ДАТЧИКИ РАСХОДА И СЧЁТЧИКИ КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА
Приборы, измеряющие объём вещества, протекающего через прибор за любой промежуток времени, называются счётчиками. Счётчики подразделяются на объёмные и скоростные.
Простейшим объёмным счётчиком является мерный бак - сосуд, оборудованный уровнемером. Из многообразия объёмных счетчиков жидкостей на судах чаще всего применяют счётчики с овальными шестернями (рис.14.1). В положении а левая Л ведомая шестерня выталкивает объём 0, а правая П ведущая шестерня отсекла дозированный объём 1. В положении б выталкивается объём 1, в то время как шестерня Л отсекает дозированный объём 2. В положении в выталкивается объём 2, а отсекается объём 3. За пол-оборота шестерен, например, от а к в выталкивается два дозированных объёма, а за один оборот - 4 дозированных объёма. Выходным сигналом счётчика является число оборотов любой шестерни, которое прямо пропорционально объему прошедшей через счётчик жидкости.
Скоростной счётчик (рис.14.2) содержит крыльчатку, которая вращается под действием протекающего потока жидкости или газа. Число оборотов крыльчатки пропорционально объёму вещества, прошедшему через счётчик.
Приборы, измеряющие количество вещества, прошедшее через прибор за единицу времени, называются расходомерами, которые подразделяются на расходомеры вращательные, гидравлического сопротивления, индукционные, акустические и др.
Устройство вращательных расходомеров такое же как и рассмотренных выше счётчиков. Отличие только в том, что к ротору счётчика подсоединяется тахогенератор для измерения частоты вращения ротора.
|
|
|
Расходомеры гидравлического сопротивления подразделяются на напорные трубки, расходомеры переменного и постоянного перепада давления.
Измерение расхода напорными трубками (рис.14.3) основано на измерении динамического напора потока вещества.
В минусовой трубке 1 имеется только статическое давление потока, а в плюсовой 2 к статическому напору добавляется динамический напор, равный
рД = g v 2 /2 g, (14.1)
где g - удельный вес протекающего вещества, v - скорость движения, g =9,8 м/с2.
По скорости движения при известном сечении S трубы определяется расход вещества как: vS , м3/с. Дифманометром ДМ измеряется динамический напор, но шкала может быть проградуирована в единицах расхода.
Более точными и, поэтому, чаще всего применяемыми на практике являются расходомеры на основе сужающих устройств типов диафрагмы (рис.14.3б) и сопла (рис.14.3в). На диафрагме поток сжимается и под действием сил инерции продолжает сжиматься на некотором расстоянии после диафрагмы. Движущей силой потока, определяющей скорость движения вещества через диафрагму, является перепад давлений. В самом узком сечении потока давление минимальное, а перед диафрагмой давление - максимальное. Перепад давления измеряется дифманометром.
|
|
|
На точность измерения расхода диафрагмами оказывают завихрения после диафрагмы. У сопел Вентури таких завихрений нет, поэтому их точность существенно выше.
Принцип действия расходомера постоянного перепада давления - ротаметра (рис.14.4) - основан на вертикальном перемещении поплавка внутри конической трубки по действием восходящего потока жидкости. В положении равновесия поплавка его вес Р уравновешен архимедовой силой r V П g (r - плотность движущейся жидкости, V П - объём поплавка, g =9,81 м/с2) и подъёмной силой F П (р1-р2), вызванной перепадом D p = p 1 - p 2 давления (F П - площадь сечения поплавка):
Р = r V П g + F П (р1-р2), (14.3)
откуда 
(14.4)
При увеличении давления р1 на входе ротаметра подъёмная сила возрастает, поплавок поднимается, площадь S кольцевого сечения увеличивается, а скорость v в этом сечении остаётся постоянной, т.к. постоянен перепад D p давлений и
(14.5)
Расход через ротаметр равен vS.
|
|
|
В индукционном расходомере (рис.14.5) поток электропроводящей жидкости движется в немагнитной трубе из изоляционного материала. Поток помещён в магнитное поле. Жидкость можно считать состоящей и множества вертикальных проводников. При движении проводников в магнитном поле в них возникает электродвижущая сила (э.д.с.) Е, равная
E = Bdv, (14.6)
где В - индукция магнитного поля внутри трубы;
d - длина проводников, равная внутреннему диаметру трубы;
v - скорость движения жидкости.
При сечении трубы S расход определяется как Sv.
В ультразвуковом расходомере (рис.14.6) имеется два излучателя И1 и И2 и два приёмника П1 и П2 ультразвука. Время прохождения t 2 звуковой волной расстояния между И2 и П2 больше, чем время прохождения t 1 звуковой волной расстояния между И1 и П1, так как в первом случае волна звука распространяется навстречу потоку жидкости, а во втором - согласно с потоком.
По разности D t = t 2 - t 1 определяется скорость v, а затем при известном сечении S трубы определяется расход Sv.
ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ
Датчики температуры - термометры - подразделяются на термометры расширения, электрические термометры, пирометры и др. К термометрам расширения относятся жидкостные (рис.15.1а), дилатометрические (рис.15.1б) и манометрические (рис.15.1в) термометры.
|
|
|
В жидкостном термометре внутри герметичной трубки содержится жидкость (спирт, ртуть и др.), которая при изменении температуры расширяется и высота столба изменяется. Отсчёт, как правило, визуальный по шкале. При использовании термометра в схемах автоматического управления его наполняют электропроводной ртутью и во внутрь трубки вводят электроды - тонкие проволочки. При изменении уровня электроды замыкаются между собой ртутью. Жидкостный термометр инерционный и имеет передаточную функцию вида
(15.1)
Дилатометрический термометр состоит из трубки, изготовленной из материала с большим коэффициентом линейного расширения (меди, латуни и др.), а приваренный к ней внутренний стержень состоит из инвара (сплава кобальта, стали и хрома) с малым коэффициентом расширения (по сравнению с медью в 5 раз меньшим). Трубка помещается в вещество, температура которого измеряется. Выходным сигналом дилатометра является перемещение z верхнего конца стержня. Дилатометры развивают большое усилие на стержне и могут использоваться в регуляторах температуры без применения дополнительных усилителей. Однако чувствительность дилатометров невысока из-за малого перемещения z.
Манометрический термометр состоит из баллона, заполненного рабочим веществом: газом (азотом), высококипящей жидкостью (ртутью, ксилолом), низкокипящей жидкостью, образующей в баллоне насыщенные пары (различные эфиры). При изменении температуры внутри баллона изменяется давление, которое измеряется либо сильфонным, либо мембранным датчиком давления. Манометрические термометры обладают высокой чувствительностью, могут использоваться в схемах автоматики, так как выходным сигналом является перемещение z. Однако они достаточно инерционны. Передаточная функция
(15.2)
Электрическими термометрами служат термопары, термометры сопротивления и термисторы.
Термопара состоит из спая двух металлов А и В с разной плотностью в них свободных электронов. Оба металла в целом не заряжены, так как в них заряд свободных электронов равен положительному заряду ядер, лишившихся электронов Спай 2 помещается в вещество, температуру которого измеряют, и называют спай горячим спаем измерительной цепи (индекс Г).
Пусть в А плотность свободных электронов выше, чем в В. При соединении их между собой за счёт диффузии электроны из металла А будут перемещаться в металл В. В результате металл В приобретёт отрицательный заряд, а металл А - положительный. Между металлами возникнет контактная разность потенциалов еВА( q Г ), которая пропорциональна температуре спая 2, так как с изменением температуры q Г изменяются плотности свободных электронов.
К холодным концам проводников термопары в точках 1 и 3 подключён измерительный прибор - милливольтметр mV. Милливольтметр и соединительные проводники состоят из металла С. В спаях 1 и 3 образуются контактные разности потенциалов еАС( q Х ) и еСВ( q Х ), причём разность этих потенциалов равна разности потенциалов между проводниками А и В, если бы они были бы непосредственно соединены между собой при температуре q X, т.е.
еАС( q Х ) - еСВ( q Х ) = еАВ( q Х ) (15.3)
Результирующая э.д.с. всей цепи, измеряемая милливольтметром, равна
ЕАВ( q Г , q X )= еАВ( q Г ) - еАВ( q Х ) (15.4)
Если q X поддерживается постоянной, то еАВ( q Х )= const и ЕАВ( q Г , q X )= f ( q Г ), т.е. показания милливольтметра пропорциональны температуре q Г.
Материалы термопар А и В, как правило, редкие металлы и, поэтому, очень дорогие. На практике только спай 1, помещаемый в зону измерения с высокой температурой выполняется из таких металлов. За пределами зоны до прибора линии связи выполняются из дешевых компенсационных проводов, у которых такие же плотности свободных электронов, что и у металлов А и В, но провода не выдерживают высоких температур. Компенсационные провода входят в комплект поставки термопары. Характеристики термопар приведены в табл.15.1.
Таблица 15.1 - Характеристики термопар
| Тип | q макс | Чувствительность мкВ/град | Компенсационные провода |
| ТПП (платина-платинородий) | -20...1300 | 6,4...12 | Медь и платино- |
| ТПР (платинородий) | 300...1600 | 3,5..12,4 | родиевый сплав ТП |
| ТХА (хромель-алюмель) | -50...1000 | 32...42 | Медь и константан |
| ТХК (хромель-копель) | -50...600 | 65...86 | Хромель и копель |
Собственно термопара малоинерционна, постоянная времени не выше 1 секунды. В защитном чехле инерционность термопары имеет порядок 10...60 секунд.
Измерение температуры термометрами сопротивлений (рис.15.3) и термисторами основано на свойстве проводников и полупроводников изменять своё активное сопротивление при изменении температуры
R q = R 0 (1+ a q ), (15.5)
где R 0 - сопротивление проводника при 00С;
a - температурный коэффициент сопротивления, определяющий температурную чувствительность датчика.
Характеристики термометров сопротивления приведены в табл.15.2.
Таблица 15.2 - Характеристики термометров
| Тип | R0 , Ом | Градуировка | q мин ... q макс , 0С | a, 1/град |
| ТСП (платиновый) | 10 | 20 | 0...650 | 0,00397 |
| 46 | 21 | -200...500 | 0,00397 | |
| 100 | 22 | -200...500 | 0,00397 | |
| ТСМ (медный) | 53 | 23 | -50...180 | 0,00426 |
| 100 | 24 | -50...180 | 0,00426 |
Зависимость между температурой и сопротивлением линейная, однако чувствительность невелика.
Высокую чувствительность, на 1...2 порядка выше, чем у термометров сопротивления имеют термисторы - сопротивления из полупроводников. Однако их характеристика нелинейная, стабильность характеристики невысокая.
И термисторы, и термометры сопротивления имеют такие же показатели инерционности, как и термопара.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 363; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!