- •Міністерство освіти і науки україни національний університет харчових технологій метрологія, технологічні вимірювання та прилади
- •До виконання лабораторних робіт
- •Київ нухт 2010
- •Лабораторна робота № 1-т-р вимірювання тиску. Перетворювачі надлишкового тиску sitrans р серії z та zd
- •1.Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Теоретичні відомості
- •3.1. Тиск. Основні поняття. Одиниці вимірювання тиску
- •3.2. Класифікація манометрів по виду вимірюваного тиску
- •3.3. Принцип дії вимірювального перетворювача надлишкового
- •3.3.1. Загальна теорія та конструкція тензометричних перетворювачів.
- •3.3.2. Загальна структурна схема та конструкція перетворювача
- •3.3.3. Загальна структурна схема та конструкція перетворювача
- •Основні технічні та метрологічні характеристики Sitrans p zd та z:
- •3.3.4. Цифровий реєстратор Sirec ds.
- •4. Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи.
- •6. Обробка результатів вимірювання.
- •Лабораторна робота № 2-т-дм деформаційні манометри
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальна теорія деформаційних та вагопоршневих манометрів
- •3.1. Деформаційні манометри
- •3.3. Диференціально-трансформаторні вимірювачі тиску.
- •3.4. Електроконтактний манометр типу екм
- •3.5. Пневмоелектричні перетворювачі.
- •3.6. Вагопоршневі манометри .
- •4. Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи
- •5.2. Перевірення трубчастого манометра з дтп у комплекті з рм1.
- •5.3. Перевірення електроконтактного мановакуумметра екмв.
- •6. Обробка результатів вимірювань
- •Лабораторна робота № 3 –т- ds вимірювання різниці тисків. Перетворювач диференціального тиску sitrans р ds III
- •1.Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості.
- •3.1.Класифікація манометрів за принципом дії.
- •3.2. Рідинні манометри та дифманометри
- •3.3. Електропневматичний перетворювач та електричні манометри опору
- •3.4. Перетворювач Sitrans p ds III
- •3.5. Загальна методика вимірювання тиску
- •Властивості ланцюгу передачі тиску.
- •4. Методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання перевірення.
- •6. Обробка результатів вимірювань
- •Лабораторна робота № 4 - t – tf2 термометри опору. Перетворювач “ sitrans tf2 ”
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальні теоретичні відомості про термометри опору
- •3.2. Теоретичні відомості про перетворювач Sitrans tf2
- •4. Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи.
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 5 - t – то 2/3 дослідження підключення термометрів опору до вторинних приладів за схемами в два та три проводи
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальна теорія мостових схем
- •3.2. Нормувальні перетворювачі для термометрів опору
- •3.3. Двоканальний мікропроцесорний вимірювач трм 200 Призначення:
- •Основні функціональні характеристики:
- •Технічні характеристики:
- •4. Опис лабораторної установки та перелік приладів лабораторного стенду
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •Контактні термоелектричні перетворювачі (термопари)
- •3.2. Компенсаційний метод вимірювання терс термопари.
- •3.3.Термоелектричний перетворювач “Ni - Cr/Ni ” з вимірювальним перетворювачем “sitrans tk/tk – h”
- •3.4.Манометричні термометри (мт)
- •4.Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 7 -т – л - д логометр та автоматичний реєструвальний прилад диск-250
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.3Агальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальна теорія приладів магнітоелектричної системи
- •3.2. Будова та робота мілівольтметра
- •3.3. Будова та робота промислового логометра
- •3.4. Принцип дії та склад приладу реєстрації вимірювань диск-250
- •4.Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювання.
- •Лабораторна робота № 8- р - lu ультразвукові рівнеміри “probe lu” та “Multi Ranger 100 “
- •1.Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальні поняття про ультразвук та його випромінювання
- •3.2 Загальна структурна схема ультразвукових рівнемірів (ехолотів)
- •3.3. Ультразвуковий рівнемір MultiRanger 100 з сенсором xrs – 10.
- •3.4. Ультразвуковий рівнемір Sitrans Probe lu
- •4.Методика і завдання до лабораторної роботи
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювань.
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Радіохвильові методи вимірювання рівня
- •3.2.Радарний рівнемір sitrans lr 200
- •Особливі ознаки lr 200:
- •4.Методика і завдання до лабораторної роботи
- •5.Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювань.
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Ємнісний метод вимірювання рівня.
- •3.1. Ємнісний рівнемір Sitrans lc 300
- •3.3. Електричні сигналізатори рівня
- •4. Завдання та методика до виконання роботи
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювань.
- •Контрольні питання.
- •Лабораторна робота № 11 – p/г – гп
- •1.Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Основні поняття про густину речовини і методи її вимірювання
- •3.2. Гідростатичний принцип вимірювання густини та рівня речовин
- •3.2.1 Гідростатичні рівнеміри та густиноміри.
- •3.2.2. П’єзометричні рівнеміри та густиноміри.
- •3.3. Перетворювач пнемо-електричний пте-4
- •Принцип роботи.
- •3.4. Перетворювачі тиску типу kpt-c.
- •Конструкція і робота крт-с
- •4. Методика виконання лабораторної роботи
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювань.
- •Лабораторна робота № 12 - в - fм магніто-індукційний витратомір sitrans fm mag 6000
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальні відомості про вимірювання витрати та кількості речовини
- •3.2. Загальна теорія магніто-індукційного методу вимірювання витрати
- •3.3. Призначення, склад та структурна схема Sitrans fm mag 6000.
- •Основні функції та технічні характеристики.
- •3.4. Принцип дії водоміра схвк-1,5
- •4. Методика виконання лабораторної роботи
- •Опис лабораторної установки та перелік приладів
- •6. Порядок проведення перевірення mag 6000
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 13 - b - c принципи вимірювання витрати та маси сипких матеріалів і визначення класу точності зв
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1.Принципи та методи вимірювання витрати і маси сипких матеріалів.
- •3.2. За принципом дії вимірювальні перетворювачі маси
- •3.3.Принцип дії магнітопружного ваговимірювального пристрою.
- •3.3.1. Структурна схема магнітопружного пристрою
- •3.3.3. Вторинний пристрій та робота його складових.
- •3.4. Загальна методика проведення метрологічної атестації зв
- •4. Опис лабораторної установки
- •5. Методика метрологічної атестації засобів вимірювання (пристрою для вимірювання ваги).
- •5.1. Умови проведення атестації
- •5.2. Операції та засоби атестації.
- •5.3. Перевірення працездатності пристрою
- •5.4. Визначення основної похибки в нормальних умовах
- •5.5. Обробка результатів вимірювань
- •5.6. Висновок
- •6. Оформлення графіків
- •Лабораторна робота № 14- b - р витратоміри змінного та постійного перепаду тиску (ротаметр f va Trogflux)
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальні теоретичні відомості про витратоміри змінного та постійного перепаду тиску
- •3.1. Метод змінного перепаду тиску.
- •3.3. Комбіновані дросельні перетворювачі.
- •3.4. Призначення та конструкція витратоміра Sitrans f va Trogflux
- •3.5. Призначення та конструкція витратоміра рм1
- •4. Методика виконання лабораторної роботи
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Опрацювання результатів проведених спостережень.
- •Контрольні запитання.
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Основні теоретичні відомості
- •3.2. Витратомір – густиномір Sitrans fc Massflo фірми «Siemens»
- •3.3. Вимірювальний мікропроцесорний перетворювач mass 6000 витратоміра Sitrans fc Massflo
- •4. Перелік приладів лабораторного стенду
- •5. Опис лабораторної установки
- •6. Порядок проведення перевірення mass 6000 по водоміру схвк—1,5
- •7. Опрацювання результатів проведених спостережень.
- •Контрольні запитання.
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Вологість та методи її вимірювання.
- •3.2. Ввимірювання вологості твердих та сипких матеріалів
- •3.4.Психрометричний метод вимірювання вологості в газових середовищах
- •3.4.1. Структурна схема первинного вимірювального
- •3.4.2. Електрична схема вторинного приладу автоматичного психрометра
- •3.4.3. Структурна схема та основні технічні характеристики вимірювача-регулятора «овен мпр51 щ4»
- •4. Перелік приладів і обладнання та їх технічна характеристика
- •5. Опис установки
- •6. Порядок виконання роботи
- •7. Обробка результатів вимірювання
- •Лабораторна робота № 17 – а. Аналізатори складу рідин та газів. Промисловий рН-метр pH -101п
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальна теорія
- •3.1. Класифікація та коротка характеристика аналізаторів складу рідин
- •3.2. Класифікація та коротка характеристика газоаналізаторів
- •3.3. Потенціометричний метод аналізу складу рідин.
- •3.4. Промисловий рН-метр фірми «Діліс»
- •Бвс виконує функції:
- •Бувс виконує функції:
- •3.5. Промисловий газоаналізатор «окси-5м»
- •4. Методика виконання лабораторної роботи та прилади
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Література
3.2. Загальна теорія магніто-індукційного методу вимірювання витрати
Принцип дії всіх магніто-індукційних витратомірів грунтується на явищі виникнення електрорушійної сили (ЕРС), що індукується в потоці електропровідної рідини під дією зовнішнього (постійного або змінного) магнітного поля, і величина якої описується законом електромагнітної індукції Фарадея. Суть явища електромагнітної індукції і закону Фарадея полягає в тому, що під час переміщення будь-якого провідника у постійному (перший випадок) магнітному полі (рис.1,а) на його кінцях виникає індукована електрорушійна сила Um, яка пропорційна довжині L провідника, швидкості його переміщення V, магнітній індукції B в зазорі між полюсами магніту та синусу кута α між магнітними силовими лініями та напрямком швидкості руху провідника:
Um = BּVּLּsinα . (1)
Принципова схема електромагнітного витратоміра з постійним магнітним полем (рис.1,а) вміщує: трубопровід 1 із немагнітного матеріалу (фторопласт, ебоніт, нержавіюча сталь і ін..), що розташована між полюсами 2 та 3 постійного магніту перпендикулярно напряму силових ліній магнітного поля і по якій рухається електропровідна рідина, витрати якої вимірюються. В стінці трубопроводу діаметрально протилежно (в одній площині з внутрішньою стінкою труби) вмонтовані вимірювальні електроди (по аналогії на рис. 1,г). Вторинний прилад 4 вимірює індуковану ЕРС.
Магніт на ділянці між полюсами створює рівномірне однорідне магнітне поле з індукцією В. Магнітна індукція В пронизує рідину вертикально відносно напрямку її потоку,тому sinα = sin90 =1. Під дією магнітного поля іони, що знаходяться в рідині, переміщуються і віддають свої заряди вимірювальним електродам, утворюючи ЕРС Um, що пропорційна швидкості течії рідини, і в рідині, як у рухомому провіднику, наводиться (індукується) ЕРС Um.
Залежність індукованої в рідині ЕРС Um приймає вигляд:
Um = BּVсрּd , (2)
де В – магнітна індукція, тл; Vср - середня швидкість потоку рідини, яка визна-
чає її витрати, м/с; d – довжина рідинного провідника, що відповідає довжині провідника L по залежності (1) і дорівнює діаметру трубопроводу, м.
Um Uзбудж Um
а) б) в) г)
Рис.1. Узагальнені принципові схеми будь якого магніто-індукційного сенсора
Обємні витрати Qо [м3/с] рідини у трубопроводі дорівнюють добутку площі S перетину трубопроводу на швидкість потоку V:
Qо = Sּ Vср . (3)
У результаті спільного розв’язання рівнянь (2) та (3) отримуємо:
Qо = (SּUm )/(Bּd) = kּUm, (4)
де k — коефіцієнт пропорційності (постійна ПВП), який залежний від
конструкції ПВП.
Якщо ж виразити швидкість V потоку через його об’ємні витрати Qо, можемо отримати для трубопроводу діаметром d значення ЕРС:
Um = (4 BּQо )/(πּd). (5)
Таким чином, при однорідному магнітному полі ЕРС прямо пропорційна
об’ємним витратам.
Єдиною умовою нормальної роботи індукційних витратомірів є наявність хоча б мінімальної (5мікросим/см) електропровідності в середовищі, витрати
якого вимірюють.
Суттєвим і основним недоліком електромагнітних витратомірів з постійним
магнітом є виникнення на вимірювальних електродах, які контактують з
рідиною, електрохімічних процесів, що характеризуються гальванічною ЕРС
та ЕРС поляризації, які ускладнюють або роблять неможливими правильне вимірювання індукованої ЕРС Um.
Поява гальванічної ЕРС пояснюється виникненням стрибка потенціалу на границі вимірювальний електрод – рідина, що обумовлений переходом катіонів металу в рідину, в результаті чого на поверхні електроду накопичується негативний заряд. Цей стрибок потенціалу визначається законом Нернста. В той же час, при протіканні через електрод струму від індукованої ЕРС Um , його потенціал також змінюється. Процес зміни потенціалу електроду при протіканні через нього постійного або змінного струму називається поляризацією. Вона формально схожа з процесом зарядження конденсатора, так як в обох випадках зміна кількості заряду приводить до зміни різниці потенціалів. По аналогії з ємністю конденсатора говорять про поляризаційну ємність вимірювального електрода. Для зменшення впливу поляризації і пов’язаною з нею похибкою вимірювань, використовують: змінний струм малої величини та електроди із хімічностійких матеріалів (графіт, платина).
Іншим недоліком таких витратомірів є проблемність підсилення вихідної напруги Um постійного струму. Вони використовуються для вимірювання витрати рідких металів, пульсуючих потоків рідин та при короткочасних вимірюваннях, коли поляризація не встигає здійснювати суттєвий вплив на результати вимірювань.
В більшості сучасних електромагнітних витратомірів використовують
змінне магнітне поле. Якщо магнітне поле змінюється в часі t з частотою f,
то для трубопроводу діаметром d ЕРС Um дорівнює:
Um = BmaxּVср ּdּsin(2πft), (6)
або Um = (4 Qо )/(πּd) Bmaxּsin(2πft), (7)
де Bmax =B/sin (2πft) – амплітудне значення магнітної індукції.
При змінному магнітному полі електрохімічні процеси мають менший вплив
на вимірювальні електроди. Значення ЕРС Um знімається з двох точкових електродів, що розміщуються на протилежних кінцях внутрішнього діаметру немагнітної труби і зсунуті по відношенню до обмоток збудження на 90 (рис. 1,б та рис.1,г). Електроди контактують з вимірюваною за витратами рідиною, але ізольовані від труби, яка виготовляється, як правило, із нержавіючої сталі.
На рис.1,в приведена узагальнена схема індукційного первинного
вимірювального перетворювача витрати змінного магнітного поля, де зображено електромагніт, який збуджується змінним струмом І (напругою збудження Uзбудж). Розміщення обмоток збудження електромагніту показано і
на рис.1,б,в та г. В полі магніту розміщена немагнітна труба, по якій протікає
вимірювана по витратам рідина з швидкістю Vср.
Таким чином, витрата рідини у трубопроводі, що вимірюється за допомогою індукційного витратоміра змінного магнітного поля теж пропорційна ЕРС Um.
В сучасних електромагнітних витратомірах змінного магнітного поля для
підсилення сигналу по залежності (7), використовуються електронні підсилю-
вачі з великим вхідним опором Z, який набагато більший внутрішнього опору Zвн первинного перетворювача, як правило Z > (100…150) Zвн. Останнє
дозволяє суттєво зменшити ефект поляризації.
Але на такі витратоміри впливають зовнішні збурення, які викликають додаткові похибки. До таких перешкод відносяться: наведення паразитних ЕРС від зовнішніх електромагнітних полів; виникнення ємнісної перешкоди від змінного струму, який живить електромагніт, а також індукційні (трансформаторні) перешкоди від магнітного поля самого перетворювача. Перші дві перешкоди вдається усунути екрануванням (заземленням) приладу.
В первинному перетворювачі індукційного витратоміра стовп рідини між електродами та виводи цих електродів, які замикаються через електронний підсилювач приладу, утворюють контур, в якому, як в обмотці трасформатора, змінне магнітне поле наводить (індукує) трансформаторну ЕРС Uтр, що не залежить від швидкості руху рідини (витрати). Uтр визначається залежністю:
Uтр = Sּ2πfּBmaxּcos(2πft), (8)
де S – площина контура.
Рис.2. Схеми компенсації трансформаторної ЕРС.
Як бачимо, трансформаторна ЕРС Uтр пропорційна частоті f збудження та зсунута по фазі відносно корисного сигналу на 90°. При частоті збудження f =10 Гц Uтр вдається зменшити до мінімуму, але таке зниження значно ускладнює конструкцію (габарити) приладу.
Для усунення Uтр використовують наступні способи.
Перший спосіб (рис.2,а) - є використовування двох індукційних ПВП з самостійними електромагнітами, які вмикаються так, що їх магнітні поля направлені в протилежні сторони. Додаткові ЕРС Uтр (вони рівні по величині та
фазі, але протилежні по напрямку) взаємно компенсуються в первинній обмотці вихідного трасформатора.
Найбільш розповсюдженим є другий спосіб усунення ЕРС Uтр за допомогою компенсатора, який повертає фазу сигналу (рис.2,б) та поділювача напруги Rд.
За допомогою резистора Rр, що ввімкнений в одне із плечей пристрою, який
повертає фазу, добиваються співпадіння фаз трансформаторної ЕРС Uтр і
напруги, що подається на поділювач Rд, а з поділювача Rд знімають напругу,
що рівна по величині та фазі, але протилежна по направленню до ЕРС Uтр.