Измерение влажности воздуха, газа

(Задача №3 для вариантов 17-23)

1 Психрометрический метод

Он основан на использовании зависимости относительной влажности воздуха от разности температур сухого и влажного термометров. Для определения влажности используется психометрическая таблица (в справочнике). Приборы, основанные на

психометрическом методе, оснащены двумя одинаковыми термометрами (термосопротивлениями), один из которых постоянно влажный. При этом используются различные мостовые схемы, рисунок 5.

 

РА

R

 

R₅ R_c

 

R_M

 

R₄

R₂

 

U_пит

 

 

 

Рисунок 5 – Мостовая схема психрометра

 

Конденсационный метод

Конденсационный метод основан на определении относительной влажности по известным температурам воздуха (газа) и точки росы. Эта точка

контролируется визуально или с помощью фотоэлементов. При расчетах можно пользоваться следующим выражением для относительной влажности:

 

а + Т – в ( Т – Т_d)

j = ----------------------------- * 100%, (1.28)

а + Т + в ( Т – Т_d)

где Т и Т_d - температура воздуха и точки росы;

а и в - постоянные коэффициенты (в диапазоне температур воздуха 293 313К, а = 105, в = 3,9).

Одна из схем гигрометра приведена на рисунке 6.

 

 

 

 

mV

1-источник света; 2- зеркальце; 3- фотоэлемент; 4- усилитель; 5- реле;

6 -полупроводниковая батарея; 7-термоэлектрический преобразователь

 

Рисунок 6 – Фотоэлектрический гигрометр

Охладителем является полупроводниковая термоэлектрическая батарея 7, работающая по принципу эффекта Пельтье: повышение температуры одного спая и понижение температуры другого спая при прохождении тока в термоэлектрической цепи. К холодному спаю полупроводникового элемента батареи припаяно металлическое зеркальце 2. Для измерения температуры зеркальца к его поверхности припаян термоэлектрический преобразователь, подключенный к милливольтметру.

В отсутствии на поверхности зеркала конденсата, падающий на него от осветителя 1 световой поток отражается и попадает на фотоэлемент 3. В цепи фотоэлемента проходит фототок, который усиливается электронным усилителем и управляет работой реле 5. При этом через термоэлемент полупроводниковой батареи 6 проходит ток и зеркало охлаждается. Появление конденсата на поверхности зеркала приводит к рассеянию светового потока, уменьшающего освещенность фотоэлемента, уменьшению фототока и переключению реле, при котором питание термоэлемента отключается. Так как окружающая температура выше температуры зеркала, конденсат с поверхности зеркала быстро испаряется, и реле вновь включает в работу термоэлемент полупроводниковой батареи.

 

Емкостные влагомеры

Работают по принципу изменения емкости конденсатора, в котором измеряемое вещество играет роль диэлектрика, с изменением его влажности.

 

С = (1.29)

где e _а - абсолютная диэлектрическая проницаемость, Ф/м;

l - высота слоя измеряемого вещества, м;

D₁ и D₂ -внутренний и внешний диаметры измерительного конденсатора, м.

 

 

Варианты заданий к контрольной работе

 

Вариант 1

1. При изменении температуры на 40°С относительное изменение высоты столбика ртутного термометра составляет 1,02 по сравнению с первоначальным. При каком изменении температуры оно будет 1,08, если коэффициент объёмного расширения ртути 1,72 10^-4 1/С°?

2. Атмосферное давление в зоне установки двухтрубного манометра, заполненного ртутью с r_v=14 г/см³, равно 101,3 кПа. Определить избыточное и абсолютное давления, если разность уровней 100 мм.

3. В поплавковом уровнемере масса поплавка 2,8 кг, объём 420 см³, масса противовеса 2 кг. При измерении верхнего уровня поплавок находится на расстоянии 5 м от дна резервуара, а противовес – на расстоянии 2 м, масса троса 0,2 кг на погонный метр. Определить, какая часть объема поплавка будет погружена, если плотность измеряемой жидкости 950 кг/м³.

4. Автоматизация газомоторного компрессора. Автоматический контроль параметров в электрической системе.

5. Виды и методы измерений. Погрешности измерений.

Вариант 2

1. Каким должен быть рабочий ход стержня длиной 100 мм латунного термометра расширения со шкалой -100-500⁰С? Коэффициент линейного расширения принять 0,2 10^-4 1/С°.

2. Абсолютное давление контролируемой среды менялось от 500 до 1200 кПа, атмосферное давление 101,3 кПа. Определить, в каких пределах меняется разность уровней в двухтрубном манометре, заполненном ртутью с r_v=14 г/см³.

3. Масса поплавка уровнемера 3 кг. При изменении нижнего уровня он находится на расстоянии 0,2 м от дна резервуара, а противовес массой 2 кг – на высоте 3,5 м. Масса троса 0,2 кг на погонный метр. Определить наименьший объём, который должен иметь поплавок, если плотность жидкости 1000 кг/м³.

4. Автоматический запуск и остановка газомоторного компрессора.

5. Средства измерений, их метрологические характеристики.

Вариант 3

1. При увеличении перепада температур на 200°С° относительное изменение длины стержня равно 1% от первоначального значения l₀. Найти коэффициент линейного расширения материала стержня.

2. Жидкостный манометр отградуирован при атмосферном давлении 101,3 кПа на измерение абсолютного давления до 130 кПа Изменится ли избыточное давление прибора, заполненного ртутью, при паденииатмосферного давления до 97 кПа.? Определить относительную погрешность измерения абсолютного давления, если показание прибора соответствует 130 кПа.

3. Определить передаточное число редуктора поплавкового уровнемера, одно из колёс которого связано с барабаном, наматывающим трос, другое – со стрелкой указателя, если при перемещении поплавка от 0 до 1,5 м угол поворота указателя равен 270°. Диаметр барабана 100 мм.

4. Автоматический контроль и сигнализация основных параметров газотурбинных установок на компрессорных станциях.

5. Термометры расширения. Устройство, принцип действия, область применения.

Вариант 4

1. Длина указателя дилатометрического термометра равна 150 мм, а расстояние от её точки крепления до латунного стержня (a_с=0,2 10^-41/С°) равно 15 мм. Найти цену деления и чувствительность термометра, если начальная длина стержня l₀=50 мм.

2. Жидкостный манометр, заполненный спиртом, градуируется при температуре 20°С; плотность спирта r_V0=800 кг/м³. Определить, как изменится чувствительность прибора при температуре 30°С, если р_V=790 кг/м³. Найти погрешность измерения давления Р_изб= ±1кПа.

3. Контактно-механический уровнемер рассчитан на измерение уровня до 5 м. Сколько оборотов сделает электромеханическая лебёдка диаметром 0,5 м? Выбрать коэффициент передачи редуктора, связывающего лебёдку с сельсином-датчиком, если его поворот должен быть не более 180°.

4. Регулирование параметров газотурбинных агрегатов.

5. Манометрические термометры. Устройство, принцип действия, типы, область применения.

Вариант 5

1. Выбрать соотношение плеч рычага дилатометрического термометра с диапазоном измерения –100… -500°С° так, чтобы его шкала имела линейный размер 60 мм. В термометре используется латунный стержень (a_с=0,2 10^-41/С°) длиной l₀ =100 мм

2. Длина каждой из трубок U-образного манометра 0,5 м. Для каких избыточных давлений можно использовать манометр, если его заполнить ртутью (р_V=13800 кг/м³), водой (р_V=100 кг/м³) или спиртом (р_V=800 кг/м³)?

3. На рисунке 7 приведена принципиальная схема мембранного сигнализатора уровня. При каком давлении среды сработает сигнализатор с мембраной диаметром 50 мм и толщиной 0,5 мм, если модуль упругости материала мембраны Е =20 ГПа, а рабочий ход микропереключателя 2 мм?

4. Автоматизация газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-6,3.

5. Термоэлектрические преобразователи. Устройство, принцип действия, типы, характеристики.

1 – мембрана, 2 – диск, 3 – возвратная пружина,

4 – микропереключатель, 5 – корпус

Рисунок 7 – Мембранный сигнализатор уровня

Вариант 6

1. На какие давления должна быть рассчитана термосистема жидкостного манометрического термометра со шкалой от –100⁰С до 350⁰С, если при 20°С°давление 1,5 МПа, а коэффициент объёмного расширения a_V=0,2%/ С°?

2. На рисунке 8 приведен грузопоршневой манометр. Диаметр поршня 50 мм. Рассчитать массу груза таким образом, чтобы с помощью манометра можно было измерить давление до 1 кПа.

3. Какой минимальный уровень жидкости номинальной плотностью р_V=950 кг/м³ можно измерить с помощью буйкового уровнемера, если масса буйка 5 кг, диаметр 40 мм?

4. Автоматизация газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-16.

5. Термосопротивления, конструкция, принцип действия, характеристики, типы. Термометры ГПА.

1 – груз, 2 – поршень, 3 – измерительный цилиндр

Рисунок 8 – Грузопоршневой манометр

Вариант 7

1. Найти начальный перепад температур термобаллона, если при его увеличении на 100°С давление в термосистеме газового манометрического термометра увеличилось в 2 раза.

2. Мембрана манометра диаметром 80 мм, толщиной 0,8 мм, с модулем упругости 150 ГПа деформируется под действием давления от 2 до 5 мм. Найти диапазон измеряемых давлений.

3. Показания дифманометра пьезометрического уровнемера 1 кПа. Определить значения уровня жидкости номинальной плотностью r_V=880 кг/м³ в резервуаре.

4. Система агрегатной автоматики А-705-15-09М.

5. Деформационные манометры. Устройство, принцип работы, область применения.

 

Вариант 8.

1. Найти значение термо-ЭДС для термопары типа ТПП при температуре измеряемой среды Т=50⁰С. Температура холодных спаев 0°С° (см. таблицу).

2. Для мембраны манометра толщиной 0,8 мм, диаметром 64 мм и модулём упругости 150 ГПа, допустимое напряжение не должно превышать 450 МПа. Определить наибольшее измеряемое давление и максимально допустимое перемещение центра мембраны, если Е_G =200 ГПа.

3. Пьезометрический уровнемер рассчитан на измерение уровня до 0,5 м в жидкости плотностью 1200 кг/м³. Абсолютное давление в резервуаре 50 кПа. Определить минимальное давление воздуха в пьезометрической трубке, необходимое для измерения максимального уровня (рисунок 9).

4. Система агрегатной автоматики МСЦКУ-50.

5. Грузопоршневые манометры. Устройство, принцип работы, область применения.

 

 

Рисунок 9 – Пьезометрический уровнемер

Вариант 9

1. Измеренное значения термо-ЭДС для термопары типа ТХА при температуре холодных спаев Т₀=0°С составило 5,2 мВ; Найти значение температуры контролируемой среды (см. таблицу).

2. Определить напряжение на обкладках пьезоэлектрического преобразователя давления, состоящего из пяти пластинок кварца толщиной 1мм и площадью поверхности 100 мм², если ёмкость измерительной цепи С_вх=20 пФ, а к преобразователю приложено давление 500 кПа.

3. Давление в напорной трубке уровнемера 200 кП. Плотность воды в открытом резервуаре при нормальных атмосферных условиях r_V=1000кг/м³. Какой максимальный уровень можно измерить пьезометрическим уровнемером (рисунок 9)?

4. Запуск и остановка электроприводного газоперекачивающего агрегата.

5. Измерительные преобразователи давления тензорезисторные. Устройство, принцип действия, область применения.

Вариант 10

1. Найти значения температурной чувствительности термопары типа ТХК в диапазоне температур от 0 до 500⁰С. Построить график зависимости чувствительности от температуры.

2. Напряжение на пьезокристалле кварца преобразователя давления меняется от 10 до 50 В. Определить диапазон изменения давления в случае использования четырёх пластин толщиной 0,8 мм и размером 20х10 мм каждая. Ёмкость измерительной цепи 10 пФ.

3. Для измерения уровня жидкости в закрытом резервуаре используют дифференциальный манометр. Определить показания прибора при изменении уровня от 1 до 3 м, если плотность жидкости r_V=1050 кг/м³, давление воздуха в резервуаре 200 кПа. Найти давления в плюсовой и минусовой трубках манометра.

5. Измерительные преобразователи давления дифференциально-трансформаторные. Устройство, принцип действия, область применения.

 

вариант 11.

1. Измеренное значение термо-ЭДС при температуре Т=150°С° составляет 1,1 В. Определить тип использованной термопары и погрешность нахождения термо-ЭДС Е (150, Т₀) при Т₀=0°С°.

2. Подобрать число пластин пьезоэлектрического преобразователя так, чтобы при давлении 10 атм напряжение на его выходе было 30 В. Ёмкость преобразователя С₀=5пФ, ёмкость измерительной цепи С_вх=8пФ, площадь пластины S = 100 мм².

3. Для измерения уровня жидкости плотностью r_V=1050 кг/м³ в открытом резервуаре используют дифференциальный манометр, минусовая трубка которого соединена с атмосферным воздухом. Определить показания манометра при нулевом уровне и максимальном уровне воды 5м, если он расположен ниже нулевого уровня резервуара на 3 м.

4. Автоматизация воздушных компрессорных установок.

5. Гидростатические уровнемеры. Устройство, принцип действия, область применения.

Вариант 12

1. При измерении температуры с помощью термопары типа ТХА термо-ЭДС равна 5,5мВ при температуре холодных спаев Т₀=30°С°. Найти истинное и измеренные значения температуры.

2. Тензодатчик сопротивлением 500 Ом и длиной 50 мм наклеен на мембрану деформационного манометра. При давлении 5 кПа его длина стала 55 мм. Определить чувствительность тензодатчика и изменение сопротивления, если к_Д =2.

3. На рисунке 10 приведена схема простейшего гидростатического уровнемера – водомерного стекла. Определить объём и массу воды в измерительном резервуаре диаметром 1 м, если максимальный уровень в трубке соответствовал 0,8 м. Плотность воды 990 кг/м³.

4. Автоматизация установок водоснабжения.

5. Поплавковые и буйковые уровнемеры. Устройство, принцип работы, область применения.

 

 

Рисунок 10 – Водомерное стекло

 

Вариант 13

1. До какой температуры окружающей среды, в которой расположены холодные спаи термопары типа ТПП, можно проводить измерение температуры в диапазоне от 100 до 200⁰С, с погрешностью измерения не выше 10⁰С?

2. Для измерения давления воздуха используют ёмкостный манометр. При отсутствии давления расстояние между обкладкой и тонкой мембраной 1 мм, ёмкость прибора С=100 пФ. Определить значения ёмкости при перемещении мембраны на 0,2 и 0,8 мм при давлениях 10 и 40 кПа. Определить чувствительность ёмкостного манометров.

3. Для измерения уровня воды используют цилиндрический конденсатор. Длина цилиндра 1,5 м, диаметр 40 мм и 5 мм. Определить наибольший диапазон изменения емкости конденсатора.

4. Автоматизация котельных установок.

5. Средства контроля за концевыми уплотнителями вала турбин и нагнетателей ГПА.

Вариант 14

1. Построить график зависимости Е (Т, Т₀)=f(Т) для термопары типа ТХА в диапазоне от 0 до 600°С при Т₀=0°С. Как изменится график при температуре холодных спаев 20°С?

2. Ёмкостный манометр используют для измерения давления жидкости от 10 до 50 кПа, причём ёмкость меняется от 4 до 20 пФ. В измерительной цепи его применяют в резонансном контуре с индуктивностью 0,1 мГн, питание которого от источника переменного напряжения с f=4 МГц. При каком давлении контур будет работать в режиме резонанса?

3. Начальная ёмкость конденсатора ёмкостного уровнемера при отсутствии жидкости в нём 50 пФ. Определить значения ёмкости при значениях уровня 0,25Н_max для жидкости с относительной диэлектрической проницаемостью =8.

4. Автоматизация источников энергоснабжения на компрессорных станциях.

5. Автоматизированные системы управления (АСУ). Режимы работы АСУ. АСУ «Промысл».

Вариант 15

1. Термопару типа ТХК используют в диапазоне температур от 0° до 600°С. Найти значения термо-ЭДСЕ(300, 100), если градуировка термопары проведена при Т₀=0°С.

2. По трубопроводу диаметром D =100 мм движется поток жидкости со средней скоростью 5 м/с. Определить объёмный и массовый расходы жидкости, если её плотность r_V= 955кг/м³.

3. Чувствительность ёмкостного уровнемера 10 нФ/м. Определить изменение реактивного сопротивления конденсатора при измерении уровня от 0,5 до 1 м, если измерительная цепь подключается к источнику переменного ток напряжения частотой 10 кГц. Ёмкостью соединительных линий пренебречь.

4. Автоматический контроль работы нефтеперекачивающего агрегата и насосной станции.

5. Измерители положения колокола газгольдеров.

 

 

Приложение 1

 

Градуировочная характеристика для медных термометров

сопротивления ТСМ – М

(в таблице приведено отношение W₁₀₀ = R₁₀₀/R₀, где R₀, R₁₀₀ соответственно сопротивление термометра при 0 ˚С и 100 ˚С).

t, оС
	1,0000	1,0043	1,0085	1,0128	1,0170	1,0213	1,0256	1,0298	1,0341	1,0383
	1,0426	1,0469	1,0511	1,0554	1,0596	1,0639	1,0682	1,0724	1,0767	1,0809
	1,0852	1,0895	1,0937	1,0980	1,1022	1,1065	1,1108	1,1150	1,1193	1,1235
	1,1278	1,1321	1,1363	1,1406	1,1448	1,1491	1,1534	1,1576	1,1619	1,1661
	1,1704	1,1747	1,1789	1,1832	1,1874	1,1917	1,1960	1,2002	1,2045	1,2087
	1,2130	1,2173	1,2215	1,2258	1,2300	1,2343	1,2386	1,2428	1,2471	1,2513
	1,2556	1,2599	1,2641	1,2684	1,2726	1,2769	1,2812	1,2854	1,2897	1,2939
	1,2982	1,3025	1,3067	1,3110	1,3152	1,3195	1,3238	1,3280	1,3323	1,3365
	1,3408	1,3451	1,3493	1,3536	1,3578	1,3621	1,3664	1,3706	1,3749	1,3791
	1,3834	1,3877	1,3919	1,3962	1,4004	1,4047	1,4090	1,4132	1,4175	1,4217
	1,4260	1,4303	1,4345	1,4388	1,4430	1,4473	1,4516	1,4558	1,4601	1,4643
	1,4686	1,4729	1,4771	1,4814	1,4856	1,4899	1,4942	1,4984	1,5027	1,5069
	1,5112	1,5155	1,5197	1,5240	1,5282	1,5325	1,5368	1,5410	1,5452	1,5495
	1,5538	1,5581	1,5623	1,5666	1,5708	1,5751	1,5794	1,5836	1,5879	1,5921
	1,5964	1,6007	1,6049	1,6092	1,6134	1,6177	1,6220	1,6262	1,6305	1,6347
	1,6390	1,6433	1,6475	1,6518	1,6560	1,6603	1,6646	1,6688	1,6731	1,6773
	1,6816	1,6859	1,6901	1,6944	1,6986	1,7029	1,7072	1,7114	1,7157	1,7199
	1,7242	1,7285	1,7327	1,7370	1,7412	1,7455	1,7498	1,7540	1,7583	1,7625
	1,7668	1,7711	1,7753	1,7796	1,7838	1,7881	1,7924	1,7966	1,8009	1,8051
	1,8094	1,8137	1,8179	1,8222	1,8264	1,8307	1,8350	1,8392	1,8435	1,8477
	1,8520	-	-	-	-	-	-	-	-	-

 

 

Приложение 2

 

Градуировочная характеристика для платиновых

термометров сопротивления ТСП – П

(в таблице приведено отношение W₁₀₀ = R₁₀₀/R₀, где R₀, R₁₀₀ соответственно сопротивление термометра при 0 ˚С и 100 ˚С).

 

t, оС
	1,7703	1,7741	1,7778	1,7815	1,7852	1,7890	1,7927	1,7964	1,8002	1,8039
	1,8076	1,8113	1,8150	1,8188	1,8225	1,8262	1,8299	1,8336	1,8373	1,8411
	1,8448	1,8485	1,8522	1,8559	1,8596	1,8633	1,8670	1,8707	1,8744	1,8781
	1,8818	1,8855	1,8892	1,8929	1,8966	1,9003	1,9040	1,9077	1,9114	1,9150
	1,9187	1,9224	1,9261	1,9298	1,9335	1,9372	1,9408	1,9445	1,9482	1,9519
	1,9555	1,9592	1,9629	1,9665	1,9702	1,9739	1,9776	1,9812	1,9849	1,9885
	1,9922	1,9959	1,9995	2,0032	2,0069	2,0105	2,0142	2,0178	2,0215	2,0251
	2,0288	2,0324	2,0361	2,0397	2,0434	2,0470	2,0507	2,0543	2,0580	2,0616
	2,0652	2,0689	2,0725	2,0762	2,0798	2,0834	2,0870	2,0907	2,0943	2,0980
	2,1016	2,1053	2,1088	2,1124	2,1161	2,1197	2,1233	2,1269	2,1306	2,1342
	2,1378	2,1414	2,1450	2,1486	2,1523	2,1559	2,1595	2,1631	2,1667	2,1703
	2,1739	2,1775	2,1811	2,1847	2,1883	2,1919	2,1955	2,1991	2,2027	2,2063
	2,2099	2,2135	2,2171	2,2207	2,2243	2,2278	2,2314	2,2350	2,2386	2,2422
	2,2458	2,2493	2,2529	2,2565	2,2601	2,2636	2,2672	2,2708	2,2744	2,2779
	2,2815	2,2851	2,2886	2,2922	2,2958	2,2994	2,3029	2,3065	2,3100	2,3136
	2,3171	2,3207	2,3243	2,3278	2,3314	2,3349	2,3385	2,3420	2,3456	2,3491
	2,3527	2,3562	2,3598	2,3633	2,3668	2,3704	2,3739	2,3775	2,3810	2,3845
	2,3881	2,3916	2,3951	2,3987	2,4022	2,4057	2,4093	2,4128	2,4163	2,4198
	2,4234	2,4269	2,4304	2,4339	2,4374	2,4410	2,4445	2,4480	2,4515	2,4550
	2,4585	2,4620	2,4656	2,4691	2,4726	2,4761	2,4796	2,4831	2,4866	2,4901
	2,4936	2,4971	2,5006	2,5041	2,5076	2,5111	2,5146	2,5180	2,5215	2,5250
	2,5285	2,5320	2,5355	2,5390	2,5425	2,5459	2,4594	2,5529	2,5564	2,5599
	2,5633	2,5668	2,5703	2,5738	2,5772	2,5807	2,5842	2,5876	2,5911	2,5946
	2,5980	2,6015	2,6050	2,6084	2,6119	2,6153	2,6188	2,6222	2,6257	2,6292
	2,6326	2,6361	2,6395	2,6430	2,6464	2,6499	2,6533	2,6568	2,6602	2,6636
	2,6671	2,6705	2,6740	2,6774	2,6808	2,6843	2,6877	2,6911	2,6946	2,6980
	2,7014	2,7048	2,7083	2,7117	2,7151	2,7185	2,7220	2,7254	2,7288	2,7322
	2,7356	2,7391	2,7425	2,7459	2,7493	2,7527	2,7561	2,7595	2,7629	2,7663
	2,7698	2,7732	2,7766	2,7800	2,7834	2,7868	2,7901	2,7935	2,7969	2,8003
	2,8037	2,8071	2,8105	2,8139	2,8173	2,8207	2,8241	2,8275	2,8308	2,8342
	2,8376	2,8410	2,8444	2,8477	2,8511	2,8545	2,8578	2,8612	2,8646	2,8686

 

 

Приложение 3