Курсовой проект - Проектирование и расчет структурных составляющих информационно-Измерительного канала

Подождите немного. Документ загружается.

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист



7.0925.КП.07.10 ПЗ

12 Автоматический уравновешенный мост типа КСМ2

Для измерения и записи температуры на диаграммной бумаге в

эксплуатационных условиях широко применяются вместе с термометрами

сопротивления электронные автоматические уравновешенные мосты. В

автоматических мостах уравновешивание происходит не вручную, а

автоматически с помощью электродвигателя и специального

балансировочного устройства. Автоматические уравновешенные мосты, так

же как и автоматические потенциометры, могут быть снабжены

дополнительными устройствами для регулирования и сигнализации

температуры, а иногда и преобразователями для дистанционной передачи

показаний. Эти мосты находят также применение для измерения других

физических величин, изменения которых могут быть преобразованы в

изменение активного электрического сопротивления. Шкала автоматических

уравновешенных мостов градуирована в градусах Цельсия и действительна

для работы с термометрами сопротивления соответствующей градуировки и

заданного значения сопротивления внешней соединительной линии.

Автоматические уравновешенные мосты являются техническими

приборами высокого класса точности, которые соответствуют установленным

классам 0,25; 0,5; 1,0 и 1,5 аналогично, как и для автоматических

потенциометров. В настоящее время используются автоматические

уравновешенные мосты типов КПМ, КВМ и КСМ1, КСМ2, КСМ3, КСМ4.

Конструкция и типоразмеры мостов серии КСМ полностью соответствуют

типоразмерам автоматических потенциометров серии КСП. Автоматические

уравновешенные мосты выпускаются как одноточечные, так и многоточечные

(3, 6 и 12 точек контроля).

В автоматических мостах используется измерительная схема

четырехплечного моста с реохордом. Эта схема при обеспечении высокой

точности измерения позволяет выполнять шкалы автоматического моста

односторонние, двусторонние и безнулевые.

Принципиальная схема автоматического уравновешенного моста

приведена на рис. 12.1. На этой схеме приняты следующие обозначения:

– сопротивление реохорда;

– сопротивление шунта реохорда;

– сопротивление конца шкалы прибора;

1ï

– сопротивление подстройки конца шкалы при градуировки прибора;

– сопротивление начала шкалы прибора;

1í

– сопротивление подстройки начала шкалы при градуировки

прибора;

– сопротивление плеч моста;

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист



7.0925.КП.07.10 ПЗ

– сопротивление ограничения силы тока питания измерительной

схемы;

– сопротивление подгонки соединительных линии, идущих от

термосопротивления к электронному мосту (по 2,5Ом каждое);

– сопротивление термометра сопротивления.

Рисунок 12.1 – Принципиальная схема автоматического электронного

уравновешенного моста

Термометр сопротивления подключается к автоматическому мосту по

трехпроводной схеме, что значительно снижает дополнительную

погрешность, вызванную изменением сопротивления соединительных

проводов при изменении температуры окружающего воздуха. Номинальное

суммарное значение сопротивления соединительных проводов нормировано и

установлено для каждого провода равным 5 Ом.

Мост работает следующим образом. При изменении температуры измеряемой

среды изменяется сопротивление термометра RT, нарушается баланс моста и

напряжение разбаланса подается от точек а и b измерительной схемы на

усилитель. Выходной сигнал усилителя поступает на обмотку возбуждения

реверсивного двигателя и приводит его во вращение. Вал реверсивного двигателя

кинематически связанный с движком реохорда и кареткой перемещает их до тех

пор, пока напряжение небаланса, уменьшаясь, не станет равным нулю. При этом

мост приходит в новое состояние равновесия, реверсивный двигатель

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист



7.0925.КП.07.10 ПЗ

останавливается, а движок реохорда и каретка с указателем и пером занимают

положение, соответствующее сопротивлению термометра в данный момент

времени [4, стр. 101-104].

13 Кабельные линии

Для соединительной линии к термопаре используют кабель КВВГЭ 4x2,5.

Силовые используются для прокладки линий питания и командных линий

с импульсами малой мощности. Силовые кабели имеют малое число жил (до

четырех) большого сечения (до 240мм

, контрольные имеют число жил до 52

при сечении до 4 мм

. Силовые и контрольные кабели по типу электрической

изоляции жил и по виду защитной наружной оболочки подразделяются на

категории: со свинцовой защитной оболочкой и бумажной изоляцией,

пропитанной специальным составом; со свинцовой защитной оболочкой и

резиновой изоляцией; с пластмассовой оболочкой и резиновой изоляцией.

Также кабели различаются по типу внешнего покрова поверх защитной

оболочки на группы: без брони; бронированные двумя стальными лентами без

наружного покрова; бронированные двумя стальными лентами с наружным

покровом из кабельной пряжи и бронированные круглыми стальными

оцинкованными проволоками с наружным покровом из кабельной пряжи.

Силовые кабели выпускаются на рабочее напряжение 500В или 1000В.

Контрольные только на напряжение до 500В. Кабели, бронированные с

ленточной стальной броней и с наружным защитным покровом применяются

для прокладки в земле, траншеях и для наружных проводок с умеренной

температурой. Те же кабели, но без наружного защитного покрова

применяются в помещениях, где они могут подвергаться механическим

воздействиям. Кабели с бумажной изоляцией жил применяются при

температуре жил не выше



80

, а кабели с резиновой изоляцией при

температуре жил до



65

В качестве силовых кабелей и контрольных кабелей рекомендуется для

проектируемого ИИК использовать такие марки: ВРБГ (бронированные без

наружного покрова с резиновой изоляцией и полихлорвиниловой оболочкой)

и КРВБГ, соответственно.

Для дистанционной связи дифманометра и КСП используют кабели с

сечением 0,75-1,5 мм

с полиэтиленовой изоляцией в пластмассовой оболочке.

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист



7.0925.КП.07.10 ПЗ

14 Проектирование и расчёт структурного состава ИИК

14.1 Расчёт и выбор расходомеров переменного перепада давления

Расчет расходомеров переменного перепада давления производится в

соответствии с Правилами РД 5-213-80 "Правила измерения расхода газов и

жидкостей стандартными сужающими устройствами".

Расчет выполняется в следующей последовательности:

1. Определение диаметра трубопровода при рабочей температуре по

формуле:

= K

× D

где К

– поправочный множитель на расширение материала трубопровода;

– диаметр трубопровода при температуре 20

С, м.

Так как температура измеряемой среды 160°С, то из рисунка А.1

поправочный множитель К

=1,0014 (приложение А).

42.3003000014.1 ×

мм.

2. Вычисление числа Рейнольдса при минимальном расходе по формуле:





min

3,1

где G

min

— массовый расход, кг/с;

– внутренний диаметр трубопровода при рабочей температуре, м;

 – динамическая вязкость измеряемой среды при рабочих условиях,

ñÏà ×

. Из рисунка Б.1 (приложение Б)

104.1



×



ñÏà ×

;

;108,16

1045.10,30042

556,53,1

×

××





Вычисленное число Рейнольдса, согласно зависимости граничного числа

Рейнольдса от модуля сужающего устройства (рисунок В.1, приложение В),

больше граничного числа Рейнольдса, при котором коэффициент расхода a

сужающего устройства постоянен.

3. Выбор модуля сужающего устройства производится по таблице Г.1 –

Коэффициенты расхода сопел и труб Вентури (приложение Г), соответствующего

ему коэффициента расхода

и произведения

. Примем

275.0m

для

300

D

мм, тогда

0118.1

;

2782.0

4. По заданному максимальному расходу выбирается предельное значение

шкалы вторичного прибора дифманометра из стандартного ряда чисел G

ш.м.

= (1;

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист



7.0925.КП.07.10 ПЗ

1.25; 1.6; 2; 2.5; 3.2; 4.5; 6.3; 8) 10

, где n — любое целое положительное или

отрицательное число или нуль.

Так как G

max

=30т/ч, то примем G

шм

32102.3

×

т/ч=8,889 кг/с.

5. Вычисление перепада давления в сужающем устройстве при

максимальном расходе по формуле:

Па

max













a×



где вспомогательная величина С рассчитывается по формуле:



××



1105,1

мш

где G

ш.м.

– массовый расход, кг/с;

– диаметр трубопровода при рабочей температуре, м;

ρ – плотность измеряемой среды при рабочих условиях, кг/м

836,030042,01105,1

889,8



××

Ñ

max

10216,1

2782,0

×













P

Па.

6. Вычисление потери давления в сужающем устройстве при верхнем

пределе показания расходомера, с использованием графика, приведено на

рисунке Д.1 (приложение Д), по формуле:

100

..мш

ммп

GРР

××





где Р'

– потеря давления в процентах, для

275.0m

%10P

;

Р

– максимальный перепад давления на дифманометре, Па;

– заданный максимальный расход;

ш.м

– максимальное значение шкалы вторичного прибора

348,28499

889,8100

333,8082,23385313



××



Па.

7. Из чисел стандартных перепадов давлений Р = (1; 1,6; 2.5; 4; 6,3)×10

, где

n – любое целое положительное или отрицательное число или нуль, на которые

изготавливаются дифманометры, выбирается два ближайших значения большего

и меньшего перепадов давления (берется вилка) Р

и Р

100000

Ð

Па,

160000

Ð

Па

Для этих перепадов давлений вычисляем произведение:

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист



7.0925.КП.07.10 ПЗ



a

3067,0

100000







2425,0

1600000







Для того чтобы определить значение соответствующих модулей

производится линейная интерполяция (рисунок 14.1 и 14.2), в результате которой

получаем:

30125,0

m

;

242,0

m

8. По графику зависимости

)(%/ mfPP



(приложение Д) для найденных

двух значений модулей

принимается та потеря давления, которая равна

или меньше заданной, и выбираем из ряда чисел дифманометр с

соответствующим перепадом давления.

Для

30125,0

m

%10



; для

242,0

m

%12



Принимаем меньшее значение

%10



при

30125,0

m

;

100000

P

Па.

9. Для принятого модуля сужающего устройства производится линейная

интерполяция для нахождения коэффициента расхода

(рисунок 14.3). В

результате получаем

01702,1

11. Определение диаметра отверстия СУ при



×

164,030125,0

0014,1

30042,0

×d

м.

11. Проверка расхода по формуле:

a

××××××× PKKdG

3998

где d – диаметр отверстия сужающего устройства, м;

– поправочные множители на температурное расширение

материала СУ и материала трубопровода соответственно. Из рисунка А.1

(приложение А) поправочный множитель

принимаем равным 1,0014, а

равным 1,0025;



– поправочный множитель на изменение плотности при прохождении

измеряемой среды через сужающее устройство. Находится с помощью рисунка

Е.1 (Приложение Е),

971,0



;

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист



7.0925.КП.07.10 ПЗ

– табличное значение коэффициента расхода сужающего устройства с

учетом поправки на шероховатость трубопровода и затупление входной кромки

отверстия сужающего устройства;



– плотность измеряемого вещества, кг/м

;

P

– перепад давления на сужающем устройстве, Па.

8.30836,0100000976,00025,10014,1)164,0(01702,13998

×××××××G

т/ч.

Определение величины погрешности:

% 67,2%100

308,30

×



G

Так как полученное значение расхода отличаться больше, чем на 0,2% от

заданного, то произведем изменение диаметра отверстия сужающего устройства

и вновь сделаем два проверочных расчета по соответствующим формулам.

Для этого принимаем

275.0

m

, тогда

×

157,0275,0

0014,1

30042,0

×d

Аналогично предыдущему расчету:

0118,1

;

97,0



1.28836,010000097,00025,10014,1)157,0(0118,13998

×××××××G

т/ч

Определение величины погрешности:

% 3,6%100

301,28

×



G

Делаем аналогичный расчет для

325.0m

, тогда

×

171,0325,0

0014,1

30042,0

×d

Этому модулю соответствует

0227,1

976,0



87,33836,0100000976,00025,10014,1)171,0(0227,13998

×××××××G

т/ч

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист



7.0925.КП.07.10 ПЗ

Определение величины погрешности:

% 9,12%100

3087,33

×



G

Так как полученное значение расхода отличаться больше, чем на 0,2% от

заданного, поэтому построим в масштабе зависимость

от модуля

определим графически требуемый

. Из рисунка 14.4 следует, что требуемый

модуль должен быть равен

29125.0m

Для того чтобы определить значение коэффициента расхода СУ,

производится линейная интерполяция (рисунок 14.5) из которого видно, что

0151,1

Аналогично предыдущему расчету:

01512,1

;

972,0



162,029125,0

0014,1

30042,0

×× m

05,30836,0100000972,00025,10014,1)162,0(01512,13998

×××××××G

т/ч

Определение величины погрешности:

% 167,0%100

3005,30

×



G

Это значение удовлетворяет требованиям.

12. Определение необходимой длины прямого участка трубопровода перед

сужающим устройством и после него, пользуясь графиками зависимости

отношения длины прямого участка трубопровода

к его диаметру

от модуля

СУ

с учетом местных сопротивлений и их расположения относительно СУ

(рисунок Ж.1 и Ж.2, приложения Ж).

Для прямого участка трубопровода перед трубой Вентури:



63.02020

201

×× DL

Для прямого участка трубопровода после трубы Вентури:

5,6



95.13.05.65.6

202

×× DL

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист



7.0925.КП.07.10 ПЗ

После расчетов необходимо произвести проверку длины прямого участка

трубопровода перед сужающим устройством и после него, которые должны быть

не менее

6 D×

8.13.06 ×

м.

Следовательно, прямолинейные участки при монтаже имеют необходимые

размеры.

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист



7.0925.КП.07.10 ПЗ

3.2 Расчёт и выбор автоматических электронных мостов для измерения

температуры

В основу расчета измерительной схемы положено условие равновесия

электрического моста, суть которого состоит в том, что произведение

сопротивлений крест-накрест лежащих плеч равны между собой.

Расчёт измерительной схемы автоматического моста произведём в

следующей последовательности:

1) Определение сопротивления шунта реохорда:

эp

pэ





где

– эквивалентное сопротивление реохорда. У всех автоматических

мостов эта величина приведена к стандартному значению и равна 90 Ом;

– сопротивление реохорда, выполненного из манганиновой

проволоки и составляет 130 Ом.

5,292

90130

13090







Ом.

2) Определение величины сопротивлений плеч моста

. Для

этого по градуировочной таблице К.1 (приложение К) для термопреобразователя

градуировки 50М находим:

min



Ом,

096,86

max



Ом.

Величина сопротивления

находится из условия его равенства

сопротивлению датчика в средней точке диапазона измерений, то есть

minmaxminmax

min1

tttt

ët

RRRR

RRR









где

– сопротивление подгонки соединительных проводов и равно 2,5 Ом.

572,76

50096,82

5,250









R

Ом.

Для увеличения чувствительности измерительной схемы сопротивление

берется равным сопротивлению

572,76

R

Ом.