• RU
  • icon На проверке: 16
Меню

Канал измерения расхода природного газа в системе технологического контроля

  • Добавлен: 09.08.2014
  • Размер: 2 MB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработки вопросов) - Анализ методов и средств измерения - Выбор структурной схемы - Разработка

Состав проекта

icon
icon
icon
icon Внешний вид прибора.cdw
icon нестандартные детали.frw
icon печатная плата.cdw
icon принципиальная схема.cdw
icon спецификация1.cdw
icon спецификация2.cdw
icon структурная.cdw
icon экономика.doc
icon пояснительная записка.doc
icon тех.задание.doc
icon титул.лист.DOC

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Внешний вид прибора.cdw

Внешний вид прибора.cdw

icon нестандартные детали.frw

нестандартные детали.frw

icon печатная плата.cdw

печатная плата.cdw
Платы изготовить комбинированым методом.
Проводники условно обозначенные сплошными
выполнять шириной 0.25
Расстояние между проводниками в низкоомных цепях
на высокоомных не менее 5мм.
Допускается в узких местах занижение контактных
площадок до 0.15 мм.
Проводники покрыть сплавом "Розе".
Неуказанные предельные отклонения размеров
Шаг координатной сетки 1
ВКР 190900.1480.03 ПП
Сторона установки элементов

icon принципиальная схема.cdw

принципиальная схема.cdw

icon спецификация1.cdw

спецификация1.cdw

icon спецификация2.cdw

спецификация2.cdw
ВКР 190900.1480.03.СБ1
ВКР 190900.1460.02 СБ1
Плата измерительного блока
Стойка ГОСТ-18647-81

icon структурная.cdw

структурная.cdw

icon пояснительная записка.doc

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ11
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ12
1 Измерение расхода12
1.1 Объемные методы измерения расхода12
1.1.1 Обзор (объемных методов)12
1.1.2 Объемные счетчики с неподвижными стенками измерительных камер (опорожняющиеся счетчики)13
1.1.3 Объемные счетчики с перемещающимися разделительными элементами (вытесняющие счетчики)13
1.1.4 Роторные газовые счетчики15
1.1.5 Мокрые газовые счетчики16
1.1.6 Объемные счетчики с лопастями (турбинные счетчики)16
1.1.7 Счетчик Вольтмана17
1.1.8 Тангенциальные счетчики18
1.2 Измерение расхода по перепаду давления18
1.2.3 Специальные формы сужающих устройств (Сегментные диафрагмы)21
1.2.4 Трубка Вентури и сопло Вентури22
1.2.5 Измерение расходе по падению давления на прямом участке трубопровода23
1.3 Метод определения расхода путем измерения усилия развиваемого потоком набегающим на помещенное в него тело (расходомеры обтекания)23
1.3.1 Поплавковый расходомер (ротаметр)23
1.3.2 Расходомер с поворотной лопастью25
1.4 Меточные методы измерения расхода с использованием химических и радиоактивных меток25
1.4.1 Метод солевых растворов по Аллену25
1.4.2 Измерение расхода с применением радиоактивных меток (измерение времени пробега)26
1.5 Ультразвуковой метод измерения расхода27
1.5.1 Непосредственное измерение разности времен прохождения ультразвуковых колебаний.30
1.5.2 Дифференциально-фазовый метод30
1.5.3 Ультразвуковой метод измерения основанный на использовании эффекта Допплера31
2 Измерение давления32
2.1 Общие сведения и единицы давления32
2.2 Жидкостные приборы давления с видимым уровнем33
2.2.1 Приборы U-образные чашечные33
2.2.2 Микроманометры34
2.3 Приборы давления с упругими чувствительными элементами35
2.3.1 Плоские мембраны.35
2.3.2 Выпуклые мембраны36
2.3.3 Гофрированные мембраны и мембранные коробки36
2.3.4 Неметаллические мембраны37
2.3.6 Трубчатые пружины39
2.4 Приборы давления прямого действия40
2.5 Электроконтактные приборы и реле давления41
2.6 Приборы давления с электрическими и пневматическими преобразователями41
2.6.1 Первичные приборы типа МЭД42
2.7 Приборы давления электрические43
2.7.1 Пьезоэлектрические манометры44
2.7.2 Манометры сопротивления45
3 Измерение температуры46
3.1 Неконтактные методы измерения температуры47
3.2 Контактные методы измерения температуры48
3.2.1 Термометры расширения48
3.2.2 Термоэлектрический метод измерения температуры49
3.2.3 Резистивная термометрия50
3.2.4 Термометры на основе диодов и транзисторов51
ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ55
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ57
1 Выбор датчика расхода57
2 Преобразователь ток—напряжение59
РАЗРАБОТКА ПРОГРАМНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ65
1 Основная программа65
2 Преобразование 2 кода в фонты индикатора67
3 Прерывания программы67
КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ68
1 Разработка конструкции68
2 Разработка Печатной Платы (ПП)68
2.1 Общие технические требования к ПП68
2.2 Расчет конструктивных и электрических параметров ПП69
2.3 Технология изготовления ПП71
АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ73
1 Погрешность цепи измерения температуры.74
2 Погрешность цепи измерения давления.75
3 Погрешность расходомера75
4 Модуль обработки результатов измерения.75
5 Дополнительная погрешность76
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ79
1 Промышленная санитария79
1.2 Производственный шум80
1.3 Освещение (ГОСТ 23 - 05 - 95)81
2 Электробезопасность84
3 Функционирование лаборатории в чрезвычайных ситуациях86
3.1 Стихийные бедствия и военное время86
3.2 Пожарная безопасность87
3.3 Организация пожаротушения88
4 Охрана окружающей среды89
5 Взрывобезопасность90
ТЕХНИКО- ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ НИР91
1 Организация и планирование работ91
2 Расчет трудоемкости этапов92
3 Расчет затрат на проектирование канала измерения расхода природного газа в системе технологического контроля.93
3.1 Основная заработная плата работников непосредственно участвующих в НИР94
3.2 Начисления на заработную плату95
3.3 Материалы и покупные изделия95
3.4 Затраты на специальное оборудование96
3.5 Накладные расходы97
3.6 Стоимость проведения НИР97
3.9 Общая стоимость НИР98
4 Расчет научно-технического эффекта.98
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ102
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ110
Научно-технический прогресс требует значительной интенсификации технологических процессов рост единичной мощности и производительности агрегатов.
Современные автоматизированные системы управления технологическими процессами требует значительного количества и разнообразия средств измерений обеспечивающих выработку сигналов измерительной информации в форме удобной для дистанционной передачи сбора дальнейшего преобразования обработки и представления ее.
Устройства для измерения и учета расхода газа имеют большое значение они используются во многих отраслях промышленности для управления производственными процессами. Эти приборы могут подключаться к автоматизированной системе управления и решать различные задачи связанные с режимами эксплуатации технологических объектов в газовой области атомной энергетике металлургии и т.д. Качество измерения и учета расхода газа влияет не только на экономичность технологических объектов в газовой отрасли но во многих случаях и на безопасность объектов которые могут привести к их поломке разрушению или аварии создающей опасность для жизнедеятельности человека и окружающей среды.
Развитие научных исследований и техническая модернизация производства ставят новые задачи перед техникой измерения и учета расхода. В первую очередь требуется дальнейшее совершенствование их качества надежности и ремонтопригодности улучшение метрологических характеристик создание новых средств измерения полностью удовлетворяющих современные запросы.
Разработанный прибор работает в режиме измерения и учета расхода газа.
Питание прибора производится от электрической сети напряжением 220В частотой 50Гц.
Наибольшее время установления показаний не должно превышать 10 секунд.
Основная погрешность прибора 0412%.
Прибор должен обеспечивать свои характеристики не более чем через 30 секунд после включения в сеть.
Потребляемая мощность не должна превышать 5 ВА.
Устройство должно сохранять свои характеристики в пределах температуры от плюс 150С до плюс 300С.
Срок службы должен быть не менее 2 лет со дня выпуска.
Прибор допускает заземление любой входной клеммы.
Прибор допускает непрерывную работу.
Среднее время безотказной работы прибора не менее 13546 часов.
Вероятность безотказной работы за 1000 часов 093.
Габаритные размеры 187 x 203 x 73.
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ
Расходом называют количество вещества протекающее через данное сечение трубопровода в единицу времени. В соответствии с указанным определением различают объемный расход измеряемый в единицах объема деленных на единицу времени qv = Vt. и массовый расход qm = mt.
Соотношение указанных расходов определяется зависимостью qm = р объемный расход определяется по показаниям объемных счетчиков (дифференцируемых по времени) или как произведение средней скорости потока (w) и площади поперечного сечения.
Объемные методы измерения расхода
Объемные методы предусматривают последовательное суммирование порций контролируемой среды проходящих через измерительные камеры определенного объема или вытесняемых из его камер при непрерывном вращении лопастей счетчика.
Обзор (объемных методов)
В зависимости от принципа действия объемные счетчики подразделяются на две большие группы.
А. Объемные счетчики непосредственного действия в которых последовательно отмериваются определяемые размером и формой измерительных камер объемы контролируемой среды и с помощью счетного механизма подсчитывается число прошедших через счетчик порций. Счетчики этого типа разделяются на опорожняющиеся и вытесняющие. Опорожняющиеся счетчики имеют жесткие камеры из которых контролируемая среда свободно вытекает. Счетчики этого типа непригодны для измерения расхода газов. Вытесняющие счетчики можно применять для измерения расхода как жидкостей так и газов. Перемещающаяся стенка мерной камеры вытесняет контролируемую среду освобождая камеру для следующей порции.
Б. Бескамерные счетчики в которых объем определяется различными косвенными методами например путем измерения перемещения или скорости потока интегрированием расхода по временя. При этом необходимо учитывать плотность контролируемой среды.
Объемные счетчики с неподвижными стенками измерительных камер (опорожняющиеся счетчики)
В объемных счетчиках этого типа заполнение измерительных камер обеспечивается подачей контролируемой среды под небольшим давлением а их опорожнение — опрокидыванием или автоматическим открытием выпускного клапана. Потери давления на счетчиках невелики для заполнения камер обычно достаточен небольшой избыточный уровень. В то же время регулировать опорожнение невозможно так как слив происходит без противодавления. Конструкция позволяет измерять объемы сильно загрязненных жидкостей так как измерительные камеры опорожняются через большие выпускные отверстия путем опрокидывания или под действием вибрации. Погрешности лучших моделей счетчиков ≤01%. Значительным достоинством является возможность измерения малых расходов так как счетчики чувствительны к малым количествам среды поступающей в измерительные камеры.
Объемные счетчики с перемещающимися разделительными элементами (вытесняющие счетчики)
В вытесняющих счетчиках контролируемая среда приводит в движение подвижные стенки измерительных камер. Погрешности измерения вызываются главным образом щелевыми потерями т. е. утечками между неподвижными и перемещающимися стенками измерительных камер. Существенную роль играет при этом вязкость контролируемой среды. Кроме того физические характеристики потока внутри щели влияют на потери.
При малых расходах погрешность гиперболически возрастает далее с увеличением расхода медленно убывает. Эти выводы качественно совпадают с экспериментальными данными (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 График погрешностей вытесняющих счетчиков
- погрешности при малых щелевых потерях; 2 - действительные погрешности
Источники погрешностей. Истирание материала быстро нарастающее при перегрузке счетчиков способствует увеличению щелевых утечек. С этим связано быстрое возрастание погрешностей при малых расходах. Так как зазор между корпусом измерительной камеры и ее подвижной стенкой незначителен счетчики этого типа особенно чувствительны к загрязнению контролируемой среды что обусловливает необходимость тщательной ее фильтрации. Вследствие загрязнения повышается трение а следовательно возрастают погрешности.
Области применения. Счетчики этого типа применяют во всех случаях когда точность расходомеров с дросселирующим (сужающим) устройством недостаточна. Значительным преимуществом вытесняющих счетчиков является повышенная точность при измерении пульсирующих потоков. Вследствие наличия щелевых утечек эти счетчики неприменимы для измерения малых расходов.
Совсем недавно появились расходомеры в которых вытесняющие счетчики приводятся в движение не за счет энергии по тока контролируемой среды а сервомотором. В процессе измерения число оборотов сервомотора изменяется таким образом что разность давлений на входе и выходе расходомера равна нулю. В диапазоне расходов 015—150 лч достижимы погрешности ±025%.
Роторные газовые счетчики
Принцип действия и конструкция. Основными элементами счетчика являются установленные в легкоподвижных подшипниках роторы лемнискатой формы обкатывающие друг друга в камере выполненной в виде неподвижных цилиндров неполного кругового сечения (рисунок 1.2). Роторы соединены с шестеренчатым редуктором залитым маслом. Так как зазор между поверхностями роторов равен 005—01 мм при вращении вызываемом контролируемым потоком газа роторы не соприкасаются.
Рисунок 1.2 Ротационные счетчики
Погрешность роторных счетчиков изменяется в зависимости от расхода аналогично погрешности жидкостных счетчиков вытеснения. При измерении расходов газов высокого давления потери давления на счетчике возрастают по мере увеличения абсолютного его значения вследствие повышения вязкости среды что не увеличивает погрешности так как благодаря повышению вязкости щелевые потери в измерительной камере сокращаются. Счетчики крайне чувствительны к загрязнению контролируемой среды. Очистка счетчика обеспечивается встроенным промывочным устройством. При промышленных измерениях объемных расходов погрешность менее 1% может быть обеспечена только при применении роторных счетчиков.
Роторные счетчики применяют в основном для установки на газопроводах дальнего газоснабжения и при измерениях расходов дорогостоящих газов. Их применение неизбежно при низких давлениях газа и требованиях повышенной точности измерения несмотря на высокую стоимость. Высокая точность измерения может быть обеспечена только при учете реальных параметров контролируемого газа (давления температуры влажности) и непрерывной корректировке показаний.
Мокрые газовые счетчики
Принцип действия и конструкция. С помощью запорной жидкости в мокрых газовых счетчиках отделяется часть объема.
Измерительная камера включающая эту часть объема поворачивается вокруг оси под давлением контролируемой среды поступающей через входное отверстие Е (рисунок 1.3). По мере вращения измерительная камера заполняется затем отсекается дальнейшее поступление среды и происходит ее вытеснение из измерительной камеры запорной жидкостью.
Рисунок 1.3 Принцип действия «мокрых газовых счетчиков»
Отсутствие в счетчике заслонок и вентилей позволяет контролировать поступающие в него минимальные количества газа. Мокрые газовые счетчики — точнейшие приборы с помощью которых определяют объем газов при их малых расходах. Для измерения значительных расходов необходимы счетчики с камерами больших размеров так как при недостаточном объеме камер скорость вращения барабана увеличивается и уровень жидкости плохо устанавливается.
Малогабаритные счетчики широко применяют в лабораториях при калибровке расходомеров других типов а также в качестве контрольных счетчиков в промышленных условиях.
Объемные счетчики с лопастями (турбинные счетчики)
В рассмотренных объемных счетчиках каждому перемещению или повороту чувствительного элемента соответствовал точно ограниченный объем жидкости. В рассматриваемых далее счетчиках обеспечивающих косвенное определение расхода в качестве чувствительного элемента применена турбинка с лопастями вращаемая контролируемым потоком. При использовании такого прибора в качестве объемного счетчика число оборотов турбинки z должно быть пропорционально объему протекающей жидкости:
Существуют счетчики двух типов:
а) со шнековой турбинной ось которой совпадает с направлением контролируемого потока и соединена передачей со счетчиком оборотов — так называемые счетчики с аксиальной турбинкой (рисунок 1.4);
б) с турбинкой ось которой перпендикулярна к направлению потока и несет на себе счетчик оборотов — так называемый счетчик с вертикальной турбиной (рисунок 1.5).
Рисунок 1.4 Счетчик с аксиальной турбинкой
Рисунок 1.5 Счетчик с вертикальной турбинной
Принцип действия приборов обоих типов основан на измерении скорости вращения турбинки контролируемым потоком жидкости. Для бесперебойной работы счетчика необходимо отсутствие завихрений поступающего на турбинку потока.
Изменения профиля потока вызываемые наличием изгибов трубопровода или не полностью открытых заслонок обусловливают значительные погрешности счетчиков особенно с аксиальной турбинкой. Для исключения погрешностей необходимо предусматривать наличие перед счетчиком прямого участка трубопровода (длина которого указывается изготовителем) или устанавливать струевыпрямитель. Наличие в потоке струй обладающих разной скоростью вызывает неравномерное распределение действующих на турбинку нагрузок что сокращает рабочий ресурс подшипников.
Тангенциальные счетчики
Одноструйные счетчики (рисунок 1.6) характеризуются наличием прямого гладкого канала по которому протекает контролируемая среда. Поток жидкости тангенциально подводится к турбинке и приводится во вращение. В многоструйных счетчиках (рисунок 1.7) напротив необходим специальный корпус турбинки обеспечивающий с помощью направляющего устройства распределение струи жидкости по всему ее периметру.
Рисунок 1.6 Однострунный счетчик
Рисунок 1.7 Многоструйный счетчик
Тангенциальные счетчики позволяют контролировать меньшие расходы чем счетчики Вольтмана. Однако при одинаковом условном проходе допустимая продолжительность работы тангенциальных счетчиков в случае сохранения допустимых потерь давления меньше чем счетчиков Вольтмана.
Измерение расхода по перепаду давления
Рассматриваемые методы основаны на использовании энергетических закономерностей определяющих зависимость кинетической энергии потока а следовательно его скорости от физического состояния среды.
Согласно уравнению Бернулли в стационарных свободных от трения потоках сумма кинетической энергии потенциальной энергии положения и давления вдоль потока — постоянна. Для единицы массы потока несжимаемой среды обладающей объемом V =lρ уравнение Бернулли записывается в виде:
где — скорость потока: h — высота над уровнем моря; р — абсолютное давление; ρ — плотность.
Для двух сечений одного потока уравнение Бернулли имеет вид:
В сжимаемых средах изменение энергии давления лишь частично переходит в кинетическую и потенциальную энергию. Остальная часть согласно первому закону термодинамики взаимодействует с внутренней энергией u или соответственно с подводимой или отводимой тепловой энергией dQ. Таким образом уравнение для сжимаемых сред имеет вид:
Суммарная кинетическая энергия протекающей в единицу времени массы среды равна
Средняя кинетическая энергия отнесенная к единице массы вещества определяется как
где - усредненная по сечению А скорость потока равная
— безразмерный коэффициент учитывающий распределение скоростей потока в сечении и называемый поэтому поправочным множителем на неравномерность распределения скорости в данном сечении:
Для потока с прямоугольным профилем эпюры скоростей (равномерное распределение скорости по сечению) =1. В других случаях >1 причем чем острее профиль эпюры скоростей потока тем больше .
Расходомерным соплом называется сужающее устройство с круглым отверстием имеющим плавно сужающуюся часть на входе и цилиндрическую часть на выходе. В отличие от струи свободно выходящей из диафрагмы струя выходящая из сопла принимает его форму (рисунок 1.8). Входная часть удлиненного сопла имеет форму эллипса. Острое округление нормализованных в ФРГ сопел обеспечивает постоянство коэффициентов расхода при Red>103; коэффициенты расхода для удлиненных сопел непрерывно возрастают с увеличением Re и стабилизируются лишь при больших значениях.
Рисунок 1.8 Схемам стандартных сопел
Измерение расходов сжимаемых сред. При прохождении сжимаемой среды через сужающее устройство вследствие снижения давления увеличивается ее объем; скорость потока возрастает и превышает скорость потока несжимаемой среды в результате чего перепад давления на сужающем устройстве увеличивается. Указанное изменение учитывается поправочным коэффициентом 1 вводимым в общее уравнение расхода.
Конструкция рекомендованных международной организацией по стандартизации (ИСО) диафрагм показана на рисунке 1.9.
Рисунок 1.9 Конструкция стандартных диафрагм
Различные модификации отличаются расположением мест отбора давлений определяющих название диафрагмы. Диафрагмы с угловым отбором давления (в углах образуемых плоскостями диафрагмы и стенками трубопровода) нормализованы DIN 1952. При фланцевом методе отбора приемные отверстия должны быть расположены на строго установленном расстоянии 1±132" от передней и задней плоскостей диафрагм. В диафрагмах типа Vena-Contracta (США) приемные отверстия располагаются в сечении начиная с которого сказывается влияние диафрагмы на поток (на расстоянии D±01 D до диафрагмы) и в сечении наибольшего сжатия струн (минимального давления за диафрагмой). Форма потока в диафрагме определяется входной кромкой на которой происходит отрыв от стенки и дальнейшее свободное формирование струи. Струя сужается за кромкой причем коэффициент сужения оказывает существенное влияние на коэффициент расхода. В то время как при измерении расходов сжимаемых сред при помощи сопел коэффициент расхода α с достаточным приближением может быть принят равным коэффициенту расхода α несжимаемых сред а расширение струи учтено теоретически вычисляемым значением коэффициента при измерении расхода с помощью диафрагм эти допущения невозможны.
Специальные формы сужающих устройств (Сегментные диафрагмы)
Сегментные диафрагмы применяются при измерениях расходов загрязненных сред и влагосодержащих газов. Сужающее сечение выполнено в виде кругового сегмента (рисунок 1.10). Преимуществом сегментной диафрагмы является возможность легкого регулирования ее проходного сечения. В отличие от нормальных сужающих устройств с постоянной площадью проходного отверстия в которых расход определяется по изменяющемуся перепаду давления при использовании сегментных диафрагм измерение расхода производится при постоянном перепаде давления.
Рисунок 1.10 Сегментная диафрагма: 1 — сегмент
Трубка Вентури и сопло Вентури
Нормальное сопло Вентури (рисунок 1.11) состоит из входной части полностью соответствующей по профилю стандартному соплу и являющейся собственно измерителем расхода и соединенного с ней диффузора в котором восстанавливается исходное давление.
Рисунок 1.11 Стандартное сопло Вентура
Обе части соединены между собой цилиндрической вставкой длиной 04 d исключающей обратное воздействие диффузора на входную часть. Работоспособность диффузора обеспечивается при отсутствии отрыва потока от стенок сужающего устройства независимо от увеличенной длины струи. В длинных диффузорах выходное сечение которых такое же как и сечение трубопровода это условие выполняется лишь при углах конусности диффузора φ2≤4°. Классическая труба Вентури (рисунок 1.12) состоит из соединенных между собой конусных и цилиндрических отрезков труб что исключает трудно изготовляемую округленную по форме сопла входную часть.
Рисунок 1.12 Трубка Вентури
Измерение расходе по падению давления на прямом участке трубопровода
При измерении расхода по переменному перепаду давления возникающему на встроенном в трубопровод сужающем устройстве потенциальная энергия преобразуется в кинетическую. Неизбежные вызываемые внутренним трением потери давления обусловливают подлежащую компенсации погрешность измерения. Метод измерения расхода по потере давления на прямом участке трубопровода основан на использовании сопротивления трения для получения измерительной информации о расходе.скорости потока и его кинетической энергии на измерительном участке являются помехами и должны быть исключены или скорректированы.
Метод определения расхода путем измерения усилия развиваемого потоком набегающим на помещенное в него тело (расходомеры обтекания)
Поплавковый расходомер (ротаметр)
Принцип измерения предусматривает измерение усилия развиваемого контролируемым потоком среды обтекающим помещенное в него тело (поплавок). Математическая зависимость между указанным усилием и скоростью потока определяется известным законом аэродинамического сопротивления:
где — скорость свободного потока на поверхности тела: рм — плотность протекающей среды: АК — максимальное перпендикулярное направлению потока сечение обтекаемого тела: с — коэффициент сопротивления (или обтекания) зависящий от геометрических размеров измерительного устройства и числа Рейнольдса.
В поплавковых расходомерах (ротаметрах) вес и подъемная сила поплавка постоянны а коэффициент сопротивления с изменяется в зависимости от высоты подъема поплавка в конической трубке и чисел Рейнольдса. Математическое выражение зависимости между указанными параметрами сложно и определяется поэтому эмпирически методом тарировки измерительных устройств.
Высота подъема поплавка в конической трубке определяется из условия равновесия действующих на него усилий (рисунок 1.13):
Рисунок 1.13 Принцип действия (а) и формы ротаметров (б—г)
где FK — вес поплавка; VK — объем поплавка; ρK — плотность поплавка; FA — подъемная сила поплавка; ρM — плотность среды; F — развиваемое на поплавке усилие.
Уравнение равновесия усилий действующих на поплавок записывается в виде
Ротаметры могут быть изготовлены в коррозионностойком исполнении для измерения расходов практически любых сред. Установка ротаметра в трубопровод не требует того чтобы перед ним был прямой участок. Это позволяет устанавливать приборы такого типа непосредственно до и после изгибов трубопроводов и вентилей. Потеря давления на ротаметрах мала и при выборе прибора соответствующего размера может быть доведена до минимума. Приборы просты по конструкции и состоят из малого числа деталей. Шкала линейна с достаточным приближением. Погрешности не превышают 2% при особо точной калибровке могут быть уменьшены до 1%.
Расходомер с поворотной лопастью
В приборах этого типа непосредственно измеряется усилие развиваемое контролируемым потоком на поворотной лопасти уравновешенной ее собственным весом реже — усилием пружины. Проходное сечение расходомера при нулевом расходе полностью перекрывается лопастью. При увеличении расхода под действием развиваемого усилия F лопасть поворачивается. Угол поворота служит мерой расхода. Устройство не обеспечивает постоянства коэффициента сопротивления с. изменение которого в зависимости от положения лопасти и числа Re должно учитываться эмпирически при градуировке расходомера. Приборы этого типа предназначены прежде всего для измерений больших расходов и расходов сильно загрязненных сред.
Меточные методы измерения расхода с использованием химических и радиоактивных меток
Измерение расхода меточными методами предусматривает введение в контролируемый поток небольшого потока легко контролируемого вещества и определение времени прохождения им определенного участка пути или измерение изменений его концентрации в потоке.
Метод солевых растворов по Аллену
Метод предусматривает импульсное введение в контролируемый поток порции солевого раствора минимальной концентрации. Установленная в непосредственной близости от места ввода меточного раствора первая пара электродов и находящаяся на некотором расстоянии от нее вторая пара электродов фиксируют с по мощью осциллографа пиковые изменения электропроводности обусловленные перемещением метки по контролируемому участку (рисунок 1.14 1.15). Время перемещения метки между контрольными сечениями определяют по осциллограмме. При этом среднее интегральное значение изменения электропроводности можно находить например графически путем определения расстояния между «центрами тяжести» площадей пиков электропроводности в контролируемых сечениях при прохождении через них меток. Точность измерения расхода — не хуже 1 % при условии усреднения многократных результатов. Приготовление солевых растворов весьма трудоемко.
Рисунок 1.14 Меточный метод измерения расхода:
Е — место ввода метки; М — контролируемые сечения
Рисунок 1.15 Метод солевых растворов по Аллену:
2 —первый и второй электроды; 3—время прохождения метки (по центрам тяжести площадей пиков)
Измерение расхода с применением радиоактивных меток (измерение времени пробега)
Порция 24Na — источника γ - излучения с периодом полураспада 15 ч мгновенно вводится в центр проходящего по трубопроводу потока контролируемой среды. Как и при методе Аллена продолжительность пробега определяется при помощи двух счетчиков установленных на разных расстояниях от места введения метки и измеряющих интенсивность γ - излучения в соответствующих сечениях трубопровода. Количество вводимого в поток изотопа даже при измерении больших скоростей потоков незначительно. Метод — бесконтактный что является его преимуществом.
Ультразвуковой метод измерения расхода
Скорость распространения ультразвуковых колебаний в движущихся жидкостях изменяется в зависимости от скорости перемещения самой жидкости. Как показано на рисунке 1.16 ультразвуковой сигнал посылаемый через неподвижную жидкость из точки А в точку В распространяется со скоростью звука а; при совпадении направления сигнала с направлением перемещающейся со скоростью жидкости результирующая скорость прохождения сигнала определяется суммой скоростей (+а). При этом сигнал достигает точки В раньше чем при прохождении через неподвижную жидкость. Если при тех же условиях направление сигнала противоположно направлению движения жидкости (из В в А) то результирующая скорость прохождения сигнала определяется разностью скоростей ( - а); время прохождения сигнала против направления потока превышает время его прохождения по направлению потока. Разность времен прохождения сигнала служит мерой скорости потока . Объем жидкости протекающей в единицу времени через данное сечение известной геометрической формы может быть определен путем измерения средней скорости потока.
Рисунок 1.16 Определение скорости потока при помощи УЗ-сигналов посылаемых во встречных направлениях
На рисунке 1.17 дана принципиальная схема определения средней скорости потока.
Рисунок 1.17 Принципиальная схема измерительного устройства:
— излучатель S1 (приемник Е2): 2 — приемник Е1 (излучатель S2)
В отличие от схемы приведенной на рисунке 1.16 ультразвуковой сигнал направлен не параллельно потоку а под определенным углом т. е. наклонно и противоположно направлению потока (из точки А в точку В). При этом проекция средней скорости потока на его ось обозначена а. Если сигнал посылается из А в В то скорости его прохождения равной (a— а) соответствует время прохождения t1. Тогда
При посылке сигнала из В в А имеем .
Вычитая из первой зависимости вторую получаем
При таком одноканальном способе измерения распространения ультразвуковых волн с помощью одного излучателя и одного приемника должна выдерживаться постоянная температура так как изменения временя распространения ультразвука вызываемые колебаниями температуры Δta могут превысить изменения измеряемой разности времени его прохождения Δt обусловленной изменением скорости потока среды. На практике применяются схемы с двумя раздельными каналами позволяющими одновременно посылать ультразвуковые волны в двух противоположных направлениях. При этом изменение параметров среды одинаково влияет на оба сигнала и не оказывает влияния на измеряемую разность времен их прохождения или на разность фазовых сдвигов ультразвуковых колебаний (рисунок 1.18).
Рисунок 1.18 Двухканальная измерительная схема:
Непосредственное измерение времени прохождения ультразвуковых сигналов (частотно-импульсный метод измерения). Как для одно - так и для двухканальных систем средняя скорость прохождения ультразвукового сигнала
позволяет определять скорость потока среды по известным значениям t1 и t2. Эта зависимость позволяет не учитывать собственную скорость распространения звука в данной среде. Приведенное уравнение положено в основу метода разработанного Кнаппом.
На рисунке 1.19 приведен график температурной зависимости скорости распространения ультразвука в воде.
Рисунок 1.19 Температурная зависимость скорости звука в воде
В частотно-импульсном устройстве показанном на рисунке 1.20 излучатель S1 посылает ультразвуковые сигналы до момента их появления на приемнике Е1 после чего S1 выключается и излучение прерывается на все время поступления сигнала в приемник Е; далее цикл периодически повторяется.
Рисунок 1.20 Упрощенная схема системы ультразвукового расходомера
Аналогично работает система второго канала S2 —E2 причем выдаваемые высокочастотным генератором импульсы в обоих каналах совпадают по фазе. Возникающие две последовательности импульсов следуют через определенные промежутки времени (рисунок 1.21).
Рисунок 1.21 Последовательность импульсов в режиме приема — передачи с измерением времени пробега
Непосредственное измерение разности времен прохождения ультразвуковых колебаний.
Хотя непосредственное измерение t1 – t2 = Δt принципиально возможно однако результаты измерения зависят от скорости распространения ультразвука в конкретной среде что является недостатком этого метода.
Дифференциально-фазовый метод
Метод предусматривает непрерывную посылку синусоидальных импульсов высокочастотного кварцевого генератора на два ультразвуковых датчика попеременно или одновременно (при двухканальной схеме) — рисунок 1.22. Ультразвуковые синусоидальные продольные волны проходят через жидкость как по направлению потока так и навстречу ему. Поступающие на приемники ультразвуковые колебания сдвинуты по фазе друг относительно друга так как волны перемещающиеся по направлению потока движутся быстрее. Частоту посылки импульсов подбирают таким образом чтобы разность фаз Δφ при не превышала длины волны λ.
где Δt — разность времен прохождения ультразвуковых колебаний; Т — период колебаний; f — частота колебаний.
Рисунок 1.22 Принципиальная схема дифференциально-фазового метода измерения:
— ВЧ-генератор; 2 — синхронизация: 3 — осциллограф
Дифференциально-фазовый метод позволяет обойти трудности возникающие при измерениях малых интервалов времени что является его достоинством.
Ультразвуковой метод измерения основанный на использовании эффекта Допплера
Принцип измерения. При излучении пучка ультразвуковых колебаний постоянной частоты f1 в жидкость часть ультразвуковой энергии рассеивается находящимися в среде частицами плотность которых отличается от плотности основной среды (например в суспензиях или эмульсиях). При этом в соответствии с законом Допплера изменяется частота отраженного частицами ультразвука.
Разность частот определяется уравнением
где f1 — частота излучателя ультразвуковых колебаний; f2 — частота Допплера; а0 — скорость звука; — скорость потока контролируемой среды; — угол между направлением потока и направлением распространения ультразвуковых волн. При постоянных значениях f1 cos и а0 разность f1 - f2 = k0.
Таким образом сдвиг частот прямо пропорционален скорости потока да и может быть использован для измерения расхода без потери давления.
Для обеспечения на всем диапазоне измерений погрешности ±2% необходимы специальные меры требующие значительных затрат. В качестве источников ультразвуковых колебаний применимы пьезоэлектрические материалы (кварц титанат бария цирконат свинца). Диапазон применяемых частот 05—10 МГц. Для получения точности 1% на всем диапазоне а также при очень малых скоростях потоков (01—05 мс) следует выбирать способ измерения обеспечивающий независимость результатов от скорости распространения ультразвука в данной среде или использовать схемы температурной компенсации гарантирующие высокую точность.
Общие сведения и единицы давления
Широкое использование давления в научных исследованиях и в различных отраслях промышленности вызывает необходимость применения большого числа средств измерения давления и разности давлений различных по принципу их действия устройству назначению и точности. При измерении давления нас могут интересовать абсолютное избыточное и вакуумметрическое давления. Абсолютное давление необходимо знать в тех случаях когда влияние атмосферного давления исключить нельзя как. например при изучении вопросов состояния рабочих тел при определении температуры кипения различных жидкостей и в других подобных случаях.
При контроле технологических процессов и при проведении научных исследований в большинстве случаев приходится иметь дело с измерением избыточного и вакуумметрического давлений а также с измерением разности давлений.
Под термином абсолютное давление подразумевается полное давление под которым находится жидкость газ или пар. Оно равно сумме давлений избыточного ри и атмосферного ра.
Т. е. избыточное давление равно разности между абсолютным давлением большим атмосферного и атмосферным давлением.
Под термином вакуумметрическое давление (разрежение или вакуум) подразумевается разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением меньшим атмосферного:
Прибор измеряющий атмосферное давление называют барометром отсюда атмосферное давление — барометрическим. Прибор предназначенный для измерения абсолютного давления называют манометром абсолютного давления. Прибор измеряющий избыточное или вакуумметрическое давление. — соответственно манометром избыточного давления и вакуумметром. Прибор измеряющий малое избыточное давление (например давление воздуха подаваемого в топку котла) и разрежение газа (например в газоходе котла) называется соответственно напорометром и тягомером. Прибор предназначенный для измерения вакуумметрического и избыточного давлений называют мановакуумметром а для измерения малых давлений и разрежений газа (например в топке котла) — тягонапорометром. Прибор измеряющий очень малые давления (ниже и выше барометрического) и незначительные разности давлений называют микроманометром; прибор предназначенный для измерения разности давлений — дифференциальным манометром (дифманометром).
Жидкостные приборы давления с видимым уровнем
Приборы U-образные чашечные
Приборы U-образные (двухтрубные) и чашечные (однотрубные) относятся к группе жидкостных приборов с видимым уровнем. Они применяются в качестве манометров (напоромеров) для измерения избыточного давления воздуха и неагрессивных газов до 700 мм вод. ст. (7000 Па) и 735 мм рт. ст. (0.1 МПа) тягомеров для измерения разрежения газовых сред до 700 мм вод. ст. (7000 Па) вакуумметров для измерения вакуума (разрежения) до 760 мм рт. ст. (0.101 МПа).
Приборы U-образные и чашечные используются в промышленности как местные приборы т. е. они устанавливаются на площадках обслуживания или на отдельных элементах технологического оборудования. Приборы этого типа применяют в качестве контрольных и образцовых манометров и вакуумметров для поверки рабочих приборов рассчитанных на те же диапазоны измерения давления разрежения или разности давлений.
На рисунке 1.23 показана схема U-образного (двухтрубного) манометра. Он состоит из U-образной стеклянной трубки заполняемой примерно до половины своей высоты рабочей жидкостью и шкалы позволявшей производить отсчет уровней в обоих коленах.
Рисунок 1.23 Схема U-образного (двухтрубного) манометра.
Измеряемое давление разрежение или разность давлений уравновешивается и измеряется столбом h рабочей жидкости определяемым как сумма столбов h1 и h2 в обоих коленах. При этом устраняется погрешность из-за некоторого возможного различия сечений обоих колен U-образной трубки.
Микроманометры являются переносными приборами их применяют в лабораторной практике и в промышленных условиях при проведении испытаний теплосиловых и других установок для измерения малых давлений разрежений или разностей давлений воздуха и неагрессивных газов. Приборы этого типа в зависимости от их назначения подразделяются на рабочие и образцовые микроманометры. Рабочие микроманометры в свою очередь подразделяются на приборы технические и повышенной точности.
На рисунке 1.24 показана схема микроманометра с наклонной стеклянной измерительной трубкой. Наклон измерительной трубки в этом приборе сделан с целью уменьшения погрешности измерений. В качестве рабочей жидкости в микроманометрах этого типа применяют этиловый спирт который заливают в широкий сосуд настолько чтобы уровень его в наклонной трубке находился против нулевой отметки шкалы. Длина шкалы у микроманометров с наклонной трубкой выполняется обычно равной 250 мм.
Рисунок 1.24 Схема микроманометра с наклонной трубкой.
Приборы давления с упругими чувствительными элементами
Ниже рассматриваются наиболее распространенные типы упругих чувствительных элементов применяемых в приборах давления.
Плоские мембраны изготовляемые из стали и бронзы представляют собой круглые тонкостенные пластины постоянной толщины. Под действием равномерно распределенного давления или сосредоточенной силы заделанная по краям плоская мембрана прогибается при наличии не только изгибных деформаций но и растягивающих напряжений и вследствие этого имеет нелинейную статическую характеристику l = f(p). При использовании плоских мембран в качестве рабочего участка используется обычно небольшая часть возможного хода ее.
Плоские мембраны находят применение главным образом в приборах давления специальных конструкций например пьезокварцевых емкостных индуктивных с тензопреобразователями и т. д. Приборы этого типа обладают малой инерционностью и их можно использовать для измерения переменных давлений с частотой до нескольких сотен и тысяч герц.
Выпуклые (хлопающие) мембраны изготовляемые из стали или бронзы могут быть использованы в реле давления для сигнализации отклонения давления от заданного значения. При воздействии давления р на мембрану ее прогиб l на начальном участке статической характеристики возрастает плавно. Далее при увеличении давления происходит потеря устойчивости мембраны и она изменяет свой прогиб скачком. При этом мембрана замыкает или размыкает электроконтакты. При дальнейшем увеличении давления прогиб мембраны будет снова возрастать монотонно. Если давление уменьшится до значения р2 то мембрана также скачком возвращается. Размеры «хлопающих» мембран обычно подбирают опытным путем.
Гофрированные мембраны и мембранные коробки
Гофрировка поверхности мембраны в виде кольцевых волн значительно повышает надежность ее работы и спрямляет характеристику мембраны. На рисунке 1.25 показаны наиболее распространенные формы профилей гофрированных мембран. Гофрированные одиночные мембраны в качестве чувствительных элементов применяются редко. Наибольшее применение в приборах давления (тягомерах напоромерах дифманометрах и других приборах) получили мембранные коробки образованные двумя спаянными или сваренными гофрированными мембранами (рисунок 1.26 а) и блоки из двух или нескольких мембранных коробок (рисунок 1.26 б).
Рисунок 1.25 Формы профилей гофрированных мембран: а — синусоидальная; б — трапециидальная; в — пильчатая.
В тех случаях когда необходимо иметь минимальный объем внутренних полостей чувствительного элемента например при измерении перепада давления (что является желательным особенно для дифманометров-расходомеров). применяют блок состоящий из двух складывающихся мембранных коробок с жидкостным заполнением (рисунок 4 в). Такой мембранный блок разработанный на заводе «Манометр» не теряет своих свойств в случае перегрузки давлениями р1 и р2. Если фактическая разность давлений р1 — р2 превышает верхний предел измерений на который рассчитан прибор или одна из мембранных коробок находится под воздействием односторонней перегрузки давлением повреждения мембранной коробки не произойдет так как обе мембраны сложатся по профилю вытеснив жидкость во вторую коробку.
Рисунок 1.26 Мембранная коробка и мембранные блоки
Для защиты мембранных коробок от возможной перегрузки давлением применяют также специальные упоры ограничивающие деформацию мембран.
Неметаллические мембраны
Кроме металлических мембран в напоромерах тягомерах дифманометрах измеряющих малые давлении и разности давлений применяют неметаллические (вялые) мембраны. Эти мембраны изготовляют из специальной сетчатой ткани (капрона шелка) покрытой бензомаслостойкой резиной или пластмассой.
Неметаллические мембраны как правило снабжаются жестким центром диаметр которого обычно составляет примерно 0.8 рабочего (рисунок 1.27 а). Для обеспечения постоянства эффективной площади кольцевая часть мембраны выполняется с гофром отформованным при изготовлении ее. Мембрана с плоской кольцевой частью применяется реже так как эффективная площадь такой мембраны может значительно изменяться. Иногда мембрану с плоской кольцевой частью устанавливают в корпусе прибора с некоторым расслаблением а при работе она под действием давления или разности давлений натягивается и приобретает форму аналогичную показанной на рисунке 1.27 а. Следует однако отметить что стабильность эффективной площади таких мембран ниже чем у мембран с гофром выполненным при изготовлении.
Рисунок 1.27 Неметаллические мембраны с жестким центром.
Сильфон представляет собой тонкостенную трубку с поперечной гофрировкой (рисунок 6 а). сильфоны применяются в напоромерах и тягомерах для измерения небольшого давления до 4000 кгс м2 (40000 Па) в приборах для измерения вакуумметрического давления до 1 кгссм2 (0.1 МПа) абсолютного давления до 25 кгссм2 (2.5 МПа) избыточного давления до 600 кгссм2 и разности давлений до 2.5 кгссм2 (0.25 МПа). Сильфоны при работе на сжатие выдерживают давление в 1.5—2 раза большее чем при воздействии давления изнутри.
Жесткость сильфона зависит от геометрических его размеров толщины стенок заготовки трубки и упругих свойств материала радиуса закругления гофра R и угла уплотнения a (рисунок 1.28 а). В тех случаях когда необходимо увеличить жесткость сильфона его снабжают винтовой цилиндрической пружиной (рисунок 1.28 б).
Рисунок 1.28 Сильфоны бесшовные
Статическая характеристика сильфонов l = f(q) или l = f (р) линейна в относительно небольших диапазонах перемещений эффективная же площадь сильфона отличается высокой стабильностью в пределах рабочего участка характеристики. Поэтому в приборах давления сильфоны используют в режиме небольших прогибов.
Трубчатые пружины чаще всего выполняются в виде одновитковых центральная ось которых представляет собой дугу окружности с центральным углом g равным 200—270о (рисунок 1.29 а). Из числа этих пружин наиболее широкое применение получили пружины Бурдона эллиптического (рисунок 1.29 б) и плоскоовального (рисунок 1.29 в г) сечения. Большая ось 2а поперечного сечения расположена перпендикулярно радиусу кривизны Rк центральной оси (среднему радиусу) пружины. Один конец пружины Бурдона закрепляют неподвижно а другой — свободный закрытый пробкой и запаянный — соединяют с механизмом прибора передающим преобразователем или другим устройством.
Рисунок 1.29 Одновитковая трубчатая пружина эллиптического и плоскоовального сечения
Тонкостенные пружины Бурдона применяют в приборах для измерения вакуумметрического давления до 1 кгссм2 (0.1 МПа) и избыточного давления до 60 кгссм2 (6 МПа). Для измерения избыточного давления до 200— 1600 кгссм2 (20—160 МПа) применяют толстостенные пружины овального сечения (рисунок 1.29 в г).
Под действием давления подаваемого во внутреннюю полость трубки пружина Бурдона деформируется в поперечном сечении принимая форму изображенную на рисунке 1.29 б пунктиром. При этом продольное волокно хх элемента пружины выделенного двумя близкими поперечными сечениями переходит на дугу большего радиуса в положение х'х' а волокно уу — в положение у'у' на дугу меньшего радиуса (рисунок 1.29 д). Вследствие того что волокна стремятся сохранить свою первоначальную длину поперечные сечения пружины Бурдона будут поворачиваться против часовой стрелки. Пружина будет разгибаться несвободный конец совершит некоторое линейное перемещение l. При этом уменьшается кривизна трубки на угол Δg = g - g1 (рисунок 1.29 а).
Приборы давления прямого действия
Приборы прямого действия применяют в широком диапазоне измерения от нескольких десятков миллиметров водяного столба и до давлений в несколько тысяч атмосфер как в лабораторных так и промышленных условиях. Причину этого следует видеть в простоте устройства портативности простоте применения и наконец в их дешевизне.
Если по условиям организации централизованного технологического контроля и управления агрегатами аппаратами или теплоэнергетическими установками приборы давления прямого действия не могут быть использованы то применяют рассматриваемые ниже приборы электроконтактные и с дистанционной передачей показаний.
Электроконтактные приборы и реле давления
Электроконтактные приборы и реле давления применяют при автоматизации технологических процессов в схемах сигнализации устройствах тепловой защиты агрегатов и ряде других устройств. Электроконтактные приборы выпускают обычно с показывающим отсчетным устройством поэтому они могут быть использованы одновременно для целей измерения и сигнализации избыточного или вакуумметрического давления. Реле (или сигнализаторы) давления для целей измерения не могут быть использованы так как они не имеют отсчетных устройств.
Приборы давления с электрическими и пневматическими преобразователями
Приборы давления с электрическими и пневматическими преобразователями или так называемые первичные приборы давления получили широкое применение в различных отраслях промышленности для дистанционного измерения избыточного вакуумметрического и абсолютного давления газа и жидкости не агрессивных по отношению к сплавам на медной основе и углеродистым сталям.
Первичные приборы типа МЭД
Эти приборы выпускаемые заводом «Манометр» предназначены для измерения и непрерывного преобразования избыточного или вакуумметрического давления в унифицированный выходной сигнал переменного тока. Эти приборы (показывающие) изготовляются с отсчетными устройствами и без них в следующих модификациях: манометры с верхними пределами измерения избыточного давления от 1 до 1600 кгссм2 (от 01 до 160 МПа); вакуумметры с верхним пределом измерения вакуумметрического давления 1 кгссм2 (0.1 МПа); мановакуумметры с верхними пределами измерения вакуумметрического давления до 1 кгссм2 (до 01 МПа) и избыточного — от 06 до 24 кгссм2 (от 006 до 24 МПа).
В приборах МЭД применяется унифицированный взаимозаменяемый передающий дифференциально-трансформаторный преобразователь с нормированной взаимной индуктивностью между первичной и вторичной цепями его 0— 10 мГ. В зависимости от верхнего предела измерения давления в приборах МЭД применяют трубчатые пружины различной жесткости. Приборы МЭД выпускаются классов точности 1 и 15. Допускаемая в условиях эксплуатации температура окружающего воздуха — от 5 до 50о С при относительной влажности воздуха до80%.
На рисунке 1.30 схематично показан первичный прибор типа МЭД без отсчетных устройств. Действие этого прибора основано на использовании деформации одновитковой трубчатой пружины 1 свободный конец которой связанный с сердечником 2 дифференциально-трансформаторного преобразователя 3 перемещается пропорционально измеряемому давлению среды.
В приборах типа МЭД с отсчетными устройствами (показывающих) свободный конец трубчатой пружины кроме того соединен с помощью секторного передаточного механизма с показывающей стрелкой. Подвод измеряемого давления к прибору МЭД осуществляется через резьбовой штуцер держателя 4. Для подключения к линии связи вторичного прибора применяют четырех штырьковый штепсельный разъем который на рисунке 9 не показан.
Рисунок 1.30 Прибор давления типа МЭД
Приборы давления МЭД работают в комплекте с взаимозаменяемыми вторичными приборами дифференциально-трансформаторной системы КПД1 КВД1 КСД1 КСД2 и КСДЗ с нормированным входным параметром 0—10 мГ. Следует отметить что взаимозаменяемость приборов обеспечивает возможность работы одного вторичного прибора (например КПД1 или КВД1) с несколькими первичными приборами МЭД В этом случае периодическое подключение приборов МЭД к вторичному прибору осуществляется с помощью переключателя.
Приборы давления электрические
Электрические приборы применяемые в технике для измерения давления различных сред используются главным образом для исследовательских целей. В основу действия этих приборов положены различные физические явления например возникновение электростатических зарядов при деформации некоторых кристаллов в определенном направлении изменение электрического сопротивления проводников при воздействии намеряемою давления изменение индуктивности или электрической емкости и т. д.. Следует отметить что емкостные приборы давления имеют весьма ограниченное применение вследствие малой чувствительности и зависимости характеристик от температуры.
Пьезоэлектрические манометры
Действие манометров этого типа основано на использовании пьезоэлектрического эффекта наблюдаемого у ряда кристаллов (кварца турмалина титаната бария сегнетовой соли и др.). Пьезоэлектрические манометры использующие в качестве первичного преобразователя кварц (двуокись кремния SiO2) нашли наибольшее практическое применение по сравнению с приборами использующими другие кристаллы благодаря существенным достоинствам кварца который негигроскопичен обладает большой механической прочностью хорошими изоляционными качествами и независимостью пьезоэлектрических свойств от температуры сравнительно в широком интервале (20—400оС).
У кристалла кварца (рисунок 1.31 а) различают следующие оси: оптическую проходящую через вершины кристалла электрическую перпендикулярную оптической и проходящею через ребра (их три со сдвигом в 120о); механическую (или нейтральную) которая расположена нормально к граням кристалла (их также три).
Рисунок 1.31 Кристалл кварца (а) и пластина кварца и ее оси (б)
Если из кристалла кварца вырезать прямоугольную пластину (рисунок 1.31 б) с гранями параллельными осям (срез Кюри) и подвергнуть ее сжатию (или растяжению) вдоль электрической оси то на гранях перпендикулярных этой оси появятся электростатические заряды равные по значению и противоположные по знаку. При переходе от сжатия к растяжению и обратно знаки зарядов меняются в соответствии с изменением знака силы действующей вдоль электрической оси.
Манометры сопротивления
Действие манометров сопротивления основано на изменении электрического сопротивления веществ под действием внешнего избыточного давления. К числу таких веществ относятся полупроводники платина манганин константен вольфрам и ряд других металлов. Для целей измерения давления а следовательно и изготовления первичного преобразователя (или чувствительного элемента) как показали экспериментальные исследования в наибольшей степени подходит манганин.
Коэффициент k манганина для разных партий лежит в интервале от 234·10-6 до 251·10-6 см2кгс. и манометры с преобразованием из манганиновой проволоки требуют индивидуальной градуировки.
На рисунке 1.32 показана схема манометра с преобразователем из манганиновой проволоки. В корпусе манометра 1 на двух металлических стержнях 3 смонтирован манганиновый резистор 2. Металлические стержни являющиеся одновременно выводными проводниками электрически изолированы от корпуса преобразователя. Крепление стержней осуществляется посредством гайки 4. Герметичность соединения гайки 4 с корпусом преобразователя достигается уплотнением состоящим из двух шайб и изоляционных прокладок. Ниппель 5 служит для присоединения преобразователя на месте его установки к объекту.
Рисунок 1.32 Манометр с преобразователем из манганиновой проволоки
Стержни в верхней своей части имеют зажимы служащие для присоединения преобразователя к измерительному прибору. Для измерения сопротивления манганиновой катушки преобразователя обычно применяют мосты а при точных измерениях — потенциометры. Пределы допускаемой основной погрешности манометра с манганиновым резистором не превышают ±1%. При более тщательной градуировке прибора погрешность показаний может быть значительно уменьшена.
Измерение температуры
В термометрии принято классифицировать методы и средства измерения на контактные и неконтактные. Такая классификация основана на наличии или отсутствии непосредственного контакта (касания) термочувствительного элемента с объектом измерения.
Более полно раскрывает особенности отдельных методов классификация по механизму передачи энергии от объекта исследования к термопреобразователю в соответствии с которой методы и средства измерений делятся на термометрические пирометрические и спектрометрические.
Термометрические методы являются как правило контактными методами при которых энергообмен между объектом исследования и термопреобразователем осуществляется путем теплопроводности (для твёрдых тел) и конвекции. Теплообмен посредством излучения играет при этом малую роль а в ряде случаев является мешающим фактором обусловливающим появление дополнительной погрешности. Термометрические методы основаны на температурной зависимости свойств различных веществ используемых в качестве термопреобразователя находящегося в непосредственном контакте с объектом исследования и температура которого принимается равной измеряемой температуре. По используемым термометрическим свойствам вещества или физическим явлениям термометрические методы разделяются на терморезистивные термоэлектрические термомагнитные термошумовые термочастотные и др.
Неконтактные методы измерения температуры основаны на энергообмене путём излучения между объектом исследования и измерительным преобразователем. Все тела излучают в окружающее пространство электромагнитные волны различных длин. В зависимости от вида излучения и определяемых его параметров неконтактные методы можно разделить на пирометрические применяемые для измерения температур по тепловому излучению исследуемых объектов и спектрометрические используемые для измерения сверхвысоких температур главным образом температуры плазмы.
Неконтактные методы измерения температуры
Теория пирометрических методов основана на законах устанавливающих связь между излучением абсолютно чёрного тела (АЧТ) и его температурой. В зависимости от естественной входной величины пирометры разделяются на:
пирометры полного излучения (радиационные) основанные на зависимости от температуры интегральной мощности излучения АЧТ во всём диапазоне длин волн;
пирометры частичного излучения основанные на использовании зависимости от температуры мощности излучения в ограниченном диапазоне длин волн;
пирометры спектрального отношения показывающие так называемую цветовую температуру тела - условную температуру при которой АЧТ имеет такое же относительное спектральное распределение энергетической яркости что и исследуемое реальное тело.
Спектрометрические методы применяются для измерения сверхвысоких температур выше 4000К при которых все вещества находятся в состоянии плазмы. Спектрометрические методы можно разделить на пассивные и активные.
Пассивные методы основаны на определении различных параметров спектра излучения плазмы при которых процесс измерения не влияет на измеряемую величину.
При использовании активных методов плазма облучается внешним электромагнитным излучением и её температура определяется по поглощению рассеянию или скорости распространения внешнего излучения в исследуемой среде. Влиянием внешнего излучения не всегда можно пренебречь.
К активным спектрометрическим методам относятся:
метод прямого измерения плотности тяжёлых частиц;
метод рассеянного излучения с использованием лазера;
ультразвуковой метод измерения температуры.
Контактные методы измерения температуры
Контактные методы и средства измерений применяются для измерения температур в диапазоне от значений близких к абсолютному нулю до 1500°С (в отдельных случаях до 2500-3000°С).
Из контактных средств измерений наибольшее применение получили термометры расширения термоэлектрические и терморезистивные термометры. Кроме того в настоящее время при измерении низких температур (до 200°С) широко используют термометры на основе диодов и транзисторов особенности которых будут рассмотрены ниже.
Термометры расширения
В термометрах расширения для измерения температуры используют тепловое расширение вещества: жидкости газа твёрдого тела. В жидкостных стеклянных термометрах для определения температуры используется тепловое расширение специальной термометрической жидкости заключённой в тонкостенный стеклянный резервуар.
Измерение температуры манометрическими термометрами осуществляется с помощью упругого чувствительного элемента который преобразует расширение термометрической жидкости (жидкостные манометрические термометры) зависящее от температуры давление пара жидкости (паровые манометрические термометры) или изменение давления газа (газовые манометрические термометры) в перемещение указателя.
В механических термометрах (дилатометрических и биметаллических) измерение температуры основано на различии температурных коэффициентов линейного расширения двух веществ.
Основным недостатком ограничивающим сферу применения термометров расширения является невозможность измерения температур на сколько-нибудь значительном расстоянии от объекта исследования т.к. чувствительный элемент датчика непосредственно связан с отсчётной шкалой. Кроме того процесс измерения температуры таким термометром довольно сложно автоматизировать и обеспечить обработку результатов измерения.
Термоэлектрический метод измерения температуры
В термоэлектрических термометрах для измерения температуры используется явление термоэлектричества (эффект Зеебека) т.е. в качестве термопреобразователя применяется термопара
Термопары в зависимости от их типа применимы от очень низких температур (минус 270°С для термопары медь-сплав серебра и кобальта) до очень высоких (2700°С для термопары вольфрам-рений(5%) – вольфрам-рений(26%)).
Чувствительность термопары к температуре определяется соотношением
где S(T)- чувствительность термопары мкВK; Е – термо-ЭДС мкВ; Т – температура К.
Чувствительность заметно зависит от измеряемой температуры. Например для термопары железо-константан S(0°C)=529 мкВ°C S(700°C)=638 мкВ°C а для термопары платинородий(10%)-платина S(0°C)=64 мкВ°C S(1400°C)=1193 мкВ°C. Таким образом ЭДС термопары в широком диапазоне температур является нелинейной функцией. Кроме того недостатком термоэлектрического метода является и то что при измерении необходимо контролировать температуру опорного спая.
Резистивная термометрия
Резистивная термометрия охватывает средства и методы измерения температуры использующие зависимость от температуры активного электрического сопротивления металлов сплавов и полупроводников.
Широкое распространение получили термосопротивления (ТС) на основе чистых металлов: платины меди никеля. Платиновые ТС (ТСП) используют для измерения температуры в диапазоне от минус 260 до 1100°С. К достоинствам платины можно отнести высокую химическую инертность высокую температуру плавления достаточно высокое значение температурного коэффициента сопротивления α=39х10-3°С-1 при температуре 0°С определяемого выражением
где α - ТКС К-1; R – сопротивление Ом; Т - температура К.
Термопреобразователи на основе неблагородных металлов (меди и никеля) применяются в диапазоне минус 200°С..200°С. Верхний предел ограничивается высокой окисляемостью металлов при повышенной температуре. К достоинствам этих преобразователей можно отнести низкую стоимость достаточно высокие значения ТКС например у никеля a=64·10-3К-1.
Сопротивление полупроводников с температурой изменяется значительно сильнее чем у металлов. Те полупроводники которые при повышенной температуре имеют более низкое сопротивление чем при пониженной называются термисторами. Они широко используются при измерении температуры в диапазоне от минус 100°С до 300°С. Исходными материалами для изготовления термисторов служат смеси оксидов никеля марганца меди кобальта. Термисторы имеют большое значение ТКС α=(5-20)х10-2К-1.
Термометры на основе диодов и транзисторов
В термометрах на основе диодов и транзисторов используют зависимость параметров p-n перехода в полупроводнике от температуры.
Температурные пределы применимости транзисторов в термометрах значительно шире чем при их использовании по прямому назначению.
На практике наибольшее распространение получило использование термозависимых прямых параметров диодов и транзисторов включённых по схеме диода. Чаще всего для измерения температуры используют прямое напряжение на p-n переходе при почти постоянном токе эмиттера. При этом используемые элементы питаются постоянным током I в прямом направлении; напряжение U на выводах (рисунок 1.33) зависящее от температуры является выходной электрической величиной преобразователя.
Рисунок 1.33 Элементы используемые в датчиках температуры
Возможная схема включения ИП в измерительной цепи приведена на рисунке 1.34.
Рисунок 1.34 Схема включения ПИП на основе p-n перехода
Изменение прямого напряжения составляет порядка 2.5 мВК но чувствительность не является совершенно независимой от температуры. Таким образом в широком диапазоне температур статическая характеристика нелинейная. На рисунке 1.35 представлено отклонение от линейности зависимости в диапазоне от минус 20°С до 150°С для транзистора MTS 102(фирма Motorola). Оно такого же порядка как и у платинового термометра сопротивления и значительно меньше чем у термопары.
Рисунок 1.35 Отклонение от линейности характеристик различных термопреобразователей: платиновый термометр сопротивления; термопара; транзистор.
Основным недостатком рассматриваемых термометров является зависимость чувствительности и прямого напряжения от обратного тока I0 который может быть существенно разным у различных элементов. Поэтому взаимозаменяемость можно обеспечить только посредством отбора элементов имеющих одинаковые определяющие параметры.
Микроэлектронная технология позволяет изготавливать оба транзистора в виде интегральной схемы на одном кристалле это очень удобно для применения в качестве датчиков температуры основанных на измерении роста напряжения база-эмиттер UBE транзисторов в зависимости от температуры. Главное достоинство интегральных датчиков которые создают ток или напряжение пропорциональные абсолютной температуре и обеспечивают очень высокую линейность состоит в простоте их использования.
В качестве примеров таких термопреобразователей можно привести микросхемы AD 590(Analog Devices) и LM 135 (National Semiconductor).
Датчик AD 590 представляет собой источник тока линейно изменяющегося в зависимости от температуры. Он особенно удобен для измерения на большом расстоянии поскольку падение напряжения в соединительных проводах не влияет на сигнал датчика. Упрощённая схема датчика приведена на рисунке 1.36.
Рисунок 1.36 Интегральные датчики температуры
Датчик типа LM135 с электронной точки зрения эквивалентен диоду Церера напряжение пробоя которого пропорционально абсолютной температуре. Его чувствительность 10мкВК. Упрощённая принципиальная схема представлена на рисунке 1.36. Через транзисторы VT1 и VT10 проходят одинаковые токи. Транзистор VT10 в действительности представляет собой десять одинаковых параллельно соединённых транзисторов через каждый из которых проходит одна десятая часть тока. Поэтому возникает разность напряжений ΔUBE между базой и эмиттером транзистора VT1 и каждого из транзисторов образующих VT10 :
Разность потенциалов ΔUBE приложена к резистору R; она определяет ток через мост R1RR2 напряжение на клеммах которого равно UT=10T где Т выражается в кельвинах. Усилитель А поддерживает равенство коллекторных токов транзисторов VT1 и VT10 воздействуя на напряжение на их базах.
Следует отметить что на практике в термометрии чаще всего используют одиночные диоды и транзисторы так как они широко распространены и довольно дёшевы. Основным их недостатком как уже отмечалось выше является нелинейность характеристики преобразования в широком диапазоне температур. Это затрудняет обработку измерительной информации особенно при использовании цифровых методов определения величины выходного электрического сигнала и приводит к погрешности нелинейности. Таким образом средство измерения целесообразно делать линейным включая в него устройства коррекции. Этот процесс называется линеаризацией; он направлен на то чтобы сигнал с преобразователя сделать прямопропорциональным вариациям измеряемой величины
ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
Проведя обзор существующих методов и средств измерения расхода. Проведя поиск (в Интернете) существующих датчиков мы обнаружили что на сегодняшний день большое распространение получили ультразвуковые и турбинные расходомеры природного газа. Проанализировав существующие датчики мы остановили свое внимание на ультразвуковых расходомерах. Так как существующие ультразвуковые расходомеры позволяют измерять расход природного газа независимо от изменения давления и температуры внутри трубопровода. На рисунке 2.1 приведена структурная схема выбранного метода измерения.
Рисунок 2.1 Структурная схема
Структурная схема включает в себя следующие блоки:
ДД — датчик давления;
ДТ — датчик температуры;
ВР1 — вход один расхода;
ВР2 — вход два расхода;
ПТН — преобразователь ток-напряжение;
МК — микроконтроллер;
ИНТ. — интерфейс для связи с компьютером.
С выхода датчика расхода поступают прямоугольные импульсы определенной частоты которые подаются на микроконтроллер. Микроконтроллер подсчитывает частоту и по заранее известной формуле вычисляет расход. Данные об объемном расходе выводятся на индикатор. Также полученные данные микроконтроллер пересылает на ЭВМ где происходит запись информации.
Ток с датчика давления и температуры поступает на вход ПТН преобразователя ток-напряжение где преобразовываются в напряжение пропорциональное давлению и температуры. Полученное напряжение поступает на вход внутреннего АЦП микроконтроллера где происходит преобразование напряжение-код. Полученные данные используются для вычисления объемного расхода и суммарного объемного расхода и вывода на индикатор. Все логические и арифметические операции выполняет микроконтроллер также он служит для связи с ЭВМ.
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Согласно выбранной структурной схеме необходимо определиться в выборе первичных датчиков электронных компонентов.
В настоящее время к расходомерам предъявляется много требований удовлетворить которые совместно достаточно сложно и не всегда возможно.
Основными требованиями предъявляемыми современным уровнем развития технологии к приборам для измерения расхода: высокая точность надежность независимость результатов измерения от изменения плотности вещества быстродействие и значительный диапазон измерения.
Выбор датчика расхода
Проведя анализ существующих датчиков расхода мы остановили свое внимание на ультразвуковом расходомере фирмы Dan например: температуры давления и состава газа. Принцип измерения и основные формулы для расчета расхода приведены на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 Принцип измерения и основные формулы
Расход определяется с помощью умножения измеренного значения средней скорости газа на площадь сечения датчика. Из-за этого размеры датчика имеют особое значение. Фирма Daniel широко известна благодаря высококачественной обработке и тщательным процедурам контроля качества. Каждый корпус расходомера подвергается строгому тестированию и измерению во время всего процесса изготовления. Составляется детализированный метрологический отчет в котором перечислены все параметры используемые при подсчете расхода каждым датчиком.
Требования к участку трубопровода на котором устанавливается расходомер весьма невелики: для обеспечения указанной точности необходимо чтобы расходомер был установлен непосредственно после прямолинейного участка трубопровода длиной не менее 10 диаметров; за расходомером должен располагаться прямолинейный участок трубопровода длиной не менее 3 диаметров. Для измерение объемного расхода и суммарного объемного расхода требуется измерение давления газа.
Преобразователь ток—напряжение
Преобразователя ток—напряжения мы используем для сопряжения датчиков P T с АЦП микроконтроллера. Для расчета преобразователей Р Т произведем выбор датчиков. В качестве датчика температуры будем использовать интегральный датчик AD592 технические характеристики которого находятся в таблице 3.1
Таблица 3.1 Основные технические характеристики интегрального термодатчика AD592.
Крутизна преобраз-ования
Точность калибровки при 250С
Диапазон температур 0С
Нормирован-ной точности
Ненормирова-нной точности
Рассчитаем преобразователь ток—напряжение для датчика давления “Сапфир-22М-ДИ-Ех-2161-01-У2-02-16МПа-02”
Предел измерений от 0 до 16МПа с выходным сигналом от 0 до 20 мА сопротивление нагрузки 25 кОм.
Для сопряжения датчиков с АЦП воспользуемся преобразователями на операционных усилителях так как сопротивление нагрузки датчиков не должно быть меньше 25 кОм а у операционных усилителей входное сопротивление в диапазоне от сотен КОм до десятков МОм. В случае применения пассивных элементов в качестве преобразователей ток-напряжение не будет согласования выход—вход что может привести к увеличению погрешности и нелинейности.
Для уменьшения погрешности выберем прецизионный операционный усилитель КР140УД26А параметры которого приведены в таблице 3.2
Таблица 3.2 Параметры операционного усилителя КР140УД26А
Все преобразователи будут выполняться на этих операционных усилителях.
Токовый сигнал в диапазоне от 0 до 20мА с ДИ поступает на ПТН собранный на основе операционного усилителя типа К140УД26А отечественного производства. Данный ОУ характерен тем что имеет встроенный блок коррекции нулевого потенциала на выходе при отсутствии сигнала на входе управляемый подстроечным резистором. Он включен по схеме преобразователя ток-напряжение с регулируемым коэффициентом преобразования. С помощью резистора R1 подбирается выходное напряжение близкое к максимальному входному напряжению АЦП. Максимальное напряжение АЦП определяется опорным напряжением. Выберем опорное напряжение АЦП исходя из формулы.
Зададим параметры N=1000 Uвх=4В исходя из уравнения 3.1 получим опорное напряжение:
Величина R1 рассчитывается по следующей формуле:
где R—сопротивление обратной связи.
Термопреобразователь AD592: выходной ток при 250С 2982мкА крутизна преобразования 1мкА0С рабочий диапазон температур в котором будет эксплуатироваться датчик от -20 до +40. Исходя из этого получается что при максимальной температуре 30 градусов выходной ток будет равен 3082мкА.
Составим это сопротивление из двух. Из ряда значений выбираем постоянное сопротивление С2-13 R2=12 кОм и подстроечный резистор СП5-2 значением R3=1 кОм.
В последние годы в нашей стране появилось достаточно много различных микроконтроллеров различных фирм; INTEL MICROCHIP ATMEL AMD MHS и др. В отличие от универсальных компьютеров к управляющим контроллерам как правило не предъявляются высокие требования к производительности и программной совместимости. Основные требования которые потребители предъявляют к управляющим блокам приборов можно сформулировать следующим образом:
высокая степень миниатюризации
малое энергопотребление
работоспособность в жестких условиях эксплуатации
достаточная производительность для выполнения всех требуемых функций.
Выполнение всех этих довольно противоречивых условий одновременно затруднительно поэтому развитие и совершенствование техники пошло по пути специализации и в настоящее время количество различных моделей управляющих микроконтроллеров чрезвычайно велико.
Микроконтроллеры обычно классифицируют по разрядности обрабатываемых чисел:
Четырехразрядные - самые простые и дешевые;
Восьмиразрядные - наиболее многочисленная группа;
шестнадцатиразрядные - MCS-96 (intel) и др. - более высокопроизводительные но более дорогостоящие
тридцатидвухразрядные - обычно являющиеся модификациями универсальных микропроцессоров например i80186 или i386EX.
На основание выше сказанного и поставленных задач из всего разнообразия предлагаемых микроконтроллеров я остановил свое предпочтение на шестнадцатиразрядном микроконтроллере со встроенным АЦП который удовлетворяет все требованиям поставленной задачи.
Микроконтроллеры данного семейства выпускаются в PLCC DIP и QFP корпусах.
Для отображения параметров Т Р и Q нам необходимо воспользоваться устройствами визуального отображения информации. Для данной задачи нужно выбрать из большого количества устройств отображения информации наиболее подходящий. В нашем случае данное устройство должно содержать определенное количество символов или чисел необходимых для выполнения поставленной задачи в тоже время оно должно отвечать следующим условиям:
— минимальная потребляемая мощность от 10 до 50 мВт;
— низкое напряжение питания;
— температурный диапазон от 0 до 30 0С;
— простота управления;
— независимая работа.
Проведенный мною анализ средств отображения информации показал что для данной задачи лучше всего использовать знакосинтезирующий жидкокристаллический индикатор DV-20410 который удовлетворяет всем выше изложенным требованиям.
Современная микроконтроллерная система не может проектироваться без учета одного из важнейших требований — наличия необходимых аппаратных и программных интерфейсов для сопряжения с устройствами верхнего уровня. Для выполнения этих требований микроконтроллеры поставляются со встроенным последовательным портом. Для сопряжения микроконтроллеров с ЭВМ обычно использую дополнительные микросхемы драйверов для организации стандартных интерфейсов (RS-232 RS-422 RS485). Воспользуемся стандартным интерфейсом RS-232 микросхема драйвера реализующего этот интерфейс МАХ 242. Линии TXD и RXD процессора связаны с соответствующими линиями порта COM компьютера через микросхему согласующей сигнальные уровни стандарта RS-232 с цифровыми уровнями ТТЛ логики. Микросхема MAX 242 может работать в дуплексном режиме и на сравнительно небольшие расстояния до 25 метров. Данные параметры удовлетворяют наши условия.
Для того чтобы рассчитать блок питания понадобится выбрать трансформатор. Воспользуемся справочными данными и произведем выбор трансформатора. Выберем трансформатор ТПП243 электрические параметры которого приведены в таблице 3.3
Таблица 3.3 Электрические параметры трансформатора ТПП243
Ток первичной обмотки А
Напряжение вторичных обмоток В
Допустимый ток вторичных обмоток
Произведем расчет постоянного напряжения ± 9 В для питания операционных усилителей и + 5 В для питания цифровых микросхем.
Выберем диодный мост VD1 КЦ 405 А для преобразования переменного тока в постоянный. Рассчитаем Сф исходя из следующей формулы:
где Кп — коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения выбираем равное 0001. исходя из уравнения получается СФ = 100 мкФ. Для стабилизации напряжения выберем микросхемы стабилизаторов. Положительного напряжения AN78M09 а для отрицательного AN79M09 с максимальным током стабилизации 05 А. Для стабилизации напряжения +5 В используется микросхема AN78M05 с током стабилизации 05 А.
РАЗРАБОТКА ПРОГРАМНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
В прибор входит микроконтроллер INTEL I80C196KC который выполняет ряд функций таких как: расчет значений вывод значений на индикатор и ряд других функций программно реализованных. Программа включает в себя: преобразование двоичного кода в фонты индикацию программу вычисления объемного расхода. Рассмотрим подробно алгоритм работы программы. На рисунке 4.1 приведена блок схема программы сама программа находится в приложении В.
Большинство возникающих в микроконтроллере прерываний могут обслуживаться двумя различными интегрированными на кристалл периферийными устройствами: стандартным контроллером прерываний и сервером периферийных транзакций.
Прерывание называется прекращение выполнения обычной программы (фоновой программы) по запросу от внутреннего периферийного устройства от внешнего периферийного устройства или в процессе выполнения специальной команды программного прерывания с одновременным переходом к процедуре обслуживания прерывания. Прежде чем использовать прерывание нужно определиться со способом его обработки. Для программы разрабатываемого устройства потребуется воспользоваться прерываниями для обслуживания сканирования аналого-цифрового преобразователя сканирования времени пересылки данных по последовательному порту и обработку данных от ультразвукового датчика.
Рисунок 4.1 Блок схема алгоритма работы программы.
Для инициализации прерывания потребуется установить соответствующие биты в регистрах отвечающих за типы прерывания разрешение запрещение прерывания.
Преобразование 2 кода в фонты индикатора
В разрабатываемом комплексе используется знакосинтезирующий индикатор DV-20410 со встроенным микроконтроллером обслуживания индикатора. Для того чтобы на индикатор выводить соответствующие данные нужно произвести преобразование двоичного кода в фонты индикатора. Фонты — это стандартный набор символов прошитый в памяти микроконтроллера обслуживающего индикатор.
Прерывания программы
В процессе работы основной программы будут возникать прерывания по времени так нужно отправлять отчет о текущем расходе каждый час. Блок схема прерывания от таймера показана на рисунке 4.2.
Прерывания АЦП не как не будут отражаться на работу программы. Вследствие того что сканирование считывания преобразование и пересылкой данных занимается сервер периферийных транзакций.
КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Разработка конструкции
Разработанный прибор служит для измерения и учета расхода природного газа. Данное устройство отвечает конструктивно-технологическим требованиям эксплуатационным надёжностным и экономическим требованиям оптимальное сочетание которых обеспечивает важнейшие характеристики устройства: надёжность достоверность показаний допустимые условия эксплуатации. Конструкция прибора представлена на демонстрационном листе № 3.
Электронный блок прибора выполнен в стандартном корпусе. Конструкция прибора выполнена таким образом чтобы было соответствие вышеприведённым требованиям а также с учётом коэффициента заполнения корпуса элементами схемы. Источник питания прибора внутренний. С целью повышения ремонтопригодности все элементы размещённые на печатных платах которые расположены маркировкой наружу и имеют буквенное обозначение на плате.
Разработка Печатной Платы (ПП)
Общие технические требования к ПП
Изготовление ПП должно производиться согласно всем требованиям чертежа и технических условий. К ПП предъявляются следующие требования: поверхность ПП не должна иметь пузырей вздутий посторонних включений трещин и расслоений материала основания снижающих электрическое сопротивление и прочность изоляции. Материал основания ПП должен быть таким чтобы при обработке (сверление штамповка распиловка) не образовывались трещины отслоения и другие неблагоприятные явления влияющие на эксплуатационные свойства а также на электрические параметры плат.
Ширина печатных проводников и расстояние между ними устанавливаются требованиями чертежа. Печатные проводники должны быть с ровными краями. Цвет медного проводника может быть от светло-розового до темно-розового. Для повышения качества и надёжности проводников часто применяются гальванические покрытия которые обеспечивают защиту проводников от коррозии увеличивают сопротивление механическому износу позволяют повысить предельно допустимые токи в схеме. На печатных проводниках недопустимы механические повреждения.
Толщина ПП также ограничена. В соответствии с международными требованиями номинальными толщинами ПП являются следующие: 0.2; 0.5; 0.8; 1.6; 2.4; 3.2; 6.4 мм. Величина допуска на толщину платы определяется чертежом. Прочность сцепления печатных проводников с основанием ПП определяет качество и надёжность печатной схемы ПП предназначенные для установки радиоэлементов с гибкими выводами (резисторы конденсаторы и т.п.) должны выдерживать не менее 5 одиночных перепаек а ПП предназначенные для установки многовыводных элементов (микросхемы и т.п.) — не менее 3 перепаек. Устойчивость при механических воздействиях и прочность ПП обеспечивается конструкцией узла или блока.
Расчет конструктивных и электрических параметров ПП
Основной целью процесса конструирования является создание коммутационного устройства для объединения группы радиоэлементов в функциональный узел с обеспечением требуемых механических и электрических параметров в заданном диапазоне эксплуатационных характеристик при минимальных затратах. Для этого необходимо: выбрать тип печатной платы определить класс точности установить габаритные размеры и конфигурацию выбрать материал основания для печатной платы разместить навесные элементы определить размеры элементов рисунка разместить их на плате и осуществить трассировку обеспечить автоматизацию процессов изготовления и контроля платы и процесса сбора изготовить конструкторскую документацию. Размеры платы выбираются на основании некоторых конструктивных расчетов. Согласно ГОСТ 10317-79 " Платы печатные. Основные размеры" размеры каждой стороны ПП должны быть кратными: 2.5 при длине до 100 мм; 5.0 - 350 мм; 10.0 - более 350 мм. Максимальный размер любой из сторон должен быть не более 470 мм. Допуски на линейные размеры платы должны соответствовать установленным стандартам ГОСТ 25346-82 и ГОСТ 25347-82. Стандарт ГОСТ 23751-86 устанавливает 5 классов точности ПП. Исходя из этого положения выбираем 3-й класс точности для изготовления платы (ПП с микросборками и микросхемами имеющими штыревые при средней и высокой насыщенности поверхности ПП навесными элементами).
При компоновке элементов на плоских печатных платах оперируют понятием установочной площади элемента которую для большинства элементов вычисляют по формуле:
где В - ширина элемента;
При определении полной площади платы вводят коэффициент ее увеличения равный 2-3. В результате полная площадь будет в 2-3 раза больше суммы установленных на ней элементов.
Все электрические соединения на плате выполнены пайкой обеспечивающей достаточное механическое крепление элементов и хорошее электрическое соединение выводов элементов с проводниками плат. Микросхемы устанавливаются на плате с учетом некоторых требований: учет электрических связей между микросхемами и другими элементами схемы; получение требуемой плотности компоновки монтажа; возможность замены микросхемы при изготовлении и настройки устройства.
Рекомендуется разрабатывать печатные платы с соотношением сторон не более 3:1. Разработанная плата с размерами 975 x 97 мм удовлетворяет ОСТ 4.010.020-83 ограничивающего ГОСТ 10317-79. Толщина печатной платы определяется исходным материалом используемой элементной базой и воздействующими механическими нагрузками. В данном устройстве толщина печатной платы была выбрана равной 1.8 мм. Все монтажные отверстия располагают в зоне контактных площадок. Металлизированные отверстия должны иметь контактные площадки с двух сторон печатной платы. Контактные площадки должны быть круглой формы а предназначенные под установку первого вывода микросхем должны иметь квадратную форму. Диаметры отверстий были выбраны равными 0.8 мм. Рассчитаем ширину печатных проводников платы. Выберем ширину проводников 0.9 мм.
Технология изготовления ПП
Разработанная плата устройства имеет размеры 975x9625 и изготовлена из стеклотекстолита ФТ-Ф-ПН ГОСТ 10007-80.
Разводка платы выполнялась при помощи программы P-CAD 2001. Плата изготовлена химическим комбинированным методом.
Технология изготовления платы следующая:
Изготовление заготовок:
а) нарезка гильотинными ножницами;
б) зачистка заготовок;
в) сверление отверстий;
Подготовка поверхности заготовок:
а) окунание в раствор (1%) щавелевой кислоты;
б) очистка поверхности;
в) обезжиривание поверхности;
г) промывка и сушка;
а) равномерное распределение эмульсии;
б) сушка в центрифуге;
Получение рисунка схемы на плате:
б) проявление изображения в воде;
в) окрашивание в метило-фиолете;
г) химическое задубливание промывка;
д) сушка на воздухе ретуширование;
е) термическое задубливание;
Получение схемы платы:
а) травление фольги;
б) промывка и сушка заготовок;
в) снятие ретуши и эмульсии;
д) промывка и сушка на воздухе;
е) удаление непротравленных мест;
Подготовка платы к металлизации:
б) сверление заготовок.
а) обезжиривание и сушка на воздухе;
б) обработка платы в растворе двухлористого олова;
в) промывка и сушка; химическое меднение;
г) чистка наждачной бумагой;
Качество средств и результатов измерений принято характеризовать указывая их погрешности. При любой степени совершенства и точности измерительной аппаратуры тщательности выполнения измерительных операций результат измерений отличается от истинного значения физической величины. Эти отклонения называют погрешностями измерений. Погрешность присуща любому измерению любому измерительному прибору поэтому оценка погрешностей неотделима от разработки устройства.
Погрешность измерения является характеристикой точности измерения. Точность является основным качеством средств измерения.
Погрешность приборов по причинам и условиям возникновения подразделяются на основные и дополнительные.
Основная погрешность — погрешность измерительного блока используемого в нормальных условиях.
Дополнительная погрешность — составляющая погрешности измерительного прибора в рабочих условиях вызванная отклонением одной или несколькими из влияющих величин от нормального значения.
При оценке результатов измерения и средств измерения необходимо суммировать погрешности отдельных блоков. Этот вопрос наиболее правильно решается при геометрическом сложении результирующих погрешностей.
Перед анализом погрешностей необходимо составить уравнение преобразования всего устройства. Необходимо проанализировать погрешность вносимую каждым блоком.
Для составления уравнения преобразования проектируемого устройства необходимо учесть влияющие факторы. В данном случае преобразование измеряемой величины происходит следующим образом: каждая цепь измерения одной из 2-х физических величин состоит из последовательно соединенных блоков а непосредственно цепи измерения включены параллельно.
На основании структурной схемы можно сделать заключение что общая погрешность устройства складывается из погрешностей следующих составляющих:
цепь измерения температуры;
цепь измерения давления;
модуль обработки результатов измерения.
Произведем расчет погрешностей в отдельности для каждой составляющей.
Погрешность цепи измерения температуры.
В цепь измерения температуры процесса входит датчик температуры AD592 и электрическая цепь блока сопряжения.
Погрешность электрической цепи блока сопряжения состоит из погрешностей преобразователя ток-напряжение и аналого-цифрового преобразователя.
Для цепи измерения температуры:
где γДТосн — основная погрешность датчика температуры γДТосн =06%;
yДТ — коэффициент влияния;
γоуосн — основная погрешность преобразователя ток-напряжение;
yоу — коэффициент влияния γоу;
γАЦП — погрешность аналого-цифрового преобразователя
yАЦП — коэффициент влияния γАЦП.
При последовательном соединении преобразователей коэффициент yi=1.
Для операционного усилителя
где DIвх — разностный входной ток DIвх=02 нА;
Imax — максимальный входной ток Imax=4 мА.
где n — разрядность АЦП n=10.
Основная погрешность цепи измерения температуры составит:
Погрешность цепи измерения давления.
В цепь измерения давления процесса входит датчик давления “ Сапфир-22М-ДИ-Ех-2161-01-У2-02-16МПа-02” и электрическая цепь блока сопряжения.
Основная погрешность цепи измерения давления находится по формуле (6.2) значение погрешности датчика температуры заменяем значением датчика давления.
Основная погрешность датчика давления приведена в паспорте γДИосн=02%. Основная погрешность электрической цепи блока сопряжения рассчитана в (6.3) и в (6.4).
Для цепи измерения давления основная погрешность составит:
Погрешность расходомера
Согласно документации на расходомер погрешность датчика составляет 05%.
Модуль обработки результатов измерения.
В микроконтроллере происходит вычисление объемного расхода газа. Для нахождения общей основной погрешности канала измерения необходимо определить коэффициенты влияния каждой отдельной погрешности измерения на общую.
Коэффициент влияния находится по формуле
где — частная производная функции по аргументу
xi — i-тый аргумент.
После произведенных расчетов имеем:
для цепи измерения температурыТ= -05;
для цепи измерения давленияР= 05.
Так как основные погрешности:
для цепи измерения температурыγ Тосн=0608%;
для цепи измерения давленияγРосн=0223%;
ультразвукового датчикаγДосн=05%;
то общая основная погрешность канала измерения объемного расхода газа
Дополнительная погрешность
Датчики установлены в теплых блок-боксах за исключением датчика температуры поэтому температура окружающей среды не оказывает влияние на основную погрешность датчиков. Измерительный комплекс установлен в операторной. Температура в этих помещениях изменяется в пределах от плюс 15С до плюс 25С.
Тогда дополнительная погрешность канала измерения объемного расхода газа будет складываться из дополнительной погрешности:
— датчика температуры и устройства сопряжения;
— датчика давления и устройства сопряжения;
— ультразвукового датчика;
Дополнительная погрешность датчика температуры и устройства сопряжения:
где γДТдоп — дополнительная погрешность датчика температуры γДТдоп=05%. В диапазоне температур от минус 60С до плюс 50С; γЦПдоп — дополнительная погрешность электрической цепи блока сопряжения преобразования основной значимый вклад в которую вносит преобразователь "ток-напряжение";
Дополнительная погрешность преобразователя ток-напряжение возникает из-за наличия сопротивления в обратной связи операционного усилителя значения которого могут изменяться в зависимости от температуры.
где ТКС — температурный коэффициент сопротивления для СП5-2 ТКС=05%10С; Δt — диапазон изменения температуры окружающей среды.
Итого дополнительная погрешность цепи измерения температуры
Дополнительная погрешность датчика давления и устройства сопряжения:
дополнительная погрешность находится по формуле (6.7) где γЦПдоп=05% из (6.9) а дополнительная погрешность датчика давления γДИдоп=025%.
В заданном температурном диапазоне дополнительной погрешности ультразвукового датчика незначительна.
Суммарная дополнительная погрешность:
Данные значения основной и дополнительной погрешностей удовлетворяют значениям изложенным в техническом задании.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Производственная безопасность обеспечивается охранно-трудовыми мероприятиями.
Охрана труда — это система законодательных актов социально-экономических организационных гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств обеспечивающих безопасность сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.
В программу охраны труда входит внедрение на всех предприятиях современных средств техники безопасности и обеспечение санитарно-гигиенических условий устраняющих производственный травматизм и профзаболевания.
Промышленная санитария
Краткая характеристика помещения где выполнялась дипломная работа. Это помещение представляет собой аудиторию учебного корпуса университета расположенную на втором этаже. Состояние воздушной среды помещения определяются метеорологическими условиями и поступлением вредных выделений в воздушную среду (паров влаги тепла). В данном помещении находится пять ЭВМ. В помещении имеется 3 больших окна. В этой аудитории работают пять студентов.
Данный тип работ требует высокого интеллектуального и зрительного напряжения а также статичного положения тела в течение продолжительного времени что позволяет отнести эти работы ко второй категории тяжести.
Параметры микроклимата являются оптимальными если они при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционирования и теплового состояния организма создают условия комфорта и являются предпосылкой высокого уровня работоспособности. Оптимальные и допустимые значения характеристик микроклимата устанавливаются в соответствии с ГОСТ 12.1.005 -88 исходя из категорий тяжести выполняемой работы величины избытков явного тепла и периода года.
В помещении где выполнялась работа фактические параметры следующие:
температура в теплый период года колеблется на уровне 20° -25°С в холодный период года - 19° - 23°С;
относительная влажность 40 -60 %;
скорость движения воздуха во все периоды 02 мс.
Параметры микроклимата удовлетворяют требованиям норм для работ I категории (для данной категории работ температура воздуха должна быть в пределах 22° - 25°С относительная влажность - 30 - 60% скорость воздуха - 02 - 05 мс).
Микроклимат в лаборатории поддерживается на оптимальном уровне системой водяного отопления естественной вентиляцией.
Производственный шум
Шум является одним из наиболее распространенных в производстве факторов. Он создается работающим оборудованием преобразователями напряжения работающими осветительными приборами дневного света а также проникает извне. Он является одним из наиболее распространенных факторов внешней среды неблагоприятно воздействующих на организм человека. Действие шума различно: затрудняет разборчивость речи вызывает снижение работоспособности повышает утомляемость вызывает необратимые изменения в органах слуха человека. Шум воздействует не только на органы слуха но и на весь организм человека через центральную нервную систему. Люди работающие при постоянных шумовых эффектах жалуются на головную боль быструю утомляемость бессонницу и сонливость ослабляется внимание ухудшается память.
Нормативным документом регламентирующим уровни шума для различных рабочих мест является ГОСТ 12.1.003-83.
Шум на рабочих местах создается внутренними источниками - вентиляторы в ЭВМ и внешними источниками - шум с улицы.
Никаких мер защиты от шума в нашем помещении не предусмотрено. Для защиты от ионизирующего излучения экранов ЭВМ и влияния электромагнитного излучения измерительных приборов предусмотрены защитные фильтры и экраны закрепленные на приборах или встроенные в них.
Освещение (ГОСТ 23 - 05 - 95)
Согласно санитарно — гигиеническим требованиям рабочее место должно освещаться естественным и искусственным освещением. По нормам освещенности для обеспечения нормальной работы с компьютером требуемое освещение должно быть не менее 500 лк.
Особенность работы инженера-измерителя и оператора ЭВМ которым он является при наборе документации состоит в том что предъявляются очень высокие требования к освещенности помещения так как необходимо внимательно следить за проведением различных экспериментов и набором текста. В помещении есть три больших окна но расположенное на затененной стороне здания поэтому даже в солнечные дни используется искусственное освещение. Зимой и осенью темнеет рано поэтому искусственное освещение используется в течение всего рабочего дня.
Рассчитаем это искусственное освещение. Освещение должно быть общим и равномерным. Местное освещение не требуется.
A - длина помещения А = 7 м;
B - ширина помещения В = 5 м;
S - площадь помещения S = 35 м2;
hс - высота подвеса ламп hc = 05 07м.
высота помещения Н = 4 м;
высота стола hP = 08 м;
высота свеса светильника hC = 02 м;
коэффициент запаса учитывающий затененность n = 1.5;
коэффициент отражения потолка pP = 50%;
коэффициент отражения стен pC = 30%;
коэффициент характеризующий равномерность освещения f = 1.1;
требуемая освещенность Е = 500 лк;
количество ламп N = 8.
Расстояние от светильника до рабочей поверхности:
Расстояние между светильниками:
По таблице находим коэффициент использования светильников используя полученный индекс помещения и коэффициенты отражения стен и потолка z = 43%.
Величина светового потока одного светильника:
а) источников света:
В нашем помещении выполняется работа требующая зрительного напряжения поэтому выберем люминесцентную лампу ЛБ мощностью 80 Вт тогда поток лампы F = 4320 лм Uc = 220 В.
б) систем и способов освещения:
Система общего освещения тип светильников — закрытый двухламповый ОД-2-80. Параметры светильника: Lc = 1531 мм - длина светильника 266 мм - ширина светильника 198 мм - высота светильника КПД = 75 %. Выберем расстояние между светильниками L из таблицы 20 [16].
У нас получилось 6 светильников – это меньше чем имеющееся у нас количество светильников из этого следует что освещение соответствует норме.
Рекомендуется для обеспечения постоянного уровня естественной освещенности не реже 2 — 4 раз в год проводить очистку стекол и не реже одного раза в год производить побелку потолка и стен.
Воздухообмен в производственных помещениях необходим для очистки воздуха от выделяющихся вредных веществ (газов и паров) для удаления излишних водяных паров и для удаления избыточного тепла.
Лаборатория в которой проводились работы относится к помещениям с нормальным тепловыделением обеспечивающим поддержание температуры соответствующей дополнительным нормам. Так как инженер — измеритель работает с высоким умственным напряжением то требуется чтобы в помещении был свежий чистый воздух. Приведем расчет воздухообмена для очистки воздуха от вредных газов и паров в аудитории с постоянным выделением выдыхаемого людьми углекислоты СО2. Определение воздухообмена производится по количеству СО2 выделяемого человеком и по допустимой ее концентрации.
Рассчитаем потребный воздухообмен для данной лаборатории.
где g = 23 лч – количество CO2 выделяемое одним человеком;
n – количество человек в помещении n = 5;
Хв = 125 лм3 – предельно допустимая концентрация CO2 в помещении;
Хн = 05 лм3 – предельно допустимая концентрация CO2 в воздухе вводимом в помещение.
Вычислим объем помещения Qпом = S·h где h – высота помещения h= 4 м; S = 35м2 – площадь помещения Тогда Qпом = S·H = 35·4 = 140м3.
Вычислим кратность воздухообмена для помещения
Воздухообмен такой кратности может быть обеспечен естественной вентиляцией.
Электробезопасность – система организационных и технических мероприятий и средств обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока электромагнитного поля и статического электричества.
Помещение относится к категории помещений без повышенной электроопасности т.к. это сухое беспыльное помещение с нормальной температурой и бетонными полами.
Поражение человека электрическим током возможно при прикосновении к металлическим корпусам и конструкциям электрооборудования если в результате повреждения изоляции кабелей и другого оборудования появится напряжение на этих токоведущих частях.
Для снижения опасности поражения электрическим током в помещении предпринят ряд мер:
вся проводка проложена по стенам на высоте превышающей рост человека;
все нетоковедущие части оборудования заземлены;
питание лаборатории выведено на отдельный рубильник так же имеется центральный рубильник отключающий электропитание всего этажа;
правилами пользования запрещено использование компьютеров и мониторов со снятыми защитными корпусами;
не разрешается замена предохранителей на оборудовании включенном в сеть;
Одной из защитных мер против поражения человека электрическим током при наличии касания металлических тоководов (заземление на корпусе) изоляцией является защитное заземление.
Целью расчета защитного заземления является определение числа размера и сопротивления заземляющих элементов.
а) Определим удельное электрическое сопротивление грунта с учетом климатических условий:
ррасч = ризм · К где(7.8)
ризм = 10 4(Ом*см) – удельное сопротивление грунта (суглинок);
К = 16- климатический коэффициент.
ррасч = 164 (Ом х см).
б) Определим сопротивление одного стержня
где 1э = 300 см – длина электрода;
dэ = 4 см – диаметр стержня.
в) Вычислим предварительное количество электродов n’.
n’ = rэRc где Rc = 4 (Ом)
n’ = 4794 =12 (стержней).
г) Вычислим коэффициент использования электродов э.
э зависит от отношения а1э в см.
Возьмем а1э = 2 э = 07.
д) Определим окончательное количество электродов.
е) Вычислим длину соединительной полосы.
alэ = 2 отсюда а = 21э = 600 (см).
ln = 17600 = 10200 (см).
ж) Рассчитаем сопротивление соединительной полосы.
гдеhn = 10 см – глубина залегания;
в = 2 см – ширина полосы.
з) Определим фактическое сопротивление (сопротивления) искусственного заземления.
Rс = 137 Ом Rдоп = 4 Ом следовательно защитный эффект.
При пользовании компьютером и электронными измерительными приборами человек подвергается влиянию электромагнитных полей и статического электричества.
Для уменьшения воздействия электромагнитных полей на человека мониторы ставят корпусом к стене здания а для уменьшения воздействия статического электричества приборы оборудуются специальными фильтрами с заземлением.
Функционирование лаборатории в чрезвычайных ситуациях
Стихийные бедствия и военное время
Во время стихийных бедствий и в военное время функционирование нашей лаборатории необязательно. Поэтому при объявлении эвакуации лаборатория закрывается. Перед закрытием лаборатории предпринимается ряд мер для обеспечения сохранности оборудования [14]:
все оборудование разбирается и переставляется на пол ближе к тем участкам стены на которых нет оконных проемов;
носители информации (магнитные ленты дискеты винчестеры) убираются в несгораемые сейфы;
все энерго- и водоснабжение лаборатории отключается;
Пожарная безопасность
Пожаром называется неконтролируемое горение вне специального очага наносящего материальный ущерб. Согласно ГОСТ 12.1.033 – 81 понятие пожарная безопасность означает состояние объекта при котором с установленной вероятностью исключается возможность возникновения и развития пожара и воздействия на людей опасных факторов пожара а также обеспечивается защита материальных ценностей [14].
Пожарная безопасность объектов народного хозяйства в том числе и электрических установок регламентируется ГОСТ 12.1.004 –91 «Общие требования» а также строительными нормами и правилами межотраслевыми Типовыми правилами пожарной безопасности инструкциями по обеспечению пожарной безопасности на отдельных объектах.
Здание в котором находится лаборатория построено из несгораемого материала – кирпича и относится к зданиям второй степени огнестойкости.
В соответствии с ОНТП 24-86 по оценке пожарной опасности производства лаборатория относится к категории В так как в лаборатории отсутствуют легко воспламеняемые материалы и мало сгораемых материалов [14]. В качестве возможных причин пожаров можно указать следующие:
наличие в лаборатории горючей пыли (некоторые осевшие пыли способны к самовозгоранию);
различные короткие замыкания;
опасна перегрузка сетей которая ведет за собой сильный нагрев токоведущих частей и загорание изоляции;
нередко пожары происходят при пуске оборудования после ремонта;
Для предупреждения пожаров от короткого замыкания перегрузок необходимы правильный выбор монтаж и соблюдение установленного режима эксплуатации электрических сетей дисплеев и других электрических средств автоматизации.
Мероприятия необходимые для предупреждения пожаров:
противопожарный инструктаж;
соблюдение противопожарных норм правил при установке оборудования освещения;
правильная эксплуатация оборудования;
правильное размещение оборудования;
своевременный профилактический осмотр ремонт и испытание оборудования;
запрещение курения в не установленном месте;
Для тушения пожаров можно применять:
галоидрированные углеводороды;
воздухо-механическую пену;
На этаже имеются пенные огнетушители ОХВП-10 и углекислотные огнетушители ОУ-2.
Организация пожаротушения
На случай возникновения пожара в лаборатории должны быть в наличии первичные средства тушения пожара. Так как основная опасность – неисправность электропроводки то при пожаре необходимо немедленно обесточить электросеть в помещении. Главный рубильник должен находиться в легко доступном месте. До момента выключения рубильника очаг пожара можно тушить сухим песком или углекислотными огнетушителями. Одновременно с этим необходимо сбить пламя охватившее горючие предметы расположенные в близи проводников.
Водой и химическими пенными огнетушителями горящую электропроводку следует тушить только тогда когда она будет обесточена.
При возникновении пожара обязанности по его устранению должны быть четко распределены между работниками лаборатории. Пожарная безопасность. Общие требования.
Охрана окружающей среды
На современном этапе развития нашего общества проблема охраны окружающей среды становится проблемой глобального масштаба. С развитием НТП быстрого роста производительных сил взаимоотношения человека и природы приобретает качественно новую форму. Встала проблема защиты и охраны природы и дальнейшее рациональное использование природных ресурсов.
Интенсификация производства находится в прямой зависимости от состояния энергетики. Развитие энергетики оказывает существенное влияние на природную среду являясь источником различных видов загрязнений воздуха воды земной поверхности и ее недр а также основным потребителем топливных ресурсов определяющим уровень его добычи. Значительная роль в современной энергетике принадлежит источникам электрической энергии работающим на жидком и твердом топливе (уголь газ продукты нефтепереработки). Вторая половина ХХ века характеризуется значительным ростом потребления энергии.
Мировой прирост выработки энергии в настоящее время составляет около 20% в год. Производство энергии приводит к расходованию во все возрастающих количествах топливно-энергетических ресурсов и загрязнению биосферы. В нашем государстве производство электроэнергии осуществляется главным образом на тепловых гидра - и атомных электростанциях. Каждый из этих видов производства по-своему влияет на состояние окружающей среды. Поэтому возникает необходимость совершенствования этих производств как в плане снижения загрязнения природы так и в плане экономного использования энергетических ресурсов. Это снижение возможно за счет совершенствования оборудования производящего электроэнергию применения более экономичных и результативных технологий использования новых методов получения электроэнергии. Кроме того эта проблема должна решаться и за счет эффективного и экономного использования электроэнергии самими потребителями. Это — использование на производствах более энергоэкономичного оборудования а также эффективного режима загрузки этого оборудования. Сюда также включается и соблюдение производственной дисциплины в рамках правильного использования электроэнергии. Организация в которой находится рассматриваемая лаборатория сама по себе не загрязняет природу. Однако она влияет на окружающую среду как потребитель электроэнергии поскольку здесь работает большое количество электронно-вычислительной техники. Проблема эффективного использования электроэнергии в лаборатории решается за счет использования более экономичных компьютеров а также эффективного их использования.
В данной ВКР используемые датчики непосредственно установлены на трубопроводе то есть в местах возможного появления газа. Они имеют взрывозащищенное исполнение 0ExiaIIСТ6
–особо взрывобезопасное исполнение;
IIC-минимальный зазор уплотнения (до-0.5мм);
Т6-максимальная температура нагрева (85-100);
JP54- пыленепроницаемая оболочка .
Применяемые датчики полностью соответствуют ВЗО и эксплуатационным инструкциям ГПК.
ТЕХНИКО- ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ НИР
Организация и планирование работ
Планирование НИР заключается в составлении перечня работ необходимых для достижения поставленной задачи; определении участников каждой работы; установлении продолжительности в рабочих днях; построения линейного или сетевого графика и его оптимизации. Работы проводящиеся в коллективе с большими людскими материальными и финансовыми затратами рассчитываются методом сетевого планирования.
Настоящая работа имеет малый штат исполнителей и проводится с малыми затратами поэтому целесообразно применить систему линейного планирования с построением линейного графика.
Для определения затрат на проведение конкретной научно-исследовательской работы необходимо разбить всю тему на определенные этапы количество и содержание которых определяется спецификой темы. Объективный экономический расчет позволяет равномерно распределить время работы и нагрузку на исполнителей а также увеличить эффективность работ.
Вся работа делится на следующие основные этапы:
А. Подготовительный этап:
Получение и анализ задания
Подбор и изучение литературы
Разработка структурной схемы
Расчет параметров канала измерения расхода природного газа
Разработка конструкции
Изготовление рабочих чертежей
Проектирование технологического процесса сборки
В. Заключительный этап:
Оформление отчетной документации о проделанной работе
Расчет трудоемкости этапов
Наиболее ответственной частью экономических расчетов по теме является расчет трудоемкости работ так как трудовые затраты составляют основную часть стоимости .
Расчет трудоемкости осуществляется двумя методами: технико-экономическим и опытно-статистическим.
В настоящее время для определения ожидаемого значения продолжительности работ tож применяют вариант основанный на использовании двух оценок tmax и tmin.
где: tmin - трудоемкость выполнения заданной работы tmax - максимальная трудоемкость рекомендованный руководителем.
Для удобства построения линейного графика выполнения работ длительность этапов в рабочих днях переведем в календарные дни:
где: tож - трудоемкость работы с - количество исполнителей (с=2) р. - число смен (р=1) Кд - коэффициент учитывающий дополнительное время на компенсации и согласование работ (Кд=1.21.25).
Данные расчетов и этапы проведения работы занесем в таблицу 8.1 и построим линейный график рисунок в таблице 8.7 находящейся в приложении А.
Удельное значение каждого этапа в процентах определяется по формуле:
Тэ - суммарная трудоемкость.
Таблица 8.1 Расчет трудоемкости
Расчет затрат на проектирование канала измерения расхода природного газа в системе технологического контроля.
Себестоимость научно – исследовательской работы - качественный показатель научно – технической деятельности. Планирование учет себестоимости НИР осуществляется по калькуляционным статьям и экономическим элементам.
Затраты на НИР рассчитываются по следующим статьям расходов с последующим суммированием :
ст. 1Основная заработная плата работников непосредственно участвующих в НИР
ст. 2Начисления на зарплату (в пенсионный фонд социальное страхование медицинское страхование)
ст. 3Материалы покупные изделия и комплектующие работы выполненные сторонними организациями прочие прямые (производственные) затраты.
ст. 4Специальное оборудование для научных и экспериментальных работ
ст. 5Накладные расходы.
ст. 7Налог на добавленную стоимость.
Основная заработная плата работников непосредственно участвующих в НИР
Затраты по данной статье включают плановый фонд заработной платы. Оплата труда производится в соответствии с месячным окладом пропорционально времени выполнения работ.
где ЗО – зарплата определяемая по тарифной сетке ЗДОП – дополнительная заработная плата ЗНВ – доплата за неотработанное время.
Месячный оклад специалиста определяется по выражению (8.5):
где Зmin – минимальная заработная плата (Зmin=450 руб.)
KТ – разрядный коэффициент зависящий от разряда работников бюджетных организаций;
Дополнительная заработная плата определяется в размере 15% от основной заработной платы работника за не проработанное время (очередной отпуск учебный отпуск).
Расчет заработной платы сведен в таблицу 8.2.
Таблица 8.2 Расчет заработной платы
Разряд по тарифной сеткее
Разрядный коэффициент
Начисления на заработную плату
Затраты по этой статье складываются из отчислений на социальные нужды:
Отчисления в пенсионный фонд 28%;
На социальное страхование 4%;
На медицинское страхование 36%.
Социальный налог в размере 35.6% от заработной платы:
Материалы и покупные изделия
В данную статью входит стоимость всех материалов включая расходы на их приобретение и доставку. Стоимость необходимых материалов устанавливается по договорным ценам.
Размеры транспортно-заготовительных расходов принимаются равным 5% от стоимости материалов покупных изделий. Затраты на покупку элементной базы и материалов приведены в таблице 8.3.
Таблица 8.3 Материалы и покупные изделия.
Цена за 1 ед. товара
Подложка для микросхемы
Шины подвода ШГЭС-12
Втулка изолированная
Всего за материалы и покупные изделия
Транспортно-заготовительные расходы
Затраты на специальное оборудование
Затраты по данной статье определяют вложения необходимые для приобретения приборов и другого оборудования используемого в проведении работы. Специальное оборудование используемое для работы по нескольким темам входит в эту статью затрат в виде амортизационных отчислений за период использования.
Расчет амортизационных отчислений ведется по формуле (8.7):
где: На =1 Тд – норма амортизации;
Сo– стоимость оборудования;
Тд – фонд времени работы оборудования (мес.).
Расчет амортизационных отчислений по единицам используемого оборудования приведен в таблице 8.4.
Таблица 8.4 Расчет амортизационных отчислений.
Наименование оборудования
Накладные расходы – это расходы связанные с производством управлением и хозяйственным обслуживанием организации которые в равной степени относятся ко всем разрабатываемым темам (оплата административных расходов расходов на содержание зданий и помещений оплата труда административно-управленческого персонала).
Величина накладных расходов определяется как (80 120)% от основной заработной платы.
Стоимость проведения НИР
Полная стоимость научно – исследовательской работы определяется как сумма статей 1 – 5:
Размеры прибыли устанавливаются в зависимости от рыночной цены на аналогичную продукцию производителем. Заложим размер прибыли 20% от суммы затрат по предыдущим статьям: и равняется 261344 руб.
НДС составляет 20% от суммы статей 6 – 7. сумма НДС составит 313613 руб.
Общая стоимость НИР определяется как сумма статей 6 – 8. полная смета затрат приведена в таблице 8.5
Таблица 8.5 Смета затрат
Начисления на зарплату
Специальное оборудование
Расчет научно-технического эффекта.
В последнее время для оценки научной ценности технической значимости и эффективности планируемых и выполняемых госбюджетных и хоздоговорных работ получил распространение метод бальных оценок. Бальная оценка заключается в том что каждому фактору по принятой шкале присваивается определенное количество баллов. Обобщенную оценку проводят по сумме баллов по всем показателям или рассчитывают по формуле. На этой основе делается вывод о целесообразности НИР Сущность этой методики состоит в том что на основе оценок признаков работы определяется коэффициент научно-технического эффекта НИР по формуле:
где Н - показатель НТУ; k – весовой коэффициент n – оценка (в баллах) i-го признака
Таблица 8.6 Признаки научно-технического эффекта
Признак научно-технического эффекта НИР (i)
Примерные значения весового коэффициента (Ki)
Теоретический уровень
Возможные реализации
Количественная оценка уровня новизны НИР определяется на основе значения баллов по таблице 8.7.
Таблица 8.7 Количественная оценка уровня новизны НИР
Уровень новизны разработки
Характеристика уровня новизны
Результаты исследований открывают новое направление в данной области науки и техники
По-новому или впервые объяснены известные факты закономерности
Результаты исследований систематизируют и обобщают имеющиеся сведения определяют пути дальнейших исследований
Работа выполненная по традиционной методике результаты которой носят информационный характер
Не обладающая новизной
Получен результат который был ранее известен
Теоретический уровень полученных результатов НИР определяется на основе значения баллов приведенных в таблице 8.8.
Таблица 8.8 Количественная оценка теоретического уровня НИР
Теоретический уровень полученных результатов
Установление закона; разработка новой теории
Глубокая разработка проблемы: многоаспектный анализ связей взаимозависимости между фактами с наличием объяснения
Разработка способа (алгоритм программа мероприятий устройство вещество и т.п.)
Элементарный анализ связей между фактами с наличием гипотезы симплексного прогноза классификации объясняющей версии или практических рекомендаций частного характера
Описание отдельных элементарных фактов (вещей свойств и отношений); изложение опыта наблюдений результатов измерений
Возможность реализации научных результатов определяется на основе значения баллов по таблице 8.9.
Таблица 8.9. Возможность реализации научных результатов
В течении первых лет
Одно или нескольких предприятий
Отрасль (министерство)
Результаты расчетов признаков НТЭ отображены в таблице 8.10.
Таблица 8.10 Признаки научно – технического эффекта (НТЭ)
Признак научно – технического эффекта НИР
Весовой коэффициент (Кi)
Возможные реализации:
Время реализации – в течение первых лет
Масштаб реализации – одно предприятие
Таблица 8.11 Оценка уровня научно – технического эффекта
Уровень научно – технического эффекта
Показатель научно – технического эффекта
Сравнительно высокий
В связи с разработкой новых месторождений газа и нефти необходимо повышать точность и надежность оборудования для измерения расхода. Разработанный канал измерения расхода природного газа позволяет точно и качественно производить контроль расхода.
Опираясь на проведенный технико-экономический анализ можно сделать вывод что научно-технический уровень данной НИР сравнительно высокий. Затраты на ее проведение незначительны а масштабы реализации данной продукции могут быть довольно значительны.
Повышение надежности радиоэлектронной аппаратуры является одной из важнейших проблем радиоэлектроники и измерительной техники.
Под надежностью прибора понимают свойство его выполнять заданные функции сохранять свои эксплуатационные показатели в определенных пределах из условий эксплуатации в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки [17].
Надежность является комплексным свойством которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать безотказность долговечность ремонтопригодность и сохраняемость.
Эти свойства могут быть исследованы в отдельности или в определенном сочетании как для объекта так и для его частей.
Свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки называется — безотказностью.
Долговечность — это свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.
Под ремонтопригодностью понимают свойство объекта заключающееся в приспособлении к предупреждению и обнаружению причин возникновения их последствий путем проведения профилактических и капитальных ремонтов и технического обслуживания.
Сохраняемость — свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течении использования после хранения и транспортировки.
Вероятность непрерывной работы — вероятность того что в заданном интервале времени при заданных режимах и условиях работы не произойдет ни одного отказа.
Вероятность безотказной работы сложной не резервированной системы определяется как:
где: N — число типов элементов; n li — среднестатистическая интенсивность отказов элементов этого типа.
Интенсивность отказов системы определяется по формуле:
Расчет надежности устройства может быть произведен при наличии полной принципиальной схемы устройства необходимых данных об интенсивности отказов всех элементов входящих в систему с учетом реальных условий эксплуатации. Для анализа надежности устройства необходимо произвести расчет:
а) времени наработки на отказ (или среднего времени работы устройства до первого отказа):
б) вероятности безотказной работы устройства в течение t часов с учетом формулы 9.1:
Интенсивность отказов элементов системы в реальных условиях определяется как:
Кнi — коэффициент нагрузки элементов.
Исходя из данных (таблица 4) [17] а также в соответствии с техническим заданием на изготовление и эксплуатацию данного устройства приходим к выводу что при работе устройства в нормальных условиях коэффициенты Кэi и Кti принимаются равными единице.
Таблица 9.1 Температурные коэффициенты
Таблица 9.2 Эксплутационные коэффициенты
Лабораторное помещение (кондиционирование воздуха)
Лабораторное помещение (нормальные условия)
Коэффициент нагрузки элементов Кнi определяется уровнем нагрузки Унi.
Для резисторов Унi вычисляется по формуле:
где: PP — мощность рассеиваемая на элементе; Pн — номинальная рассеиваемая мощность.
Таблица 9.3 Нагрузочные коэффициенты
Уровень нагрузки по отношению к максимальной
—110 максимальной нагрузки
—максимальная нагрузка
Интегральные микросхемы
—номинальная мощность
где: Up — фактическое рабочее напряжение; Uн — номинальное напряжение.
Если Ун01 то Кн=1. Если 05>Ун>01 то Кн=15.
Для аналоговых и цифровых микросхем принимаем Кн = 1.
Таблица 9.4 Карта режимов работы элементов
Номинальное значение параметра
Рабочее значение параметра
Коэффициент нагрузки
Конденсаторы: — керамические
— электролитические алюминиевая фольга
С7 С8 С11 С12 С13 С14 С15
Резисторы: — металлопленочные
Интегральные микросхемы: — линейные
Обозначение элементов
Количество элементов
Средняя интенсивность отказов
Интенсивность отказов
Суммарная интенсивность отказов
С7С8 С11 С12 С13 С14 С15
Из формулы (9.3) получим суммарную интенсивность отказов устройства:
Тогда по формуле (9.4) среднее время безотказной работы устройства будет равно:
вероятность безотказной работы устройства найдем по формуле (9.5):
Таким образом требования технического задания по надежности выполняются.
В данной выпускной квалификационной работе разработан канал измерения расхода природного газа в системе технологического контроля использующий ультразвуковой метод. Возможно использование в системах коммерческого учета.
Устройство состоит из группы выносных датчиков преобразующих значения физических величин в токовые сигналы и устройства обработки получаемой информации с последующей индикацией и передачей данных на ПК.
Устройство выполнено на базе отечественной и зарубежной микроэлектроники. Разработана принципиальная схема печатная плата и конструкция устройства. Разводка дорожек печатных плат производилась системой автоматизированного проектирования PCAD-2001. Разработана и отлажена программа для обработки получаемой информации осуществлена связь между ПЭВМ для передачи данных объемного расхода за 1 час.
В пояснительной записке приведены описания структурной и принципиальной схем разработанного устройства а также описание программного обеспечения. Разработаны мероприятия по охране труда и окружающей среды. Рассчитана стоимость разработки данного устройства.
In given exhaust qualification work is developped the channel of measurement of consuption of natural gas in system of technological checking using ultrasonic method. Possible use in systems of commercial account.
The Device consists of group of stand sensors converting importances of physical values in current signals and devices of processing to got information with the following indication and data communication on PC.
The Device was run for the base domestic and foreign microelectronics. It Is Designed principle scheme printed charge and design of device. The Interconnection of tracks of printed charges was produced the system computer aided design PCAD-2001. It Is Designed and debugen program for processing of got information is realized relationship between PC for data communication of three-dementional consuption for 1 hour.
In explanatory note are brought the descriptions structured and principle schemes of developped device as well as software description. Actions is Designed on guard of labour and surrounding ambiences. Cost of development of givenned device is Calculated.
Иванова Г. М. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергия 1984.
Исакович Р. Я. Технологические измерения и приборы. М.: Недра 1979.
Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергия 1978.
Методы измерения неэлектрических величин. И. Г. Лещенко Б.Б.Винокуров. - Томск: ТПИ 1984.
Наладка средств измерений и систем технологического контроля. Справочное пособие. - М.: Энергия 1988.
Теплотехнические измерения и приборы. Н. Г. Фарзане Л. В. Ильясов.-М.: ВШ 1989.
Электрические измерения неэлектрических величинА.М.Гуричин - М.: Энергия 1980.
Измерения в промышленности. Справочное издание под ред. И. Профоса пер. с нем. - М.: Металлургия 1980.
Журнал "Автоматизация и современные технологии" № 8 1998 №11 1999.
Геращенко О.А. Федоров В.Г. Тепловые и температурные измерения. Справочное руководство. - Киев: Наукова думка 1975.
Журнал " Приборы и системы управления " № 11 1990; № 8 1995; № 4 1996.
Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами – Руководящий нормативный документ.
Требин Г. Ф. Чарыгин Н. В. Обухова Т. М. Нефти месторождений Советского Союза. Справочник. М.: Недра 1980.
Охрана труда.” Под ред. Князевского Б.А. — М.: Высшая школа 1982.
“Охрана труда в электроустановках” Под ред Князевского Б.А. — М.: Энергоатомиздат 1983.
Елгазин В.И. “Расчет искусственного освещения” — М.: Высшая школа 1976.
Беккер П. Йенсен Ф. ”Проектирование надежных электронных схем” — М.: Советское радио 1977.
— руководитель; — инженер
TITLE ”ПРОГРАММА ИЗМЕРЕНИЯ И УЧЕТА РАСХОДА ГАЗА.”
;ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ ПРЕРЫВАНИЙ
LDPTSCON#00001111B;РАЗРЕШЕНИЕ ПЕРЕСЫЛКИ ДАННЫХ
LDPTSSEL#0000000000000000010B; ВЫБОР ПРЕРЫВАНИЯ
LDINT_MASK#00000010B
LDINT_MASK1#00000001B
STBX[AX]АДРЕС ПОДПРОГРАММЫ
LDTIMER#300;АДРЕС ТАЙМЕРА
LDAD_TIME#10110010B;
LDAD_COMMAND#00010010B;
LDSP1_CON#0100111001B
;ПРЕОБРАЗОВАНИЕ 2 КОДА В ФОНТЫ ИНДИКАТОРА
START:LDAX# ВВЕСТИ ТАБЛИЦУ В ПАМЯТЬ
LDBX#1АДРЕС ВИДЕОПАМЯТИ
LDCX#50;АДРЕС ДАННЫХ
LDBE_L#42;ЧИСЛО ПОВТОРЕНИЙ ЦИКЛА
N1:LDBRESUL_LCX[AX];ПРЕОБРАЗУЕМ
СЛЕДУЮЩИЙ АДРЕС ВИДЕОПАМЯТИ И ДАННЫХ
LDBE_L#10;ЧИСЛО ПОВТОРЕНИЙ ЦИКЛА
LDBX#100;НАЧАЛЬНЫЙ АДРЕС ВИДЕОПАМЯТИ
LDBD_L#50;ЧИСЛО ПОВТОРЕНИЙ ЦИКЛА
M3:LDBP3_REG#26H;РАЗРЕШЕНИЕ ЗАПИСИ
LDBP4_REG[BX];ДАННЫЕ В ПОРТ Р4
SHLBC_L#1;СЛЕДУЮЩИЙ СЕГМЕНТ
РАЗРЕШЕНИЕ ПРЕРЫВАНИЙ
LDBE_L#2;ЧИСЛО ПОВТОРЕНИЙ ЦИКЛА
P2:LDBX[AX];ИЗВЛЕЧЕНИЕ ДАННЫХ
LDBX#50;НАЧАЛЬНЫЙ АДРЕС ДАННЫХ
STBTMP1_HL[BX];ПО АДРЕСУ BX ЧИСЛО
LDBD_L#2;ЧИСЛО ПОВТОРЕНИЙ ЦИКЛА
STBTMP1_LH[BX];ПО АДРЕСУ BX ЧИСЛО
STBTMP0_HL[BX];ПО АДРЕСУ BX ЧИСЛО
STBTMP0_LH[BX];ПО АДРЕСУ BX ЧИСЛО
CLRBTMP0_ОЧИСТКА ОСТАТКА
;ПОДПРОГРАММА ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ПОРТА
ORBMONITOR_STATUS#00000010B;
LDBSBUF0_RX_W#RECEIVE_
; ПОДПРОГРАММА ОБСЛУЖИВАНИЯ АЦП
LDBPTS_COUNT_W#06H;ЧИСЛО ОЬСЛУЖИВАЕМЫХ АЦП
LDPTS_PTR_1_W#260H; ВКЛЮЧИТЬ СКАНИРОВАНИЕ
LDBWSR#1СОЗДАНИЕ ТАБЛИЦЫ РЕЗУЛЬТАТОВ
LDBAD_COMMAND_1_W#COMMAND_1;
LDBAD_COMMAND_2_W#COMMAND_2;
TAB:DCB03H9FH25H0DH99H49H41H1FH

icon тех.задание.doc

Министерство образования Российской Федерации
Томский политехнический университет
на выполнение дипломного проекта
Студенту Cвиленок Инне Александровне
Тема дипломной работы
Канал измерения расхода природного газа в системе технологического контроля
утверждена приказом ректора (распоряжением декана) №
Срок сдачи студентом готовой работы
Исходные данные к работе
Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработки вопросов)
- Анализ методов и средств измерения
- Выбор структурной схемы
- Разработка принципиальной схемы
- Разработка программного обеспечения
- Конструкторско-технологическая часть
- Расчет погрешности
- Безопасность и экологичность производства
- Технико-экономическое обоснование
- Расчет надежности
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)
- Схема электрическая принципиальная
- Печатная плата прибора
- Сборочный чертеж прибора
- Структурная схема прибора
- Нестандартные детали
выдачи задания на выполнение выпускной квалификационной работы
Задание принял к исполнению
УДК: 681. 2: 531.787
Дипломный проект содержит 119 с. 40 рис. 19 табл. 17 источников 4 приложения 6 л. графического материала.
Объектом разработки является канал измерения расхода природного газа в системе технологического контроля. Целью работы являлась разработка прибора с высокой точностью измерения. В процессе работы проводилось исследование был проведен обзор методов и средств измерения. На основании выбранных методов была выбрана структурная и разработана принципиальная схемы. Произведен анализ погрешности и расчет надежности. Сделан расчёт технико-экономических показателей рассмотрены вопросы охраны труда. Выполнена конструкторско-технологическая часть.

icon титул.лист.DOC

Министерство общего и профессионального образования РФ
Томский политехнический
Факультет Электрофизический
Специальность Информационно-измерительная
техника и технологии
Кафедра Информационно-измерительной
Канал измерения расхода природного газа
(Тема дипломного проекта)
в системе технологического контроля
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к выпускной квалификационной работе
( Обозначение документа)
По экономической части
По конструкторской части
(Подпись) (Дата) (Фамилия И.О.)
up Наверх