3. Измерение основных технологических параметров

3-1. Какого типа должны быть терморезисторы в схеме на рисунке 20, чтобы чувствительность мостовой схемы была максимальной?

Рисунок 20

3-2. Равномерна ли шкала неуравновешенного моста (рисунок 21) при условии, что R_t – термометр сопротивления ТСМ?

3-3. На рисунке 22 приведена схема уравновешенного моста. Определите, какое положение движка реохорда (в точке «а» или в точке «б») соответствует: а) нижнему пределу измерения для датчика ММТ; б) верхнему пределу измерения для датчика ТСМ.

3-4. На рисунке 23 приведена схема измерительного моста. Определите, уравновешенный это мост или нет, и какой тип терморезистора в нем использован, если верхнему пределу измерения соответствует положение движка реохорда в точке «а».

3-5. Компенсационный резистор, используемый в автоматическом потенциометре для автоматического введения поправки на температуры свободных концов термопары, рассчитывается для возможного диапазона их изменения 0 – 50 ⁰С. При всех ли температурах свободных концов из этого диапазона будет происходить полная компенсация изменения термоЭДС?

Рисунок 23

Рисунок 22

3-6. Температура измеряется уравновешенным мостом, схема которого приведена на рисунке 24. Будут ли зависеть показания моста от соотношения сопротивлений R₂ и R₃ (например, R₂/R₃=0,1 и R₂/R₃=10)? Какое из приведенных соотношений обеспечит большую чувствительность?

3-7. На рисунке 25 показана схема неуравновешенного моста для измере-

ния температуры терморезистором с положительным ТКС. В какое плечо должен быть включен второй терморезистор, имеющий отрицательный ТКС, для увеличения чувствительности?

3-8. При какой температуре будет полностью отсутствовать влияние линии связи на показания трехпроводного моста, если диапазон измерения составляет 200 ⁰С, сопротивление реохорда равно сопротивлению 0,8R₃, а сопротивление R₁ = 0,4R₃?

3-9. Будет ли линейной градуировочная характеристика уравновешенной мостовой схемы, показанной на рисунке 22?

3-10. Будет ли линейной градуировочная характеристика уравновешенной мостовой схемы, показанной на рисунке 23?

3-11. Что будут показывать автоматические потенциометры (см. рисунок 2) с диапазонами измерения 0…400 ⁰С градуировки ХК и 0…50 мВ при закорачивании их входных зажимов?

3-12. Имеются два потенциометра (см. рисунок 2) градуировок ХА и ХК со шкалой 0…600 ⁰С. У какого из них значение резистора R_к больше? Токи в ветвях схемы у обоих потенциометров одинаковы. Чувствительность термопар ХА и ХК равна соответственно 41 и 65 мкВ/град.

3-13. Будут ли одинаковыми значения сопротивления реохорда R_эр (см. рисунок 2) у потенциометров с диапазонами измерения –50…+150 ⁰С, 0…200 ⁰С одной и той же градуировки ХК?

3-14. Автоматический потенциометр (см. рисунок 2) рассчитан на работу в комплекте с термопарой ТХА и имеет диапазон измерения 0...200 ⁰С. Нужно ли изменить значения резисторов R_к и R_п при увеличении предела измерений до 400 ⁰С?

3-15. Имеются два потенциометра (см. рисунок 2) градуировок ХА и ХК со шкалой 0…600 ⁰С. У какого из них значение резистора R_п больше? Токи в ветвях схемы у обоих потенциометров одинаковы. Чувствительность термопар ХА и ХК - соответственно 41 и 65 мкВ/град.

3-16. Изменится ли работа автоматического потенциометра при изменении полярности подключения термопары? Если да, то как?

3-17. Возможно ли питание автоматического потенциометра от нестабилизированного источника напряжения (например, от батареи или аккумулятора)?

3-18. Автоматический потенциометр предназначен для работы в комплекте с термопарой ТХА и имеет диапазон измерения 0 – 300 ⁰С. Как нужно изменить сопротивление R_ш (см. рисунок 2) при увеличении предела измерения до 600 ⁰С?

3-19. Одинаковы ли значения сопротивления медного компенсационного резистора у потенциометров КСП-4 с диапазоном измерения –50…+100 ⁰С градуировки ХК, 0…600 ⁰С градуировки ХК, 0…600 ⁰С градуировки ХА? Токи схемы для всех потенциометров одинаковы.

3-20. Нормирующий преобразователь термоЭДС в ток может работать с любым типом термопар. С помощью какого элемента схемы обеспечивается одинаковый диапазон изменения выходного сигнала, не зависящий от чувствительности термопары?

3-21. Как изменятся показания жидкостного манометрического термометра при увеличении барометрического давления на 40 мм рт.ст?

3-22. Определите, на какой высоте может находиться после монтажа термобаллон жидкостного ртутного манометрического термометра относительно показывающего прибора, чтобы возникшая в результате этого погрешность не превысила класс точности. Шкала термометра 0…500 ºС, изменение давления в термобаллоне от 4,48 до 14,28 МПа, класс точности 2,0.

3-23. Газовый манометрический термометр имеет шкалу 0…200 ºС, что соответствует изменению давления от 0,6825 до 1,1925 МПа. При измерении температуры, равной 85 ºС, из-за изменения барометрического давления возникла относительная погрешность 2%. Каково отклонение барометрического давления от нормальных условий (760 мм рт. ст.)?

3-24. У жидкостного манометрического термометра, заполненного ртутью, после монтажа термобаллон оказался расположен на 7,37 метра выше показывающего прибора (при градуировке они располагались на одном уровне). Как изменятся его показания, если шкала термометра 0…500 ⁰С, давление в системе при таком изменении температуры изменяется от 4,47 до 14,28 МПа, а плотность ртути 13595 кг/м³?

3-25. Определите, какое начальное давление должно быть создано в системе манометрического газового термометра при 0 ºС, чтобы при изменении температуры от 0 до 500 ºС давление в системе увеличилось на 10 МПа. Определите, какую относительную погрешность вызовет изменение барометрического давления на 38 мм рт. ст. в начале и в конце шкалы.

3-26. Определите абсолютное и относительное изменение показаний газового манометрического термометра, вызванное изменением барометрического давления от 760 до 720 мм рт. ст. Шкала прибора 0…200 ⁰С, что соответствует изменению давления от 0,6825 до 1,1925 МПа. Прибор показывает температуру 180 ⁰С. Шкала прибора равномерная.

3-27. У жидкостного манометрического термометра, заполненного ртутью, после монтажа термобаллон оказался расположен выше показывающего прибора (при градуировке они располагались на одном уровне). При этом его показания изменились на 40 ⁰С. На сколько метров был поднят термобаллон, если шкала термометра 0…500 ⁰С, давление в системе при таком изменении температуры изменяется от 4,47 до 14,28 МПа, а плотность ртути 13595 кг/м³?

3-28. Определите, как изменится чувствительность эластичной мембраны диаметром 180 мм, если ее снабдить жестким центром с диаметром 50 мм.

3-29. Чувствительным элементом манометра является сильфон. Уравновешивание давления осуществляется за счёт упругого противодействия сильфона и пружины, площадь сильфона S = 63 мм², жёсткость пружины К_п = 0,96 кгс/мм, жёсткость одного гофра сильфона к воздействию осевого усилия К_с = 2,5 кгс/мм, число гофр 8. При перемещении стрелки манометра от начала до конца шкалы донышко сильфона перемещается на h = 6,5 мм. Определите пределы измерения манометра.

3-30. Чувствительным элементом тягомеров является мембранная коробка, составленная из двух гофрированных мембран. В одном случае коробка прикреплена к корпусу штуцером (рисунок 26, а), а во втором – в месте соединения мембран (рисунок 26, б). Одинаковы ли в этих случаях коэффициенты преобразования мембранных коробок?

3-31. Чувствительным элементом манометра, имеющего предел измерения 25 кгс/см² , является сильфон. Параметры сильфона: жёсткость пружины К_п = 0,96 кгс/мм, жёсткость одного гофра сильфона к воздействию осевого усилия К_с = 2,5 кгс/мм, число гофр 10. При перемещении стрелки манометра от начала до конца шкалы донышко сильфона перемещается на h = 6,5 мм. Определите площадь сильфона.

3-32. На трубопроводе с водой, имеющей давление Р, установлены три манометра: один выше трубопровода, другой на одном уровне с ним, а третий – ниже трубопровода (рисунок 27). Одинаковыми ли будут их показания (собственными погрешностями манометров можно пренебречь)?

3-33. В мембранном дифференциальном манометре для уменьшения температурной погрешности одна из коробок делается меньшей жесткости, чем другая (рисунок 28). В какой камере (минусовой или плюсовой) должна располагаться эта коробка?

3-34. В преобразователе давления «Метран» использованы 4 тензорезистора: два с положительным коэффициентом тензочувствительности и два – с отрицательным. Каким образом они должны быть включены в плечи мостовой схемы для обеспечения максимальной чувствительности?

3-35. Сколько тензорезисторов с одинаковым по знаку коэффициентом тензочувствительности может быть использовано в четырехплечей мостовой схеме?

3-36. Изменяется ли чувствительность чашечного микроманометра с наклонной трубкой (рисунок 29) при изменении угла α наклона измерительной трубки?

Рисунок 29

3-37. Имеется два манометра, чувствительным элементом у которых является сильфон. Уравновешивание давления осуществляется за счёт упругого противодействия сильфона и пружины. Эффективная площадь, жёсткость пружины и жёсткость одного гофра сильфона к воздействию осевого усилия одинаковы, число гофр первого сильфона 10, а второго - 15. Определите, у какого манометра предел измерения будет больше.

3-38. Как нужно изменить в сильфоне жесткость манометрической пружины, чтобы диапазон измерения увеличился в два раза?

3-39. Имеется два манометра с чувствительным элементом в виде трубки Бурдона. Параметры трубок b и  равны соответственно: b₁ = 12 мм, ₁ = 220⁰; b₂ = 16 мм, ₂ = 230⁰. Какой из них будет иметь больший диапазон измерения? Можно ли использовать для измерения разрежения трубку Бурдона с круглым сечением?

3-40. Оцените влияние температуры на показания ультразвукового фазового расходомера, если известно, что изменение температуры воды от 8 до 25 ⁰С вызывает изменение скорости звука от 1435 до 1475 м/с. Частота ультразвуковых колебаний 25 кГц, скорость потока 10 м/с, расстояние между пьезоэлементами расходомера 250 мм.

3-41. Через один и тот же электромагнитный расходомер пропускали вначале раствор № 1 проводимостью 80 См/м со средней скоростью 10 м/с, а затем раствор № 2 проводимостью 40 См/м со скоростью 20 м/с. Одинаковая ли ЭДС будет наводиться между электродами расходомера в обоих случаях?

3-42. Кондуктометрический сигнализатор уровня используется для контроля нижнего предельного уровня электропроводной жидкости (рисунок 30). Если уровень выше, горит зеленая лампочка; при снижении уровня до минимального загорается красная лампочка. Обозначьте цвет ламп EL1 и EL2 для этого условия. Реле К1 включено в цепь сигнализатора.

Рисунок 30

3-43. Предположим, что для измерения расхода воды один дифманометр – расходомер располагается ниже диафрагмы, а другой – выше (рисунок 31). Будут ли показания расходомеров одинаковы при одном и том же расходе или будут различаться за счёт гидростатического давления столбов жидкости в импульсных трубках?

3-44. Как влияет повышение температуры контролируемой среды на показания ротаметра, при условии, что расход остается прежним?

3-45. Для какой среды перепад давления на сужающем устройстве будет больше при измерении одного и того же расхода – сжимаемой (газ или пар) или несжимаемой (жидкости)? Почему?

3-46. Как влияет увеличение вязкости на показания турбинного расходомера?

3-47. В какую сторону изменятся показания ротаметра (завышения или занижения действительного значения расхода) при увеличении плотности контролируемой среды, если сам расход не меняется?

3-48. Как влияет на работу турбинного расходомера увеличение числа

лопастей?

3-49. В трубопроводе диаметром 100 мм протекает вода, расход которой меняется от 0 до 300 м³/час. Для измерения расхода используется ультразвуковый расходомер. Расстояние между излучателем и приемником 300 мм. Скорость распространения звуковых колебаний в воде с = 1500 м/с. Определите изменение выходного сигнала в диапазоне изменения расхода.

3-50. Какая дополнительная погрешность возникнет в ротаметре, если он градуировался для среды с плотностью 800 кг/м³, а используется для измерения расхода среды с плотностью 835 кг/м³ ? Плотность поплавка 7700 кг/м³. Какое значение расхода – завышенное или заниженное – будет показывать ротаметр в этом случае?

3-51. Градуировка емкостного уровнемера проводилась для жидкости с диэлектрической проницаемостью ε_ж=18. Определите погрешность уровнемера при измерении уровня жидкости с ε_ж=20 без переградуировки, если текущее значение уровня h = 1,2 м; длина измерительного преобразователя Н = 2 м.

3-52. Кондуктометрический сигнализатор уровня используется для контроля верхнего предельного уровня электропроводной жидкости (рисунок 32). Если уровень ниже, горит зеленая лампочка; при повышении уровня до максимального загорается красная лампочка. Обозначьте цвет ламп EL1 и EL2 для этого условия. Реле К1 включено в цепь сигнализатора.

Рисунок 32

3-53. Калориметрический расходомер состоит из нагревателя мощностью 200 Вт, выполненного из проволоки диаметром 0,5 мм. Диаметр трубопровода 100 мм. Определите разность температур измеряемой среды до и после нагревания при расходе Q₀ = 50 м³/ч. Измеряемая среда – вода и воздух. Исходная температура измеряемой среды 20 ⁰С. Плотности воды и воздуха при этой температуре _в = 998,2 кг/м³; _возд = 1,205 кг/м³. Теплоемкости измеряемых сред с_в = 4,183 кДж/(кг*К); с_возд = 1,005 кДж/(кг*К).

3-54. В цилиндрическом вертикальном стальном резервуаре находится керосин. При температуре 30 ^оС высота уровня керосина составляет h м. Изменятся ли показания гидростатического уровнемера и действительный уровень керосина, если температура окружающего воздуха и резервуара вместе с керосином будет 0 ^оС? Изменением размеров резервуара пренебречь.

3-55. Определите угол конусности φ трубки ротаметра (рисунок 33), который применяется для измерения расхода воды в диапазоне от 10 до 500 л/час. Плотность воды _в = 998,2 кг/м³, длина шкалы Н = 160 мм, сечение поплавка f = 78,6 мм², объем поплавка V = 600 мм³, плотность материала поплавка _п = 7870 кг/м³, коэффициент расхода α = 0,98.

Рисунок 33

3-56. В трубопроводе диаметром 100 мм протекает вода, расход которой меняется от 0 до 300 м³/час. Для измерения расхода используется ультразвуковый расходомер. Расстояние между излучателем и приемником 300 мм. Скорость распространения звуковых колебаний в воде с = 1500 м/с. Определите разность времени прохождения звука по потоку и против потока и разность фазовых углов ультразвуковых колебаний, вызванных разностью скоростей прохождения звука. Частота ультразвука 20 кГц.

3-57. Измерительный преобразователь емкостного уровнемера, показанный на рисунке 34, состоит из измерительной и компенсационной частей. Диапазон изменения уровня h от 0 до 2 м, длина измерительной части преобразователя l_и = 2 м, а компенсационной – l_к = 10 см. Погонная емкость измерительной части уровнемера С_ип = 240 пФ, компенсационной части – С_кп = 860 пФ. Емкость конструктивных элементов компенсационной части С_к0 = 30 пФ. Показания вторичного прибора пропорциональны отношению емкостей измерительной и компенсационной частей С_и/С_к. Диэлектрическая проницаемость изменяется с изменением температуры на 0,2%/К.

Оцените относительное изменение показаний уровнемера, вызванное увеличением температуры жидкости на 25 ⁰С при максимальном уровне.

Рисунок 34

3-58. В какую сторону (завышения или занижения действительного значения уровня) изменятся показания магнитоакустического уровнемера при переходе на среду с меньшей плотностью, если значение уровня не меняется?

3-59. Рассчитайте емкость и коэффициент преобразования измерительного преобразователя емкостного уровнемера, предназначенного для измерения уровня в баках – хранилищах керосина от нулевого до максимального значения Н_макс = 8 м.

Преобразователь (рисунок 35) состоит из полого металлического цилиндра диаметром D = 60 мм (внешний электрод), внутри которого коаксиально расположен металлический тросик диаметром d = 1,5 мм, покрытый слоем изоляции толщиной b = 1 мм (внутренний электрод). Длина преобразователя l = 8 м, емкость конструктивных элементов С₀ = 75 пФ. Относительная диэлектрическая проницаемость паров керосина _п = 1, керосина _ж = 2,1, изоляционного покрытия тросика _и = 4,2.

3-60. Зависят ли показания магнитоакустического уровнемера от давления паровоздушной смеси?

3-61. Какому значению плотности контролируемой среды – минимальному, среднему или максимальному – должна соответствовать плотность жидкости, заполняющей компенсационный цилиндр вибрационного плотномера (см. рисунок 6)? Почему?

Рисунок 35

3-62. Как изменится чувствительность капиллярного вискозиметра (см. рисунок 7) при увеличении диаметра капилляра в 2 раза?

3-63. Какими факторами ограничивается нижнее и верхнее значения расхода газа в кулонометрическом гигрометре?

3-64. Как зависит диапазон измерения вискозиметра с падающим шариком (см. рисунок 8) от диаметра последнего?

3-65. При измерении концентрации углекислого газа в азоте термокондуктометрическим анализатором (см. рисунок 3) он показал значение концентрации 76%. Какова фактическая концентрация СО₂, если в смесь попали пары воды с концентрацией 7%? Теплопроводность компонентов газовой смеси, *10^-3 , Вт/(м*К): CO₂ - 18,49; N₂ - 27,73.

3-66. Почему для питания датчиков термокондуктометрических и термо-

химических газоанализаторов необходим источник стабилизированного тока?

3-67. Можно ли использовать термокондуктометрический газоанализатор для контроля содержания горючих газов, а термохимический газоанализатор – для контроля содержания негорючих газов?

3-68. Измерительная схема диэлькометрического гигрометра (см. рисунок 9) представляет собой неуравновешенный мост. Возможна ли работа этого прибора по схеме уравновешенного моста? Если да, то что в этом случае надо изменить в схеме?

3-69. Если в диэлькометрическом влагомере (см. рисунок 10) отключить сравнительный конденсатор, в какой части диапазона измерения – начальной, средней или максимальной – погрешность от влияния сорта нефти будет больше?

3-70. Как изменится чувствительность вискозиметра с падающим шариком (см. рисунок 6) при уменьшении диаметра последнего?

3-71. Вискозиметр с падающим шариком (см. рисунок 8) снабжен шариками трех различных диаметров, выполненных из одинакового материала. Какой из них соответствует наименьшему диапазону измерений?

3-72. Как изменяется емкость диэлькометрического гигрометра (см. рисунок 7) – увеличивается или уменьшается – при увеличении влажности газа? Нарисуйте примерный вид статической характеристики гигрометра.

3-73. Зависит ли чувствительность оптико-акустического газоанализатора от абсолютного значения интенсивности светового потока?

3-74. Зависит ли чувствительность оптико-акустического газоанализатора от длины волны светового излучения?

3-75. Определите, как изменится температура чувствительного элемента (нити) термокондуктометрического газоанализатора (см. рисунок 3), если через него первоначально пропускался воздух (при этом температура нити была равна 80 ⁰С), а затем анализируемый газ со следующим содержанием компонентов: кислород – 4%, углекислый газ – 13%, азот – 60%, водяные пары – 22%, водород – 1%. Температура стенок постоянна и равна 20 ⁰С. Состав воздуха: кислород – 21%; азот – 79%. Теплопроводность компонентов газовой смеси, *10^-3 , Вт/(м*К): CO₂ - 18,49; O₂ - 28,67; N₂ - 27,73; H₂ - 195,96.

3-76. При измерении влажности воздуха номинальное значение точки росы составило 10 ⁰С. После протирки зеркальца замасленной тряпочкой температура точки росы понизилась до 0 ⁰С. Чему равна погрешность, возникающая при измерении относительной влажности воздуха (температура 20 ⁰С) при таком изменении точки росы, и какова причина такого изменения показаний гигрометра?

3-77. Влияет ли на чувствительность оптико-акустического газоанализатора длина измерительной камеры?

3-78. Нарисуйте примерный вид статической характеристики вибрационного плотномера (см. рисунок 6). С какого значения частоты она будет начинаться?

3-79. Градуировка термокондуктометрического газоанализатора (см. рисунок 3) осуществлялась на синтетической смеси с составом 10% СО₂ + 90% N₂, а реальный состав анализируемой смеси – 10% СО₂ + 70% N₂ + 20% О₂. Оцените относительную погрешность, возникающую из-за различия составов градуировочной и реальной смеси. Температура стенки 20 ⁰С, температура чувствительного элемента при градуировке 80 ⁰С, теплопроводность компонентов λ: СО₂ – 18,49*10^-3; N₂ – 27,73*10^-3; О₂ – 28,67*10^-3 Вт/(м*К).

3-80. Оптико-акустический анализатор используется для измерения углекислого газа в многокомпонентной газовой смеси, в состав которой входят также метан, окись углерода, азот, водород и этан. Определите, какие газы должны быть в сравнительной камере, если светофильтр настроен на длину волны 4,5 мкм. Спектры поглощения показаны на рисунке 4.