Консультации по Расчетному заданию

Лабораторные работы

Имеется четыре работы, выполняемые на стендах кафедры ИТФ.

Встреча с преподавателями (распределение по подгруппам, получение методических пособий для лаб. работ, знакомство с техникой безопасности, выполнение работ) происходит по расписанию.

Расписание лабораторных работ:

Два дня: вторник, четверг.

Преподаватели, участвующие в курсе ЭМИ:

Захарова О.Д., Листратов Я.И., Буринский В.В. Устюжанин Е.Е., Мирошниченко В.И., Антоненко И.С., Бирюков Д.В. и др.

 

Лабораторные работы проводятся каф. ИТФ в аудиториях      Т 207 (этаж 2) и Т- 409 (этаж 4)

по расписанию:

Лаб. работа №1 «Методы измерения расхода»

Лаб. работа №2 «Методы измерения температуры с помощью терморезистора и градуировка термопары»

Лаб. работа №3 «Методы измерения давления»

Лаб. работа №4 «Методы измерения температуры в нестационарных условиях»

Старостам следует распределить студентов на бригады №1…N, а также передать электронное описание Лабораторных работ № 1…4 студентам группы.

Стартовый порядок выполнения Лабораторных работ бригадами является следующим:

Бригада №1 делает Лаб. работу № 2, ауд. Т 207

Бригада №2 делает Лаб. работу № 3, ауд. Т 207

Бригада №3 делает Лаб. работу №1, ауд. Т 409

Бригада №4 делает Лаб. работу №4, ауд. Т 409

 

3. Расчетное задание

Задачи, входящие в «Расчетное задание», будут предложены на 4 – ой неделе.

Следует студентам помнить о БРИКС

Консультации по Расчетному заданию

Консультации по Расчетному заданию проводят преподаватели каф. ИТФ после 6 – ой недели. Консультации ведутпреподаватели, которые руководят лабораторными работами в данной группе, другими преподавателями(см. выше).

К Расчетному заданию необходимо самостоятельно освоить материал по лекциям и указанной литературе. Студенты представляют отчет на 10 – 15 стр. и защищают Расчетное заданиеу преподавателя в конце семестра.

Имеется электронный раздаточный материал – конспект лекций по основным разделам курса.

Контрольная работа

Текущая проверка знаний в течение семестра.

Раздача электронных описаний лабораторных работ сделана.

Литература

 Буринский В.В. Измерения и обработка результатов, М., МНЭПУ, 2000, 156 с.

 Иванова Г.М. Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы. Переработанное издание. Москва, Изд. Энергия, 2008 год, 304 с.

 Рабинович С.Г., Погрешность измерений. – Ленинград, Изд. Энергия. 1978г.,- 262 с.

 Н.Г. Назаров, Метрология, М., Изд. Высшая школа, 2002, 348 с.

 Виноградова, Гайдученко, Свиридов и др. Основы построения информационно-измерительных систем. М., Изд. МЭИ, 2004

 Сычев Е.И. Основы метрологии военной техники. М. Воениздат, 1993

 Комов А.Т., Федорович С.Д. Методы получения и измерения высокого и сверхвысокого вакуума. М. Изд-во МЭИ, 2000, 63 с.

 Пипко А.Б. и др. Конструирование и расчет вакуумных систем. М. Энергия,1970, 504 с.

 Розанов Л.Н. Вакуумная техника М.: Высш. Шк. 1990, 320 с.

ГОСТ Р 54500.3-2011. Руководство по выражению неопределенности измерения [Текст]. – М.: Стандартинформ, 2012. – 100 с.

 

 

 

Лабораторная работа № 2

 

Измерение температуры с помощью терморезистора и термопары.

 

Цель работы

Работа имеет несколько направлений: 1) изучение методов измерения температуры с помощью терморезистора, термопары и цифрового термометра, 2) реализация экспериментальных методов с помощью указанных приборов, 3) выполнение градуировки термопары с помощью термометра сопротивления и 4) поверка цифрового термометра.

 

Введение

Из курса физики известно, что электрическое сопротивление проводника R зависит от температуры T в форме

 

R = R ₀ (1 + a (T - T ₀) +...),                            (2.1)

 

где R ₀ - сопротивление проводника при температуре T ₀, выбранной за начало отсчета, a-температурный коэффициент электрического сопротивления.

На рис. 2.1 показан термометр сопротивления - терморезистор 5, изготовленный из платиновой проволоки и включенный в цепь последовательно с катушкой 2, источником напряжения 3 и магазином сопротивлений 4.

Метод измерения температуры, T, вещества с помощью терморезистора состоит в том, что приводят термодатчик в состояние теплового равновесия с веществом, измеряют сопротивление резистора, R, и вычисляют температуру вещества по расчетному уравнению T (R), которое дается в паспорте резистора.

На схеме (рис. 2.1) терморезистор 5 находится в контакте с водой. Блоки установки (катушка 2, источник напряжения 3 и магазин сопротивлений 4 и др.) позволяют оператору осуществить режимные и измерительные действия для получения первичных данных (R_i) для вычисления температуры по расчетному уравнению T (R_i).

Из курса физики известно, что термоэлектрическая сила E или термоЭДС, которая возникает в замкнутой электрической цепи, состоящей из двух разнородных проводников А и В, зависит от разности температур между спаями, D T = T - T ₀, где T – температура горячего спая, T ₀ – температура холодного спая (известны термопары, содержащие два холодных спая, рис. 2.1).

ТермоЭДС E, вырабатываемая термопарой, используется как измеряемый или первичный параметр для определения температуры вещества Т, при этом горячий спай термопары размещается в исследуемом веществе (рис. 2.1).

На рис. 2.1 показана термопара, у которой горячий спай 8 расположен в термостате и находится в тепловом равновесии с водой, температуру T которой необходимо измерить. Холодные спаи 9

 

Рис.2.1. Схема установки

 

размещены в сосуде Дьюара при температуре T ₀ = 273,15 K тающего льда. Между термоЭДС, E, и разностью температур, D T, имеется зависимость, в которой параметр E называется эффектом Зеебека,

 

E = S_AB D T,                                                (2.2)

 

где S_AB - коэффициент Зеебека.

При граничном условии T ₀ = 273,15 K термоЭДС является функцией температуры E = f (T).

Метод измерения температуры, T, вещества с помощью термопары состоит в том, что приводят горячий спай термопары в состояние теплового равновесия с веществом, помещают холодные спаи в тающий лед, измеряют термоЭДС, Е, и вычисляют температуру T вещества по расчетному уравнению T (E), которое дается в паспорте термопары.

Для определения температуры по измеренным значениям E можно применять уравнение (2.2), если известно значение S_AB и выполняется условие T ₀ = 273,15 K. Наряду с этой зависимостью используется расчетное уравнение T (E) или градуировочная зависимость в форме полинома

 

T = b ₀ + b ₁ E + b ₂ E ² + ….                             (2.3)

 

Входящие в него коэффициенты (b ₀, b ₁, b ₂...) находятся с помощью статистической обработки результатов градуировочных опытов или градуировки.

В метрологии применяется зависимость E (T), называемая функцией преобразования. Она выбирается в виде полинома

 

E = a ₀ + a ₁ T + a ₂ T ² +...,                              (2.4)

 

где a ₀, a ₁, a ₂ ,... - коэффициенты, определяемые с помощью статистической обработки результатов градуировки.

В лабораторной работе необходимо осуществить два метрологических эксперимента: 1) градуировка термопары и 2) поверка цифрового термометра.

В этих экспериментах в качестве эталона используется образцовый платиновый термометр сопротивления ПТС-10.

Во время градуировки термопары приводят в состояние теплового равновесия термометр сопротивления 5 и термопару 8. В итоге эти термодатчики находятся при одинаковой температуре. В заданном стационарном режиме измеряют термоЭДС E и сопротивление резистора R.

Во время поверки цифрового термометра 6 обеспечивают такое режимное условие, когда терморезистор 5 и цифровой термометр находятся в состоянии теплового равновесия. В заданном стационарном i - режиме измеряют Т _{цифр i} по дисплею цифрового термометра и определяют сопротивление резистора R_i.

Измерение электрического сопротивления термометра осуществляют с помощью измерения: 1) напряжения U _т на резисторе 9 и 2) напряжения U _к на образцовой катушке 2. Величину сопротивления находят по соотношению

 

R = R _к U _т / U _к.                                                   (2.5)

 

Градуировка термопары предусматривает серию измерений (Е _i, U _тi, U _кi) в нескольких стационарных i - режимах. По указанным первичным данным вычисляют значения (Т _i) и находят расчетное уравнение T (E) или градуировочную зависимость термопары.

Путем аппроксимации опытных Е _i, Т _i  – данных находят функцию преобразования E (T) для термопары.

В результате градуировки цифрового термометра вычисляют поправку D_цифр для цифрового термометра по формуле

 

                D _цифр = T - Т _цифр ,                                            (2.6)

 

где Т - температура, измеренная термометром сопротивления, Т _цифр - температура, измеренная цифровым термометром.

Значения D_цифрсравнивают с паспортными данными цифрового термометра.

Указанные метрологические эксперименты - поверка и градуировка проводятся на экспериментальной установке.

Задание

 

1. Провести градуировку термопары и поверку цифрового термометра с помощью платинового терморезистора. Количество стационарных режимов, а также число измерений в каждом режиме согласовать с преподавателем.

2. Рассчитать значения сопротивление резистора, R _T, и температуру T (R _T), пользуясь градуировочным уравнением для образцового термометра сопротивления в стационарных состояниях.

3.  Построить функцию преобразования E (T) и градуировочную зависимость T (E).

4.  Определить поправку D Е для стандартной термопары, используя сравнение результатов градуировки термопары с табулированными данными Т _станд для стандартной термопары по соотношению

D_станд = T - Т _станд ,                                                                                 

где Т - температура, измеренная термометром сопротивления в стационарном режиме, Т _станд. - соответствующее табулированное значение температуры для стандартной термопары.

5. Провести оценку погрешности, D, температуры, которая измерена с помощью термопары 8, используя полученные результаты градуировки термопары. Оценить случайную составляющую, D_случ, погрешности температуры, измеренной с помощью термопары.

 

Подготовка к работе и проведение эксперимента

Включить термостат и вывести его на заданный режим. Для этого с помощью контактного термометра термостата установить заданное значение температуры и включить нагреватель термостата. При достижении стационарного температурного режима провести измерения температуры. Результаты измерений занести в протокол.

 

Протокол наблюдений

 

№	t, ч, мин	U Т, мВ	U к, мВ	Е, мВ	Т стекл, ^ОС	Т цифр, ^ОС

 

Отчет о работе

Отчет должен содержать: краткое описание установки, конструкции термометра и схемы измерения температуры; протокол наблюдений; результаты обработки и оценку погрешности измерений в опыте.

 

2.7. Контрольные вопросы

 

1. Как рассчитать случайную погрешность измерения термоЭДС?

2. Как рассчитать случайную погрешность измерения сопротивления терморезистора?

3. Какие блоки входят в измерительную схему терморезистора?

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. 3-е издание, перераб. М.: Энергия, 1978, 704 с.

2. Махров В.В., Буринский В.В. Методы исследования теплофизических свойств веществ. М.: Московский энергетический институт, 1987.

3. Орлова М.П. Низкотемпературная термометрия. Изд-во стандартов. М.: 1988, 280 с.

4. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник/ Е.В. Аметистов, В.А. Григорьев, Б. Т. Емцев и др.; Под общ. ред. В.А Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоиздат.1982. С. 433-465.

 

 

Лабораторная работа № 3

И пружинного манометров

 

Цель работы

 

Работа предназначена для изучения методов измерения давления с помощью поршневого и пружинного манометров. Студенты знакомятся с конструкцией манометров, выполняют проверку пружинного манометра, обрабатывают полученные данные и делают заключение о метрологических характеристиках пружинного манометра.

 

Введение

При постановке физических экспериментов и в технологических задачах проблема определения давления является актуальной. В работе изучаются два метода измерения давления в жидкой и газовой средах. Рассматриваются датчики давления: поршневой и трубчатый манометры. Датчики установлены на стенде и заполнены маслом. Давление масла можно менять в широких пределах и измерять обоими датчиками. Одновременное измерение давления двумя манометрами позволяет проводить поверку пружинного манометра. Результатом поверки являются определение погрешности поверяемого манометра и установление степени соответствия его показаний паспортным данным.

Задание

1. Изучить метод измерения давления с помощью поршневого и пружинного манометров, а также устройство этих измерительных приборов.

2. Провести поверку пружинного манометра с помощью МП-600. Выбор значения интервала давлений для поврки согласовать с преподавателем.

3. Вычислить поправку, выявить источники погрешности, возникающие в процессе поверки, оценить величину случайной и систематической погрешности для поршневого и пружинного манометров.

Проведение эксперимента

Ознакомиться с конструкцией поршневого и пружинного манометров. Изучить ручной насос и гидравлический пресс.

Создание условия с заданным давлением масла и измерение давления проводить в следующем порядке. Закрыть вентили 7, 13, 14 и открыть вентили 4, 5 (рис. 3.1.). Ручным насосом предварительно поднять давление масла до 5 … 10 кгс/см² , при этом вести наблюдение за показанием пружинного манометра. Установить грузы на измерительную колонку в соответствии с заданием. Поднять давление в масле до заданного уровня с помощью гидравлического пресса, контролируя его значение по пружинному манометру. Открыть вентиль 7 и вывести поршень в рабочее положение. Сделать отчет давления по пружинному манометру. Перейти на следующий уровень давления в масле. Выполнить пошаговое измерение давления при подъеме и снижении давления (7-10 шагов).

В лабораторной работе измеряются следующие величины: P _пруж - давление, измеряемое пружинным манометром; P _гр- давление, создаваемое грузами, m _i  - масса разновесов; t - температура воздуха в лаборатории; P _изм - значение избыточного давления, измеренного поршневым манометром; B барометрическое давление.

 

Протокол наблюдений

 

№	Р пр дел.	Р гр кгс/см^2	m i кг	t ^oC	P изм кгс/см^2	B бар мм рт. ст.	Р абс кгс/см^2

Отчет по работе

Отчет по работе должен содержать: краткое описание и принципиальную схему стенда; протокол наблюдений и результаты обработки, в том числе оценку погрешности измерения давления, графики и аналитическую зависимость для поправки.

Объем таблиц и графиков в отчете, а также способ обработки первичных данных студенты согласуют с преподавателем.

3.8. Контрольные вопросы

 

1. Как рассчитать случайную погрешность измерения, которое проведено с помощью пружинного манометра?

2. Как рассчитать систематическую погрешность поршневого манометра?

3. Какие блоки входят в стенд для поверки пружинных манометров?

 

ЛИТЕРАТУРА

 

 1. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы, 3 - е издание, М.: Энергия, 1978, 704 с.

2 Циклис Д.С. Техника физико-химических исследований при высоких и сверхвысоких давлениях. Изд. 4-е, М.: Химия, 1976

 3. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник/ Е.В. Аметистов, В.А. Григорьев, Б.Т. Емцев и др.; Под общ. ред. В.А Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоиздат. 1982. С. 433-465.

 

 

Лабораторная работа № 4

Обработка первичных данных

 

Для определения времени перекрытия луча шторкой с графика Б необходимо снять две точки по координате X, соответствующие скачкам напряжения с датчика -оптопары.

С графика А необходимо последовательно снять координаты следующих точек:

а) точку на участке предыстории процесса, непосредственно перед моментом начала погружения термопары в жидкость, по которой можно оценить значение u в , соответствующее температуре воздуха;

б) пять точек на экспоненциальном участке переходного процесса;

в) точку на асимптотическом участке процесса, по которой можно оценить значение u ж  , соответствующее температуре жидкости.

Для выявления случайно погрешности опыт проводится многократно.

В результате для каждого зафиксированного момента времени получится статистическая выборка из трех значений, измеренных в разных опытах. По этой выборке рассчитывают средние значения и среднеквадратические отклонения (СКО) для каждого из выбранных моментов времени.

 

 

Рис. 7. Экспериментальный график переходного процесса

 

 

В момент времени t o начинается переходный процесс, в момент t 1 кривая переходного процесса пересекает границу коридора случайной составляющей погрешности.

Тепловая инерционность термопары определяется по графику переходного процесса как отрезок времени 

.                                                (1)

 

Рассмотренные измерительная система и метод измерений относятся к техническим и методическим средством для проведения динамических испытаний средства измерения.

Чтобы определить температуру жидкости t ж по измеренной величине t сп в этом случае, следует использовать поправку С, которая зависит от времени и определяется формулой:

 

С = t ж  - t сп.                                             (2)

В соответствии с определением (2) величина t ж находится путем прибавления известной поправки С к показанию термодатчика t сп.

В общем случае учет таких эффектов, как масса термодатчика и теплообмен на границе спай и среда приводит к дифференциальному уравнению

 

ε (dt / dτ) + t_cp = t_cp (τ).                            (3)

 

Рассмотрим зависимость показаний датчика при граничных условиях, когда температура среды меняется скачком

t_cp = 0 при τ = 0,                                           

t_cp = t_cp при τ > 0.                                 (4)

 

В условиях (4) зависимость температуры термопары от времени определяется формулой

 

t = t_cp (1 – e ^{– τ / ε}).                                   (5)

 

где ε – динамическая характеристика термопары.

В графическом виде зависимость температуры спая показана на Рис. 8.

 

 

Рис. 8. Зависимость температуры спая

 

Параметр ε существенно влияет на время установления теплового равновесия τ ₁ (см. рис. 9).

 

Рис. 9. Зависимость температуры спая при различных параметрах ε.

 

Динамические характеристики СИ могут определяться и исследоваться при различных известных граничных условиях: на вход СИ подается сигнал Х, меняющийся во времени. Форма переменного сигнала Х может быть в виде ступени, прямоугольного импульса или синусоиды.

 

 

Лабораторная работа № 1

ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ЖИДКОСТЕЙ

 

1.1 Цель работы

 

Целью работы является приобретение навыков по использованию двух типов расходомеров, применяемых для измерения расхода жидкостей – расходомера с переменным перепадом давления (сужающего устройства с дифференциальным манометром) и расходомера с постоянным перепадом давления (ротаметра).

 

1.2 Введение

 

В промышленных и лабораторных условиях одной из важнейших является задача измерения расхода – количества вещества, проходящего в единицу времени через трубопровод или канал.

Массовый расход выражается в единицах массы за единицу времени (кг/c, т/ч). Объемный расход выражается в единицах объема за единицу времени (м³/с, л/ч).

Известно более десятка надежных методов измерения расхода. Наиболее широко распространены следующие:

– по перепaду давления на сужающем устройстве (расходомерная диафрагма, сопло, сопло Вентури);

– по высоте поднятия поплавка потоком в вертикальной конической трубке (ротаметр);

– по частоте вращения турбинки или крыльчатки, которые устанавливаются непоcрeдственно в поток (тахометрический расходомер);

– по величине ЭДС, возникающей в проводящей жидкости при ее движении в магнитном поле (электромагнитный расходомер).

Определенным преимуществом первых двух указанных методов является возможность измерения расхода без применения электронных преобразователей. Выпускаются также модификации соответствующих типов расходомеров, обеспечивающие дистанционную передачу показаний в электронном виде.

Более подробно с методами измерения расхода и разными типами расходомеров можно ознакомиться в справочнике [1]. Измерение расхода по перепаду давления на сужающем устройстве

 

На рис. 1.1 показано сужающее устройство в виде участка трубопровода с установленной в нем расходомерной диафрагмой.

 

 

 

Рис. 1.1 Схема установки расходомерной диафрагмы в трубопровод

1 –участок трубопровода; 2 – сужающее устройство;
3 – трубки отбора давления.

 

 

Диафрагма представляет собой тонкий диск c круглым центральным отверстием, которое имеет диаметр  и площадь . Трубопровод имеет внутренний диаметр  и площадь сечения . До некоторого сечения A поток остается невозмущенным и движется со средней скоростью .

Сужение потока начинается перед диафрагмой и продолжается за диафрагмой до некоторого сечения B, где поток достигает максимального сужения. Далее пoтoк постепенно расширяется до полного сечения трyбопровода.

В соответствии с законом сохранения энергии, в суженном сечении скорость потока увеличивается за счет перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую. В результате статическое давление в суженном сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность (перепад) статических давлений зависит от расхода.

Отбор статических давлений  и  осуществляется с помощью двух отверстий в трубопроводе, расположенных непосредственно до и после диска диафрагмы. Перепад давлений измеряется с помощью дифференциального манометра.

Штриховыми линиями на рис. 1.1 показаны линии тока основного течения. В угловых зонах между стенками трубопровода и диафрагмой возникают застойные области, в которых образуются вторичные вихревые течения (их линии тока на рисунке не показаны).

Установлено [2], что для несжимаемой жидкости массовый
расход связан с перепадом давления на диафрагме выражением

                         ,                                    (1.1)

где  – массовый расход жидкости, кг/с;

– перепад давлений на диафрагме, Па;

– плотность жидкости, кг/м³;

– проходное сечение диафрагмы, м²;

– диаметр отверстия в диафрагме, м;

– коэффициент расхода (безразмерный).

В общем виде коэффициент расхода выражается функциональной зависимостью

                              ,                                          (1.2)

где   – относительная площадь сужающего устройства;

– проходное сечение трубопровода, м²;

– диаметр трубопровода, м;

– число Рейнольдса;

– средняя по сечению трубопровода скорость потока, м/с;

– кинематический коэффициент вязкости, м²/с.

 

Если среднюю скорость потока выразить через массовый расход, то формула для числа Рейнольдса запишется в виде

                                  ,                                          (1.3)

где   – динамический коэффициент вязкости, Па×с.

Для диафрагм при фиксированном значении  коэффициент расхода с ростом числа Рейнольдса монотонно падает, стремясь к некоторому асимптотическому значению.

Существуют стандартные сужающие устройства, при изготовлении и применении которых должны соблюдаться определенные требования. Для стандартных устройств зависимости типа (1.2) известны [2], поэтому коэффициенты расхода могут быть определены расчетным путем, с заранее известной погрешностью.

Стандартные расходомерные диафрагмы могут применяться в трубопроводах диаметром 50 мм. Если же диаметр трубопровода меньше 50 мм, то требуется индивидуальная градуировка коэффициента расхода и проверка его зависимости от числа Рейнольдса.

 

Измерение расхода жидкости ротаметром

 

Ротаметры предназначены для измерения объемного расхода однородных потоков жидкостей и газов. Схема ротаметра показана на рис. 1.2.

Ротаметр представляет собой конyсную стеклянную трубку, расположенную вертикально, внутри которой находится поплавок. Между поплавком и внутренней поверхностью конусной трубки образуется кольцевой зазор, площадь которого зависит от высоты поплавка. Поток жидкости или газа протекает снизу вверх, создавая перепад давления на кольцевом зазоре, как на сужающем устройстве.

На поплавок действует подъемная сила, в создании которой участвует не только перепад давлений, но также силы вязкого трения, действующие на боковую поверхность поплавка при протекании потока в кольцевом зазоре, сила гидростатического выталкивания (архимедова сила) и динамический напор набегающего потока. Вес поплавка всегда уравновешивается суммарной подъемной силой. Каждому положению поплавка соответствует определенное значение расхода.

Оказывается, что при изменении расхода поплавок стремится занять положение, при котором перепад давлений на кольцевом зазоре сохраняется. Фактически можно считать, что сохраняется перепад давления между близкими к поплавку сечениями A и B.

Для снятия показаний ротаметра на стеклянной конусной трубке наносится равномерная условная шкала. В качестве указателя положения поплавка относительно шкалы служит верхняя горизонтальная плоскость самого поплавка.

На предприятиях, выпускающих ротаметры, последние индивидуально градуируются. Ротаметры поставляются с паспортом, в котором имеется таблица градуировки, связывающая условную шкалу с конкретными значениями расхода.

Жидкостные ротаметры градуируются по воде, и в паспорте приводится температура, при которой проводилась градуировка, а также плотность и вязкость воды. В случае использования других жидкостей таблица градуировки пересчитывается по известной методике с учетом изменения плотности и вязкости жидкости.

 

1.3 Описание лабораторного гидростенда

На рис. 1.3 приведена схема лабораторного гидростенда, предназначенного для испытаний расходомерных устройств. В состав гидростенда входят два ротаметра и одно сужающее устройство. Ротаметры однотипные, но имеют разные пределы измерений. Вода поступает из напорной магистрали через входной вентиль и фильтр.

 

 

 

Рис. 1.3. Схема лабораторного гидростенда.

1 – основной регулировочный вентиль; 2 – вентиль-ограничитель; 3,4,5 – запорные вентили расходомеров; 6 – вентиль-регулятор; 7 – ниппель; 8 –мерная кружка; 9,10 – сливная воронка.

 

Необходимый расход устанавливается основным регулировочным вентилем 1. Вспомогательный вентиль 2 служит для ограничения максимального расхода. Для включения или выключения рабочего режима расходомеров служат запорные вентили 3, 4 и 5. Если какой-либо из этих вентилей полностью закрыт, то весь поток воды направляется в обход него через соответствующий расходомер – обеспечивается рабочий режим измерений. Если наоборот, какой-либо из этих вентилей открыт, то он шунтирует свой расходомер, при этом почти весь поток проходит через вентиль, минуя расходомер – последний считается выключенным.

Далее весь поток сливается через ниппель 7 в мерную кружку 8 или просто в сливную воронку 9. Мерная кружка используется, если требуется измерить массовый расход воды весовым способом.

Для измерения перепада давления на диафрагме служит дифференциальный манометр (дифманометр). Нижние концы трубок дифманометра подключены к отборам статических давлений  и . Верхние концы трубок дифманометра открыты, сообщаются с атмосферой и расположены над воронкой 10, которая в случае перелива направляет воду в сливную магистраль. Разность уровней воды  в трубках дифманометра измеряется по линейке, проложенной между трубками.

На выходе из сужающего устройства установлен регулирующий вентиль 6, с помощью которого можно изменять средний уровень водяных столбов в дифманометре. Кроме того, если в рабочем режиме этот вентиль закрыть, то весь поток воды направится через отборы давлений по трубкам дифманометра на перелив, унося с собой загрязнения и пузырьки воздуха.

Ниже приводятся основные параметры сужающего устройства и ротаметров, установленных на гидростенде.

Сужающее устройство.

Диаметр отверстия в диафрагме, = 4,4 мм.

Диаметр трубопровода, = 7,9 мм.

Ротаметры.

На лабораторном гидростенде установлены жидкостные ротаметры
типов РМ–4–0,16 ЖУ3 и РМ–4–0,25 ЖУ3 с номинальными пределами
измерений 0,16 и 0,25 м³/ч соответственно.

В табл. 1.1 приводятся индивидуальные заводские градуировки ротаметров, выполненые при температуре воды 18 ºС.

                                                                                                                

 

 

Т а б л и ц а 1.1

Заводские градуировки ротаметров

Отметка шкалы		0	20	40	60	80	100
Расход, л/ч	РМ–4–0,16 ЖУ3	20	46	76	107	140	171
	РМ–4–0,25 ЖУ3	41	80	121	161	209	259

 

Допускаемая основная погрешность ротаметров составляет ±2,5% от номинальных пределов измерений.

Дополнительная погрешность не превышает половины основной допускаемой погрешности на каждые 10 ºС изменения температуры воды.

 

1.4 Проведение работы

В лабораторной работе необходимо выполнить градуировку сужающего устройства и одного из ротаметров (по указанию преподавателя).

Для измерения расхода на гидростенде в качестве образцового применяется весовой способ. Для этого используются мерная кружка, лабораторные весы и секундомер.

В установившемся рабочем режиме измерения пустая мерная кружка подставляется под струю слива из ниппеля с одновременной фиксацией по секундомеру начального момента времени. После заполнения водой кружка убирается из-под струи с одновременной фиксацией конечного момента времени. Масса собранной воды определяется как разность масс полной и пустой кружки.

Массовый расход рассчитывается по формуле ,

где  – масса собранной воды, кг;

– интервал времени заполнения кружки, с.

Градуировка ротаметра.

Для ротаметра градуировка заключается в построении таблицы расхода по фиксированным отметкам шкалы при той температуре воды, какая установилась в период проведения работы.

Сравнение с заводской градуировкой (выполненной при температуре 18 °С) позволит определить соответствие прибора своему классу точности по основной и дополнительной погрешности измерений.

В опытах градуировочные значения расхода устанавливаются по тем же отметкам шкалы ротаметра, что приняты для заводской градуировки (см. табл. 1.1). Данные по градуировке ротаметра заносятся в табл. 1.3.