Система автоматического управления.

Принцип разомкнутого управления

Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления вырабатывается только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируются другими факторами - возмущениями или выходными координатами процесса. Общая функциональная схема системы имеет вид:

 

Задание x₀(t) алгоритма функционирования может вырабатываться как специальным техническим устройством - задатчиком программы 1, так и выполняться заранее при проектировании системы, и затем непосредственно использоваться при конструировании управляющего устройства 2. В последнем случае блок 1 на схеме отсутствует. Схема имеет вид разомкнутого контура, в котором основное воздействие передается от входного элемента к выходному элементу 3 как показано стрелками. Это и дало основание принципа. Близость х₀ и х в разомкнутых системах обеспечивается только конструкцией и подбором физических закономерностей, действующих во всех элементах.

НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ АСУТП

АСУТП предназначены для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления (ТОУ) в соответствие с принятым критерием управления (оптимизации) и с помощью современных средств сбора и переработки информации.

Наиболее распространенным критерием управления мощных производственных комплексов, является прибыль.

Совокупность совместно функционирующих ТОУ и АСУТП называют автоматизированным технологическим комплексом (АТК).

Блок АТК включает в себя:

1. чувствительные элементы - средства получения информации (сигналов) о состоянии ТОУ;

2. преобразователи - средства формирования и передачи информации в системе;

3. вторичные приборы и регуляторы - средства локального регулирования и управления;

4. средства вычислительной техники;

5. исполнительные устройства - средство воздействия на ТОУ;

6. блок связи с АСУТП - это средства передачи информации в смежные и вышестоящие АСУ.

Комплекс технических средств АСУТПфункционирует на основе

программного информационного и организационного обеспечения.

Программное обеспечение - совокупность программ, необходимых для

реализации функций АСУТП. Его подразделяют на общее и специальное программное обеспечения.

Информационное обеспечение включает: сигналы, характеризующие АТК: системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации: массивы данных и документов, необходимых для выполнения всех функций АСУТП.

Организационное обеспечение представляет совокупность описаний системы и ее частей, инструкций и регламентов для оперативного персонала.

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ АСУТП

1. Сбор и первичная обработка информации: опрос чувствительных элементов с заданной частотой; фильтрация измерений; расчет действительных значений параметров по информации от чувствительных элементов (температуры, давления, уровня, расхода и т. д.) с учетом их характеристик и введение поправок на состояние контролируемых сред; усреднение и интегрирование параметров за час, смену, сутки и т.д.

2. Определение за час, смену, сутки оперативных ТЭП (технико -экономических показателей); фактических расходных показателей сырья, пара, эл/энергии; производительности по основному сырью и целевым потокам и т.д.

3. Контроль состояния установки, обнаружение отклонений текущих значений параметров от уставок регулятора, а также уставок от min и max - ума допускаемых значений; сигнализация и регистрация отклонений значений параметров от допускаемых значений; индикация параметров по вызову оператора, диагностика и поиск неисправностей.

4. Регулирование параметров - сравнение текущих значений с заданными и выдача соответствующих регулирующих воздействий.

5. Однотактное логическое управление реализующее функции защиты и блокировки; выполнение программных и логических операций дискретного управления процессом, оборудованием.

6. Оптимальное управление, то есть поиск и выдача оптимальных управляющих воздействий путем решения уравнений математической модели процесса. Это функция АСУТП - она из самых сложных и ответственных.

7. Прием, анализ и выдача заданий и ограничений; подготовка и выдача оперативной и обобщенной информации АСУТП.

8. Пуск и останов агрегатов производства.

Режимы работы АСУТП

В зависимости от степени участия человека в выполнении функций АСУТП различают:

1. Автоматизированный

режимы работы АСУТП

2. Автоматический

В 1 -ом режиме человек принимает участие в управлении; возможны варианты реализации данного режима:

а) ручное управление, при котором человек по информации о
состоянии ТОУ принимает решение и непосредственно воздействует на
процесс с помощью исполнительных механизмов;

б) режим «советчика», при котором вычислительная техника
рекомендует человеку оптимальное значения режимных параметров
процесса, обеспечивающих цели управления; а оператор на основе своего
опыта и знаний анализирует эти советы, а также информацию о процессе,
получаемую по различным каналам, принимает решение о целесообразности
изменений режима и в случае принятия совета вмешивается в работу объекта
управления, либо меняет задание регулятора, либо непосредственно с
помощью исполнительных механизмов;

в) диалоговый режим, когда оператор имеет возможность
корректировать постановку и условия задачи, решаемой вычислительной
техникой при выработке рекомендаций по управлению ТОУ.

Автоматический режим работы АСУТП просматривает выработку и реализацию управляющих воздействий без участия человека. Возможны следующие варианты:

а) режим косвенного управления, когда средства вычислительной техники автоматически изменяют уставки и коэффициенты настройки локальных систем автоматического регулирования;

б) режим прямого НЦУ, когда управляющие вычислительное устройство формирует воздействие на исполнительный механизм, при этом оно не только осуществляет поиск оптимальных значений параметров, но частично берет на себя функции локальных регуляторов.

Наиболее перспективным из всех перечисленных является режим НЦУ,
при этом обеспечивается возможность реализации более сложных законов
регулирования, появляется возможность реализации систем самонастройкой;
Применение НЦУ позволяет исключить из комплекса техн. средств (КТС)
вторичные приборы, а значит и громоздкие щитовые помещения с
панорамными мнемосхемами.

2. Измерительными приборами называют средства измерений, предназначенный для выработки сигналов измерительной информации, т.е информации о значениях измеряемой величины, допустимой для непосредственного восприятия наблюдением (вольтметр, амперметр, манометр).

3. Измерительные преобразователи называют средства измерений, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающиеся непосредственному восприятию. Измерительные преобразователи можно подразделить:

 

1) преобразователи электрических величин в электрические (трансформаторы, делители напряжения);

2) преобразователи неэлектрических величин в электрические (термометры, терморезисторы);

4. Измерительная установка состоит из ряда средств измерений (мер,
измерительных приборов и измерительных преобразователей) и
вспомогательных устройств, расположенных в одном месте;

5. Измерительные информационные системы - это совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. Они предназначены для автоматического получения измерительной информации от ряда ее источников, а также на ее передачи и обработки. Измерения в зависимости от способа получения результата делятся:

1) прямые - называются измерения, результат которых получается непосредственно из опытных данных (амперметр, вольтметр);

2) косвенные - называют измерения при котором искомая величина непосредственно не измеряется, а ее значение находится на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений (закон Ома, газовый закон);

3) совокупные - называют измерения при которых искомое значение величины находится путем решения системы уравнений, выражаемых зависимость искомой величины от нескольких других величин.

Погрешности измерений

Результаты измерений физ. величин дают лишь приближенные ее значения.

Отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины называют погрешностью измерений.

Погрешности измерений возникают при воздействии внешних факторов в зависимости от применяемой аппаратуры (аппаратная погрешность) в зависимости от выбранного метода измерения (методич. погрешность) в результате неточного отсчета (субъективная погрешность).

По способу выражения численного значения различают: 1. Абсолютная погрешность измерений:

∆А = Ах - А, где

∆А - истинное значение измеряемой величиной;

Ах - результат измерения.

2. Относительная погрешность:

∆δ = ∆А/А* 100%

Т.к. истинное значение А неизвестно, вместо него используют действительное значение, под которым понимают значение измеряемой величины, найдено экспериментально: обычно среднее - арифметического результата n - измерений.

Погрешности измерений носят систематический и случайный характер.

Систематическими погрешностями являются погрешности остающиеся постоянно или закономерно - изменяющимися при повторном измерении одной и той же величины. Они могут быть определены и устранены путем введения соответствующих поправок (погрешность градуировки прибора и влиянием внешних факторов).

Случайными называются погрешности изменяющиеся случайным образом при повторном изменении одной величины. Случайные погрешности нельзя исключить опытным путем (трение в упорах измерительных приборов).

Уменьшение влияния случайных погрешностей на результат измерения достигается путем многократных измерений величины в одинаковых условиях. При этом определяется среднее арифметическое

Ас.а. = (а(1) + а(2) +... +а(n)) / n, где а(1), а(2) - результаты отдельных измерений;

n - число измерений.

Для оценки точности измерений необходимо знать закон распределения случайных погрешностей (Гаусса)

P(s) - плотность вероятности;

σ - средне квадратичное отклонение.

Поэтому точность результата измерений Аср. можно оценить с помощью средней квадратичной погрешности:

Из данного выражения видно, что увеличения повторных измерений приводит к уменьшению σ результата измерений.

При нормальном законе распределения определяют доверительный интервал, в котором погрешность не выходит за принятые границы при заданной доверительной вероятности - р, и количество измерений - n.

По таблицам интеграла вероятности или таблицам Стьюдента для р и n определяют доверительный интервал или t(n) - коэффициент Стьюдента при n<30.

Окончательный результат измерений можно записать:

А = Аср ± t(n) * σ_n

Манометрические термометры

1

 

Использован принцип зависимости давления газов или паровой среды от температуры.

Принцип действия:

Термобаллон 1 заполняют рабочим веществом (спец. жидкостью, газом или парами низкокипящей жидкости). Баллон соединен капилляром 2 с сильфоном 3. При изменении температуры вследствие изменения давления внутри системы, изменяется координата h выходного стержня 4. Перемещение стержня 4 может быть преобразовано в необходимый вид сигнала.

Термометры сопротивления

А) платиновый термометр сопротивления (ТСП)

Б) термистор

1 -слюденая пластина;

2-платиновая проволока;

3-серебряная клейма для скрепления клейм;

4-подводимые серебряные провода;

5-защитный чехол из железа;

6-проводники, покрытые защитным слоем стекла;

7-выводы.

Си и Fe используют до 150С. Для более высоких t-p используют Pt и Ni (до 1000С).

Термисторы имеют отрицательный t-рный коэффициент

R = Ае * B/tx,

где А и В - постоянные коэффициенты, зависящие от свойств проводника;

tx - температура.

Полупроводниковое сопротивление более чувствительно примерно в 8-15 раз, но обладает недостатками.

Нестандартность величин термосопротивлений в одной партии и нелинейность сопротивлений от t-ры.

R

О

Температурные зависимости термосопротивлений

А) Для Me;

Б) для полупроводников.

Величина выходного сигнала термосопротивлений измеряется с помощью автоматических мостов и логометров.

В автоматических электронных мостах применяется автоматическое мостовые измерительные схемы которые служат для измерения электрических сопротивлений, индуктивности и емкости.

Мостовая схема может быть двух видов: неравновесная и уравновешенная.

Электрическая схема неравновесного моста представляет собой электрическую цепь состоящую из четырех плеч (элементами плеч могут быть сопротивления, емкости индуктивности) и индуктора И, включенного в диагональ моста (б, г) и источника питания, включенного в диагональ а, в. Равновесие моста характеризуется отсутствием напряжения в его вершинах -б, г, и отсутствием тока через индикатор И.

Этому соответствует равенство R1 * R4 = R2 * R3

Изменение R4=Rx повлечет за собой нарушение равновесия моста и по

его измеряемой диагонали потечет ток

___________ U_ab(Rl*R4-R2*R3) ___________

I= Ru(R1 + R3)(R2 + R4) + R2R4(R1 + R3) + R1R3(R2 + R4)

Uab - напряжение питания моста;

Rи - сопротивление индикатора

Из выражения видно, что измерения в этом случае зависят от напряжения питания моста, поэтому требуется стабилизация напряжения. Индикатор градуируется в единицах измерения, этот метод называют методом непосредственного отчета.

Уравновешенный мост отличается тем, что при измерении добиваются того, чтобы в измерительной диагонали ток был равен 0. Например: изменим R₂, тогда получим: I₀=0,I₁=I₂,I₃=I₄,I₃R₁=I₄R₄, поделив почленно, имеем:

^I₂^R₂^-I₃^R₃

R₁/R₂=R₄/R₃, откуда R_X=R₄ =(R₂R₃)/R₁

В случае замены R на Z все рассуждения, которые приведены выше, справедливы для мостов переменного тока.

Нулевой метод измерения обеспечивает высокую точность измерения, ошибка не более 0,5%.

Для исключения влияния температуры окружающей среды на величину сопротивления соединительных проводов, применяется трехпроводная схема подсоединения датчика.

Схема работы:

При изменении R_x происходит разбаланс моста и в точках А, С появляется напряжение, это напряжение усиливается усилителем У, на выходе которого подключен реверсивный двигатель Rд, который перемещает движок риохорда, соединенный с указателем шкалы прибора в соответствующую сторону, пока напряжение в точках А и С будет равно 0.

R_H, r_H - сопротивления грубой и точной подгонки начала шкалы;

R_p - сопротивление риохорда;

R_k r_k - сопротивления подгонки конца шкалы;

R_m - сопротивление индуцирующее риохорд;

Rл, Rл₂ - сопротивления линии связи;

У - усилитель;

Рд - реверсивный двигатель;

Схема работы уравновешенного моста

 

Пирометры (схема на листах)

Все рассмотренные выше термометры предусматривают прямой контакт между чувствительным элементом и измеряемым телом или средой, такие измерения называются контактными.

Верхний предел этих методов ограничен значениями 1800 - 3000 С. Однако иногда нужно измерять значения > 3000 °С, в некоторых случаях недопустим контакт со средой.

В этих случаях применяют бесконтактные методы, которые измеряют температуру по тепловому излучению. Их называют пиромерами (приборы работающие по этому методу).

Для измерения высоких температур технологических процессов применяют следующие пирометры:

а) квазимонохроматический;

b) полного излучения;

с)спектрального излучения

 

• Квазимонохроматический пирометр - действие которого основано на использовании зависимости температуры от спектральной энергетической яркости, описывающейся законом Планка.

• Пирометром спектрального излучения называется пирометр, действие которого основано на использовании зависимости температуры от отношения спектральной энергетической яркости для двух или более фиксированных длин волн.

• Пирометром полного излучения называется прибор, действие которого основано на зависимости температуры от интегральной энергетической яркости излучения.

2. Методы и средства измерения давления Контроль за большинством технологических процессов связан с измерением давления газа или жидкости.

Если давление измеряется в аппарате с жидкостью или газом, то оно характеризует внутреннюю энергию среды и является одним из параметров состояния.

При измерении различают абсолютное давление, избыточное давление Р и вакуумметрическое давление Рв:

Ра = Р + Ратм Рв = Ратм - Ра

Средства измерения, предназначенные для измерения давления, называются манометрами.

 

Они делятся на:

1. барометры - измеряют атмосферное давление;

2. манометры избыточное давление - когда давление больше атмосферного;

3. вакуумметры - когда давление меньше атмосферного;

4. манометры абсолютного давления;

5. напоромеры и тягомеры, когда давление меньше 40 МПа;

6. дифманометры, которые замеряют перепад давлений.

В зависимости от принципа, используемого для преобразования силового воздействия давления на чувствительный элемент средства измерения давлений делятся на:

1. жидкостные;

2. деформационные (упругие);

3. пьезоэлектрические;

4. магнитоупругие;

5. ионизационные;

6. тепловые.

1. Предназначены для измерения небольших давлений, разряжений или разности давлений, в основном, в лабораторных условиях.

Принцип измерения: уравновешивание измеряемого давления или разностидавлений, давлением столба жидкости:

Р = h *p- для измерений Р;

ΔР = Р₁ - Р₂ = Δh * γ - для измерений разности давлений; где Р, PI, P2 - измеряемое давление, ΔР - их разность, h - высота столба жидкости, ρ удельный вес жидкости.

Жидкостные манометры бывают следующих типов:

А) U-образные

Б) Чашечный манометр

 

 

 

 

 

В) С наклонной трубкой

 

2. Деформационные манометры подразделяются на приборы:

a) с одновитковой трубчатой пружиной (трубка Бур дона);

b) многовитковая трубчатая пружина (Геликс);

c) с гармониковой пружиной (сильфон);

d) мембраны.

Принцип действия этих манометров основан на уравновешивании сил измеряемого давления упругими силами пружины. При этом происходит перемещение участка пружины, находящейся в функциональной связи с измеряемой величиной давления и используемого перемещения отсчетного и регистрирующего устройства. 1) одновитковая пружина α- угол отклонения данной трубки

Пунктиром показаны положения пружины и его поперечного сечения при увеличении Р от 0 до Р.

2). Многовитковая трубчатая пружина (Геникс)

Принцип действия многовитковой пружины аналогичен одновитковая, но ее чувствительность больше за счет роста < α, который возрастает во столько же раз, во сколько длина оси многовитковой пружины больше длины оси одновитковои пружины.

Р

3). Сильфоном измеряют размер h с изменением величины измеряемого давления.

Они обеспечивают линейную зависимость перемещения от Р и могут применятся при значительных величинах давления.

 

 

 

 

4). Мембраны

В них используется зависимость прогиба Δh от изменения давления ΔР. Деформация мембраны от Р выражается формулой:

Е - модули упругости;

А, В - безразмерные коэффициенты, зависящие от типа гофр;

R - радиус материала;

δ-толщина материала.

 

Мембраны применяются в дифманометрах. По обе стороны мембраны действует измеряемое давление Pi и Р₂ и Ah определяется формулой: X

Под мембраной ставится кристалл, который накапливает электричество под действием давления.

Мембранные манометры типа ДМПК

Система дистанционного измерения расх. обев. широкое распространение получили мембранные дифманометры типа ДМПК-4. Цифра 4 обозначает давление измеряемой среды до 4кг на 1 см², есть еще ДМНК-100.

Принцип действия:

При изменении разности P₁ - Р₂ = ΔР. Мембрана 1 прогибается и перемещая рычаги 2 влечет за собой изменение расстояния между соплом и заслонкой 3. Давление в системе «сопло - заслонка» пропорционально ΔР и является измерительным сигналом, который после усиления подается на вторичный прибор.

Дифманометры мембранные типа ДМ

Они имеют выходной унифицированный сигнал и могут работать в комплекте со вторичными диф.трансформаторными приборами.

Счетчики Различают 2 вида:

— скоростные счетчики изготавливают с вертушкой по вертикальной оси а) Счетчик с вертушкой

 

б) Счетчик турбинный с преобразованием числа оборотов с помощью
тахогенератора.

в) Счетчик индуктивный, используется принцип замыкания магнитной цепи
лопастями крыльчатки.

У всех вертикально осевых.

Скоростные счетчики изготавливают на вертушке, установленной в камере счетчика. Скорость вертушки пропорциональна скорости жидкости.

Число оборотов суммируется счетным механизмом.

Объемные жидкостные счетчики выпускают - поршневые с эвольвентными шестернями, - дисковые и ротационные.

Количество жидкости определяется объемом его камеры, установленной на число циклов (ход поршня, качание диска, обороты шестерни) счетчика.

На данных рисунках показаны счетчики количества вещества скоростные. Под а) счетчик с вертушкой.

Для электропроводящих жидкостей используется индукционные расходометры, использующие принцип наведения ЭДС потоком жидкости при пересечении магнитного поля.

 

см. выше Принципиальная схема индукционного расходомера.

Вибрационно - массовые расходомеры.

Q

Измерительная часть расходомера представляет собой маятник на упругой подвеске, образованный тонкостенной трубкой 1 с тяжелым грузом 2 из ферромагнитного материала. В трубку поступает газожидкостный поток, в корпусе 3 ввернуты пробки 4 из немагнитного материала и к ним снаружи прикреплен трехстержневой магнитопровод с катушками 5 на каждом стержне.

Подачей на катушки импульсного тока от возбудителя 6 вызываются свободные затухающие колебания маятника. Амплитуда колебаний снимается с катушки 5 в виде напряжения и затухающего по экспоненциальному закону.

Масса газожидкостной смеси зависит от амплитуды, затухающих колебаний функции.

Расходомер обеспечивает измерение среднего массового расхода с точностью 2%.

Приборы для измерения уровня Приборы для измерения уровня по принципу действия делят:

1- поплавковые;

2 - дифманометрические;

3 - электрические;

4 - радиоактивные;

5 - ультразвуковые.

Поплавковые уровнемеры используют принцип слежения поплавка, плавающего на поверхности жидкости, за изменением ее уровня.

Схемы поплавковых уровнемеров:

а)----------

.

 

а) камерное измерение уровня:

1 - поплавок;

2 - противовес;

3 - Выходное устройство, преобразующее изменение уровня в показание прибора.

б) следящий уровнемер:

1 - поплавок;

2 - рычаг, передающий усилие натяжения троса на управляющий элемент;

3 - управляющий элемент;

4 - двигатель электрический;

5 - барабан.

2. Дифманометрические уровнемеры основаны на принципе разности давлений вверху и внизу столба измеряемой жидкости.

В качестве измерительного прибора используется дифманометр.

Н = (р + hγ) - р = hγ, если γ = const, то Н = h

 

 

P+hX

 

 

Емкостной уровнемер

Емкость измеряется мостовой схемой по принципу емкостных

уровнемеров.

Принцип действия основан на измерении электрической емкости

между двумя электродами. Одним электродом обычно является резервуар,

второй - изолирован.

Емкость конденсатора равна

проводимая жидкость

-пластина

 

1-электрод - корпус;

2-изолированный от корпуса электрод.

При постоянных размерах аппарата и электрода и геометрическом расположении емкость будет зависеть от диэлектрической проницаемости среды, является функцией уровня (чем больше уровень, тем больше емкость).

Радиоактивный уровнемер

Из радиоактивных уровнемеров наибольшее распространение получили гамма-реле.

1 - источники излучения;

2 - приемники;

3 - блок управления;

4 - сигнальные лампы предельных значений уровня.

Здесь используется принцип ослабления излучения измеряемой средой. которое выражается зависимостью

I=I₀*e-^md

I, I₀ - интенсивность потоков излучения до и после прохождения слоя вещества;

и d - плотность и слой поглотителя;

μ- массовый коэффициент поглощения

Ультразвуковые уровнемеры

 

 

 

1 - излучатель и приемник;

2 - генератор;

3 - измеритель времени;

4 - усилитель;

5 - самописец.

t=

2l/C

 

L - расстояние;

Q - скорость распространения ультразвука в измеряемой среде.

 

Расходомеры

Это приборы, с помощью которых определяют суммарное количество вещества, прошедший за определенный промежуток время.

 

Принцип работы больший части расходомеров основан на эффекте от установки в трубопроводе сужающих устройств (дросселей). При прохождении жидкости или газов через дроссель, скорость потока в месте сужения резко возрастает, а давление падает.

Разность давлений до и после дросселя называют перепадом давлений и он зависит от расхода среды, что положено в основу расчета расхода.

Различают расходомеры переменного и постоянного перепада давлений.

К расходомерам постоянного перепада давлений относятся ротаметры с поплавком свободно перемещающемся в конической трубке и расходомеры с нагруженным поршням.

Сужающими устройствами переменного давления являются диафрагмы, трубки Вентури и трубки Пито.

Перепад давлений измеряем дифманометрами.

Ротаметры

В прозрачном корпусе 1 под действием потока Q перемещается поплавок 2.

Принцип действия заключается в том, что при движении жидкости или газа снизу вверх через коническую трубку, помещенной внутри ее поплавок поднимается или спускается до тех пор, пока сила его тяжести не уравновесится выталкивающей силой потока.

Для не прозрачных жидкостей ротаметры снабжены магнитными или дифференциальными преобразователями, обеспечивающими одновременно дистанционную передачу показаний.

Q

Ротаметры для измерения расхода непрозрачных жидкостей А) с магнитным преобразователем и пневматической дистанционной системой;

Б) с дифференциальной трансформаторной схемой преобразования и электрической передачи

1-поплавок;

2-корпус; * 3-постоянный магнит; 4-наружный магнит;

5-пневматический преобразователь (сопло-заслонка); 6-дифференциально-трансформаторный преобразователь.

 

Сужающие устройства

Наиболее распространенным методом расхода является метод переменного перепада давления если в трубопровод (1) - ввести сужающие устройства 2, то давление Р1 будет больше давления Р2

Разность давлений связана с объемным расходом Q следующим соотношением:

или Q ≈ √р К, где Р = Р1 - Р2

F ₀ -площадь поперечного сечения диаметрально сужающего устройства;

γ- удельный вес измеряемой среды; α- коэффициент расхода

Для измерения расхода применяют нормальные диафрагмы и сопла. Дифференциальные манометры для измерения расхода. Для измерения перепадов давления на сужающих устройств используются дифф. манометры.

Радиоактивный плотномер

Основан на законе изменения интенсивности пучка радиоактивного излучения, после прохождения его через контролируемую среду

I = I₀ * е^-μρd

Где I,I₀ - интенсивности пучка лучей после и до прохождения через

измеряемую среду;

μ - коэффициент ослабления;

d - толщина проходимого слоя;

ρ- плотность среды.

Представителями радиоактивных плотномеров являются плотномеры типа ПЖР - 2 и ПР - 1024

Вискозиметры

Вязкость жидкости — это способность ее оказывать сопротивление смещению одного слоя относительно другого.

Между динамической и кинематической вязкостью существует соотношение:

V=μ/ρ

где v - кинематическая вязкость;

μ- динамическая вязкость;

ρ- плотность.

Для измерения вязкости применяются методы:

1) истечение (использующей закон истечения жидкости через капилляр трубки);

2) метод падающего тела;

3) метод измерения крутящего момента, т. е. зависимость крутящего момента, вращающегося в жидкости тела от ее вязкости;

4) вибрационный метод основан на зависимости амплитуды колебаний от вязкости жидкости;

5) ультразвуковой используется зависимость затухания колебаний от вязкости жидкости

Капиллярные вискозиметры

По закону Пуазеля расход жидкости Q равен Q = К₁ вытекающей из капиллярной трубки длиной 1 и диаметром d определяется по уравнению:

Q=K₁ ∙ πd⁴g/μλ

К₁ - коэффициент пропорциональности;

ΔР - разность давлений на концах капилляров.

При постоянном расходе Q, при постоянном К, d, g, 1, динамическая вязкость и. пропорциональна перепаду давления:

μ= К* ΔР

Эта зависимость используется в капиллярных вискозиметрах.

Принципиальная схема капиллярного вискозиметра:

1 - шестереночный насос;

2 - манометр;

3 - капилляр;

4 - термостат.

Вискозиметры с падающим телом

μ=К*ΔР

τ - время прохождения шариком определенного расстояния Блок схема:

Шестереночный насос 1 прокачивает жидкость по трубе снизу вверх. В трубе установлены сетки 2 и 3, между которыми находится металлический шарик, восходящий поток поднимает шарик до верхней сетки и в момент его касания отключается насос. На трубке расположены катушки дифференциальной, трансформаторной схемы, а шарик выполняет роль

сердечника и наводит в катушках ЭДС, котордаг усиливается усилителем 4. Релейный блок 5 автоматически включает и выключает насос, т. е. включает при касании шариком нижней сетки, выключает при касании верхней. Блок 5 замеряет время падения шарика, вторичный прибор 6 записывает показания.

Существует вискозиметр, работающий по принципу сравнения времени падения шарика с временем падения его в эталонной среде.

Вискозиметры с крутящим моментом

Принцип действия вискозиметров, работающих по методу измерения крутящего момента, может быть пояснен на примере вискозиметра с вращающимся наружным цилиндром.

Жидкость располагается между двумя, касательно расположенными

цилиндрами 2 и 3. Чем выше кручение, тем больше момент между цилиндрами.

Момент, который уравновешивается грузом 4 через блоки 5 и 6, запишется в следующем виде: М=К_1μ Принципиальная схема:

Газоанализаторы

Предназначены для определения содержания одного или нескольких компонентов газовой смеси. В основу положены различные методы.

1. Оптико - аккустиченский газоанализатор. Основан на избирательном поглощении измеряемым компонентом инфракрасных лучей. С его помощью можно определить содержание СО. С0₂, NH₃, CH₄, Н₂, С₂Н₂.

Известно, что двухатомные и многоатомные газы и пары поглощают инфракрасные лучи. Это явление для определения длины волны описываетсяся законом поглощения:

Е=Е_оe^-εcλ

Е, Е₀ - энергии световых потоков после и до прохождения их через

анализируемое вещество;

ε- молекулярный показатель поглощения;

С - концентрация поглощающего вещества;

1 - толщина слоя поглощающего вещества.

В оптико - акустических газоанализаторах прерывистый поток инфракрасного излучения, проходя через слой газовой смеси теряет в нем часть энергии. Ослабленный пучок поступает в лучеприемник, заполненный определенным компонентом, где поглощается оставшаяся энергия потока, вызывая колебания температуры и давления в объеме лучеприемника. Колебания давлений передаются на мембрану конденсатерного микрофона, включенного в измерительную схему.

Частота пульсаций давления зависит от частоты прерывания, а сила звука - от мощности исходящего потока, излучения и поглотительной способности газа.

 

Принципиальная схема газоанализатора ГИП: