Теплотехнические измерения и приборы Государственная система приборов (гсп). Технические средства измерения температуры2. Методы и средства измерения температуры2.1 Классификация средств измерения температуры контактным методомВ зависимости от физических свойств, положенных в основу принципа действия, наиболее распространенные СИ температуры можно разделить на следующие группы: 1. Жидкостно-стеклянные термометры; 2. Манометрические термометры; 3. Термопреобразователи сопротивления; 4. Термоэлектрические преобразователи; 5. Шумовые термометры; 6. Температурные индикаторы; Для научных исследований и измерения низких температур применяются следующие виды термометров: 1. Ядерные квадрупольные резонансные; 2. Ядерные магнитные резонансные; 3. Магнитные; 4. Ёмкостные 5. Магнитоопические и др. 2.2 Механические термометрыМеханические термометры основаны на явлении теплового расширения тел. Эти тела могут быть твердыми, жидкими или газообразными. Механические термометры отличаются надежностью, точностью, низкой стоимостью и простотой обслуживания. Считывание показаний с них, как правило, осуществляется на месте измерения. Однако с помощью механоэлектрического или механогидравлического преобразователя можно передать сигнал на ограниченное расстояние. В машиностроении применяют биметаллические, жидкостные и газовые термометры. Чувствительный элемент биметаллических термометров изготавливается из пластины, состоящей из двух или более слоев разнородных металлов, сваренных между собой по всей плоскости соприкосновения. Пластина может быть предварительно деформирована. При нагреве биметаллической пластины из-за различия коэффициентов линейного расширения ее слоев возникает деформация изгиба, пропорциональная изменению температуры. На рисунке 1 показаны наиболее распространенные конструктивные исполнения чувствительных биметаллических элементов. Варианты а) и б) используются главным образом в качестве реле температуры, виг — для непосредственного отсчета показаний термометров. Для этого один конец чувствительного элемента закрепляется, а второй соединяется с передаточным или непосредственно показывающим устройством. Диапазон измерения биметаллических термометров лежит в интервале от – 50 до+600◦С, причем, от 500 до 600 °С термометр можно использовать только кратковременно. Погрешность измерения - ±1 до ±3.
Рисунок 1 - Биметаллические измерительные преобразователи температуры В жидкостных термометрах измеряемой величиной, характеризующей температуру, является изменение объема термометрической жидкости. Термобаллон, в котором находится основная часть жидкости, изготавливается из стекла или стали. К термобаллону подключен капилляр диаметром 0,1 - мм. У стеклянного термометра капилляр находится рядом со шкалой непосредственного наблюдения. У жидкостных манометрических термометров капилляр подключен к манометру, показания которого пропорциональны температуре. Длина капилляра в таких термометрах может достигать 60 м. Чувствительный элемент, капилляр и указатель в них образуют замкнутую, неделимую, герметичную термосистему, которая монтируется и демонтируется только целиком. Диапазон измерения термометров зависит от свойств термометрической жидкости: Таблица 1 – Свойства термометрической жидкости
Погрешности измерения температуры при помощи жидкостных механических термометров обусловлены различием температур жидкости в термобаллоне и в капилляре и зависят также от длины капилляра. Погрешность в таком случае уменьшается с±2 до ±0,5 %. Основными недостатками механических термометров являются значительная инерционность и невозможность объединения с другими информационными сигналами для дальнейшей обработки. Поэтому в машиностроении температуру измеряют в основном термометрами, принцип действия которых основан изменении электрических свойств веществ при изменении температуры. studfiles.net Раздел 2. Методы и средства измерения температурыобразователи в зависимости от рода измеряемой величины имеют соответствующие названия: термометры, термопреобразователи, манометры, преобразователи давления, расходомеры, преобразователи расхода и т.п. Вопросы для самопроверки 1.Что называется средством измерения? 2.Что входит в средства измерений? 3.Охарактеризуйте основные виды средств измерений. 4.Дайте характеристику государственной системе промышленных приборов и средств автоматизации. 5.Дайте определение класса точности и допускаемых погрешностей. Более подробная информация по данному разделу содержится в [1], с.33…91; [2], с.18…80. В разделе рассматриваются 6 тем: 1.Международная температурная шкала МТШ-90. 2.Термометры расширения. 3.Термопреобразователи расширения. 4.Термоэлектрические преобразователи. 5.Методика измерения температуры контактными средствами. 6.Измерение температуры тел по их тепловому излучению. при работе с теоретическим материалом следует ответить на вопросы, приведенные в конце данного раздела. После проработки теоретического материала раздела 2 студентам очной и очно-заочнойформы обучения следует выполнить лабораторные работы (№№ 3, 4 и 5 для очной формы обучения и №№ 3 и 4 дляочно-заочнойформы обучения), студентамочно-заочнойи заочной формы обучения – контрольную работу №1, а затем (для всех форм обучения) – тренировочный тест №2. Изучение раздела заканчивается контрольным мероприятием: необходимо ответить на вопросы контрольного теста №2. 2.1. Международная температурная шкала МТШ-90Непосредственное измерение температуры невозможно. В принципе все явления, происходящие под воздействием тепла (например, расширение веществ, изменение электрического сопротивления, излучение нагретых тел), можно использовать для измерения температуры. Однако, количественная оценка возможна лишь при соотнесении показаний термометра с некоторой эталонной температурой, например, с температурой тройной точки воды. Для унификации результатов измерений различными средствами, основанными на различных методах, применяется международная температурная шка- studfiles.net 6.3. Классификация средств измерений температурыВ различных областях науки и техники применяется множество принципов и средств измерения температуры. В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности широкое применение нашли средства измерений температуры, классификация которых в зависимости от используемого термометрического свойства и диапазона измерения, приведена в табл. 6.2. Таблица 6.2 Наиболее распространенные промышленные средства измерении температуры
6.4. Манометрические термометрыПринцип действия манометрических термометров основан на зависимости давления рабочего (термометрического) вещества в замкнутом объеме (термосистеме) от температуры. В соответствии с агрегатным состоянием рабочего вещества в термосистеме манометрические термометры подразделяют на газовые, жидкостные и конденсационные (парожидкостные). Манометрические термометры могут быть использованы для измерения температур от —150 до 600°С. Диапазон измерения определяется наполнителем термосистемы. Термометры со специальными наполнителями (расплавленными металлами) пригодны для измерения температуры от 100 до 1000°С Термосистема термометра (рис. 6.2, а) состоит из термобаллона 1, капилляра 2 и манометрической пружины 3. Чувствительный элемент термометра (термобаллон) погружается в объект измерения, и термометрическое вещество в термобаллоне достигает температуры измеряемой среды. При изменении температуры рабочего вещества в термобаллоне изменяется давление, которое через капиллярную трубку передается на пружинный манометр, являющийся измерительным прибором манометрического термометра. Термобаллон представляет собой цилиндр, изготовленный из латуни или специальных сталей, стойких к химическому воздействию измеряемой среды. Геометрические размеры термобаллона зависят от типа термометров и от задач измерения. Так, диаметр термобаллона находится в пределах 5—30 мм, а его длина 60—500 мм. Капилляр, соединяющий термобаллон с манометрической пружиной, представляет собой медную или стальную трубку с внутренним диаметром 0,1—0,5 мм. Длина капиллярной трубки в зависимости от эксплуатационных требований может быть от нескольких сантиметров до 60 м. Медные капилляры имеют стальную защитную оболочку, предохраняющую их от повреждений при монтаже и эксплуатации. Для улучшения метрологических характеристик манометрических термометров к манометрическим пружинам предъявляют ряд требований. Так, с целью уменьшения температурной погрешности пружина должна иметь по возможности малый объем. Кроме того, пружина должна иметь возможность раскручиваться на большой угол и свободный ее конец должен обладать значительным тяговым усилием для механического перемещения дополнительных устройств. В зависимости от конструкции измерительной системы манометрические системы бывают показывающими, самопишущими, бесшкальными со встроенными датчиками для дистанционной передачи показаний на расстояние. Газовые манометрические термометры. Они предназначены для измерения температуры от —150 до +600°С. Термометрическим веществом здесь служат гелий или азот. Принцип работы этих термометров основан на использовании закона Гей-Люссака: Pt=P0(1+βt), (6.5) где Ро и Pt — давление газа при температурах 0 и t, °C; β — термический коэффициент давления газа, равный 1/273,15 или 0,00366 К-1.
Ряс. 6.2. Схема манометрического термометра Теоретически линейная связь между Pt и t в соответствии с (6.5) строго не сохраняется для реальных систем. Это связано с тем, что с изменением температуры изменяется объем термобаллона и с изменением давления изменяется объем манометрической пружины, а также происходит массообмен между термобаллоном и капиллярной трубкой. В то же время эти изменения незначительны и практически можно считать, что шкалы газовых манометрических термометров равномерны. Подставляя в (6.5) вместо Pt и. t соответственно Рн и tB, а также Рк и tK, после несложных преобразований получим выражение для величины рабочего давления газового манометрического термометра:
где Рн и Рк — давления в термосистеме, соответствующие начальному tн и конечному tK значениям температуры по шкале прибора. Начальное давление заполнения системы Рн для заданного диапазона измерения температур может быть рассчитано из (6.6) при известном рабочем давлении манометрической пружины. Значение Рн в зависимости от диапазона шкалы прибора может быть различным примерно в пределах от 1 до 3 МПа. Чем больше Рн, тем больше ΔР и тем меньше влияние барометрического давления на показания прибора. Объем термобаллона Vт в газовых манометрических термометрах не зависит ни от рабочего давления, ни от пределов измерения температуры. Однако если при измерении температура, окружающая капилляр и манометрическую пружину, отличается от температуры при градуировке, то возникает дополнительная погрешность. Для уменьшения этой погрешности стремятся уменьшить отношение (VП—VK)/VT (где VП и VK — внутренние объемы пружины и капилляра), увеличивая размер термобаллона. Поэтому для газовых манометрических термометров характерны большие размеры термобаллонов (диаметр 20—30 мм, а длина 250—500 мм) и, как следствие этого, их значительная инерционность. Погрешность от температуры окружающей среды часто компенсируют путем установки биметаллической пластины 4 (рис. 6.2, а), расположенной между манометрической пружиной и указателем. При измерениях с повышенной точностью и при использовании длинных капилляров применяют дифференциальную систему, состоящую из основного манометрического термометра и компенсирующего (без термобаллона), капилляр которого примыкает к капилляру основного термометра. Таким образом, на указатель прибора действует разность перемещений двух манометрических пружин, что практически исключает температурную погрешность окружающей среды. Жидкостные манометрические термометры. В качестве термометрического вещества здесь используется ртуть под давлением 10—15 МПа при комнатной температуре или толуол, ксилол, пропиловый спирт, силиконовые жидкости и т. п. при давлении 0,5— 5 МПа. При ртутном заполнении диапазон измерений лежит в пределах —30—600°С, а для органических жидкостей 150—300°С. Ввиду того что жидкость практически несжимаема, объем термобаллона в жидкостных манометрических термометрах в отличие от газовых должен быть согласован со свойствами используемой манометрической пружины. При изменении температуры в диапазоне от начальной tH до конечной tK из термобаллона объемом VТ вытесняется жидкость объемом ΔVТ:
где βж — температурный коэффициент объемного расширения жидкости; α — коэффициент линейного расширения материала термобаллона. Этот вытесненный объем вследствие охлаждения от tK до температуры окружающего воздуха tB дойдет до значения ΔVТ', при котором давление в термосистеме изменится на ΔР, а объем манометрической пружины изменится на ΔVМ, причем величина ΔVМ должна быть равна ΔVТ':
Решая (6.7) и (6.8) совместно, получим
Из выражения (6.9) следует, что объем термобаллона тем меньше, чем больше диапазон измерения термометра и увеличивается с ростом ΔVМ . Что касается рабочего давления ΔР , то в отличие от газовых термометров в жидкостных манометрических термометрах ΔР не зависит ни от диапазона измерения tK—tн, ни от начального давления Рн для определенного наполнителя. Здесь решающее значение имеет ΔVМ , т. е. для пружин различной жесткости в одном и том же диапазоне температур будет иметь место различное рабочее давление. В силу значительного давления в системе, предохраняющего жидкость от закипания, погрешность от изменения барометрического давления в жидкостных манометрических системах отсутствует. В жидкостных манометрических термометрах, как и в газовых, имеет место погрешность от изменения температуры окружающей среды. Для уменьшения этой погрешности принимаются те же меры, которые принимались для газовых термометров. Кроме того, для компенсации указанной погрешности как для жидкостных, так и для газовых манометрических термометров, используют инварный компенсатор. Действие этого компенсатора основано на том, что в капиллярную трубку помещается проволока из инвара и рабочее вещество оказывается в кольцевом зазоре между проволокой и стенкой капилляра. Диаметр проволоки выбирают таким, чтобы при повышении температуры в капилляре приращение кольцевого зазора было тем же, что и приращение объема жидкости в зазоре. Манометрическим жидкостным термометрам свойственна гидростатическая погрешность, вызванная различным расположением манометра относительно термобаллона по высоте. Эта погрешность может быть устранена после монтажа прибора путем смещения указателя прибора на нужное значение по шкале. Конденсационные манометрические термометры. В качестве термометрического вещества в этих термометрах используются легко-кипящие жидкости, в частности пропан, этиловый эфир, ацетон, толуол, хлористый метил и т. п. В зависимости от используемого рабочего вещества диапазон измерений лежит в интервале от —50 до 350°С. Специально изготовленные конденсационные термометры применяются для измерения сверхнизких температур, например при заполнении гелием для измерения температуры от 0,8 К. Термобаллон термометра (рис. 6.2, б) заполнен конденсатом примерно на 0,7—0,75 объема, а над конденсатом находится насыщенный пар этой же жидкости. Капилляр в этих термометрах опущен в термобаллон так, чтобы его открытый конец находился в жидкости и в том случае, когда при максимальной температуре в термобаллине остается часть жидкости. Капилляр и манометрическая пружина заполняются обычно высококипящей жидкостью, которая служит для передачи давления от термобаллона к манометрической пружине. Принцип работы конденсационных термометров основан на зависимости давления Р насыщенного пара низкокипящих жидкостей от температуры Т:
где L — скрытая теплота испарения; Vп и Vж — удельные объемы соответственно пара и жидкости. Давление в термосистеме конденсационного термометра равно давлению насыщенного пара при температуре рабочей жидкости, которая, в свою очередь, равна температуре измеряемой среды с помещенным в нее термобаллоном. Зависимость давления насыщенного пара от температуры однозначна (до критической температуры), но нелинейна, вследствие чего шкалы конденсационных термометров имеют значительную неравномерность. Для получения равномерной шкалы конденсационные термометры снабжают специальным линеаризующим устройством. Рабочее давление в конденсационных термометрах зависит только от пределов измерения и закона изменения давления насыщенного пара от температуры. В связи с тем что давление в термосистеме зависит только от измеряемой температуры, изменение температуры окружающей среды не оказывает влияния на показания прибора. Действительно, если повышается температура капилляра и манометрической пружины, то объем наполняющей их жидкости увеличивается и частично вытесняется в термобаллон, где часть объема насыщенного пара сконденсируется, и давление в термосистеме не изменится. В силу того что термобаллон в конденсационных термометрах может быть выполнен малых размеров, эти термометры обладают меньшей инерционностью, чем другие манометрические термометры. Кроме того, эти термометры более чувствительны, так как давление насыщенного пара резко изменяется с температурой. Конденсационным термометрам присущи гидростатическая погрешность и погрешность от изменения барометрического давления. Первая из этих погрешностей компенсируется аналогично жидкостным манометрическим термометрам, а вторая имеет место лишь на начальном участке шкалы, когда давление в термосистеме невелико. Манометрические термометры — достаточно простые устройства, позволяющие осуществлять автоматическую регистрацию измерений и передачу показаний на расстояние. В настоящее время промышленностью выпускаются манометрические термометры с унифицированными пневматическими электрическим (постоянного тока) выходными сигналами классов точности 1; 1,5; 2,5. Важное достоинство этих термометров — возможность использования их на взрывоопасных объектах. К их недостаткам относят необходимость частой поверки из-за возможной разгерметизации прибора и сложность ремонта, а также большие во многих случаях размеры термобаллона для газовых манометрических термометров. Манометрические термометры, используемые в промышленности, имеют классы точности 1—4. Передаточная функция манометрических термометров может быть представлена в виде (см. 2.4)
Значения постоянной времени Т и времени запаздывания т приведены в табл. 6.3 [16].
studfiles.net Измерение температурыОдним из основных параметров, определяющих ход технологических процессов, является температура. Работа металлургических агрегатов характеризуется температурой жидкого металла, шлака, дымовых газов, воздуха, огнеупорной кладки нагревательных печей и других элементов рабочего пространства. Тепловое состояние тела (степень его нагретости) определяется кинетической энергией атомов и молекул тела. Разный уровень температуры двух тел, находящихся в контакте, определяет направление теплопередачи (тепло – холод). Под температурной шкалой понимается непрерывная совокупность чисел, линейно связанных с числовыми значениями температуры. Существуют шкалы Кельвина, Цельсия и Фаренгейта. В зависимости от принципа действия, промышленные устройства для измерения температуры классифицируются на следующие группы:
Таблица 1.
Технические средства измерения температуры.
1.Манометрический термометрсостоит из термобаллона, капиллярной трубки и манометрического устройства пружины. Вся система прибора заполнена рабочим веществом. Термобаллон помещают в зону измерения температуры. При нагревании термобаллона, давление рабочего вещества внутри замкнутой системы увеличивается. Увеличение давления воспринимается упругим элементом – манометрической пружиной, которая воздействует через передающий механизм на стрелку измерительного прибора. Термобаллон изготавливается из стали 12*18Н10Т Длина трубки – до 60м. Термобаллон выдерживает давление 6.4Мпа Различают газовые, жидкостные и конденсационные манометрические термометры. Газовые МТ. Основной тип ТГП-100. баллон заполняется азотом. Они позволяют измерять температуру от –50 до 630 С ТГП –10Эк – с электроконтактным устройством. Зависимость давления от температуры: Рt=P0[1+(t-t0)], b –термический коэффициент расширения газовой среды [1/С] t, t0 – начальная и конечная температуры P0 – давление в системе при t0 Жидкостные МТ. Основной тип ТЖС. Рабочее вещество – полиметилсилоксановая жидкость (ПМС-5). Пределы измерения:-50 до 300 °С Изменение давления в зависимости от температуры Р = t/ P – изменение давления в Па b – коэффициент объемного расширения жидкости [1/°С] Dt – изменение температуры - коэффициент сжимаемости инерционность жидкостных МТ меньше, чем газовых, однако погрешности, вызванные колебаниями температуры окружающей среды больше, чем у газовых МТ. ТЖС – показывающий ТЖР – регистрирующий. У конденсационных МТ тип ТКП – термобаллон на 2/3 объема заполняется низкокипящей жидкостью (фреон, ацетон, хлористый метил). Пределы измерений от –25 до 300 °С. В замкнутой термосистеме одновременно протекают процессы испарения и конденсации. С повышением температуры контролируемой среды, увеличивается упругость насыщенного пара и устанавливается определенное давление, соответствующее измеряемой температуре. Недостатком конденсационных МТ является невысокая точность измерения. studfiles.net Теплотехнические измерения и приборы Государственная система приборов (гсп)В соответствии с ГОСТ 12997-76 ГСП определяется как "...совокупность изделий, предназначенных для использования в промышленности в качестве технических средств автоматических и автоматизированных систем контроля, измерения, регулирования и управления технологическими процессами (АСУ ТП), информационно-измерительных систем (ИИС), а также для контроля, измерения и регулирования отдельных параметров...". ГСП основана на системном подходе, позволяющем минимизировать расходы как на этапах проектирования, так и эксплуатации различных технических средств. Методологической основой ГСПявляется система государственных стандартов (всего их около 200), устанавливающих общие технические требования, требования к выходным и входным сигналам, правилам информационного сопряжения и конструктивному исполнению. Технической основой ГСПявляются агрегатные комплексы, каждый из которых представляет собой совокупность технических средств, упорядоченных по функциям и параметрам. Все технические средства, входящие в один агрегатный комплекс, характеризуются:
Входящие в ГСП агрегатные комплексы делятся на:
Измерение температурыТемпература- один из важнейших параметров технологических процессов ядерных энергетических установок (ЯЭУ).При проектировании и эксплуатации ЯЭУисходят из оптимальных значений двух параметров: температуры и КПД. С одной стороны, чем выше температура, выше снимаемая мощность и выше КПД. С другой стороны, при повышенных температурах уменьшается ресурс работы оборудования, оборудование необходимо чаще менять, что приводит к экономическим издержкам. Поэтому, контроль температур является необходимым условием надежной и экономичной работы ЯЭУ. Температура- величина, характеризующая степень нагрева тела. Температура, являющаяся интенсивной величиной, свойством аддитивности не обладает, т. е. для системы, находящейся в термическом равновесии, любая микроскопическая часть системы имеет одинаковую температуру. Поэтому не представляется возможным создание эталона температуры. Измерять температуру можно только косвенным путем, основываясь на зависимости от температуры таких физических свойств тел, которые поддаются непосредственному измерению, например, электрическое сопротивление, термоэлектродвижущая сила, длина, объем и др. Эти свойства тел называюттермометрическими. Единицей температуры является Кельвин (К) - 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается применение единицы градус Цельсия (°С). studfiles.net Глава 1. Методы и технические средства измерения температуры. Методы и средства измерения температурыПохожие главы из других работ:Автоматизация технологического процесса производства хлебного кваса 3.3 Средства измерения температурыПроводниковый термометр сопротивления ТСМ 0879 В проводниковых термометрах сопротивления используется зависимость электрического сопротивления чувствительного элемента от температуры... Автоматизированная система определения температуры вспышки в закрытом тигле 3. Методы измерения температуры... Автоматизированная система определения температуры вспышки в закрытом тигле 3.1 Контактные методы измерения температурыСуществуют два основных способа для измерения температур -- контактные и бесконтактные. Контактные способы основаны на непосредственном контакте измерительного преобразователя температуры с исследуемым объектом... Автоматизированная система определения температуры вспышки в закрытом тигле 3.2 Бесконтактные методы измерения температурыБесконтактный способ основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой через лучеиспускание и воспринимаемой на некотором расстоянии от исследуемого объема. Этот способ менее чувствителен, чем контактный... Виды колебаний лопаток в авиационных двигателях в рабочих условиях и способы их устранения 2. Методы и средства измерения ЧСК... Измерение и контроль температуры рабочего пространства в методической печи 2. Методы и средства измерения температуры... Измерение температуры свода электросталеплавильных печей Методы измерения температурыПри измерении температуры различают 2 метода - контактный и бесконтактный. К приборам контактного метода относятся: * термометры расширения, измеряющие температуру по тепловому расширению жидкостей (ртуть, керосин... Методы и средства измерения температуры 1.2 методы измерения температурыДля определения значения температуры какого-либо тела необходимо выбрать эталон температуры, то есть тело, которое при определённых условиях, равновесных и достаточно легко воспроизводимых, имело бы определённое значение температуры... Повышение качества измерения и выбор методов и средств для контроля размеров в деталях типа "вал" и "корпус" 1.1 Выбрать методы и средства для измерения размеров в деталяхТипа «Корпус»: - внутренние размеры O18Н7; O95Н10; O36Н8; - линейные 40+0,025; 250-0,03; 140±0,08; Типа «Вал»: - наружные размеры O50f7; O90h8; O110e9; - линейные 67+0,06; 280±0,15. Чертежи деталей формируются студентом самостоятельно с учетом заданных размеров... Повышение качества измерения и выбор методов и средств для контроля размеров в деталях типа "вал" и "корпус" 1.1.1 Выбрать методы и средства для измерения размеров детали типа «Корпус»1. Внутренний размер - O18Н7 1) Величина поля допуска данного размера составляет: IT=18 мкм 2) По ГОСТ 8.051 - 81 для диапазона размеров св. 10 до 18 мм по 7 квалитету точности определяем значение допускаемой погрешности д=5,0 мкм... Повышение качества измерения и выбор методов и средств для контроля размеров в деталях типа "вал" и "корпус" 1.1.2 Выбрать методы и средства для измерения размеров детали типа «Вал»1. Наружный размер - O50f7 1) Величина поля допуска данного размера составляет: IT=25 мкм 2) По ГОСТ 8.051 - 81 для диапазона размеров св. 30 до 50 мм по 7 квалитету точности определяем значение допускаемой погрешности д=7,0 мкм... Проектирование систем контроля технологического параметра В-13 2.3 Методы измерения температурыСовременная термодинамика определяет температуру как величину, выражающую состояние внутреннего движения равновесной макроскопической системы и определяемую внутренней энергией и внешними параметрами системы... Разработка автоматизированной системы управления выпарного аппарата электрощёлоков 3.2.1 Средства измерения температурыВсе типы приборов для измерения температуры (термометры) принято разбивать на два класса в зависимости от методики измерений. Традиционный и наиболее массовый вид термометров - контактные термометры... Разработка методики контроля СДК (калибра-кольца) с применением двухкоординатного измерительного прибора типа ДИП-1 3. ВЫБОР СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СРЕДСТВА ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ (КАЛИБРА-КОЛЬЦА)В соответствии с [9], который устанавливает допускаемые неопределенности измерения линейных размеров до 500 мм при приемочном контроле и правила определения приемочных границ с учетом этих погрешностей... Технические измерения 1.2.1 Средства измеренияТехнические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства, называют свойствами измерения. Эталоны - средства измерений... prod.bobrodobro.ru Автоматизированная система определения температуры Методы измерения температурыРазмещено на http://www.allbest.ru/ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА» Кафедра автоматизированных систем управления КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине: Автоматизация измерений, контроля и испытаний на тему: «Автоматизированная система определения температуры вспышки в закрытом тигле» Содержание Введение 1. Определение температуры вспышки 2. Метод определения температуры вспышки в закрытом тигле 2.1 Подготовка и проведение испытания на приборе ТВЗ-ЛАБ-01 2.2 Определение температуры вспышки на приборе ПТВ-1 2.3 Определение температуры вспышки на автоматическом аппарате для определения температуры вспышки 3. Методы измерения температуры 3.1 Контактные методы измерения температуры 3.1.1 Ртутные термометры 3.1.2 Термометры сопротивления 3.1.3 Термоэлектрические преобразователи 3.2 Бесконтактные методы измерения температуры 3.2.1 Пирометры полного излучения, или радиационные пирометры 4. Автоматизированная измерительная система Заключение Список использованных источников Введение Под управлением технологическим процессом понимается совокупность операций, необходимых для осуществления таких целей, как пуск и остановка технологического процесса, поддержание какого-либо параметра процесса на заданном уровне, изменение параметра по заданной программе и т.п. Усложнение технологических процессов добычи нефти и газа, увеличение единичной мощности оборудования, рассредоточенность, в пространстве оперативного и эксплуатационного персонала и его неэффективное использование, а также целый ряд других причин привели к необходимости создания качественно новых систем управления этими процессами. В настоящее время эта проблема решается созданием автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Основное назначение АСУ ТП — выработка и реализация управляющих воздействий на технологический процесс в соответствии с принятым критерием управления. Наиболее часто в качестве такого критерия применяется разность стоимостей готовой продукции и затрат на ее изготовление. В этом случае цель функционирования АСУ ТП — выработка и реализация управляющих воздействий на процессы, которые позволяют получить максимальное значение этой разницы. В соответствии с государственным стандартом АСУ ТП представляет собой человеко-машинную систему, основными компонентами которой являются оперативный персонал и комплекс технических средств (КТС). Они осуществляют сбор информации о ходе технологического процесса, обрабатывают и анализируют ее, принимают решения по управлению, формируют и осуществляют управляющие воздействия. Распределение функций, между оперативным персоналом и КТС — одна из проблем при создании АСУ ТП. Интенсивное развитие средств вычислительной техники в последние годы позволило передать функции сбора и предварительной обработки информации от оперативного персонала комплексу технических средств. Это дало возможность реализовать функционирование АСУ ТП на многих предприятиях нефтяной и газовой промышленности в так называемом «информационном» режиме, когда КТС выполняет контроль технологических параметров, вычисление комплексных технических и технико-экономических показателей, а также контроль работы и состояния оборудования. Пары горючего могут воспламениться от открытого пламени, разрядов статического электричества, при попадании горючего на нагретую поверхность или от искры при ударе. Огнеопасность горючего оценивается температурами вспышки и самовоспламенения, температурными пределами образования взрывоопасных смесей паров горючего с воздухом и концентрацией взрывоопасных смесей. Температурой вспышки называется температура, при которой пары нефтепродукта, нагреваемого в определенных условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Температура вспышки в известной мере характеризует огнеопасность нефтепродукта. Впервые ее начали определять для керосинов, чтобы обнаружить в них примесь бензина, которая приводила к взрывам во время горения керосина. В настоящее время температура вспышки является нормируемым показателем смазочных масел, дизельных и котельных топлив, а также топлив Т-1, ТС-1, осветительных и тракторных керосинов и бензинов-растворителей. Взрывоопасные смеси паров горючего с воздухом образуются только в определенных условиях. Различают верхний и нижний температурные пределы образования взрывоопасных смесей. Нижним температурным пределом называется минимальная температура, при которой пары горючего образуют взрывоопасную смесь. Обычно эта температура равна температуре вспышки, определенной в закрытом тигле. Верхним температурным пределом называется максимальная температура горючего, при которой смесь паров горючего с воздухом еще сохраняет взрывные свойства. При дальнейшем повышении температуры смесь переобогащается парами горючего настолько, что становится негорючей. 1. Определение температуры вспышки Наряду с огнеопасностью нефтепродукта по температуре вспышки можно составить представление о характере углеводородов, входящих в его состав, а также о наличии примесей легкоиспаряющихся компонентов. Высококипящие углеводороды повышают температуру вспышки и, наоборот, низкокипящие снижают ее. Во время работы двигателя при попадании бензина в смазочное масло его температура вспышки значительно снижается, масло разжижается и увеличивается его расход. Например, при введении в автомобильное . масло 1% бензина температура вспышки снижается с 200 до 170 °С, присутствие в масле 6% бензина уменьшает температуру вспышки почти в два раза. Самые высокие температуры вспышки (300—310 °С) нормируются для масел, работающих при высокой температуре, самые низкие температуры вспышки (95—135 °С) — для некоторых трансмиссионных и индустриальных масел. На температуру вспышки некоторое влияние оказывает атмосферное давление и влажность воздуха. Чем выше атмосферное давление, тем выше и температура вспышки. Гольде и Ломан установили, что изменение давления на каждые- 133,3 Па (1 мм.рт.ст.) вызывает изменение температуры вспышки на 0,033— 0,036°С. Принимая среднеарифметическое значение, равное 0,0345 °С, в качестве поправки на изменение давления на 133,3 Па, можно вычислить температуру вспышки Т при 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) по следующей формуле 1: T=t + 0,0345*(101325 - P), (1) где P — барометрическое давление при определении температуры вспышки, Па; t — наблюдаемая температура вспышки при давлении P, °С. Повышенная влажность воздуха увеличивает температуру вспышки, так как при этом в паровоздушной смеси парциальное давление воздуха будет уменьшаться за счет присутствия водяных паров. Температура вспышки зависит не только от физико-химических свойств масла и от параметров атмосферного воздуха, но в большей мере и от методики определения и конструкции прибора. В зависимости от условий эксплуатации нефтепродукта для определения его температуры вспышки применяют приборы открытого или закрытого типа, которые различаются между собой условиями испарения в них испытуемого нефтепродукта. Естественно, что для одного и того же продукта температура вспышки, определенная в открытом и закрытом тиглях, будет неодинаковой. В открытом приборе она будет всегда выше. Воспламенение смеси паров нефтепродукта с воздухом происходит только при вполне определенной минимальной концентрации паров нефтепродукта в воздухе, которая соответствует нижнему пределу взрываемости. При нагревании в открытом тигле пары масла легко диффундируют в окружающую атмосферу и рассеиваются в ней. Наоборот, в закрытом приборе созданы условия для накопления паров над испаряющейся жидкостью, и взрывная концентрация паров нефтепродукта достигается при температуре более низкой, чем в открытом приборе. Разность между температурами вспышки, определенными в открытом и закрытом приборах, может достигать нескольких десятков градусов. Наибольшее расхождение в этих температурах характерно для нефтепродуктов с неоднородным фракционным составом или с примесью низкокипящих углеводородов. Увеличивается эта разность также с увеличением температуры вспышки смазочных масел. В тех случаях, когда примесь низкокипящих компонентов к смазочным маслам особенно недопустима (например, для авиационных масел), разность температур вспышки в открытом и закрытом тиглях нормируется в технических условиях. Испытанию подлежит нефтепродукт, который содержит влаги не более 0,05%. В противном случае его обезвоживают в склянке со свежепрокаленным хлоридом кальция или сульфатом натрия, выдерживая там до 5 ч. Согласно техническому регламенту Таможенного союза "О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту" (ТР ТС 013/2011) нормы показателя температуры вспышки приведены в таблице 1. Таблица 1 - Нормы показателя температуры вспышки нефтепродуктов, согласно ТР ТС
2. Метод определения температуры вспышки в закрытом тигле Метод определения температуры вспышки в закрытом тигле производиться по ГОСТ 6356-75 «Нефтепродукты. Метод определения температуры вспышки в закрытом тигле». Метод определения температуры вспышки нефтепродуктов в диапазоне от 40 °C до 360°C в закрытом тигле Пенски-Мартенса. Метод A: дистиллятные топлива (дизельное, печное топливо, керосин), неработавшие смазочные масла и другие однородные нефтепродукты, не включенные в область применения метода Б. Метод Б: остаточные топлива, разбавленные остатки, отработанные смазочные масла, смеси нефтепродуктов с суспендированными твердыми частицами, нефтепродукты, склонные к образованию поверхностной пленки в условиях испытания. 2.1 Подготовка и проведение испытания на приборе ТВЗ-ЛАБ-01 Прибор (рисунок 1) состоит из металлического закрытого тигля 1, который помещается в чугунную ванну 2, а последняя в свою очередь окружена латунной рубашкой 3. Такое устройство предохраняет ванну от излишнего излучения тепла. Тигель с внутренней стороны имеет метку для указания уровня налива испытуемой жидкости. Крышка тигля снабжена заслонкой с двумя отверстиями, гнездом для термометра, зажигательным приспособлением 4, пружинным рычагом 6 и мешалкой 5 с гибкой передачей. При повороте пружинного рычага открываются заслонки и наклоняется в паровое пространство тигля зажигательное приспособление. Нагрев осуществляется электроплиткой.
Рисунок 1- Прибор для определения температуры вспышки в закрытом тигле: 1 - металлический тигель; 2 - чугунная ванна; 3 - латунная рубашка; 4 - зажигательное приспособление; 5 - мешалка; 6 - пружинный рычаг. Перед определением прибор устанавливают в помещении, где отсутствует резкое движение воздуха. Снимают с прибора термометр, крышку с мешалкой и вынимают тигель. Эти части, соприкасающиеся с маслом, тщательно промывают бензином и сушат. Испытуемое обезвоженное масло наливают в тигель до метки, устанавливают тигель на место и закрывают крышкой. В крышке укрепляют термометр, проверяют, работает ли мешалка, пружинный рычаг и зажигают фитиль зажигательного устройства. Перед началом испытания записывают барометрическое давление. При периодическом помешивании нагревают прибор, повышая температуру со скоростью 5—8 °С/мин для продукта с температурой вспышки от 50 до 150 °С и 10—12 °С/мин для продукта с температурой вспышки выше 150 °С. За 30 °С до ожидаемой температуры вспышки скорость нагревания уменьшают до 2 °С/мин. Когда нефтепродукт нагреется до температуры на 10 °С ниже ожидаемой температуры вспышки, проводят испытание на вспыхивание масла через 1 °С для продуктов с температурой вспышки до 150 °С и через 2 °С для продуктов с температурой вспышки выше 150 °С. Для этого на 1 с поворачивают пружинный рычаг и наблюдают за появлением синего быстро исчезающего пламени над поверхностью нефтепродукта. Отмечаемую при этом температуру фиксируют как температуру вспышки. Перемешивание во время испытания на вспышку не проводят, но продолжают его в периоды между включениями зажигательного устройства. Получив первую вспышку, нагревание продолжают и через 1— 2 °С повторяют зажигание. Если вспышки не происходит, испытание считают Неправильным и повторяют его снова со свежей порцией масла. Если испытанию подвергается неизвестное масло, то в этом случае нагревание ведут со скоростью 4 °С/мин при постоянном помешивании. Через каждые -4 °С проводят испытание на вспыхивание масла. Определив ориентировочную температуру вспышки, повторяют испытание со свежей порцией масла по описанной выше методике. Если испытание проводится при барометрическом давлении, отличающемся от 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) на 0,002 МПа (15 мм рт. ст.) и более, то вводят поправку по формуле 1. В приведенной ниже таблице 2 даны поправки, вычисленные (с точностью до 1 °С) по формуле 1. Таблица 2 - Влияние барометрического давления на определение температуры вспышки нефтепродуктов
Расхождение между параллельными определениями при температуре вспышки до 50 °С не должно превышать 1 °С, выше 50 °С—2 °С. Наряду с описанным прибором с ручным управлением в промышленных лабораториях применяют автоматический прибор ЛАВН (лабораторный анализатор вспышки нефтепродуктов). В этом приборе автоматизированы: операция заполнения тигля нефтепродуктом, регулирование скорости нагревания, зажигание смеси паров нефтепродукта с воздухом, регистрация результатов анализа, охлаждение прибора и его разгрузка. Испытуемый нефтепродукт заливается в мерник-дозатор прибора, снабженный электрообогревом, с помощью которого можно подогреть вязкие пробы. Подача нефтепродукта из мерника в тигель так же, как и его охлаждение и выгрузка после анализа, осуществляется пневматически при давлении воздуха 0,3—0,5 МПа (3—5 кгс/см2). Электрообогрев тигля с пробой регулируется с помощью термореле. Для зажигания смеси паров нефтепродукта с воздухом прибор снабжен запальной свечой и бобиной. Результаты анализа фиксируются на регистрирующем устройстве. Все управление анализатором вынесено на переднюю панель прибора. 2.2 Определение температуры вспышки на приборе ПТВ-1 Прибор ПТВ-1 (рисунок 2) представляет собой полуавтоматическое устройство для определения температуры вспышки топлив и масел и состоит из блока питания и блока вспышки, смонтированных в одном металлическом корпусе. В верхней части корпуса имеется гнездо, в которое помещается тигель 8 с испытуемым нефтепродуктом. Нагрев тигля осуществляется электрическим подогревателем. Скорость нагрева регулируется автоматически. Рядом с верхней частью тигля прикреплен съемный воспламенитель паров нефтепродукта 7 в виде петли из нихромовой проволоки; Тигель и петля покрываются съемной крышкой 9 со смотровым стеклом. Все управление прибора выведено на лицевую панель. Назначение кнопок, тумблеров и переключателей указано на панели. Прибор присоединяется сетевым шнуром к источнику тока и должен быть обязательно заземлен. Недостатком этого аппарата является ручное управление, длительность измерительного цикла и низкая точность определения температуры вспышки из-за субъективности ее оценки.
Рисунок 2 - Прибор ПТВ-1: 1 - тумблер включения питания; 2 - переключатель скорости подъема температуры; 3 - кнопка включения воспламенителя; 4 - тумблер переключения измеряемых температур; 5 - тумблер дополнительного нагрева; 6 - измерительный прибор-термометр; 7 - воспламенитель; 8 - тигель; 9 - съемная крышка. Перед проведением анализа снимают с прибора крышку 9, воспламенитель 7 и вынимают тигель 8. Эти детали промывают бензином, потом тщательно протирают и сушат до исчезновения запаха бензина, после чего устанавливают на свои места. Тумблером 1 включают прибор в сеть и, нажав кнопку, убеждаются, что спираль воспламенителя в течение 5—8 с накаляется до ярко-красного цвета. Для равномерного нагрева прибора тумблер 4 переключают на положение 50—150 °С, а регулятор скорости нагрева в положение «6». При достижении температуры 100 °С регулятор скорости ставят в нулевое положение. После предварительного прогрева приступают к проведению анализа. Вновь снимают воспламенитель и тигель. Наливают в тигель испытуемый нефтепродукт до метки и снова устанавливают тигель и воспламенитель в прибор, причем петля воспламенителя должна находиться ниже верхнего края тигля на 0,2—0,4 мм. Закрыв, тигель крышкой, регулятор скорости подъема температуры устанавливают в положение «6» и наблюдают за температурой, которая должна подниматься со скоростью 2 °С/мин. В противном случае, манипулируя регулятора скорости температур и тумблером дополнительного нагрева, устанавливают необходимую скорость повышения температуры. Если не было вспышки нефтепродукта до 150 °С, переключают измеритель температуры на интервал 150—250 °С. Когда нефтепродукт нагреется до .температуры на 20 °С ниже ожидаемой температуры вспышки, проводят испытание на появление вспышки. Через каждые 2 °С нажимают на 5с кнопку включения спирали воспламенителя и через смотровое стекло крышки наблюдают за появлением быстро гаснущего голубоватого пламени. Этот момент фиксируют по измерителю температуры 6 как температуру вспышки. Охладив прибор до 50 °С, проводят повторное определение температуры вспышки со свежей порцией масла. Расхождение между параллельными определениями не должно превышать 4 °С, а для тяжелых масел 6 °С. Если испытанию подвергается неизвестный нефтепродукт, то проводят предварительное определение температуры вспышки, нагревая нефтепродукт со скоростью 5—8 °С/мин. Через каждую минуту проводят испытание на вспыхивание масла. Определив приблизительную температуру вспышки, устанавливают постоянную скорость нагрева и повторяют опыт со свежей порцией нефтепродукта по описанной выше методике. 2.3 Определение температуры вспышки на автоматическом аппарате для определения температуры вспышки Для проведения измерения температуры вспышки пользователь выбирает одну из заданных программ, соответствующую испытываемому продукту, помещает в камеру нагрева тигель с образцом, устанавливает в рабочее положение привод мешалки, термодатчик и детектор вспышки. Запуск испытания осуществляется простым нажатием клавиши. Автоматический аппарат для определения температуры вспышки в закрытом тигле типа ТВЗ-ЛАБ-12 приведен на рисунке 3.
Рисунок 3 - Аппарат ТВЗ-ЛАБ-12 В ходе испытания аппарат автоматически нагревает и перемешивает пробу с требуемой скоростью и вносит в тигель горелку через заданные интервалы температур согласно выбранной программе. Текущая температура образца, атмосферное давление и заданные параметры испытания отображаются на дисплее. Вспышка регистрируется автоматически при помощи детектора вспышки, при этом процесс нагревания прекращается, а на дисплее аппарата отображается значение температуры вспышки. По окончании процесса автоматически включается вентилятор принудительного охлаждения нагревателя. Технические характеристики прибора приведены в таблице 3 Таблица 3 - Технические характеристики аппарата для определения температуры вспышки в закрытом тигле
3. Методы измерения температуры 3.1 Контактные методы измерения температуры Существуют два основных способа для измерения температур — контактные и бесконтактные. Контактные способы основаны на непосредственном контакте измерительного преобразователя температуры с исследуемым объектом, в результате чего добиваются состояния теплового равновесия преобразователя и объекта. Этому способу присущи свои недостатки. Температурное поле объекта искажается при введении в него термоприемника. Температура преобразователя всегда отличается от истинной температуры объекта. Верхний предел измерения температуры ограничен свойствами материалов, из которых изготовлены температурные датчики. Кроме того, ряд задач измерения температуры в недоступных вращающихся с большой скоростью объектах не может быть решен контактным способом. В зависимости от типа прибора, для определения температуры вспышки нефтепродуктов применяют ртутные термометры, термометры сопротивления и термоэлектрические преобразователи(термопары). 3.1.1 Ртутные термометры Согласно ГОСТ 6356-75, для определения температуры нефтепродукта на аппарат ТВЗ (ТВ-1),используются ртутные термометры типов ТИН-1, ТИН-2, ТН-1, ТН-2, ТН6 по ГОСТ 400-80. Термометр ТН-6 применяют при испытании продуктов с температурой вспышки ниже 12 °С. Недостатками применения ртутных термометров является долгое время измерения и низкая точность определения температуры вспышки из-за субъективности ее оценки. Основные параметры термометра типа ТИН-1 приведены в таблице 4 Таблица 4– Основные параметры термометра типа ТИН-1
3.1.2 Термометры сопротивления Для автоматического аппарата для определения температуры вспышки в закрытом тигле ТВЗ-ЛАБ-11, в качестве устройства для определения температуры нефтепродукта используют термометр сопротивления Pt100. Термометр сопротивления — электронный прибор, предназначенный для измерения температуры. Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления металлов, сплавов и полупроводниковых материалов от температуры. Термопреобразователи выполняют в виде катушки из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенной в защитную гильзу. Термопреобразователи сопротивления могут подключаться к прибору с использованием двухпроводной линии, но при этом отсутствует компенсация сопротивления соединительных проводов и поэтому будет наблюдаться некоторая зависимость показаний прибора от колебаний температуры проводов. Наиболее точными и стабильными во времени являются термометры сопротивления на основе платиновой проволоки или платинового напыления на керамику. Наибольшее распространение получили Pt100 (сопротивление при 0 °С - 100Ω) Зависимость от температуры почти линейна и подчиняется квадратичному закону при положительной температуре и уравнению 4 степени при отрицательных. studfiles.net | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
