Zadanie 09, studia, bio, 2rok, pomiary i automatyka, laborki
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
9.
POMIARY PRZEPŁYWU CIECZY W RUROCIĄGU
Cel zadania:
Poznanie działania kilku rodzajów przetworników do pomiaru natężenia
przepływu cieczy. Badanie charakterystyki pompy wirowej odśrodkowej z regulowanym napędem
tyrystorowym.
9.1.
UKŁAD POMIAROWY
Schemat układu do pomiaru przepływu cieczy przedstawia rysunek 9.1. W zbiorniku
ZB
znajduje się ciecz (woda z dodatkami przeciwkorozyjnymi), która może być zasysana przez
pompę wirową odśrodkową
P
i tłoczona w obiegu zamkniętym przez zestaw przepływomierzy.
Zbiornik jest wyposażony w wodowskaz
W
, przewód odpowietrzający
O
i zawór spustowy
Z
o
.
Rys. 9.1. Schemat układu do pomiarów przepływu cieczy
Pompa jest napędzana silnikiem prądu stałego
M
o mocy 1,5 kW, zasilanym ze
sterownika tyrystorowego
ST
. Sterownik ten umożliwia łagodny rozruch silnika pompy, płynne
nastawianie jego prędkości obrotowej oraz stabilizowanie tej prędkości przy zmianach
obciążenia pompy. Między sterownikiem a silnikiem jest włączony zestaw przyrządów
pomiarowych, umożliwiających pomiar mocy elektrycznej
N
pobieranej przez silnik. Manometr
sprężystościowy na przewodzie tłocznym umożliwia pomiar ciśnienia tłoczenia pompy
P
h
.
9-2
Ciecz tłoczona przez pompę przepływa kolejno przez przepływomierz skrzydełkowy
(wodomierz)
PS
, zwężkę pomiarową
ZP
, rotametr
RT
, przepływomierz indukcyjny
(magnetyczny)
PI
i przepływomierz kalorymetryczny (cieplny)
PC
(patrz też [1], rozdz. 10.10).
Zwężka pomiarowa jest połączona z dwoma przyrządami przetwarzającymi sygnał różnicy
ciśnień
DP
na wskazania analogowe: cieczowym manometrem różnicowym
MC
oraz
mieszkowym przetwornikiem magnetoelektrycznym (z komorą Bartona)
PM
(patrz też [1],
rozdz. 10.9).
Natężenia objętościowego przepływu cieczy, określane na podstawie wskazań
poszczególnych przyrządów pomiarowych będą oznaczane następująco:
V
&
§
zwężka z przetwornikiem magnetoelektrycznym -
zm
V
&
§
rotametr -
V
&
§
przepływomierz indukcyjny -
V
&
§
przepływomierz cieplny -
V
&
Jedynym przepływomierzem, wykalibrowanym przez producenta w jednostkach
objętościowego natężenia przepływu cieczy (dm
3
/godz) jest rotametr. Z tego względu przyrząd
ten będzie służył za wzorcowy i z jego wskazaniami będą porównywane wskazania pozostałych
mierników przepływu.
9.2.
URUCHOMIENIE OBIEGU CIECZY
Należy włączyć zasilanie elektryczne całego układu głównym wyłącznikiem (na ścianie,
nad zbiornikiem
ZB
), przyciskając zielony przycisk "
zał
". Powinna zaświecić się lampka
sygnalizacyjna. Otworzyć zawór
Z
1
na przewodzie ssawnym oraz zawór
Z
2
na przewodzie
tłocznym pompy.
Sprawdzić, czy cieczowy manometr różnicowy ma zerowe wskazania. Jeśli tak nie jest,
poprosić laboranta o odpowietrzenie przewodów sygnałowych łączących zwężkę pomiarową
z przetwornikami różnicy ciśnień. Zwrócić uwagę na obecność (w najwyższym punkcie
przewodów sygnałowych) dwóch zbiorniczków odpowietrzających.
Włączyć sterownik silnika pompy zielonym przyciskiem "
zał
". Obracając pokrętłem
n
można, korzystając ze wskazań obrotomierza, sterować prędkością obrotową (kątową) silnika.
Zmieniając prędkość obrotową silnika i pompy, można zmieniać jej wydajność i tym samym
natężenie przepływu cieczy w obiegu. Obracając pokrętłem
n
sprawdzić działanie sterownika.
§
przepływomierz skrzydełkowy -
V
&
§
zwężka z
manometrem cieczowym -
zc
9-3
9.3.
POMIARY PRZEPŁYWU PRZEPŁYWOMIERZEM SKRZYDEŁKOWYM
Przepływomierz skrzydełkowy należy do grupy przepływomierzy silnikowych. Jego
działanie polega na zliczaniu obrotów wirnika umieszczonego w strumieniu przepływającej
cieczy. Liczba wykonanych obrotów wirnika jest proporcjonalna do objętości przepuszczonej
cieczy. Omawiany typ przepływomierza nie mierzy więc objętościowego natężenia przepływu
cieczy
V
&
lecz sumuje (całkuje) przepływ cieczy
2
1
t
V
&
w odcinku czasu od
1
d
t
t
do
2
t
.
t
Używając przepływomierza skrzydełkowego do pomiarów objętościowego natężenia
przepływu, należy określić różnicę jego wskazań
V
D w określonym odstępie czasu
t
D i obliczyć
objętościowe natężenie przepływu z równania:
V
&
=
D
V
(9.1)
D
t
Należy zwrócić uwagę na cyfrowo-analogowe rozwiązanie wskaźnika licznika
przepływomierza. Obracające się bębenki pokazują cyfrowo wartości x10000 x1000 x100 x10
x1 x0,1 x0,01 i x0,001 , natomiast mała wskazówka pokazuje analogowo wartości x0,0001 m
3
.
Dokładność odczytu wynosi 1/2 elementarnej działki na skali, a więc 0,00005 m
3
(0,05 dm
3
).
Przed rozpoczęciem pomiarów należy poćwiczyć odczytywanie stanu licznika!
Zbadanie działania przepływomierza skrzydełkowego będzie polegało na porównaniu
wyników pomiaru przepływu ze wskazaniami rotametru. Obracając pokrętłem sterownika
pompy, należy nastawić natężenie przepływu cieczy przez rotametr
V
&
= 400 dm
3
/godz (górna
płaszczyzna nurnika!). Następnie należy odczytać wskazania przepływomierza skrzydełkowego
(
V
) i jednocześnie uruchomić pomiar czasu sekundomierzem (najlepiej na czas odczytów
zamykać zawór
Z
2
!). Ponownego odczytu stanu licznika (
V
) należy dokonać dokładnie po
upływie 5 minut. Z różnicy wskazań licznika przepływu
V
-
V
1
=
D
V
obliczyć według równania
9.1 objętościowe natężenie przepływu cieczy
V
&
w dm
3
/godz. Powyższe czynności należy
s
powtórzyć przy wskazaniach rotametru rosnących co 200 dm
3
/godz, aż do 1600 dm
3
/godz
(tabelka). Po wykonaniu pomiarów zmniejszyć do zera prędkość obrotową silnika pompy.
2
9-4
9.4.
POMIARY PRZEPŁYWU ZWĘŻKĄ
9.4.1.
ZWĘŻKA Z MANOMETREM CIECZOWYM
Zwężka pomiarowa jest przetwornikiem spiętrzeniowym, przetwarzającym wielkość
objętościowego natężenia przepływu
V
&
na wielkość różnicy ciśnień
P
D ([1], rozdz. 10.10.1.A).
Ogólne równanie tego przetwornika ma postać:
D
P
=
K
V
&
2
(9.2)
gdzie K jest stałą, zależną od kształtu i wymiarów zwężki, gęstości i lepkości cieczy
oraz wartości liczby Reynoldsa.
Różnica ciśnień po obu stronach zwężki (
P
D ) jest w najprostszym przypadku mierzona
cieczowym (rtęciowym) manometrem różnicowym. Żeby obliczyć objętościowy przepływ cieczy
przez badany typ kryzy, należy zastosować empiryczny wzór:
V
zc
=
146
,
D
h
(9.3)
w którym
V
&
jest objętościowym natężeniem przypływu w dm
3
/godz, a
h
D jest różnicą
poziomów rtęci w manometrze w mm .
Oczywiście można by manometr różnicowy wykalibrować w jednostkach
objętościowego natężenia przepływu lecz jego podziałka byłaby nieliniowa.
9.4.2.
ZWĘŻKA Z PRZETWORNIKIEM MAGNETOELEKTRYCZNYM
Sygnał różnicy ciśnień
P
D ze zwężki jest doprowadzony równocześnie do przetwornika
mieszkowego typu komory Bartona, połączonego z magnetoelektrycznym przetwornikiem siły,
który przetwarza go na analogowy, standardowy sygnał elektryczny (prąd 0...20 mA). Sygnał
wyjściowy przetwornika jest wskazywany przez miliamperomierz wykalibrowany w procentach
zakresu
V
&
(patrz [1], rozdz. 10.9.3.B).
Przetwornik magnetoelektryczny porównuje siłę pochodzącą od mierzonej różnicy
ciśnień, z siłą magnetoelektryczną obwodu sprzężenia zwrotnego. W warunkach równowagi sił,
prąd wyjściowy
I
przetwornika jest liniową funkcją różnicy ciśnień
P
D :
I
=
K
D
P
(9.4)
&
zc
zm
9-5
Wartość stałej
K
- wzmocnienia przetwornika, może być nastawiana ręcznie w szafce
przetwornika, w zależności od wielkości mierzonej różnicy ciśnień.
W specjalnym wykonaniu przetwornika, przystosowanym do zwężkowych pomiarów
natężenia przepływu płynów, może on dokonywać operacji pierwiastkowania wartości sygnału
wejściowego. Sygnał wyjściowy będzie wtedy liniową funkcją objętościowego natężenia
przepływu:
i
=
K
1
D
P
=
K
2
V
(9.5)
9.4.3.
BADANIE CHARAKTERYSTYK PRZETWORNIKÓW RÓŻNICY CIŚNIEŃ
Włączyć przetwornik magnetoelektryczny PM przyciskiem
S
, umieszczonym w szafce
miernika mierzącego prąd wyjściowy. Pokrętłem nastawiania prędkości obrotowej silnika pompy
nastawić wartość natężenia przepływu cieczy mierzoną rotametrem
V
&
= 400 dm
3
/godz.
Zanotować w tabelce wskazania (różnicę poziomów rtęci) manometru różnicowego
h
D w mm
oraz wskazania wyjściowego miernika przetwornika magnetoelektrycznego
V
&
w %
zakresu.
Powyższe pomiary powtórzyć, przy wskazaniach rotametru rosnących co 200
dm
3
/godz, aż do 1600 dm
3
/godz. Po zakończeniu pomiarów zmniejszyć do zera prędkość
obrotową silnika pompy i wyłączyć zasilanie przetwornika magnetoelektrycznego.
9.5.
POMIARY PRZEPŁYWU PRZEPŁYWOMIERZAMI INDUKCYJNYM
I CIEPLNYM
Wymienione rodzaje przepływomierzy należą do grupy przepływomierzy elektrycznych.
Przepływomierz indukcyjny jest jednym z najnowocześniejszych przetworników przepływu
cieczy. Umożliwia dokładny i zdalny pomiar, przy bardzo dużej odporności na działanie
zanieczyszczeń zawartych w cieczy. Wewnątrz czujnika nie ma na drodze cieczy żadnych zmian
przekroju rurociągu czy kierunku przepływu. Pole magnetyczne skierowane prostopadle do
kierunku przepływu cieczy wzbudza w jej strumieniu napięcie, które jest proporcjonalne do
natężenia tego pola i prędkości liniowej przepływu cieczy. Napięcie to jest odbierane z dwóch
płaskich elektrod, umieszczonych w ścianie rury czujnika wykonanej z dielektryku ([1], rozdz.
10.10.4).
&
zm
[ Pobierz całość w formacie PDF ]