Файл: Kурсовая работа по ТИП.doc

Принцип работы пирометров спектрального отношения основан на сравнении интенсивности излучения контролируемого тела в лучах двух заранее выбранных волн. Отношение интенсивностей излучения характеризует температуру тела. Достоинством таких пирометров является независимость их показаний от наличия между излучателем и пирометром частиц, поглощающих излучение. Класс точности пирометра 1,0.

Оптический метод измерения температуры основан на зависимости интенсивности монохроматического (одноцветного) излучения от температуры поверхности тела. Если два тела имеют в одном направлении одинаковую яркость, то, согласно закону монохроматического излучения, они имеют и одинаковую температуру. При измерении температуры этим методом сравнивают яркость (интенсивность излучения) исследуемого тела с яркостью нити лампочки накаливания, расположенной между глазом наблюдателя и телом, температура которого измеряется. Используемый при этом красный светофильтр пропускает излучение только определенной длины волны и срезает коротковолновую часть спектра, обеспечивая восприятие глазом оператора практически монохроматического излучения. Существующие в настоящее время оптические пирометры ОППИР имеют различные модификации с различными пределами измерений. Класс точности оптических пирометров 1,5…4,0.

1.2. Измерение давления

Давление характеризуется силой, равномерно распределенной по поверхности. В системе СИ за единицу давления принят паскаль (Па). Паскаль – давление силы в 1 ньютон на площадь в 1 квадратный метр.

В технических измерениях допускается единица давления килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м²) и внесистемные единицы: килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см²), которую называют технической атмосферой (ат), миллиметр водного столба (мм вод. ст.), миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).

Средства измерения давления классифицируют по виду измеряемого давления и принципу действия. По принципу действия средства измерений давления подразделяются на: жидкостные, поршневые, деформационные, ионизационные, тепловые, электрические. В настоящее время существует большой парк средств измерений давления, позволяющий осуществить измерение давления в диапазоне 10^-12 – 10¹¹ Па.

Принцип действия деформационных средств измерения давления основан на использовании упругой деформации чувствительного элемента (ЧЭ) или развиваемой им силы. Мерой измеряемого давления является деформация ЧЭ или развиваемая им сила. Различают три основных формы ЧЭ, получивших распространение в практике измерений: трубчатые пружины, сильфоны и мембраны.

Измерительные приборы с одновитковой трубчатой пружиной предназначены для измерения избыточного давления и разрежения неагрессивных жидких и газообразных сред. Диапазоны измерений манометров от 0,1 до 10³ МПа. Классы точности приборов: 0,5; 1,0: 1,5; 2,5; 4,0.

---

Измерительные приборы с сильфонным чувствительным элементом предназначены для измерения избыточного давления, разрежения и разности давлений. Верхний предел измерений сильфонных приборов ограничен давлениями 0,025 – 0,4 МПа. Классы точности сильфонных манометров: 1,5; 2,5.

Измерительные приборы с мембранным чувствительным элементом предназначены для измерения атмосферного и избыточного давлений и разряжения. Максимальный диапазон измерений мембранных манометров 0 – 2,5 МПа. Классы точности приборов 1,5 и 2,5.

Используемые в промышленности измерительные преобразователи давления различаются как видов упругого элемента, так и способом преобразования его перемещения или развиваемого им усилия в сигнал измерительной информации. Для преобразования перемещения или деформации чувствительного элемента в сигнал измерительной информации широко применяются индуктивные, дифференциально-трансформаторные, емкостные, тензорезисторные и другие преобразовательные элементы. Преобразование усилия, развиваемого чувствительным элементом, в сигнал измерительной информации осуществляется пьезоэлектрическими элементами.

Индуктивные измерительные преобразователи давления применяются при давлениях до 30 МПа, основная погрешность (0,2 – 5) %, постоянная времени 92,2 – 3)10^-4 с.

Измерительные преобразователи давления дифференциально-трансформаторного (ДТ) типа имеют унифицированный сигнал в виде напряжения переменного тока в диапазоне –1 – 0 - 1 В. Преобразователи давления ДТ-типа работают в комплекте с ДТ вторичными приборами. Классы точности 1,0 и 1,5.

Емкостные измерительные преобразователи давления применяют для измерения давления до 120 МПа. Преобразователи давления данного типа используются для преобразования быстро изменяющихся давлений. Постоянная времени преобразователя 10^-4 с, основная погрешность (0,2 – 5) %.

Тензорезисторные измерительные преобразователи давления представляют собой деформационный чувствительный элемент, чаще всего мембрану, на которую наклеиваются или напыляются тензорезисторы. В основе принципа работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта, суть которого состоит в изменении сопротивления проводников и полупроводников при их деформации. Классы точности тензорезисторных измерительных преобразователе избыточного давления, разряжения и разности давлений 0,6; 1,0; 1,5. Время установления выходного сигнала при скачкообразном изменении измеряемого параметра 0,5 и 2,5 с. Диапазоны измерений: избыточного давления – 0 –10^-3 до 0 – 60 МПа; разряжения – от –1 – 0 до –10 – 0 кПа; абсолютного давления от 0 – 2,5 кПа до 0 – 2,5 МПа; разности давлений- от 0 – 1 кПа до 0 – 2,5 МПа. Тензорезисторный преобразователь избыточного давления от 0 –2,5 кПа до 0 – 100 МПа имеет унифицированные токовые сигналы 0 – 5, 0 – 20, 4 – 20 мА. Классы точности преобразователи 0,25; 0,5; 1.0.

---

В основу работы пьезоэлектрических измерительных преобразователей положено преобразование измеряемого давления в усилие посредством деформационного чувствительного элемента и последующего преобразования этого усилия в сигнал измерительной информации пьезоэлектрическим преобразовательным элементом. Верхние пределы измерений пьезоэлектрических преобразователей давления с кварцевыми чувствительными элементами 2,5 – 100 МПа. Классы точности 1,5; 2,0. Из-за утечки заряда с кварцевых пластин преобразователи давлений этого типа не используются для измерения статических давлений.

Деформационные измерительные преобразователи давления, основанные на методе уравновешивающего преобразования, имеют унифицированные пневматические и электрические выходные сигналы. Отличительной особенностью этих преобразователей является блочный принцип построения с использованием унифицированных преобразователей «сила – давление» или «сила – ток». Классы точности пневматических измерительных преобразователей давления: 0,5; 1,0; 1,5; разности давлений: 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; разряжения: 1,0; 1,5. Классы точности измерительных преобразователей давления, разности давлений, разряжения с унифицированным токовым сигналом: 0,5; 1,0; 1,5.

1.3. Измерение расхода и количества вещества

Для контроля за ходом технологического процесса, для автоматического регулирования процесса и управления им необходимо измерять расход топлива, воздуха, воды, расход исходных материалов и получаемой продукции. Под расходом подразумевают количество материалов, проходящее в единицу времени по каналу, трубопроводу и т.п.

Различают объемный и массовый расход. Под объемным расходом Q_o понимают количество вещества, проходящее в единицу времени через поперечное сечение трубопровода (канала и т.п.) и измеряемое в м³/ч, м³/мин, л/мин, л/с. Под массовым расходом Q_м понимают количество вещества, проходящее в единицу времени через поперечное сечение трубопровода и измеряемое в т/ч, кг/с и т.п.

Приборы для измерения расхода называются расходомерами. В зависимости от метода, принятого для измерения расхода газов, жидкости и пара, различают следующие виды расходомеров:

• расходомеры переменного перепада давления;

• расходомеры постоянного перепада давления;

• расходомеры скоростного напора;

• расходомеры переменного уровня;

• электромагнитные (индукционные) расходомеры;

• ультразвуковые расходомеры.

Для измерения количества вещества, проходящего через поперечное сечение трубопровода или канала за какой-то промежуток времени (сутки, смену, год), применяют счетчики или интегрирующие устройства, встраиваемые в расходомеры. Интегрирующие устройства суммируют мгновенные расходы, измеряя суммарный расход, т.е. количество вещества в кубических метрах, литрах, килограммах.

---

Принцип переменного перепада давления на сужающем устройстве является наиболее распространенным для измерения расхода жидкостей, газов и паров. Это связано со следующими преимуществами:

• простота и надежность;

• легкость серийного изготовления средств измерений практически на любые давления и температуры окружающей среды;

• низкая стоимость;

• возможность измерения практически любых расходов.

В соответствии с принципом переменного перепада давления в трубопровод устанавливают сужающее устройство. При протекании измеряемого потока через отверстие сужающего устройства создается перепад давления до и после сужающего устройства, зависящий от расхода потока. Таким образом, измерив перепад давления дифманометром и зная зависимость между перепадом и расходом, можно определить расход вещества.

В качестве сужающих устройств применяются диафрагмы, стандартные сопла и трубы Вентури. Рекомендации по выбору, расчет и правила применения сужающих устройств приведены в следующих нормативных документах:

• РД 50-213-80. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами;

• РД-50-411-83. Методические указания. Расход жидкостей и газов. Методика выполнения измерений с помощью специальных сужающих устройств.

Расходомеры постоянного перепада давления, называемые также расходомерами обтекания или ротаметрами, предназначены для измерения малых расходов жидкости и газа в трубопроводах диаметром не более 70-100 мм. В этих расходомерах обтекаемое тело ( поплавок, поршень, клапан, шарик и др.) воспринимает со стороны набегающего потока силовое воздействие, которое при возрастании расхода увеличивается и перемещает обтекаемое тело, в результате чего перемещающая сила уменьшается и вновь уравновешивается противодействующей силой. в качестве противодействующей силы служит вес обтекаемого тела при движении потока вертикально снизу вверх или сила противодействующей пружины в случае произвольного направления потока. Выходным сигналом рассматриваемых преобразователей расхода служит перемещение обтекаемого тела.

Расходомеры обтекания имеют несколько разновидностей.

В ротаметрах со стеклянной конической трубкой, предназначенных для измерения газов или прозрачных жидкостей, шкала нанесена непосредственно на внешней стороне стекла.

Для измерения расхода газов жидкостей на технологических потоках применяются ротаметры, снабженные передающими преобразовательными элементами с электрическим или пневматическим выходными сигналом. Класс точности ротаметров с электрическим выходным сигналом в комплекте со вторичным прибором равен 2,5. Ротаметры с выходным пневматическим сигналом 0,02 – 0,1 МПа выпускаются классов точности 1,5 и 2,5.

Правильные показания от ротаметра можно получить только в том случае, если он установлен строго вертикально. в процессе работы ротаметров на внутренних поверхностях, по которым протекает измеряемая жидкость, могут осесть твердые частицы, что вызывает дополнительную погрешность измерений. Поэтому ротаметр необходимо периодически чистить, промывать и продувать.

---

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, пересекающем магнитные силовые линии, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения проводника. Если использовать в качестве проводника поток электропроводящей жидкости, текущей между полюсами магнита и измерить наведенную в жидкости ЭДС, то можно определить скорость потока или объемный расход жидкости.

Электромагнитные расходомеры обладают рядом преимуществ. Прежде всего при измерении объемного расхода жидкости нет необходимости в измерении плотности потока. Кроме того, на показания расходомеров не влияют взвешенные в жидкости частицы и пузырьки газа, а также параметры измеряемого потока жидкости ( давление, температура, вязкость, плотность и т.п.), если они не изменяют ее электропроводности. Такие расходомеры могут применяться в трубопроводах различного диаметра и могут измерять расход агрессивных и абразивных жидкостей.

Электромагнитные расходомеры позволяют проводить измерение без потерь давления, они практически безынерционны и поэтому могут быть использованы при измерении быстро меняющихся потоков.

Выпускаемые в настоящее время электромагнитные расходомеры позволяют измерять расход в широком диапазоне 1 – 2500 м³/ч для трубопроводов с диаметром 10 – 1000 мм при линейной скорости движения 0,6 – 10 м/с. Классы точности расходомеров 1,0 – 2,5.

Электромагнитные расходомеры непригодны для измерения расхода газов, паров и жидкостей с электропроводностью менее 10^-5 – 10^-3 , например нефтепродуктов, спиртов и т.п.

Скоростные счетчики применяют для определения объемного количества измеряемой среды. Чувствительным элементом скоростных счетчиков является аксиальная или тангенциальная турбинка, приводимая во вращение потоком жидкости, протекающем через счетчик. Принцип действия скоростных счетчиков основан на том, что число оборотов турбинки в единицу времени пропорционально скорости потока, омывающего турбинку. Таким образом, измеряя суммарное число оборотов турбинки, можно получать информацию об объемном количестве вещества. Существенным недостатком скоростных счетчиков является зависимость показаний от вязкости измеряемой жидкости.

Счетчики с аксиальной турбинкой изготавливают с диаметрами условного прохода 50 – 300 мм для измерения количества вещества при расходах 3 – 1300 м³/ч, классы точности 1,0; 1,5, 2,0.

Для измерения количества жидкости при малых расходах используются скоростные счетчики с тангенциальными турбинками. В этих счетчиках поток жидкости тангенциально подводится к турбинке и приводит ее во вращение. Счетчики с тангенциальной турбинкой имеют диаметр условного прохода 15 – 40 мм, верхний предел измерений по расходу 3 - 20 м³/ч и классы точности 2,0 – 3,0.

---