77942

КОНТРОЛЬ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

Лекция

Производство и промышленные технологии

В лазерных технологиях существенное значение имеют параметры потоков жидкостей и газов: равномерность движения рабочего тела газового лазера расход охлаждающей жидкости квантрона твердотельного лазера параметры струи защитного газа параметры струи продуктов распада и испарения материала из зоны обработки Стабилизация параметров потока путем стабилизации параметров устройств формирующих поток исчерпала свои возможности. Компенсацию влияния процесса на параметы потока можно организовать при помощи системы...

Русский

2015-02-05

18 KB

0 чел.

Л.11 КОНТРОЛЬ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

В лазерных технологиях существенное значение имеют параметры потоков жидкостей и газов:

равномерность движения рабочего тела газового лазера

расход охлаждающей жидкости квантрона твердотельного лазера

параметры струи защитного газа

параметры струи продуктов распада и испарения материала из зоны обработки

Стабилизация параметров потока путем стабилизации параметров устройств, формирующих поток, исчерпала свои возможности. Компенсацию влияния процесса на параметы потока можно организовать при помощи системы регулирования, которая включает в себя:

датчик параметров потока

устройство воздействия на поток

схему управления

Устройство воздействия на поток состоят из регулируемого насоса или нерегулируемого насоса и регулируемого клапана. Это устройство как позиционер применяется в системах управления потоками авиационной и космической техники, откуда и заимствуются с гарантированным успехом. Возможно копирование принципа или конструкции при упрощении технологии с непринципиальными потерями качества устройства.

Датчики параметров потока разделяются на:

измерители расхода - расходомеры

измерители количества вещества - счетчики

измерители скорости потока - анемометры

Расходомеры принципиально делятся на типы постоянного и переменного перепада давления.

Расходомеры переменного перепада давления построены на основе измерения перепада давлений P1 - P2 при прохождении об'емного потока Q через сужающее устройство с сечением F при коэффициенте расхода A, плотности среды p и коэффициент изменения плотности e :

Q = A * e * F * (2 * (P1 - P2) / p)

Для несжимаемых жидкостей е = 1.

Коэффициент расхода А зависит от вида и размеров сужающего

устройства. Стандартизованы три их типа:

1. Нормальная диафрагма наиболее технологична и представляет собой тонкий диск с концентрическим отверстием, имеющим острую кромку со стороны входа потока. Жесткие допуски на размеры диафрагмы гарантируют стабильность метрологических характеристик и подобие диафрагм разных размеров.

2. Нормальное сопло представляет собой насадок с скругленной входной частью (радиусами 0.2 * D и 0.33 * D) и цилиндрической частью длиной 0.3*D и диаметром D.

3. Нормальная труба Вентури в наиболее популярной разновидности повторяет нормальное сопло при длине цилиндрической части не менее 0.5*D и плавном расширении до размера трубопровода под углом менее 30 градусов.

Входное давление отбирается перед сужением через ряд сверлений по окружности или из кольцевой проточки. Выходное давление для диафрагмы и сопла отбирается за сужением аналогично, для трубы Вентури через отдельные сверления в узкой части трубы.

Сопла и трубы обладают лучшими метрологическими характеристиками, менее подвержены воздействию среды и меньше влияют на поток.

Измерение разницы давлений производится при помощи дифференциальных манометров в основном использующих два принципа:

1. Уравновешивание давления перепадом столба жидкости с измерением высоты столба или его веса. Профилированием канала можно обеспечить нелинейное преобразование извлечения квадратного корня для формирования линейного отсчета расхода. Применяется в основном для визуального с'ема показаний.

2. Уравновешивание давления упругостью пружины (давящей на поршень) или мембраны. Деформации и напряжения фиксируются тензометрическими, емкостными и магнитными датчиками.

Эти методы носят название статических и являются основными в промышленных установках, однако им свойственна малая точность (не выше 1%) и малое быстродействие ограничивающее возможность их использования в динамичных системах регулирования потоков.

Перспективны частотные методы измерения параметров потока основаные на генерации механических колебаний в потоке при обтекании препятствия. Причиной этого являются вихри, образующиеся за счет разницы скоростей при обтекании. В широком диапазоне скоростей частота образования вихрей пропорциональна скорости потока. Эту частоту фиксируют по вибрации обтекаемого тела или по пульсации давлений и скоростей в потоке. При этих измерениях не требуется ни точность ни линейность, а только быстродействие, поэтому датчики просты дешевы и надежны.

Типичным измерителем пульсации давления является микрофон который может быть электродинамического, конденсаторного или пьезоэлектрического типа. Для измерения колебаний скорости потока используются термоэлектрические анемометры, принцип действия которых состоит в фиксации изменения теплоотдачи нагреваемого током термосопротивления. Наиболее прост метод, при котором мимо терморезистора, нагреваемого стабильным током протекает поток и охлаждает его. От температуры зависит сопротивление резистора, а следовательно и падение напряжения. Таким образом напряжение на резисторе зависит от скорости потока.

Однако данный метод обладает инерционностью порядка нескольких секунд. Существенно повысить быстодействие можно за счет неизменной температуры терморезистора. Для этого используют следящую систему,которая изменяет ток через резистор при изменении его сопротивления, компенсируя потери мощности в резисторе. Неизменность сопротивления гарантирует стабильную температуру, а следовательно не требуется ни энергии ни времени на ее изменение.Мерой скорости потока является мощность выделяемая в резисторе. Быстродействие в этом случае может быть повышено до нескольких микросекунд.

Другим динамичным методом измерения пульсаций скорости является фиксация рассеяния ультрозвуковой волны.

Интересен метод основеный на эффекте Коанда ("прилипания" струи к одной стенке при расширении канала). В конце расширения струя попадает во вспомогательный канал, по которму возвращается к расширению и отталкивает струю от этой стенки к другой, гда все повторяется когда струя достигнет входа во второй вспомогательный канал. Таким образом частота переброса стуй от одной стенки к другой определяется временем прохода струи от выхода вспомогательного канала до его входа в основной канал, а следовательно от скорости движения потока. Весь датчик представляет собой канал в виде буквы Ф с расширяющейся к выходу средней частью.Все вибродинамические методы прецезионны. Их точность достигает 0.1% в широком диапазоне параметров потока.

Среди динамический методов наибольшей популярностью пользуются методы постоянного перепада давлений. Самый простой из них - ротаметр. Это поплавок, всплывающий в вертикальном канале конической формы до тех пор, пока перепад давлений в зазоре между поплавком и стенками канала на уравновесит вес поплавка. Для стабилизации положения и уменьшения трения поплавок заставляют вращаться (из - за косых нарезокина боках) что и определило его название. Стенки канала делают из стекла, чтобы было видно поплавок. Погрешности от 1% до 2% при быстродействии около 1 с.

Другой популярной разновидностью динамических методов являются тахометрические датчики. Различного рода вертушки вращаются потоком и по скорости вращения судят о скорости потока. Точность и быстродействие зависят от конструкции и уровня исполнения и достигают 0.2% и 1 мс. Для чистых неагрессивных сред наиболее предпочтительны.

Широкий набор инерционных датчиков завершает обзор динамических методов. Это различного рода гироскопы и метрономы внутри которых расположены каналы с потоком среды. Возмущение вращений и колебаний за счет Кориолисова ускорения является мерой скорости потока.

Кинематические методы измерений об'единяют в себе наиболее совершенные и прогрессивные методы измерения скоростей потоков. В первую очередь к ним относятся различные меточные датчики. Их принцип действия основан на анализе времени прохождения метки в веществе мерного отрезка.Метки и их фиксация различны:

радиоизотопные метки фиксируются детектором радиации

магнитные метки в фиксируются методами ЯМР

ионные метки создаются коронным электрическим разрядом

и фиксируются кулонметром

тепловые метки создают импульсным нагревом и фиксируют

термосопротивлением

Общий для всех меточных датчиков недостаток состоит в располывании метки при движении вместе со средой.Он устраняется дифференциальным включением двух близко расположеных фиксаторов

Ультразвуковые методы основаны на измерении разницы пробега короткого импульса по направлению и против потока вещества.

Термоанемометры регистрируют степень распространения тепла от нагревателя в направлении по потоку и против. В некоторых пределах скоростей разность температур пропорциональна скорости потока для стабильной по параметрам среды.

Индукционный метод основан на измерении ЭДС поперек движущегося электропроводного потока, если в другом поперечном направлении присутствует магнитное поле. Электропроводность потока условна и включает в себя даже дистилированную воду. Для устранения поляризации на электродах применяют переменное магнитное поле и синхронное детектирование сигнала.

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ:

1. Приведите формулы, связывающие параметры потока.

2. Нарисуйте структурную схему регулятора параметров потока для известного Вам узла лазерной технологической установки.

3. Перечислите причины низкой точности и динамичности статических методов измерения параметров потока.

4. Нарисуйте структукную схему стабилизации сопротивления терморезистора при изменении тока через него для компенсации изменения его теплоотвода.

5. Выведите соотношения для измерения скорости потока при контроле разницы времени прохождения ультразвукового импульса по потоку и против него.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Спектор С. А. Электрические измерения физических величин: Л.: Энергоатомиздат. 1987. с. 230...253.

2.Цейтлин В. Г. Техника измерений расхода и количества жидкостей, газов и паров: М.: Стандарты. 1968. 190 с.

3.Методы и средства измерения расходов жидких сред применительно к производствам с агрессивными средами. Александров В. Г. и др. М.: ВНИИНМ, 1979. 26 с.

4.Технологические лазеры: Справочник: В 2 т.Т.2/ Г.А.Абельсиитов и др. - М.: Машиностроение. 1991. с.73...92.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14696. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ 40.5 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №21 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ Вероятность того что за данный промежуток времени ∆t распадётся k атомов из n равна где pk – число групп из n атомов в каждой из которых произошло к радиоактивных распадов a q об
14697. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ МЕТОДОМ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ 408 KB
  Лабораторная работа № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ МЕТОДОМ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ Цель работы: ознакомиться с основными характеристиками волновых процессов; изучить условия образования и особенности стоячей волны; определить скорость звука в воздухе метод...
14698. Определение характеристик двухполюсных резистивных элементов 189.5 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 Определение характеристик двухполюсных резистивных элементов Цель работы: Генератор и нагрузка собираются по схеме звезды. Исследуются зависимые и независимые схемы соединения генератора и нагрузки. Объект и средства измерения:
14700. Определение характеристик пассивных элементов в цепи постоянного тока 52.5 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 Определение характеристик пассивных элементов в цепи постоянного тока Цель работы: Овладеть методикой измерения сопротивлений и определения вольтамперных характеристик пассивных двухполюсников Объект и средства измерения: Об...
14701. Определение характеристик пассивных элементов в цепи переменного тока 58 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Определение характеристик пассивных элементов в цепи переменного тока Цель работы: Определение параметров пассивных двухполюсников при переменном токе. Объект и средства измерения: Объектом исследования служат двухполюсны
14702. Національна етика. Сімейна етика. Релігійна етика. Біоетика 76 KB
  Моральний зміст відношення до природи як до мети і засобу людської діяльності. Рослинний і тваринний світ як морально-естетичне багатство людства. Завдання та взаємодія екологічного і етичного виховання
14703. Медицинская реабилитация после эндопротезирования коленного сустава 98 KB
  Цель реабилитации — оптимальное восстановление функций тотально замещенного сустава и статодинамической функции конечности в целом, а также приобретение самостоятельности в быту, способности к профессиональной деятельности, то есть полноценное функциональное, социально-бытовое и профессиональное восстановление.
14704. РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА 73.5 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6 РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА. Общие сведения. Реакции ионного обмена реакции связывания ионов которое происходит при образовании слабого или малорастворимого электролита. Реакции ионного обмена подчиняются всем закономерностям химическ