Metodicheskie_ukazania_1_chast


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

М.С. ЛЕНСКИЙ
ПРИБОРЫДЛЯИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Часть 1
Методические указания к лабораторным работам
по направлениям подготовки 18.03.01 «Химическая технология»,
«Биотехнология», 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов»
Москва – 2016
УДК 66.012-52 ББК 6П7.1
Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ в качестве методических указаний
Подготовлено на кафедре Автоматики, электротехники и электроники им. А.В. Нетушила МИТХТ
Рецензент: д.т.н. Таран А.Л., проф. МИТХТ
Рекомендовано к изданию кафедрой Автоматики, электротехники и электроники (протокол № 1 от 28.08.2015 г.).
Ленский М.С.
Приборы для измерения основных технологических величин. Часть 1.: методические указания к лабораторным работам /М.С. Ленский. – М.: Московский технологический университет (МИРЭА), 2016 – 43 с., рис. 23
Указания содержат сведения о методике и порядке проведения лабораторных работ по изучению приборов для измерения основных технологических величин, выполняемых студентами при изучении дисциплины «Системы управления химико-технологическими процессами». Методические указания предназначены для студентов 3 курса, обучающихся по направлению подготовки 18.03.01 «Химическая технология». Оно также может быть использовано студентами 4 курса, обучающимися по направлениям 19.03.01 «Биотехнология» и 22.03.01
«Материаловедение и технологии материалов».
© Ленский М.С., 2016
© Московский технологический университет (МИРЭА), 2016
СОДЕРЖАНИЕ
1. Лабораторная работа 5.2. Поверка преобразователя
термоэлектрического в комплекте с вторичным прибором…....................................................................... 4
2. Лабораторная работа 5.3. Поверка термопреобразователя сопротивления в комплекте с автоматическим уравновешенным мостом ................... 10
3. Лабораторная работа 5.4. Поверка деформационных манометров и преобразователей давления.................... 17
4. Лабораторная работа 5.6. Определение уровня жидкости гидростатическим уровнемером ................... 23
5. Лабораторная работа 5.7. Измерение расхода методом переменного перепада давления .................... 28
6. Лабораторная работа 5.8. Измерение расхода методом постоянного перепада давления..................... 31
7. Лабораторная работа 6.6. Изучение промышленного рН-метра и его поверка.................................................... 34
8. Лабораторная работа КСО. Градуировка кондуктометрического концентратомера...................... 38
9. Список литературы ......................................................... 42
Лабораторная работа 5.2.
ПОВЕРКА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО В КОМПЛЕКТЕ С ВТОРИЧНЫМ ПРИБОРОМ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройством термоэлектрического преобразователя (ТЭП) в комплекте с вторичным прибором. Провести поверку комплекта приборов для измерения температуры, градуировку хромель-копелевого ТЭП и поверку автоматического потенциометра.
Термоэлектрический преобразователь (термопара) представляет собой две проволоки из разнородных металлов, концы которых скручиваются, а затем свариваются или спаиваются. Полученный спай помещают в измеряемую среду и называют рабочим. Свободные концы проволок называют свободным спаем и подключают к вторичному прибору. Если нагреть рабочий спай ТЭП, то на свободном спае возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС), величина которой зависит от материала ТЭП и разности температур между рабочим и свободным спаями ТЭП. Измерив величину ТЭДС, можно судить об измеряемой температуре.
Для измерения ТЭДС используют милливольтметры или потенциометры. Действие потенциометров основано на компенсации (уравновешивании) измеряемой ТЭДС известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником тока. На рис.1.1 приведена схема переносного лабораторного потенциометра ПП. Электрическая схема потенциометра ПП имеет три цепи: цепь вспомогательного источника тока, цепь ТЭП и цепь нормального элемента НЭ. Вначале ставят переключатель П в положение «контроль» (К).
Если стрелка нуль-прибора НП не находится на нуле, то рабочий ток в цепи батареи не соответствует стандартному
значению. Для его стандартизации изменяют положение движка реостата RБ, пока стрелка НП не установится на ноль. Затем переключатель П переводят в положение
11366501443361«измерение» (И) и перемещением движков секционного сопротивления RС и реохорда RР устанавливают стрелку НП на ноль. При этом измеряемая ТЭДС уравновешивается разностью потенциалов между точками a и b: E(tt0) = i (R’С + R’Р).
Рис.1.1. Схема лабораторного переносного потенциометра ПП.
Автоматический потенциометр КСП-4 (рис.1.2) предназначен для непрерывного измерения, записи и регулирования температуры при работе с одним из ТЭП стандартной градуировки.
Измеряемая ЭДС ТЭП E(tt’0) компенсируется разностью потенциалов, возникающей в измерительной диагонали мостовой схемы прибора (между точками b и d). При этом соблюдается равенство:
E(tt0’) = i2R’ОБ + i2RН – i1RК,( 1-1 )
где t – температура рабочего спая ТЭП, t’0 – температура свободного спая ТЭП, R’ОБ – часть приведенного сопротивления реохорда между точками a’ и d измерительной схемы, величина которого зависит от положения движка реохорда.

Рис.1.2. Принципиальная схема автоматического потенциометра КСП-4:
Т – ТЭП; ИМ – измерительный мост; ИПС – источник постоянного стабилизированного тока; РД – реверсивный двигатель; РУ – регистрирующее устройство; СД – синхронный двигатель; УС – усилитель.
При постоянстве измеряемой температуры соблюдается равенство (1) и измерительная схема прибора находится в равновесии. Когда температура изменяется, равенство (1) нарушается и на входе электронного усилителя возникает напряжение небаланса, которое усиливается по величине и мощности и подается на реверсивный двигатель РД. Последний, вращаясь в соответствующем направлении, передвигает движок реохорда и тем самым устанавливает равновесие измерительной схемы. Одновременно РД перемещает показывающую стрелку и записывающее перо.
Все сопротивления измерительной схемы КСП-4 изготовлены из манганина, а RК – из меди. Конструктивно этот резистор размещен на задней стенке прибора рядом с местом подключением свободных спаев ТЭП. Наличие этого резистора позволяет автоматически вносить поправку на температуру свободных спаев ТЭП.
Описание экспериментальной установки. Монтажная схема и приборы, предназначенные для поверки ТЭП, приведены на рис. 1.3. Установка состоит из термокомплекта, включающего автоматический потенциометр КСП-4 3 со шкалой 0 – 4000С и хромель-копелевый ТЭП 9, источника регулируемого напряжения ИРН 4, лабораторного переносного потенциометра 5, сосуда Дьюара 6, стабилизаторанапряжения1,лабораторного автотрансформатора 2, электропечи 10, образцовых ртутных термометров 7,8 и переключателей П1, П2.
Схемаустановкипозволяетприсоответствующем
положении переключателей П1 и П2 производить: градуировку ТЭП, поверку автоматического потенциометра, поверку ТЭП в комплекте с автоматическим потенциометром.
1621155160836
Рис. 1.3. Установка для поверки термоэлектрического преобразователя и его элементов:
1 – стабилизатор напряжения; 2 – лабораторный автотрансформатор;
3 – автоматический потенциометр; 4 – источник регулируемого напряжения ИРН; 5 – лабораторный переносной потенциометр; 6 – сосуд Дьюара; 7,8 – образцовые ртутные термометры; 9 – ТЭП; 10 – электрическая печь; 11 – вентилятор; П1 и П2 – переключатели.
Порядок выполнения работы.
А. Градуировка хромель-копелевого ТЭП и поверка автоматического потенциометра КСП4 в комплекте с ТЭП.
Подать напряжение на электропечь лабораторным автотрансформатором 2.
При достижении температуры в электропечи значения 50оС (по ртутному термометру 8) измерить величину ТЭДС (переключатель П1 в положении б, переключатель П2 разомкнут). Полученные данные занести в табл. 1. Затем переключатель П1 перевести в положение а и зафиксировать показания автоматического потенциометра КСП4. Полученные данные занести в табл. 2.
Повторить измерения при достижении температуры в электропечи значений 100, 150, 200, 250 и 300оС и занести результаты в табл. 1.1 и 1.2.
Учесть поправку на температуру свободных спаев ТЭП, используя градуировочную таблицу, и занести данные в таблицу 1.
По данным табл. 1.1 построить градуировочный график ТЭП, в табл. 1.2 записать рассчитанные значения погрешностей измерения потенциометра КСП4.
Таблица 1.1. Результаты градуировки ТЭП
Температурав печи, 0С Измеренная ТЭДС, мВ ТЭДС с учетом поправки на температуру своб. спаев, мВ
Таблица 1.2. Результаты поверки ТЭП в комплекте с автоматическим потенциометром
Показания, 0С Погрешности
образцового ртутного термометра поверяемого комплекта абсолютные,
0С приведенные,
%
Градуировочный график ТЭП
Е,
мВ
Т, оС
2. Лабораторная работа 5.3.
ПОВЕРКА ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ В КОМПЛЕКТЕ С АВТОМАТИЧЕСКИМ УРАВНОВЕШЕННЫМ МОСТОМ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройством электрических термопреобразователей сопротивления (ТС) и вторичного прибора – автоматического уравновешенного моста КСМ-4, предназначенного для измерения величины электрического сопротивления ТС. Провести поверку комплекта приборов для измерения температуры, градуировку ТС и поверку автоматического уравновешенного моста.
Действие термопреобразователей сопротивления основано на зависимости электрического сопротивления проводников или полупроводников от температуры. В небольших интервалах температур у чистых металлов сопротивление линейно возрастает, а у полупроводников уменьшается по экспоненте. Наиболее пригодны для изготовления ТС медь и платина, имеющие большие температурные коэффициенты сопротивления. ТС представляет собой тонкую медную или платиновую проволоку, намотанную бифилярно на слюдяной, фарфоровый или пластмассовый каркас. Для защиты от внешних воздействий чувствительный элемент помещают в металлических кожух.
В качестве вторичных приборов в комплекте с ТС обычно применяют уравновешенные мосты. Принципиальная схема такого моста показана на рис.2.1. ТС через соединительные провода с сопротивлением RЛ подключается в одно из плеч моста.
Другие плечи последнего состоят из манганиновых резисторов R1 и R2 и реохорда RР. В одну диагональ моста включен источник питания, во вторую – нуль-прибор НП.
При равновесии моста (НП показывает ноль) соблюдается равенство:
1169035418546R1(Rt + 2RЛ) = R2RР(2-1)
Рис.2.1. Принципиальная схема уравновешенного моста.
При изменении температуры сопротивление Rt изменяется и мост разбалансируется. Для уравновешивания перемещают движок реохорда, изменяя его сопротивление RР до тех пор, пока НП вновь не станет показывать ноль. Таким образом, по положению движка реохорда можно однозначно судить о величине сопротивления Rt и, следовательно, об из- меряемой температуре.
Автоматический мост КСМ-4 (рис.2.2) предназначен для непрерывного измерения, записи и регулирования температуры при работе в комплекте с одним из ТС. Прибор построен по схеме уравновешенного моста, в одно из плеч которого включен ТС.
При постоянстве измеряемой температуры измерительная схема КСМ-4 находится в равновесии. В случае изменения температуры среды величина Rt меняется, что приводит к разбалансу измерительной схемы. В диагонали моста между точками b и d возникает напряжение небаланса, которое поступает на усилитель УС, усиливается по величине и мощности и подается на реверсивный двигатель РД. Последний, вращаясь в ту или иную сторону,
смещает движок реохорда RР до тех пор, пока измерительный мост вновь не придет в состояние равновесия. Одновременно РД перемещает стрелку и перо записывающего устройства.
1201419194097
Рис.2.2. Принципиальная схема автоматического уравновешенного моста КСМ-4:
Rt – ТС; ИМ – измерительный мост, УС – усилитель; РД – реверсивный двигатель; РУ – регистрирующее устройство; СД – синхронный двигатель.
Для уменьшения погрешности, связанной с изменением температуры в помещении, где проходят соединительные провода, применяют трехпроводную схему соединения ТС с вторичным прибором. При этом соединительные провода входят в смежные плечи мостовой схемы.
Описание экспериментальной установки. Схема установки, используемой при выполнении лабораторной работы, приведена на рис.2.3.
Температуру в водяной бане 12 поддерживают на заданном уровне подачей соответствующего напряжения на нагреватель 9. Это осуществляется перемещением в
необходимое положение ручки трансформатора 7, питаемого от стабилизатора напряжения 6. За действительное значение температуры воды в бане принимают показания образцового ртутного термометра 11.
1552575182326
Рис.2.3. Установка для поверки ТС и автоматического уравновешенного моста:
1 – лабораторный переносной потенциометр; 2 – источник регулируемого напряжения; 3 – миллиамперметр; 4 – образцовый магазин сопротивлений; 5 – автоматический мост; 6 – стабилизатор напряжения; 7 – лабораторный автотрансформатор; 8 – барботер; 9 – нагреватель; 10 – ТС; 11 – образцовый ртутный термометр; 12 – водяная баня; 13 – вентиль; П1 П2, П3 – переключатели.
Схема установки позволяет при соответствующем изменении положения переключателей произвести: градуировку ТС; поверку автоматического уравновешенного моста; поверку ТС в комплекте с автоматическим уравновешенным мостом.
Сопротивление ТС при его градуировке рассчитывают по формуле:
Rt = RN Ut/UN,где RN = 100 Ом.(2-2)
Порядок выполнения работы.
А. Градуировка ТС и поверка его в комплекте с автоматическим уравновешенным мостом КСМ4.
При отключенном подогревателе 6 включить переключатель П2, отключить переключатель П3, зафиксировать образцовым термометром 11 температуру в водяной бане 12 и занести полученные данные в табл. 2.1.
Устанавливая переключатель П1 в положения а и б, измерить с помощью лабораторного переносного потенциометра 1 напряжения Ut и UN и рассчитать по полученным значениям величину сопротивления ТС по формуле (2). Полученные данные занести в табл. 2.1.
Включить переключатель П3 и зафиксировать показания автоматического уравновешенного моста КСМ4. Полученные данные занести в табл. 2.2.
Повторить измерения по пунктам 1 – 3 для различных значений температуры в водяной бане (по указанию преподавателя). Нагрев воды осуществляется за счет включения подогревателя 6.
По данным табл. 2.1 построить градуировочный график ТС, в таблице 2.2 рассчитать погрешности автоматического уравновешенного моста.
Б. Поверка автоматического уравновешенного моста.
Отключить переключатели П1 и П2 и включить переключателем П3 образцовый магазин сопротивлений 4.
Изменяя положение задатчиков магазина сопротивления 4, установить стрелку прибора КСМ4 на первую оцифрованную отметку шкалы.
Занести в табл. 2.3 показания образцового магазина сопротивлений. Записать туда же значение сопротивления ТС из градуировочной таблицы при измеренной температуре.
Повторить измерения по пунктам 1 – 3 для различных значений температуры по шкале вторичного прибора КСМ4при прямом и обратном ходе.
Рассчитать погрешности автоматического уравновешенного моста и занести данные в табл. 2.3.
Таблица 2.1. Результаты градуировки ТС
Температура в водяной бане, °С Напряжение Ut, мВ Напряжение UN, мВ Сопротивление Rt, Ом
Таблица 2.2. Результаты поверки ТС в комплекте с автоматическим уравновешенным мостом
Показания, °С Погрешности
образцового ртутного термометра поверяемого комплекта абсолютные,
°С приведенные,
%
Таблица 2.3. Результаты поверки автоматического уравновешенного моста
Показания Погрешности
поверяемого моста образцового магазина абсолютные, Ом приведенные,
%
по шкале,
°С по град. таблице, Ом прямой ход обрат- ный ход прямой ход обрат- ный ход прямой ход обрат- ный ход
Градуировочный график ТС
Rt, Ом
Т, 0С
3. Лабораторная работа 5.4.
ПОВЕРКА ДЕФОРМАЦИОННЫХ МАНОМЕТРОВ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАВЛЕНИЯ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструкцией деформационного и грузопоршневого манометров и преобразователя давления. Выполнить поверку манометра с одновитковой трубчатой пружиной и преобра- зователя давления в комплекте с вторичным прибором, созданным в SCADA-системе «РСК-2007».
Т, 0С
Давление характеризуется отношением силы, равномерно распределенной по площади и нормальной к ней, к величине этой площади.
По принципу действия приборы для измерения давлений делят на жидкостные, деформационные, грузопоршневые и электрические. В зависимости от измеряемой величины различают следующие приборы: манометры – для измерения избыточных давлений; вакуумметры – для измерения разрежений; мановакуумметры – для измерения избыточных давлений и разрежений; напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры – для измерения малых избыточных давлений и малых разрежений (до нескольких кПа); дифференциальные манометры (дифманометры) – для измерения перепада (разности) давлений; барометры – для измерения атмосферного давления.
Наибольшеераспространениеполучили деформационные манометры, действие которых основано на деформациичувствительногоэлемента(ЧЭ) пропорционально измеряемому давлению. На рис.3.1 пока- зано устройство манометра с одновитковой трубчатой пружиной, чувствительным элементом которого является трубчатая пружина 2, представляющая собой полую трубку овального или эллиптического сечения, приваренную с одной
стороны к держателю и согнутую по дуге окружности 180 – 270°.
7461251891851Под действием давления среды, сообщающейся с внутренней полостью трубчатой пружины, последняя, деформируясь, несколько распрямляется, свободный конец ее перемешается и через передаточный механизм вызывает смещение стрелки по шкале прибора. Трубчато-пружинные манометры предназначены для местных измерений давления.
Рис.3.1. Трубчато- пружинный манометр с одновитковой трубчатой пружиной:
1 – держатель; 2 – трубчатая пружина; 3 – корпус;
4 – стрелка; 5 – спиральный волосок; 6 – пробка;
7 – передаточный механизм.
Грузопоршневые манометры (рис.3.2) предназначены для поверки и градуировки деформационных манометров. В этих приборах давление создается за счет калиброванных грузов 6, помещаемых на тарелку 7. Создаваемое грузами давление Р = mg/А, где m – масса поршня с тарелками и грузом; А – эффективная площадь поршня. Накладывая поочередно несколько грузов, устанавливают поршень 5 в среднее положение с помощью поршневого пресса 1 и в этот момент фиксируют показания поверяемого манометра, установленного в штуцере 3 или 10.
859155-31690Рис. 3.2. Грузопоршневой образцовый манометр:
1 – поршневой пресс; 2,9,11 – игольчатые вентили; 3,10 – штуцеры; 4 – воронка; 5 – шток; 6 – грузы; 7 – тарелка;
8 – цилиндр; 12 – сливной вентиль.
Когда результаты измерения давления необходимо передать на расстояние, используют преобразователи (датчики) давления, в которых измеряемая величина преобразуется в унифицированный электрический или пневматический сигнал или в цифровой код. Наибольшее распространение в настоящее время получили преобразователи давления с токовым сигналом 4–20 мА и сигналом по напряжению 0–10 В.
На рис. 3.3 показан внешний вид и схема подключения датчика давления ОВЕН ПД100-ДИ. Его чувствительным элементом является тензометрическая пластина. Под действием механической силы (давления) пластина деформируется, что вызывает изменение ее электрического сопротивления, которое затем преобразуется в токовый сигнал. Падение напряжения на сопротивлении Rн изменяется пропорционально протекающему по нему току и подается на измерительное устройство (в данной работе - устройство ввода-вывода PCI-1710HG, установленное в системном блоке компьютера).
В данной работе в качестве вторичного прибора используется прибор, созданный в компьютере программным путем с использованием SCADA-системы «РСК-2007».

Рис. 3.3. Внешний вид и схема подключения датчика давления ОВЕН ПД100-ДИ.
Методика проведения работы. Поверку манометра с одновитковой трубчатой пружиной проводят с помощью грузопоршневого манометра (рис. 3.4). Изменяя количество грузов, положенных на тарелку грузопоршневого манометра, фиксируют показания поверяемого манометра при уве- личении нагрузки (прямой ход). На максимальной нагрузке прибор выдерживают несколько минут, а затем снимают показания при уменьшении нагрузки (обратный ход).
на компьютер
Аналогично выполняется поверка датчика давления ОВЕН ПД100-ДИ. За действительное значение измеряемого давления при этом принимают показания грузопоршневого манометра.
Рис. 3.4. Схема установки для поверки деформационного манометра (Р1) и датчика давления ОВЕН ПД100-ДИ (Р2).
Порядок выполнения работы
Подать напряжение на установку выключателем поз. 1. (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Элементы лабораторной установки:
1 – выключатель установки, 2 – манометр технический, 3 – преобразователь давления, 4 –блок питания 24В, 5 – клеммный адаптер,6 – устройство ввода-вывода системного блока компьютера, 7 – соединительный кабель.
577405473973Включить компьютер и загрузить программу лабораторной работы ярлыком Л.р. 5.4.
Ознакомиться с основными элементами лабораторной установки (рис. 3.5).
Клавишами F1 – F10 на клавиатуре или кнопкой «Экран» на пульте управления перелистать основные экраны и ознакомиться с их содержанием. Оставить открытым экран № 1.
Провести поверку манометра с одновитковой трубчатой пружиной:
а) изменяя количество грузов, положенных на тарелку грузопоршневого манометра, зафиксировать и записать в табл. 3.1 показания поверяемого манометра при увеличении нагрузки (прямой ход);
б) несколько минут выдержать прибор при максимальной нагрузке;
в) снять показания поверяемого манометра при уменьшении нагрузки (обратный ход) и занести данные в табл. 3.1.
На экране 1 выбрать мышкой символ вторичного прибора и нажать кнопку «Диагр».
Аналогично пункту 5 выполнить поверку преобразователя давления ОВЕН ПД 100-ДИ. Показания поверяемого преобразователя фиксировать по шкале и диаграмме прибора Р2 и заносить данные в табл. 3.2.
Таблица 3.1. Результаты поверки манометра с одновитковой трубчатой пружиной
Показания, кг/см2 Погрешности Вариация
Образцо- вого мано- метра Поверяемого манометра Абсолютная, кг/см2 Приведенная,
% Абсо- лютная, кг/см2 Приве- денная,
%
пря- мой ход обрат- ный ход пря- мой хо обрат- ный ход пря- мой ход обрат- ный ход Таблица 3.2. Результаты поверки датчика давления ОВЕН ПД100-ДИ
Показания, кг/см2 Погрешности Вариация
Образцо- вого мано- метра Поверяемого манометра Абсолютная, кг/см2 Приведенная,
% Абсо- лютная, кг/см2 Приве- денная,
%
пря- мой ход обрат- ный ход пря- мой хо обрат- ный ход пря- мой ход обрат- ный ход 4. Лабораторная работа 5.6.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ УРОВНЕМЕРОМ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия, устройством гидростатического дифманометрического уровнемера и методикой определения уровня этим прибором. Выполнить поверку измерительного комплекта.
Действие гидростатических уровнемеров основано на зависимости давления столба жидкости от высоты. В данном случае используется сравнительный метод измерения, т.е. давление столба жидкости переменной высоты (измеряемый уровень) сравнивается с давлением столба той же жидкости постоянной высоты (в уравнительном сосуде).
Возникающий перепад давлений измеряется дифманометром, устройство которого показано на рис.4.1. Перепад давления воспринимается мембранными коробками
7 и 9, заполненными водным раствором этиленгликоля. При увеличении перепада давления нижняя мембранная коробка сжимается, и жидкость перетекает в верхнюю коробку, увеличивая ее объем. За счет этого смещается сердечник 6, что приводит к изменению напряжения в катушке 4, подающегося на вторичный прибор.
Схема вторичного прибора КСД-3 приведена на рис.4.2. В приборе имеется дифференциально-трансформаторная катушка 6, аналогичная катушке дифманометра 1. Первичные обмотки этих катушек соединены последовательно и на них подается одинаковое напряжение. Вторичные обмотки катушек 1 и 6 состоят каждая из двух секций, включенных навстречу одна другой, поэтому индуктируемые в них ЭДС противоположны по знаку.
2261235102595
Рис.4.1. Мембранный дифманометр:
1 – корпус; 2 – перегородка; 3,8 – импульсные трубки; 4 – дифференциально-трансформаторная катушка;
5 – колпак; 6 – сердечник; 7,9 – мембранные коробки.
При одинаковом положении сердечников в катушках 1 и 6 измерительная схема прибора находится в равновесии. Если сердечник в катушке 1 смещается, то напряжение во вторичных обмотках катушек 1 и 6 не будут равны, и между точками А и Б возникает напряжение небаланса. В усилителе 10 оно увеличивается по величине и мощности и подается на реверсивный двигатель 9. Последний начинает вращаться и через кулачок перемещает сердечник 5 катушки 6 до тех пор, пока сердечники катушек 1 и 6 вновь не займут одинаковое положение, и схема не придет в равновесие. Одновременно реверсивный двигатель перемещает стрелку и перо регистрирующего устройства.
1065530195915
Рис.4.2. Схема автоматического дифференциально- трансформаторного прибора КСД-3 с катушкой датчика:
1 – катушка датчика; 2 – контрольная кнопка; 3 – переменный резистор; 4 – обмотка корректировки нуля; 5,11 – сердечники катушек; 6 – катушка прибора КСД-3; 7 – кулачок; 8 – регистрирующее устройство; 9 – реверсивный двигатель; 10 – усилитель.
Описание установки и методика проведения работы.
Схема установки для определения уровня жидкости и
нахождения погрешности измерения гидростатического дифманометрического уровнемера приведена на рис. 4.3.
В аппарат 1, уровень в котором измеряется, жидкость подается по впускному трубопроводу с вентилем 3. Из аппарата жидкость вытекает по сливной трубе с вентилем 6. При определенном положении вентилей 3 и 6 уровень жидкости Н в аппарате 1 может поддерживаться на заданном значении или изменяться. С нижней частью аппарата соединена одна импульсная трубка мембранного дифманометра 5, и через нее в дифманометр подводится большее давление. Другая импульсная трубка, по которой в дифманометр 5 подводится меньшее давление, соединена с уравнительным сосудом 4, заполненным затворной жидкостью с постоянным уровнем.
1972945162896
Рис. 4.3. Схема экспериментальной установки:
1 – аппарат, 2 – уровнемерное стекло; 3,6 – вентили; 4 – уравнительный сосуд; 5 – дифманометр; 7 – вторичный прибор КСД-3.
При проведении работы в аппарате 1 вентилями 3 и 6 устанавливают различные уровни жидкости, которые измеряют гидростатическим уровнемером и фиксируют по шкале вторичного прибора КСД-3; одновременно уровень определяют по уровнемерному стеклу 2, показания которого принимают за действительные значения измеряемой величины. Измерения проводят в пяти – шести точках с
постоянным интервалом как при повышении уровня жидкости в аппарате 1, так и при его понижении (при прямом и обратном ходе). Полученные данные заносят в таблицу и по ним рассчитывают погрешности прибора.
Порядок выполнения работы.
Установить вентилями 3 и 6 уровень жидкости, соответствующий первой поверяемой отметке по шкале вторичного прибора КСД-3.
Определить действительное значение уровня в емкости 1 по уровнемерному стеклу 2 и записать полученные данные в таблицу 4.1.
Повторить работу по пунктам 1 и 2 для различных значений по шкале вторичного прибора КСД3 при прямом и обратном ходе.
Рассчитать погрешности измерений и занести результаты в табл. 4.1.
Таблица 4.1. Результаты поверки гидростатического уровнемера.
Показания, мм Погрешности
По уровне- мерному стеклу Поверяемого уровнемера Абсолютные, мм Приведенные,
%
прямой ход обрат- ный ход прямой ход обрат- ный ход прямой ход обрат- ный ход
Лабораторная работа 5.7.
ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА МЕТОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
Цель работы. Изучить способ измерения расхода методом переменного перепада давления и ознакомиться с комплектом приборов для измерения расхода этим методом. Выполнить расчетное задание.
Действие расходомеров переменного перепада давления основано на том, что с изменением расхода вещества изменяется перепад давления, создаваемый неподвижным устройством, установленном в трубопроводе.
Комплект расходомера переменного перепада давления с сужающим устройством (рис.5.1) состоит из установленного на трубопроводе сужающего дроссельного устройства 1, соединительных импульсных трубок 2 и какого-либо измерителя перепада давления, например, U- образного дифманометра 3. При прохождении жидкости, газа или пара через сужающее устройство средняя скорость потока (рис.5.1б) увеличивается, и часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую. В результате этого статическое давление потока после сужающего устройства уменьшается, что вызывает перепад давления на нем (рис.5.1в).
Измерение расхода методом переменного перепада давления возможно при соблюдении следующих условий: поток заполняет все поперечное сечение трубопровода; агре- гатное состояние вещества при переходе через сужающее устройство не изменяется; поток является практически установившимся.
Запишем уравнения неразрывности струи и Бернулли для сечений I–I и II–II:
2579442920664564586118733Р /W 2 / 2P /W 2 / 2; AWA W ,(5-1)
11221122
где Р1 и Р2 – статические давления; W1 и W2 – скорости; A1и А2 – площади сечений потоков I–I и II–II; ρ – плотность вещества.
2(Р1Р2 )
После несложных преобразований получаем:
A
F0,(5-2)
а
б
в
где F – расход вещества; А0 – площадь отверстия сужающего устройства; (Р1 – Р2) – перепад давления на сужающем устройстве.
2458085195848
Рис. 5.1. Расходомер переменного перепада давления:
а – схема расходомера; б, в – распределение скоростей W и давлений Р в сужающем устройстве по длине трубопровода L; 1 – сужающее устройство; 2 – соединительные импульсные трубки; 3 – дифманометр; I-I – сечение потока, в котором еще не сказалось возмущающее воздействие сужающего устройства; II-II – сечение потока в месте его наибольшего сжатия; III-III – сечение потока в месте его полного расширения после сужающего устройства.
Величину α, учитывающую соотношениемежду
теоретическим и действительным расходомвещества,
называют коэффициентом расхода. Последний зависит от формы и размеров сужающего устройства, физических свойств вещества и режима течения.
Описание установки и методика проведения работы. Схема установки для проведения эксперимента показана на рис. 5.2.
Вода из мерного бака 4 свободно сливается в бак 5 через отверстие, которое может перекрываться запорным устройством 2 с ручным приводом. Из сливного бака 5 вода центробежным насосом 12 подается, в зависимости от положения гибкого шланга 3, в бак 5 или в мерный бак 4. Количество воды в мерном баке 4 определяется по показаниям уровнемерного стекла 7.
1879600201757
Рис.5.2. Установка для определения расхода жидкости расходомером переменного перепада давления:
1 – уровнемерное стекло; 2 – запорное устройство; 3 – шланг; 4 – мерный бак; 5 – сливной бак; 6,11 – вентили; 7 – ртутный дифманометр; 8 – диафрагма; 9 – дифманометр ДМ-П2; 10 – вторичный прибор; 12 – насос.
Расход воды, протекающей по нагнетательному трубопроводу, можно определить по времени заполнения мерного бака 4 иди с помощью расходомера переменного перепада давления, а затем сравнить их.
Получить от преподавателя данные о размерах сужающего устройства (модуль m) и трубопровода (внутренний диаметр).
Найти значения величин αисх, Кш, Кп и рассчитать величину коэффициента расхода α.
По заданному значению перепада давления на сужающем устройстве рассчитать по уравнению (5-2) величину расхода воды по трубопроводу.
Расчетное задание по измерению расхода методом переменного перепада давления
Лабораторная работа 5.8.
ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА МЕТОДОМ ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и методикой определения расхода методом постоянного перепада давления. Изучить устройство ротаметра с
пневматической дистанционной передачей показаний на расстояние,
Действие расходомеров постоянного перепада давления основано на том, что изменение расхода вещества вызывает вертикальное перемещение поплавка, находящегося в потоке. При этом изменяется площадь проходного сечения прибора, а перепад давления на поплавке остается постоянным.
Ротаметры выполняют в виде вертикальной конической трубки, в которой находится поплавок (рис.6.1). Изменение расхода вещества вызывает перемещение поплавка в трубке на некоторую высоту; при этом из- меняется площадь кольцевого зазора между поплавком и внутренними стенками трубки.
Перепад давления ∆Р на поплавке остается постоянным (он определяется массой поплавка и площадью его сечения):
∆P = Vg(ρп – ρ)/A0,(6-1)
17703791189742где A0 – площадь сечения поплавка в месте наибольшего диаметра; ρп и ρ – плотности материала поплавка и измеряемой среды; g – ускорение свободного падения; V – объем поплавка.
Рис.6.1. Ротаметр с конической трубкой.
Ротаметр пневматический РП (рис.6.2.) предназначен для непрерывного измерения расхода жидкости и преобразования его в пропорциональный пневматический сигнал. Он состоит из ротаметрической и пневматической частей.

Рис.6.2. Ротаметр с пневматической передачей:
1 – диск; 2 – поплавок; 3 – цилиндрический магнит; 4 – плоский
магнит; 5 – шкала; 6 – стрелка; 7 – рычаг; 8 – демпфер; 9 – сильфон
обратной связи; 10 – заслонка; 11,15,17 – сопла; 12 – камера; 13 – сильфоны; 14 – постоянный дроссель; 16 – тарельчатый клапан.
При увеличении расхода жидкости поплавок 2 поднимается вверх, и через систему магнитов и рычагов его перемещение передается на стрелку 6 и заслонку 10. Последняя приближается к соплу 11, что вызывает увеличение давления в камере 12, сжимание сильфонов 13 и увеличение подачи воздуха питания из сопла 15 в выходную линию. Давление в ней возрастает до тех пор, пока выходной сигнал через сильфон обратной связи 9 не уравновесит заслонку. В результате устанавливается пропорциональная зависимость между измеряемым расходом, перемещением поплавка 2, зазором в системе сопло 11 – заслонка 10 и давлением воздуха в выходной линии РВЫХ, которое подается на вторичный прибор.
Лабораторная работа 6.6.
ИЗУЧЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО рН-МЕТРА И ЕГО ПОВЕРКА
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройством промышленного рН-метра рН-201, состоящего из магистрального чувствительного элемента ДМ-5М, высокоомного промышленного преобразователя П-201 и самопишущего потенциометра типа КСП-2. Выполнить поверку показаний измерительного комплекта.
Степень кислотности или щелочности растворов электролитов численно характеризуют отрицательным десятичным логарифмом активности ионов водорода и обозначают символом рН:
pH = – lg [H+](7-1)
Для измерения рН растворов собирают измерительную ячейку, состоящую из сравнительного и измерительного электродов, к которым подключается потенциометр. В качестве измерительных используют водородный или стеклянный электроды. Первый представляет собой пла- стинку из платины, покрытую платиновой чернью, к которой подводится газообразный водород. В комплекте с ним используют нормальный водородный электрод, помещаемый в сосуд с раствором серной кислоты с рН = 0. Эти электроды образуют гальванический элемент, э.д.с. которого Е связана с рН раствора уравнением Нернста:
E = – (2,3RTpH)/F,(7-2)
где R – универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура, F – число Фарадея.
В промышленных условиях применение водородного электрода затруднительно, поэтому в качестве
1257300645600измерительного там используют стеклянный электрод, а в качестве сравнительного – каломельный (рис.7.1).
Рис.7.1. Схема работы рН-метра со стеклянным и каломельным электродами:
1 – стеклянный электрод; 2 – контактный электрод; 3 – раствор НСl; 4 – потенциометр; 5 – ртуть; б – каломель; 7 – каломельный электрод; 8 – раствор КС1; 9 – перегородка; 10 – исследуемый раствор.
Стеклянный электрод представляет собой стеклянную трубку, на конце которой припаян шарик из специального стекла. Внутрь электрода залит раствор соляной кислоты определенной концентрации. При опускании электрода в раствор ионы натрия на наружной поверхности шарика замещаются ионами водорода, в результате чего возникает скачок потенциала Ех. Внутри электрода возникают постоянные скачки потенциала Е1 и Е2.
Каломельный электрод 7 представляет собой
выполненный из диэлектрика корпус, в который залита химически чистая ртуть 5. Над ней помещен слой каломельной пасты 6; остальная часть электрода заполнена раствором хлорида калия. Постоянный потенциал Е3 возникает на границе ртуть – каломель.
Суммарная э.д.с., возникающая в измерительной ячейке, измеряется потенциометром 4, шкала которого отградуирована в единицах рН.
2162175807144Для преобразования э.д.с. измерительной ячейки в унифицированный аналоговый электрический сигнал используют преобразователь промышленный П-201 (рис.7.2).
Рис.7.2. Схема измерения э.д.с. электродной системы преобразователем П-201.
На вход усилителя поступает сигнал UВХ = Е∑ – UВЫХ. При большом коэффициенте усиления усилителя ЭУ UВЫХ
>>UВХ, поэтому Е∑ ≈ UВЫХ = RIВЫХ. Таким образом, сила тока,
протекающего через резистор R,практически
пропорциональна
раствора. э.д.с. измерительной ячейки,т.е.рН
Описание установки и методика проведения работы. Схема установки, предназначенной для поверки показаний рН-метра, показана на рис.7.3. Установка состоит из отрезка трубопровода 7, на котором смонтирован корпус чувствительного элемента 6 со стеклянным электродом, вспомогательного электрода 4, высокоомного преобразователя 2 с показывающим милливольтметром 3 и самопишущего потенциометра 1. Для заполнения отрезка трубопровода растворами с различными значениями рН
предусмотрена воронка 5. Использованные растворы сливают в сосуд 8 через кран 9. Буферные растворы заливают поочередно в отрезок трубопровода 7 в порядке возрастания величины их рН. После нескольких минут выдержки отмечают значение рН каждого буферного раствора по показывающемумилливольтметрувысокоомного преобразователя и самопишущему потенциометру. Полученные данные заносят в табл. 7.1 и по ним рассчитывают погрешности прибора. После каждого измеренияотрезоктрубопроводапромывают дистиллированной водой. Предварительно, закрыв кран 5, отрезок трубопровода промывают дистиллированной водой. Затем, открывая этот кран, воду сливают в сосуд 8.
2447925128110
Рис.7.3. Схема установки для поверки показаний рН-метра.
Лабораторная работа КСО
ГРАДУИРОВКА КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО КОНЦЕНТРАТОМЕРА
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструкцией концентратомера КСО-У. Выполнить градуировку прибора на концентрацию хлористого натрия в водном растворе.
Действие кондуктометрических концентратомеров основано на зависимости электропроводимости растворов от их концентрации, которая обычно имеет вид кривой с максимумом.
Для измерения электропроводимости растворов используют электрические ячейки, состоящие из двух электродов, установленных на расстоянии L в сосуде с контролируемым раствором. Если площадь электродов S, а удельная электропроводимость раствора σ, то сопротивление измерительной ячейки R определяется равенством:
R = L/(S.σ)(8-1)
Для измерения сопротивления ячейки используют схему уравновешенного моста, одним из плеч которого является измерительная ячейка, а смежным – сравнительная. Последнюю помещают в исследуемый раствор вместе с измерительной ячейкой, что позволяет скомпенсировать изменение температуры исследуемого раствора.
Концентратомер серной кислоты КСО-У (рис.8.1) предназначен для автоматического непрерывного контроля, регистрации и регулирования концентрации серной кислоты в растворах.
Концентратомер состоит из датчика 1 с электродами и вторичного прибора 2 КСМ-3. Датчик представляет собой сосуд, внутри которого установлен открытый снизу стакан и смонтированы измерительная и сравнительная ячейки.

Рис.8.1. Концентратомер серной кислоты:
1 – датчик; 2 – вторичный прибор.
Вторичный прибор КСМ-З представляет собой автоматический уравновешенный мост переменного тока, двумя смежными плечами которого являются измерительная (RХ) и сравнительная (RСР) ячейки. Два других плеча моста составляют сопротивления R4, R5, R6 R7 и реохорд R1 с шунтирующими резисторами R2 и R3. Мост питается переменным током промышленной частоты, с тем чтобы уменьшить влияние на показания прибора поляризации и связанных с ней погрешностей измерений. Сила тока в измерительной схеме регулируется переменным резистором R8, включенным в питающую диагональ моста последовательно с источником переменного напряжения.
При изменении концентрации раствора, протекающего через датчик, изменяется сопротивление измерительной ячейки, в результате чего нарушается равновесие измерительного моста. Напряжение небаланса поступает на первичную обмотку входного трансформатора Тр электрон- ного усилителя ЭУ моста КСМ-3, усиливается и приводит во вращение ротор реверсивного двигателя РД. Последний смещает движок реохорда R1 до установления равновесия схемы, а также стрелку прибора.
Пределы измерений концентратомера: 75 – 79; 93 – 96 и 95 – 99% серной кислоты. Основная погрешность от ± 0,2.
1513839835490Описание установки и методика проведения работы. Схема установки для выполнения работы приведена на рис.8.2.
Рис.8.2. Схема установки для градуировки концентратомера КСО-У:
1 – стеклянная воронка; 2 – датчик концентратомера; 3 – вторичный прибор концентратомера; 4 – запорный вентиль.
Установка состоит из датчика концентратомера КСО-У (2), в который через стеклянную воронку 1 поочередно заливают растворы хлористого натрия в воде известной концентрации, и вторичного прибора 3. Слив использованных растворов производится через запорный вентиль 4.
Градуировка проводится при помощи четырех – пяти водных растворов хлористого натрия различной концентрации и заключается в экспериментальном нахождении графической зависимости между количеством делений по шкале вторичного прибора и концентрацией раствора. Растворы заливают в порядке возрастания концентрации. Полученные данные заносят в табл. 8.1 и по ним строят градуировочный график.
Таблица 8.1. Результаты градуировки концентратомера КСО-У.
Концентрация NaCl в растворе, % масс. Показания вторичного прибора, деления
Градуировочный график концентратомера КСО-У
Дел. шкалы
Конц. раствора NaCl , %
Список литературы
Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М.: Химия, 1988. – 288 с.
Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. М.: Машиностроение, 1983. – 424 с.

Учебное издание
Ленский Михаил Семенович
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Часть 1
Методические указания к лабораторным работам Печатается в авторской редакции
Подписано в печать.2016. Формат 60х84 1/16. Физ. печ. л. 2,5. Тираж 50 экз. Изд. №. Заказ №
Московский технологический университет (МИРЭА) 119454, Москва, пр. Вернадского, д. 78

Приложенные файлы

  • docx 17850283
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий