средств измерений обычно не являются рабочими условиями их применения. Поэтому для каждого вида средств измерений в стандартах или технических условиях устанавливают расширенную область значений влияющей величины, в пределах которой значение дополнительной погрешности (изменение показаний для измерительных приборов) не должно превышать установленных пределов.

В качестве расширенной области значений влияющих величин принимают, например, температуру окружающего воздуха от 5 до 50°С (или от I--50 до +50°С), относительную влажность воздуха от 30 до 80% (или от 30 до 98%), напряжение питания от 187 до 242 В и т. д. В некоторых случаях при нормировании пределов допускаемых дополнительных погрешностей средств измерений дается функциональная зависимость допускаемой дополнительной погрешности от изменения влияющей величины.

Под изменением показаний прибора (дополнительной погрешностью меры, преобразователя по входу или выходу) понимается изменение погрешности прибора (меры, преобразователя) вследствие изменения ее действительного значения, вызванное отклонением одной из влияющих величин от нормального значения или выходом за пределы нормальной области значений.

Под пределом допускаемой дополнительной погрешности (изменением показаний) понимается наибольшая (без учета знака) дополнительная погрешность (изменение показаний), вызываемая изменением влияющей величины в пределах расширенной области, при которой средство измерений может быть признано годным и допущено к применению.

Необходимо отметить, что терминам основная и дополнительная погрешности соответствуют фактические погрешности средств измерений, имеющие место при данных условиях.

Отметим также, что терминам пределы допускаемой дополнительной (или соответственно основной) погрешности соответствуют граничные погрешности, в пределах которых средства измерений по техническим требованиям могут считаться годными и быть допущены к применению. Все пределы допускаемых погрешностей устанавливаются для значений измеряемых величин, лежащих в пределах диапазона измерений прибора, а для измерительных преобразователей I-- в пределах диапазона преобразования.

Следует также отметить, что в рабочих условиях могут иметь место внешние явления, воздействие которых не выражается в непосредственном влиянии на показания прибора или выходной сигнал преобразователя, но они могут явиться причиной порчи и нарушения действия измерительного блока, механизма, преобразователя и т. п., например на приборы и преобразователи могут воздействовать агрессивные газы, пыль, вода и т. д. От воздействия этих факторов приборы и преобразователи защищают с помощью защитных корпусов, чехлов и т. д.

Кроме того, на средства измерений могут воздействовать внешние механические силы (вибрация, тряска и удары), которые могут привести к искажению показаний приборов и невозможности осуществления отсчета во время этих воздействий. Более сильные воздействия могут вызвать порчу или даже разрушение прибора и преобразователя. Измерительные приборы и преобразователи, предназначенные для работы в условиях механических воздействий, различных по интенсивности и другим характеристикам, защищают специальными устройствами от разрушающего действия или усиливают их прочность.

В зависимости от степени защищенности от внешних воздействий и устойчивости к ним приборы и преобразователи подразделяются (ГОСТ 2405-63) на обыкновенные, виброустойчивые, пылезащищенные, брызгозащищенные, герметические, газозащищенные, взрывозащищенные и т. д. Это дает возможность выбирать средства измерений применительно к рабочим условиям.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Понятие измерения в теплотехнике. Числовое значение измеряемой величины. Прямые и косвенные измерения, их методы и средства. Виды погрешностей измерений. Принцип действия стеклянных жидкостных термометров. Измерение уровня жидкостей, типы уровнемеров.

курс лекций , добавлен 18.04.2013


Структурно-классификационная модель единиц, видов и средств измерений. Виды погрешностей, их оценка и обработка в Microsoft Excel. Определение класса точности маршрутизатора, магнитоэлектрического прибора, инфракрасного термометра, портативных весов.

курсовая работа , добавлен 06.04.2015


Понятие о физической величине как одно из общих в физике и метрологии. Единицы измерения физических величин. Нижний и верхний пределы измерений. Возможности и методы измерения физических величин. Реактивный, тензорезистивный и терморезистивный методы.

контрольная работа , добавлен 18.11.2013


Средства обеспечения единства измерений, исторические аспекты метрологии. Измерения механических величин. Определение вязкости, характеристика и внутреннее устройство приборов для ее измерения. Проведение контроля температуры и ее влияние на вязкость.

курсовая работа , добавлен 12.12.2010


Критерии грубых погрешностей. Интервальная оценка среднего квадратического отклонения. Обработка результатов косвенных и прямых видов измерений. Методика расчёта статистических характеристик погрешностей системы измерений. Определение класса точности.

курсовая работа , добавлен 17.05.2015


Суть физической величины, классификация и характеристики ее измерений. Статические и динамические измерения физических величин. Обработка результатов прямых, косвенных и совместных измерений, нормирование формы их представления и оценка неопределенности.

курсовая работа , добавлен 12.03.2013


Классификация средств измерений и определение их погрешностей. Рассмотрение законов Ньютона. Характеристика фундаментальных взаимодействий, сил тяготения и равнодействия. Описание назначений гравиметров, динамометров, прибора для измерения силы сжатия.

курсовая работа , добавлен 28.03.2010


Измерения на основе магниторезистивного, тензорезистивного, терморезистивного и фоторезистивного эффектов. Источники погрешностей, ограничивающих точность измерений. Рассмотрение примеров технических устройств, основанных на резистивном эффекте.

курсовая работа , добавлен 20.05.2015


Прямые и косвенные виды измерения физических величин. Абсолютная, относительная, систематическая, случайная и средняя арифметическая погрешности, среднеквадратичное отклонение результата. Оценка погрешности при вычислениях, произведенных штангенциркулем.

контрольная работа , добавлен 25.12.2010


Определение погрешностей средства измерений, реализация прибора в программной среде National Instruments, Labview. Перечень основных метрологических характеристик средства измерений. Мультиметр Ц4360, его внешний вид. Реализация виртуального прибора.