Контрольная работа по дисциплине «Автоматизация производственных процессов»

     Для указанных выше величин манометр может применяться с любым  вторичным прибором или устройством, рассчитанным на измерение избыточного давления от 0,02 до 0,1 МПа. Принцип действия прибора основан на компенсации усилия, развиваемого чувствительным элементом, которым является блок, состоящий из двух мембранных коробок 2 и 14, закрепленных с обеих сторон в основании 1. Это основание с двумя боковыми крышками корпуса прибора образует измерительные камеры, в правую из которых подводится давление Ри а в левую камеру- давление Р₂. Внутренние полости мембранных коробок соединены между собой и заполнены жидкостью. Внешние жесткие центры мембран обеих коробок соединены между собой штоком 13. Центр минусовой камеры соединен с основным рычагом 4 пневматического преобразователя 3. Вывод основного рычага из минусовой камеры с высоким рабочим давлением уплотнен с помощью мембраны 5, приваренной к рычагу 4 и втулке.

Измеряемая разность давлений действует на чувствительный элемент и преобразуется в  пропорциональное усилие q, которое  через рычажную систему 4 и 7 пневматического  преобразователя уравновешивается усилием q0.c сильфона обратной связи

В результате изменения  измеряемой разности давлений и усилия q происходит незначительное перемещение  рычажной системы и связанной  с ней рычагом 4 заслонки 8 индикатора рассогласования, зазор между заслонкой и соплом 9 меняется, вызывая изменение давления сжатого воздуха в линии сопла. Давление сжатого воздуха в линии сопла управляется пневматическим усилителем 12 таким образом, что выходное давление воздуха, поступающее в линию дистанционной передачи, изменяется пропорционально измеряемому перепаду давления. Мерой измеряемого перепада давления является текущее значение выходного давления, необходимое для создания уравновешивающего усилия обратной связи.

Настройка прибора  на заданный перепад давления производится при помощи подвижной опоры 6.

     Сильфонные  манометры предназначены для  измерения расхода, перепада давления, избыточных и вакуумметрических  давлений жидких и газообразных сред, а также для измерения уровня. Принцип действия сильфонных дифманометров  основан на преобразовании деформации сильфона, вызванной измеряемым перепадом давления, в перемещение, которое с помощью рычажно-передаточного механизма передается на указатель, перо или суммирующее устройство (интегратор). Указатель или перо поворачивается до тех пор, пока сила, вызываемая перепадом давления, не уравновесится силами упругих деформаций и других устройств. 

В качестве чувствительного  элемента в этих приборах могут использоваться один или два сильфона, образующие сильфонный блок, располагающийся в корпусе прибора, где могут находиться показывающее, самопишущее и интегрирующее устройства.

     На  рис. 2-7 показан дифманометр типа ДСС. Сильфонный блок прибора состоит  из основания (перегородки) 6, на котором  укреплены рабочие сильфоны 5 и 8, жестко связанные между собой штоком 9. На свободном конце штока находится диск с противодействующими винтовыми пружинами 11. Левые концы этих пружин присоединены к нижней части неподвижного конуса 12, укрепленного шпильками 10 на перегородке 6. Внутренние полости сильфонов заполняются водно-глицериновой смесью и сообщаются между собой через зазор между плавающим кольцом 2, расположенным на штоке, и стенками отверстия.

Рис.2-7. Дифманометр сильфонный типа ДСС 

     Сильфон 5 снабжен температурным компенсатором 3 в виде трех дополнительных гофр. Внутренние полости температурного компенсатора и сильфона сообщаются между собой отверстиями в разделительном стакане 4. При изменении температуры окружающей среды, а вместе с ней и объема жидкости она будет перетекать через отверстия в разделительном стакане 4. Давления и Р2 подводятся в камеры дифманометра через два запорных вентиля. Под действием разности давлений AP = Pi-Р2 сильфон 5 сжимается, жидкость из него частично перетекает через регулируемое клапаном 13 отверстие / в сильфон 8, вызывая перемещение дна его стакана. При этом перемещается шток, связанный с сильфонами, и изменяется натяг пружин. В результате перемещения штока рычаг 7, находящийся в постоянном контакте со штоком, закручивает торсионную трубку 15, поворачивающую ось 14, которая с помощью рычага 16, шатуна 17 и поводка 18 поворачивает ось 19, несущую перо 21. Если прибор снабжен интегратором, то поводок 20 соединяют с помощью шатуна с поводком интегратора 22.

На рис. 2-8 приведена  кинематическая схема механического интегратора. Кулачок 2 от синхронного двигателя через шестерню 5, валик 4 постоянно вращается с угловой скоростью 0,1667 с^-1 (10 об/мин). Вращение кулачка через ролик 3 приводит в качательное движение рычаг 21, укрепленный на оси 7. На конце рычага 21 имеется щуп 20, который периодически соприкасается с лекалом 19, когда ролик 3 выходит из зацепления с кулачком 2. Величина угла качания рычага 21 зависит от положения лекала, а профиль лекала рассчитан так, чтобы этот угол был прямо пропорционален величине расхода измеряемой среды. Лекало в свою очередь связано с осью 17. На этой оси жестко закреплен рычаг 16 с пером прибора. Следовательно, угол поворота оси 17 прямопропорционален изменению измеряемой физической величины (расхода, массы, объема), передаваемой к интегратору с помощью рычага //.

Движение (качательное) рычага 21 посредством оси 7 передается на муфту 6, суммирующую углы поворота в одном направлении и передающую их с помощью зубчатой передачи 8 на счетный механизм 10 и стрелку 9. Для устранения влияния движения рычагов на показания прибора лекало 19 во время соприкосновения со щупом стопорится посредством рычага 18 и пружины 1. Это происходит тогда, когда ролик 3 входит в соприкосновение с кулачком 2, а щуп 20 отходит от лекала. 

Рис.2-8. Кинематическая схема механического интегратора

 
 В этот момент рычаг 18 при помощи штифта 22, входящего в вырез кулачка 2, освобождает лекало, устанавливающееся  в положение, соответствующее положению  пера. Поворот оси 17 в момент, когда лекало застопорено, осуществляется с помощью спирали 14 и лапок 12 и 13, обжимающих рычаг 15, жестко соединенный с осью 17 силами предварительно заданного момента спирали.

     Приборостроительной промышленностью выпускаются сильфонные дифманометры, показывающие с интегратором, показывающие с пневмопреобразователем, показывающие с электрическим преобразователем, самопишущие с интегратором (типов ДСП-780, ДСП-781, ДСП-787, ДСП-786, ДСС-710, ДСС-712) с верхними пределами измерения от 6,17 до 156 кПа и классами точности 1 и 1,5.

     Место установки дифманометров и работающих с ними в комплекте вторичных  приборов выбирается с учетом обеспечения  удобства обслуживания, хорошей видимости  шкалы, отсутствия вибрации, сотрясений, перегревов. Дифманометр может монтироваться на вертикальной плоскости, кронштейне или стойке из труб. При измерении расхода газа прибор устанавливается выше трубопровода, а при измерении расхода жидкости- наоборот. Длина трубок, соединяющих место отбора давления с прибором, должна быть не более 50 м, а внутренний диаметр их составляет 6-15 мм. При этом, чем длиннее соединительная линия и больше вязкость измеряемой среды, тем большим должен быть диаметр трубок. Трубки рекомендуется прокладывать вертикально или с уклоном не менее 0,1 в сторону продувочных вентилей, газосборников или отстойных сосудов. После монтажа проверяют плотность установки. При закрытом уравнительном и открытых запорных вентилях поверяемого прибора создают прессом давление, необходимое для перемещения стрелки или пера на предельное значение шкалы или диаграммы. Установка считается плотной, если стрелка или перо в течение 5 мин не смещается в сторону уменьшения показаний. 
 

3. Единицы измерения  температуры и  температурные шкалы. 

      Температура (от _la. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние) — физическая величина, примерно характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия.

      Основной  единицей измерения температуры был градус Международной температурной шкалы, практически соответствующий градусу Цельсия. Эта величина равна 1/100 температурного интервала между 0 и 100 °С, т. е. между температурами плавления льда и кипения воды при давлении 760 мм рт. ст.

     Абсолютной  температурой называется температура, отсчитываемая от абсолютного нуля, т. е. от –273,16 °С, и измеряемая в градусах Кельвина (°К). Градус Кельвина по величине не отличается от градуса Цельсия. Поэтому  абсолютная температура выражается в градусах стоградусной шкалы следующим образом:

Т, °К = t, °С + 273,16

В системе СИ единицей измерения температуры  установлен градус Кельвина. Допускается  для выражения практических результатов  измерений температуры применение градуса Цельсия наряду с градусом Кельвина, в зависимости от начала отсчета (положения нуля) по шкале.

Пример: 250±5 °С = 523,16±5 °К. 

      Температурные шкалы, системы сопоставимых числовых значений температуры. Температура не является непосредственно измеряемой величиной; ее значение определяют по температурному изменению какого-либо удобного для измерения физического свойства термометрического вещества. Выбрав термометрическое вещество и свойство, необходимо задать начальную точку отсчета и размер единицы температуры - градуса. Таким образом определяют эмпирические Температурные шкалы. В Температурных шкалах обычно фиксируют две основные температуры, соответствующие точкам фазовых равновесий однокомпонентных систем (так называемые реперные или постоянные точки), расстояние между которыми называют основным температурным интервалом шкалы. В качестве реперных точек используют: тройную точку воды, точки кипения воды, водорода и кислорода, точки затвердевания серебра, золота и другие. Размер единичного интервала (единицы температуры) устанавливают как определенную долю основного интервала. За начало отсчета Температурных шкал принимают одну из реперных точек. Так можно определить эмпирическую (условную) Температурную шкалу по любому термометрическому свойству x. Если принять, что связь между x и температурой t линейна, то температура tx = n(xt - x0)/(xn - x0), где xt, x0 и хn - числовые значения свойства x при температуре t в начальной и конечной точках основного интервала, (хn - 0)/n - размер градуса, n - число делений основного интервала.

     В шкале Цельсия, например, за начало отсчета принята температура затвердевания воды (таяния льда), основной интервал между точками затвердевания и кипения воды разделен на 100 равных частей (n = 100).

     Температурные шкалы представляет собой, таким  образом, систему последовательных значений температуры, связанных линейно со значениями измеряемой физической величины (эта величина должна быть однозначной и монотонной функцией температуры). В общем случае Температурные шкалы могут различаться по термометрическому свойству (им может быть тепловое расширение тел, изменение электрического сопротивления проводников с температурой и т. п.), по термометрическому веществу (газ, жидкость, твердое тело), а также зависеть от реперных точек. В простейшем случае Температурные шкалы различаются числовыми значениями, принятыми для одинаковых реперных точек. Так, в шкалах Цельсия (°С), Реомюра (°R) и Фаренгейта (°F) точкам таяния льда и кипения воды при нормальном давлении приписаны разные значения температуры. Соотношение для пересчета температуры из одной шкалы в другую:

n °С = 0,8n °R = (1,8n+32) °F.

     Непосредственный  пересчет для Температурных шкал, различающихся основными температурами, без дополнительных экспериментальных  данных невозможен. Температурные шкалы, различающиеся по термометрическому свойству или веществу, существенно различны. Возможно неограниченное число не совпадающих друг с другом эмпирических Температурных шкалы, т. к. все термометрические свойства связаны с температурой нелинейно и степень нелинейности различна для разных свойств и веществ. Температуру, измеренную по эмпирическим Температурным шкалам, называют условной ("ртутная", "платиновая" температура и т. д.), ее единицу - условным градусом. Среди эмпирических Температурных шкал особое место занимают газовые шкалы, в которых термометрическим веществом служат газы ("азотная", "водородная", "гелиевая" Температурные шкалы). Эти Температурные шкалы меньше других зависят от применяемого газа и могут быть (введением поправок) приведены к теоретической газовой Температурной шкале Авогадро, справедливой для идеального газа. Абсолютной эмпирической Температурной шкалой называют шкалу, абсолютный нуль которой соответствует температуре, при которой численное значение физического свойства x = 0 (например, в газовой Температурной шкале Авогадро абсолютный нуль температуры соответствует нулевому давлению идеального газа). Температуры t(x) (по эмпирической Температурной шкале) и T(x) (по абсолютной эмпирической Температурной шкале) связаны соотношением T(x) = t(x) + Т0(x), где Т0(x) - абсолютный нуль эмпирической Температурной шкалы (введение абсолютного нуля является экстраполяцией и не предполагает его реализации).