Измерения в физике

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Законы Ома

Закон Ома для электрической цепи. Согласно этому закону сила тока I в электрической цепи равна э. д. с. Е источника, поделенной на сопротивление цепи R_ц, т. е.

I = E / R_ц

Полное сопротивление замкнутой электрической цепи можно представить в виде суммы сопротивления внешней цепи R и внутреннего сопротивления Ro источника. Поэтому сила тока

I = E / (R+Ro)

Чем больше э. д. с. Е источника и чем меньше сопротивление электрической цепи, тем больший ток проходит по этой цепи.

Э. д. с. источника электрической энергии равна произведению силы тока на полное сопротивление электрической цепи

E = IR_ц

Закон Ома для участка электрической цепи. Закон Ома может быть применен не только ко всей цепи, но и к любому ее участку. В этом случае э. д. с. Е источника в должна быть заменена разностью потенциалов между началом и концом рассматриваемого участка, т. е. напряжением U, а вместо сопротивления всей цепи в формулу должно быть подставлено сопротивление R данного участка. В этом случае закон Ома формулируется следующим образом. Сила тока I на данном участке электрической цепи равна напряжению U, приложенному к участку, поделенному на сопротивление R этого участка:

I = U / R

2. Основные метрологические характеристики средств измерений

· Абсолютная погрешность

Абсолютной погрешностью приближения называется модуль разности между истинным значением величины и её приближённым значением. , где -- истинное значение, -- приближённое.

· Относительная погрешность

Относительной (приведенной )погрешностью приближения называется отношение абсолютной погрешности к модулю приближённого значения величины. , где -- истинное значение, -- приближённое.

Относительную погрешность обычно вызывают в процентах.

· вариация показаний измерительного прибора

Разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.

· Класс точности -- основная метрологическая характеристика прибора, определяющая допустимые значения основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения.

3. Способы измерения давления

Средства измерения, предназначенные для измерения давления и разности давлений, называются манометрами, Последние подразделяются на барометры, манометры, избыточного давления, вакуумметры и манометры абсолютного давления в зависимости от измеряемого ими соответственно атмосферного, избыточного, вакуумметрического и абсолютного давлений. Манометры, предназначенные для измерения давления или разрежения в диапазоне до 40 кПа (0,4кгс/см2), называются напоромерами и тягомерами. Тягонапоромеры имеют двустороннюю шкалу с пределами измерения до±20кПа (±0,2кгс/см2). Дифференциальные манометры применяются для измерения разности давлений. В зависимости от принципа, используемого для преобразования силового воздействия давления на чувствительный элемент в показания или пропорциональные изменения другой физической величины, средства измерения давления разделяются на жидкостные, деформационные, грузопоршневые, электрические, ионизационные и тепловые.

Поплавковые дифманометры. Принцип уравновешивания измеряемого давления силой тяжести столба рабочей жидкости используется в жидкостных поплавковых дифманометрах, которые являются разновидностью однотрубных манометров. В широком сосуде, куда подается большее из измеряемых давлений, плавает поплавок. Его перемещение, определяемое измеряемой разностью давлений, передается показывающей стрелке или записывающему устройству.

Трубчато-пружинные манометры. Большинство показывающих, самопишущих, сигнализирующих манометров и преобразователей давления с трубчатой пружиной являются устройствами прямого преобразования, в которых давление последовательно преобразуется в перемещение чувствительного элемента и связанного с ним механически показывающего, регистрирующего, контактного устройства, элемента пневматического или электрического преобразователя.

Грузопоршневые манометры. В грузопоршневых манометрах измеряемое давление уравновешивается силой тяжести неуплотненного поршня с грузами. Манометры используются в качестве образцовых средств воспроизведения единицы давления в диапазоне от 10-1 до 1013 Па, а также для точных измерений давления в лабораторной практике.

Пьезоэлектрические манометры. Принцип действия манометров этого типа основан на пьезоэлектрическом эффекте, сущность которого состоит в возникновении электрических зарядов на поверхности сжатой кварцевой пластины, которая вырезается перпендикулярно электрической оси кристаллов кварца.

Манометры с тензопреобразователями. Манометры с тензорезистивными преобразователями по быстродействию приближаются к пьезоэлектрическим манометрам. Первые представляют собой мембраны, на которых размещены проволочные, фольговые или полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется при деформации мембраны под действием давления.

4. Способы измерения расхода

1.Расходомеры переменного перепада давления.

Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого устройством, которое установлено в трубопроводе, или же самим элементом последнего.

2.Расходомеры с сужающими устройствами.

Они основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого сужающим устройством, в результате которого происходит преобразование части потенциальной энергии потока в кинетическую. Разность давлений до и после сужающего устройства измеряется дифманометром

3. Вентури-метры

Принцип действия расходометров этого типа основан на эффекте Вентури. Вентури-расходомер сужает поток жидкости в некотором устройстве, и датчики давления измеряют разницу давлений перед указанным устройством и непосредственно в месте сужения.

4.Дисковая диафрагма

Диафрагма представляет собой диск со сквозным отверстием, вставленный в поток. Дисковая диафрагма сужает поток, и разница давлений, измеряемая перед и после диафрагмы, позволяет определить расход в потоке. Этот тип расходомера можно грубо считать одной из форм Вентури-метров, однако имеющую более высокие потери энергии. Существует три типа дисковых диафрагм: концентрические, эксцентриковые и сегментальные.

5. Ротаметр

Ротаметр состоит из конической трубки, расходящейся вверх, внутри которой перемещается поплавок-индикатор. Измеряемый поток жидкости или газа проходит через трубку снизу вверх и поднимает поплавок. Чем выше поплавок, тем больше площадь вокруг него, через которую может течь поток. Поднявшись настолько, что сила тяжести F_G уравновешивает подъёмную силу F_r со стороны потока, поплавок останавливается. Таким образом, каждому положению поплавка соответствует определённый расход.

6. Электромагнитный

В основе электромагнитных расходомеров лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, подчиняющееся закону электромагнит-ной индукции.

7. Кориолисовый

Кориолисовые расходомеры -- приборы, использующие эффект Кориолиса для измерения массового расхода жидкостей, газов. Принцип действия основан на изменениях фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется среда. Сдвиг фаз пропорционален величине массового расхода. Поток с определенной массой, движущийся через входные ветви расходомерных трубок, создает кориолисову силу, которая сопротивляется вибрации расходомерных трубок. Наглядно это сопротивление чувствуется, когда гибкий шланг извивается под напором прокачиваемой через него воды.

8) Вихревой

Вихревой расходомер -- разновидность расходомера, принцип действия которого основан на измерении частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования. В вихревых расходомерах для создания вихревого движения на пути движущего потока жидкости, газа или пара устанавливается тело обтекания, обычно в виде трапеции в сечении.

9) Тепловой

Тепловой расходомер -- расходомер, в котором для измерения скорости потока жидкости или газа используется эффект переноса тепла от нагретого тела подвижной средой.

10) Ультразвуковой

Простой способ измерения объемного расхода основан на свойствах распространения ультразвука в жидкости. В результате ультразвукового измерения можно получить среднюю скорость жидкости, которая определяется по скорости распространения ультразвуковых волн.

Ультразвуковое измерение выполняется с помощью двух пьезоэлектрических преобразователей, помещенных по разные сторонам трубы на расстоянии (вдоль оси трубы) по крайней мере, 100 мм друг от друга; они могут работать как в режиме излучения (прямо), так и в режиме отражения.

5. Способы измерения температуры

Температура-степень нагретости тела.

Контактный. Бесконтактный.

· Термометр жидкостный. Зависимость объёма от температуры.

· Термометр манометрический. Зависимость давления от температуры.

Действие манометрических термометров основано на изменении давления газа, пара или жидкости в замкнутом объеме при изменении температуры. Манометрический термометр состоит из термобаллона, гибкого капилляра и манометра. В зависимости от заполняющего вещества манометрические термометры делятся на газовые, парожидкостные и жидкостные. Термобаллон манометрического термометра помещают в измеряемую среду. При нагреве термобаллона внутри замкнутого объема увеличивается давление, которое измеряется манометром. Шкала манометра градуируется в единицах температуры. Капилляр (обычно латунная трубка внутренним диаметром, составляющим доли миллиметра) позволяет удалить манометр от места установки термобаллона. Капилляр по всей длине защищен оболочкой из стальной ленты. Манометрические термометры могут применяться во взрывоопасных помещениях. При необходимости передачи результатов измерений манометрические термометры снабжают промежуточными преобразователями с унифицированными выходными пневматическими или электрическими сигналами.

· Термометр сопротивления. Зависимость сопротивления от температуры.

Действие термометров сопротивления основано на свойстве тел изменять электрическое сопротивление при изменении температуры. У металлических термометров сопротивление с возрастанием температуры увеличивается практически линейно, у полупроводниковых, наоборот, уменьшается.

· Термопары

Принцип действия термопар (термоэлектрических пирометров) основан на свойстве двух разнородных проводников создавать термоэлектродвижущую силу (термо-э. д. с.) при нагревании места их соединения -- спая. Проводники в этом случае называются термоэлектродами, а все устройство -- термопарой.

· Пирометры излучения

Пирометры излучения предназначены для бесконтактного измерения температуры по тепловому излучению нагретых тел. Наиболее распространены радиационные пирометры. Действие радиационного пирометра основано на измерении всей энергии излучения нагретого тела. Лучи от нагретого тела объективом фокусируются на зачерненной пластинке и нагревают ее. Температура пластинки при этом оказывается пропорциональной энергии излучения, которая, в свою очередь, зависит от измеряемой температуры. Для измерения температуры пластинки обычно применяют батарею последовательно включенных термопар, э. д. с. которой измеряется автоматическим потенциометром.

6. Способы измерения уровня

1. Гравитационные методы, при которых прямо или косвенно используется проявление силы тяжести контролируемой среды (законы Архимеда, сообщающихся сосудов, весовой метод и т. д.).

2. Полевые методы, в которых используются различного рода физические поля для идентификации границы раздела «жидкость-воздух» и эффекты их поглощения и отражения в контролируемой среде.

3. Лучевые методы, при которых используются лучи частиц или сфокусированный оптический луч источника света или лазера.

Первая группа методов - гравитационная - представлена пневматическим, гидростатическим, совмещённым, весовым методами. Полевые методы - это наиболее многочисленная группа методов, к ней относятся: ёмкостной; индуктивный; резистивный (омический);резонансный; СВЧ; ультразвуковой. В группу лучевых методов входят и радиоизотопный и оптический методы.

I . Контактные методы

1) Поплавковый

В них ЧЭ является поплавок, плавающий на поверхности жидкости. Перемещение его вместе с жидкостью преобразуется в электрический сигнал или в метрические единицы. Простейший УМ содержит поплавок, подвешенный на гибком тросе или тягах. На другом конце троса закреплён указатель - стрелка, перемещающаяся по метрической шкале, откалиброванной в единицах уровня. В УМ с дистанционной передачей поплавок соединяется с преобразователем линейных погрешностей в электрический сигнал (индуктивный или трансформаторный преобразователи).

2) Емкостной

ЧЭ емкостного уровнемера представляет собой конденсатор, обкладки которого погружены в среду. Он может быть выполнен в виде двух концентрических труб, пространство между которыми заполняется средой, либо в виде стержня, при этом роль второй обкладки играет металлическая стенка емкости. В случае проводящей жидкости ЧЭ покрывается изолятором, обычно фторопластом. Изменение уровня жидкости приводит к изменению емкости ЧЭ, преобразуемой в выходной электрический сигнал.



3) Гидростатический

В основе принципа действия гидростатических уровнемеров - измерение давления создаваемого гидростатическим столбом жидкости находящимся выше чувствительного элемента датчика и преобразование измеренного значения в действительное значение уровня. Так как значение уровня создаваемого гидростатическим давлением зависит от плотности среды и совершенно не зависит от формы, размера и объема емкости. Конструктивно из можно отнести к датчикам дифференциального давления. На мембрану с одной стороны воздействует давление создаваемое столбом измеряемой жидкости, с другой стороны на мембрану воздействует атмосферное давление для обеспечения точности измерения. При измерении уровня продукта находящегося в емкости под давлением, на мембрану вместо атмосферного давления, необходимо подавать давление, имеющееся в емкости.

Более точными методами являются измерения не относительного, а дифференциального (разностного) давления, которое получается в результате вычитания давлений подаваемых на чувствительный элемент дифференциального манометра (дифманометра) из разных точек.

4) Буйковый

В уровнемерах применяется неподвижный, погруженный в жидкость буек 3 - рисунок 55. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила F.

5) Кондуктометрический

Принцип действия основан на измерении электрической проводимости.

Если контролируемая жидкость покрывает электрод ВЕ, то между электродом и корпусом резервуара образуется электролитический контакт, то получает питание обмотка электромагнитного реле КV1. Реле срабатывает и через его замыкающий контакт КV1,1 получает питание лампа НL, сигнализирующая о достижении заданного уровня.

При обнажении электрода электрическая цепь питания реле и сигнальной лампы прерывается.

II . Бесконтактные методы

1) Зондирование ультразвуком

Ультразвуковые и акустические уровнемеры. Действие основано на измерении времени прохождения импульса ультразвука от излучателя до поверхности жидкости и обратно. При приеме отраженного импульса излучатель становится датчиком. Если излучатель1 расположен над жидкостью, уровнем называется акустическим, а если внутри жидкости - ультразвуковым.

2) Зондирование электромагнитным излучением

Магнитное поле возбуждения создается одинаковыми катушками 3 и 4, по которым протекают токи возбуждения, образованные соответственно от источников тока 9 и 8. Сигнал, возбуждаемый взаимодействием потока жидкости с магнитным полем на основе закона Фарадея, снимается с электродов 1 и 2, усиливается предварительным усилителем 6, далее с помощью АЦП 7 преобразуется в цифровой код, который вводится в вычислитель 10. Вычислитель по соответствующей программе выдает сигнал на коммутационно-регулирующее устройство, которое обеспечивает необходимые токи возбуждения в катушках, при которых результирующий сигнал между электродами устанавливается равным нулю. При этом с помощью устройства 11 вычисляется отношение токов в катушках, которое высвечивается на табло 12.

III. Визуальные УМ

Наиболее простыми по конструкции и принципу действия являются УМ, основанные на визуальном измерении высоты уровня жидкости. Конструктивно они представляют собой трубки или водомерные стёкла, монтируемые на резервуарах. Трубки и стёкла оцифровываются в метрических единицах. Для увеличения диапазона измерения с одновременным сохранением прочности резервуара устанавливается несколько водомерных стёкол, располагающихся на различных, перекрывающихся уровнях.



7. Способы измерения плотности, вязкости, влажности веществ

Плотность -- скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму или площади.

Психрометрический метод измерения относительной влажности воздуха

Измерение относительной влажности воздуха этим способом осуществляется по данным с психрометра - прибора, состоящего из двух термометров с интервалом 0,2°С. Ёмкость одного из термометров, плотно обертывается тонкой тканью, конец которой опускается в стаканчик с дистиллированной водой. С поверхности ёмкости "мокрого" термометра происходит испарение воды, на которое расходуется тепло. Сухой термометр показывает температуру окружающего воздуха, а мокрый - температуру поверхности ёмкости, зависящую от интенсивности испарения воды. Чем ниже влажность, тем интенсивнее будет происходить испарение и, следовательно, тем ниже будут показания мокрого термометра.

8. Назначение и разновидности газоанализаторов

Газоанализаторы - приборы, измеряющие содержание (концентрацию) одного или нескольких компонентов в газовых смесях. Каждый газоанализатор предназначен для измерения концентрации только определенных компонентов на фоне конкретной газовой смеси в нормированных условиях. Наряду с использованием отдельных газоанализаторов создаются системы газового контроля, объединяющие десятки таких приборов.

Газоанализаторы классифицируют по типу на пневматические, магнитные, электрохимические, полупроводниковые и др.

Термокондуктометрические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава.

Термокондуктометрические газоанализаторы не обладают высокой избирательностью и используются, если контролируемый компонент по теплопроводности существенно отличается от остальных, напр. для определения концентраций Н₂, Не, Аг, СО₂ в газовых смесях, содержащих N₂, О₂ и др. Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов по объему.

Термохимические газоанализаторы. В этих приборах измеряют тепловой эффект химической реакции, в которой участвует определяемый компонент. В большинстве случаев используется окисление компонента кислородом воздуха; катализаторы - марганцевомедный (гопкалит) или мелкодисперсная Pt, нанесенная на поверхность пористого носителя. Изменение т-рыпри окислении измеряют с помощью металлич. или полупроводникового терморезистора. В ряде случаев пов-сть платинового терморезистора используют как катализатор. Величинасвязана с числом молей М окислившегося компонента и тепловым эффектомсоотношением:

,

где k-коэф., учитывающий потери тепла, зависящие от конструкции прибора.

Магнитные газоанализаторы. Этот тип применяют для определения О₂. Их действие основано на зависимости магнитной восприимчивости газовой смеси от концентрации О₂, объемная магнитная восприимчивость которого на два порядка больше, чем у большинства остальных газов. Такие газоанализаторы позволяют избирательно определять О₂ в сложных газовых смесях. Диапазон измеряемых концентраций 10^-2 - 100%. Наиболее распространены магнитомех. и термомагн. газоанализаторы.

В магнитомеханических газоанализаторах измеряют силы, действующие в неоднородном магн. поле на помещенное в анализируемую смесь тело (обычно ротор).

Пневматические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости плотности и вязкостигазовой смеси от ее состава. Изменения плотности и вязкости определяют измеряя гидромех. параметры потока.

Инфракрасные газоанализаторы. Их действие основано на избирательном поглощении молекулами газов и паров ИК-излучения в диапазоне 1-15 мкм. Это излучение поглощают все газы, молекулы к-рых состоят не менее чем из двух различных атомов.

Ультрафиолетовые газоанализаторы. Принцип их действия основан на избирательном поглощении молекулами газов и паров излучения в диапазоне 200-450 нм. Избирательность определения одноатомных газов весьма велика. Двух- и многоатомные газы имеют в УФ-области сплошной спектр поглощения, что снижает избирательность их определения. Однако отсутствие УФ-спектра поглощения у N₂, O₂, СО₂ и паров воды позволяет во многих практически важных случаях проводить достаточно селективные измерения в присут. этих компонентов. Диапазон определяемых концентраций обычно 10^-2-100% (для паров Hg ниж. граница диапазона 2,5-10^-6%).

Люминесцентные газоанализаторы. В хемилюминесцентных газоанализаторах измеряют интенсивность люминесценции, возбужденной благодаря химической реакции контролируемого компонента с реагентом в твердой, жидкой или газообразной фазе.

Фотоколориметрические газоанализаторы. Эти приборы измеряют интенсивность окраски продуктов избират. р-ции между определяемым компонентом и специально подобранным реагентом. Реакцию осуществляют, как правило, в растворе (жидкостные газоанализаторы) или на твердом носителе в виде ленты, таблетки, порошка (соотв. ленточные, таблеточные, порошковые газоанализаторы).

Фотоколориметрич. газоанализаторы применяют для измерения концентраций токсичных примесей (напр.,оксидов азота, О₂, С1₂, CS₂, O₃, H₂S, NH₃, HF, фосгена, ряда орг. соед.) в атмосфере пром. зон и в воздухе пром. помещений. При контроле загрязнений воздуха широко используют переносные приборы периодического действия. Большое число фотоколориметрич. газоанализаторов применяют в качестве газосигнализаторов.

Электрохимические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости между параметром электрохим. системы и составом анализируемой смеси, поступающей в эту систему.

В кондуктометрических газоанализаторах измеряется электропроводность р-ра при селективном поглощении им определяемого компонента. Недостатки этих газоанализаторов - низкая избирательность и длительность установления показаний при измерении малых концентраций. Кондуктометрические газоанализаторы широко применяют для определения О₂, СО, SO₂, H₂S, NH₃ и др.

Ионизационные газоанализаторы. Действие основано на зависимости электрической проводимости газов от их состава. Появление в газе примесей оказывает дополнительное воздействие на процесс образования ионов или на их подвижность и, следовательно, рекомбинацию. Возникающее при этом изменение проводимости пропорционально содержанию примесей.

Все ионизационные газоанализаторы содержат проточную ионизац. камеру, на электроды которой налагают определенную разность потенциалов. Эти приборы широко применяют для контроля микропримесей в воздухе, а также в кач-ве детекторов в газовых хроматографах.

9. Назначение и принцип работы pH-метра

Для выяснения уровня рН с максимальной точностью используют рН-метры. Это приборы, принцип работы которых основан на измерении электродвижущей силы в анализируемой жидкости. Изменение потенциалов зависит от количества свободных ионов водорода, то есть от кислотности раствора. Конструкция рН- состоит из:

* измерительного (основного) электрода;

* сравнительного электрода;

* потенциометра;

* преобразователя;

* дисплея.

10. Понятие о хроматографическом анализе газов и жидкостей

Хроматография - процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента. Разделение сложных смесей хроматографическим способом основано на различной сорбируемости компонентов смеси. В процессе хроматографирования так называемая подвижная фаза (элюент), содержащая анализируемую пробу, перемещается через неподвижную фазу. Обычно неподвижная фаза представляет собой вещество с развитой поверхностью, а подвижная - поток газа или жидкости, фильтрующейся через слой сорбента. При этом происходит многократное повторение актов сорбции - десорбции, что является характерной особенностью хроматографического процесса и обуславливает эффективность хроматографического разделения.

Качественный хроматографический анализ, т.е. индетификация вещества по его хроматограмме, может быть выполнен сравнением хроматограических характеристик, чаще всего удерживаемого объема (т.е. объема подвижной фазы, пропущенной через колонку от начала ввода смеси до появления данного компонента на выходе из колонки), найденных при определенных условиях для компонентов анализируемой смеси и для эталона.

Количественный хроматографический анализ проводят обычно на хроматографе. Метод основан на измерении различных параметров хроматографического пика, зависящих от концентрации хроматографируемых веществ - высоты, ширины, площади и удерживаемого объема или произведения удерживаемого объема на высоту пика.

В количественной газовой хроматографии применяют методы абсолютной градуировки и внутренней нормализации, или нормировки. Используется также метод внутреннего стандарта. При абсолютной градуировке экспериментально определяют зависимость высоты или площади пика от концентрации вещества и строят градуировочные графики или рассчитывают соответствующие коэффициенты. Далее определяют те же характеристики пиков в анализируемой смеси, и по градуировочному графику находят концентрацию анализируемого вещества. Этот простой и точный метод является основным при определении микропримесей.

При использовании метода внутренней нормализации принимают сумму каких-либо параметров пиков, например сумму высот всех пиков или сумму их площадей, за 100%. Тогда отношение высоты отдельного пика к сумме высот или отношение площади одного пика к сумме площадей при умножении на 100 будет характеризовать массовую долю (%) компонента в смеси. При таком подходе необходимо, чтобы зависимость величины измеряемого параметра от концентрации была одинаковой для всех компонентов смеси.



11. Назначение барьеров искрозащиты

Барьер искрозащиты обеспеспечивает невозможность попадания электрического тока, способного вызвыть искру, через входные и выходные электрические цепи датчиков и исполнительных механизмов, установленных во взрывоопасных зонах. Типы барьеров искробезопасности: Существуют активные и пассивные барьеры искробезопасности. Активный барьер предназначены для обеспечения искробезопасности и организации питания датчиков с унифицированными выходными сигналами, а также электропневмопреобразователей и позиционеров. Пассивные барьеры искробезопасности применяются для работы с датчиками и другими техническими средствами, не содержащими собственных источников питания, сосредоточенных индуктивностей и емкостей, формирующими естественный выходной сигнал

12. Назначение, классификация регулирующих и отсечных устройств

Регулирующие клапаны предназначены для регулирования расхода путем изменения количества проходящей по трубопроводу рабочей среды. Управляются от внешнего источника энергии. При ручном управлении осуществляется только периодическое ступенчатое регулирование. Непрерывное и бесступенчатое регулирование производится посредством пневматических, гидравлических и электрических приводов (исполнительных механизмов). Затворы регулирующих клапанов бывают стержневыми (игольчатыми), полыми (юбочными), сегментными, тарельчатыми поршневыми (клеточными).

Регулирующие клапаны с пневмоприводом или гидроприводом одностороннего действия, оснащенные силовой пружиной или грузом, по способы операции подразделяются на нормально открытые и нормально закрытые в зависимости от того, открыт или закрыт К. при отсутствии давления в приводе. Среди регулирующих клапанов надлежит также выделить трехходовые К., предназначенные для смешения двух потоков в один или разделения одного потока на два, а также регулирующие К. для малых расходов.

Нормально-закрытыми клапанами называются клапаны, которые при снятие управляющего сигнала закрываются, перекрывая поток. Например, в случае регулятора расхода газа с нормально-закрытым электромагнитным управляющим клапаном, при отключении питания регулятора, клапан закроется под действием усилия внутренней пружины. При возобновлении подачи питания на прибор, клапан откроется на величину, заданую до отключения.

Нормально-открытые клапаны наоборот, при снятие управляющего сигнала полностью открываются. Грамотное использование нормально-закрытых и нормально-открытых клапанов позволяет избежать дополнительных повреждений установки в случае, например, аварийного отключения электропитания.

Предохранительные клапаны или разрывные устройства предназначены для автоматического выпуска избытка жидкой, паро или газообразной среды из системы высокого давления при чрезмерном повышении давления в ней в систему низкого давления или в атмосферу и обеспечивающей безопасную эксплуатацию установок и предотвращение аварий. Наиболее часто применяются пружинные и рычажно-грузовые предохранительные К.. Рычажно-грузовые клапаны изготовливают только малоподъемными: однорычажные К. - с одним седлом и двухрычажные - с двумя седлами. Эти К. выдаются стабильностью усилия; применяются только в стационарных установках; не могут быть использованы для работы с противодавлением. Малоподъемные клапаны. применяются, в основном, на несжимаемых средах. Использование их на сжимаемых средах нецелесообразно из-за невысокого значения пропускной способности, которое для сжимаемых сред может быть существенно повышено в конструкциях полноподъемных клапанов. Пружинные клапаны - более совершенной конструкции, чем рычажно-грузовые; имеют меньшую инерционность, меньшую массу и габаритные размеры; главным образом полноподъемные. Полноподъемные клапаны характеризуются скоростью срабатывания на полный ход золотника. Они обеспечивают высокие значения пропускной способности при сравнительно малых превышениях давления в защищаемой системе. Время открытия этих клапанов - 0,008 - 0,04с.

Регуляторы давления прямого действия - автоматически действующая арматура, обеспечивающей поддержание постоянного давления на участке системы до или после регулятора путем изменения расхода среды. Основные элементы: регулирующий орган, привод, задатчик нагружения (с грузовым, пружинным или пневматическим нагружением), импульсное устройство и импульсная линия связи “регулятор-трубопровод”. Чувствительные элементы делятся на: мембранные, сильфонные и поршневые.

Действие регулятора основано на использовании энергии рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу. С изменением давления на контролируемом участке изменяется степень открытия затвора в сторону, необходимую для восстановления исходного давления. Регулятор давления «после себя» прямого действия, работающий в условиях, когда отрегулированное давление Рвых. меньше половины регулируемого Рвх., то есть при Рвых.‹0,5*Рвх. - называется редукционным клапаном.

Регуляторы уровня прямого действия - предназначены для автоматического поддержания уровня жидкости в сосуде в установленных пределах заданной высоты. Основными их конструктивными элементами являются: датчик положения уровня; исполнительное устройство в виде запорного или регулирующего клапана; поплавковое устройство. Датчиком положения обычно служит поплавок.

Отсечные клапаны - предназначены для быстрого отключения трубопровода или его части при аварийной ситуации или по технологическим требованиям. Характерной чертой их является быстродействие, обеспечиваемое обычно срабатыванием пружины в момент закрытия клапана.

Перепускные клапаны - предназначены для поддержания давления среды на требуемом уровне путем перепуска ее через ответвление трубопровода.

Дыхательные клапаны - предназначены для выпуска накопившихся паров или воздуха и предотвращения образования вакуума в резервуарах в результате «большого» и «малого» дыхания.

Клапаны отключающие - устанавливаются, как правило, на линиях с малым диаметром, для которых выброс среды в атмосферу в результате поломки трубопровода недопустим. Принцип действия отключающихся клапанов заключается в том, что при превышении определенного заданного расхода (например, при разрыве трубы трубопровода) клапан закрывается.

Клапаны распределительные - предназначены для распределения потока рабочей среды по определенным направлениям (трехходовые и многоходовые). Обычно распределительные К. имеют электромагнитный привод и предназначены для дистанционного управления пневматическими и гидравлическими приводами. Трехходовые К. предназначены для управления приводом одностороннего действия.

Клапаны смесительные - используются, если необходимо смешивать в заданных пропорциях различные среды, отличающиеся по составу и температуре. При этом к ним могут предъявляться требования - выдерживать постоянные параметры смеси.

13. Понятие о предупредительной и аварийной сигнализации

По функциональному назначению принято различать:

- нормальную сигнализацию, сообщающую информацию о работе объекта или ходе процесса для их контроля;

- предупредительную сигнализацию, сообщающую о необходимости соблюдения условий, обеспечивающих правильное протекание процесса или безопасную работу объекта;

- аварийную сигнализацию, извещающую о нарушениях в ходе процесса или об отключении объекта в связи с возникновением опасного для него режима работы.

Различают два вида сигнализации: звуковую и световую.

ом электрический хроматографический искрозащита

14. Назначение устройств блокировки и защиты

Устройства автоматической защиты предназначаются либо для прекращения производственного процесса при нарушении режима, либо для принятия других мер по устранению опасности.

Одним из видов защиты являются устройства автоматической блокировки, которые делятся на две группы: запретно-разрешающие и аварийные.

Запретно-разрешающие блокировочные устройства служат для предотвращения неправильных включений и отключений механизмов и аппаратов. Аварийные блокировочные устройства предназначены для автоматического последовательного отключения механизмов или участков объекта.

К устройствам автоматической защиты относятся, например, предохранительные клапаны, не допускающие повышения давления в аппаратах выше установленного.

Устройства автоматической защиты применяют при огневом обогреве контактных аппаратов и перегревателей. Огневой обогрев безопасен только при постоянном разрежении (тяге) в топочном пространстве. Поэтому при остановке дымососа и снижении разрежения в дымовой трубе необходимо автоматически выключить подачу топлива.

К аппаратуре автоматической защиты относятся устройства, обеспечивающие нормальную эксплуатацию центробежных насосов. При остановке одного из параллельно работающих насосов необходимо немедленно перекрыть его тракт, так как иначе остальные насосы начнут работать по замкнутому контуру и работа установки в целом нарушится.

Релейной защитой называют комплекс, состоящий из реле и других аппаратов, соединенных в определенные электрические схемы, которые должны реагировать на нарушения нормального режима работы участка электрической цепи и посылать импульсы для отключения находящегося в этой цепи выключателя или автомата.

Устройства релейной защиты должны обладать чувствительностью и быстротой действия, обеспечивающими надежность работы электрической установки, а также избирательностью (селективностью) действия. Последнее условие заключается в том, что защита должна обеспечивать отключение только поврежденного участка установки.

Размещено на Allbest.ru

...