Файл: Kурсовая работа по ТИП.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Курганский государственный университет

Кафедра автоматизации производственных процессов

Проектирование информационно-измерительных систем

Методические указания

к выполнению курсовой работы по курсу «Технические измерения и приборы» для студентов очной и заочной формы обучения

специальности 220301.65 «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)»

и направлений 220400.62 «Управление в технических системах» и

220700.62 «Автоматизация технологических процессов и производств»

Курган 2012

Кафедра автоматизации производственных процессов

Дисциплина: «Технические измерения и приборы»

Составили: канд. техн. наук, доцент В.П. Кузнецов

канд. техн. наук, доцент О.В. Дмитриева

Утверждено на заседании кафедры «06» сентября 2012г.

Рекомендовано методическим советом университета «___» ___________ 2012г.

Содержание

Введение ………………………………………………………………...……......	4
1. Краткие сведения о методах измерения технологических параметров………..	4
1.1. Измерение температуры ………………………….…………………...…..…	4
1.2. Измерение давления …………………………………….…………………..	10
1.3. Измерение расхода и количества вещества………………………………	12
1.4. Измерение уровня …………………………………………………………...	15
2. Порядок выполнения курсовой работы……………………………………….	18
3. Оформление курсовой работы…………………………………………………	21
Список литературы	24

Введение

Правильное и эффективное ведение технологических процессов немыслимо без контроля за целым рядом технологических параметров, характеризующих процесс. Контроль тесно связан с измерением технологических параметров, осуществляемым с помощью специальных технических средств. Совокупность технических средств, служащих для выполнения измерений, методов и приемов проведения измерений и интерпретации их результатов, принято определять понятием измерительная техника. В промышленности измерительная техника является неотъемлемой частью технологических процессов, так как используется для получения информации о многочисленных технологических параметрах, определяющих ход процесса. Область измерительной техники, объединяющую измерительные устройства и методы измерений, используемые в технологических процессах, принято определять понятием технологические измерения.

Набор измеряемых параметров, включаемых в технологические измерения, весьма различен для разных отраслей промышленности и во многом зависит от специфики технологических процессов. Измерения давления, температуры, расхода и уровня принято называть теплотехническими измерениями; измерения состава и физико-химических свойств вещества – физико-химическими измерениями, а измерения электрических величин – электрическими измерениями.

---

Краткие сведения об измерениях некоторых технологических параметров приведены в следующих разделах:

1. Краткие сведения о методах измерения технологических параметров

1.1. Измерение температуры

Температурой называется величина, определяющая тепловое состояние вещества или объекта. Измерить температуру вещества непосредственным сравнением с единицей измерения, как измеряют другие физические величины, например, длину, массу, объем, невозможно, так как для измерения температуры не существует образца. Поэтому для измерения температуры обычно используют изменение какого-либо физического свойства тела, зависящего от его температуры и легко поддающегося измерению. При измерении температуры тело, для которого хорошо изучены зависимость его физических свойств от температуры, приводится в соприкосновение с веществом, температуру которого необходимо измерить. В результате соприкосновения через некоторое время наступает тепловое равновесие, и физические свойства тела изменяются. По изменению физических свойств и определяют температуру вещества.

К числу свойств, положенных в основу работы приборов для измерения температуры, относится объемное расширение тел, изменение давления в замкнутом объеме, возникновение термоэлектродвижущей силы, изменение электрического сопротивления проводников и полупроводников, интенсивность излучения нагретых тел и другие. В промышленности широкое применение нашли средства измерения температуры, классификация которых в зависимости от использования термометрического свойства и диапазона измерения, приведена в таблице 1.

Таблица 1

Средства измерения температуры

Термометрическое свойство	Наименование средства	Диапазон измерений, оС
Изменение давления рабочего вещества при постоянном объеме	Манометрические термометры: газовые жидкостные конденсационные	-150…600 -150…600 -50…350
Изменение электрического сопротивления	Металлические термопреобразователи сопротивления	-200…1100
	Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления	-240…300
Термоэлектрический эффект (термо-ЭДС)	Термоэлектрические преобразователи	-200…2200
Тепловое излучение	Пирометры излучения: оптические спектрального отношения радиационные	700…6000 1400…2800 50…3500

Манометрические термометры предназначены для непрерывного дистанционного измерения температуры газов, жидкостей и паров. Принцип действия их основан на изменении давления рабочего вещества в замкнутом объеме термометра при изменении температуры.

Манометрические термометры – достаточно простые устройства, позволяющие осуществлять автоматическую регистрацию измерений и передачу показаний на расстояние. В настоящее время промышленностью выпускаются манометрические термометры с унифицированными пневматическим и электрическим выходными сигналами классов точности 1; 1,5; 2,5. Важное достоинство этих термометров – возможность использования их на взрывоопасных объектах.

---

К их недостаткам относят необходимость частой поверки из-за возможной разгерметизации прибора и сложность ремонта. Периодичность поверки устанавливается не реже одного раза в 6 месяцев. В интервале от –30 до 300 ^оС манометрические термометры поверяют образцовыми ртутными термометрами; в интервале от –60 до -30 ^оC – образцовыми медь-константановыми термометрами и в интервале от 300 до 500 ^оС – платиновыми термометрами сопротивления. При поверке показаний манометрических термометров их вместе с образцовыми термометрами устанавливают в термостат, а затем сравнивают их показания, определяя приведенную погрешность.

Передаточная функция манометрических термометров может быть представлена в виде

, (1)

где Т – постоянная времени; τ- время запаздывания; К – коэффициент передачи.

Значения постоянной времени Т и времени запаздывания приведены в таблице 2.

Таблица 2

Параметры манометрических термометров

Условия определения характеристик	Т, с	,с
Нагрев от 30 до 100 оС в баке с водой Нагрев от 40 до 60 оС в потоке воздуха (скорость 8 м/с)	1 2	8 12

Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Зная зависимость сопротивления от температуры и измерив сопротивление, можно судить о температуре среды, в который помещен этот проводник. В отличие от манометрических термометров термометр сопротивления не показывает температуру, а лишь служит первичным измерительным преобразователем.

Термометры сопротивления работают в комплекте с вторичными электроизмерительными приборами, измеряющими сопротивления термометра и показывающими соответствующую этому сопротивлению температуру.

Промышленностью выпускаются стандартные термометры сопротивления из медной (ТСМ) и платиновой проволоки (ТСП). Платиновые преобразователи сопротивления используются для измерения температуры от –260 до +1100^оС. Медные термопреобразователи сопротивления предназначены для измерения температуры в диапазоне от –50 до +200^оС.

Динамическая характеристика термопреобразователей может быть представлена передаточной функцией вида

. (2)

Значения постоянной времени Т и время запаздывания зависят от размеров защитного чехла и его материала, теплоемкости элементов, находящихся в чехле, а также от условий теплообмена. Так, при скачкообразном нагреве от 30 до 100 ^оС в баке с водой для термопреобразователя со стальным чехлом =8 c и Т=120 c, а для латунного чехла = 3 с и Т=33 с.

В практике технологических измерений температуры с использованием термопреобразователей сопротивления широкое применение нашли мосты (уравновешенные и неуравновешенные), логометры и нормирующие преобразователи. Для точных измерений температуры и метрологической аттестации термопреобразователей сопротивления, проводимых обычно в лабораторных условиях, получили применение потенциометры постоянного тока. Уравновешенные мосты подразделяются на неавтоматические и автоматические. В них используется нулевой метод измерения. С помощью неавтоматических мостов измеряют сопротивления от 0,5 до 10⁷ Ом, в частности производят градуировку термопреобразователей сопротивления и измеряют температуру.

---

Выпускаемые автоматические мосты отличаются друг от друга конструкцией, размерами, точностью измерения и другими техническими характеристиками, однако измерительные схемы отличаются незначительно. Классы точности автоматических мостов равны 0,25: 0,5; 1, а время пробега стрелки всей шкалы 1; 2,5; и 10 с.

Неуравновешенные мосты не требуют уравновешивания тока, проходящего в его измерительной диагонали, и они относительно редко используются для измерения температуры.

Для введения информации, получаемой с помощью термопреобразователя сопротивления, в ЭВМ или систему автоматического регулирования используются нормирующие токовые преобразователи, формирующие на своем выходе сигнал постоянного тока 0…5 мА. Токовый сигнал нормирующего преобразователя пропорционален сопротивлению термопреобразователя сопротивления. Классы точности 0,6…1,5.

Термоэлектрический метод измерения температуры основан на возникновении электродвижущей силы в цепи, состоящей из двух разнородных проводников, при неравенстве температур в местах соединения концов проводников.

Динамические характеристики термоэлектрических преобразователей в общем виде описывается передаточной функцией

. (3)

Значения постоянной времени Т и транспортного запаздывания зависят от конструктивных размеров и используемых материалов защитного чехла. Для выпускаемых термоэлектрических термометров эти величины находятся в пределах Т = 1,5 мин и =9 – 30 с.

В качестве средств измерений, работающих в комплекте с термоэлектрическим преобразователем, используются милливольтметры магнитоэлектрической системы, потенциометры и нормирующие преобразователи.

В промышленности в основном применяются пять стандартных градуировок термоэлектрических преобразователей, характеристики которых приведены в таблице 3.

Таблица 3

Характеристики термоэлектрических преобразователей

Термоэлектрический преобразователь	Диапазон измеряемых температур при длительном измерении, оС	Предельная температура при кратковременном применении, оС	Допустимые отклонения, оС
Хромель-копель	-50…600	800	(2,2-5,8)
Хромель-алюмель	-50…1000	1300	(4.0-9,7)
Платинородий-платина	0…1300	1600	(1,2-3,6)
Платинородий-платинородий	300…1600	1800	(3,2-5,2)
Вольфрамрений-вольфрамрений	0…2200	2500	(5,4-9,7)

Милливольтметры, предназначенные для работы в комплекте с термоэлектрическими преобразователями, по конструктивному исполнению бывают переносными и стационарными (щитовыми). Стационарные милливольтметры имеют только градусную шкалу. Промышленностью выпускаются показывающие, самопишущие и регулирующие милливольтметры классов точности 0,5; 1,0; 1,5; 2,0.

---

Переносные милливольтметры имеют две шкалы (градусную и милливольтовую) или только одну милливольтовую. Эти приборы выполняют как показывающие и имеют классы точности 0,2; 0,5; 1,0.

Принцип действия потенциометров основан на уравновешивания (компенсации) измеряемой ЭДС известным падением напряжения, создаваемым током от дополнительного источника тока. Потенциометры с ручным уравновешиванием имеют высокий класс точности, вплоть до 0.0005. Автоматические потенциометры в зависимости от модификаций выпускаются классов точности 0,25; 0.5; 1,0.

Для введения информации от термоэлектрических преобразователей в ЭВМ или систему автоматического регулирования широко применяются нормирующие измерительные токовые преобразователи. Они предназначены для преобразования естественного выходного сигнала термопреобразователя в унифицированный сигнал постоянного тока 0…5 мА.

Температуру нагретого тела (вещества) можно определить по энергии, излучаемой телом. Тепловое излучение представляет собой процесс распространения внутренней энергии излучаемого тела электромагнитными волнами. Приборы, определяющие температуру тела по его излучению, называются пирометрами. Этими приборами можно измерять температуру тела без непосредственного контакта измерительного прибора с телом, температура которого измеряется.

Бесконтактные методы измерения температуры основаны на законе увеличения интенсивности излучения при возрастании температуры тела. При увеличении температуры нагретого тела изменяется его цвет и возрастает его монохроматическое излучение (излучение определенной длины волны), а также его полное световое и тепловое излучение.

Радиационный метод измерения температуры основан на зависимости интенсивности полного (интегрального) излучения нагретого тела от его температуры. При измерении температуры радиационным методом испускаемые нагретым телом лучи собираются линзой и направляются на чувствительный элемент пирометра. Чувствительным элементом пирометра является миниатюрная термобатарея, состоящая их нескольких последовательно соединенных термопар. В термобатарее энергия, излучаемая поверхностью нагретого тела, преобразуется в электродвижущую силу, по которой судят о температуре.

Классы точности радиационных пирометров 1,0 и 1,5. Постоянная времени этих приборов составляет 0,3…1,5 с. При установки телескопа между ним и объектом не должно быть паров влаги, дыма, пыли и т.д., так как последние поглощают лучистую энергию.

В качестве вторичных приборов, работающих с телескопом, могут применяться милливольтметры, автоматические потенциометры и мосты, если в качестве тепловоспринимающего элемента в телескоп встроен термометр сопротивления. В промышленности используются пирометры с телескопами ТЕРА и ПИРС.

---