Контрольная: Расчет измерительной схемы термокондуктометрического газоанализатора

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Московский энергетический институт филиал в г. Смоленске кафедра ПТЭ

Типовой расчет

Расчет измерительной схемы термокондуктометрического газоанализатора. Преподаватель: Бодин Н.Л. Студент: Андреев В.А. Вариант: 1 Группа: ЭО-00 Смоленск 2002

Типовой расчет

1.Задание к расчету: Анализ содержания углекислого газа СО в продуктах горения осуществляется термокондуктометрическим газоанализатором. Измерительная схема газоанализатора представляет собой неуравновешенный мост, образованный четырьмя чувствительными элементами из платиновой проволоки с сопротивлением при 0 °С . Зависимость сопротивления от температуры имеет вид , где a=0.00392(). Мост питается стабилизированным током I ,мА, при этом температура элементов и (рис.1), находящихся в азоте, равна 80°С. Разность потенциалов в измерительной диагонали моста измеряется милливольтметром с бесконечно большим входным сопротивлением. Внутренний диаметр измерительной камеры ; диаметр чувствительного элемента, расположенного по оси камеры, d, мм, его длина l, равна 20 мм, температура стенок камеры . Значения параметров, I, d, смотри в исходных данных. Схема моста.

U

ИП - измерительный прибор (милливольтметр постоянного тока) - стабилизированное напряжение питания Газоанализатор градуируется по синтетической смеси CO2+N2, в которой концентрация СО2+Сi соответствует заданному значению диапазона шкалы. Предполагается, что количество теплоты, передаваемой от чувствительного элемента к стенке камеры, одинаково при любой газовой смеси и, что передача теплоты осуществляется только за счет теплопроводности, а температура стенок постоянна и равна. . Теплопроводность газов определяется при температуре . Установка нуля газоанализатора осуществляется при заполнении измерительной камеры воздухом, при этом температура чувствительного элемента ,. Задачи расчета. 1.Рассчитать напряжение на измерительной диагонали моста при концинтрациях СО : Сi=0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1. В составе синтетической градуировочной смеси ( - верхнее значение диапазона концентрации). 2. Рассчитать множитель К1 коррекции показаний ИП при измерении в продуктах сгорания, состав которых задан в таблице1. К1 рассчитать для = и для =0,5 3. Для тех же точек шкалы рассчитать множитель коррекции ИП К2 при условии полного сжигания водорода в контролируемой смеси газов. При этом на величину исходной концентрации водорода увеличивается количество паров воды. 4. Выполнить в одних координатах графики по п.п.1;2;3. 5. Исходные данные: Таблица 1.

, Oм	I, мA	d, мм
4	180	0,025

Диап.Ссо2	Сн2о, %	Со2, %	СN2, %	Сн2, %
0-10	20	2,5	67	0,5

Расчетная часть. 1.Необходимо установить связь между содержанием СО и напряжением в измерительной диагонали моста. Количество теплоты, передаваемой в единицу времени от чувствительного элемента к стенке камеры за счет теплопроводности, определяется выражением. где - температура нити чувствительного элемента, l- теплопроводность газовой смеси при . Такое же количество теплоты выделяется в чувствительном элементе : Таким образом, температура нити будет определяться выражением: Изменение сопротивления проводника при изменении теплопроводности смеси от l до (l + l): , или . Если в схеме (см. рис.1) всегда выполняется условия и , то изменение напряжения на измерительной диагонали моста (при бесконечно большом сопротивлении милливольтметра): , (1) Так как градуировка газоанализатора производится по синтетической смеси СО2 +N2 , то для выявления уравнения шкалы нужно установить зависимость между теплопроводностью синтетической смеси и содержанием СО2 в ней. Теплопроводность смеси следующим образом зависит от концентрации компонентов Сi и их теплопроводностью li : l=Cco2 lco2+CN lN2 =Cco2 lco2+(- Cco) lN2. Если в качестве исходной принять теплопроводность азота (теплопроводность синтетической смеси с нулевым содержанием СО ), то: l=Cco2 lco2+(- Cco2) l N2 - l N2=Cco2 (lco2-lN2). Если lco2 и lN2 подставить в выражение (1), то получим уравнение шкалы. Вид этого уравнения показывает, что зависимость изменения напряжения на измерительной диагонали U от содержания СО2 в газовой смеси имеет нелинейный характер. Определим значения U при 0 ; 2 ; 4 ; 6 ; 8 ; 10 % СО 2. При Ссо2=0 : U=0. При Cco2=2% При Cco2=4% : . При Cco2=6% : . При Cco2=8% : . При Cco2=10% : . 2.Рассчитаем множитель коррекции показаний измерительного прибора для Ссо2 = и Ссо2 =0,5. Определяем значения теплопроводности компонентов газовой смеси при . Для воздуха : lв=lN2 CN2+lo2 Co2= = Объем продуктов горения в газоанализаторе уменьшается за счет практически полной конденсации водяных паров. При этом несколько уменьшается процентное содержание других компонентов. Теплопроводность смеси в этом случае будет определяться выражением: Определяем теплопроводность синтетических смесей СО2+N2 для концентрации СО2=10% и : lсм(CO 2+N2)=lco2 Cco2+lN2 CN2 Оценим погрешность показаний газоанализатора, отградуированного на смеси СО 2+N2 ,при измерении СО2 в продуктах горения газа. Для этого оценим значения температуры нити для различных смесей. Для смеси СО 2+N2 : Для продуктов горения: Если предположить, что изменение температуры нити относительно ее температуры в воздухе (нулевая концентрация СО2) пропорционально концентрации СО 2, то показания газоанализатора, отградуированного на смеси СО2 +N2 при Ссо2=10%, будут: Таким образом, показания газоанализатора, отградуированного на смеси СО2 +N2 ,в реальных условиях задачи, надо умножить на множитель . Для Ссо2=0,5Св=5%. Рассчитаем значение теплопроводности для смеси: Рассчитаем тепопроводность синтетической смеси CO2+N2 : . Значение температуры нити для смеси СО2+N2 : . Для продуктов горения: Показания газоанализатора: Множитель коррекции: 3.Теплопроводность продуктов горения в предположении полной конденсации водяных паров рассчитывается по формуле: . Для Ссо2=10%: Установка нуля осуществляется при заполнении измерительной камеры воздухом с теплопроводностью: Значение температуры Показания газоанализатора: Множитель коррекции: Для Ссо2=5%: Установка нуля осуществляется при заполнении измерительной камеры воздухом с теплопроводностью: Значение температуры Показания газоанализатора: Множитель коррекции: Список литературы : 1.Теплотехнические измерения и приборы : Учебник для ВУЗов / Иванова Г.М.,Кузнецов Н. Д. ,Чистяков В. Ф.-М.: Энергоатомиздат,1984 .-232 с. 2. Кузнецов Н. Д. ,Чистяков В.C. Сборник задач и вопросов по теплотехническим измерениям и приборам : Учеб. пособие для ВУЗов -М.: Энергоатомиздат,1985 .- 328 с.