Розроблення метрологічного забезпечення (МЗ) системи автоматичного контролю (САК) витрати повітря за допомогою трубки Піто

Міністерство  освіти і науки України

Національний  університет “Львівська політехніка”

 

Кафедра АТХП

                                                                            

 

 

 

 

 

 

Курсовий  проект

з курсу “Метрологія та основи вимірювання ”

«РОЗРОБЛЕННЯ МЕТРОЛОГІЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СИСТЕМИ ВИТРАТИ ПОВІТРЯ ЗА ДОПОМОГОЮ ТРУБКИ ПІТО»

 

 

 

 

                                         Виконала:

              ст. гр. АВ-32

              Андрієвська Наталія

           Перевірила: 

              Химко О.М.               

 

Львів-2007

 

 

 

ЗМІСТ РОБОТИ

 

1. Завдання до курсової роботи
2. Вступ        . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

3. Пункт1.Опис основних елементів та структурна схема САК заданого технологічного параметра
4. Пункт2.Розрахунок вихідного сигналу ПВП та графік його статичної характеристики в заданому діапазоні зміни технологічного параметра
5. Пункт3.Опрацювання згідно з ГОСТ 8.207-76 результатів багаторазових спостережень значень вихідного сигналу ПВП
6. Пункт4.Розрахунок сумарних похибок вимірювання ПВП і САК
7. Пункт5.Присвоєння ПВП і САК класів точності згідно зі стандартним рядом
8. Пункт6.Структурна схема й опис установки для градуювання та перевірки ПВП або САК
9. Висновки
10. Перелік використаної літератури.

 

 

 

ЗАВДАННЯ ДО КУРСОВОЇ РОБОТИ

 

Тема: Розроблення метрологічного забезпечення (МЗ) системи автоматичного контролю (САК) витрати повітря за допомогою трубки Піто.

Початкові дані САК: діапазон вимірювання

Математична залежність: .

Неінформативні параметри:

Кількість вимірювань вихідного сигналу  ПВП n=23.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

 

Мета і види метрологічних перевірок засобів вимірювальної техніки

Всі ЗВТ, що виготовляються або підлягають ремонту, ввозяться з-за кордону, знаходяться  в експлуатації та на зберіганні, підлягають метрологічній перевірці. Метрологічна перевірка ЗВТ – це встановлення придатності ЗВТ до застосування на основі експериментального визначення його метрологічних характеристик і контролю їх відповідностівстановленим нормам. Метрологічну перевірку ЗВТ здійснюють згідно з „Законом України про метрологію та метрологічну діяльність” [1] та ДСТУ 2708-99 [2].

Відповідно до Державної системи забезпечення єдності вимірювань [1] перевірка може бути первинною, періодичною, позачерговою, інспекційною та експертною.

Первинна перевірка ЗВТ здійснюється при випуску ЗВТ з виробництва або після ремонту, а також при ввезенні ЗВТ з-за кордону партіями. Первинній перевірці підлягає кожен екземпляр ЗВТ.

Періодичній перевірці підлягають ЗВТ, що знаходяться в експлуатації або на зберіганні, через певні міжперевірочні інтервали, які встановлюються, виходячи із забезпечення метрологічної справності ЗВТ на період між перевірками.

Позачерговій перевірці підлягають ЗВТ, що знаходяться в експлуатації або на зберіганні, і виконується вона в таких випадках:

─ якщо необхідно переконатися у придатності ЗВТ до застосування;

─ при пошкодженні клейма, пломби або втрат документів, що засвідчують проходження ЗВТ первинної або періодичної перевірки;

─ при введенні в експлуатацію ЗВТ після зберігання, коли закінчилась половина встановленого для них міжперевірочного інтервалу.

Терміни виконання позачергової перевірки призначаються незалежно  від термінів періодичних перевірок.

Інспекційна перевірка, зокрема, вибіркова, виконується для виявлення придатності ЗВТ до застосування при здійсненні державного нагляду та відомчого контролю за станом і використанням ЗВТ органами метрологічних служб.

Експертна перевірка здійснюється при виникненні спірних питань щодо метрологічних характеристик, справності та придатності ЗВТ до застосування, а також правильності їх експлуатації. Експертну перевірку виконують органи державної метрологічної служби на основі письмових вимог (заяв) суду, прокуратури, міліції, державного арбітражу, підприємств тощо.

Перевірка ЗВТ здійснюється органами державної та відомчих метрологічних  служб. Обов’язковій державній перевірці підлягають:

─ ЗВТ, що використовуються в органах державної метрологічної служби;

─ЗВТ, що випускаються з виробництва або використовуються на підприємствах як зразкові;

─ ЗВТ, що застосовуються як робочі для вимірювань, результати яких використовуються для обліку матеріальних цінностей, палива, енергії, в торгівлі, для захисту довкілля та охорони праці;

─ ЗВТ, що використовуються для вимірювань, результати яких служать підставою для реєстрації національних та міжнародних спортивних рекордів.

Відомчій перевірці підлягають ЗВТ, що не ввійшли у наведений вище перелік ЗВТ, які підлягають обов’язковій державній перевірці. Відомчу перевірку здійснюють підрозділи метрологічної служби підприємства. Конкретна номенклатура ЗВТ, що підлягають відомчій перевірці, встановлюється відомчою метрологічною службою підприємства і територіальним органом Держстандарту. Право на здійснення метрологічною службою підприємства перевірки конкретних видів ЗВТ надається територіальному органу Держстандарту.

 

    Методи метрологічної перевірки засобів вимірювальної техніки

Класифікація  методів метрологічної перевірки  ЗВТ. Всів методи розділяють на дві групи: з використанням зразкового ЗВТ і без використання зразкового ЗВТ (автономна перевірка).

Існують п’ять основних різновидів методів перевірки, в яких використовується зразковий ЗВТ:

─ безпосереднє порівняння перевірюваного ЗВТ із зразковим ЗВТ;

─ порівняння перевірюваного ЗВТ із зразковим ЗВТ за допомогою компаратора;

─ прямі вимірювання перевірюваним ЗВТ величини, що відтворюється зразковою мірою (однозначною або багатозначною);

─ прямі вимірювання зразковим ЗВТ величини, що відтворюється перевірюваною мірою;

─ непрямі вимірювання величини, що відтворюється перевірюваним ЗВТ. 

 

 

 

 

Пункт1. Опис основних елементів та структурна схема САК заданого технологічного параметра

 

     Метод вимірювання витрати на основі усереднювальних напірних трубок (надалі — УНТ) грунтується на використанні рівняння Бернуллі. Перед тілом чутливого елемента (сенсора), введеного в потік, відбувається гальмування цього потоку, і швидкість падає до нуля. В результаті цього гальмування кінетична енергія потоку трансформується в динамічний тиск (P_din). Чотири вимірювальні отвори на тілі сенсора ділять поперечний переріз труби на сегменти. Оскільки епюра швидкостей потоку по діаметру трубопроводу різна (найбільшу швидкість потік має в центрі трубопроводу, а найменшу — практично нульову — біля стінки трубопроводу), розташування вимірювальних отворів по довжині сенсора вибрано, виходячи з умов оптимального усереднення швидкості потоку в більшому діапазоні швидкостей при похибці не більше 1%. На плюсовій стороні сенсора вимірюється середнє значення загального тиску

    Статичний тиск (P_stat) вимірюється на тій стороні сенсора, яка повернута в бік від потоку (мінусова сторона). В результаті диференційний тиск на сенсорі

         Рис1. Схема вузла вимірювання витрати за допомогою УНТ

             Рис2. Експериментальна залежність коефіцієнта витрати УНТ від витрати (матеріали ІФДЦСМС для УНТ-150)

ДР = P_tot - P_stat = P_stat + P_din - P_stat = P_din

   Таким чином, отримуємо в результаті вимірювання швидкість потоку. Вимірюючи диференційний тиск і враховуючи калібрувальний коефіцієнт, проводиться обчислення реальної швидкості потоку.

    Залежність обємної витрати газу в трубопроводі від перепаду тиску в усереднювальних напірних трубках виражається формулою

Q=aF,/AP/p ,

де:     Q — обємна витрата газу;

a — коефіцієнт витрати перетворювача, який визначається геометрією усереднювальної напірної трубки;

F — площа поперечного перерізу вимірювального трубопроводу;

р — перепад тиску на перетворювачі  витрати;

р — густина газу в робочих  умовах.

     УНТ призначені для створення перепаду тиску, пропорційного середній в поперечному перерізі трубопроводу швидкості потоку, для подальшого перетворення його, а також абсолютного (надлишкового) тиску і температури газу — в уніфіковані електричні сигнали.

     УНТ призначені для використання в складі витратомірів змінного перепаду тиску, які можуть використовуватися в системах контролю і керування технологічними процесами, а також у вузлах обліку об'єму газу.

     УНТ останнім часом широко впроваджуються замість стандартних звужуючих пристроїв. їх доцільно використовувати на замірних дільницях з достатніми довжинами прямих ділянок до і після них.

    Перевагою УНТ є те, що при усталеному турбулентному режимі потоку коефіцієнт витрати перетворювача зберігає постійне значення (рис. 3.18) і визначається тільки геометрією конструкції УНТ, тобто при точному виготовленні УНТ досягається достатньо висока точність вимірювання витрати при усталеному турбулентному режимі потоку (похибка близько 1%).

   Суттєвим обмеженням використання УНТ є те, що вони створюють досить малий перепад тиску, тому їх неможливо використовувати для вимірювання малих витрат (рис. 3).

        Рис3. Експериментальна залежність перепаду тиску, що створюється УНТ від витрати (матеріали ІФДЦСМС для УНТ-150)

       Сучасні конструкції УНТ, а саме фірм "Intra Automation" та "Exportronic" дають можливість досягти меж допустимої основної відносної похибки 1%.

Відмінністю сучасних конструкцій УНТ є те, що відбір статичного тиску проводиться за допомогою трубки з кількома отворами, яка розташована проти потоку (рис. 4).

     УНТ конструкції фірми "Intra Automation" та "Exportronic" складається з шестикутної трубки 1, розділеної всередині на два канали. В трубці з двох протилежних сторін є ряд отворів, як правило, чотири. Через шарові крани 2 перепад тиску, що створюється, передається до вторинного приладу.

         Спеціалістами ІФДЦСМС та ВАТ "Івано-Франківськгаз" розроблено УНТ, в якій замість однієї, розділеної на дві трубки, використано дві з'єднані трубки: 1 — трубка відбору повного тиску і 2 — трубка відбору статичного тиску (див. рис.5).

      Розглянута конструкція дає змогу одночасно вимірювати перепад тисків, абсолютний (надлишковий) тиск газу, температуру газу за допомогою давача температури, який розташовують у трубці відбору статичного тиску 2.   -

Похибки УНТ визначаються неточністю виготовлення профілю УНТ, нерівномірністю профілю розподілу швидкостей по діаметру трубопроводу, точністю установки їх в трубопроводі (відхилення більше ніж на 5% викличе суттєве зростання похибки).

     Перед використанням УНТ доцільно проводити індивідуальне градуювання, що дасть змогу підвищити точність, а також врахувати систематичну інструментальну похибку, викликану неточністю виготовлення профілю УНТ.

Рис4. Конструкція УНТ типу Itabar-зонд

 

     Для вимірювання потоку повітря методом диференціального тиску використовуються трубки Піто , а також інші трубки, сітки і решітки. Чутливі елементи об’єднані з датчиком диференціального тиску і видають сигнал, пропорційний квадрату швидкості потоку повітря. Трубка Піто складається з двох трубок, які вимірюють тиск в різних частинах трубопровода. Одна трубка, вимірюючи статичний тиск розміщується в стінці трубопровода. Друга трубка вимірює набігаючий тиск (статичний тиск, плюс тиск набігаючого потоку повітря). Чим більша швидкість потоку повітря тим більший набігаючий тиск.

 

 

 

Пункт2. Розрахунок вихідного сигналу ПВП та графік його статичної характеристики в заданому діапазоні зміни технологічного параметра

 

Розрахуємо для дев`яти точок діапазону вимірювання вихідний сигнал ПВП і побудуємо графік його статичної характеристики. Для розрахунків застосовується математична модель ПВП і значення параметрів, які подані в завданні до курсової роботи: