 |
Описание установки и методика проведения работы.
|
|
|
|
Схема установки для определения уровня жидкости и
нахождения погрешности измерения гидростатического дифманометрического уровнемера приведена на рис. 4.3.
В аппарат 1, уровень в котором измеряется, жидкость подается по впускному трубопроводу с вентилем 3. Из аппарата жидкость вытекает по сливной трубе с вентилем 6. При определенном положении вентилей 3 и 6 уровень жидкости Н в аппарате 1 может поддерживаться на заданном значении или изменяться. С нижней частью аппарата соединена одна импульсная трубка мембранного дифманометра 5, и через нее в дифманометр подводится большее давление. Другая импульсная трубка, по которой в дифманометр 5 подводится меньшее давление, соединена с уравнительным сосудом 4, заполненным затворной жидкостью с постоянным уровнем.
 |
Рис. 4.3. Схема экспериментальной установки:
1 – аппарат, 2 – уровнемерное стекло; 3,6 – вентили; 4 – уравнительный сосуд; 5 – дифманометр; 7 – вторичный прибор КСД-3.
При проведении работы в аппарате 1 вентилями 3 и 6 устанавливают различные уровни жидкости, которые измеряют гидростатическим уровнемером и фиксируют по шкале вторичного прибора КСД-3; одновременно уровень определяют по уровнемерному стеклу 2, показания которого принимают за действительные значения измеряемой величины. Измерения проводят в пяти – шести точках с
постоянным интервалом как при повышении уровня жидкости в аппарате 1, так и при его понижении (при прямом и обратном ходе). Полученные данные заносят в таблицу и по ним рассчитывают погрешности прибора.
Порядок выполнения работы.
1. Установить вентилями 3 и 6 уровень жидкости, соответствующий первой поверяемой отметке по шкале вторичного прибора КСД-3.
|
|
|
2. Определить действительное значение уровня в емкости 1 по уровнемерному стеклу 2 и записать полученные данные в таблицу 4.1.
3. Повторить работу по пунктам 1 и 2 для различных значений по шкале вторичного прибора КСД3 при прямом и обратном ходе.
4. Рассчитать погрешности измерений и занести результаты в табл. 4.1.
Таблица 4.1. Результаты поверки гидростатического уровнемера.
| Показания, мм | Погрешности | |||||
| По уровне- мерному стеклу | Поверяемого уровнемера | Абсолютные, мм | Приведенные, % | |||
| прямой ход | обрат- ный ход | прямой ход | обрат- ный ход | прямой ход | обрат- ный ход | |
Лабораторная работа 5.7.
ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА МЕТОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
Цель работы. Изучить способ измерения расхода методом переменного перепада давления и ознакомиться с комплектом приборов для измерения расхода этим методом. Выполнить расчетное задание.
Действие расходомеров переменного перепада давления основано на том, что с изменением расхода вещества изменяется перепад давления, создаваемый неподвижным устройством, установленном в трубопроводе.
Комплект расходомера переменного перепада давления с сужающим устройством (рис.5.1) состоит из установленного на трубопроводе сужающего дроссельного устройства 1, соединительных импульсных трубок 2 и какого-либо измерителя перепада давления, например, U- образного дифманометра 3. При прохождении жидкости, газа или пара через сужающее устройство средняя скорость потока (рис.5.1б) увеличивается, и часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую. В результате этого статическое давление потока после сужающего устройства уменьшается, что вызывает перепад давления на нем (рис.5.1в).
|
|
|
Измерение расхода методом переменного перепада давления возможно при соблюдении следующих условий: поток заполняет все поперечное сечение трубопровода; агре- гатное состояние вещества при переходе через сужающее устройство не изменяется; поток является практически установившимся.
Запишем уравнения неразрывности струи и Бернулли для сечений I–I и II–II:
Р / W 2 / 2 P / W 2 / 2; AW A W, (5-1)
1 1 2 2 1 1 2 2
где Р1 и Р2 – статические давления; W1 и W2 – скорости; A1и А2 – площади сечений потоков I–I и II–II; ρ – плотность вещества.
После несложных преобразований получаем:
F 0, (5-2)
|
 |
Рис. 5.1. Расходомер переменного перепада давления:
а – схема расходомера; б, в – распределение скоростей W и давлений Р в сужающем устройстве по длине трубопровода L; 1 – сужающее устройство; 2 – соединительные импульсные трубки; 3 – дифманометр; I-I – сечение потока, в котором еще не сказалось возмущающее воздействие сужающего устройства; II-II – сечение потока в месте его наибольшего сжатия; III-III – сечение потока в месте его полного расширения после сужающего устройства.
| Величину | α, | учитывающую | соотношение между |
| теоретическим | и | действительным | расходом вещества, |
называют коэффициентом расхода. Последний зависит от формы и размеров сужающего устройства, физических свойств вещества и режима течения.
Описание установки и методика проведения работы. Схема установки для проведения эксперимента показана на рис. 5.2.
Вода из мерного бака 4 свободно сливается в бак 5 через отверстие, которое может перекрываться запорным устройством 2 с ручным приводом. Из сливного бака 5 вода центробежным насосом 12 подается, в зависимости от положения гибкого шланга 3, в бак 5 или в мерный бак 4. Количество воды в мерном баке 4 определяется по показаниям уровнемерного стекла 7.
 |
Рис.5.2. Установка для определения расхода жидкости расходомером переменного перепада давления:
|
|
|
1 – уровнемерное стекло; 2 – запорное устройство; 3 – шланг; 4 – мерный бак; 5 – сливной бак; 6,11 – вентили; 7 – ртутный дифманометр; 8 – диафрагма; 9 – дифманометр ДМ-П2; 10 – вторичный прибор; 12 – насос.
Расход воды, протекающей по нагнетательному трубопроводу, можно определить по времени заполнения мерного бака 4 иди с помощью расходомера переменного перепада давления, а затем сравнить их.
1. Получить от преподавателя данные о размерах сужающего устройства (модуль m) и трубопровода (внутренний диаметр).
2. Найти значения величин αисх, Кш, Кп и рассчитать величину коэффициента расхода α.
3. По заданному значению перепада давления на сужающем устройстве рассчитать по уравнению (5-2) величину расхода воды по трубопроводу.
Расчетное задание по измерению расхода методом переменного перепада давления
Лабораторная работа 5.8.
ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА МЕТОДОМ ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и методикой определения расхода методом постоянного перепада давления. Изучить устройство ротаметра с
пневматической дистанционной передачей показаний на расстояние,
Действие расходомеров постоянного перепада давления основано на том, что изменение расхода вещества вызывает вертикальное перемещение поплавка, находящегося в потоке. При этом изменяется площадь проходного сечения прибора, а перепад давления на поплавке остается постоянным.
Ротаметры выполняют в виде вертикальной конической трубки, в которой находится поплавок (рис.6.1). Изменение расхода вещества вызывает перемещение поплавка в трубке на некоторую высоту; при этом из- меняется площадь кольцевого зазора между поплавком и внутренними стенками трубки.
Перепад давления ∆Р на поплавке остается постоянным (он определяется массой поплавка и площадью его сечения):
∆P = Vg(ρп – ρ)/A0, (6-1)
где A0 – площадь сечения поплавка в месте наибольшего диаметра; ρп и ρ – плотности материала поплавка и измеряемой среды; g – ускорение свободного падения; V – объем поплавка.
|
|
|
Рис.6.1. Ротаметр с конической трубкой.
Ротаметр пневматический РП (рис.6.2.) предназначен для непрерывного измерения расхода жидкости и преобразования его в пропорциональный пневматический сигнал. Он состоит из ротаметрической и пневматической частей.
Рис.6.2. Ротаметр с пневматической передачей:
1 – диск; 2 – поплавок; 3 – цилиндрический магнит; 4 – плоский
магнит; 5 – шкала; 6 – стрелка; 7 – рычаг; 8 – демпфер; 9 – сильфон
обратной связи; 10 – заслонка; 11,15,17 – сопла; 12 – камера; 13 – сильфоны; 14 – постоянный дроссель; 16 – тарельчатый клапан.
При увеличении расхода жидкости поплавок 2 поднимается вверх, и через систему магнитов и рычагов его перемещение передается на стрелку 6 и заслонку 10. Последняя приближается к соплу 11, что вызывает увеличение давления в камере 12, сжимание сильфонов 13 и увеличение подачи воздуха питания из сопла 15 в выходную линию. Давление в ней возрастает до тех пор, пока выходной сигнал через сильфон обратной связи 9 не уравновесит заслонку. В результате устанавливается пропорциональная зависимость между измеряемым расходом, перемещением поплавка 2, зазором в системе сопло 11 – заслонка 10 и давлением воздуха в выходной линии РВЫХ, которое подается на вторичный прибор.
Лабораторная работа 6.6.
ИЗУЧЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО рН-МЕТРА И ЕГО ПОВЕРКА
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройством промышленного рН-метра рН-201, состоящего из магистрального чувствительного элемента ДМ-5М, высокоомного промышленного преобразователя П-201 и самопишущего потенциометра типа КСП-2. Выполнить поверку показаний измерительного комплекта.
Степень кислотности или щелочности растворов электролитов численно характеризуют отрицательным десятичным логарифмом активности ионов водорода и обозначают символом рН:
pH = – lg [H+] (7-1)
Для измерения рН растворов собирают измерительную ячейку, состоящую из сравнительного и измерительного электродов, к которым подключается потенциометр. В качестве измерительных используют водородный или стеклянный электроды. Первый представляет собой пла- стинку из платины, покрытую платиновой чернью, к которой подводится газообразный водород. В комплекте с ним используют нормальный водородный электрод, помещаемый в сосуд с раствором серной кислоты с рН = 0. Эти электроды образуют гальванический элемент, э.д.с. которого Е связана с рН раствора уравнением Нернста:
E = – (2,3RTpH)/F, (7-2)
где R – универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура, F – число Фарадея.
|
|
|
В промышленных условиях применение водородного электрода затруднительно, поэтому в качестве
измерительного там используют стеклянный электрод, а в качестве сравнительного – каломельный (рис.7.1).
Рис.7.1. Схема работы рН-метра со стеклянным и каломельным электродами:
1 – стеклянный электрод; 2 – контактный электрод; 3 – раствор НСl; 4 – потенциометр; 5 – ртуть; б – каломель; 7 – каломельный электрод; 8 – раствор КС1; 9 – перегородка; 10 – исследуемый раствор.
Стеклянный электрод представляет собой стеклянную трубку, на конце которой припаян шарик из специального стекла. Внутрь электрода залит раствор соляной кислоты определенной концентрации. При опускании электрода в раствор ионы натрия на наружной поверхности шарика замещаются ионами водорода, в результате чего возникает скачок потенциала Ех. Внутри электрода возникают постоянные скачки потенциала Е1 и Е2.
Каломельный электрод 7 представляет собой
выполненный из диэлектрика корпус, в который залита химически чистая ртуть 5. Над ней помещен слой каломельной пасты 6; остальная часть электрода заполнена раствором хлорида калия. Постоянный потенциал Е3 возникает на границе ртуть – каломель.
Суммарная э.д.с., возникающая в измерительной ячейке, измеряется потенциометром 4, шкала которого отградуирована в единицах рН.
 |
Для преобразования э.д.с. измерительной ячейки в унифицированный аналоговый электрический сигнал используют преобразователь промышленный П-201 (рис.7.2).
Рис.7.2. Схема измерения э.д.с. электродной системы преобразователем П-201.
На вход усилителя поступает сигнал UВХ = Е∑ – UВЫХ. При большом коэффициенте усиления усилителя ЭУ UВЫХ
>>UВХ, поэтому Е∑ ≈ UВЫХ = RIВЫХ. Таким образом, сила тока,
| протекающего | через | резистор | R, практически |
| пропорциональна раствора. | э.д.с. | измерительной | ячейки, т.е. рН |
Описание установки и методика проведения работы. Схема установки, предназначенной для поверки показаний рН-метра, показана на рис.7.3. Установка состоит из отрезка трубопровода 7, на котором смонтирован корпус чувствительного элемента 6 со стеклянным электродом, вспомогательного электрода 4, высокоомного преобразователя 2 с показывающим милливольтметром 3 и самопишущего потенциометра 1. Для заполнения отрезка трубопровода растворами с различными значениями рН
предусмотрена воронка 5. Использованные растворы сливают в сосуд 8 через кран 9. Буферные растворы заливают поочередно в отрезок трубопровода 7 в порядке возрастания величины их рН. После нескольких минут выдержки отмечают значение рН каждого буферного раствора по показывающему милливольтметру высокоомного преобразователя и самопишущему потенциометру. Полученные данные заносят в табл. 7.1 и по ним рассчитывают погрешности прибора. После каждого измерения отрезок трубопровода промывают дистиллированной водой. Предварительно, закрыв кран 5, отрезок трубопровода промывают дистиллированной водой. Затем, открывая этот кран, воду сливают в сосуд 8.
 |
Рис.7.3. Схема установки для поверки показаний рН-метра.
Лабораторная работа КСО
ГРАДУИРОВКА КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО КОНЦЕНТРАТОМЕРА
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструкцией концентратомера КСО-У. Выполнить градуировку прибора на концентрацию хлористого натрия в водном растворе.
Действие кондуктометрических концентратомеров основано на зависимости электропроводимости растворов от их концентрации, которая обычно имеет вид кривой с максимумом.
Для измерения электропроводимости растворов используют электрические ячейки, состоящие из двух электродов, установленных на расстоянии L в сосуде с контролируемым раствором. Если площадь электродов S, а удельная электропроводимость раствора σ, то сопротивление измерительной ячейки R определяется равенством:
R = L/(S. σ) (8-1)
Для измерения сопротивления ячейки используют схему уравновешенного моста, одним из плеч которого является измерительная ячейка, а смежным – сравнительная. Последнюю помещают в исследуемый раствор вместе с измерительной ячейкой, что позволяет скомпенсировать изменение температуры исследуемого раствора.
Концентратомер серной кислоты КСО-У (рис.8.1) предназначен для автоматического непрерывного контроля, регистрации и регулирования концентрации серной кислоты в растворах.
Концентратомер состоит из датчика 1 с электродами и вторичного прибора 2 КСМ-3. Датчик представляет собой сосуд, внутри которого установлен открытый снизу стакан и смонтированы измерительная и сравнительная ячейки.
Рис.8.1. Концентратомер серной кислоты:
1 – датчик; 2 – вторичный прибор.
Вторичный прибор КСМ-З представляет собой автоматический уравновешенный мост переменного тока, двумя смежными плечами которого являются измерительная (RХ) и сравнительная (RСР) ячейки. Два других плеча моста составляют сопротивления R4, R5, R6 R7 и реохорд R1 с шунтирующими резисторами R2 и R3. Мост питается переменным током промышленной частоты, с тем чтобы уменьшить влияние на показания прибора поляризации и связанных с ней погрешностей измерений. Сила тока в измерительной схеме регулируется переменным резистором R8, включенным в питающую диагональ моста последовательно с источником переменного напряжения.
При изменении концентрации раствора, протекающего через датчик, изменяется сопротивление измерительной ячейки, в результате чего нарушается равновесие измерительного моста. Напряжение небаланса поступает на первичную обмотку входного трансформатора Тр электрон- ного усилителя ЭУ моста КСМ-3, усиливается и приводит во вращение ротор реверсивного двигателя РД. Последний смещает движок реохорда R1 до установления равновесия схемы, а также стрелку прибора.
Пределы измерений концентратомера: 75 – 79; 93 – 96 и 95 – 99% серной кислоты. Основная погрешность от ± 0,2.
Описание установки и методика проведения работы. Схема установки для выполнения работы приведена на рис.8.2.
Рис.8.2. Схема установки для градуировки концентратомера КСО-У:
1 – стеклянная воронка; 2 – датчик концентратомера; 3 – вторичный прибор концентратомера; 4 – запорный вентиль.
Установка состоит из датчика концентратомера КСО-У (2), в который через стеклянную воронку 1 поочередно заливают растворы хлористого натрия в воде известной концентрации, и вторичного прибора 3. Слив использованных растворов производится через запорный вентиль 4.
Градуировка проводится при помощи четырех – пяти водных растворов хлористого натрия различной концентрации и заключается в экспериментальном нахождении графической зависимости между количеством делений по шкале вторичного прибора и концентрацией раствора. Растворы заливают в порядке возрастания концентрации. Полученные данные заносят в табл. 8.1 и по ним строят градуировочный график.
Таблица 8.1. Результаты градуировки концентратомера КСО-У.
| Концентрация NaCl в растворе, % масс. | Показания вторичного прибора, деления |
Градуировочный график концентратомера КСО-У
|
Конц. раствора NaCl, %
Список литературы
1. Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М.: Химия, 1988. – 288 с.
2. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. М.: Машиностроение, 1983. – 424 с.
Учебное издание
Ленский Михаил Семенович
|
|
|
