Курсовая: Технологические измерения и приборы

Министерство образования и науки Украины Приазовский государственный технический университет Кафедра АТП И П ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по дисциплине “Технологические измерения и приборы” Выполнил: студент группы МА-01 Чумазов Ю. А. Руководитель: профессор Шевцов Е. К.

Мариуполь, 2004

ПГТУ

Реферат

Пояснительная записка содержит 20 страниц, 2 таблицы, 6 рисунков. В данной пояснительной записке описывается и рассчитывается измерительный комплект для измерения расхода смеси природно-доменного газа (рассчитываются основные размеры сужающего устройства, описываются вторичные приборы, приводятся схемы подключения измерительного комплекта, в том числе расположение дифманометра относительно сужающего устройства и требования к соединительным линиям). Описывается комплект для измерения температуры в указанных в задании пределах. Введение Современные автоматизированные системы управления техническими процессами требуют значительного количества и разнообразия средств измерений, обеспечивающих выработку сигналов измерительной информации в форме, удобной для дистанционной передачи, сбора, дальнейшего преобразования, обработки и передачи. В целом ряде случаев эффективность производства и качество выпускаемой продукции зависят от достоверности и своевременности полученной информации о ходе технологического процесса. Не менее важна роль контроля в деле обеспечения безопасности ряда производств, таких, например, как тепловые и атомные электростанции, металлургические агрегаты, для которых характерным является недопустимость внештатных ситуаций, а также наличие установок и агрегатов высокой и сверхвысокой единичной мощности. Наличие разнообразных средств измерений требует правильного их выбора для определенных целей. Все более применение ЭВМ для решения информационных задач АСУТП и для расчета технико-экономических показателей работы оборудования предопределяет применение таких методов и средств измерений, которые в конкретных условиях эксплуатации обеспечили бы необходимую точность. Дальнейшее развитие научных исследований и техническая модернизация производства ставят новые задачи перед техникой технологических измерений. В первую очередь требуется дальнейшее совершенствование методов и средств измерений, повышение их качества, надежности и ремонтопригодности, создание новых средств измерений, обеспечивающих нужды народного хозяйства в области теплотехнических измерений.

Содержание

	Стр.
Задание	2
Реферат	3
Введение	4
1.Лист исходных данных	6
2.Расчётный лист	7
3.Расчёт и выбор сужающего устройства	10
4.Выбор и описание расходомерного комплекта	13
5.Выбор и описание температурного комплекта	18
Заключение	21
Список использованной литературы	22

Лист исходных данных Общие данные

1. Завод: ОАО «Азовсталь».
2. Цех:
3. Агрегат:
4. Объект измерения: расход сжатого воздуха.
5. Среднее барометрическое давление: .

Трубопровод

1. Внутренний диаметр

Измеряемая среда – сжатый воздух, тогда допустимую скорость вещества в трубопроводе найдём по таблице 4.1 методического пособия: ; , тогда:

1. Материал: 12Х13.

Округляем найденную величину до ближайшего стандартного значения: .

1. Средний расход:

. Минимальный расход: .

1. Допустимая потеря давления, кПа:

. Средняя температура, ºС: . Относительная влажность: .

1. Среднее избыточное давление:

. Расчётный лист А – Сужающее устройство.

1. Тип:
2. Материал: 12Х13.
3. Поправочный коэффициент на тепловое расширение: .

Б – Трубопровод.

1. Материал трубопровода: 12Х13.
2. Поправочный коэффициент на тепловое расширение: .
3. Внутренний диаметр: .

В – Измеряемая среда.

1. Название газа: сжатый воздух.
2. Расчётные расходы, :

- максимальный (верхний придел измерения по прибору) ; - средний ; - минимальный .

1. Средняя абсолютная температура:

.

1. Среднее абсолютное давление:

.

1. Расчётная допустимая потеря давления, Па:

.

1. Плотность сухого газа в нормальном состоянии :

.

1. Максимально возможная плотность водяного пара при температуре :

.

1. Максимально возможная плотность водяного пара при температуре :

.

1. Относительная влажность в долях единицы :

.

1. Относительная влажность в рабочем состоянии:

. Тогда .

1. Коэффициент сжимаемости К:

Для сжатых газов (воздух, кислород, пр. газов) величину К находят по таблице 4.6 (методические указания). К=1

1. Промежуточная величина для определения

.

1. Плотность сухой части газа в рабочем состоянии, :

.

1. Плотность влажного газа в рабочем состоянии, :

.

1. Показатель адиабаты :

.

1. Динамическая вязкость :

Находим по таблицам 4.7, 4.8, 4.9 (методические указания): .

1. Число Рейнольдса:

; . Г – Дифманометр.

1. Тип: «Сапфир».
2. Найдём значение нижнего рабочего участка шкалы:

; .

1. Градуировочная характеристика.

Объёмный расход определим по формуле: , где поправочный множитель на расширение измеряемой среды определяется т.о.: , тогда . Построим градуировочную характеристику шкалы дифманометра . Таблица 1. Градировочная характеристика шкалы дифманометра

DР ,Pа	Qном, м3/ч
0	0
1000	2488,9197
1600	2489,8217
2500	2491,1771
4000	2496,9210
6300	2548,5369

Рисунок 1 - Градировочная характеристика (зависимость). Расчет и выбор сужающего устройства. Расчет сужающего устройства. Расчет сужающего устройства заключается в определении его диаметра d при обязательном выполнении следующих условий: —стандартный максимальный перепад давления должен быть выбран как можно больший, т. к. при этом обеспечивается постоянство коэффициента ; —стандартный максимальный перепад давления должен быть выбран как можно меньший, т.к. с увеличением перепада давления возрастают безвозвратные потери давления; —модуль диафрагмы удовлетворяет условию: ; —погрешность расчета не должна превышать ±0,1%. Расчет диафрагмы будем производить используя программу, написанную на языке программирования Borland Delphi 6. Исходные данные для расчета берем из листа исходных данных и расчетного листа. Таблица 2 - Результаты расчета

			a
1000	572,1656	5000	0,6102	0,4134	128,5872	2499,8367	0,0065
1600	1058,6312	5000	0,6102	0,3269	114,3527	2499,8665	0,0053
2500	1822,9206	5000	0,6102	0,2617	102,3080	2499,9111	0,0036
4000	3142,7768	5000	0,6102	0,2071	92,0074	2499,9856	0,0006
6300	5222,6929	5000	0,6102	0,1652	81,2942	2500,1002	0,0040

Результаты расчета, наиболее удовлетворяющие условиям выбора диафрагмы, выделены в таблице 2 полужирным начертанием (при ). Выбор cделан исходя из следующих условий: 1.. По заданию дано давление безвозвратных потерь . Исходя из полученного расчета, другие ряды также подходят под это условие. 2., где – граничное число Рейнольдса. 3.Значение модуля максимально приближено к оптимальному значению . 4.Ошибка расчета должна составлять . В нашем случае . Определим основные геометрические размеры диафрагмы: Выбор сужающего устройства. Правила РД-50-2/3-80 регламентируют следующие требования к стандартным сужающим устройствам: 1.Конструкция сужающего устройства и способ его крепления должны обеспечить возможность периодического осмотра с целью проверки соответствия сужающего устройства требованиям правил. 2.Измерение перепада давления в сужающем устройстве производится через отдельные цилиндрические отверстия или через две кольцевые камеры. Рисунок 2 - Диафрагма ДКС 10-80 Исходя из условного прохода и условного давления, по ГОСТу-26969-86 выбираем диафрагму ДКС 10-80. Для выбора фланцев СУ используем ГОСТ 12820-80. Сужающее устройство состоит из диафрагмы 1 и камер 4. Также имеются фланцы 2, основной трубопровод 3 и измерительные трубки 5. Диафрагма должна быть выполнена с высокой точностью, т.к. от точности исполнения, в частности, "острой кромки" диафрагмы зависит число Рейнольдса потока, а это, в свою очередь, влияет на постоянство коэффициента расхода и т.д. Класс шероховатости диафрагмы со стороны "острой кромки" должен быть равным 6–7. Отбор давления производится через патрубки. Для обеспечения точных измерений при помощи СУ, недостаточно рассчитать его с высокой точностью. Необходимо также соблюдать требования, предъявляемые к установке сужающего устройства: 1.Сужающее устройство должно быть установлено на прямом участке трубы. На этих участках не допускается установка запорной арматуры, недопустимы повороты трубы. 2.Строгое соблюдение соосности между трубопроводом и СУ. 3.На данном участке у трубопровода не должно быть местных сопротивлений. 4.Располагать СУ относительно дифманометра-расходомера в соответствии с нормативной документацией. 5.Отбор перепада давления выполняется в местах, в зависимости от измеряемой среды. 1.Конструкция сужающего устройства и способ его крепления должны обеспечить возможность периодического осмотра с целью проверки соответствия сужающего устройства требованиям правил. 2.Измерение перепада давления в сужающем устройстве производится через отдельные цилиндрические отверстия или через две кольцевые камеры. 3.Диафрагма должна быть выполнена с высокой точностью, т.к. от точности исполнения, в частности, "острой кромки" диафрагмы зависит число Рейнольдса потока, а это, в свою очередь, влияет на постоянство коэффициента расхода и т.д. 4.Класс шероховатости диафрагмы со стороны "острой кромки" должен быть равным 6–7. 5.Отбор давления производится через патрубки. В качестве сужающего устройства будем использовать камерную диафрагму ДКС-10- 80 (ГОСТ 26969-86) которая изображена на чертеже (лист1). Размеры диафрагмы выбираем согласно условному проходу и условному давлению согласно ГОСТу. Для установки диафрагмы на трубопроводе используются фланцы ГОСТ 12820-80. Диафрагма должна устанавливаться на прямых участках трубопровода, на котором на должно быть местных сопротивлений. Должна быть соблюдена строгая соосность между трубопроводом и сужающим устройством. При установке сужающего устройства в соответствии с этими требованиями достигается высокая точность измерений. Выбор и описание работы расходомерного комплекта При измерении расхода природного газа, в соответствии с заданием на курсовую работу, следует установить дифманометр 4 выше сужающего устройства 1. Необходимо выполнить уклон 1:10 на всем продолжении горизонтальных участков импульсной линии в сторону отборного устройства. Для продувки системы на импульсных линиях устанавливаются продувочные вентили 3. Продувочные вентили устанавливаются также во всех наивысших точках соединительных линий в случае невозможности выполнения одностороннего уклона. Прекратить отбор давления можно либо при помощи вентилей 2, либо при помощи уравнительного вентиля, если он есть. Рисунок 3 - Расположение дифманометра относительно сужающего устройства. Из условия задания на курсовой проект (измерение расхода природного газа с коррекцией по давлению) следует, что в качестве первичных преобразователей применяются дифференциальный манометр-расходомер Сапфир-22М-ДД и манометр Сапфир-22М-ДИ, с которых сигнал идёт на микроконтроллер, а с него – на вторичный прибор ДИСК-250. С Сапфира-22М-ДД будет поступать сигнал об изменении расхода, а с Сапфира- 22М-ДИ – об изменении давления. Следовательно формула расчёта расхода сухого газа примет вид: или . В случае влажного газа: или . Устройство и работа Сапфир-22М-ДД Манометры дифференциальные «Сапфир» предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения разности давлений среды в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи. Принцип действия дифманометра основан на использовании деформации чувствительного элемента прибора под воздействием на него перепадом давления. Рисунок 4 - Сапфир-22М-ДД Датчик состоит из преобразователя давления (в дальнейшем – измерительный блок) и электронного преобразователя. Измеряемый параметр подается в камеру измерительного блока и вызывает деформацию чувствительного элемента мембраны. Деформация мембраны передается тензопреобразователю и вызывает изменение сопротивления его тензорезисторов, соединенных в мостовую схему. Изменение сопротивлений приводит к разбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал, возникающий при разбалансе мостовой схемы, поступает в электронный преобразователь и преобразуется в токовый выходной сигнал, пропорциональный величине измеряемого параметра. Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя. Мембранный тензопреобразователь 4 размещён внутри корпуса 8 и отделён от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами 7. Внутренние полости 6 и 10 заполнены кремнийорганической жидкостью. Фланцы 9 уплотнены прокладками 3. Измеряемая разность давлений воздействует на мембраны 7 и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя, вызывая изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передаётся из измерительного блока в электронное устройство 1 по проводам через гермоввод 2. Электронный преобразователь смонтирован на трёх платах внутри корпуса, закрытого с двух сторон свинчивающимися крышками. Схема преобразователя имеет устройства плавной и ступенчатой регулировки «нуля» и диапазона выходного сигнала (плавная настройка выполняется переменными резисторами, грубая – ступенчато путём перестановки перемычек электронной схемы преобразователя).

Устройство и работа ДИСК-250

В основу работы прибора положен принцип электромехани­ческого следящего уравновешивания. Входной сигнал от дат­чика предварительно усиливается и лишь после этого произ­водится уравновешивание его сигналом компенсирующего эле­мента (реохорда). В приборе ДИСК-250 входной сигнал от датчика Д поступает во входное устройство ВхУ, где он нормализуется по нижнему пределу измерения для удобства его дальнейшей обработки. Кроме того, входное устройство содержит источник тока для питания термопреобразователей сопротивления или для питания медного резистора температурной компенсации из­менения термо-э.д.с. холодных спаев термоэлектрических пре­образователей. Затем входной сигнал поступает на усилитель УВС с жесткой отрицательной обратной связью, где сигнал нормализуется по верхнему пределу измерения. Таким образом с выхода УВС снимается сигнал, нормализованный по нижнему и верхнему пределам измерений (при изменении входных сигналов от ниж­него до верхнего пределов измерения выходной сигнал усили­теля УВС в приборах изменяется в пределах от минус 0,5 до минус 8,5 В). Рисунок 5 - ДИСК-250 С предварительного усилителя ПУ УВС снимается сигнал, изменяющийся в пределах от 0 до плюс 4 В при изменении входных сигналов от нижнего до верхнего пределов измерений. Сигнал с реохорда Р, преобразованный усилителем УР в на­пряжение, изменяющееся от плюс 0,5 до плюс 8,5 В, сравнива­ется на входе усилителя небаланса УН с сигналом УВС. Работа прибора происходит следующим образом. При изменении значения измеряемого параметра на входе усилителя УН появляется сигнал небаланса, который усиливает­ся этим усилителем и управляет работой двигателя ДВ, кото­рый, в свою очередь, перемещает движок реохорда Р до тех пор, пока сигнал с усилителя УР не станет равным (по абсолют­ной величине) сигналу с усилителя УВС. Таким образом, каж­дому значению измеряемого параметра соответствует опреде­ленное положение движка реохорда и связанного с ним указа­теля прибора (на схеме не показан). Сопротивление обмотки реохорда для всех градуировочных характеристик и диапазона измерений одинаково и составляет приблизительно 940 Ом±10 %. Сигнал с предварительного усилителя ПУ поступает на устройство преобразования Пр входного сигнала в выходной электрический унифицированный сигнал от 0 до 5 или от 4 до 20 мА, а в приборах с ПИ-регулирующим устройством — и на пропорционально-интегральное регулирующее устройство ПИРУ. Сигнал с усилителя УВС поступает на входы усилителей выходных устройств РН, РВ, СН, СВ: РН, РВ — трехпозиционное регулирующее устройство с зада­нием установок на регулирование «меньше» и «больше»; СН, СВ — трехпозиционное сигнализирующее устройство с заданием установок по сигнализации «меньше» и «больше». Питание всех функциональных узлов осуществляется от ис­точника стабилизированного напряжения ИП. Подключение первичных преобразо­вателей к прибору осуществляется с помощью колодки Х6 и за­висит от типа датчика. Катушка В6, намотанная медной проволокой, применяется в приборах с входными сигналами от преобразователей термо­электрических типа ТХК, ТХА, ТПП. Сопротивление катушки Р6 при 0° С равно 5 Ом. Входное устройство ВхУ, усилители УВС, УР, УН, а также устройство сигнализации о выходе измеряемого параметра за нижний допустимый предел измерения (сигнализация «меньше» или СН), и преобразователь «напряжение — ток» (устройство ПР) расположен на плате А1 усилителя канала измерения (УКИ). На плате А2 усилителя выходных устройств (УВУ — в прибо­ре ДИСК-250, УВУ-И— в приборе ДИСК-250И) расположено трехпозиционное регулирующее устройство РН — РВ и устрой­ство сигнализаций о выходе измеряемого параметра за верхний допустимый предел измерения (сигнализация «больше» или СВ). В приборе с ПИ-регулирующим устройством на плате АЗ расположено пропорционально-интегральное регулирующее устройство ПИРУ, а также устройство сигнализации СВ. Обмотка возбуждения синхронного двигателя М2 подключа­ется к сети 220 В через фазосдвигающий делитель, состоящий из двух конденсаторов С4 и СЗ, а в приборе ДИСК-250И и через разделительный трансформатор Т2. Параллельно обмотке управления двигателя М2 подсоеди­нены конденсаторы С1 и С4, образующие с ней резонансный контур, настроенный на частоту 50 Гц. Синхронный двигатель М1 подключается к сети 220 В и ис­пользуется в качестве привода диаграммного диска. Резисторы В2...Н5 и кнопки 31...34 используются для задания уставок «меньше» и «больше» сигнализации и регулирования. Кнопки 32 и 83 при одновременном нажатии используются также для контроля исправности прибора. При этом напряже­ние минус 9,09 В, поделенное пополам резисторной сборкой 033, подается на вход микросхемы 029, и указатель прибора останавливается на контрольной отметке шкалы с точностью + 3 мм, что свидетельствует об исправности цепи питания ±9,09 В, цепей реохорда и усилителя небаланса.

Выбор и описание работы температурного комплекта

Устройство и работа КСП4 По условию задания на курсовой проект в качестве вторичного температурного прибора необходимо взять КСП4. Заданный диапазон измерения температуры: -50- 100°С. Для КСП4 температурным преобразователем является термопара ТХК-0806 градуировки XK (L) с пределом измерения 0..400°С. Хромель-копелевая термопара гр. ХК развивает наибольшую ТЭДС среди стандартных термопар, но имеет нелинейную характеристику. Высокая термоЭДС позволяет применять в комплекте с термопарами гр. ХК узкопредельные измерительные приборы, обладающие повышенной чувствительностью. Рисунок 6 - Электрическая схема КСП4 Усилители. Усилитель в измерительной цепи представляет собой отдельный блок, расположенный на задней стенке кронштейна прибора. Описание работы усилителей приведено в соответствующей инструкции, прилагаемой к прибору. Реохорд и элементы измерительной схемы. Ответственным узлом в приборе является съемный линейный реохорд. Основные элементы реохорда — рабочая спираль и токоотвод. Рабочая спираль представляет собой калиброванное сопротивление, намотанное с постоянным шагом проволокой из сплава ПдВ-20 (палладий-вольфрам) на основание из проволоки ПЭВ-2. Натяжение рабочей спирали и токоотвода обеспечивается пружинами. Резисторы измерительной схемы прибора выполнены в виде катушек из стабилизированной манганиновой проволоки. Панель с катушками измерительной схемы укреплена на корпусе реохорда. Катушки измерительной схемы закрыты стальным экраном. Двигатели. Синхронный электродвигатель СД-54, расположенный на внутренней стенке кронштейна, представляет собой реактивный конденсаторный двигатель с асинхронным запуском. Электродвигатель имеет встроенный редуктор. Для приведения измерительной схемы прибора и равновесие служит реверсивный асинхронный двигатель Д-32, конденсаторного типа, с короткозамкнутым ротором, в котором сеть подключается к контактам 1,3; управляющая обмотка — к контактам 2,4. В корпус двигателя встроен редуктор. Двигатель расположен на задней стенке кронштейна. Источник питания стабилизированный. Источник питания стабилизированный типа СН-1М представляет собой отдельный блок, расположенный в нижней части кронштейна. Он осуществляет питание измерительной цепи потенциометра КСП-4 с постоянной нагрузкой. Технические данные и описание работы СН-1М приведены в соответствующей инструкции, прилагаемой к прибору. Расчёт схемы температурного комплекта Для расчета температурного комплекта нам необходимо рассчитать катушки КСП4. Т. к. мы работаем со стандартным сигналом 0-5 мА, то минимальное напряжение с схеме будет 0 мВ, а максимальное 10 мВ (т.к. мы снимаем сигнал с калиброванного резистора R = 2Ом). Стандартные значения резисторов: Rр=400 Ом; Rэкв=90 Oм; rн, rп = 2,5 Ом; R1 = 5 Ом; Ток в верхней ветви равен i1 = 3 мА, а в нижней ветви i2 = 2 мА. Сопротивление Rc: Сопротивление резистора Rш: Сопротивление резистора начала шкалы Rн со шлейфом rн найдем из условия равновесия схемы в начале шкалы: - учет нерабочих участков реохорда в начале и конце шкалы Тогда: Для нахождения сопротивления резистора конца шкалы Rп составим условие равновесия схемы для конца шкалы: С другой стороны: X=12,468 Окончательно: Приравняв падения напряжения в нижней и верхней ветвях схемы, получим: откуда Расчет балластного резистора Rрт производим по формуле Где Rвн=1000Ом- внешняя нагрузка источника питания ИПС, а Rизм общее сопротивление измерительной схемы где Получаем

Заключение

Данный курсовой проект позволяет закрепить теоретические знания, полученные в курсе «Технологические измерения и приборы» и приобрести практические навыки в проектировании систем для измерения расхода, температуры с применением ЭВМ. Полученные при расчётах результаты вполне соответствуют условиям, поставленным в задании к курсовому проекту. В достижении заданной точности не малую роль играет применение ЭВМ.

Список использованной литературы

1. Регламентирующие материалы: РД-50-2/3-80, ГОСТ 12815-80, ГОСТ 5632-72. 2. Маковский В.А., Шевцов Е.К., ... . Технологические измерения в металлургии. К, Техника, 1978, -197 c. 3. Г.М. Глинков, В.А. Маковский. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов. М; Металлургия, 1986, -352 с. 4. В.П. Преображенский. Теплотехнические измерения и приборы. М; Энергия, 1978, -703 с. 5. Е.К. Шевцов, Справочник по поверке и наладке приборов. — К. «Техніка», 1981 – 206с. 6. Технические описания и инструкции по эксплуатации к приборам ДМ-Р, КВМ-1. 7. Е.К. Шевцов, Методические указания к курсовому проекту по дисциплине: «Технологические измерения и приборы», Мариуполь, ПГТУ, 1997 – 41 с.