МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ обучающимся по выполнению практических и лабораторных занятий ПМ.03 «Автоматизация технологических процессов производства неметаллических строительных изделий и конструкций» специальности 270809 «Производство неметаллических стро

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛГОРОДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

обучающимся по выполнению практических и лабораторных занятий

 

ПМ.03 «Автоматизация технологических процессов производства неметаллических строительных изделий и конструкций»

специальности                             270809                                                               «Производство неметаллических строительных изделий  конструкций»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Белгород

2013

 

 

 

 

 

Одобрена Предметной (цикловой) комиссией

общепрофессиональных дисциплин

 

Разработана на основе

ФГОС по специальности

270809 «Производство неметаллических изделий и конструкций»

 

Рабочей программы

ПМ.03 «Автоматизация технологических процессов производства неметаллических строительных изделий и конструкций»

 

Протокол № _____

от «__» _____________201 г.

Председатель предметной

(цикловой) комиссии

 

______________________

подпись Ф.И.О.

______________________

 

 

Заместитель директора по учебно-

методической работе

______________________

подпись Ф.И.О.

______________________

 

 

 

 

 

 

Составитель: __________________________________________________________________

Ф.И.О., ученая степень, звание, должность, наименование ПОО

Рецензент: __________________________________________________________

Ф.И.О., ученая степень, звание, должность, наименование ПОО

 

 

 

                                         «Исследование приборов контроля давления».

 

Цель работы: провести исследование приборов давления контроля давления, изучит их устройство, принцип действия и область применения.

Ход работы:

1.1.            Жидкостные манометры.

1.1.1.      U- образный манометр.

1.1.2.      Чашечные манометры.

1.1.3.      Колокольные манометры.

1.1.4.      Поплавковые манометры.

1.2.            Диформационные приборы давления.

1.2.1.      Одновитковые трубчатые пружины.

1.2.2.      Многовитковые трубчатые пружины.

1.2.3.      Сильфонные манометры.

1.2.4.      Мембранные манометры.

1.3.            Специальные приборы для измерения давления.

1.3.1.      Поршневые манометры.

1.3.2.      Электрические манометры.

 

U-oбразный манометр, (рис. 1.1) представляет собой 1, два сообщающихся сосуда, заполненных рабочей жидкостью (вода, ртуть, глицерин и т. п.). Один из сосудов соединен с пространством в котором требуется измерить давление, а второй — с атмосферой  или с другой точкой, если требуется измерить разность давлений.

Рис.1.1. U-oбразный манометр.

Чашечные манометры(рис.1.2.). Принцип действия приборов этого типа  также основан на уравновешивании измеряемого давления (разрежения) гидростатическим напором столба жидкости 2. При измерении давления полость над чашей соединяется с измеряемой средой, а трубка 3 соединяется с атмосферой.

Рис.1.2. Чашечный манометр.

 

У колокольных манометров давление подводится под колокол 1, который погружен в жидкость (рис. 1.3.). Колокол поднимается и опускается в зависимости от величины. Колокол связан со стрелкой 2, которая, перемещаясь по шкале 3, - показывает величину измеряемого давления.

Рис.1.3. Колокольный манометр.

 

Поплавковые манометры (рис. 1.4.) предназначены в основном для измерения равности двух давлений. В промышленности применяют поплавковые манометры масляные и ртутные. Такими манометрами измеряют давление и разрежение. Их применяют и в устройствах, измеряющих уровень и расход различных жидкостей и газов.

Рис.1.4. Поплавковый манометр.

 

Одновитковая трубчатая пружина 1 (рис. 1.5.) —эллиптического или овального сечения, запаяна с одного конца. Другим концом пружина закреплена и соединена со средой, в которой измеряют давление. Под действием давления трубка разгибается и свободный конец ее через поводок 2 поворачивает зубчатый сектор 3  и вместе с ним стрелку 4.

Рис. 1.5. Одновитковая трубчатая пружина.

В манометрах с многовитковой трубчатой пружиной  (рис. 1.6.) рабочим органом служит многовитковая трубчатая пружина. Вследствие большой длины пружины ее свободный конец под действием давления может перемещаться до 15 мм. Большие усилия, развиваемые пружиной, дают возможность перемещать не только указывающие стрелки, но и перья, которые записывают показания автоматически.

Рис.1.6. Многовитковая трубчатая пружина.

 

Сильфонные манометры применяют для измерения и записи давления. Их используют также в качестве вторичных приборов в сочетании с различными первичными приборами, имеющими пневматические преобразователи, описанные выше. Как видно из схемы на рис.1.7. если сильфон соединить с измеряемым давлением, то оно деформирует сильфон, и при этом переместится стрелка.

Рис.1.7. Сильфонный манометр.

Мембранные манометры. Воспринимающая часть такого манометра состоит из мембранной коробки с двумя гифрированными мембранами 1 (рис. 1.8.). Перемещение мембраны под действием давления или разрежения передается на стрелку прибора 2.

Рис.1.8. Мембранный манометр.

 

Поршневые (грузовые) манометры.Эти  приборы применяют как образцовые для поверки технических и контрольных манометров и  градуировки шкалы при изготовлении манометров. Принцип действия их заключается в уравновешивании силы давления измеряемой среды на свободно передвигающийся в цилиндре поршень силой, создаваемой грузом.

 

Рис.1.9. Схема грузопоршневого манометра.

 

Грузопоршневой манометр (рис. 1.9.) имеет грузовую и прессовую части. Первая часть состоит из из мерительной колонки с поршнем 1, снабженным устройством для наложения нашего грузов 2; вторая  часть — из ствола 3, в который вставлен пришлифованный к нему поршень 4 шток которого выполнен в виде винта, имеющего штурвал 5. Всю систему каналов, цилиндр и ствол прибора заполняют маслом через воронку 6, .имеющую канал. Этот канал перекрывают игольчатым вентилем 7. Поверку манометра 8 можно проводить путем набора грузов 2  или путем поворота штурвала 5. Величину создаваемого давления можно определить и по образцовому манометру 9.

 

Принцип действия электрических манометров основана на свойствах некоторых материалов менять свои электрические характеристики под действием давления. На рис. 1.10 приведены представители электрических манометров, а именно емкостные (рис.1.10 а) и индукционные (рис. 1.10. б) манометры.

Принцип их действия достаточно прост, под действием измеряемого давления происходит перемещение мембраны, в результате чего меняется величина емкости или индуктивности.

Далее емкость С или индуктивность L включаются в мостовые схемы.

Таков принцип действия основных приборов, которые в настоящее время широко применяются в промышленности.

Рис. 1.10. Электрических манометры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа № 2

«Исследование работы приборов для измерения расхода».

 

Цель работы: провести исследование приборов для измерения расхода жидкости, газа и твердых веществ, изучить их устройство и принцип действия

Ход работы:

2.1 Приборы для измерения расхода жидкости и газа

2.1.1. Расходомеры переменного и постоянного перепада

2.2. Счетчики

2.3.1. Автоматические массовые счетчики

2.3.2.Автоматические массовые счетчики

Расходомерами называют приборы, измеряющие количество ве­щества, протекающего по трубопроводу в данный момент времени.

По методу измерения эти приборы подразделяют на следующие виды:

расходомеры переменного перепада давления приборы, прин­цип действия которых основан на измерении перепада давления на установленном внутри трубопровода сужающем устройстве; этот перепад давления служит мерой расхода протекающего по трубо­проводу вещества;

расходомеры постоянного перепада, принцип действия которых основан на воспринятии динамического напора протекающего по трубопроводу вещества чувствительным элементом (поплавком, поршнем и т. д.), помещенным в поток. В результате этого чувст­вительный элемент перемещается, и величина перемещения служит мерой расхода;

электромагнитные (индукционные) расходомеры — приборы, принцип действия которых основан на измерении э. д. с., возникаю­щей при движении электропроводной жидкости в магнитном поле;

ультразвуковые расходомеры — приборы, действие которых основано на измерении параметров ультразвуковых колебаний, распространяющихся в потоке измеряющего вещества.

 

Расходомеры переменного перепада. Принцип работы этих приборов основан на использовании того, что при про­текании жидкости, газа или пара через сужающее устройство, установленное в трубопроводе, средняя скорость .

потока увеличи­вается и часть потенциальной энергии давления переходит в кине­тическую энергию, В результате статическое давление потока после сужающего устройства уменьшается, что вызывает перепад давле­ния на сужающем устройстве.

Потоки начинает сжиматься перед сужающим устройством. За сечением /сжатие под действием силы инерции до­стигает наибольшей величины. На некотором расстоянии от сужа­ющего устройства струя вновь расширяется, занимая полное сечение трубопровода. Давление струи около стенки трубо­провода при подходе к сужающему устройству несколько возра­стает от величины Pi за счет подпора и понижается до минимума  в месте наибольшего сужения струи (сечение II).

Рис 2.1. Измерение расхода вещества методом

                    переменного перепада

 

Перепад давления на сужающем устройстве p=p1+p2 зависит от расхода протекающего вещества и служит мерой расхода. Практически перепад давления измеряют непосредственно у торцов сужающего устройства.

В комплект приборов для измерения расхода, по методу переменного перепада входят: трубопровод 1, сужающее устройство 2, расходомер (дифференциальный манометр 3, измеряющий перепад давления в сужающем устройстве). Сужающее устройство устанавливают только на прямом участке трубопровода.

Расходомеры переменного, перепада пригодны практически для измерения любого расхода жидкости, газа или пара при значительном давлении и различной температуре контролируемой среды. Пределы измерений можно варьировать изменением размера сужающего устройства и перепада, который измеряется дифманометром.

расходомеры постоянного перепададавления применяют для измерения расхода жидкостей или газов.

В расходомерах переменного перепада давления, рассмотренных выше, площадь отверстия сужающего устройства постоянна, а перепад давления служит мерой расхода вещества. Если перепад давления в сужающем устройстве поддерживать постоянным путем изменения площади отверстия, то мерой расхода вещества будет служить площадь отверстия р< сужающего устройства.

Приборы работающие по последнему принципу, называют расходомерами постоянного перепада           

давления. Более распространены из приборов этой группы поплавковые расходомеры расходомеры постоянного перепада давления —ротаметры.

В ротаметрах измерительной частью является вертикальная ко­ническая трубка 1 с помещенным в нее поплавком 2, по которой снизу вверх подается вещество, расход которого измеряется

С изменением расхода вещества поплавок перемещается в трубке на некоторую высоту; при этой изменяется площадь отверстия сужающего устройства — площадь кольцевого зазора между поплавком и внутренними стенками трубки.

Перепад давления на поплавке определяется массой поплавка. При постоянной массе его площадь кольцевого сечения (между внутренними стенками трубки и поплавком) пропорциональна расходу вещества, протекающего по трубке. Следовательно, положение поплавка трубки будет зависеть от величины расхода вещества.

Счетчиками называют приборы, которые измеряют суммарный I объем или массу вещества, протекающего по трубопроводу за I отрезок времени (час, сутки и т. д.).

Выпускают счетчики скоростные, объемные и весовые (массовые).

Принцип действия скоростных счетчиков основан на суммировании числа оборотов помещенного в поток вращающегося устройства за определенный отрезок времени. Скорость вращения этого устройства пропорциональна средней скорости потока вещества в месте установки вертушки.

У объемных счетчиков принцип действия основан на суммировании объемов вещества, вытесненных из измерительной камеры прибора за какой-либо отрезок времени. Принцип действия массовых (весовых) счетчиков основан на измерении массы вещества.

Скоростные счетчики. Для измерения количества воды, а также других неагрессивных жидкостей и жидкого топлива используют преимущественно скоростные счетчики (водомеры) с крыльчатой или спиральной вертушкой.

Действие этих приборов основано на том, что вертушка, помещенная

 

Рис. 2.2. Измерение расхода вещества методом

    постоянного перепада: а- схема ротаметра

  б- условное изображение ротаметра в схемах

 

потоке жидкости, вращается с числом оборотов, пропорциональным скорости потока.Так как проходное сечение прибора неизменно, число оборотов вертушки будет пропорционально объему жидкости, протекающей в единицу времени через сечение трубы.

О количестве жидкости, прошедшей через прибор, можно судить по числу оборотов вертушки, находящейся на пути потока.

Объемными счетчиками измеряют количество жидкости. По конструкций разделяют на шестеренчатые, ротационные и поршневые.

Шестеренчатые счетчики с овальными шестерня-заслонкоми 1 применяют главным Образом для измерения количества вязких жидкостей. Счетчик

 

Рис. 2.3. Схемы счетчиков и их условные изображения:

а,б- скоростные счетчики, в- шестеренчатый счетчик ,г- ратационный счетчик, д- условное изображение счетчика в схемах.

учитывает объем 2, находящийся между стенкой и шестерней. Число оборотов шестерен определяют счетным механизмом 3.

Ротационные счетчики прецназначены для измерения количества неагрессивного газа. Принцип действия ротационного счетчика можно уяснить из схемы. Газ из трубопровода через входной патрубок 1 поступает в рабочую камеру 2, ограниченную двумя лопастями 3, которые приводятся во вращение протекающим газом. За один оборот лопастей через счетчик проходит объем газа, определяемый размерами участка 4 камеры. Вращение лопастей передается при помощи редуктора счетному механизму. Во входном патрубке счетчика установлена сетка 5 «для предохранения счетчика от возможного попадания в него крупных частиц, приносимых газом.

Ротационные счетчики устанавливают на вертикальных газопроводах. Поток газа проходит через .счётчик сверху вниз.

Массовые (весовые) счетчики. Для измерения количества сыпучих материалов применяют неавтоматические и автоматические весы. Неавтоматические рычажные весы состоят из рычага первого рода, имеющего точку опоры посередине. К концам     рычага подвешены две чашки — одна для взвешивания тела, другая для гирь. Условием равновесия весов является равенство моментов относительно точки опоры. Помимо рычажных весов иногда применяют пружинные. В пружинных весах груз подвешивают к концу калиброванной, неподвижно закрепленной верхним концом пружины. При взвешивании измеряют удлинение пружины,        

Неавтоматические весы мало пригодны для современных  промышленных предприятий вследствие больших затрат времени, что заставляет переходить на автоматическое взвешивание.

По принципу действия автоматические весы подразделяют на порционные и непрерывного взвешивания. Порционные весы автоматически отсекают порции взвешиваемого материала, поступающего из расходного бункера, и высыпают его в приемный бункер или в какую-нибудь тару также отдельными порциями. Счетчик, установленный на весах, регистрирует число отвешанных порций.

Вначале загрузки ковша 1 скорость подачи материала на весы наибольшая; однако в тот момент, когда масса ковша, подвешенного на коромысле 2 призменной опоры, приближается к заданной, определенной массе набора гирь скорость подачи резко, снижается во избежание пересыпки материала. В тот момент, когда масса ковша становится равной заданной, подача полностью прекращается при помощи рычажно-шарнирной системы, связывающей ковш 1 с секторной заслонкой 4, перекрывающей течку питателя. Количество отвесов контролируют счетчиком 5, связанным с заслонкой 4. Весы непрерывного взвешивания отличаются тем, что материал проходит через них непрерывно, причем весы регистрируют суммарный вес прошедшего через них материала.

 

Рис. 2.4. Схемы весов: а- автоматических порционных;

б- автоматических непрерывного взвешивания

У весов для непрерывного взвешивания, показанных, конвейер 1 является частью коромысла весов, и материал, находящийся на нем, уравновешивается грузом 2. При изменении массы материала, проходящего по конвейеру груз поднимается или опускается. Затвор 3, находящийся на рычаге, имеющем ось вращения 4, увеличивает или уменьшает сечение выходного отверстия воронки 5, через которую материал подается на весы

 

Лабораторная работа № 3

Исследование работы приборов для измерения температуры контактными методами

Цель работы: провести исследование работы приборов для измерения температуры, изучить их устройство,  принципу действия и область применения.

Приборы и материалы: манометрический термометр, логометр, электронный мост, термопара, милливольтметр, электронный компенсатор.

Ход работы:

3.1 Термометры расширения

3.1.1. Жидкостные термометры

3.1.2. Биметаллические термометры

3.1.3 Дилатометрические термометры

3.2. Манометрические термометры

3.3. Термометры сопротивления

3.4. Термоэлектрические термометры

Жидкостные термометры широко применяют для измерения температур в производстве железобетонных изделий, что объясняется простотой их устройства и легкостью измерения. К группе жидкостных стеклянных термометров относятся ртутные и спиртовые термометры. Для измерения температур ниже 30° С [применяют термометры расширения с органическими жидкостями. В качестве жидкостей используют толуол, этиловый спирт и пентан.

Ртутными термометрами можно не только измерять температуру, но и сигнализировать о заданных значениях температур. В Ртутный термометр состоит из капиллярной трубки с

Рис. 3.1. Схема жидкостного

                 термометра

баллончиком В для ртути, шкалы, защитной оболочки и контактов. Такие параметры имеют впаянные контакты 1 и 2 или подвижные контакты 

У термометра с подвижным контактом в баллоне находится  шпилька 2, которая опускается или поднимается винтом 4 при вращении постоянного магнита 3. Шпилька представляет собой токопроводящую систему; по которой проходит ток. Контактную шпильку устанавливают на определенной высоте, на которой столбик ртути соприкасается с ней. Контактные термометры применяют для  контроля и регулирования температуры.

Биметаллический термометр представляет собой пластину, изготовленную из двух слоев металлов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения. Два металла скрепляют между собой, что позволяет получить при увеличении температуры изгиб (перемещение) пластинки в сторону материала, имеющего меньший коэффициент линейного расширения. В дилатометрических термометрах также используют принцип расширения твердых тел.

                                                                                                               

                                                                               Рис.3.2. Схема биметаллического

                                                                                                                термометра

Дилатометрический термом состоит из трубки1, внутри которой находится стержень 2. Трубка и стержень изготовлены из металлов, имеющих различные коэффициенты линейного расширения. В большинстве случаев трубки выполняют из латуни, а стержни — из инвара, у которого коэффициент линейного расширения в 18 раз меньше.

 

 

 

Рис. 3.3. Схема дилатометрического термометра

Манометрические термометры. Для дистанционного измерения 1температуры применяют манометрические термометры. Они позволяют измерять температуру на расстоянии до 50 м от места установки измерительного прибора.

Принцип действия манометрических термометров основан на использовании свойства жидкости, газа или пара изменять давление взамкнутом объеме в зависимости от изменения температуры.

Манометрический термометр (рис. 1.16) состоит из термобаллона 1У заполненного рабочим веществом, капиллярной трубки 2, трубчатой пружины 3 и шкалы 4, на которой нанесены соответствующие значения температуры. Все три элемента герметически соединены между собой. Рабочим веществом может быть газ, жидкость или „система из жидкости, насыщенной паром. Соответственно с этим различают три вида манометрических термометров: газовые, паровые и жидкостные.

.

Рис. 3.4. Манометрический термометр

В термометрах сопротивления используется свойство металлов и полупроводниковых материалов изменять сопротивление в зависимости от температуры.

Термометры сопротивления выпускают проволочные и полупроводниковые (термисторы). Для проволочных термометров сопротивления используют платину или медь.

Электрическое сопротивление платиновой проволоки при нагревании от 0 до 500° С увеличивается почти в 3 раза, медной проволоки при нагревании от 0 до 100° С — в 1,5 раза. Термометр сопротивления (рис. 1.17, а) состоит из сердечни ка lt выполненного из электроизоляционного материала. На сердечник намотана платиновая проволока 2 диаметром 0,05 мм или медная диаметром 0,1 мм. Для предохранения от механических повреждений чувствительный элемент термометров сопротивления помещают в защитную арматуру 3.

Рис.3.5. Вторичный прибор для термометра сопротивления- логометр

а- схема прибора, б- общий вид.

 

В комплекте с термометрами сопротивления в качестве вторичных приборов могут работать приборы, измеряющие сопротивление: логометры или автоматические электронные мосты (компенсаторы).

Логометры (рис. 1.18)—это приборы магнитоэлектрической системы. В магнитном поле постоянного магнита 1 находится подвижная система со стрелкой 4.

Принцип их действия основан на учете взаимодействия магнитных полей двух скрещенных рамок с полем постоянного магнита. Рамки, на которых намотаны катушки 2 и Зу расположены таким образом, что их вращающие моменты Mi и М2 направлены навстречу Друг другу. Подвижная система при этом поворачивается в сторону большего момента. Для питания логометра служит батарея Е. В качестве вторичных приборов для работы с термометрами сопротивления применяют упомянутые ниже электронные автоматически компенсаторы. Эти приборы имеют повышенную точность Измерения.— класса 0,25 и 0,5. Изготовляют их как одноточечными, так и многоточечными: для 3, 6, 12 и 24 точек контроля одним прибором. 'Щ0

Электронные компенсаторы не только указывают измерение величины (приборы типа КПМ), но и фиксируют результаты измерений. Регистрация производится на ленточной диаграмме прибора КСМ-1, КСМ-2 и КСМ-4 и на дисковой диаграмме прибора КСМ-3. Электронный компенсатор состоит из трех основных узлов: измерительной схемы,, электронного усилителя и отсчетного устройства.

 

Два плеча моста (рис. 1.19, а) состоит из резисторов 1 и 2 с постоянной величиной сопротивления. Третье плечо моста выполнено из переменного сопротивления (реохорда) 3. Термометр сопротивления ТС, сопротивление которого должно быть определено, включается в четвёртое плечо моста. Д одной диагонали моста (точки А и Б) подводится ток от источника питания, а в другую диагональ (точки В и Г) включается электронный усилитель 4, который в данной схеме выполняет роль

Рис.3.6.  Вторичный прибор для термометра

        сопротивления- электронный мост:

            а- схема прибора; б- общий вид

нуль индикатора. Назначение нуль индикатора — посредством электрического двигателя 5, включенного на его выход, воздействовать на движок 6 реохорда 3 и поддерживать измерительную схему компенсатора в равновесии.

Если разность потенциалов точек В и Г будет равна нулю, ток не станет протекать через нуль-индикатор, двигатель 5 не будет перемещать передвижной контакт (движок) реохорда 3.

При изменении измеряемой температуры сопротивление термометра изменится и мост разбалансируется. В точках В и Г появится напряжение, которое попадет в нуль-индикатор. Для восстановления равновесия соотношения сопротивлений плеч моста при постоянных резисторах 1 и 2 необходимо изменить величину сопротивления реохорда 3.. Двигатель 5 будет перемещать контакт реохорда до тех пор, пока на вход нуль индикатора будет поступать сигнал разбаланса моста (с точек Г и В).

Полярность входного сигнала, поступающего в усилитель 4У зависит от величины сопротивления термометра по отношению к со противлению реохорда в момент равновесия схемы. Входной сигнал усилителя заставляет двигатель 5 вращаться в направлении, зависящем от полярности сигнала. Двигатель связан с подвижным контактом реохорда и указателем 7, являющимся отсчетным устройством прибора.

Двигатель перемещает подвижный контакт реохорда до тех пор, пока измерительная схема моста не придет в новое равновесие и входной сигнал не станет равным нулю. Тогда двигатель остановится, а подвижный контакт реохорда и указатель займут положение, соответствующее температуре термометра сопротивления.

Таким образом в автоматических электронных компенсаторах с мостовой схемой измерительное устройство следит за изменением температуры термометра сопротивления.

Многоточечный прибор имеет переключатель, автоматически подключающий к "измерительной схеме поочередно все присоединенные к прибору термометры сопротивления.

В измерительную схему автоматического компенсатора может подаваться переменный или постоянный ток. Переменный ток напряжением 6 и 3 В и частотой 50 Гц получают с обмотки трансформатора электронного усилителя. В этом случае напряжение разбаланса моста подается непосредственно на вход электронного усилителя и усиливается.

Термометры сопротивления, питаемые переменным током, являются взрывоопасными, так как из-за сравнительно большой мощности, их источника питания при разрыве цепи термометра может образоваться искра.

Для подачи в измерительную схему автоматического компенсатора постоянного тока используют батарею напряжением 1,5 В. При использовании батареи возникает необходимость перед подачей напряжения разбаланса на вход усилителя применить устройство— вибропреобразователь. Назначение его — преобразовывать постоянный ток, поступающий с измерительной схемой, в переменный ток частотой 50 Гц, который можно подавать на вход электронного усилителя.

Термоэлектрические  термометры. Термоэлектрическим термометром называют термопару. Принципа работы термопары состоит в следующем. Если составить замкнутую цепь  из двух разнородных проводников и нагреть один  ей спай, то в цепи возникает электрический ток.

Спай, погружаемый в измеряемую сроду, называют рабочим или горячим спаем термопары; второй спай носит название свободного или холодного. Ток появляется за счет того, что в межмолекулярном пространстве любого проводника имеются свободные электроны, количество которых в единице объема материала зависит от [рода проводника и от его температуры. С увеличением температуры число свободных электронов увеличивается, однако у различных [проводников увеличение количества электронов с повышением температуры будет различным.

Если соединить два разнородных металла, между ними начнется взаимное проникновение свободных электронов. Из проводника, имеющего большее количество свободных электронов, последние будут переходить в большем количестве, чем из проводника с меньшим их числом. Между свободными концами этих проводников появится разность потенциалов, возникнет э. д. с. С увеличением температуры количество взаимно проникающих электронов увеличится э.д.с.

Таким образом, если для термопары экспериментально, т. е. путем ее градуировки, найдена зависимость между температурой и термо э. д. с., то измерение

          Рис. 3.7. Термопара

неизвестной температуры сводится к определению э. д. с. термопары/ Эта величина невелика (она составляет 0,01—0,06 мВ на 1° С), но достаточна для измерения посредством измерительного прибора.

Конструктивно термопара (рис. 1.20, а) представляет собой две проволоки 1 из разнородных металлов, нагреваемые концы которых скручивают, а затем сваривают.

Термоэлектроды изолируют фарфоровыми трубками 3 и помещают в защитный чехол 4.

Для изготовления термопар используют проволоку диаметром от 0,5 до 3,2 мм. Защитные чехлы для температур 1000° С изготовляют из стали, а для более высоких температур — из фарфора. Для определения температуры в месте установки термопары необходимо измерить величину развиваемой этой термопарой э. д. с. Измерение этой величины производится вторичными приборами.

В качестве вторичных приборов для работы с термоэлектрическими термометрами (термопарами) применяют милливольтметры 1 или автоматические электронные компенсаторы.

Принцип действия милливольтметра основан на учете взаимодействия тока, протекающего по рамке под действием э.д. с. термопары, с магнитным полем постоянного магнита, в котором эта рамка помещена. Рамка прибора 1 , состоящая из изолированной проволоки, находится между полюсами постоянного магни-1 та 2. Когда по рамке протекает постоянный ток, в ней создается I магнитное поле, которое в результате взаимодействия с магнитным полем постоянного магнита поворачивает рамку. Рамка        Рис.3.8.Вторичный прибор для термопары- милливольтметр: а- схема прибора, б- общий        вид                                                                                                                 соединена со стрелкой 3 и может поворачиваться вокругсердечника 4. У рамки расположены две противодействующие пружины 5. Один конец пружины прикреплен с ее обмоткой; второй конец пружины прикреплен к оси рычага корректора нуля 6. Через эти пружины поступает ток в рамку милливольтметра от термопары.

 

Наиболее совершенным методом для измерения малых э.д.с. является компенсационный метод измерения. Принцип компенсационного метода измерения заключается в уравновешивании неизвестной измеряемой э. д. с. Заранее известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником тока. Для измерения малых э.д.с. компенсационным методом применяют приборы, называемые потенциометрами или компенсаторами.

 

Принципиальная схема измерения э.д.с. термопары компенсационным методом заключается в следующем. Источник тока  подключен к реохорду 2. Встречно через миллиампер- I метр 3, называемый нуль прибором НП,к реохорду 2 подключена термопара 4. При некотором положении ползунка 5, когда напряжение между точками АБ реохорда равно э, д. с. Термопары, ток в  цепи нуль прибора. 3 будет равен нулю. По . положению ползунка 5 можно определять величину измеряемой э.д.с. Таким образом, если с ползунком 5 связать I стрелку 6, то она по шкале 7 может определить э. д. е. термопары. Если шкала [будет проградуирована в градусах, то измеряемую температуру отсчитывают в. Градусах…

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3.9. Схема измерении Э.Д.С. компенсационным методом

При таком методе измерения сопротивление соединительных проводов, переходных контактов и самого нуль прибора не оказывает влияния на результат измерения, так как отсчет производится при полной компенсации, когда ток. в измерительной цепи равен 1 нулю. Однако для того,., чтоб одно и то же положение ползунка 5 % в момент полной компенсации всегда точно соответствовало одно! ! и той же величине измеряемой э. д. с., необходимо, чтобы напряжение на сопротивлении 2 было постоянным.

Для работы в измерительных схемах компенсаторов применяются источники питания со стабилизированным выходным напряжением (ИПС), которое подается на измерительный реохорд. Такой I источник с помощью полупроводникового элемента  стабилизатора  на —поддерживает постоянное напряжение в измерительной схеме. 1

В качестве вторичных приборов для работы с термопарами широко используют электронные автоматические компенсаторы. Эти | приборы основаны на разобранном выше компенсационном методе | измерения э. д. с., имеют повышенную точность измерения: их класс I 0,25; 0,5 и 1,0. Кроме того, они могут показывать и регистрировать | результаты измерения. Количество точек контроля одним прибором может быть 1; 3; 6; 12 и 24.

Электронный компенсатор, использующий метод компенсации

э.д. с. (иногда его называют также потенциметрическим методом) , состоит из трех основных узлов: измерительной схемы, электронного усилителя й отсчетного устройства.

Измерительная схема прибора (рис. 123) представляет * собой мост, где э.д.с. термопары 1 подводится к точкам измерительного моста и компенсируется встречной разностью потенциалов. Мост питается током от стабилизированного источника питания ИПС. Такой источник питания 2 подключен к точкам В и Г моста. В

 

 

 

 

Рис.3.9.1. Электронный компенсатор

а- измерительная схема, б- общий вид

 

схему моста включен реохорд 6. В цепь же термопары включены первичная обмотка входного трансформатора 8 вибропреобразователя, назначение которого состоит в преобразовании постоянного тока измерительной схемы в переменный. Полученный с помощью вибропреобразователя 3 переменный ток усиливается электронным усилителем 4. Усиленное напряжение подается на двигатель 5. Направление тока в измерительной схеме определяет направление вращения двигателя 5. Электродвигатель перемещает движок 7 реохорда 6 и одновременно измерительную стрелку 8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №4

«Исследование приборов для измерения качества материалов»

 

Цель работы: провести исследование приборов для измерения концентрации растворов, измерения рН в растворах, плотности жидкости, влажности газов и твердых материалов, вязкости, газового анализа»

 

Ход работы

4.1 приборы для измерения концентрации растворов

 

Концентрацией раствора называют содержание вещества в единице объема воды, выраженное в процентах или в единицах массы (мг/л). В производственных условиях для непрерывного контроля концентрации растворов применяют специальные приборы, которые в зависимости от назначения и группы измеряемых веществ делятся на солемеры (определяют концентрацию растворов солей) и концентратомеры (определяют концентрацию растворов кислот и щелочей).

Солемеры применяют в паросиловых установках для непрерывного контроля за солесодержанием насыщенного пара. Насыщенный пар в пароперегревателе полностью испаряется, при этом соли, содержащиеся в котловой воде, осаждаются на трубках пароперегревателя и вызывают их перегорание. Некоторую часть солей пар уносит в паровую турбину, засоряя ими клапаны турбины и лопатки. Все это вызывает необходимость непрерывно контролировать солесодержание пара.

Принцип действия солемера (рис. 10.20) основан на изменении электропроводности конденсата в зависимости от концентрации соли.

Пар через пароотборное устройство 11 поступает в дегазационный холодильник 8. На входе в холодильник установлен патрубок 7 с большим числом мелких отверстий внутри (паровое сито), служащий, для очистки пара от случайных механических примесей и обеспечивающий равномерное распределение его по всему сечению холодильника. Контроль за состоянием парового сита осуществляют по манометру 10. Увеличение разности между давлением пара в котле и холодильнике сигнализирует о загрязнении сита.

Холодильник соединен с пароотборным устройством стальной трубкой 14 х 2 мм. Длина трубки при измерении солесодержания насыщенного пара 8... 10 м, перегретого пара 14... 16 м. Холодильник расположен ниже пароотборного устройства, а трубка, подводящая пар, соответственно наклонена, что обеспечивает скопление всего конденсата, образовавшегося в холодильнике, в нижней его части, откуда он через конденсаторное сито и дроссель 6с проходным отверстием диаметром 0,5 мм попадает в расширитель 2, сообщающийся с атмосферой. На крышке холодильника установлен дроссель 9 для удаления скопляющихся в холодильнике газов. Вместе с газом выходит небольшое количество пара, что предотвращает чрезмерное накопление газов в холодильнике и ограничивает их растворение в конденсате.

При выходе из холодильника в расширитель температура конденсата снижается до 100°С. Из расширителя конденсат поступает в преобразователь 3, а пар, образующийся в расширителе и попадающий в него из холодильника, выходит в атмосферу через отверстие в верхней части расширителя. Конденсат заполняет в преобразователе кольцевое пространство между двумя цилиндрическими электродами, пар отделяется сепаратором и через трубку выводится в атмосферу, а конденсат — в сливной бачок 5, откуда удаляется через сливную линию. Бачок создает подпор, обеспечивающий заполнение междуэлектродного пространства конденсатом. Преобразователь снаружи закрыт теплоизолирующим экраном и включен проводами, присоединенными к зажимам 4, в одном из плеч вторичного прибора электронного уравновешенного моста 1.

Электрическое сопротивление преобразователя находится в определенной зависимости от концентрации солей в конденсате пара. При его изменении нарушается равновесие и появляется напряжение в диагонали моста, которое усиливается электронным усилителем до значения, достаточного для приведения в действие реверсивного электродвигателя.

Рис. 4.1 Солемер: 1 - уравновешенный мост; 2 - расширитель; 3 -преобразователь; 4 - зажимы; 5 - сливной бачок; 6, 9 - дроссели; 7 - патрубок; 8 - дегазационный холодильник; 10 - манометр; 11 - пароотборное устройство

Электродвигатель, вращаясь, перемещает движок реохорда до наступления нового равновесия, после чего электродвигатель останавливается. С движком реохорда связана печатающая каретка с указателем. Так как каждому сопротивлению преобразователя соответствует определенное положение движка реохорда, при котором мост уравновешен, то положение указателя покажет содержание соли.

Концентратомеры. Действие их основано на зависимости электрического сопротивления раствора от его концентрации. Рассмотрим схему установки для измерения концентрации серной кислоты (рис. 10.21). Из кислотопровода 7 серная кислота проходит по соединительной трубе 4 через вентиль 2 и фильтр 3 в преобразователь 5. Внутри чугунного корпуса преобразователя установлен открытый снизу стакан 6 с рядом отверстий. Вверху стакана находится перегородка, в ней закреплены два измерительных электрода 7 и сравнительный электрод 8У устраняющий влияние температуры раствора на показания прибора. Электрод 8 заполнен кислотой постоянной известной концентрации.

Измерительные и сравнительные электроды медными проводниками соединены с электрическими зажимами, расположенными на стакане. Для улучшения контакта измерительных электродов с медными проводниками контактные трубки этих электродов заливают ртутью.

Кислота из преобразователя сливается через воронку 12 в кислотосборник (на рисунке не показан). Преобразователь соединен тремя проводами с измерительным устройством 9. При изменении концентрации раствора меняется его электрическое сопротивление. Это приводит к увеличению или уменьшению разности потенциалов между измерительными электродами, вследствие чего на измерительное устройство поступает соответствующий сигнал, который затем передается на показывающий 10 и самопишущий 11 милливольтметры. Шкалы этих приборов пересчитаны в единицах концентрации раствора (мг/л).

 

 

Рис.4.2  Схема установки для измерения концентрации серной кислоты: 1 - кислотопровод; 2 - вентиль; 3 - фильтр; 4 - соединительная труба; 5 - преобразователь; 6 - стакан; 7 - измерительные электроды; 8 - сравнительный электрод; 9 -измерительное устройство; 10. 11 - милливольтметры; 12 – воронка

4.2 Приборы для измерения рН в растворах

Приборы для измерения концентрации водородных ионов в растворах (рН-метры). На предприятиях химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, текстильной (при крашении тканей) и других отраслей промышленности кислотность или щелочность растворов в значительной степени влияет на ход технологического процесса и качество получаемой продукции. Кислотность и щелочность растворов определяются концентрацией в них водородных ионов. Для удобства измерения концентрацию водородных ионов характеризуют условным числом и обозначают символом рН. Значение рН чистой воды и нейтральных растворов равно 7. Раствор, рН которого более 7, является щелочным, менее 7—кислым. Приборы для измерения рН называют рН-метрами, в основу которых положен электрический способ измерения. При погружении в раствор электродов из определенных материалов на границе между электродом и раствором возникает электрический потенциал, зависящий от температуры и концентрации водородных ионов в растворе. Подобное же явление наблюдается на границе соприкосновения двух разнородных или однородных, но с разной концентрацией жидкостей, разделенных полупроницаемой перегородкой.

Число рН определяют путем измерения разности потенциалов между двумя электродами, из которых один (измерительный) погружен в исследуемый раствор, а другой (сравнительный) — в раствор с известным числом рН.

В качестве измерительного применяют стеклянный электрод (рис. 10.22, а) —толстостенную стеклянную трубку 2 с тонкостенным стеклянным шариком 1 на конце.

Шарик заполнен раствором бромистоводородной кислоты. В трубку вставлен вспомогательный электрод (серебряная проволока, покрытая слоем бромистого серебра) для снятия потенциала с внутренней поверхности шарика.

В качестве сравнительного применяют насыщенный каломельный электрод (рис. 10.22, б), который состоит из двух стеклянных трубок, вставленных одна в другую. Во внутренней трубке помещена перегородка с проходящей через нее платиновой (или серебряной) проволочкой. Под перегородкой находится химически чистая ртуть 4 и слой 5пасты из каломели (хлористой ртути), которые удерживаются ватным тампоном 6. Нижняя часть внутренней трубки заполнена раствором определенной концентрации и закрыта пробкой 7. Внешняя трубка заполнена тем же раствором и в дно ее впаян асбестовый фитилек для контакта с исследуемым раствором.

 

Рис. 4.3 Электроды преобразователя pH-метра: а – измерительный электрод; б – сравнительный электрод; 1 – шарик; 2 – трубка; 3 – перегородка; 4 – ртуть; 5 – слой каломельной пасты; 6 – ватный тампон; 7 - пробка

При промышленном применении рН-метров два рассмотренных выше электрода помещают в специальный сосуд, через который непрерывно протекает испытываемый раствор. Такое устройство носит название преобразователя рН-метра.

Концентрацию водородных ионов раствора, протекающего в трубопроводе под давлением, определяют с помощью погружных преобразователей, имеющих оба электрода специальной конструкции, защищенные от механических повреждений и погружаемые непосредственно в трубопровод.

4. 3 Приборы для измерения плотности жидкости

Приборы для измерения плотности жидкостей, растворов и пульп называются плотномерами - прибор для непрерывного (или периодического) измерения плотности веществ в процессе их производства или переработки. Применяемые для измерения плотности приборы — плотномеры по принципу действия можно разделить на следующие группы:
поплавковые;

пьезометрические (гидростатические);

гравитационные

и радиоактивные.

Поточный плотномер

Поточный плотномер предназначен для измерения плотности жидких продуктов с динамической вязкостью до 1200 мПас. 

В основе измерений лежит резонансный метод, обладающий непревзойденной стабильностью в работе и высокой точностью. 

Гидростатические плотномеры

Принцип их действия основан на том, что давление в жидкости на некоторой глубине равно массе столба жидкости той же высоты. В пьезометрических плотномерах гидростатическое давление столба определяется по давлению инертного газа, непрерывно продуваемого через контролируемую жидкость. Это давление пропорционально давлению столба жидкости. Преобразователь пьезометрического плотномера состоит из рабочего сосуда, внутри которого располагается сосуд постоянного уровня, заполненный эталонной жидкостью. Исследуемая жидкость непрерывно проходит через рабочий сосуд, где поддерживается постоянный уровень. В сосудах находятся пьезометрические трубки, продуваемые газом. К трубкам подсоединен дифференциальный манометр, который измеряет разность давлений двух столбов жидкостей различной высоты. Эта разность давлений является мерой плотности рабочей жидкости. Подобные плотномеры с пневмопреобразователем используются для измерения плотности мисцеллы и других растворов.

Радиоизотопные плотномеры

Их основные преимущества – бесконтактность, точность и надёжность. Основной недостаток – возможные негативные экологические последствия от неправильной эксплуатации и бесхозяйственного отношения к источнику радиоактивного излучения. Радиоизотопные плотномеры предназначены для бесконтактного непрерывного измерения плотности жидких сред и пульп, суспензий, растворов и прочих. Принцип действия плотномеров основан на зависимости степени ослабления потока ионизирующего излучения от плотности или объемной массы контролируемого материала.

Для многих технологических процессов обогащения (флотация, электромагнитная сепарация, гравитационные методы, сгущение) выдерживание плотностных режимов является важным показателем технологической эффективности процессов разделения.

4.4 Приборы для измерения влажности.

Для измерения влажности используют следующие методы: массовый(весовой), психрометрический, конденсационный, использующий зависимость электрических параметров влагособирающих материалов от влажности.

Весовой метод применяют главным образом при лабораторном анализе. В автоматически действующих приборах используют психрометрический и конденсационный методы измерения влажности. Для автоматического непрерывного измерения влагосодержания сыпучих материалов применяют методы, основанные на измерении на электропроводности и диэлектрической пропорциональности.

Для правильного проведения различных технологических процессов необходимо определять содержание в газовой смеси углекислого газа, оксида углерода, водорода, кислорода, сероводорода, метана, хлора и других компонентов. Кроме того, воздух производственных помещений контролируют на содержание ядовитых и взрывоопасных примесей.

Состав газа выражают в процентах от общего объема газовой смеси. Приборы для контроля состава газовой смеси подразделяют на переносные неавтоматические газоанализаторы, используемые в лабораторной практике, а также для контрольных измерений и проверки стационарных автоматических газоанализаторов (в данном учебнике не рассматриваются), и стационарные автоматические, применяемые в промышленных условиях. По принципу действия стационарные газоанализаторы подразделяют на химические, электрические, магнитные и оптико-акустические. Последние применяют редко, поэтому они в учебнике не рассматриваются.

Химические газоанализаторы для определения процентного содержания отдельных компонентов в анализируемой газовой смеси основаны на поглощении компонентов газовой смеси соответствующими химическими реактивами. По сокращению объема смеси определяют процентное содержание в ней компонента. Горючие газы (например, сернистые) выделяют из смеси методом дожигания с последующим поглощением продуктов их сгорания реактивами.

 

4.5 Приборы для измерения вязкости

Вискозиметр — прибор для определения динамической или кинематической вязкости вещества.

Вискозиметры бывают: капиллярными, ротационными, с падающим шариком и других типов.

Капиллярные вискозиметры

Принцип действия основан на подсчёте времени протекания заданного объёма жидкости через узкое отверстие или трубку, при заданной разнице давлений. Чаще всего жидкость из резервуара вытекает под действием собственного веса, в таком случае вязкость пропорциональна разнице давлений между жидкостью, вытекающей из капилляра и жидкостью на том же уровне, вытекающей из очень толстой трубки. Если течение жидкости в приборе осуществляется только под действием тяжести (например, в вискозиметре Уббелоде), то при работе капиллярного вискозиметра определяется кинематическая (не динамическая) вязкость. С помощью капиллярного вискозиметра измеряются вязкости от 10 мкПа∙с(газы) до 10 кПа∙с. 

Ротационные вискозиметры

Два тела вращения, одинаковых или разных, совмещаются по осям так, что одно из них прикасается изнутри к другому (примером может послужить сфера, вписанная в конус). Пространство между телами заполняют исследуемым веществом, и к одному из тел подаётся крутящий момент, тело начинает вращаться с угловой скоростью, зависящей от вязкости вещества

Вискозиметр с движущимся шариком

Вязкость определяется по времени прохождения шариком некоего расстояния, чаще всего под воздействием его собственного веса. Наиболее известен вискозиметр Гепплера.

Вискозиметр с вибрирующим зондом

Основан на изменении резонансной частоты колебаний в жидкости различной вязкости. Так как частота будет зависеть и от плотности измеряемой жидкости, некоторые модели позволяют определять эту плотность независимо от вязкости, тогда как другие используют заданное известное значение плотности.

Вискозиметр пузырькового типа

Основан на определении параметров движения пузырька газа, свободно всплывающего в вязкой среде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №5

Исследование работы регулирующих устройств

Цель работы: провести исследование приборов для контроля регулируемых устройств изучить их принцип действия и область применения.

Ход работы

5.1. Регуляторы прямого действия

5.1.1. Регуляторы для измерения уровня

5.1.2. Регуляторы давления

5.1.3. Регуляторы температуры

5.2. Регулятора непрямого действия

5.2.1. Электрические регуляторы

5.2.2. Пневматические регуляторы

5.2.3. Гидравлические регуляторы

Регулятор уровня прямого действия работает по статическому принципу и предназначен для регулирования уровня в закрытых баках. Уровень жидкости в поплавковой камере регулятора следует за уровнем жидкости в баке. Подъем или опускание поплавка 1 передается рычагу, который с помощью тяги перемещает регулирующий клапан 2, регулируя таким образом подачу воды в бак.

 

Рис.5.1. Регулятор уровня прямого устройства: а- схема; б- условное изображение.

 

 

 

Регулятор давления является пропорциональным

Принцип работы этого регулятора основан на уравновешивании сил упругой деформации пружины 1 и давления сжатого воздуха или газа во внутренней полости 2 регулятора, действующих  мембрану 3 во встречных направлениях.

Рис.5.2. Регулятор давления прямого действия: а- схема, б- условное изображение.

Для нормальной работы регулятора давление на входе должно превышать давление на выходе из него. Сжатый воздух поступает в регулятор через входное отверстие 4. Золотник 5 служит для перекрывания подачи воздуха во внутреннюю полость 2 регулятора. Вращением гайки 6 корректируют задание регулятора, причем пружина 1 давит на резиновую мембрану 3.

В средней части мембраны внизу закреплена колодка, в отверстие которой входит хвостовик рычага 8. При перемещении мембраны этот рычаг отводит золотник 5, открывая доступ воздуха во внутреннюю полость прибора 2. При поступлёнии воздуха или газа давление в полости 2 возрастает и мембрана 3 отожмется. В результате этого золотник 5 частично закроет входное отверстие 4 и тем самым уменьшит поступление воздуха во внутреннюю полость.

При увеличении расхода воздуха или газа регулятора понизится давление в полости 2. В этом случае под действием пружины 1 резиновая мембрана 3 начнет прогибаться и перемещать золотник 5. При этом будет увеличиваться зазор между золотником и входным отверстием до тех пор, пока давление в полости 2 под мембраной не станет равным заданному.

Величину заданного давления уменьшают поворотом гайки 6 против часовой стрелки и увеличивают путем ее вращения в обратном направлении. -=

Рис.5.3. Регулятор температуры прямого действия: а- схема, б- условное изображение.

Регулятор температуры  также является пропорциональным регулятором прямого действия. Для создания необходимых перестановочных усилий регулирующего органа не пользуется давление  насыщенных паров жидкоти в термометрическо системе.       

Регулятор состоит из термометрической системы и регулирующего органа (клапана). Термометрическая система регулятора представляет собой паровой манометрический термометр, состоящий из термобаллона 1, соединительной капиллярной трубки 2, гармониковой мембраны 5, пружины 4, регулирующего клапана 5, золотника 6 и задатчика 7.

При нагревании термобаллона в термометрической системе устанавливается давление паров рабочей жидкости, пропорциональное температуре этой среды. Это давление передается по капиллярной трубке 2 гармониковой мембране 6 в которой развивается усилие, пропорциональное ее эффективной площади. При изменении температуры мембрана сжимается или разжимается.

В результате золотник 6 перемещается и изменяет количество теплоносителя, проходящего через клапан. Заданно на регуляторе корректируется степенью сжатия Дружины при помощи задатчика 7.

 

Электрические регуляторы непрямого действия. В промышленности строительных материалов широко применяют разные типы электрических, в том числе электронных, регуляторов. Их используют для регулирования самых различных величии — расхода, давления, температуры и т, д. Электрические регуляторы выпускают с любым законом регулирования

Рис.5.4. Схемы электрических позиционных регуляторов давления и их условное изображение: а- СПДМ; б- РД, в-ЭКМ.

 

позиционные, статические, астатические и изодромные (Из, С г, До, Из) н др. Для измерения параметра об кок га регулирования используют, как правило, электрические преобразователи.

Позиционые регуляторы. Регулятор давления. В различных технологических установках иногда требуется иметь показания только максимально допустимых величинах давления. Для этой дели применяют позиционные

регуляторы. Так, мембранный сигнализатор падения давления (рис. 2.19, а) служит для подачи электрического сигнала при повышении или понижении давления воздуха или газа.

Между двумя крышками 1 и 2 зажата мембрана 3 с укрепленным на ней штоком 4. Нижняя полость под мембраной соединена с линией, по которой подается измеряемое давление р, а верхняя — с атмосферой. Внутри трубки 5 расположена пружина 6У которая действует на мембрану в обратном направлении, чем давление р.

Трубка 5 имеет резьбу, по которой перемещается гайка 7, изменяя при этом степень сжатия пружины. Эта трубка прикреплена к корпусу 8 реле и к верхней крышке 1. В сигнализаторе укреплено коромысло 9, которое может поворачиваться на опоре 10. Среднее положение коромысла неустойчивое, так как оно находится под действием спиральной пружины П. Над коромыслом установлен ртутный переключатель 12.

Принцип действия регулятора давления РД  основан на уравновешивании силы, создаваемой давлением р при воздействии на дно сильфона, силами упругих деформаций его и цилиндрической пружины. При нарушении равновесия сил, когда давление контролируемой среды отклонится от заданного значения, контакты переключателя замкнутся или разомкнутся (в зависимости от знака изменения давления).

Снаружи к корпусу регулятора прикреплен сильфонный механизм, который состоит из сильфона 7, находящегося в коробке 2, приваренной к корпусу. С другой стороны к сильфону припаян шток 3, упирающийся в кронштейн 4. На винт, ввернутый в корпус, надета пружина 5, натяжение которой регулируется гайкой.

При повышении давления сильфон начнет сжиматься и шток 3 переместится на величину сжатия сильфона. Шток нажима на кронштейн 4, переместит его, преодолевая при этом сопротивление пружины 51 Одновременно кронштейн 4 переместит рычаг 6, кото-рый переключит контактное устройство 7.

При понижении давления в подводящей линии, а следовательно, н силы, создаваемой давлением на сильфон, последний под действием, пружины 5 начнет перемещаться (разжиматься). При этом пружина воздействует на сильфон через кронштейн 4, который повернется на некоторый угол по часовой стрелке, в связи с чем контактное устройство 9 вновь переключится.

Электроконтактные манометры ЭКМ  также являются позиционными регуляторами. При достижении заданного давления электрическая цепь замыкается вследствие кон-

тактирования стрелки прибора 7 и двух передвижных указателей 2. Эти указатели (контакты) устанавливают на любые два значения в пределах всей шкалы специальным ключом. При переходе стрелки прибора за большее или меньшее из установленных значений давления соответствующий контакт замыкается и остается замкнутым, а указывающая стрелка может перемещаться дальше. В диапазоне между установленными граничными значениями давления электрическая сигнальная цепь бывает разомкнутой.            

Регуляторы уровня. Для регулирования уровня воды в открытых резервуарах

Рис.5.5. Позиционный регулятор уровня: а- схема, б- условное изображение.

применяют поплавковые регуляторы , предназначенные для контроля за двумя положениями уровня.

Чувствительный элемент реле поплавок 1 подвешен к тросу 2, огибающему блок 3; на другом конце троса прикреплен контргруз 4. Контактное устройство представляет собой пружинный переключатель мгновенного действия. Контакты переключаются при помощи муфт 6 установленных на тросе, при достижении заданного нижнего или верхнего уровня.

Регулирующие милливольтметры и логометры являются также позиционными регуляторами. Их применяют для измерения и автоматического регулирования температуры или сигнализации при отклонении от заданного значения. Принцип действия регулирующей части милливольтметра основан на изменении величины тока в цепи высокочастотного генератора. Величина тока изменяется вследствие срыва или восстановления генерации. Это происходит тогда, когда экран, укрепленный на стрелке измерительного прибора, входит в зазор между контурными катушками генератора.

Рис.5.6. Позиционные регуляторы температурыи их условные изображения:                        а- милливольтметр типа МР, б- манометрический термометр

 В милливольтметр или логометр встроено двухпозиционное регулирующее устройство,' в схеме которого использованы транзисторы. В зависимости от положения экрана изменяемся ток, цргщий через обмотку реле. При изменении тока ИК реле переключает его контактов. Контакты реле

Регулирующие милливольтметры  и логометры являются также позиционными регуляторами. Их применяют для измерения и автоматического регулирования температуры или сигнализации при отклонении от заданного значения. Принцип действия регулирующей части милливольтметра основан на изменении величины тока в цепи высокочастотного генератора. Величина тока изменяется вследствие срыва или восстановления генерации. Это происходит тогда, когда экран, укрепленный на стрелке измерительного прибора, входит в зазор между контурными катушками генератора.

В милливольтметр или логометр  встроено позиционное регулирующее устройство в схеме которого  использованы транзисторы. В зависимости от положения экрана подается ток, протекающий через обмотку реле. При изменении в реле происходит переключение его контактов. Контакты реле соединены с цепью исполнительного механизма или сигнализации.

 

Манометрические термометры типа ТС предназначены для на*мерения температуры и сигнализации при отклонении фактнческой

В милливольтметр или логометр  встроено двух-позиционное регулирующее устройство/ в схеме которого использованы транзисторы. В зависимости от положения экрана изменяется ток, протекающий через обмотку реле. При изменении тока в реле происходит переключение его контактов. Контакты реле соединены с цепью исполнительного механизма или сигнализации.

Манометрические термометры типа* ТС предназначены для намерения температуры и сигнализации при отклонении фактически температуры от заданной величины.

Термометр ТС  является паровым манометрическим прибором с позиционным электроконтактным устройством. Герметически замкнутая и заполненная насыщенными парам» хлорметила термосистема термометра состоит из термобаллона, соединительной капиллярной трубки 1 и многовитковой трубчатой пружины 2.

Сигнальное устройство работает следующим образом. С осью измерительной стрелки 3 жестко связана контрольная щеточка 4, скользящая по двум секторам 5 с контактами. Один сектор связан с желтым 6, а другой — с красным 7 передвижными указателями, которые заранее у останавливают на определенную отметку шкалы. При совмещении измерительной стрелки с указателем соответствующий контакт замыкается.

В случае повышения температуры вначале замыкается кон- * такт, соответствующий желтому указателю, затем контакт, соответствующий красному указателю, причем первый контакт остается замкнутым. Передвижные указатели, связанные с контактами, устанавливают в любой точке шкалы при помощи установочных винтов 8.

Автоматические электронные компенсаторы имеют встроенные электроконтактные регулирующие устройства и одновременно с измерением и . записью параметра могут производить автоматическое позиционное регулирование любого технологического процесса.     

Основными элементами регулирующего устройства  являются контактные группы  и          Рис.5.7.автоматические компенсаторы с

       позиционным регулирующим устройством.

профильный диск 2, устанавливаемые на оси 3 двигателя, которым управляет усилитель.

 

Контактное регулирующее устройство можно настраивать следующим образом. Контакты 1 находятся в замкнутом состоянии в зоне от начального значения шкалы до некоторого значения задатчика. Контакты другой аналогичной группы (на рисунке не показаны) должны находиться в разомкнутом состоянии. В случае необходимости можно настроить контакты этой группы так, чтобы они замыкались не сразу, а с некоторым интервалом, который называется диапазоном “норма”

Для настройки контактов регулирующего устройства требуется ослабить гайку винта 4, крепящую профильные диски 2, и закрепить их вновь в таком положении дисков, при котором шарниры 5 контактов 1 западают в заданных точках шкалы.

Статические (пропорциональные электрические регуляторы непрямого действия). В регуляторах непрямого Действия усилие, возникающей в чувствительном элементе, при изменении величины регулируемого параметра подключает в работу лишь вспомогательное устройство — управляющий элемент. Это устройство открывает доступ энергии от постороннего источника (жидкость под давлением, сжатый воздух, электроэнергия) в исполнительный механизм, развивающий усилие для

перестановки регулирующего органа.

Чувствительный элемент регулятора реагирует на отклонение регулируемого параметра от заданного значения и воздействует через исполнительную связь на регулирующий орган.

Рис.5.8. Электрический статический регулятор: а- схема регулирования, б- схема регулятора, в- функциональная схема регулятора

 

Исполнительная связь служит для передачи сигнала от чувствительного элемента к регулирующему органу. Она может усиливать импульс или его трансформировать, т. е. преобразовывать один вид энергии, полученный от чувствительного элемента, в другой, воздействующий на исполнительный механизм. Примером таких регуляторов служит статический регулятор типа БР-3.

Статические регуляторышироко применяют при автоматизации производственных процессов. Их можно применять почти для всех объектов регулирования, за исключением случаев с большим запаздыванием | и резкими колебаниями нагрузки. —

Принципиальная схема электрического статического регулирования состоит в следующем. В качестве первичного прибора обычно используют измерительное устройство с реостатным выходом. В упрощенной схеме 

 

таким реостатным первичным прибором является манометрический измеритель температуры с реостатом.

 

Изменение температуры объекта воспринимается термобаллоном 1 и по капиллярной трубке 2 передается в сильфонную коробку 3. При повышении давления в сильфонной коробке поводок 4 будет перемещать ползун 6 реостата 5/При отклонении параметра от заданного значения ползун перемещается на соответствующую величину от средней точки реостата/

Аналогичный реостат установлен на исполнительном механизме ИМ так, что каждому положению исполнительного механизма (и

регулирующего4 .органа)соответствует определенное положение ползуна 8 реостата 7.  В этой схеме реостат 5 измерителя и реостат обратной связи 7 исполнительного механизма образуют мост, а их ползуны — диагональ этого моста, в которую включается нуль индикатор НИ.  При перемещении ползуна реостата 5 в результате изменения регулируемого параметра равновесие нарушается. При разности потенциалов нуль-индикатор НИ/перемещает исполнительный механизм и одновременно ползун Ы реостата 7 до тех пор, пока система не придет в равновесие.

Проследим это на схеме, показанной на рис. 2.23. Допустим, что заданной температуре печи 9 соответствует положение  ползуна реостатного измерителя ДТ. Клапан 10 подачи газа может перемещаться двигателем 11. Ползун реостата исполнительного механизма ИМ находится в положении . При этом напряжение на входе  Нуль индикатора равно нулю и электродвигатель 11 исполнительного механизма выключен.

Если температура в печи по какой-либо причине понизится (допустим, увеличилась нагрузка печи), ползун измерителя ДТ займет положение , то равновесие схемы будет нарушено и нуль- индикатор включит двигатель. При этом начнет открываться клапан 10, увеличивая подачу топлива. Одновременно переместится ползун реостата ИМ II. Когда клапан откроется настолько, что ползун реостата займет положение , вновь наступит равновесие, двигатель остановится и прекратится дальнейшее увеличение подачи топлива.        Следовательно, при помощи подобной схемы можно осуществить регулирующее воздействие (изменение подачи топлива), пропорциональное отклонению регулируемого параметра (температуры)- Если через некоторое время в связи с увеличившимся поступлением топлива температура в печи начнет повышаться, то ползун измерителя ДТ постепенно будет возвращаться к заданному положению . Нетрудно видеть, что это вновь приведет к нарушению установившегося равновесия и двигатель* начнет прикрывать клапан, уменьшая подачу топлива и перемещая ползун реостата обратной связи ИМ в положение I.

По рассмотренной выше схеме работает статический регулятор типа БР-3 .

Астатические (интегральные) регуляторы типа ЭР-252 предназначены для регулирования одного параметра или соотношения двух параметров.

Электронный регулятор ЭР-252 работает с первичными приборами, имеющими реостатные преобразователи, благодаря этому он может регулировать любой технологический параметр, которого преобразовано в изменяемое сопротивление. Для этого можно использовать и вторичные электронные приборы компенсаторы (мосты, потенциометры), в которые встраиваются реостатные преобразователи. Такие устройства позволяют преобразовывать параметр, который измерен электрическим прибором, в измененное сопротивление. Исполнительным механизмом регулятора ЭР-252 служит механизм с моторным приводом. 

Пневматические регуляторы широко применяют в промышлености вследствие их большой надежности и простоты в эксплуатации, а также пожаро  и взрывобезопасности. Рабочей средой для них является сжатый воздух. Следует учитывать, что многие узлы пневматических регуляторов имеют малые проходные сечения и степень очистки воздуха, поданного в приборы, что определяет надежность их работы.

Пневматические регуляторы используют для регулирования В давления, температуры, уровня, расхода и т. п. С помощью того | или иного измерителя прибором можно регулировать различные  величины, т. е. осуществлять комплексную автоматизацию производственного процесса.

Современные пневматические приборы строят по элементному принципу,— их монтируют из отдельных типовых элементов. По аналогии с электронной аппаратурой разработан целый ряд пневмо-реле, пневмо-усилителей, пневмосо-противлений емкостей и других элементов. Каждый элемент выполняет простейшие функции. Эти элементы, имеющие простое устройство, легко отлаживаются и имеют сравнительно малые габариты. Монтаж элементов в законченные схемы ведут на специальных платах, внутри которых проходят каналы, необходимые для соединения элементов в схему.

Как и для электроники, эти платы выполняют печатным способом, что упрощает сборку и монтаж приборов. Каждый из элементов рассчитан на один диапазон изменения пневматических сигналов 0,9—1 О тгг/гм2

Позиционный регулятор типа ПР-1.5. Этот регулятор, называемый также пневматическим реле, предназначен для получения дискретных (при давлении от 0,2 до 1 кг/см2) пневматических сигналов в результате понижения или повышения поступающего на вход регулятора давления от преобразователя. Поступающее давление, пропорциональное величине регулируемого или измеряемого параметра, сравнивается с заданной величиной, и в случае их несоответствия регулятор подает дискретный сигнал.

Регулятор используют для непосредственного управления исполнительным механизмом. Он может также приводить в действие какое-либо сигнальное устройство. Регулятор можно настроить на получение пневматического сигнала при превышении измеряемым или регулируемым параметром заданного значения (сигнал максимум) или на сигнал на минимум при падении параметра ниже заданного уровня.

Работа регулятора ПР-1.5 и модулей, из которых он собран , рассмотрена ниже. Прибор состоит из элемента сравнения III, усилителя мощности /V, задатчика /, постоянного дросселя II. Регулятор можно настраивать на максимум или минимум переключением входных каналов, показанных пунктиром. В первом случае получают сигнал на выходе из усилителя при повышении регулируемым параметром заданного значения, а во втором — при значении параметра ниже заданного.

Рис.5.9. Схема пневматического позиционного регулятора ПР- 1.5.

Элемент сравнения III состоит из трех мембран (двух крайних большего размера и средней меньшего размера), скрепленных общим штоком 4. Перемещение штока при изменении давления в камерах между мембранами ограничено двумя упорами, которые одновременно используются как сопла 3 и 5. Концы штока служат заслонками. К соплy подводится воздух питания (ршгг= 1,4 кг/см2), а соплу атмосферой.

Допустим, входной сигнал от преобразователя поступает в камеру Вт элемента сравнения, а сигнал задания —в камеру Бт. Тогда, пока давление от датчика больше заданного давления, сопло 5 будет закрыто, а сопло 3 открыть, так как на блок мембран действует неуравновешенное усилие, прогибающее их вниз.

Предположим, что давление  воздуха на выходе элемента сравнения равно 1 кг/см2.Если входной сигнал станет меньше заданного, то мембраны, прикрыв сопло 3 и открыв сопло 5. При этом давление на выходе из элемента упадет до нуля вследствие выпуска воздуха через сопло 5 с линии выхода в атмосферу. Статический регулятор ПР-2.5 предназначен для получения непрерывного регулирующего воздействия на исполнительный механизм с целью поддержания величины регулируемого параметра на заданном уровне. Регулятор может работать с дистанционным заданием, получаемым от

ручного задатчика вторичного прибора или от любого другого устройства со стандартным пневматическим сигналом.

Рис.5.9.1. Схема пневматического статического регулятора ПР-2.5

Прибор ПР-2.5  состоит из двух элементов сравнения  и II, сумматора , усилителя мощности IV и выключающего реле V. Последнее предназначено для отключения регулятора при переходе на ручное управление.

Этот регулятор работает вместе со вторичным прибором ПВ-10Э, или ПВ-10.1П. На задней стенке этого прибора имеется специальное гнездо, куда крепят регулятор. В самом приборе помимо измерительной части, рассмотренной выше, имеется кнопочная станция управления регулятором.

В приборе имеются кнопки «Вкл» и «Выкл», предназначенные для включения регулятора. Кнопкой А включают автоматическое управление технологическим процессом с помощью регулятора, установленного на задней стенке вторичного прибора.

Задание регулятору устанавливают с помощью задатчика 7, находящегося в приборе ПВ (рис. 2.28).            %

Нажатием кнопки с индексом Р отключается автоматический регулятор и управление процессом переводится на ручное. В этом случае исполнительный механизм, минуя регулятор, подключается непосредственно к задатчику вторичного прибора.

Ручка управления задатчика выведена на передней панели прибора. Кнопка АП подключает к регулятору программный задатчик— специальный прибор. В этом случае задание будет являться величиной переменной, поступающей на регулятор от специального прибора — программного задатчика.

 

Особенностью системы «Кристалл» является сочетание электрических методов измерения и усиления с гидравлическим исполнительным механизмом, работающим на водопроводной воде. Система позволяет формировать Ст, Лс и Я3-законы регулирования.

Рис.5.9.2. Электронно гидравлическая схема типа “Кристалл”

а- структурная схема, б- общий вид, в- принципиальная схема, г- схема электрогидропреобразователя.

В измерительную часть схемы электронно-гидравлического регулятора,  можно вводить сигналы от нескольких (до трех) первичных приборов ПП и устройства обратной связи ОС. Степень влияния каждого из них можно менять в широких пределах при помощи ручек настройки. Задание регулятору устанавливают задатчиком Зд.

Электрический сигнал, пропорциональный алгебраической сумме сигналов от первичных приборов и задатчика, усиливается транзисторным усилителем У, выходной каскад которого является фазочувствительным. Сигнал с выхода усилителя подается на об-

мотки электронно-гидравлического реле ЭГР, управляющего гидравлическим исполнительным механизмом ГИМ. Обратная связь ОС охватывает исполнительный механизм и электронный усилитель (регулятор).

В качестве первичных приборов для таких регуляторов можно использовать манометры, дифференциальные манометры и тягометры с дифференциально-трансформаторными преобразователями, термопары и термометры сопротивления. Перечисленный комплект первичных приборов обеспечивает решение задачи автоматизации теплотехнических процессов на современных предприятиях строительной промышленности.

Ниже рассмотрены отдельные элементы электронногидравли¬ческого усилителя-регулятора . Для работы с различными первичными приборами (дифференциально-трансформаторными преобразователями, термометрами сопротивления, термопарами) используют транзисторные приборы трех типов, в значительной мере сходных между собой.

Задание регулятору устанавливают потенциометром  который вместе с резисторами и R6 образует узел задатчика. За счет индуктивной связи между катушками Lt и напряжение на L2, а следовательно, и на выходе узла задатчика сдвинуто по фазе с напряжением, полученным от измерителя, и суммируется с ним. Сменные резисторы и  позволяют изменять диапазон действия преобразователя в ту или иную сторону.

Узел избирательности состоит из демодулятора 7, фильтров  и модулятора . Демодулятор построен на транзисторе, работающем в режиме ключа. Коэффициент передачи элемента, определяемый отношением постоянной составляющей, пропорционален cos ф, где ф — сдвиг фаз между входным напряжением и напряжением, подаваемым на базу транзистора. Коммутирующее напряжение снимается с резистора ; причем ф=0 и передача .демодулятора максимальна.

Выравненное фильтром пульсирующее напряжение, полученное при выпрямлении полезного сигнала, подается на модулятор, который также работает в режиме ключа. Модулятор включен по параллельной схеме и связан с транзистором .