Размещено на http://www.allbest.ru/

1

0

Пояснительная записка

"Разработка схемы теплового контроля кондиционера"

Дисциплина: Метрология и технологические измерения

Оглавление

Аннотация

1. Описание тепло технологии объекта

2. Расчет недостающих данных

3. Техническое задание на тепловой контроль

4. Техническое задание на сигнализацию

5. Заказная спецификация на тепловой контроль

6. Расчет узла измерения расхода

7. Расчет узла измерения температуры

Список литературы

Аннотация

Тема данного курсового проекта: Разработка системы теплового контроля кондиционера. Рассматриваются такие вопросы как расчет недостающих данных, разработка технического задания на систему теплового контроля кондиционера, разработка схем теплового контроля кондиционера, разработка заказной спецификации на средства измерения, расчет узла измерения температуры и расхода. Оценивается погрешность измерения температуры и расхода. Также в пояснительной записке имеется описание кондиционера.

Необходимые схемы, таблицы и эскизы прилагаются.

Задание

СТК кондиционера

Рис.1.СТК кондиционера

Параметр	Обозн	Разм	Значен
Температура наружного воздуха	tн	oC	-30
Влажность воздуха	н	%	40
Температура в помещении	tп	oC	20
Влажность в помещении	п	%	60
Температура на выходе	tк	oC	30
Влажность на выходе	к	%	40
Температура	t1	oC	5
Расход пара	Qм	т/ч	2
Давление пара	Рп	Мпа	0,3
Расход воды	Qв	Т/ч	6
Давление воды	Рв	МПа	0,45
Температура воды	tв	oC	15

1. Описание тепло технологии объекта

Устройство, в котором осуществляется требуемая тепло-влажностная обработка воздуха и его очистка, называется установкой кондиционирования воздуха (УКВ) или кондиционером. УКВ обеспечивают в помещениях необходимый микроклимат для создания условий комфорта и нормального протекания технологического процесса. Системы кондиционирования воздуха, предназначенные для создания воздушной среды, наиболее благоприятной для труда и отдыха человека, носят название комфортных. Человеческий организм в процессе жизнедеятельности выделяет теплоту, влагу, углекислоту, вредные органические вещества. Все эти выделения должны быть удалены из помещения вместе с загрязненным воздухом. Санитарно - гигиенические требования к комфортному кондиционированию заключаются в поддержании заданных температур, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, разности между температурами воздуха в помещении и приточного, уровня шума в помещении, создаваемого работой оборудования СКВ.

Технические системы кондиционирования обеспечивают создание воздушной среды, благоприятствующей успешному протеканию технологического процесса. Нормальное ведение последнего невозможно без поддержания требуемой температуры, влажности, чистоты и скорости движения воздуха в таких отраслях промышленности как текстильная, химическая, машиностроение, электронная, оптическое производство, вычислительные центы ЭВМ и др.

Кондиционеры собираются из отдельных секций или блоков, где расположено основное оборудование для обработки и перемещения воздуха. Тепло- и хладоснабжение кондиционеров осуществляется от внешних источников. Дополнительное оборудование СКВ - местные подогреватели, смесители и др. расположенные вне кондиционеров.

Транспонировка воздуха в центральных СКВ осуществляется по стальным, пластмассовым и асбоцементным трубам или каналам, прокладываемым внутри помещений.

Центральные СКВ обладают следующими преимуществами:

эффективно поддерживают заданные температуру и относительную влажность воздуха в помещениях;

оборудование, требующее систематического обслуживания и ремонта, сосредоточено в малом количестве мест или даже в одном месте;

возможность организации эффективного шумо- и виброгашения.

Область применения центральных СКВ - промышленные здания различного назначения и общественные здания больших объемов.

К недостаткам центральных систем следует отнести:

сложные монтажно-строительные работы по установке кондиционеров и прокладке коммуникаций (воздушные каналы, трубопроводы), в следствии чего в ряде случаев применение центральных систем в существующих зданиях исключается;

менее гибкое регулирование параметров воздуха в отдельных помещениях, в системах с разветвленными воздуховодами.

Применение схемы центральных СКВ весьма разнообразно; выбор той или иной схемы зависит от назначения и режима использования кондиционируемых помещений, конструктивных особенностей здания, климатических условий местности и некоторых других факторов.

В проектной практике применяют обычно следующие центральные СКВ: одноканальные однозональные, обслуживающие одно или несколько помещений без разделения систем на зоны; одноканальные многозональные, обслуживающие несколько зон в одном помещении в одном помещении или несколько помещений с подачей воздуха по отдельному воздуховоду в каждую зону или помещение; двухканальные многозональные, обслуживающие несколько зон в одном помещении или несколько помещений с подачей воздуха по двум воздуховодам - с холодным и подогретым воздухом - каждую зону или помещение. Применяются также местные системы кондиционирования воздуха, состоящие из агрегатированных кондиционеров производительностью до 18 000 м3/ч, обслуживающих одно или несколько помещений, причем в каждом из них устанавливается один или несколько кондиционеров, обеспечивающих местное поддержание требуемых параметров воздуха.

В отдельных случаях применяют комбинированные системы, работающие совместно с местным доувлажнением воздуха и другими устройствами.

Рассмотрим работу установки в холодный период времени. Наружный воздух поступает в кондиционер через воздухозаборное устройство. Он имеет параметры Io, to, do. I - d диаграмма изображена на рис.1

На рисунке т.1 - параметры наружного воздуха. Далее воздух подогревается в калорифере первого подогрева до температуры t1 (участок 1-2 на рис. 1) Пройдя калорифер воздух смешивается с воздухом из помещения в камере смешения, процесс 2-3 на диаграмме. Затем воздух снова подогревается в следующем калорифере (процесс 3-4 на диаграмме) и поступает в оросительную камеру, где увлажняется до теоретической точки росы (точка 5 на диаграмме). Одновременно с увлажнением воздух охлаждается. Далее воздух поступает в калорифер подогрева, там он догревается до нужной температуры (точка 6 на диаграмме). Затем воздух подается в обслуживаемое помещение с параметрами, характеризуемые точкой 7 ни диаграмме. По санитарным нормам, для зимнего режима в помещении принимается температура tп = 20 оС, с отклонениями ±1 оС и относительной влажностью п =50% с допустимыми отклонениями ±5%. Для летнего режима температура в помещении tп = 23 оС, с отклонениями ±1 оС и относительной влажностью п =55% с допустимыми отклонениями ±5%. При этих условиях параметры воздуха в кондиционируемом помещении в течении переходного периода года будут меняться постоянно, не выходя за пределы оптимальных условий комфорта.

Контрольные значения температур зимней и летней «точки росы» соответственно 8,5 оС и 13 оС.

В системах кондиционирования воздуха регулируемыми величинами являются температура, влажность, давление и расход воздуха.

2. Расчет недостающих данных

Диаметр трубопровода для пара.

Принимаем скорость пара

П = 40 м/с

Расход пара

GП =2 т/ч =0,55 кг/с

Удельный объем пара при рабочих условиях таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара:

=”=0,60586 м3/кг

Тогда плотность пара

П=1/”=1/0,60586=1,6505 кг/ м3

Объемный расход пара

Принимаем диаметр трубопровода DП=110 мм

Диаметр трубопровода для воды

принимаем скорость воды

В = 1 м/с

Расход воды

GВ =6 т/ч =1,7 кг/с

Плотность воды =1/ где - удельный объем воды при давлении

PВ=0.45 Мпа и температуре tВ=15 oC =0.001007 м3/кг (из таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара)

Плотность =1/=1/0,001007=999,3 кг/ м3

Объемный расход воды

Принимаем диаметр трубопровода DВ=50 мм

3. Техническое задание на тепловой контроль

№	Параметр теплового контроля	Номин знач	Характер среды	Место установки вторичного прибора	Вид контроля	Предел погрешности ИК
1	2	3	4	5	6	7
1	Температура наружного воздуха	-30 оС	Наружный воздух	На щите	П	1,5
2	Температура воздуха после 1-ого калорифера	5 оС	воздух	На щите	П	1,5
3	Температура воды	15 оС	вода	По месту	П	1,5
4	Температура «точки росы»	8,5 оС	воздух	На щите	ПС	1,0
5	Температура воздуха на выходе	30 оС	воздух	На щите	П	1,5
6	Температура в помещении	20 оС	воздух	На щите	ПС	1,0
7	Давление воды	0,45 МПА	вода	По месту	П	2,5
8	Давление пара	0,3 Мпа	пар	По месту	П	2,5
9	Расход воды	6 т/ч	вода	По месту	ПИ	2,0
10	Расход пара	2 т/ч	пар	На щите	ПСИ	2,5
11	Влажность пара в помещении	60 %	Воздух	На щите	ПС	5

4. Техническое задание на сигнализацию

Рис.3 Схема теплового контроля

Световая и звуковая сигнализация должна устанавливаться на следующих параметрах

1. Температура воздуха в помещении;

2. Влажность воздуха в помещении

3. Останов вентилятора

4. Температура воздуха после первого калорифера

5. Заказная спецификация на тепловой контроль

№ п/п	Наименование параметра и место отбора импульса	Предельные значения параметра	Место установки	Наименование и характеристика	Тип	Коли-чество	Изготовитель
1	2	3	4	5	6	7	8
1а 2а 5а	Температура воздуха	-30 оС +5 оС +30 оС	В воздухо-проводе	Термопреобразователь сопротивления медный, градуировка 50м . Длина погруженной части 400 мм	ТСМ-0879	3	ООО «Элемер»
1б 2б 5б	Температура воздуха	-30 оС +5 оС +30 оС	На щите	Измеритель многоканальный. Предел погрешности 0,5%	УКТ 38	1	ООО «Элемер»
3	Температура воды	+15 оС	На трубе	Термометр технический специальный. Пределы измерения 0-50 оС. Класс точности 1,0	СП-4	1	ООО «Элемер»
4а 6а	Температура «точка росы» Температура в помещении	8,5 оС 20 оС	В воздухо-воде В поме-щении	Термопреобразователь сопротивления медный, градуировка 50м . Длина погруженной части 400 мм	ТСМ-0879	2	ООО «Росма»
4б 6б	Температура «точка росы» Температура в помещении	8,5 оС 20 оС	На щите	Мост автоматический, показывающий, самопишущий. градуировка 50м . Диапазон 0-50 оС Класс точности 0,5	РП-160	2	ООО «Элемер»
7	Давление воды	0,45 МПА	На трубе	Манометр показывающий. Предел измерений 0-0,6 Мпа Класс точности 2,5	МПЗ-У	1	ООО «Элемер»
8	Давление пара	0,3 МПа	На трубе	Манометр показывающий. Предел измерений 0-0,6 Мпа Класс точности 2,5	МПЗ-У	1	ООО «Элемер»
9	Расход воды	6 т/ч	На трубе	Крыльчатый водомер. Номинальный предел измерения 6,3 т/ч	УКВ-40	1	ООО «Элемер»
10а	Расход пара	2 т/ч	На трубе	Диафрагма камерная. Условный проход по расчету 150мм	ДК6-150	1	ООО «Росма»
10б	Расход пара	2 т/ч	По месту	Дифманометр мембранный безшкальный. Максимальный перепад давления 2,5 кгс/см2 Класс точности 1,0	ДМ8573	1	ООО «Росма»
10в	Расход пара	2 т/ч	На щите	Измеритель расхода жидкости и газов. Класс точности 1.0	РМ -1	1	ООО «Элемер»
11а	Влажность воздуха в помещении	60 %	В поме-щении	Датчик ЭВЧ пределы измерения 60-90 %	ЭВЧ	1	ООО «Элемер»
11б	Влажность воздуха в помещении	60 %	На щите	Компенсатор самопишущий мостовой Класс точности 0,5	КСМ-3	1	ООО «Элемер»

6. Расчет узла измерения расхода

Выбор и обоснование метода измерений

Расход пара можно оценить различными расходомерами. В данном случае целесообразно применить метод измерения расхода при помощи метода переменного перепада давления. Для данного метода характерна универсальность и высокая точность.

Поскольку есть гостовская или нормативная документация по расчету, которая гарантирует определенную точность измерений - метод является основным промышленным методом, имеет довольно широкий диапазон измерений. В этом методе пользуются стандартными первичными измерительными преобразователями (диафрагма, сопло Вентури и т.д.) Первичный преобразователь - устройство или техническое средство измерения для преобразования, передачи, хранения информации.

Возможность измерения в данном случае методом переменного перепада давления подтверждается правилами изложенными в [3] которые гласят:

Характер движения потока турбулентный.

Фазовое состояние потока не изменяется при истечении через сужающее устройство.

Во внутренней полости прямых участков трубопровода до и после сужающего устройства не скапливаются осадки в виде пыли, песка и так далее.

На поверхности сужающего не будут образовываться отложения изменяющие его конструктивные параметры геометрию.

Поскольку пар - среда чистая, неагрессивная, потеря давления не значительная, расход достаточно мал, то делаем вывод, что в качестве сужающего устройства можно выбрать камерную диафрагму с угловым способом отбора перепада давления. Поскольку пар является средой чистой, то он не оказывает влияния на острую кромку диафрагмы.

Выбор типа сужающего устройства и дифманометра

В качестве дифманометра выбираем прибор типа ДМ 3573 с верхним пределом разности давлений 2,5 кгс/см2, с классом точности 1. и дифтрансформаторной системой передачи информации.

На рисунке изображен эскиз установки стандартной камерной диафрагмы на трубопроводе. Комплект камерной диафрагмы, который включает в себя дисковую диафрагму 3, выполненную из нержавеющей стали IXI8Н9Т, расположенную между кольцевыми камерами 2 и 4. Отбор статических давлений из камер осуществляется вваренными импульсными трубками. Комплект устанавливается и центрируется между фланцами трубопровода 1и 5 и стянут двенадцатью болтами 7. Для герметичности системы между деталями 1,2,3,4,5 установлены прокладки из поронита.

В качестве вторичного прибора используем Измеритель расхода жидкости и пара РМ 1

Характеристика выбранного измерителя расхода жидкости и пара РМ 1

Измеритель расхода жидкости и пара РМ 1 предназначен для учета, измерения и регистрации расхода жидкости, газа (пара) по разности давлений на стандартном сужающем устройстве. Обеспечивает автоматическую коррекцию результатов измерения (для газов) по измерению давления и температуры в трубопроводе. Для измерения давления в качестве первичного преобразователя используется стандартный манометр с выходным сигналом в виде взаимной индуктивности. Для коррекции по температуре используется стандартный термометр сопротивления ТСМ, ТСП. Данные о часовом расходе, среднем давлении и температуре сохраняются в энергонезависимой памяти.

В расходомере имеются часы реального времени с резервным элементом питания.

· Класс точности 1,0

· Межповерочный интервал 1 год

· Непрерывная почасовая регистрация в реальном времени о расходе, давлении, температуре в течении 40 суток

· Регистрация суммарного расхода

· Цифровой интерфейс Micro Line

· Сохранение данных при выключенном питании

· Uпит = 220 В

· N < 6 ВА

· t изм < 1.5 c

· t окр среды +5…+40 С

· Влажность воздуха 30-80%

· Р = 84-107 кПа

Расчет сужающего устройства.

1. Задано:

измеряемая среда -пар

наибольший измеряемый массовый расход - QМ max = 1600 кг/ч;

минимальный измеряемый массовый расход - QМ min = 1000 кг/ч;

давление пара перед сужающим устройством - Р = 0,3Мпа=3 кгс/см2;

температура воды перед сужающим устройством - t = 134С;

внутренний диаметр трубопровода

перед сужающим устройством - D20 =110мм = 0,11м;

материал трубопровода - сталь марки IXI8H9T.

Из условия QП>=Qmax из стандартного ряда выбираем верхний предел измерения QП=2000 кг/ч

Определяем недостающие данные по расчету:

· Абсолютное давление Рабс= Рн +1=3+1=4кгс/см2

· Абсолютная температура Табс= tн+273,15=407,15 К

· Определение плотности водяного пара при tн=134 оС и Рн=3 кгс/см2

=1,6 кг/м3 (из РД-50 пр.7)

· Поправочный коэффициент на тепловое расширение трубопровода (из методических указаний №75 для стали 1Х18Н9Т) kt=1.002

· Внутренний диаметр трубопровода при рабочей температуре

D= D20 kt = 110 *1.002=110,22 мм Округляем по ГОСТу D=110 мм

· Динамическая вязкость пара в рабочих условиях (p,t)

=1.31 10-6 кгс с/м2 по (РД-50)

· Показатель адиобаты (из РД-50) х=1,31

Определение номинального перепада давления дифманометра.

Допустимая потеря давления на сужающем устройстве не задана.

· Определение вспомогательной величины (РД-50 ф.164)

С=

По рекомендациям данным в РД-50 с помощью номограммы ориентируясь на m=0,2 и С=10,436 получаем предельный номинальный перепад давления:

=0,25 кгс/см2

· Максимальный перепад давления (РД-50, ф. 34):

=0,25 кгс/см2

· Максимальное число Рейнольдса ( РД-50 ф.81 ):

Определение параметров сужающего устройства

· Коэффициент расширения, определяемый для предельного перепада давления (РД-50 ф. 59):

ед1 = 1 - (0,41+0,35 m12) x =0,97965

где .

· Вспомогательная величина:

.

· Относительная шероховатость (РД-50, п.5.1):

k -величина абсолютной эквивалентной шероховатости стенок трубопровода

Будем считать, что трубы стальные, новые, не бывшие в эксплуатации.

k=0,06

Тогда

· Верхняя граница относительной шероховатости (РД-50 п.75.1.1):

.

Так как >3,92, то необходимо вводить поправочный множитель на шероховатость трубопровода.

Расчет поправки на шероховатость и на притупление входной кромки (из РД - 50)

· Коэффициент с:

· Коэффициент а:

а = ( с - 0,3) (-1,066с2 + 0,36с - 0,13) = 0,0123

· Коэффициент b:

b = 1 + (с - 0,3) (-0,08с2 + 0,024с - 0,0046) = 1,000555

Поправка не шероховатость:

kш1 = аm + b = 1,003015

· Коэффициент n:

n = 4,25 + 142,94(c - 0,05)1,92 = 4,899

· Коэффициент b:

b = 0,002 + 0,2558с - 1,68 с2 + 2,867 с3 = 0,013624

· Коэффициент а:

а = 1 + 0,011exp(-55,2(c - 0,05)1,3) = 1,00263

· Поправка на притупление входной кромки:

kп1 = а + bexp(-n(m - 0,05)) = 1,009164

· Коэффициент расхода:

=0,621928

· Вспомогательная величина:

F1 = m1(у)1 ед1 = 0,121854

· Относительное отклонение:

-41,6%

Так как 1 > 0,2, то процесс поиска m продолжаем.

Пусть m2 = 0,35
Величина	Значение
ед	0,9782
kш	1,0048
kп	1,0057
(у)	0,6525
F	0,2234
	7,05

Пусть m3 = 0,3295
Величина	Значение
ед	0,97849
kш	1,0046
kп	1,00609
(у)	0,6473
F	0,2087
	0,00085

1

Так как < 0,2, то выбор значения m = 0,3295 и ед = 0,97849 считается окончательным.

· Минимальное число Рейнольдса:

Минимально допустимое число Рейнольдса при m = 0,57905:

Remin = 104

Условие Re' > Remin удовлетворяется.

· Диаметр отверстия диафрагмы при температуре 20С:

мм

Проверка расчета

· Расход, соответствующий предельному номинальному перепаду

давления, кг/ч:

· По рисунку зависимости потери давления от типа и относительной площади сужающего устройства определим:

· Действительные потери давления:

Рп = 0,68 2500 = 1700 кгс/м2 = 0,17 кгс/см2

Полученное значение потери давления меньше допустимой величины, равной 2,0 кгс/см2.

Небаланс,%: Так как небаланс менее 0,2%, то расчет сужающего устройства считается верным и на этом он заканчивается.

%

Определение погрешности измерения расхода по РД-50

При оценке погрешности измерения расхода допускаются следующие упрощения:

составляющие погрешности не имеют корреляционной связи и считаются независимыми друг от друга;

закон распределения составляющих погрешностей принимают нормальным (закон Гаусса);

предельную погрешность измерения принимают равной максимальной погрешности однократного измерения при доверительной вероятности 0.95, при этом = 2;

составляющей или совокупностью составляющих погрешностей, равных или менее 30 результирующей погрешности, пренебрегают.

При принятых допущениях среднюю квадратическую относительную погрешность измерения расхода вычисляют по формуле:

, , … , - средние квадратические относительные погрешности величин , , … ,.

Среднюю квадратическую относительную погрешность коэффициента расхода сужающего устройства вычисляют по формуле:

,

Где



погрешности

и

%

возникают из-за допустимых отклонений диаметров d и D.

Следовательно

%

Тогда

Средняя квадратическая относительная погрешность коэффициентов расширения сужающего устройства вычисляют по формуле:

, где

%

Погрешность определения показателя адиабаты:

%

= 0,005 - половина последнего разряда значения показателя адиабаты; трубопровод сигнализация дифманометр температура

=1,31 - показатель адиабаты;

Средняя квадратическая относительная погрешность дифманометров с классом точности по перепаду давления:

%

- класс точности прибора (см. «Техническое задание на тепловой контроль»).

Тогда %

Среднюю относительную погрешность измерения плотности в нормальных условиях определяют по формуле:

%

= 0,3 - половина последнего разряда значения плотности;

Среднюю квадратическую относительную погрешность коэффициента коррекции расхода на число Рейнольдса вычисляют по следующему выражению:

,

где погрешность определения вязкости среды

%

Для определения коэффициента коррекции расхода на число Рейнольдса вначале вычислим расход вещества Q* при его действительных рабочих параметрах и допущении, что Re=106:

;

Определим действительной число Рейнольдса:

где

Тогда число Рейнольдса Re = 493904,741.

Коэффициент коррекции на число Рейнольдса определяют по формуле:

.

Среднюю квадратическую относительную погрешность коэффициента коррекции расхода на число Рейнольдса:

7. Определение средней квадратической относительной погрешности дифманометра - класс точности прибора (см. «Техническое задание на тепловой контроль»).

Таким образом

%

8. Определение средней квадратической относительной погрешности измерения температуры (РД-50, ф.143):

Nt - диапазон шкалы измерений термометра;

- класс точности прибора (см. «Техническое задание на тепловой контроль»).

Таким образом

%

Значением средней квадратической относительной погрешности коэффициента сжимаемости можно пренебречь.

9. Итак, средняя квадратическая относительная погрешность измерения расхода равна:

10. Погрешность вторичного прибора ( из «Техническое задание на тепловой контроль»)

ВП -погрешность вторичного прибора

ВП= SВП*ХN/ X*k , где

SВП - класс точности ВП (=1)

ВП=1*2000/2000*30,5=0,57%

11. Общая погрешность измерения расхода:

После округления результата получим 2000 40 кг/ч, при р=0,95

7. Расчет узла измерения температуры

Выбор и обоснование метода измерения температуры

Так как измеряемая температура «точки росы» равна 8,5 оС, то выбираем термометр сопротивления медный (ТСМ), градуировка 50 М, с пределом измерения 0-50 оС. В качестве чувствительного элемента ТСМ используется бескаркасная безиндукционная обмотка из медной проволоки, покрытая пленкой , которая помещена в тонкостенную металлическую гильзу с керамическим порошком. Термометры сопротивления широко используются для измерения температур в промышленности и состоят из термопреобразователя сопротивления и вторичного прибора для измерения сопротивления датчика. Для удобства монтажа и защиты чувствительного элемента от механических повреждений и действий среды. Его монтируют в защитной арматуре. Внешний вид термопреобразователя сопротивления представлен на рис 4.

В качестве вторичного прибора будем использовать измеритель многоканальный УКТ 38. Он предназначен для измерения температуры или другого параметра по 8-ми каналам. Предусмотрена аварийное отключение и сигнализация при выходе за установленную границу. Совместно с прибором АС-2 обеспечивает регистрацию технологических процессов в IBM совместимом компьютере.

Основные характеристики прибора:

· высокая точность измерения

· сигнализация повышения (занижения) параметров

· установка порога срабатывания аварийной сигнализации - независимая для каждого канала

· высокая нагрузочная способность

· цифровая индикация температуры

· энергонезависимая память для хранения установок и конфигурации прибора

· совместимость с большинством термопреобразователей стандартных сигналов

· встроенный интерфейс связи с IBM PC

· опрос каналов - ручной, автоматический

Рис.5 Эскиз установки термоприемника

Технические характеристики:

Напряжение питания U=220В (+22 -33) 50Гц

Потребляемая мощность N<6 ВА

Количество каналов измерения 2.8

Время обработки сигнала <2 с

Предел допустимой основной погрешности 0,5 %

Способ формирования сигнала авария - контакт э/м реле

Длина линии связи <1000 м

Диапазон измерений - 50.. 200 оС

Условия работы t =+5-50 оС

<95%

Р=84-107 кПа

В качестве вторичного прибора для измерения температуры «точки росы» выбираем компенсатор самопишущий мостовой (РП-160) с классом точности 0,5. Этот метод измерения обеспечивает высокую точность.

Расчет измерительной схемы вторичного прибора

Автоматические мосты получили широкое распространение для измерения температур в комплекте с термопреобразователями сопротивления стандартных градуировок. Измерительная схема моста серии РП представлена на рисунке.5

В этой схеме :

R1, R2,R3, R4 - резисторы, составляющие плечи моста

rл - сопротивление линии

Rр - сопротивление реохорда с шунтом

Rп - резистор предела шкалы

Rо - резистор ограничения напряжения питания моста

Упрощенная методика расчета

Напряжение питания моста U = 1,5 (В), примем сопротивление R1 = 50 (Ом);

Для увеличения чувствительности, мост желательно иметь симметричным, т.е. R2=R4. Сопротивление R2 находим из условий наименьшей температурной погрешности трехпроводной линии, что достигается равенством сопротивления смежных плеч при среднем положении движка реохорда.

Где Rxmax, Rxmin, - сопротивления нашли из градуировочных таблиц термопреобразователя сопротивления ТСМ 0879 соответственно для верхнего и нижнего пределов шкалы (для 500С - 60,7 (Ом), для 00С - 50 (Ом)).

Сопротивление Rп, определяющее диапазон измерений, можно найти из условий равновесия моста на верхнем и нижнем пределах шкалы.

Из данной системы уравнений найдем:



Учитывая, что

Из уравнения описанного выше найдем значение R3:

Определим ток, проходящий через термопреобразователь сопротивления:

Так как Imax < Iдоп = 7 мА, то самонагрева термометра сопротивления нет.

При данных значениях сопротивления сила тока проходящая через термометр сопротивления меньше оптимального значения, то можно сделать вывод, что расчет закончен.

Расчет измерительной схемы моста исходя из условий максимальной чувствительности и допустимой мощности на термопреобразователе сопротивления.

Для минимизации сопротивления измерительной схемы, с целью увеличения чувствительноти, из схемы исключают резистор ограничения R1. Вид схемы для этого случая представлена на рис.6.

Рис. 7 Измерительная схема моста с повышенной чувствительностью

Из условий протекания допустимого тока через термопреобразователь сопротивления найдем сумму сопротивлений верхний ветки моста получим:

По рекомендациям, данным , в полученной формуле на место RХ можно подставить RХмах. Так как:

Поэтому:

Из условия равновесия моста на нижнем и верхнем пределе:

= RХмах - RХмin =60.7-50 = 10.7 (Ом)

 = 0,04 (выбрано из интервала = 0,030,05).

Таким образом

Тогда

Величина сопротивления R2 находится из условия минимальной температурной погрешности работы трехпроводной линии:

Сопротивление R4 определяется из условий равновесия моста на нижнем пределы шкалы:

Сопротивление пределов шкалы, Ом:

Расчет схемы по этой методике позволяет примерно вдвое повысить чувствительность измерительной схемы по напряжению.

Оценка погрешности измерения температуры

Оценка погрешности контактного метода измерения температуры

Температура «точки росы» в конденсатре измеряется термопреобразователем сопротивления ТСМ 0879 с рабочей длиной l=0,4 м и толщиной стенки =0,002 м, длина чувствительного элемента 0,05м. Защитный чехол термоприемника изготовлен из стали марки IX18H9T.

Температура мест закрепления термоприемника обычно отличается от температуры среды. Вследствии этого распределение температур по длине термоприемника будет неравномерным и из-за теплоотвода температура рабочей части термоприемника может отличаться от действительной температуры среды.

Погрешность, обусловленную теплопроводностью с достаточной степенью точности можно определить только экспериментальным путем. Порядок возможной погрешности измерений обычно определяют расчетным путем при допущении, что термоприемник представляет собой однородный стержень, один конец которого закреплен в стенке трубопровода. Температура tо у основания термоприемника, т. е. в месте соединения его со стенкой трубопровода, отличается от температуры tп рабочей части термоприемника, а вместе с тем и от температуры среды tв. Температура tо приближенно принимается равной tн.с. наружной стенки трубопровода. Предполагается, что в каждом поперечном сечении термоприемника распределение температур равномерное и температура термоприемника изменяется только вдоль его оси.

Погрешность измерения температуры, вызванная стоком тепла по арматуре имеет вид:

где tв, tп и t0 - соответственно температура среды, рабочей части термоприемника и в месте соединения его со стенкой трубы, C; l - длина погруженной части термоприемника, м; - относительная длина участка осреднения температуры; m вычисляют по формуле:

Произведем подсчет коэффициента теплоотдачи от среды к термоприемнику, т.

Число Рейнольдса при скорости воздуха = 4м/с, коэффициенте кинематической вязкости воздуха = 14,1610-6 м2/с и диаметре защитного чехла термометра сопротивления d = 0,02м:

Критерий Нуссельта:

Nu =0,021Re0.8Рr0,4=0,0211003.630.877= 18,48

Рrж = 072 (для двухатомных газов)

Коэффициент теплоотдачи от среды к термоприемнику равен:

(Вт/м2К)

Тогда

Произведем расчет температуры tо у основания термоприемника, допустим 0 оС

Итак погрешность контактного метода измерения температуры:

Т.к. данная погрешность min, то в дальнейших расчетах ее учитывать не будем.

Оценка погрешности термометра сопротивления

Погрешность измерения определяется следующей формулой:

= instr met sub, где

instr - инструментальная составляющая погрешности;

met - методическая составляющая погрешности;

sub - субъективная составляющая погрешности.

Инструментальную погрешность можно представить следующей математической моделью:

instr = о dyn int, где

о - основная погрешность;

dyn - динамическая погрешность;

int - погрешность, обусловленная взаимодействием средств измерений с объектом измерений.

Дисперсия инструментальной составляющей погрешности измрения:

2[ instr] = 2[о] + 2[dyn] + 2[int].

1) Максимальные допускаемые отклонения от градуировочных таблиц медных термометров сопротивления определяется по формуле:

ТСМ = (0,3+3,5*10-3 t) t=8.5 oC ТСМ = 0.32975

При измерении термометром сопротивления необходимо учитывать его самонагрев от протекающего тока. Примем т = 0,4С. Полагая эту погрешность равнораспределенной, будем иметь ее числовые характеристики, :

2) Прогрессирующая погрешность термометра сопротивления составляет за год 0,284 от R0. Не исключенное за год изменение R0 можно рассматривать, как случайную составляющую СКО, :

0,082 R0 / Rt =0.082*50/52.14=0.0786 %

3) СКО основной погрешности будет иметь вид:

4) СКО динамической составляющей инструментальной погрешности определим по следующей формуле:

=0,1%

- инертность термопары =20

tн - пределы измерения вторичного прибора 100 oC

T - период колебаний переходного процесса 200 с

5) В относительном виде:

6) СКО составляющей погрешности, вызванной стоком тепла по арматуре ТСМ-0879 составляет [int]=0% (расчет приведен выше)

7) СКО инструментальной погрешности:

8) Методическая и субъективная составляющая погрешности термометра сопротивления равны нулю, следовательно:

Оценка погрешности вторичного прибора

СКО основной погрешности:

- класс точности РП-160 =0,5

k - для равномерного распределения

[z]ВП =0 дополнительные погрешности при нормальных условиях отсутствуют.

[dyn]ВП =0 т.к. инертность прибора значительно меньше инерционности датчика

[int]ВП =0 т.к. подключение ТСМ на вход является нормальной нагрузкой РП-160 на входе и не вызывает дополнительных погрешностей при правильной подгонке сопротивлений линии. следовательно

Методическая погрешность измерения

Субъективная погрешность измерения:

Приняв для этой погрешности равномерное распределение, получим значения СКО:

Суммарная погрешность вторичного прибора:

В относительном виде:



Оценка погрешности измерительного канала

Погрешности датчика и измерительного прибора независимы, поэтому для их сложения примем следующую формулу:

Границы случайной погрешности при доверительной вероятности Р=95 определим по формуле:

Итак, результат измерения: 8,5 0,9C.

Список литературы

Метрология и теплотехнические измерения. Методические указания и сборник заданий к выполнению комплексного курсового проекта по специальности 21.03. /ИГЭУ; Сост. Коптелов Ю.К.-Иваново, 1992.

Теплоэнергетика и теплотехника: Справочник/ под ред. Григорьева. - М.:Энергия, 1980.

Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД 50-213-80. - М.: Изд-во стандартов, 1982.

Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. - М.:Энергия,1978.

Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. - М.: Энергия, 1980.

Чистяков В.С. Краткий справочник по теплотехническим измерениям. - М: Энергоатомиздат, 1990.

Прусенко В.С. Многоконтурные автоматические системы автоматического регулирования тепловых процессов

Голубков Б.Н. Пятачков Б.И. Кондиционирование воздуха, отопление и вентиляция, Москва Энергоиздат 1982

Давыдов Ю.С. Техника автоматического регулирования в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, Москва, Стройиздат, 1977

Размещено на Allbest.ru

...