И топливной электростанции 2 страница
Рисунок 12.1. Схема манометрического термометра
1 – термобаллон, 2 – манометр, проградуированный в градусах Цельсия или Кельвина, 3 – капилляр
В конденсационных манометрических термометрах давление изменяется за счет выпадения или испарения конденсата. Технические данные некоторых манометрических термометров приведены в таблице 12.2. Манометрические термометры не боятся вибраций и поэтому могут применяться в системах, имеющих питательные или подкачивающие насосы, или на транспорте.
Таблица 12.2
Технические данные манометрических термометров
| Тип | Вид | Пределы измерения, оС | Диаметр термобаллона, мм | Длина капилляра, м |
| ТГП-100М1 ТКП-100М1 ТЖП-100 | Газовый Конденсационный Жидкостный | – 50. ..+600 – 25. ..+300 – 50. ..+300 | 20 или 30 | 1,6. . .60 1,6. . .25 1,6. . .10 |
Кроме термометров, которые используются для непосредственной регистрации температуры, применяются датчики температуры. Сигнал, снимаемый с датчика, может подаваться либо в схему управления, либо на электроизмерительный прибор. В последнем случае (если прибор проградуирован в температурных градусах) работа датчика эквивалента работе термометра.
В качестве датчиков применяются термопары (термоэлектрические преобразователи) и термосопротивления.
Работа термопары основана на явлении термо-э.д.с. если к месту электрического соединения двух разных металлов подвести теплоту, то на противоположных (несоединенных) концах появиться разность потенциалов – термо-э.д.с. (рисунок 12.2). Величина термо-э.д.с. зависит от температуры электрического соединения.
На рисунке 12.3. показан вид, выпускаемых промышленностью термоэлектрических преобразователей, а в таблице 12.3. их технические характеристики.
На погрешность измерения термопары могут влиять контакты подсоединения измерительных приборов. Для уменьшения этого влияния подбирают специальные сплавы, не дающие больших термо-э.д.с. с медными проводами. Кроме того на погрешность может влиять температура окружающего воздуха. Для уменьшения этого влияния применяются специальные удлиняющие провода (таблица 12.4.
Рисунок 12.2. Схема термоэлектрического преобразователя
1. 2 – металлические проводники из разных металлов, 3 – спай (электрический контакт разных металлов, 4 – электроизмерительный прибор (миливольтметр)
Таблица 12.3
Технические данные термопреобразователей
| Тип | Условное обозначение | Диапазон измерения, оС | Коэффициент преобразования, мкВ/оС | |
| длительного | кратковременного | |||
| ТВР | ВР(А)-1 ВР(А)-2 ВР(А)-3 | 0 – 2200 0 – 1800 0 – 1800 | 0 – 2500 0 – 2500 0 – 2500 | 12,1 – 9,2 11,8 – 11,4 11,9 – 11,3 |
| ТПР | ПР(В) | 300 – 1600 | 300 – 1800 | 3,1 – 11,6 |
| ТПП | ПП(S) ПП(R) | 0 – 1300 0 – 1300 | 0 – 1600 0 – 1600 | 5,5 – 12,1 5,4 – 14,1 |
| ТХА | ХА(К) | –200 – +1000 | –200 – +1300 | 16,1 – 39,0 |
| ТХК | ХК(L) ХК(Е) | –200 – +600 –200 – +700 | –200 – +800 –200 – +900 | 28,5 – 87,8 26,3 – 79,8 |
| ТНН | HH(N) | –270 – +1300 | –270 – +1300 | 0,9 – 36,2 |
| ТМК | МК(Т) | –200 – +700 | –200 – +900 | 16,4 – 61,7 |
| ТЖК | ЖК(J) | –200 – +700 | –200 – +900 | 23,1 – 62,0 |
Рисунок 12.3.Внешний вид термоэлектрических преобразователей
а – для сред с давлением, близким к атмосферному (L = 500 – 3150 мм), б – с неподвижным резбовым штуцером (до 3 МПа, L = 80 – 1250 мм), в – на основе термопарного кабеля с приваренными удлиняющими проводами (до 0,4 МПа, L = 80 – 20000 мм)
Таблица 12.4
Технические данные удлиняющих проводов
| Обозначение ТП | Наименование пары жил | Обозначение пары | Максимальная рабочая температура, оС |
| ХА(К) ХА(К) ХК(L) ПП(R) МК(Т) ВР(А) | Медь/константант Медь-титан/медь-никель Хромель/копель Медь/сплав III Медь/копель Медь/медь-никель | М МТ-НМ ХК П МК М-МН |
Работа температурного датчика сопротивления основана на термозависимости удельного сопротивления металлов
ρt = ρ0(1 + αt) (12.2)
Линейная зависимость удельного сопротивления от температуры делает применение этих датчиков очень удобным. Кроме металлов могут применяться полупроводники. В этом случае коэффициент термического увеличения сопротивления отрицательный и удельное сопротивление с ростом температуры уменьшается. Диапазон измерения температуры в зависимости от применяемого материала находится в пределе – 200 . . . +1100оС.
Для измерения давления применяются манометры. Единицей измерения давления является Паскаль (Па). 1 Па = 1 Н/м2. Пределы измерения давления (в кПа или МПа) выбираются согласно ГОСТ 18140 и ГОСТ 2405 из ряда (1; 1,6; 2,5; 4; 6)*10n, где n – целое положительное или отрицательное число. По принципу измерения давления манометры классифицируются на жидкостные, деформационные, электрические, грузопоршневые, тепловые и ионизационные /15/.
Жидкостные манометры могут быть U-образными или с наклонной трубкой (рисунок 12.4).
|
Рисунок 12.4. Схемы жидкостных манометров
а – U-образный, б – с наклонной трубкой
В U-образном манометре давление или разность давлений уравновешивается весом столба рабочей жидкости
р1 – р2 = gh(ρP – ρС) (12.3)
где р1 – измеряемое давление, Па;
р2 – давление среды, Па;
h – разность высот рабочей жидкости в коленах, м;
ρP – плотность рабочей жидкости, кг/м3;
ρС – плотность среды на рабочей жидкостью, кг/м3.
Недостатком U-образного манометра является удвоение погрешности измерения. Так например, если погрешность считывания в каждом колене равняется ±1мм, то общая погрешность составит ±2мм. При малых перепадах давления такая погрешность недопустима.
Для повышения точности измерений применяют манометры с наклонной трубкой (см. рисунок 12.4 – б). В таких манометрах площадь широкого сосуда гораздо выше площади измерительной трубки, что позволяет не учитывать изменение уровня жидкости в нем. В этом случае справедливо равенство
(12.4)
где f – площадь поперечного сечения измерительной трубки, м2;
F – площадь поперечного сечения широкого сосуда, м2;
n – уровень рабочей жидкости в измерительной трубке,м;
α – угол наклона трубки, град.
Угол наклона α может быть равен и 90о, в этом случае формула (12.4) приобретает вид:
(12.5)
Следует отметить, что с увеличением угла наклона до 90о уменьшается точность измерений, так как растет цена деления n.
Жидкостные манометры могут применяться и для измерения атмосферного давления, в этом случае отверстие в измерительном канале запаивается. Давление измеряется в соответствии с законом Бойля-Мариота при фиксированной температуре.
Технические данные жидкостных манометров приведены в таблице 12.5.
Таблица 12.5
| Тип манометра | Верхний предел измерений, кПа | Предельная погрешность, % |
| ТДЖ (вода) ТНЖ-Н (спирт) | 1,6 – 6,3 0,25 – 1,6 | 1,5 1,5 |
Достоинством жидкостных манометров является их простота и невысокая стоимость при достаточно высокой точности измерений.
Деформационные манометры относятся к наиболее распространенным приборам для измерения давления в диапазоне от 10 до 109 Па. Рабочим измерительным механизмом в этих манометрах являются упругие чувствительные элементы (трубчатые пружины, сильфоны, мембраны, мембранные коробки). Рабочая точка упругого чувствительного элемента перемещается пропорционально приложенному давлению. В показывающих манометрах эта рабочая точка при помощи системы рычагов соединена со стрелкой, которая в зависимости от давления перемещается по шкале, проградуированной в единицах измеряемого давления (рисунок 12.5). В самопишущих манометрах рабочая точка соединяется с пером самописца.
В пружинных манометрах чувствительным элементом является трубчатая пружина, в полость которой подается измеряемое давление. Под действием этого давления пружина раскручивается и перемещает стрелку или перо самописца, которые соединяются с ее свободным концом. Пружинные манометры работают в диапазоне 0,06 – 1000 МПа /15/и могут выполнять функцию датчиков давления, называемыми электроконтактными манометрами.
Рисунок 12.5. Схема мембранного манометра
1 – мембранная коробка, 2 – измерительная штанга, жестко соединенная с жестким центром мембраны, 3 – стрелка, 4 – шкала.
В таблице 12.6 приведены технические данные некоторых показывающих деформационных манометров, а в таблице 12.7 самопишущих деформационных манометров.
Таблица 12.6
Технические данные показывающих деформационных манометров
| Наименование | Тип | Верхний предел измерений, МПа | Предельная погрешность, % |
| Манометр | МТП МП3-У МТИ МКУ | 0,16 – 40 0,1 – 160 0,25 – 40 0,1 – 60 | 1,5; 2,5; 4 1; 1,5 0,6; 1 1,5; 2,5 |
| Манометр с разделительной мембраной | ММП-160 | 0,1 – 2,5 | 1,5; 2,5 |
| Манометр электроконтактный | ВЭ ДМ 2010 | 0,1 – 160 0,1 – 160 | 1,5 1,5 |
| Мановакуумметр | МВП МТИ МКУ | –0,1 – +2,4 –0,1 – +2,4 –0,1 – +2,4 | 1; 1,5 1,5; 2,5 |
| Вакуумметр | ВП3-У | –0,1 – 0 | 1; 1,5 |
Таблица 12.7
Технические данные самопишущих деформационных манометров
| Наименование | Тип | Верхний предел измерений, МПа | Предельная погрешность, % |
| Манометр | МТ-711(2) | 0,06 – 25 | 1,5 |
| Мановакуумметр | МВТ-711(2) | –0,1 – +2,4 | 1,5 |
| Вакуумметр | ВТ-711(2) | –0,1 – 0 | 1,5 |
| Дифманометр | ДСС-711(2) | –0,0063 – +4 | 0,5; 1; 1,5 |
Мембранные манометры могут служить в качестве преобразователей давления в электрический сигнал и использоваться в системах автоматики. Наиболее распространенными преобразователями давления в переменный ток являются дифференциально-трансформаторные преобразователи (ДТ-преобразователи). На рисунке 12.6 приведена схема мембранного дифманометра типа ДМ с таким преобразователем /15/.
|
Рисунок 12.6. Схема мембранного дифманометра с ДТ-преобразователем
1 – корпус, 2 – разделительная стенка, 3 – мембранный блок, 4 – плунжер (сердечник), 5 – катушка дифференциально-трансформаторного преобразователя, 6 – трубка из немагнитного материала, 7,8 - вентили
Чувствительным элементом дифманометра с ДТ-преобразователем служит двухкамерный мембранный блок. Внутренняя полость блока заполнена жидкостью с низкой температурой замерзания. Упругим элементом блока служит верхняя мембранная коробка, перемещение ее рабочей точки и соответственно ферритового сердечника пропорционально измеряемой разности давлений. При перемещении сердечника внутри катушек трансформатора приводит к изменению их взаимоиндукции, что приводит к изменению тока, протекающего по вторичной обмотке. Мембрана в нижней полости имеет малую жесткость и воспринимает температурные изменения объема жидкости.
Технические данные некоторых ДТ-преобразователей приведены в таблице 12.8.
Таблица 12.8
Технические данные ДТ-преобразователей
| ДТ-преобразователь*) | Тип | Верхний предел измерений, МПа |
| Избыточного давления | (МЭД) ДИ | 0,06 – 160 |
| Давления и вакуума | ДИВ | –0,1 – +2,4 |
| Разрежения и давления | ТИМ-Эт | (8 – 125)*10-6 |
| Вакуума | ДВ | –0,1 – 0 |
| Разности давлений | ДД ДМЭУ-МИ | 0,0063 – 0,63 0,0063 – 1,6 |
В электрических манометрах для измерения давления применяют тензодатчики или емкостные датчики. В последних используется зависимость емкости от расстояния между пластинами конденсатора. Электрические манометры имеют первичные преобразователи давления в перемещения, например, деформационные манометры. Благодаря усилению электрического сигнала с вторичных преобразователей (тензодатчиков), удается значительно расширить диапазон измерений. В таблице 12.9 приведены технические характеристики некоторых электрических манометров.
Таблица 12.9
Технические данные электрических преобразователей давления
с выходным сигналом 0 – 20 мА
| Преобразователь | Тип | Диапазон измерения |
| Абсолютного давления | Вт-219 МНАД-1 | 0 – 60 кПа 0 – 30 МПа |
| Избыточного давления | ПДМ-1 КРТ-1 | 0 – 250 кПа 0,6 – 100 МПа |
| Разности давлений | ДРЕ 002 МПДД-2П | 0 – 1 МПа 0 – 30 МПа |
Грузопоршневые манометры представляют собой приборы непосредственного измерения давления (рисунок 12.7). Принцип действия основан на уравновешивании давления газов или жидкости грузом, давящим на неуплотненный поршень.
Рисунок 12.7. Схема грузопоршневого манометра
р – измеряемое давление, m – масса уравновешивающего груза
Расходомеры по применимости в системах теплофикации занимают третье место после приборов для измерения температуры и давления. Однако по предъявляемым к ним требованиям они занимают первое место, так как их показания прямо связаны с экономическими показателями использования тепловой энергии. Расходомеры могут измерять массовый (Gm) и объемный (GV) расход.
Кроме расходомеров, которые измеряют текущее значение количества вещества, применяют счетчики количества вещества, которые измерят количество вещества, прошедшего через прибор за отрезок времени. Аналогично расходомерам, счетчики количества вещества могут измерять массу (m) или объем (V) вещества. Счетчики имеют интегрирующий механический (шестеренчатый) или электронный (микропроцессорный) орган, который связан непосредственно с рабочим органом расходомера.
Известно более десятка различных методов измерения расхода вещества. Наиболее распространенными являются следующие методы:
§ переменного перепада давления;
§ постоянного перепада давления;
§ тахометрический;
§ электромагнитный.
Метод измерения расхода по переменному перепаду давления на сужающем устройстве наиболее применим при контроле расхода воды, пара, газа, нефтепродуктов в больших количествах. Этот метод основан на том, что давление флюида перед сужающим устройством выше, чем после него. В качестве сужающего устройства можно применить сопло (рисунок 12.8).
Рисунок 12.8. К методу измерения расхода при переменном перепаде
давления
Для измерения давления на входе в сужающее устройство (р1) и на выходе из него (р2) обычно используются деформационные дифманометры. Объемный и массовый расход при этом определяются следующим образом:
(12.6)
(12.7)
где С – коэффициент истечения;
Е – коэффициент скорости входа;
КШ – поправочный коэффициент на шероховатость сопла;
КП – поправочный коэффициент на притупление входной кромки сужающего устройства;
ε – кэффициент расширения сжимаемых сред, для жидкости ε = 1;
d – диаметр выхода сужающего устройства,
ρ – плотность измеряемого флюида;
Δр – перепад давлений.
Все необходимые для расчета данные приводятся в паспорте расходомера.
В сельском хозяйстве наиболее часто применяются счетчики расхода вещества. Технические данные некоторых счетчиков, работающих по принципу переменного перепада давления приведены в таблице 12.10.
Расходомеры постоянного перепада давления называются ротаметрами и отличаются простотой устройства. Ротаметр представляет собой вертикальную коническую стеклянную трубку, направленную раструбом вверх. Внутри трубки плавает поплавок, вес которого уравновешивается выталкивающей силой расходуемой жидкости. При увеличении расхода поплавок поднимается, и по зазору между конусом и поплавком считывается расход жидкости. Эти расходомеры (и основанные на них счетчики) предназначены для измерения малых расходов вещества. Достоинствами этих приборов являются простота и низкая стоимость, высокая точность измерений (погрешность не более 0,5 – 1,5%), значительный диапазон измеряемого расхода (Gmax/Gmin достигает 10).
Таблица 12.10
Технические данные счетчиков по переменному перепаду давления
| Наименование | Тип | Входные сигналы | Выход |
| Счетчик газа | СПГ | 11 аналоговых, из них 8 токовых. 2-х позиционный | Цифровой индикатор, 4 аналоговых сигнала, интерфейс С2 или ИРПС |
| Счетчик микропроцессорный универсальный | СТД | 34 сигнала, включая аналоговые, частотные и импульсные | Цифровой индикатор, интерфейс RS-232 (485) |
Наиболее распространенными в сельском хозяйстве расходомерами являются тахометрические расходомеры и счетчики вещества. В расходомерах этого типа скорость потока преобразуется в пропорциональную частоту вращения рабочего тела (турбинки). Ось турбинки может совпадать с осью потока флюида или быть перпендикулярна потоку. В первом случае турбинки называются аксиальными, а во втором случае тангенциальными. Тангенциальные турбинки устанавливаются в трубопроводах диаметром до 50 мм. Поток флюида направляется на лопасти тангенциальных турбинок либо одной струей (одноструйные турбинки) или несколькими струями, число которых равно числу лопастей турбинки (многоструйные турбинки). Аксиальные турбинки выполняются одноструйными.
Тахометрические расходомеры и счетчики отличаются очень высокой точностью измерения, погрешность составляет 0,2 – 0,5%. Применяются эти приборы в основном для измерения расхода объема жидкости или газа. Технические данные некоторых тахометрических расходомеров приведены в таблице 12.11.
Таблица 12.11
Технические данные тахометрических расходомеров и счетчиков
| Наименование | Тип | Параметры среды | Диапазон измерений, м3/ч |
| Счетчик холодной и горячей воды | ETK, ETW | <1,6 МПа 5 – 90оС | 0,03 – 20 |
| Счетчик расхода мазута | СМ | < 2 МПа 10 – 120оС | 0,05 – 4 |
| Счетчик газа ротационный | РГ | < 0,1 МПа 5 – 50оС | 4 – 1000 |
| Счетчик газа турбинный | СГ | 1,6 – 7,5 МПа –40 – +50оС | 10 – 1600 |
Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на возникновении э.д.с. в проводящей жидкости, протекающей в магнитном поле. По закону Ленца значение э.д.с. пропорционально скорости движения проводника, в том числе и второго рода. В сельском хозяйстве можно рекомендовать использовать электромагнитные преобразователи расхода "Рост-1", VA 2301, "Индукция-51".
Приборы для измерения расхода теплоты (счетчики тепловой энергии) работают на следующем принципе /15/.
Количество теплоты, отданной теплоносителем в теплообменных устройствах и тепловых машинах за интервал времени от τ1 до τ2 равно
(12.8)
где h1, h2 – энтальпия теплоносителя на входе и выходе теплообменного устройства, Дж/кг.
Энтальпия зависит от температуры и давления теплоносителя, и в случае применения микропроцессорных преобразователей ее измерение вполне доступно. Если же в качестве теплоносителя применяется жидкость, то изменением давления можно пренебречь, и тогда количество потребляемой теплоты можно определить следующим образом
(12.9)
где Т1, Т2 – температура теплоносителя на входе и выходе теплообменного устройства, К;
с – удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг.К.
Таким образом, для измерения потребления тепловой энергии при использовании жидкого теплоносителя достаточно измерять расход теплоносителя за заданный интервал времени и его температуру на входе и выходе. Погрешность измерения при этом будет равна
(12.10)
где σQ, σG, σТ, στ – среднеквадратичные погрешности измерения соответственно потребляемой теплоты, расхода теплоносителя, температуры теплоносителя и времени.
На основании изложенного, все выпускаемые счетчики тепловой энергии микропроцессорные. В коммерческих целях для учета потребляемой теплоты измеряют температуру теплоносителя на выходе из котельной и температуру в обратном трубопроводе. В случае использования для теплоснабжения пара измеряют так же его давление на выходе из котельной и температуру конденсата. Все полученные измерения отправляются в микропроцессорное устройство, где происходит их обработка в соответствии с (12.8) или (12.9).
Технические данные тепловых счетчиков приведены в таблице 12.12.
Таблица 12.12
Технические данные теплосчетчиков
| Тип | Преобразователи | Параметры среды | ||||
| расхода | температуры | тепло-вычислитель | р, МПа | Т, оС | ΔТ, оС | |
| СПТ-900 | дифманометр | ТСМ, ТСП | СПТ | <2,5 | 0 – 180 | 3 – 150 |
| СТ-3 | ВСТ | Pt500 | Multical-3 | <1,6 | 5– 150 | 5 – 145 |
| КСТ | ВСТ | Pt500 | КС-96 | <1,6 | 5– 150 | 5 – 145 |
| СТЭМ | РОСТ 13 | КТСПР | ИВК-59 | <1,6 | 5– 150 | 5 – 145 |
12.2. Измерительные приборы
в системах электроснабжения и преобразования
электроэнергии
В системах электроснабжения применяются измерительные приборы электрических величин. Наиболее применимыми являются амперметры, вольтметры, измерители мощности (ваттметры и варметры), счетчики активной и реактивной энергии. При выборе приборов измерения электрических величин следует учитывать род тока – постоянный или переменный. Учитывая, что в сельском хозяйстве электроснабжение возложено на сети переменного тока и используется электрооборудование переменного тока, основное внимание будет уделено приборам, предназначенным для измерения электрических величин переменного тока.
Для измерения тока и напряжения в цепях переменного тока применяют электромагнитные и электродинамические приборы (амперметры и вольтметры). достоинством электромагнитных приборов является большая перегрузочная способность, возможность измерения токов больших величин без трансформаторов тока, простота конструкции и низкая стоимость. К недостаткам относят неравномерность шкалы и низкая чувствительность, особенно в начале шкалы, низкая точность измерений. Электродинамические амперметры и вольтметры более точны и имеют практически равномерную шкалу, но не могут измерять большие токи без трансформаторов тока.
Схема включения амперметров и вольтметров показана на рисунке 12.9.
Рисунок 12.9. Схема включения амперметра м вольтметра в цепи
переменного тока
а – общая схема включения, б – включение амперметра через трансформатор тока, в – включение вольтметра через трансформатор напряжения
1 – трансформатор тока, 2 – трансформатор напряжения, Z – потребитель электроэнергии.
Для измерения активной мощности применятся ваттметры. Ваттметры имеют две измерительные катушки, тока и напряжения. Момент вращения, создаваемый этими катушками, пропорционален протекающим через них токам.
Схема включения ваттметра в трехфазную цепь показана на рисунке 12.10. Здесь звездочками обозначены начала токовой катушки и катушки напряжения. Для измерения реактивной мощности токовая обмотка ваттметра включается встречно.
На трансформаторных подстанциях устанавливаются щитовые амперметры, вольтметры и ваттметры. Для измерения тока, напряжения и потребляемой мощности потребителей электрической энергии применяют как щитовые, так и переносные приборы. Для измерений этих величин в трехфазных сетях рекомендуется применять измерительные комплексы, например К-550.
Рисунок 12.10. Схемы включения ваттметра в трехфазную цепь
а – трехфазная цепь с нулевым проводом, б – трехфазная цепь без нейтрали
Для измерения потребляемой электроэнергии применяют однофазные или трехфазные счетчики электрической энергии. Эти приборы имеют индукционные измерительные механизмы. Устройства и схемы включения счетчиков активной электроэнергии приведены на рисунках 12.11 и 12.12.
Счетчики электроэнергии являются стационарными приборами и устанавливаются на трансформаторных подстанциях с вторичным напряжением 0,4 кВ и у потребителей электроэнергии до 1000 В.
По показаниям счетчиков кроме контроля потребления электроэнергии можно определять средневзвешенный коэффициент мощности за определенный период. Коэффициент мощности вычисляется следующим образом
(12.11)
Дата добавления: 2016-03-05; просмотров: 791;