Чувствительность может быть повышена еще значительнее, если воспользоваться двухжидкостным манометром: в манометре У-образная трубка переходит в концах в чашечки и заполнена разными жидкостями, близкими по удельному весу.
Для такого манометра, чувствительность
где – f, F – площади сечений и расширительных камер (чашек).
Среди наиболее распространенных манометров следует выделить следующие типы манометров: поршневые, пружинные, у которых, в свою очередь, целый ряд разновидностей.
Для измерения давления в газах пользуются их свойствами, связанными с плотностью с, поскольку ρ ~ ρ.
Такие манометры называют компрессионными.
52. Средства измерения гидравлических параметров жидкости
В зависимости от принципа действия, приборов для измерения гидравлических параметров можно выделить много. В качестве работы в них применяются принципы, начиная от перепада давлений до самых современных, например, ядерно-магнитного резонанса (ЯМР).
Наиболее популярны следующие приборы.
Приборы с принципом работы на перепаде давления.
Перепад (разность) давлений измеряется дифференциальным манометром, который называют дифманометром-расходомером.
Перепад давлений можно рассчитать по формулам:
где x – коэффициент расхода сужающего устройства; E – поправочный множитель на расширение измеряемой среды (для жидкостной среды E = 1); F – площадь отверстия сужающего устройства; γ – удельный вес измеряемой среды в рабочем процессе; g – ускорение свободного падения; Δρ= ρ1 – ρ2 – перепад давления в сужающем устройстве.
На практике применяют упрощенные виды:
в этих формулах: d – диаметр сужающего отверстия, мм; Δρ – искомый перепад давлений, кг/м2; γ – удельный вес вещества, кг/ч.
Если выразить диаметр через внутренний диаметр D трубопровода:
где m – модуль сужающего устройства, то:
Часто в вышеприведенных формулах удельный вес γ заменяют на плотность среды ρ, с учетом того, что единицы измерения заменяемых γ и ρ те же – кг/м3.
Метод измерений гидравлических параметров на перепаде давлений – самый распространенный из-за ряда достоинств: универсальность, широкая номенклатура сред, большой диапазон измерения температуры и многие другие.
53. Ядерно-магнитный резонанс
Корнеизвлекающие устройства могут быть как механическими, так и электронными, работающие на принципе ЯМР.
Если расходомер работает на перепаде давлений, то датчиком искомого давления является поплавок, который помещен в поток измеряемой среды: на поплавок снизу действует выталкивающая его сила и открывает проходное отверстие. В результате устанавливается перепад давлений. Поскольку этот перепад давлений не зависит от самого расхода, то его перемещение принимается за меру расхода.
Такие расходомеры называют ротаметрами.
Существуют еще электромагнитные, ультразвуковые, ионизационные, тепловые, массовые и другие виды расходомеров, работающие по разным принципам. Среди них особо следует выделить расходомеры с ядерно-магнитным резонансом: малая инерционность, отсутствие других устройств в трубопроводе, линейность шкалы, широкий диапазон (20: 1) измерений.
Однако ядерно-магнитный резонанс требует наличия сильного магнитного поля. Поэтому их невозможно применять для измерения расходов в трубопроводах с малым диапазоном. С этой точки зрения их можно относить к той же группе, что и дифманометры – расходомеры.
Поверх всех расходометров, проводят относительные погрешности, сравнивая и настраивая их с эталонными.
где δ ≤ 0,1–1; V – измерительный объем жидкости; V0 – объем жидкости, соответствующее одному обороту стрелки; h – количество V0 в объеме V: столько же движется стрелка V0, отсчитывая Q – количество расхода расходометров; q – потери расхода.
Работа с этими расходомерами требует установки предварительного фильтра.
Из-за разных динамических вязкостей μ1 и μ2 жидкостей, их погрешности по измерению объема δ1 и δ2, связаны между собой как:
где C – постоянная счетчика; Δρ – перепад давления, где
все параметры в скобке безразмерны; d, G – диаметр и вес рабочего органа счетчика; υ– кинематическая вязкость жидкости; Cp – теплоемкость жидкости; λ – теплопроводность жидкости.
54. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования
Системы контроля и автоматического регулирования, конечным результатом которых являются сегодня орбитальные космические станции, межпланетные орбитальные станции, годами находящиеся на расстоянии сотни тысяч километров, являются высшим полетом современной инженерной мысли. Все это всего лишь каких-то 40–50 лет назад было мечтой всего человечества. Чтобы реализовать эти достижения, пришлось разработать, спроектировать более сложные средства, используя уже имеющиеся. В нашей последней заключительной лекции попробуем разобраться с вопросами проектирования средств автоматического регулирования и контроля. Из выше изложенного уже ясно, что основной задачей проектирования является:
1) разработка схемы;
2) обеспечение выбора аппаратуры для технологического контроля при производстве;
3) оформление принятых решений в виде технической документации, соответствующей ГОСТ.
В задачу проектирования входят вопросы, которые должны обеспечить проектные материалы; выяснить, каким методом произвести монтаж САР и контроля промышленным способом; каков ожидаемый эффект от выбранного способа выполнения заказа.
Если за советом и примером обращаться к природе, то увидим: жизнеспособны и долговечны только те материальные, в том числе биологические, системы, которые расходуют наименьшее количество энергии. Другими словами, чем менее энергоемка система, тем она более долговечна и живуча.
Мы изложили универсальный закон природы, который проявляет себя во всех сферах жизни как один из основных. Применительно к рассматриваемому нами вопросу, из этого закона следует, что производство изделий должно обойтись предприятию с наименьшими затратами. Для этого количество приборов должно быть, как можно, меньше: нестандартные средства для данного проекта могут быть допущены только после тщательной проработки (как теоретически, так и экспериментально). Даже в этом случае предпочтение должно быть отдано тем специальным элементам и узлам, которые уже выпускаются или выпускались серийно на данном предприятии. Необходимо думать не только о наименьшем количестве затрат при производстве, но и о надежности последующей эксплуатации, вопрос гарантийного обслуживания и ремонта выпускаемых изделий также является вопросом себестоимости, а самое главное, вопросом престижа предприятия; монтаж электропроводных линий и родственных конструкций, как правило, составляет 80 % объема всех монтажных работ. Поэтому удачный выбор монтажа имеет большое значение. Обеспечение реализации выбранного проекта наиболее рациональными, простыми и дешевыми способами является не только производственной, но и общегосударственной задачей, с точки зрения обеспечения произведенными САР и контроля не только технологических процессов, но и систем обеспечения в структурах безопасности.
55. Проектная документация
Проектная документация, которая является итогом проектирования САР и контроля, как правило, состоит из двух частей.
1. На стадии «задание на проектирование» изучаются вопросы, связанные с самим объектом; вопросы основных характеристик технологии и технологических установок; изучаются коммуникационные схемы; чертежи необходимого оборудования, требуемых помещений и т. д.
Должны быть исчерпывающе выяснены вопросы, связанные с качественными показателями, такие, как допуск, точность, другие вопросы, связанные с разбросом необходимых параметров.
Кроме вышеперечисленных, самым сложным и ответственным вопросом являются проблемы оперативного управления производством с применением САР. Для успешного выбора схемы производства при выполнении задания на проектирование должны быть привлечены специалисты непосредственно из технологического процесса.
2. (Следующая стадия – проектное задание. На этой стадии проектируются и оформляются в специальной технологической документации следующие вопросы: структурные схемы управления автоматизируемым объектом; принципиальная схема контроля и автоматизации; заявочные ведомости (на регуляторы, электрооборудование, кабели, провода, трубы и пр.).
Рабочие чертежи – это вторая часть проектной документации. После завершения первой части все принятые решения переносятся на бумагу в виде чертежей, после чего оформляется техническая документация. Какие требования предъявляются к рабочим чертежам? В них должен быть исчерпывающий ответ на вопросы, связанные с производством данного изделия. Кроме всего прочего, они служат основой для заявочных ведомостей.
