Порядок выполнения работы. Изучите рекомендованную литературу, ознакомьтесь с лабораторным стендом, подготовьте таблицы для записи результатов наблюдений

6.2.1 Включите проверяемый ВП в сеть»220 В.

6.2.2 Проверьте наличие типовых неисправностей РП160-13 (Диск-2502131) и при необходимости устраните их.

6.3 Проверка показывающего устройства РП160-13 (Диск-250)

6.3.1 Устанавливая при помощи магазина сопротивления стрелку проверяемого ВП на каждую оцифрованную отметку его шкалы при прямом и обратном ходе, зафиксируйте показания ВП и образцового магазина сопротивления МС.

6.3.2 Проверьте быстродействие ВП (время прохождения стрелкой шкалы), при скачкообразном входном сигнале, несколько превышающем диапазон измерения. Исходное положение стрелки ВП - отметка начала или конца шкалы.

6.4 Проверка выходных устройств РП160-13 (Диск-250)

6.4.1 Один из компараторов ВП сигнализирующего (регулирующего) устройства, последовательно установите на оцифрованные отметки в начале, середине и конце шкалы, в каждой из которых выполните действия по п. 6.4.2.

6.4.2 Плавно изменяя магазином измеряемое сопротивление, зафиксируйте показания магазина при прямом и обратном ходе в моменты включения и выключения светодиодного индикатора одного из выходных устройств ВУ1…ВУ4.

6.4.3 Для проверки выходного унифицированного токового сигнала 0…5 мА ВП (Диск-250-2131) подключите к нему образцовый мультиметр и, устанавливая его показания при помощи магазина сопротивления на значения (0, 1, 2, 3, 4, 5) мА, при прямом и обратном ходе зафиксируйте показания мультиметра и магазина сопротивления. Данную проверку ВП проводить не обязательно.

6.5 Проверка регистрирующего устройства и ЛПМ РП160 (Диск-250)

Проверку регистрирующего устройства (основная погрешность) и лентопротяжного механизма (скорость движения диаграммы) проводят по заводской методике поверки, что в данной лабораторной работе выполнять не обязательно

6.6 После окончания работы выключите аппаратуру из сети»220 В.

7. Обработка результатов опытов

7.1 Проверка и устранение типовых неисправностей РП160 (Диск-250)

Опишите характерные признаки нарушения работоспособности проверяемого ВП и действия по их устранению.

7.2 Проверка показывающего устройства РП160-13 (Диск-250-2131)

Рассчитайте абсолютные, приведенные погрешности и вариации для каждой оцифрованной отметки шкалы ВП при прямом и обратном ходе показывающего устройства, найдите его быстродействие, класс точности и сравните с паспортными данными.

7.3 Проверка выходных устройств РП160-13 (Диск-250)

7.3.1 Рассчитайте абсолютную, приведенную погрешности, вариацию (гистерезис) срабатывания одного из выходных позиционных устройств ВУ1…ВУ4 в начале, середине и конце шкалы проверяемого ВП и определите класс точности данного ВУ. Сравните полученные результаты с паспортными данными.

7.3.2 Постройте, соответственно, три графика релейной зависимости выходного сигнала проверяемого устройства от входного сопротивления.

7.3.3 При условии выполнения п.6.4.3 определите абсолютную, приведенную погрешности, вариацию показаний и класс точности проверяемого устройства ПВС (Диск-250-2131). Сравните результаты с паспортными данными.

7.4 Проверка регистрирующего устройства и ЛПМ РП160 (Диск-250)

В случае выполнения п.6.5 согласно заводской методике поверки рассчитайте классы точности регистрирующего и лентопротяжного механизмов.

8. Оформление протокола

8.1 На титульной стороне двойного листа укажите Ф.И.О. студента, группу, наименование лабораторной работы и дату ее выполнения.

8.2 Кратко опишите стенд, цель и порядок выполнения работы.

8.3 Приведите результаты наблюдений и расчетов (таблицы, формулы, графики) и выводы по полученным результатам.

Модуль 3: Измерение уровня, расхода, массы и состава жидкостей и газов.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 17

Изучение первичных измерительных преобразователей уровня

1.Цель работы

Целью работы является изучение принципов действия поплавковых, буйковых, емкостных, кондуктометрических, лотовых, гидростатических уровнемеров и определение их метрологических характеристик.

2. При выполнении лабораторной работы студент должен:

Знать: цель и содержание предстоящей работы, порядок ее выполнения и основные теоретические положения по данной теме.

Уметь: пользоваться измерительными приборами лабораторного стенда.

3. Общие положения

Измерение уровня жидких и сыпучих материалов играет важную роль при автоматизации технологических процессов пищевых производств. Применяют большое число методов и технических средств измерения уровня, некоторые из которых рассмотрим в ходе лабораторной работы.

Уровень жидкости в открытых резервуарах обычно измеряют поплавковыми, а в закрытых сосудах с повышенным давлением – буйковыми ПП уровня (например, типа ДУЖЭ-200М). Поплавковые и буйковые ПП используют Архимедову силу для преобразования уровня в перемещение чувствительного элемента – поплавка (буйка) с дальнейшим преобразованием в электрический или пневматический выходной сигнал.

Уровень неэлектропроводных жидкостей и сыпучих материалов часто измеряют емкостными уровнемерами (например, типа РИС-101) и сигнализируют датчиками-реле уровня (например, типа РОС-101). Чувствительным элементом служит электрический конденсатор, образованный между корпусом резервуара и стержневым или проволочным электродом, обычно во фторопластовой изоляции, установленным вертикально. При увеличении уровня в резервуаре происходит замещение газовой среды с низкой диэлектрической проницаемостью, на жидкую (или сыпучую) с высокой диэлектрической проницаемостью, при которой емкость измерительного конденсатора возрастает. При снижении уровня емкость ПП снижается.

Уровень электропроводных жидкостей и сыпучих материалов измеряют (сигнализируют) кондуктометрическими преобразователями, в качестве ПП которых служат электроды, устанавливаемые в резервуаре и подключаемые к блоку вторичного преобразователя. Сигнализаторы уровня (например, типа САУ-6 «ОВЕН») при этом могут иметь четыре электрода, один из которых служит источником измерительного тока, а три других – приемниками, имеющими разную длину и монтируемыми вертикально для сигнализации верхнего, нормального и нижнего допустимых уровней. Измерительная электрическая цепь замыкается при повышении уровня в момент касания электропроводной жидкостью (сыпучим материалом) электрода-приемника и размыкается при разрыве этого контакта с понижением уровня. Уровнемеры в отличие от сигнализаторов, преобразуют изменение сопротивления между электродами, пропорционального изменению уровня, в унифицированный аналоговый выходной сигнал.

Для измерения и сигнализации уровня используют и гидростатические ПП. С ростом уровня увеличивается давление, воспринимаемое чувствительным элементом, установленным в нижней части резервуара. Например, датчик-реле уровня зерна типа ДУЗ или СУ-1Ф преобразует горизонтальное давление зерна, связанное с его уровнем в бункере, в поворот рычага-флажка, воздействующего на микровыключатель, включенный в цепь сигнализации. Уровнемеры жидкости при этом преобразуют сигнал чувствительного элемента, например, дифманометра «Сапфир 22ДГ» (измеряющего гидростатическое давление жидкости) в унифицированный токовый выходной сигнал.

4. Контрольные вопросы

4.1 Устройство и принцип действия поплавковых и буйковых уровнемеров?

4.2 Устройство и принцип действия емкостных и кондуктометрических уровнемеров?

4.3 Устройство и принцип действия гидростатических и лотового уровнемеров?

5. Описание лабораторного стенда

Лабораторная установка, показанная на рис.38, представляет собой прозрачный сосуд из органического стекла, где установлены: гидростатический (мембранный) 1, лотовый 2, емкостной 3, кондуктометрический 4, буйковый 5 и поплавковый 6 ПП уровня.

Рис. 38 Лабораторный стенд для изучения ПП уровня

Емкостной ПП 3 представляет собой стержневой изолированный электрод, размещенный внутри цилиндрической поверхности (второго электрода) и образующих электрический конденсатор. Электронный блок 7 преобразует изменение емкости в сигнал напряжения 0…10 В, измеряемый вольтметром 8 и преобразуемый в двоичный код аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 9 типа Ф7077/1. Величина уровня в двоичном коде сигнализируется светодиодными индикаторами, размещенными на лицевой панели АЦП.

Кондуктометрический ПП 4 содержит три электрода: генерирующий напряжение переменного тока частотой 100 кГц и два принимающих. Электронная схема преобразует изменение сопротивления между электродами в напряжение 0…10 В постоянного тока, измеряемого вольтметром 10.

Для проверки указанных ПП уровня предусмотрен образцовый стеклянный уровнемер 11.

Вода поступает в сосуд и сливается из него через трубку 12, которая связывает уровнемерный сосуд данного лабораторного стенда с соседним стендом по изучению расходомеров (рис.24). Для заполнения водой уровнемерного сосуда тумблерами 24 и 28 соседнего стенда включают насос 5, закрывают краник 10 и регулируют подачу воды кранами 6 и 9. Для слива воды из уровнемерного сосуда тумблерами 24, 28 выключают насос и закрывают краник 9, регулируя краником 10 скорость слива воды.

6. Порядок выполнения работы

Изучите рекомендованную литературу, ознакомьтесь с лабораторным стендом, подготовьте таблицы для записи результатов наблюдений. После разрешения преподавателя приступайте к работе.

6.1 Проверка поплавкового и буйкового ПП уровня

Увеличивая при прямом ходе и снижая при обратном подачу воды в сосуд (рис. 30), установите уровень на каждой оцифрованной отметке шкал поплавкового 6 и буйкового 5 ПП, одновременно фиксируя показания образцового уровнемера 11.

6.2 Проверка емкостного ПП уровня

Увеличивая при прямом ходе и снижая при обратном подачу воды в сосуд, установите уровень на каждой оцифрованной отметке шкалы вольтметра 8, одновременно фиксируя показания образцового уровнемера 11 и соответствующий двоичный код на выходе АЦП 9.

6.3 Проверка кондуктометрического ПП уровня

Увеличивая при прямом ходе и снижая при обратном подачу воды в сосуд, установите уровень на каждой оцифрованной отметке шкалы вольтметра 10, одновременно фиксируя показания образцового уровнемера 11.

6.4 После окончания работы выключите все приборы из сети»220 В.

7. Обработка результатов опытов

7.1 Рассчитайте абсолютную, приведенную погрешности и вариацию для каждой оцифрованной отметки шкалы поплавкового и буйкового, емкостного и кондуктометрического ПП, определите их класс точности.

7.2 Постройте график НСХ емкостного ПП уровня – зависимость его выходного сигнала от уровня и оцените линейность, чувствительность и коэффициент измерительного преобразования.

7.3 Постройте график НСХ кондуктометрического ПП уровня – зависимость его выходного сигнала от уровня и оцените линейность, чувствительность и коэффициент измерительного преобразования.

8. Оформление протокола

8.1 На титульной стороне двойного листа укажите Ф.И.О. студента, группу, наименование лабораторной работы и дату ее выполнения.

8.2 Кратко опишите стенд, цель и порядок выполнения работы.

8.3 Приведите результаты наблюдений и расчетов (таблицы, графики, формулы), сделайте выводы по полученным результатам.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 18

Изучение измерительных преобразователей расхода

(методы переменного и постоянного перепада)

1. Цель работы

Целью работы является изучение типовых средств измерения расхода жидкости и газа методами переменного и постоянного перепадов давления.

2. При выполнении лабораторной работы студент должен:

Знать: цель и содержание предстоящей работы, порядок ее выполнения и основные теоретические положения по данной теме.

Уметь: пользоваться измерительной аппаратурой лабораторного стенда.

3. Общие положения

Расход можно определить как произведение измеряемой скорости V потока жидкости или газа на известную площадь S поперечного сечения трубопровода:

F = V S. (4)

При этом скорость находят различными путями, например, методами переменного или постоянного перепадов давления.

Метод переменного перепада давления основан на зависимости перепада давления на гидравлическом сопротивлении в трубопроводе от величины объемного F₀ (м³/с) или массового F_М (кг/с) расходов рабочей среды:

F₀ = a e S₀ ; F_М = a e S₀ (5)

где α - коэффициент расхода; e - коэффициент, характеризующий изменение плотности r сжимаемой среды в сужающем устройстве (для жидкости e = 1); S₀ - площадь условного прохода сужающего устройства; P₁ -давление среды до и P₂ - после сужающего устройства.

Для создания сопротивлений в трубопроводах устанавливают стандартные (нормальные) сужающие устройства: сопла, сопла Вентури, диафрагмы. Сужающее устройство, например, диафрагма, показанная на рис.39а, с целью визуального контроля расхода может работать в комплекте с U – образным жидкостным стеклянным дифманометром (рис. 39б).

Для дистанционной передачи показаний обычно используют мембранные дифференциальные манометры ряда ДМ, работающие в комплекте с вторичными приборами дифференциально-трансформаторной системы. При малых расходах и низком давлении рабочей среды вместо ДМ применяют мембранные дифтягомеры ряда ДТ.

Дифманометр ДТ (рис. 39в) состоит из корпуса 1 с мембраной 2, связанной через шток 3 с сердечником 4 катушки дифтрансформаторного проебразо-

а) б) в)

Рис. 39 Средства измерения расхода методом переменного перепада:

а) – нормальная диафрагма; б) – U-образный дифманометр; в) - дифманометр мембранный дифференциально-трансформаторный типа ДТ-60.

вателя, изученного нами при выполнении лабораторной работы № 1. Вторичные обмотки преобразователя здесь шунтированы резисторами R1 и R2 для настройки диапазона выходного сигнала. При изменении расхода меняется разность давлений до и после сужающего устройства, что приводит к перемещению мембраны 2, сердечника 4 и, соответственно, к изменению напряжения и фазы выходного сигнала преобразователя.

Метод постоянного перепада давления предусматривает определение скорости потока в специальном устройстве, называемом ротаметром. Ротаметр (рис. 40) состоит из вертикальной конусной трубки 1, по которой снизу вверх движется поток жидкости или газа. В потоке перемещается поплавок 2, изменяя

Рис. 40 Ротаметр стеклянный расхода Рис. 41 Ротаметр электрический

типа РС-7 типа РЭ

кольцевой зазор для протекания среды. В моменты равновесия сил веса поплавка и динамического напора потока поплавок зависает. При этом каждой высоте зависания поплавка соответствует определенное значение кольцевого зазора S_K и расхода среды F₀ (F_М). При этом скорость обтекания и перепад давления для моментов зависания являются константами конткретного прибора. Отсюда – название данного метода измерения, для которого выражение (5) приобретает следующий вид:

F_М = a S_K , (6)

где S_П и W_П–площадь наибольшего поперечного сечения и объем (м³) поплавка;

r и r_П - плотность (кг/м³) среды и поплавка.

Для визуального контроля за расходом по месту установки широко применяют стеклянные ротаметры ряда РС (рис. 40), а для дистанционной передачи - ротаметры электрические (дифференциально-трансформаторной системы измерения) типа РЭ (рис. 41). Чувствительный элемент РЭ - поплавок при помощи штока связан с сердечником дифтрансформатора, вторичные обмотки которого шунтированы настроечными резисторами R1 и R2 для регулировки выходного сигнала.

Для измерения расхода в комплекте с дифманометром ДМ (или ДТ) либо ротаметром РЭ используют вторичные приборы дифтрансформаторной системы, например, типа КСД3 (рис. 11). Основным отличием расходомера КСД3 в этом случае является наличие квадратичного кулачка, реализующего зависимость (5) или (6) – в зависимости от метода измерения расхода.

Следует отметить, что в производственных условиях дифтрансформаторную схему измерения расхода по методу переменного перепада часто заменяют на тензометрическую, использующую дифманометры ряда «Сапфир 22ДД» (см. рис. 13) в комплекте с блоками извлечения корня типа БИК-1, которые реализуют зависимость (5).