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

10956. Локальная теорема Муавра-Лапласа 65.77 KB
  Локальная теорема МуавраЛапласа Несмотря на элементарность формулы Бернулли при большом числе испытаний непосредственное вычисление по ней связано с большой вычислительной работой погрешностью. Разрешить эту проблему поможет локальная теорема МуавраЛапласа:
10957. Непрерывная случайная величина и плотность распределения 181.23 KB
  Непрерывная случайная величина и плотность распределения Случайная величина называется непрерывной если ее пространством элементарных событий является вся числовая ось либо отрезок отрезки числовой оси а вероятность наступления любого элементарного события р
10958. Числовые характеристики одномерной случайной величины 163.51 KB
  Числовые характеристики одномерной случайной величины Математическим ожиданием или средним значением случайной величины называется постоянная константа обозначаемая символом и определяемая равенством: 8.1 ПРИМЕР 1: Известны законы распределения СВ и чи
10959. Многомерные случайные величины 198.57 KB
  Многомерные случайные величины Очень часто результат испытания характеризуется не одной случайной величины а некоторой системой случайных величин которую называют также многомерной мерной случайной величиной или случайным вектором . Случайные величины в
10960. Условная плотность распределения 140.12 KB
  Условная плотность распределения Рассмотрим другой подход при определении вероятности попадания двумерной СВ в элементарный прямоугольник со сторонами и и устремим и к нулю. Рассмотрим вероятность попадания в элементарный прямоугольник как произведение вероятн
10961. Нормальный (гауссов) закон распределения 209.39 KB
  Нормальный гауссов закон распределения Нормальный закон распределения закон Гаусса играет исключительно важную роль в теории вероятностей. Это наиболее часто встречающийся на практике закон распределения СВ. Главная особенность выделяющая закон Гаусса состоит в
10962. Показательный (экспоненциальный) закон распределения 102.76 KB
  Показательный экспоненциальный закон распределения В теории массового случайные процессы часто распределены по показательному закону например время обслуживания требования каналом обслуживания. Непрерывная случайная величина имеет показательный экспоненциа
10963. Групи слів за значенням: синоніми, антоніми, омоніми 91.65 KB
  Розширити уявлення учнів про групи слів за значенням; розкрити поняття синонімічні ряди, способи розрізнення омонімів і багатозначних слів, навчити користуватися словниками; вчити п’ятикласників свідомо підходити до розуміння значення і використання слова, добирати синоніми й антоніми, доцільно вживати їх у власному мовленні;
10964. Закон больших чисел центральная предельная теорема 154.21 KB
  Закон больших чисел центральная предельная теорема Свойство устойчивости массовых случайных явлений известно человечеству еще с глубоких времен. В какой бы области оно не проявлялось суть его сводится к следующему: конкретные особенности каждого отдельного случайно...