Определите цену деления чашечного манометра в единицах давления, если он заполнен ртутью.

 

Диаметр минусовой трубки 6, диаметр плюсового сосуда 60мм. Деления на шкале нанесены через 1мм.

Условия измерения: t = 0 °C, g = 980,665 м/сек2

 

Значение P измеряемого давления через высоту h столба жидкости чашечного манометра вычисляется по формуле:

,

где ρ – плотность заполняемой жидкости(в нашем случае 13595 кг/м3); f и F соответственно площади сечения трубки и плюсового сосуда, м2, откуда цена деления, соответствующая 1мм,

Рис.8. Манометр, заполненный ртутью

 

 

Таким образом, изменение показаний на 1мм соответствует изменению давления на 1,01 мм рт. ст. Легко заметить, что неучет цены деления шкалы манометра вызовет систематическую погрешность 1%.

 

5.10. Три манометра различным образом установлены на трубопроводе с водой под давление 0.8МПа. Одинаковыми ли будут их показания?

Неодинаковыми, так как на показание манометра влияет давление, создаваемое столбом жидкости, заполняющей импульсную трубку. Наибольшее значение покажет манометр 3,наименьшее - 1. На показании 2 манометра столб жидкости не будет оказывать влияние, т.к. место отбора давления и манометр расположены на одном уровне.

 

 

Рис. 9. Измерение давления манометрами,

находящимися на разном уровне.

 

 

Влияет ли плотность жидкости, заполняющей колокольный дифманометр, на его диапазон измерения?

Ответ: Из уравнения, связывающего перемещение колокола с перепадом давления (Δ χ =Δр*F/К_п), очевидно, что Δ χ не зависит от плотности заполняющей жидкости. Однако следует иметь в виду, что под действием перепада происходит перемещение не только колокола, но и жидкости. Уровень жидкости под колоколом опускается, а вне колокола поднимается, причем разность уровней ΔН определяется измеряемым перепадом давлений ΔР и плотностью жидкости ρ: ΔР=ΔНρg.

Плотность жидкости должна иметь такое значение, чтобы ΔН было меньше допустимого. Например, если ρ будет очень мало, то при том же ΔР значение ΔН будет велико и жидкость может попасть в импульсную трубку. Поэтому плотность жидкости должна выбираться в соответствии с диапазоном измерения дифманометра и размерами колокола.

 

Измерение расхода

6.2. По трубе диаметром D = 100 мм движется поток жидкости со средней скоростью Vc=1/5 м/с.

Определите массовый расход жидкости, если ее плотность ρ=990 кг/м3.

Объемный расход равен произведению средней скорости на площадь сечения потока:

Следовательно, массовый расход

 

Трубопровод заполнен неконденсирующимся газом. Импульсные трубки к мембранному дифманометру частично заполнены водой, причем при нулевом расходе уровень в этих трубках одинаков. Будет ли изменяться уровень в них при изменении расхода газа?

Ответ: Уровень будет изменяться. При увеличении расхода появляется перепад давления, под действием которого мембранная коробка в плюсовой камере дифманометра сжимается, ее объем уменьшается, а объем плюсовой камеры увеличивается. Одновременно расширяется мембранная коробка в минусовой камере, объем коробки увеличивается, объем минусовой камеры уменьшается.

Если объем плюсовой камеры увеличится, у нее из импульсной трубки поступит дополнительное количество воды, что приведет к понижению уровня в плюсовой импульсной трубке. Из минусовой камеры, наоборот, часть воды будет вытеснена в импульсную трубку, уровень в ней возрастет.

Рис. 10. Мембранный дифманометр, заполненный водой.

 

т.о. При появлении расхода газа появляется разница уровней воды в импульсных линиях, которая создаст перепад, противоположный по знаку перепада на сужающем устройстве. Очевидно, что без стабилизации уровней в импульсных трубках дифманометр будет показывать заниженный расход, причем абсолютная погрешность будет расти с увеличением расхода.

 

6.17. В трубопроводе диаметром 100 мм протекает вода, расход которой меняется от 0 до 300 м3/ч. Для измерения расхода установлены ультразвуковые излучатель и приемник. Расстояние между излучателем и приемником 300 мм. Определите время прохождения ультразвуковых колебаний при распространении их по потоку и против потока. Скорость распространения звуковых колебаний в воде С = 1500 м/с.

Максимальная скорость воды

Время прохождения звуковых колебаний по потоку

Время прохождения звуковых колебаний против потока

Время прохождения звуковых колебаний при нулевой скорости воды

 

Измерение уровня

7.3. Уровень воды в емкости измеряется гидростатическим способом. Максимальный уровень Hmax = 400 мм. Оцените относительную погрешность измерения максимального уровня, вызванную изменением уровня воды в минусовой импульсной трубке мембранного дифманометра. Внутренний диаметр импульсных трубок d= 10 мм.

При изменении уровня от 0 до Нmax происходит изменение объема минусовой камеры дифманометра на Δ V = 4 см^3. При Н=0 уровни воды в обеих импульсных трубках равны. Температура окружающей среды и воды в емкости и трубках t=20 C.

Ответ: При изменении уровня от 0 до максимума изменяется перепад давления между плюсовой и минусовой камерами дифманометра. При этом часть воды, находящейся в минусовой камере, вытесняется в минусовую импульсную трубку. Кол-во вытесненной воды зависит от перепада давления и конструкции дифманометра. Вода, вытесненная в минусовую импульсную трубку, повышает в ней уровень, что вызывает занижение показаний уровнемера, при чем абсолютная погрешность измерения равна увеличению уровня жидкости в трубке.

Изменение уровня воды в минусовой трубке за счет вытеснения 4 см³ воды из дифманометра будет равно Δh = 4ΔV/πd²= 50.9 мм.

Для уровня Н_max = 400 мм относительная погрешность измерения δ H = -12.73 %.

 

7.5. Оценить погрешность, если на минусовой импульсной линии установлен уравнительный сосуд, диаметром d_c =100 мм. D_п = 77 мм. Диаметр сменного сосуда D_с = 64.6 мм. Плотность ртути в дифманометре при t=20⁰C ρ_рт = 13 546 кг/м³. Плотность воды ρ_в= 998, 2 кг/м³

 

 

и

В этом случае погрешность объема жидкости в 20,8 см2 приведет к увеличению уровня в уравнительном сосуде

H=4*V/π*dl2 =4*20,8/π*102=0,265 см=2,65 мм

Погрешность, вызванная таким изменением уровняв минусовой импульсной трубке, будет достаточно малой (около 0,7). В этом заключается смысл применения уравнительных сосудов при измерении уровня гидростатическим способом

Рис. 11. Уравнительный сосуд на измерительной лини

 

7.8 Пьезометрический уровнемер измеряет уровень щелочи в выпарном аппарате. Определить давление воздуха в источнике питания и примерный часовой расход воздуха при максимальном уровне. Максимальная плотность раствора щелочи ρ=1280 кг/м3. Диапазон изменения уровня 0-400 мм, внутренний диаметр пневмометрической трубки d=6мм, температура жидкости в аппарате 80 С, абсолютное давление в аппарате 16 кПа.

 

1)При измерении уровня пневмометрическим методом давления воздуха в источнике питания принимается приблизительно на 20 кПа больше, чем то, которое нужно, чтобы преодолеть давление столба жидкости и давление в аппарате.

Максимальное давление столба жидкости:

Следовательно, минимальное абсолютное давление воздуха в напорной линии должно быть: Рв = Рс + Ра + 20 = 41.02 кПа, т.е. в качестве источника питания можно использовать атмосферный воздух.

2)Расход воздуха должен быть таким, чтобы из трубки выходили в жидкость один-два пузырька воздуха в секунду. При двух пузырьках воздуха в секунду за 1 ч через раствор пройдет объем воздуха, равный (в предположении, что диаметр пузырька равен диаметру трубки)

Воздух, выходящий из трубки, имеет температуру 80 С и находится под абсолютным давлением, несколько большим чем значение 21.02 кПа. Предположим, что оно равно 25 кПа. В этом случае легко определить объемный часовой расход воздуха, отбираемого из атмосферы при нормальных условиях t=20 C и P=101.3 кПа:

Индекс «н» относится к нормальным, индекс «р» к рабочим параметрам воздуха, k=1 – коэффициент сжимаемости воздуха.

 

 

7.9 Рассчитайте емкость и коэффициент преобразования измерительного преобразователя емкостного уровнемера, предназначенного для измерения уровня в баках-хранилищах керосина, от нулевого до максимального значения =8 м.

Емкостной преобразователь, представленный на рис. 12, состоит из полого металлического цилиндра диаметром D=600 мм (внешний электрод), внутри которого коаксиально расположен металлический тросик диаметром d= 1,5 мм, покрытый слоем изоляции толщиной b= 1 мм(внутренний электрод. Длина преобразователя l= 8 м, емкость конструктивных элементов = 75 пФ. Относительная диэлектрическая проницаемость паров керосина =1, керосина = 2,1, изоляционного покрытия тросика =4,2.

Решение:

Емкость цилиндрического преобразователя рассчитывается по формуле:

= + + ,

Где - емкость части преобразователя, заполненной жидкостью; - емкость части преобразователя, заполненной парами.

Рис.12. Емкостной преобразователь.

 

 

В свою очередь:

; ,

Где , - емкость между внешним электродом и наружной поверхностью внутреннего электрода, заполненных соответственно керосином и его парами, - то же между внешней поверхностью внутреннего электрода и самим тросиком. Эти составляющие вычисляются как емкости цилиндрических конденсаторов:

; ;

; ,

Где = 8,854 пФ/м – абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума.

Следовательно,

;

;

При h=0 =1868,3 пФ; С= 1943,3 пФ. При h=8 м =3923,4 пФ; =0; С= 3998,4 пФ. Коэффициент преобразования:

S= = =256,89 пФ/м.

 

Анализ состава жидкостей и газа

8.2. Постоянная ячеки К=11,2 м^-1. Ячейка заполнена раствором, и ее сопротивление при этом составляет 5 МОм.

Определите концентрацию раствора, если известно, что зависимость между концентрацией С и удельной электропроводностью χ₀ описывается уравнением χ₀=α*С, где α=1,75*10^-8 _.

 

Удельная электропроводность раствора χ₀ может быть определена из выражения

Концентрация

 

8.3 Электродная ячейка (рис. №) с постоянной К-190 м^-1 заполнена раствором KCl концентрацией 5%, удельная электропроводность раствора при 20⁰С χ₀=7,18 См/м. Температура раствора может изменяться в интервале 20-40⁰С, при этом средний температурный коэффициент электрической проводимости раствора равен

β=0,0201 К^-1.

Приведенное сопротивление R_пр измерительной ячейки, шунтированной магнанитовым резистором R_ш, будет равно

При изменении температуры раствора от первоначального значения t₁ до дтекушего t приведенного сопротивления R_прt станет равным

где - сопротивление электродной ячейки при t₁.

Очевидно, что зависимость приведенного сопротивления ячейки от температуры имеет неоинейный характер (рис №№), в то время как изменение сопротивления компенсирующего медного резистора имеет линейный характер (рис. №№). Поэтому полная температурная компенсация возможна только при двух значениях температуры. Для осуществления компенсации необходимо, что бы изменение приведенного сопротивления ΔR_пр было равным и противоположным по знаку изменению сопротивления медного резистора ΔR_м.

Для Δt=t₂-t₁, имеем

ΔR_м= R_м2- R_м1= R_м0αΔt;

Отсюда легко получить выражение для

Определим значение сопротивления медного резистора при t=0⁰C, учитывая, что по условию

 

⇐ Предыдущая123

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: