Кокуев А.Г. Технические измерения и приборы
Подождите немного. Документ загружается.
АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА «АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО КУРСУ «ТЕХНИЧЕСКИЕ
ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ»
Методические указания к
выполнению курсового проекта по
курсу «Технические измерения и
приборы» для студентов
специальностей 220301
«Автоматизация технологических
процессов и производств» и 220200
«Автоматизация и управление»
Астрахань, 2010
2
Составители:
Кокуев А. Г. – к.т.н. доц. кафедры «Автоматизация технологических
процессов»
Рецензент: Прохватилова Л.И.. – к.т.н. доц. кафедры «Автоматизация
технологических процессов»
Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу
«Технические измерения и приборы»: Методические указания к выполнению
курсового проекта по курсу «Технические измерения и приборы» для студентов
специальностей 220301 «Автоматизация технологических процессов и
производств» и 220200 «Автоматизация и управление»/ АГТУ; Сост.: А. Г.
Кокуев.- Астрахань, 2010.-23 с.
Указания содержат сведения, необходимые для оформления курсового
проекта по дисциплине «Технические измерения и приборы».
Предназначены для студентов, обучающихся на 3 курсе по
специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и
производств».
Методические указания утверждены на заседании методического
Совета факультета
«18» марта 2010 г, протокол №3.
3
Содержание
1. Краткие теоретические сведения ..................................................................... 4
2. Метод определения расхода ............................................................................. 5
2.1 Принцип метода ............................................................................................... 5
2.2 Расчет коэффициента истечения .................................................................... 6
2.3 Порядок определения массового расхода ...................................................... 7
2.4 Определение физических свойств контролируемой среды.......................... 8
3. Особенности монтажа....................................................................................... 8
3.1 Особенности монтажа для газов ..................................................................... 9
3.2 Особенности монтажа для водяного пара.................................................... 10
4. Состав курсового проекта .............................................................................. 13
4.1 Задание на курсовое проектирование .......................................................... 13
4.2 Содержание и объем расчетно-пояснительной записки ............................. 14
4.3 Введение ......................................................................................................... 14
4.4 Основные разделы ......................................................................................... 14
4.5 Выводы и заключения ................................................................................... 15
5. Оформление пояснительной записки ............................................................ 15
5.1 Общие положения .......................................................................................... 15
5.2 Правила оформления текстовых документов .............................................. 16
5.3 Общие требования ......................................................................................... 16
5.4 Построение текстовых документов .............................................................. 16
5.5 Оформление таблиц ....................................................................................... 17
5.6 Оформление формул ...................................................................................... 18
5.7 Оформление иллюстраций ............................................................................ 18
5.8 Оформление приложения .............................................................................. 19
5.9 Оформление содержания (оглавления) ........................................................ 19
5.10 Список литературы ...................................................................................... 20
ПРИЛОЖЕНИЕ А .................................................................................................... 22
4
1. Краткие теоретические сведения
Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости
от расхода перепада давления, создаваемого устройством, которое установлено
в трубопроводе, или же самим элементом последнего.
В состав расходомера входят: преобразователь расхода, создающий
перепад давления; дифференциальный манометр, измеряющий этот перепад и
соединительные трубки между преобразователем и дифманометром. При
необходимости передать показания расходомера на значительное расстояние к
указанным трем элементам добавляются еще вторичный преобразователь,
преобразующий перемещение подвижного элемента дифманометра в
электрический и пневматический сигнал, который по линии связи (проводам
или трубкам) передается к вторичному измерительному прибору. Если
первичный дифманометр (или вторичный измерительный прибор) имеет
интегратор, то такой прибор измеряет не только расход, но и количество
прошедшего вещества.
Рис.1 Схема течения несжимаемой жидкости через диафрагму
5
2. Метод определения расхода
2.1 Принцип метода
Расход среды определяют методом переменного перепада давления.
Принцип метода состоит в том, что в ИТ, по которому протекает среда,
устанавливают СУ, создающее местное сужение потока. Вследствие перехода
части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в
суженном сечении повышается, в результате чего - статическое давление в этом
сечении становится меньше статического давления перед СУ. Разность этих
давлений тем больше, чем больше расход протекающей среды, и,
следовательно, она может служить мерой расхода.
Из закона сохранения энергии для стационарного потока следует
Использование в решении этого уравнения условия неразрывности
потока несжимаемой среды
приводит к теоретическому уравнению расхода несжимаемой среды
где u
D
- скорость течения потока в ИТ;
u
d
- скорость течения потока в отверстии СУ;
p
1
- давление на входе в СУ;
p
2
- давление на выходе из СУ;
- плотность несжимаемой жидкости;
Е - коэффициент скорости входа
(1)
- перепад давления на СУ.
Действительный массовый расход получается меньше рассчитанного по
теоретическому уравнению расхода, что корректируется коэффициентом
истечения С и дополнительно коэффициентом расширения
для сжимаемых
сред. Тогда уравнение расхода принимает вид
(2)
Значения С и
определены в результате экспериментальных
исследований, проведенных на гидравлически гладких трубопроводах при
равномерном распределении скоростей потока по сечению трубопровода и
6
развитом турбулентном режиме течения этого потока. При исследованиях
применяли диафрагмы с острой входной кромкой.
Наличие местных гидравлических сопротивлений (трубопроводной
арматуры, отводов и т.д.) и применение шероховатых трубопроводов приводит
к искажению распределения скорости по их сечению.
Для выравнивания распределения скоростей по сечению ИТ,
неравномерность которого обусловлена наличием местных сопротивлений,
применяют прямые участки трубопроводов определенной длины. Влияние
шероховатости невозможно исключить подобным конструктивным путем.
Поэтому влияние шероховатости ИТ на значение коэффициента истечения
корректируют с помощью поправочного коэффициента на шероховатость
внутренней поверхности ИТ K
ш
.
Влияние на коэффициент истечения притупления входной кромки
отверстия диафрагмы, обусловленного ее износом, корректируют с помощью
поправочного коэффициента на притупление входной кромки отверстия
диафрагмы K
п
.
Таким образом, уравнение массового расхода в общем случае примет
вид
(3)
где
= ЕС.
Международный стандарт не рассматривает случаи влияния на
коэффициент истечения шероховатости внутренней поверхности ИТ и степени
притупления входной кромки диафрагмы.
Введение коэффициентов, учитывающих влияние шероховатости
внутренней поверхности ИТ и степени притупления входной кромки
диафрагмы, расширяет область применения СУ.
Значение объемного расхода, приведенного к стандартным условиям,
может быть определено из уравнения
q
с
= q
т
/ . (4)
Значение объемного расхода в рабочих условиях может быть
определено из уравнения
q
0
= q
m
/
(5)
2.2 Расчет коэффициента истечения
В общем случае коэффициент истечения представляют уравнением
где С
Re
, В и п - параметры, зависящие от типа СУ, причем
7
C
Rе
= В/С
-
Поправочный коэффициент на число Рейнольдса представляет собой
уравнение
(6)
тогда
С=С
-
К
Re
. (7)
Коэффициенты С, В и С
Re
зависят только от параметров СУ.
Из уравнений (2), (3) и (6) видно, что С и K
Rе
зависят от числа
Рейнольдса, число Рейнольдса зависит от значения расхода, а значение расхода,
в свою очередь, зависит от С и К
Re
.
Решение уравнений расхода для СУ, значение коэффициента истечения
которых зависит от числа Рейнольдса, может быть найдено методом
последовательных приближений.
Алгоритм определения расхода можно упростить без изменения
погрешности определения С, если уравнение (6) представить в виде
(8)
где Re
- число Рейнольдса, найденное для расхода, определенного при
С = С
;
а и b - постоянные коэффициенты, зависящие от типа СУ.
Значения коэффициентов a и b получают из уравнения
(9)
Уравнение (9) - результат линейной аппроксимации
Re
n
K
от К
Re
для СУ
каждого типа.
В связи с тем, что изменение значения К
Re
лежит в небольших пределах
(менее ±4 %), а значения К
Re
и п близки к единице, аппроксимация
Re
n
K
является достаточно точной и не влияет на погрешность определения
коэффициента истечения.
2.3 Порядок определения массового расхода
Порядок определения массового расхода сводится к следующей
процедуре:
- определяют
по уравнению
= d/D ;
- определяют С
;
- при выполнении условия (8.6 ГОСТ 8.563.1-97) для диафрагм и
условия «Толщина Н стенки сопла должна быть не более 0,1D» для сопел ИСА
1932 и сопел Вентури коэффициент шероховатости К
ш
принимают равным
8
единице; при невыполнении указанных условий определяют приближенное
значение коэффициента шероховатости К
ш
, принимая в уравнении А
Re
= 0,5 ;
- вычисляют массовый расход при С = С
, т.е. q
m
по уравнению
q
m
= C
EK
ш
K
п
(
d
2
/ 4) (2
р)
1/2
(10)
- рассчитывают Re при массовом расходе q
m
, т.е. по уравнению
(11)
- определяют К
Re
по уравнению (8);
- определяют число Рейнольдса по уравнению
Re = Re
K
Re
; (12)
- при выполнении условия (8.6) для диафрагм, условия «Толщина Н
стенки сопла должна быть не более 0,1D» для сопел ИСА 1932 и сопел Вентури
(K
ш
= 1) определяют действительное значение массового расхода по уравнению
q
m
= q
m
K
Re
; (13)
- при невыполнении условия (8.6) для диафрагм, условия «Толщина Н
стенки сопла должна быть не более 0,1D» для сопел ИСА 1932 и сопел Вентури
рассчитывают по условию В.3.2 действительное значение коэффициента
шероховатости
ш
K
с учетом зависимости от Re; в этом случае действительное
значение массового расхода определяют по уравнению
(14)
2.4 Определение физических свойств контролируемой среды
Физические свойства среды могут быть определены путем
непосредственных измерений (ГОСТ 8.563.2) или косвенным путем по
нормативным документам, утвержденным Госстандартом России (ГОСТ
30319.0 - ГОСТ 30319.3 и др.) или Государственной службой стандартных
справочных данных (ГСССД).
3. Особенности монтажа
Заполнение дифманометра уравновешивающей жидкостью, его монтаж
и подключение к соединительным линиям для измерения перепада давления на
сужающем устройстве следует производить в соответствии с руководством по
монтажу и эксплуатации прибора, а также по требованиям настоящих Правил.
Допускается подключение к одному сужающему устройству двух и
более дифманометров.
В случае применения интегрирующих дифманометров, одновременная
их работа не допускается.
9
Допускается подключение соединительных линий одного
дифманометра к соединительным линиям другого дифманометра.
Допускается подключение манометра к «плюсовой» импульсной линии
дифманометра, если это не оказывает влияния на процесс измерения.
Соединительные линии должны быть проложены по кратчайшему
расстоянию вертикально или с уклоном к горизонтали не менее 1:10. Длина
линий не должна превышать наибольшей допустимой длины, указанной в
руководстве по монтажу и эксплуатации дифманометра.
Соединительные линии должны прокладываться таким образом, чтобы
исключать в них скопление воздушных пузырьков (при измерении расхода
жидкости) и конденсата (при измерении расхода газа или пара). Для этих целей
на соединительных линиях рекомендуется устанавливать газосборники или
отстойные сосуды.
При измерении расхода агрессивных сред передача измеряемого
давления осуществляется через разделительную жидкость, заливаемую в
дифманометр. Данная жидкость служит для защиты внутренних полостей
дифманометров от воздействия измеряемой среды. В этом случае в участки
соединительных линий между дифманометром и сужающим устройством
подключают разделительные сосуды. Конструкции разделительных сосудов и
схемы их установки следует выбирать по ГОСТ 14320-73
3.1 Особенности монтажа для газов
а б
10
Рис.2.Схемы соединительных линий при измерении расхода газа:
1-сужающее устройство;2-продувочный вентиль;3-вентиль;4-
дифманометр;5-отстойный сосуд
При измерении расхода газа дифманометр рекомендуется
устанавливать выше сужающего устройства (рис.9,а). в случае установки
дифманометра ниже сужающего устройства,в низших точках соединительных
линий должны предусматриваться отстойные сосуды (рис.9,б)
Для горизонтальных трубопроводов соединительные линии следует
подключать к верхней половине сужающего устройства.
3.2 Особенности монтажа для водяного пара
a б
Рис.3 Схемы соединительных линий при измерении расхода пара:
1-сужающее устройство;2-уравнительный сосуд;3-вентиль;4-продувочный
вентиль;5-отстойный сосуд;6-диафманометр;7-газосборник