17 Билет

Расходомеры постоянного перепада давления

Проходящий через ротаметр снизу поток жидкости или газа поднимает поплавок до тех пор, пока расширяющаяся кольцевая щель между телом поплавка и стенками конусной трубки не достигнет величины, при которой действующие на поплавок силы уравновешиваются и он устанавливается на той или иной высоте в зависимости от величины расхода.

На поплавок ротаметра действуют осевые силы, направленные в противоположные стороны.

Сверху вниз действуют:

— сила тяжести поплавка — — сила давления потока на верхнюю плоскость поплавка —Снизу вверх на поплавок действуют также две силы:

— сила от давления потока на нижнюю поверхность поплавка

— сила трения потока о поплавок

Ротаметры выполняются со стеклянной или металлической трубкой. Шкала в ротаметрах со стеклянной трубкой вытравлена на самой трубке и отсчет ведется по верхней горизонтальной плоскости поплавка. В верхней части поплавка часто делают косые прорези, благодаря чему поплавок вращается вокруг вертикальной оси. При вращении поплавок центрируется внутри трубки, не соприкасаясь со стенками; его чувствительность повышается. Ротаметры со стеклянной трубкой изготовляются на давления жидкости или газа, не превышающие 0,58 МПа (6 кГ/см²). При более высоких давлениях жидкости или газа и для измерения расхода пара применяют ротаметры с металлической трубкой. Эти ротаметры выполняются с электрической (рисунок 5.23 в) и пневматической дистанционными передачами.Шкалы ротаметров практически равномерны, ими можно измерять небольшие расходы, потери давления в них незначительны и не зависят от величины расхода.

Физический газоанализатор (кондуктометрический)

Принцип действия термокондуктометрических газоанализаторов основан на зависимости теплопроводности газовых смесей от ее состава.

Если спиральки предварительно нагреть, то газовые смеси их по-разному охлаждают, так как обладают различной теплопроводностью. Режим работы терморезисторов подбирается таким образом, чтобы теплопередача в камерах детектора происходила за счет теплопроводности через слой газа, а конвекция и излучение были минимальны. Возникает разбаланс мостовой схемы и можно измерить концентрацию анализируемого вещества в газовой смеси.

Достоинством термокондуктометрического метода измерения является универсальность, такие газоанализаторы можно отградуировать на различные газовые смеси.

Недостатками — имеют не очень высокий класс точности, ячейки являются неремонтопригодными элементами, необходим большой объем анализируемой пробы, сложности калибровки прибора.

Физический газоанализатор (магнитный на кислород)

Для анализа состава дымовых газов в содорегенерационных и известерегенерационных печах на содержание в них кислорода, используются магнитные газоанализаторы. По этим приборам определяют полное сгорание и необходимое количество избыточного воздуха, подаваемого в топку.

Наиболее распространенным является термомагнитный газоанализатор.

1 — блок подготовки; 2 — постоянный магнит; 3 — кольцевая камера; 4 — стеклянная трубка; R₁ и R₂ — терморезисторы; 5 — неуравновешенный мост; 6 — потенциометр.

Анализируемый газ поступает из блока подготовки 1 с постоянным объемным расходом в кольцевую камеру 3. По диаметру этой камеры установлена тонкостенная стеклянная трубка 4 с намотанными на ней терморезисторами теплового расходомера R₁ и R₂. Если в анализируемом газе отсутствует кислород, то при горизонтальном положении трубки 4 поток газа через нее отсутствует.

Когда в анализируемом газе имеется кислород, он втягивается в магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом 2 около левого (на рисунке) конца трубки 4. Затем кислород нагревается терморезистором R₁ до температуры выше точки Кюри (~80 ⁰С), при котором он теряет свои парамагнитные свойства, становится диамагнитным и выталкивается из магнитного поля (в направлении стрелки на рис.). Возникает «магнитный ветер» — поток газа, протекающий по трубке 4. Разбаланс неравновесного моста 5, определяемый объемной концентрацией кислорода в анализируемом газе, измеряется и регистрируется потенциометром 6.

К достоинствам этого метода измерения относятся — бесконтактный метод измерения, возможность очистки стеклянной конструкции от загрязнений, накипи и т.д.

К недостаткам — сложность усиления сигнала, если содержание кислорода в смеси не очень большое.

Статические характеристики

Статическая характеристика — это зависимость между входными и выходными величинами в определенный момент времени (без учета фактора времени) в установившемся режиме. Уравнение этой зависимости (для линейных систем регулирования) называется уравнением статики и имеет вид:

y = ƒ(x)  или  у = к х,

где у — значение выходного сигнала; х — значение входного сигнала; к — коэффициент пропорциональности (усиления, передаточное число и т.д.).

Коэффициент усиления показывает, во сколько раз изменение выходной величины больше или меньше входной величины. Поэтому он может быть больше или меньше единицы.

Статическая характеристика может быть представлена уравнением, графиком или таблицей. При графическом изображении статической характеристики по оси абсцисс откладывают значения входной величины х, а по оси ординат — значения выходной величины у.

Если входная и выходная величины имеют одинаковую размерность, то коэффициент усиления есть безразмерная величина, в противном случае он имеет размерность. Коэффициент усиления можно свести к безразмерному значению, если изменения х и у выразить в относительных величинах. В этом случае изменения х и у рассматриваются не относительно нулевых, а относительно некоторых постоянных, условно принятых (базовых) значений, то есть как Δх и Δу.

Виды статических характеристик: Линейные

Статическая характеристика называется линейной, если зависимость между х и у линейна (графически она представляет собой прямую линию). Элемент с такой характеристикой также называется линейным.

Нелинейные

Характеристика описывается нелинейным уравнением или системой уравнений, а ее график есть кривая или ломаная линия и такая характеристика называется нелинейной, а соответствующее техническое устройство — нелинейным.

Дискретные (позиционные)

Дискретными характеристиками называются такие зависимости, у которых входная величина изменяется по закону непрерывной функции, а выходной сигнал появляется только тогда, когда входная величина достигнет определенного значения, то есть прерывисто (дискретно).

Импульсные

Это такие зависимости, когда входная величина изменяется по любой закономерности, а выходной параметр появляется через одинаковые промежутки времени, то есть с определенной частотой во времени. Такие зависимости характерны для телевидения, импульсных регуляторов.

Динамические характеристики

Динамические свойства автоматической системы и ее элементов могут быть описаны дифференциальными уравнениями, передаточными функциями, временными и частотными характеристиками.

Они показывают изменения выходного параметра во времени при изменении входного по определенному закону.

Из экспериментальных методов исследования наиболее распространено снятие временной характеристики при типовом возмущении.

В теории автоматического регулирования используется несколько типовых воздействий (возмущений): — скачкообразное, когда входная функция изменяется скачком на конечную величину и в дальнейшем ее величина не изменяется; — импульсное, когда функция в момент нанесения возмущения изменяется скачком на определенную величину, а по истечении некоторого промежутка времени также скачком возвращается к нулевому значению; — гармоническое, то есть является гармонической функцией времени и других параметров.

Динамические характеристики являются парными функциями, то есть изменяются во времени входная и выходная величины.

Временные характеристики - это зависимость от времени выходной величины при поступлении на вход типового воздействия, то есть динамическая характеристика является временной характеристикой.

Переходная функция — это реакция элемента или системы на единичное значение скачкообразного входного воздействия.

Ступенчатое изменение (скачок) рассматривается как изменение входной величины на единицу или долю от нее.

Виды переходных характеристик:

В зависимости от динамических свойств объекта или элементов в системе автоматического регулирования они бывают: 1. Апериодические (устойчивые, неустойчивые), (сходящиеся, расходящиеся), то есть кривая изменения параметра не пересекает линию задания.

2. Колебательные (устойчивые, неустойчивые), (сходящиеся, расходящиеся), когда кривая изменения параметра во времени колеблется относительно линии задания.

По виду динамических характеристик можно судить о свойствах элемента или системы автоматического регулирования, например, о времени переходного процесса, колебательный это процесс или апериодический, устойчивый или неустойчивый, качественный или нет и т.д