Измерение давления. Приборы для измерения давления

 

Единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па). Паскаль — это давление силы в 1 Н на площадь в 1 м² (Н/м²). Измерение давления отечественными приборами произво­дится в кгс/см² (килограмм-сила на сантиметр квадратный) и кгс/м² (килограмм-сила на метр квадратный). При использова­нии для измерения давления жидкостных приборов с видимым мениском применяют в качестве единицы давления миллиметр водяного или ртутного столба.

При измерении давления различают абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давление. Под термином «абсолютное давле­ние» подразумевают полное давление, под которым находится жидкость или газ. Оно равно сумме давлений — избыточного (р_н) и атмосферного (р_а): т.е. избыточное давление равно разности между абсолютным дав­лением, большим атмосферного, и атмосферным давлением.

Под термином «вакуумметрическое давление» (разрежение или вакуум) понимается разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением, меньшим атмосферного:

Устройства для измерения давления и разности (перепада) давлений получили общее название манометры.

Их классифици­руют следующим образом:

¾ барометры — для измерения атмосферного давления;

¾ манометры абсолютного давления — для измерения абсолют­ного давления;

¾ манометры избыточного давления — для измерения избыточ­ного давления;

¾ вакуумметры — для измерения вакуумметрического давления, т.е. давления ниже атмосферного;

¾ напоромеры и тягомеры — для измерения малого (до 40 кПа) избыточного давления и вакуумметрического давления газовых сред;

¾ моновакуумметры — для измерения избыточного и вакууммет­рического давлений одновременно;

¾ тягонапоромеры — для измерения малых (до 40 кПа) давленийи разрежений газовых сред одновременно;

¾ дифференциальные манометры (дифманометры) — для измере­ния разности давлений;

¾ микроманометры — для измерения очень малых давлений и незначительной разности давлений.

Чувствительные элементы всех манометров воспринимают величины давления и вырабатывают сигнал, пропорциональ­ный их разности.

По принципу действия манометры делят на две основные группы: жидкостные и деформационные (с упругими чувстви­тельными элементами).

Жидкостные манометры всех систем заполняются жидкостью таким образом, чтобы над ней образовались две по­лости, воспринимающие давления р_[ и р_г. В этих манометрах ве­личина измеряемого давления определяется по высоте столба жидкости или по силе, образующейся за счет действия давления на поверхность сосудов. К приборам первой группы относятся U-образные (двухтрубные), чашечные (однотрубные) и поплавко­вые манометры, к приборам второй группы — колокольные.

U-образный (двухтрубный) манометр состоит из одной прозрачной трубки, согнутой в виде латинской буквы и (или двух трубок, соединенных в нижней части). Трубки верти­кально укреплены на основании, и по всей их высоте нанесена двусторонняя шкала с нулем посередине. Трубки заливают жид­костью (обычно водой или ртутью, а иногда спиртом или транс­форматорным маслом) до нулевой отметки. При применении U -образный манометр должен устанавливаться вертикально по отвесу. Отсчет производят по разности уровней жидкости Н в обеих трубках, что не всегда удобно. Обычно с помощью U -образного манометра давление, разрежение или разность давлений из­меряют в миллиметрах водяного или ртутного столба. Если отсчет высоты столба жидкости Н по U -образному манометру произво­дят невооруженным глазом, то при цене деления шкалы прибора в 1 мм при отсчете в двух коленах пределы допускаемой основной погрешности измерения давления, разрежения или разности дав­лений не превышают ±2 мм столба рабочей жидкости.

Для увели­чения точности отсчета высоты столба рабочей жидкости U -об­разные приборы снабжают зеркальной шкалой. В этом случае пределы допускаемой основной погрешности показаний не пре­вышают ±1 мм столба рабочей жидкости. Отечественная промыш­ленность выпускает двухтрубные манометры типа ДТ-5 и ДТ-6.

Чашечный (однотрубный) манометр состоит из цилиндрического сосуда и сообщающейся с ним измерительной стеклянной трубки. При этом диаметр сосуда значительно больше диаметра трубки. При измерении давления в объекте его соединяют с атмосферой. При изменении разрежения с объектом соединяют измеритель­ную трубку, а с атмосферой — сосуд. При измерении разности (перепада) давлений большее давление подается в сосуд, а мень­шее — в измерительную трубку.

Отсчет ведут по столбу жидкости только в одной измерительной трубке, что упрощает измерение по сравнению с U -образным манометром. При цене деления шкалы в 1 мм отсчет вы­соты столба может быть произведен с погрешностью, не превышающей ±1 мм столба рабочей жидкости.

Поплавковые манометры работают по принципу рассмотренных выше чашечных манометров. В поплавковом манометре имеются два П-образных сосуда 1 и 2, соединенных труб­кой 3. Большое давление подводится к широкому сосуду, в кото­ром на поверхности рабочей жидкости (ртути или трансформа­торного масла) находится поплавок 4. Перемещение поплавка, зависящее от величины разности (перепада) давленийпередается стрелке отсчетного (П) или регистрирующего (С) устройства прибора.

В колокольных манометрах чувствительным элемен­том является тонкостенный стальной колокол 5, подвешенный на винтовой пружине 6. Колокол свободно плавает в разделительной жидкости (трансформаторное масло), будучи частично погружен­ным в нее. Разделительная жидкость отделяет камеру большого давления («плюсовую») под колоколом от камеры меньшего дав­ления («минусовой») над колоколом. Под действием разности давлений (р_{ -р₂) колокол и кинематически связанная с ним под­вижная часть передающего преобразователя Пр перемещаются до тех пор, пока усилие от приложенной к колоколу разности давле­ний не уравновесится упругими силами винтовой пружины. Пе­ремещение подвижной части передающего преобразователя при­водит к изменению выходного сигнала.

Действие деформационных манометров основано на использова­нии деформации или изгибающего момента упругих чувстви­тельных элементов, воспринимающих измеряемое давление и преобразующих его в перемещение или усилие. Манометры этого типа широко применяют в диапазоне измерений от 50 Па (5 кгс/м²) до 1000 МПа (10000 кгс/м²). Они выпускаются в виде тягомеров, напоромеров, манометров, вакуумметров. В качестве упругих чув­ствительных элементов в них используются трубчатые пружины, мембраны и сильфоны.

Одними из наиболее распространенных в практике измерений давления являются трубчато-пружинные манометры с одновитковой трубчатой пружиной. Трубчатая пружина пред­ставляет собой изогнутую трубку, имеющую эллиптическое или плоскоовальное поперечное сечение (такие пружины называют трубками Бурдона). Один конец трубчатой пружины, сообща­ющийся с измеряемой средой, закрепляют неподвижно, а другой –с вободный, закрытый пробкой и запаянный, соединяют с меха­низмом показаний прибора, передающим преобразователем или другим устройством. Под действием внутреннего давления пру­жина стремится уменьшить свою кривизну, вследствие чего ее свободный (запаянный) конец перемещается. Это перемещение передается на отсчетное или регистрирующее устройство манометра либо воспринимается передающим преобразователем.

Некоторые модификации манометров снабжены контактном устройством, срабатывающим при достижении измеряемой величиной заданного значения. Такие приборы называют электроконтактными манометрами.

В мембранных манометрах упругий чувствительный элемент выполняется в виде мембранной коробки, состоящей из двух спаянных по периметру дисковых металлических гофри­рованных мембран. Внутренняя полость коробки сообщается со средой с большим давлением. Под воздействием разности атмо­сферного и измеряемого давлений мембранная коробка сжимаемся или разжимается, что передается стрелке отсчетного устройства манометра П.

В сильфонных манометрах упругий чувствительный элемент выполнен в виде сильфона, представляющего собой гофрированную тонкостенную металлическую трубку, открытую с одной стороны. Сильфон помещается в камеру 2, в которую подводится измеряемое давление. Изменение величины этого давления вызывает упругую деформацию сильфона и находя­щейся в нем винтовой пружины 3. Перемещение дна сильфона передается регистрирующему устройству прибора С.

У мембранного дифманометра упругим чувствительным элементом является мембранный блок, состоящий из двух заполненных дистиллированной водой мембранных коробок и, закрепленных с обеих сторон в основании 2, которое с верхней и нижней крышками корпуса образует две камеры: нижнюю — плюсовую и верхнюю — минусовую Внутренние полости мембранных коробок сообщаются через отверстие в перегородке. Большее давление подводится к нижней камере, а меньшее — к верхней. Под действием разности давлений нижняя мембранная коробка сжимается, вытесняя находящуюся в ней воду в верхнюю коробку 3. Последняя расширяется, что воспринимается передающим преобразователем Пр.

У сильфонного дифманометра типа чувстви­тельный элемент состоит из расположенных на общем основании двух сильфонов 8 и 10, донышки которых жестко связаны штоком 9, а внутренние полости заполнены жидкостью. Под действием разности давлений сильфоны начинают деформироваться, вызывая перемещение штока, кинемати­чески связанного с компенсационным преобразователем Пр.

 

1.2.3 Измерение расхода. Приборы для измерения расхода

 

Расход вещества определяется его количеством, проходящим в единицу времени через данное сечение канала (напри­мер, трубопровода). Различают массовый расход и объемный расход.

Массовый расход определяют как массу вещества, проходя­щего через поперечное сечение потока в единицу времени. В системе СИ единицей массового расхода является килограмм в се­кунду (кг/с), равный массовому расходу, при котором через опре­деленное сечение за время 1 с равномерно перемещается вещество массой 1 кг.

Объемный расход определяют как объемное количество ве­щества в м³, проходящее через сечение потока в единицу времени. В системе СИ единицей объемного расхода является кубический метр в секунду (м³/с), равный объемному расходу, при котором через определенное сечение за время 1 с равномерно перемеща­йся вещество объемом 1 м³.

Внесистемными единицами, широко распространенными на практике, для массового расхода служат килограмм в час (кг/ч) и тонна в час (т/ч), а для объемного — кубический метр в минуту (м³/мин), кубический метр в час (м³/ч), мир в секунду (л/с), литр в минуту (л/мин) и литр в час (л/ч). Соотношения между единицами расхода следующие: массовый — 1 кг/с = 3,60 • 10³ кг/ч = 3,60 т/ч; объемный - 1 м³/с = 60 м³/мин = 3,60 • 10³ м³/ч = 10³ л/с = 1,60-10³л/ч.

Для получения сравнимых результатов измерений объемный расход газа приводят к нормальным условиям, которыми при про­мышленных измерениях считаются: температура; давление р_ном = 101 325 Па (1,0332 кгс/см²); относительная влажность.

Объемный расход газа, приведенный к нормальному состо­янию, обозначают через О_ном и выражают в м³/ч.

Для перевода массового расхода в объемный и объемного в массовый используют выражения

 

 

где р — плотность вещества, кг/м³.

Устройство для измерения количества вещества, протека­ющего через сечение трубопровода за некоторый промежуток времени (смену, сутки и т.д), называют счетчиком количества. При этом количество вещества определяется как разность двух показаний счетчика — в начале и в конце этого промежутка. По­казания счетчика выражаются в единицах объема, а иногда - в единицах массы.

Устройство для измерения расхода, т.е. количества вещества, протекающего через данное сечение трубопровода в единицу вре­мени — час (ч), называют расходомером, а для измерения расхода и количества вещества одновременно — расходомером со счетчи­ком. Счетчики (интегрирующие устройства) могут быть встроены практически во все приборы, измеряющие расход.

Для измерения расхода и количества жидкостей и воздуха применяют расходомеры, которые можно разделить на следу­ющие группы: переменного перепада давления в сужающем устройстве; постоянного перепада давления (обтекания); элект­ромагнитные и переменного уровня. При напорном движении из меряемой среды, когда поток со всех сторон ограничен жесткими стенками, применяют первые две группы расходомеров.

Работа расходомеров переменного перепада давления основана на зависимости перепада давления, создаваемого установленным в трубопроводе неподвижным сужающим устройством, от расхода вещества. Принцип измерения по методу переменного перепада давления основан на известном в физике принципе неразрыв­ности установившегося движения жидкости.

Согласно принципу неразрывности поток протекающего в трубопроводе вещества во всех сечениях одинаков, следовательно, в один и тот же момент протекают одинаковые количества этого) вещества. Если на каком-то участке сечение сужается, то в этом месте скорость потока должна возрасти.

Согласно уравнению Бернулли устанавливается постоянство суммы удельных кинетической (скорость) и потенциальной (давле­ние) энергии в любом сечении потока. Следовательно, увеличение скорости вызывает уменьшение статического давления. Сужа­ющее устройство выполняет функции первичного преобразова­ния и создает в трубопроводе местное сужение, вследствие чего при протекании через него вещества скорость в суженном сече­нии повышается по сравнению со скоростью потока до сужения. Увеличение скорости, а следовательно и кинетической энергии, вызывает уменьшение потенциальной энергии потока в сужен­ном сечении. Соответственно, статическое давление в суженном сечении будет меньше, чем в сечении до сужающего устройства.

Таким образом, при протекании вещества через сужающее устройство создается перепад давления, зависящий от скорости потока и, значит, расхода среды. Следовательно, перепад давления, создаваемый сужающим устройством, может служить мерой расхода вещества, а численное значение этого расхода может быть определено по перепаду давления Др, измеренному дифманометром. В качестве сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов и пара применяют стан­дартные и нестандартные устройства.

К стандартным (нормализованным сужающим устройствам) относятся диафрагмы, сопла, сопла и трубы Вентури, удовлетворя­ющие требованиям «Правил измерения расходов газов и жидкос­тей стандартными сужающими устройствами РД 50-213-80» и применяющиеся для измерения расхода веществ без их индивиду­альной градуировки. К нестандартным сужающим устройствам относятся сегментные диафрагмы, диафрагмы с коническим входом, сопла с профилем «четверть круга» и другие, применяемые в особых случаях (например, для загрязненных сточных вод и их осадков) и требующие индивидуальной градуировки, так как на их использо­вание нет утвержденных норм.

Диафрагма представляет собой тонкий плоский диск с круглым отверстием, центр которого лежит на оси трубы. Отверстие имеет цилиндрическую и конусную части. Диафрагма всегда устанавливается цилиндрической частью (острой кромкой) против потока измеряемой среды. Сужение потока начинается до диафрагмы, и на некотором расстоянии за ней поток достигает минимального сечения. Затем поток посте­пенно расширяется до полного сечения трубопровода. Кривая, характеризующая распределение давлений вдоль стенки трубо­провода, представлена сплошной линией, а кривая распределения давлений по оси трубопровода — штрихпунктирной линией. Как видно, давление за диафрагмой полностью не восстанавливается.

При протекании вещества через диафрагму за ней в углах об­разуется «мертвая зона», в которой вследствие разности давлений возникает обратное движение жидкости, называемое вторичным потоком. Двигаясь в противоположных направлениях, струйки основного и вторичного потоков вследствие вязкости среды свер­тываются в виде вихрей. На вихреобразование за диафрагмой за­трачивается значительная часть энергии, а следовательно, имеет место и значительная потеря давления. Измерение направления струек перед диафрагмой и сжатие струи после нее на величину давления оказывают незначительное влияние. Отбор давлений р_{ и р_г производится через расположенные непосредственно до и после диска диафрагмы два отдельных отверстия 2 (или специальные камеры), к которым подключают импульсные соединитель­ные линии, идущие к измерительному прибору.

Сопло представляет собой насадку с круглым кон­центрическим отверстием, имеющим плавно сужающуюся часть на входе и развитую цилиндрическую часть на выходе. Профиль сопла обеспечивает достаточно полное сжатие струи, поэтому площадь (сечение) цилиндрической части сопла может быть при­нята равной наименьшему сечению струи Вихреобразование за соплом вызывает меньшую потерю энергии, чем у диа­фрагмы. Отбор давлений р_{ и р_г осуществляется так же, как и у диафрагмы.

Сопло Вентури конструктивно состоит из цилинд­рического входного участка, плавно сужающейся части, перехо­дящей в короткий цилиндрический участок, и из расширяющейся конической части — диффузора. При такой форме сужающего устройства в основном благодаря наличию выходного диффузора потеря давления значительно меньше, чем у диафрагмы и сопла. Отбор давлений р1, и р₂ осуществляется с помощью двух кольце­вых камер, каждая из которых соединена с внутренней полостью сопла Вентури группой равномерно расположенных по окруж­ности отверстий. Труба Вентури отличается от сопла Вентури тем, что входной цилиндрический участок переходит во входной ко­нус, затем идут короткий участок (горловина) и диффузор.

Принцип измерения расхода вещества по перепаду давления, создаваемому сужающим устройством, и основные уравнения одинаковы для всех типов сужающих устройств, различны лишь некоторые коэффициенты в этих уравнениях, определяемые экс­периментальным путем.

В расходомерах постоянного перепада давления, называем расходомерами обтекания, чувствительным элементом (является поплавок 7, воспринимающий динамическое давление обтекающего его потока. Принцип действия таких расходомеров заключается в том, что при движении измеряемой среды снизу вверх чувствительный элемент (поплавок) перемещается, изменяя площадь проходного отверстия, до тех пор, пока вертикальная составляющая силы, действующей на поплавок, не уравновесится его весом. При этом разность давлений на чувствительный элемент (перепад давления по обе стороны поплавка) останется постоянной. Таким образом, противодействующей силой в расходомерах этого вида является сила тяжести чувствительного элемента, выполняемого в виде поплавка.

Расходомер постоянного перепада давления с поплавком 1, переме­няющимся вдоль длинной конической рубки 2, называется ротаметром. Трубка ротаметров для местного измерения расхода исполняется из стекла или металла, а значение расхода отсчитывается непосредственно по шкале, нанесенной на ее стенке (соответственно ротаметры стеклянные типа РС и металлические типа РМ). У ротаметров с дистанционной передачей поплавок связан передающим преобразователем (пневматическим или электрическим).

Магнитное поле электромагнитного расходомера типа ИР внутри участка трубы Л выполненной из немагнитного материала и покрытой изнутри электроизоляционным слоем, со­здается электромагнитом 2. В пересекающей магнитное поле жид­кости наводится ЭДС. В одном поперечном сечении трубопро­вода диаметрально противоположно установлены два электрода 3. Снимаемая с них разность потенциалов подается на вход проме­жуточного преобразователя Пр, где преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный расходу. Электромагнитные расходо­меры могут применяться на жидкостях с удельной электрической проводимостью не менее 10~³ см/м. Отсутствие в измерительном канале каких-либо сужающих устройств и движущихся деталей позволяет измерять расходы как однородных жидкостей, так и суспензий и пульп, твердая фаза которых не содержит феромагнитных частиц.

Принцип действия щелевых расходомеров переменного уровня со сливом типа ЩРП основан на зависимости уровня жидкости над сливной стенкой 5 от ее объемного расхода.

Расходомер состоит из расходомерной емкости и уровнемера, являющегося измерительным преобразователем расхода. К расходомерной емкости 6 суспензия подводится по патрубку 4, и отводится в сливную коробку через отверстие 8. Для измерения высоты суспензии А используются поплавковые, пьезометрические и электроконтактные уровнемеры.

Для измерения количества вещества в СТОЗ применяют тахометрические счетчики количества, состоящие из тахометрического преобразователя расхода и счетного суммирующего механизма.

Тахометрическим преобразователем расхода называют первич­ный преобразователь, в котором скорость движения чувствитель­ного элемента, взаимодействующего с потоком вещества, про­порциональна объемному расходу. По принципу действия тахометрические счетчики разделяют на скоростные и объемные.

В скоростных счетчиках (типа УВК, ВК, МС) в качестве рабо­чего элемента применяют вертушки (крыльчатки, турбинки или другие тела) с вертикальной или горизонтальной осью вращения. Под действием потока вещества вертушка 4 на опорном типе совершает непрерывное вращательное движение с угловой скоростью, пропорциональной скорости потока, а следовательно, и расходу. Число оборотов вращающегося элемента суммируется счетным механизмом 7, с которым вертушка соединяется с по­мощью передаточного механизма (редуктора) 5. Редуктор и счет­ный механизм соединены между собой осью с сальниковым уплотнением 6. Счетный механизм отделен от проточной части прибора герметичной перегородкой, в которой установлен сальник передаточной оси 8. На входном патрубке счетчика устанавлива­ются металлическая сетка /, предохраняющая прибор от попадания в него посторонних тел, и струевыпрямитель 2.

В объемных счетчиках вещество измеряется отдельными рав­ными по объему дозами. В поршневом счетчике жид­кость из трубы 1 через распределительный четырехходовой клапан 2 поступает под поршень 3 и поднимает его. Поршень, пере­мещаясь вверх, вытесняет жидкость, находящуюся в верхней милости цилиндра, через распределительный клапан в трубу 4. Когда поршень достигнет верхнего крайнего положения, четырехходовой кран, связанный специальным механизмом 5 со штоком поршня, перемещается в новое положение. Вследствие этого жидкость из трубы будет поступать в верхнюю полость цилиндра, поршень начинает перемещаться вниз и из нижней полости жидкость вытесняется через четырехходовой кран и трубу 4. С момента достижения поршнем край­него положения цикл повторяется.

Число доз за определенный промежуток времени суммируется счетным механизмом, связанным со штоком поршня с помощью передаточного механизма, а количество жидкости, равное сумме объемов протекших доз, показывается счетным указателем. Для измерения объемного расхода и учета объем­ного количества газа используются счетчики типа «Тургас», со­стоящие из турбинного преобразователя (датчика) объемного расхода ПРГ и электронного блока измерения.

 

Измерение уровня жидкостей

 

При автоматизации СТОЗ широко применяются тех­нические средства для непрерывного измерения уровня (уровнемеры) и устройства для сигнализации предельных уровней (сигнализаторы уровня, реле уровня). Уровень измеряется и метрах (м) и милли­метрах (мм).

Для измерения и регулирования уровня применяются при­боры, основанные на разных принципах действия:

¾ дифманометры-уровнемеры,

¾ пьезометрические,

¾ поплавковые

¾ емкостные уровнемеры.

 

Если дистанционная передача показаний не требу­ется, то уровень жидкости с достаточной точностью и надеж­ностью можно измерять или показывающими дифманометрами, принцип действия которых описан выше, или с помощью указа­тельных стекол. Измерение уровня жидкости указательными стеклами основано на принципе действия сообщающихся сосу­дов.

Принцип действия поплавковых (буйковых) уровнемеров осно­ван на использовании выталкивающей силы, действующей на поплавок, погруженный в жидкость. Чувствительным эле­ментом таких уровнемеров (является поплавок, плавающий на поверхности жидкости. Перемещение поплавка, вызванное изменением уровня, воспринимается предающим преобразователем Пр. Следует иметь в виду, что при использовании поплавковых уровнемеров на средах, склонных к налипанию, по­является дополнительная погрешность, связанная с изменением массы поплавков, что приводит к изменению глубины погруже­ния и ограничивает их применение.

Емкостные уровнемеры широко применяют для сигнализации и дистанционного измерения уровня жидких и сыпучих сред. Принцип действия этих приборов основан на измерении элект­рической емкости, величина которой зависит от уровня контро­лируемой среды.

Для электропроводных сред используют первичные преобра­зователи с одним электродом 2, покрытым слоем изо­ляции 3. Вторым электродом является измеряемая среда. При из­менении уровня меняется величина поверхности обкладки кон­денсатора, образованного электродом и измеряемой средой, что приводит к изменению его емкости пропорционально изменению контролируемого уровня. Измерение емкости и преобразование ее в пропорциональный изменению уровня выходной сигнал осу­ществляется промежуточным преобразователем Пр, содержащим индуктивно-емкостный мост. Электрический контакт контроли­руемой среды с измерительной схемой достигается путем заземле­ния одного из входов измерительной схемы и стенок резервуара в котором находится контролируемая среда.

Для измерения уровня неэлектропроводных сред применяют первичный преобразователь с двумя неизолирован­ными электродами 2 (одним из электродов могут быть стенки резервуара). Для каждого значения уровня среды в резервуаре ем­кость первичного преобразователя определяется как емкость из двух параллельно соединенных конденсаторов: один образован частью электродов преобразователя и средой, уровень которой измеряется, а второй — остальной частью электродов преобразо­вателя и воздухом. При повышении уровня, например, происходит замещение воздуха в пространстве между электродами и измеря­емой средой, обладающей существенно отличающейся диэлектрической проницаемостью. В результате этого меняется емкость преобразователя между электродами.

Широко распространены сигнализаторы уровня (электроконтактные и емкостные устройства для сигнализации уровня среды). Принцип действия электроконтактных сигнализаторов уровня основан на замыкании электрической цепи между электро­дами датчика или электродом и стенкой емкости при их соприкос­новении с поверхностью электропроводящей среды. Электроды необходимой длины устанавливают вертикально или горизон­тально на емкостях, в которых необходимо контролировать уро­вень среды.

 

1.2.5 Измерение относительной влажности воздуха. При­боры для измерения относительной влажности.

Относительная влажность является одним из основных па­раметров, характеризующих состояние воздуха. Для ее опреде­ления применяют различные методы: психрометрический, гигроскопический, электролитический, метод точки росы и весовой. Наибольшее распространение в санитарной технике получили первые три метода.

Психрометрический метод определения относительной влажности воздуха является наиболее простым и надежным.

Он основан на зависимости испарения воды от влажности воздуха. ­Если поместить сосуд с водой в достаточно большой объем насыщенного воздуха, то через некоторое время температура ­воды достигнет определенного значения, причем она будет всегда ниже температуры воздуха и тем ниже, чем меньше его относительная влажность. Приборы для измерения относительной влажности, действие которых основано на психрометрическом эффекте, называют психрометрами.

Психрометр состоит из двух одинаковых термометров, укрепленных на деревянной или пластмассовой планке.

Между термометрами закреплен стеклянный резервуар, заполненный дистиллированной водой. Чувствительный Элемент одного из термометров обернут батистом, свободный конец которого опущен в воду. Такой термометр принято называть мокрым, второй термометр называют сухим.

 

 

 

По капиллярам батиста вода поднимается вверх и весь батист, окружаю­щий чувствительный элемент термометра, пропитывается водой. Показания мокрого термометра за счет испарения воды с по­верхности батиста всегда ниже показаний сухого. Разность по­казаний сухого и мокрого термометров, называется психромет­рической разностью. Она тем больше, чем суше воздух, т. е. ниже его относительная влажность. Величина относительной влажности находится с помощью психрометрических таблиц по показаниям сухого и мокрого термометров. По психрометру Августа невозможно получить точные значения относительной влажности воздуха, так как чувствительные элементы термо­метров не защищены от лучистого тепла.

Более совершенным прибором для определения относитель­ной влажности воздуха является аспирационный психрометр Ассмана. Оба термометра прибора заключены в металлические трубки, через которые просасывается воздух со скоростью 2,5-З м/с. Для создания движения воздуха в корпус психрометра вмонтирован вентилятор, приводимый в движение пружиной или электродвигателем. Поверхность трубок для за­щиты термометров от лучистого тепла никелирована. В осталь­ном устройство аспирационного психрометра не отличается от устройства психрометра Августа.

Гигроскопический метод основан на способности некоторых материалов приводить свою влажность в равновесное состояние с влажностью воздуха. Изменение влажности гигроскопических материалов сопровождается изменением их размеров. Из при­боров для измерения относительной влажности воздуха, дейст­вие которых основано на гигроскопическом методе, наиболее распространенным является волосяной гигрометр. Чувствительным элементом этого прибора является обезжирен­ный человеческий волос, один конец которого закреплен непод­вижно, а другой обвернут вокруг нижнего валика и натянут грузом. При изменении относительной влажности воздуха пучок волос удлиняется или укорачивается, приводя в движение стрел­ку, которая указывает на шкале значение относительной влаж­ности.

В санитарной технике широкое распространение получил са­мопишущий прибор для измерения относительной влажности воздуха - гигрограф. Устройство гигрографа аналогично устрой­ству термографа, за исключением чувствительной части. Чув­ствительная часть гигрографа представляет собой пучок обезжи­ренных человеческих волос или круглую мембрану, изготовлен­ную из специально обработанной гигроскопической пленки. Изменение длины пучка волос или прогиба мембраны, вызван­ное изменением относительной влажности воздуха, преобразу­ется с помощью передаточного механизма в перемещение стрелки с пером по диаграммной ленте.

В последнее время для измерения относительной влажности воздуха стали широко использовать электро­литические гигрометры. Принцип действия электролитических датчиков влажности осно­ван на зависимости электрических свойств чувствительного элемента от влажности воз­духа. Датчики по принципу действия и конст­руктивному исполнению подразделяются на подогревные и неподогревные (наиболее рас­пространенные).

Неподогревный эле­ктролитический датчик, представляет со­бой полый цилиндр из органического стекла или полистирола, на котором намотан элек­трод - провод из платины, никеля или сереб­ра, покрытый горячим раствором солей, со­держащих литий. При изменении относитель­ной влажности окружающего воздуха меняется межвитковое сопротивление элек­тролитической пленки между электродатчиками, что и воспринимается измерительным мостом.

Кроме электролитических датчиков для измерения относи­тельной влажности воздуха применяются пьезосорбционные датчики. Влагочувствительным элементом такого датчика служит калиброванный кварц, покрытый полиамидной пленкой. При из­менении относительной влажности изменяется напряжение датчика, которое и воспринимается измерительным прибором.

Управление системами СТОЗ

Основные понятия об управлении. Виды управления. Основные понятия регулирования

 

 

В общем случае под автоматизацией понимают при­менение технических средств и систем управления, частично или полностью освобождающих человека от непосредственного учас­тия в процессах получения, преобразования, передачи или ис­пользования энергии, материалов или информации. Цель автома­тизации — повышение производительности и эффективности труда, улучшение качества продукции, устранение человека от ра­боты в условиях, опасных для здоровья.

Любой технологический процесс в СТОЗ подвержен действию различных факторов, которые нельзя предусмотреть заранее. Такие факторы называются возмущениями. К ним относятся, например, случайные изменения состава обрабатываемой воды, темпера­туры, характеристик оборудования и др. Возмущающие воздей­ствия на технологический процесс вызывают изменения техноло­гического режима, что, в свою очередь, приводит к изменению таких ТЭП процесса, как производительность, качество обра­ботки, расход энергии и т. п. Поэтому для обеспечения требуемых (заданных) ТЭП необходимо компенсировать колеба­ния технологического режима, вызванные действием возмущений. Такое целенаправленное воздействие на технологический про­цесс представляет собой процесс управления. Совокупность требо­ваний, осуществляемых в процессе управления, называется целью управления. Наконец, сам управляемый технологический процесс вместе с оборудованием, в котором он реализуется, является объ­ектом управления. Объект управления и устройства, необходимые для осуществления процесса управления, называются системой управления. Таким образом, система управления — это совокупность технологического процесса, оборудования, средств контроля и управления.

Структура управления современными СТОЗ ха­рактеризуется тремя уровнями иерархии.

Нижний уро­вень (I) представлен так называемыми локальными системами регулирования, функции которых сводятся к стабилизации от­дельных технологических параметров. Такие задачи решаются ав­томатическими устройствами без участия человека, и поэтому системы нижнего иерархического уровня называются автомати­ческими системами регулирования (АСР). Объекты регулирования на этом уровне — элементарные процессы с соответствующим технологическим оборудованием.