ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

РАЗДАТОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

 

по курсу

 

«МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА»

 

РАЗДЕЛ 1

 

ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

 

 

Тема 1. Основные сведения об измерениях и средствах измерения

Слайд 2. Основные понятия метрологии

 

Любые измерения являются объектом метроло­гии — науки об измерениях, методах и средствах обеспечения их единст­ва и способах достижения требуемой точности. Метрология представляет собой греческое слово

μετρό + λόγόξ

измерение, мера + учение, слово.

По своей сути метрология является наукой о получении количественной информации опытным путём, то есть экспериментально, посредством измерения. Большинство реальных объектов обладает таким многообразием свойств, что получить количественную информацию о каждом из них невозможно. С помощью средств измерения (СИ) получают количественную информацию о наиболее существенных свойствах объекта. Для сопоставления результатов измерений, выполненных различными СИ в разных местах и в разное время, необходимо обеспечить единство измерений. 

Измерительная техника – это совокупность технических средств, методов и приемов проведения измерений и интерпретации их результатов.

Физической величиной (ФВ) называют свойство, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Объект измерения (ОИ) – это сложное явление или процесс, характеризующийся множеством отдельных параметров объекта, каждый из которых может быть измерен в отдельности. Физическую величину, которая выбрана для измерения, называют измеряемой величиной.  Остальные физические величины называются влияющими.

     Средство измерения (СИ) – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики (МХ), воспроизводящее и (или) хранящее единицу ФВ, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

В результате измерения получают значение ФВ Х, которое представляет собой ее оценку { X } в виде некоторого числа принятых для ее измерения единиц [ X ].

Различают истинное и действительное значения ФВ. Истинное значение ФВ – значение, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Действительное значение ФВ – значение, найденное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному, что может использоваться вместо него. Его получают либо путем многократных измерений, либо наиболее точными на сегодняшний день СИ.

Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основано измерение.

Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

 

ТЕМА 2. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

 

Слайд 23. Преобразователь термо-э.д.с. в унифицированный токовый

Сигнал

 

В основу работы нормирующего преобразователя термо-э.д.с. положен компенсационный метод измерения термо-э.д.с. с использованием схемы потенциометра с переменной силой рабочего тока. Схема состоит из двух контуров: измерительного  контура I и компенсационного контура II. Контур I содержит корректирующий мост КМ, усилитель У₁ с токовым выходом I_вых и резистор R_кн. К контуру I подсоединена термопара AB. Корректирующий мост предназначен для введения автоматической поправки на изменение температуры свободного конца термопары, а также компенсации начальной термо-э.д.с. в преобразователях, нижний предел измерения которых не равен 0 ⁰С. К диагонали ab питания моста подведено стабилизированное напряжение постоянного тока. Резисторы R₁, R₂ и R₃ - манганиновые, резистор R_м – из медного провода. Усилитель У₁  выполняет функции нуль - индикатора. Контур компенсации II включает в себя резистор R_кн и усилитель обратной связи У₂. Этот усилитель аналогичен усилителю У₁, но включен с глубокой отрицательной связью по выходному току усилителя. Выходной ток I_ос усилителя У₂ является рабочим током контура II; при прохождении этого тока по сопротивлению R_кн на нем со стороны контура II создается компенсирующее напряжение U_кн= I_осR_кн.    

Термо-э.д.с., развиваемая термопарой, равна , где θ и  – температуры горячего и холодного концов термопары. Напряжение, снимаемое с измерительной диагонали КМ, равно термо-э.д.с., развиваемой термопарой при температуре окружающей среды: . Таким образом, на один вход усилителя У₁ поступает суммарный сигнал, соответствующий значению термо-э.д.с., приведенному к 0 ⁰С, и равный 

,

а на второй вход - напряжение U_кн. За счет усиленного сигнала небаланса, равного ∆ U = Е_АВ(θ, θ₀) − U_кн, на выходе усилителя У₁ создается ток I_вых, который поступает во внешнюю цепь R_вн и далее в усилитель обратной связи У₂. Выходной ток I_ос этого усилителя, создающий падение напряжения U_кн на резисторе  R_кн, будет изменяться до тех пор , пока небаланс ∆U не достигнет некоторой малой величины δU, называемой статической ошибкой компенсации. Наличие этой ошибки приводит к тому, что в контуре измерения I проходит нескомпенсированный ток (чем больше измеряемая термо-э.д.с., тем больше этот ток).

Исключить эту ошибку в устройствах, выполненных по статической автокомпенсационной схеме, принципиально невозможно, так как выходной ток преобразователя I_вых и ток контура компенсации I_ос определяются наличием этой ошибки и пропорциональны ей. В то же время статическая ошибка автокомпенсационной схемы может быть значительно уменьшена, если использовать усилитель с большим коэффициентом усиления.

Измеряемая термо-э.д.с. E_AB(θ, θ₀) связана с выходным током преобразователя I _вых следующим образом.   Как уже отмечалось, напряжение небаланса на входе У₁

                                .                                  

На выходах усилителей У₁ и У₂ формируются сигналы

                    

                                                                                     

где k₁ и k₂ – коэффициенты усиления усилителей У₁ и У₂; I_вх = ∆ U /R_вх – ток, создаваемый во входной цепи усилителя У₁ сигналом ∆ U ; R_вх – сопротивление входной цепи усилителя У₁. Падение напряжения на резисторе R_кн составит

                                                                    

Выходной ток можно найти как

                                                                             

где  - коэффициент преобразования нормирующего преобразователя; при k₁ → ∞, k = 1/(k₂R_кн). Таким образом, выходной токовый сигнал нормирующего преобразователя пропорционален скорректированному по температуре холодного конца сигналу термопары.

В зависимости от диапазона входного сигнала нормирующие преобразователи, работающие в комплекте с термопарой, имеют классы точности 0,6 - 1,5.

 

ТЕМА 3. ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

 

Слайд 29. Сильфон

 

     Сильфон представляет собой тонкостенную трубку с кольцевыми гофрами на боковой поверхности. Его упругость определяется материалом и толщиной стенки, числом гофр и их кривизной. Сильфоны изготавливают из бронзы, нержавеющей стали и т.д.

Под действием разности давлений сильфон 1, расположенный в плюсовой камере дифманометра, сжимается и кремнийорганическая жидкость, заполняющая внутреннюю полость сильфона 1, частично вытесняется во внутреннюю полость сильфона 2, находящегося в минусовой камере дифманометра. При этом перемещается шток 3, жестко соединенный с дном сильфона 2. Со штоком соединен конец рычага 4, на который насажена стрелка прибора 5 для отсчета показаний по шкале 6. Для увеличения жесткости сильфонов внутри них могут быть установлены винто­вые пружины.  

Сильфоны более чувствительны к изменению давления, чем трубчатые пружины. Поэтому сильфонные манометры применяют для измерения сравнительно небольших разрежений и давлений.

В сильфонных манометрах суммарная жёсткость пружины и сильфона К_М определяется как

 ,                                     

где К_П – жесткость пружины; К_С – жесткость одного гофра; n – число гофр. Противодействующее усилие F_пр, создаваемое пружиной и сильфоном при их сжатии на величину h, равно

.                                

Верхний предел измерений сильфонных манометров – 0,4 МПа.

Сильфоны также применяются в качестве гибких соединений трубопроводов, компенсаторов температурных удлинений, упругих разделителей сред и т. п.

 

Слайд 30. Мембрана

 

Мембраны (или пластинчатые пружины) представляют собой гибкие плоские или гофрированные диски, способные получать прогиб под действием давления. Статическая характеристика плоских мембран изменяется нелинейно с увеличением давления, поэтому в качестве рабочего участка используют небольшую часть возможного хода. Гофрированные мембраны могут применяться при бóльших прогибах, чем плоские, так как имеют значительно меньшую нелинейность характеристики. При этом чем больше глубина гофр, тем линейность статической характеристики выше. Различают упругие и эластичные мембраны. Упругие мембраны выполняются из стали, бронзы, латуни и др. Эластичные мембраны изготавливаются из прорезиненной ткани, тефлона и т.п. и предназначены для измерения малых давлений и разности давлений. Для увеличения перестановочного усилия и уменьшения нелинейности характеристики применяют эластичные мембраны с жестким центром, представляющим собой два металлических диска, закрепленных с двух сторон на мембране.

В мембранных манометрах перестановочное усилие эластичной мембраны

где F_эф – эффективная площадь мембраны (принимается равной

          приблизительно F_общ/3);

D – диаметр мембраны.

Если мембрана имеет жесткий центр, то

где d – диаметр жесткого центра.

 В мембранном манометре мембрана 1 зажимается или приваривается по краю между двумя фланцами 2. Давление, действующее на мембрану, вызывает ее прогиб, в результате которого изогнутый шток 3 совершает вертикальное перемещение. Перемещение штока передается зубчатому сектору 4 и шестерне 5, на оси которой насажена стрелка прибора 6 для отсчета показаний на шкале 7. Прибор устанавливается на технологическом объекте с помощью штуцера 8. 

 В результате кольцеобразного крепления мембраны менее восприимчивы к вибрациям по сравнению с трубчатыми пружинами, однако погрешность показаний при изменениях температуры у них больше. Благодаря опорам для мембран достигается повышенная стойкость к перегрузкам. Покрытия или фольга, наносимые на поверхность мембран обеспечивают защиту от коррозийных измеряемых сред. Широкие соединительные отверстия или открытые соединительные фланцы, а также возможности по промывке делают мембраны особенно пригодными при работе с высоковязкими, загрязненными или кристаллизующимися веществами.

При необходимости получения большого прогиба мембраны соединяются в так называемые мембранные коробки, а также блоки, собранные из нескольких коробок. Манометры с мембранной коробкой особенно пригодны для измерений давления газообразных сред. При измерении атмосферного давления получили распространение гофрированные мембранные коробки, из внутренней полости которых удален воздух.

Верхний предел измерений мембранных манометров – 2,5 МПа.

 

ТЕМА 4. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА

 

ТЕМА 5. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ

 

Газов PIRECL

Горючие углеводородные газы диффундируют через всепогодный экран во внутреннюю измерительную камеру, которая освещается инфракрасным источником. По мере прохождения ИК лучей через наполненную газом камеру лучи с определенной длиной волны поглощаются присутствующим газом, а другие лучи проходят камеру беспрепятственно. Суммарное поглощение ИК излучения определяется концентрацией углеводородного газа. Уровень поглощения измеряется двумя оптическими чувствительными элементами и обрабатывается соответствующими электронными схемами. Изменение в интенсивности поглощенного света (активный сигнал) измеряется по отношению к интенсивности в условиях не поглощенного луча (опорный сигнал). Микропроцессор рассчитывает концентрацию газа и преобразует это значение в сигнал тока на выходе (4…20 мА), который затем передается во внешние системы контроля и оповещения.

 

ТЕМА 8. ИЗМЕРЕНИЕ ВИБРАЦИИ

 

РАЗДАТОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

 

по курсу

 

«МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА»

 

РАЗДЕЛ 1

 

ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

 

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: