Автоматизация производственных процессов. Технические измерения и приборы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Уральский Государственный Лесотехнический университет»

Институт заочного обучения

Лабораторная работа

по дисциплине: Технологические измерения

по теме: «Автоматизация производственных процессов. Технические измерения и приборы»

Выполнил: студент гр. АПП-31з

Усольцев Е.А.

Проверил: доц. Санников С. П

Екатеринбург 2021

Введение

Цель методических указаний -- закрепить теоретический материал по дисциплине «Технические измерения и приборы» при помощи рассмотрения и решения задач, имеющих практический смысл при освоении теплотехнических измерений и приборов (1--4-й параграфы) и при анализе состава сред (5-й параграф).

В пояснительных разделах сборника приведены краткие теоретические сведения из соответствующих разделов дисциплины, обращается внимание студентов на методический подход при решении задач.

При выполнении контрольной работы необходимо руководствоваться следующим:

а) по 1 разделу выполняются 2 задачи 1.х и 1.1.х, где х - последняя цифра зачетной книжки студента;

б) по 2 и 3 разделам выполняются 2 задачи 2.х и 3.х, где х - последняя цифра зачетной книжки студента;

в) по 4 разделу выполняются 2 задачи 4.х и 4.1.х, где х - последняя цифра зачетной книжки студента;

г) по 5 разделу выполняются 2 задачи 5.х и 5.1.x, где х - последняя цифра зачетной книжки студента.

Решение задач

Задача 1.1

Оцените изменение показаний манометрического газового термометра за счет изменения температуры внешней среды на 30°С, если известно соотношение объемов капилляра Vк, пружины Vп и баллона Vб:

Ответ:

Изменение показаний манометрического термометра будет определяться относительным изменением давления в системе, вызванным расширением газа в капилляре и пружине. Принимая во внимание закон Шарля, согласно которому изменение показаний можно подсчитать по формуле:

где и - соответственно отклонение температуры капилляра и пружины от градуировочной.

Таким образом,

Задача 1.1.1

Определите предел допускаемой относительной погрешности термометра ТСП класса В при измерении температуры 300 °С.

Ответ:

Предел допускаемого значения основной погрешности термопреобразователей сопротивления выбирается из ряда значений (табл. П.16) в соответствии с классом термометра и материалом его чувствительного элемента. Считаем, что предел равен 0.3 °С. Тогда допускаемая относительная основная погрешность:

Задача 2.1

манометр термометр погрешность газовый

Рассчитайте, каким должно быть соотношение между диаметрами плюсового и минусового сосудов чашечного манометра, чтобы при отсчете уровня жидкости только в минусовом сосуде погрешность измерения разности давления не превосходила 0,1 %.

Ответ:

Уравнение шкалы манометра по перепаду давления имеет вид:

Для выполнения· поставленного условия необходимо, чтобы:

или

Значит,

т.е.

Задача 3.1

Уровень воды в открытой емкости измеряется дифманометро-уровнемером. Уровнемер градуировался при температуре воды в емкости и импульсных трубках 30 °С. Изменятся ли показания уровнемера, если температура воды в емкости увеличилась до 90 °С, а температура воды в импульсных линиях осталась 30 °С.

Ответ:

Дифманометр-уровнемер определяет уровень по давлению столба жидкости. Однозначная связь между гидростатическим давлением и уровнем может быть только в том случае, если плотность жидкости постоянна. Когда плотность жидкости в условиях эксплуатации не соответствует плотности при градуировке, возникает погрешность измерения. Если плотность жидкости при градуировке и уровень жидкости в емкости Н, то на дифманометр действует перепад .

При изменении плотности и неизменном уровне на дифманометр будет действовать перепад .

Абсолютная погрешность измерения перепада:

Для определения действительного уровня показания уровнемера следует умножить на поправочный множитель , ; ; следовательно, Неучет изменения плотности воды вызовет занижение показаний на 3%.

Задача 4.1

Расход воды в трубопроводе диаметром D=80 мм измеряется бронзовой диафрагмой с отверстием диаметром d=58 мм. Температура воды 150 °С, давление воды 2 МПа. перепад давления на диафрагме 0,04 МПа.

Определите, как изменится действительное значение расхода, если температура воды станет 20 °С. Диаметр трубопровода, коэффициент расхода и перепад давления на диафрагме считаем неизменными = 1,0023.

Ответ:

Рассмотрим общее уравнение массового расхода для несжимаемой жидкости:

По. условию задачи все параметры, входящие в уравнение, остались постоянными, кроме и .

При расход будет следующим образом связан с диаметром отверстия и плотностью воды :

Аналогично при температуре

В результате получаем:

Относительная погрешность измерения:

Определим и для воды при ; и . Из таблицы П.33 ; ;

Определяем относительную погрешность:

Ошибка большая, поэтому расходомеры должны работать при расчетных условиях или их показания должны вводиться поправки на изменение параметров измеряемой среды.

Задача 4.1.1

Для измерения ЭДС электромагнитного расходомера предполагается использовать милливольтметр со шкалой 0-20 мВ и входным сопротивлением ; ЭДС расходомера 15мВ, измеряемая среда - вода, сопротивление воды между электродами преобразователя R=10 МОм. Определите погрешность измерения ЭДС (погрешностью самого милливольтметра пренебрегаем).

Ответ:

Милливольтметр показывает напряжение на его входных зажимах, которое связано с ЭДС источника соотношением:

Следовательно, при измерении расхода воды показания милливольтметра будут практически равны нулю. Это связано с тем что почти вся ЭДС будет «падать» на внутреннем сопротивлении источника. Очевидно, что для уменьшения погрешности необходимо стремиться к уменьшению внутреннего сопротивления, расходомера относительно входного сопротивления измерительного прибора. Так, если бы тем же расходомером измерялся расход HCl, то внутреннее сопротивление расходомера, составляло бы около 10 Ом. При этом:

, погрешность измерения

Для обеспечения высокой точности измерения электронный измерительный блок электромагнитных расходомеров должен иметь большое. входное сопротивление.

Задача 5.1

Постоянная ячейки . Ячейка заполнена раствором, и ее сопротивление при этом составляет 5 МОм.

Определите концентрацию раствора, если известно, что зависимость между концентрацией С и удельной электропроводностью описывается уравнением , где

Ответ:

Удельная электропроводность раствора может быть определена из выражения

Концентрация

Задача 5.1.1

Измерительный электрод имеет внутреннее сопротивление = 50 МОм, электрод сравнения =20 кОм. Электродвижущая сила, развиваемая системой, 500 мВ. Для измерения ЭДС используется милливольтметр с диапазоном 0-0,5 В и входным сопротивлением = 0,5 кОм. Какими будут его показания при названных условиях?

Ответ:

Известно, что милливольтметр измеряет напряжение U на своих зажимах, которое меньше ЭДС Е источника на падение напряжения во внешней цепи:

Таким образом, показания милливольтметра практически будут нулевыми. Поэтому для измерения ЭДС электродных систем должны применять устройства с очень высоким входным сопротивлением.

Размещено на Allbest.ru