Контрольная работа

по предмету: « Системы управления технологическими процессами »

Вариант 9

Работу выполнила: студентка IV курса

заочного отделения

Факультета пищевой инженерии

Группы 621-331

Шагалиева Гульназ Илфатовна

Работу проверил: доцент, к.т.н.

Плотников Владимир Витальевич

Дата: «___»___________20__ г.

_____________ Подпись

Казань

2015 г.

Контрольная работа № 1

Часть 1. Технические измерения и приборы.

1. Манометр с наклонным лимбом имеет резервуар диаметром 100 + N мм и лимб диаметром 10 мм. Лимб наклонен под углом 40^о к горизонтали и наполняющей жидкостью является вода (ρ = 1000 кг/м³). Найдите приложенное давление (р), требуемое для перемещения наполняющей жидкости на 12 + N см вдоль лимба
(примите g = 9, 81 м/с²).

Решение

Приложенное давление (р), требуемое для перемещения наполняющей жидкости на 12 + N =12 + 9 = 21 см вдоль лимба (примите g = 9, 81 м /с²).

Р = p · g · h · (sin a + )

Р = 1000 · 9, 81 · 0, 21 · (0, 643 + 0, 008) = 1341, 1 Па

2. Рассчитайте вертикальное расстояние h, проходимое поплавком в датчике уровня на жестком рычаге, если длина жесткого рычага равна L= 0, 3·N м и он движется по дуге с углом а = 60⁰ см. рис.1.

Рис.1

Решение

Определяем вертикальное расстояние h, проходимое поплавком в датчике уровня на жестком рычаге

так как в этом случаем рассматриваем равнобедренны треугольник (все стороны равны при 60°)

где - длина жесткого рычага равна L = 0, 3 · N = 0, 3 · 9 = 2, 7 м

4. Термометр сопротивления имеет сопротивление 135+N Ом при 20°C и температурный коэффициент (α) проводника, равный 0, 004.

(a) Определите сопротивления при 0°C и при 100°C и затем найдите фундаментальный интервал.

(b) Вычислите сопротивление термометра при 150°C.

Решение

Термометр сопротивления имеет сопротивление 135+9=144Ом при 20°C

(a) Определите сопротивления при 0°C

отсюда

Ом

(b) Вычислите сопротивление термометра при 100°C.

Ом.

фундаментальный интервал от 0 до 100°C

Ом.

(b) Вычислите сопротивление термометра при 150°C.

Ом.

5. По трубе, изображенной на рисунке 2, течет нефть с относительной плотностью 0.85, с объемным расходом Q=2*N м³/с. Вычислите:

a)Максимальную скорость

b) Минимальную скорость

c)Массовый расход нефти в этой секции трубы.

Рис.2

Решение

объемным расходом Q=2*N = 2*9=18 м³/c

а) Максимальную скорость

м/c;

где кг/ м³ – плотность перегоняемой жидкости

b) Минимальную скорость

м/c;

где кг/ м³ – плотность перегоняемой жидкости

c) Массовый расход нефти в этой секции трубы

G = Q · p = 18 · 850 = 15 300 кг/с

6. Вычислите объемный расход в трубе (рис. 3), если плотность потока равна 0.7 T, диаметр трубы 300+N мм, а напряжение между электродами равно 250 мВ.

Рис.3

Решение

Результирующее напряжение определяем по формуле

где - плотность потока 0, 7 T

- диаметр трубы 300 + N = 300 + 9 = 309 мм

Отсюда найдем объемный расход в трубе

м³ /с

7. На рисунке 4 показаны две трубы A и B, соединенные между собой U-образным манометром, измеряющим дифференциальное давление. Труба A содержит жидкость с плотностью ρ _A при давлении p_A, а труба B содержит воду при давлении p_B. Манометр заполнен жидкостью с плотностью ρ _С.

Определите дифференциальное давление между двумя жидкостями в трубах, учитывая данные в таблице.

Рис.4

Решение

P_A + h₁ · ρ _А · g = P_B + h₃ · ρ _B · g + h₂ · ρ _c · g

P_{A ̶ ̶} P_B = h₃ · ρ _B · g + h₂ · ρ _c · g ̶ h · ρ _А · g

P_{A ̶ ̶} P_B = 0, 191 · 1000 ·9, 8 + 0, 3 · 13600 · 9, 8 ̶ 0, 159 · 1150 · 9, 8 = 40 063, 87 Па

8. На Рис.5 показан датчик дифференциального давления, который используется для измерения уровня в резервуаре. Датчик расположен ниже основания резервуара.

Найдите значение x, если датчик дифференциального давления показывает 0, 85 бар, диаметр резервуара 4 м, и в нем находится 105+N кг воды.

Рис. 5

Решение

Давление дифференциальное можно записать

где - высота жидкости в баке

-плотность жидкости в резервуаре 1000кг/м³

- объем жидкости в резервуаре, м³

м

м

9. Определите Uиз на рис.6 если сопротивление тензодатчиков Rs1 и Rs2 изменилось с приложением нагрузки со 100 Ом до 100+N ом. Uпит=10 В, R1=R2=100 Ом.

Решение

100 + N = 100 + 9 = 109

10. Рассчитайте абсолютное давление в барах на переборку подводной лодки «Щука», находящейся на глубине 20 + N м ниже поверхности моря, если атмосферное давление составляет 755 мм.рт.ст. (Примите плотность морской воды ρ = 1024 кг/м³)

Решение

Давление на глубине 20 + N = 20 + 9 = 29 м ниже поверхности моря

бар

Абсолютное давление с учетом давления столба воздуха составит

где - атмосферное давление 1 бар

бар

бар.

11. В мостовой схеме включения термометра сопротивления рис. сопротивление проводов Rл = 1 Ом. Диапазон измеряемых температур tмин = ˗ 200 °C, tмах= 500+N °C если сопротивление термометра сопротивления составляет 100 ом при 0°C, а температурный коэффициент равен 0, 0039°C^-1. Определите R₁=R₂=R₃, Rs₁.

Решение

R 509 = 100 (1 + 0, 0039 · 509) = 299 Ом

R ̶ 200 = 100 (1 + 0, 0039 · (˗ 200) = 40 Ом

+

R · 40 + R + 40 (R ˗ 300) + R ̶ 300 = R ²

40 R + R + 40 R ˗ 300 · 40 + R ̶ 300 ̶ R ² = 0

80 R ̶ 11700 ̶ R ²= 0

R ₁ = ̶ 14, 1

R ₂ = 94, 1

299 + 1 = R_S + 94, 1

299 + 1 ̶ 94, 1 = R_S

R_S = 205, 9 Ом

12. Схема на рисунке используется для измерения уровня жидкости в резервуаре. Шесть резисторов соединены с электродами. Номинал каждого резистора 1 Ом.
Uпит = 15 + N В (50 Гц), Rx = 1, 5 Ом.

а) Опишите принципы работы измерительной системы.

Наличие в составе схемы регулировочных резисторов входного сигнала позволяет адаптировать прибор как к работе с широким спектром различных по электропроводности жидкостей, так и с разными по конструктивному исполнению датчиками уровня. Для автоматизации процессов управления уровнем жидкости в прибор встроены три электромагнитных реле.

Принцип действия прибора при работе в системе автоматического поддержания уровня основан на использовании токопроводящих свойств жидкости для замыкания или размыкания электрической цепи при изменении уровня этой жидкости относительно электродов, установленных на определенных высотах в резервуаре. Соприкосновение жидкости с соответствующими электродами датчика уровня ведет к появлению электрических сигналов на входе прибора, где они обрабатываются по заданному алгоритму и формируют команды управления исполнительными электромагнитными реле. Временная диаграмма работы реле приведена на рисунке.

б) Вычислите минимальное и максимальное значения напряжений, которые может показать вольтметр

в) Объясните почему используется источник переменного тока.

Принцип действия прибора при работе в системе автоматического поддержания уровня основан на использовании токопроводящих свойств жидкости для замыкания или размыкания электрической цепи при изменении уровня этой жидкости относительно электродов поэтому необходимо использовать источник переменного тока, в случае использования источника постоянного тока может произойти замыкание.

Контрольная работа № 2

2.1 Опишите работу сужающих устройств, регламентированные РД 50-213-80 и укажите его техническую характеристику.

Стандартная диафрагма - наибо­лее простое и распростра­ненное сужающее устройство (рис. 2). Она применяется без индивидуаль­ной градуировки для трубопрово­дов диаметром D> 50 мм при условии, что 0, 05< m< 0, 7. Величина m - это так называемый модуль сужающего устройства: m=S₀/S₁, где S₀=площадь отверстия диафрагмы; S₁=площадь поперечного сечения трубопровода.

Рисунок 1 – Стандартная диафрагма

Диафрагма представляет собой тонкий диск с круглым концентрическим отверстием, которое имеет со стороны входа острую цилиндрическую кромку, а далее расточено под угол φ = 30…45°. Входная кромка диафрагмы не должна иметь закруглений, вмятин, зазубрин, заусенцев; она должна быть острой [1].

Стандартные сопла (рис. 2) могут применяться без индивидуальной градуировки в трубопроводах диаметром D> 50 мм при условии, что 0, 05< m< 0.65.

Профильная часть отверстия сопла должна быть выполнена с плавным сопряжением дуг. При изготовлении сопла необходимо обращать внимание на гладкость его входной части, отсутствие конусности в цилиндрической части. Выходная кромка цилиндри­ческой части отверстия должна быть острой, без заусенцев, фаски или закругления. Для изготовления сопел обычно используют те же материалы, что и для диафрагм [1].

Рисунок 2 - Стандартные сопла

Сопла Вентури могут применяться без индивидуальной гра­дуировки для диаметров трубопроводов D> 50 мм. У сопла Вентури (рис. 4) профильная входная часть выполняется такой же, как у обычного сопла. Цилиндрическая средняя часть непосредственно без сопряжения переходит в конус [1]. Сопла Вентури могут быть длинными и короткими. У длинного сопла Вентури наибольший диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода, а у короткого - меньше диаметра трубопровода. Угол конуса должен удовлетворять условию 5° < φ < 30°.

Рисунок 4 – Сопло Вентури

Измерение перепада давления производится через кольцевые камеры, причем задняя (минусовая) камера соединяется с цилин­дрической частью сопла Вентури с помощью группы радиальных отверстий. Короткие сопла Вентури получили большее распространение, так как они дешевле в изготовлении и монтаже, а потеря давления в них почти такая же, как и в длинных.

2.2 Поясните принцип действия манометрического термометра. Какие силы действуют на чувствительный элемент.

Манометрический термометр - прибор для измерения температуры, действие которого основано на измерении давления какого-либо вещества (жидкости или газа) при изменении температуры. Шкала манометра градуируется непосредственно в единицах температуры.

Принцип работы

Измерительная система состоит из погружаемого элемента, капиллярного провода и трубчатой пружины в корпусе.

Данные элементы соединены в единое устройство, которое под давлением заполнено инертным газом. Изменение температуры влечёт изменение объема или внутреннего давления в погружаемом устройстве. Давление деформирует измерительную пружину, отклонение которой передается с помощью стрелочного механизма на стрелку. Колебания температуры окружающей среды могут не приниматься во внимание, так как для компенсации между стрелочным механизмом и измерительной пружиной встроен биметаллический элемент. В зависимости от применяемого рабочего вещества различают следующие манометрические термометры: - газовые (азот); - конденсационные (метилхлорид, спирт, диэтиловый эфир); - жидкостные (метилксилол, силиконовые жидкости, металлы с низкой точкой плавления); - ртутные со специальными наполнителями.

Особенности

Диапазоны показаний лежат в пределах между − 200 °C и + 700 °C при измерениях с классом точности 1 согласно ДИН 16 203.

Манометрические термометры по принципу действия могут быть разделены на два типа: 1) газовые и жидкостные и 2) паровые.

Действие приборов первой группы основано на измерении давления газа или жидкости, находящихся в замкнутом пространстве; это давление зависит от температуры. Действие же приборов второй группы основано на измерении давления насыщенного пара над поверхностью жидкости; это давление также зависит от температуры. Манометрические термометры применяют для измерения температуры в различных Диапазонах и в зависимости от назначения заполняют различными жидкостями.

По конструкции манометрические термометры всех типов практически одинаковы и состоят из следующих основных деталей:, термометрического баллона, капиллярной трубки и манометра. Термометрический баллон / у приборов первой группы полностью заполнен соответствующим рабочим веществом, а у приборов второй группы — на 2/з жидкостью, пары которой заполняют остальной объем. Капиллярную трубку 2, соединяющую баллон с манометром, н полую пружину 3 заполняют высококипящей жидкостью (часто — во Дноглицериновой смесью). При нагревании или охлаждении давление в баллоне изменяется и через жидкость, заполняющую капилляр, действует на стенки пружины, раскручивающейся при повышении давления и скручивающейся при понижении его. Возникающее при этом движение свободного конца пружины передается через передаточную тягу 4 и зубчатый сектор 5 стрелке 6. Шкала 7 прибора, по которой проводится отсчет, градуирована в градусах Цельсия.

На показания приборов первой группы оказывает влияние температура капиллярной трубки, если она отличается от градуировочной температуры. Для уменьшения, этой погрешности термометрический баллон имеет объем, во много раз превышающий объем капиллярной трубки. Однако полное устранение погрешности достигается лишь введением специальных компенсирующих устройств.

У приборов третьей группы, т. е. у паровых термометров, этого недостатка нет, так как при изменении температуры капилляра объем заполняющей его жидкости изменяется, что приводит к движению жидкости или к баллону, или от него, а следовательно, и к изменению парового пространства в баллоне. Однако у паровых термометров имеется другой недостаток, заключающийся в том, что шкала их неравномерная, она сжата в начале и растянута в конце, что зависит от давления пара над поверхностью жидкости.

Манометрические термометры бывают указывающими и самопишущими на специальной диаграммной ленте или на диаграммном диске, причем самопишущий прибор может приводиться в движение или часовым механизмом, или электромотором.

При измерении температуры манометрическим термометром термометрический баллон вводят в испытуемую среду, прибор или аппарат. Если манометрический термометр не снабжен диаграммной лентой или диском, т. е. если он указывающий, его показания отсчитывают на шкале по положению стрелки.

Рис. 1. Схема манометрического термометра:

1 - термобаллон; 2 - капилляр; 3 - манометр

Список используемой литературы

1. Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Сборник задач и вопросов по теплотехническим измерениям и приборам: Учебное пособие для ВУЗов.- 2-е изд., - М: Энергоатомиздат, 1985. -328 с.

2. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. Учебник для ВУЗов. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М., «Машиностроение», 1974. - 464 с.

3. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. – 3-е изд. М.: Энергия, 1978.- 701 с.

4. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергоатомиздат, 1984.- 232 с.

5. Кремлевский П.П. Расходы и счетчики количества. 3-е изд. - Л.: «Машиностроение», 1975.- 775 с.

6. Правила измерения расходов газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами: РД 50-213-80. - М.: Издательство стандартов, 1982.- 320 с.

Контрольная работа № 3

1. Составить схему контроля, сигнализации, регистрации расхода, давления и температуры воздуха на линии отвода из ресивера.

2. Выбрать из справочника приборы.

3. Рассчитать среднеквадратическую погрешность контроля.

4. Составить схему автоматического регулирования расхода отвода воздуха из ресивера.

5. Выбрать из справочника приборы.

6. Составить спецификацию на приборы и средства автоматизации.

7. Оформление задания произвести на листах А 4 условные обозначения приборов выполнить согласно ГОСТ 21.404-85.

8. Используйте приборы фирмы АВВ.

Решение

1. Схема контроля изображена на рисунке 1 в приложении.

2. Спецификация приборов в таблице 1 приложении.

3. Рассчитываем среднеквадратичную погрешность измерения по формуле

Относительная погрешность измерения при измерении расхода

Относительная погрешность измерения при измерении температуры

Относительная погрешность измерения при измерении давления

Общая погрешность определится

4. Схема автоматического регулирования расхода регулирования расхода отвода воздуха из ресивера дана на рисунке 2 приложения.

5. Спецификация приборов в таблице 2 приложении.