Принцип измерения

TTÜ VIRUMAA KOLLEDŽ
Energeetika ja automaatika lektoraat
Üliõpilane:
Tehtud:
Rühm:
Arvestatud:
Töö nimetus ja nr.: №1. Измерение скорости потока газа анемометром типа
«ветряной мельницы»
Цели эксперимента
1) Исследовать зависимость объемного расхода потока, произведенной вентилятором, от
входного напряжения мотора.
Приборы и материалы ( Смотри на схеме соединений)
1. Источник электропитания +/- 15V
2. Генератор уставки 73402
3. Усилитель 73413
4. Вентилятор
5. Анемометр типа «ветряной мельницы»
6. Мультиметр
7. Соединительные провода
Краткая теория
Датчики расхода, основанные на измерении разности давлений, работают в соответствии с
законом Бернулли. Движущийся в трубопроводе газ имеет постоянный объемный расход
во всех сечениях. Анемометр - прибор для измерения скорости ветра и газовых потоков.
Турбинные расходомеры
Измеряемый поток приводит в движение турбинку. Скорость вращения турбинки
гропорциональна скорости потока, т. е. расходу. Снаружи корпуса устанавливают
дифференциально-трансформаторный преобразователь, а у одной из лопастей турбинки
делают кромку из ферромагнитного материала, При прохождении этой лопасти мимо
преобразователя меняется его индуктивное сопротивление и с частотой,
пропорциональной расходу, изменяется напряжение. Метод линейный и точный.
1
Proximity
detector
Turbine
Support
structure
Bearings
.
Скоростные счетчики Счетчик – число оборотов турбинки,
которое затем
пересчитывается на количество жидкости, прошедщее через счетчик за интервал времени.
Эти счетчики аналогичны по устройству турбинным расходомерам (см. рис.) . Разница
заключается в том, что в расходомерах измеряется скорость вращения турбинки, а в
счетчиках – число ее оборотов, которое затем пересчитывается на количество жидкости,
прошедщее через счетчик за интересующий нас интервал времени, (за месяц).
Анемометр типа ветряной мельницы (windmill) измеряет среднюю скорость газа.
Скорость вращения определяет оптический преобразователь. Выходное значение аналоговое напряжение (1V = 1 m/s). Объем перемещаемого воздуха определяют путем
перемножения средней скорости на величину поперечного сечения потока в
квадратных метрах.
Анемометр типа ветряной мельницы работает как пропеллер и должен быть установлен в
направлении воздушного потока с его осью.
Число вращений, сделанных ветряной мельницей, линейно связано со скоростью потока и
зависит от давления, температуры, плотности и влажности.
Произведенный импульс преобразуется непосредственно в сигнал аналогового выхода в
электронной цепи (f/U - преобразователь). Напряжение аналогового выхода
непосредственно пропорционально скорости потока газа. Обьемный расход газа может
быть вычислен из скорости и площади поперечного сечения трубы.
Q=A*v,
где
v - Скорость потока газа,
A - Площадь поперечного сечения трубы.
2
Подготовка эксперимента. Инициализация системы
Общий вид установки для измерения расхода газа
Рис. 1 Стенд Расход газов




(9) Вентилятор (Blower for producing a constant gas flow) 66630.
(10) Анемометр типа «ветряной мельницы (Windmill type anemometer) 666632
(8) Источник питания (Stabilized power supply ± 15 V/3 A)
(18) Преобразователь (Transducer)
Вентилятор (Blower for producing a constant gas flow 66630)
Вентилятор используется для того, чтобы произвести постоянный газовый поток.
Скорость и объем газа - регулируемые параметры. Управляют или вручную
использованием потенциометров или внешне посредством напряжений от 0...... 10 V.
Максимальный объем газа: 150 m3/h.
Вентилятор (Рис.2) снабжен с помощью электронной коммутации DC двигателем
постоянного тока с номинальным напряжением 24 V. При скорости 0 вентилятор
производит pi = 70 Pa.
Выключатель коммутатора выставляется в левое положение так, чтобы вентилятор
мог быть включен через потенциометр уставки.
Вентилятор используется, чтобы произвести постоянный объем газового потока, чтобы
произвести измерение расхода газов, используя различные преобразователи.
Требования безопасности.
Не включать электропитание до окончания настраивания полного эксперимента, и затем
включить вентилятор в сеть.
3
Технические данные (см. Рис. 2)
1 Гнездо для источника питания
2 Газовая линия
3 Потенциометр регулирования скорости
4 Выключатель для внутреннего/внешнего контроля
5 Аналоговый вход (0-10 V DC)
Рис. 2 Вентилятор (Blower for producing a constant gas flow 66630)
Управление:
1) внутреннее: через непрерывно регулируемый потенциометр 3;
2) внешнее: через напряжение от 0 до 10 V DC (аналоговый вход);
Переключение между внутренней/внешней регулировкой скорости: через переключатель
4;
Напряжение питания: ± 15 V DC;
Максимальная скорость потока приблизительно 10 м × s-1
Анемометр типа «ветряной мельницы» ('Windmill type anemometer 666632)
Анемометр для механического измерения скорости потока газов. Вращение ветряной
мельницы регистрируется, используя оптический преобразователь. Величина
производится как сигнал TTL или как аналоговое напряжение (1 V = 1 м/секунду). Два
иглообразных держателя служат для фактически лишенной трения поддержки ветряной
мельницы. Анемометр в прозрачной плексигласовой трубе на плате 200x297мм.
Напряжение питания: ± 15 V.
Скорость ветряной мельницы регистрируется, используя световой барьер (optoelectrical
принцип). Цифровой импульс
1) производится как TTL-сигналы или
2) преобразован в аналоговый выходной сигнал (0-10 V).
Из-за его линейности анемометр типа «ветряной мельницы» (Windmill- type anemometer)
используется во всех экспериментах для установки скорости потока (Рис. 3). Аналоговое
выходное напряжение прямо пропорционально скорости потока. Точность измерения
составляет приблизительно 1 % измеряемой величины. Поэтому анемометр типа
«ветряной мельницы» может использоваться как измеренная стандартная уставка в других
процедурах измерения. Таким образом, он не может служить как объект для исследования
погрешности измерения.
4
1.
2.
3.
4.
5.
«Ветряная мельница» и световой барьер
Гнезда для источника питания
Аналоговый выход (0-10 V DC)
Цифровой выход (TTL)
Газовая линия
Рис. 3 Анемометр типа «ветряной мельницы»
Технические данные:
Источник питания: ± 15 V DC
Выход:
аналоговый: 0 to 10 V DC (1 m × s-1 = 1 V)
Дополнительно требуемый для работы - измерительный индикатор 727 41
Установка эксперимента для измерения расхода газов с анемометром типа ветряной
мельницы
5
Внутреннее управление
Регистрация измеренной величины
1. Cобрать схему измерений для анемометра (См. схему подключений)
1.1 Проверить перемычки (белые) по току, напряжению, усилители.
1.2 Проверить тумблеры: задатчик – «вниз», модуль вентилятора – «влево».
1.3 Соединить по напряжению (+15V). Запитать систему (красные провода и синие
(закольцевать)).
1.4 Присоединить провода к мультиметру: красный щуп (выход преобразователя
0...10V)– V Ω, синий щуп ( нулевая шина на стенде) – com.
1.5 Выбрать диапазон измерений (20 V).
1.6 Включить источник питания.
1.7 Изменяя входное напряжение на задатчике, снять показания с преобразователя
частоты вращения в постоянное напряжение.
1.8 Снять показания и занести их в таблицу. Показания снимать в диапазоне 0-10V
через каждый вольт на задатчике.
2. При помощи Excel построить диаграмму отношения входного напряжения к расходу
газа (для этого требуется сделать пересчет выходного напряжения с преобразователя в
расход газа по формуле, зная, что диаметр трубки анемометра равен 3,53 см).
Таблица результатов измерений.
Номер
эксперимента
Напряжение на
задатчике в вольтах
Напряжение на выходе
преобразователя в вольтах
Абсолютная ошибка прибора
∆∑ (согласно записи в
паспорте мультиметра и
выбранной шкале)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Схема соединений.
6
Вопросы для защиты
1.
2.
3.
В каких единицах измеряется объемный и массовый расход?
Как пересчитать скорость потока в трубопроводе известного сечения в расход?
В чем разница между расходомером и счетчиком?
Почему показания анемометр типа ветряной мельницы используется как уставка для других
процедур измерения в экспериментах?
5. Изобразите расходомер по стандарту.
4.
Для дополнительного чтения
Характеристика работы вентиляторной и эжекторной установок определяется объемом
перемещаемого воздуха и давлением, развиваемым вентилятором или эжектором. Для
определения скоростей, а следовательно, и объемов перемещаемого воздуха служат
приборы, называемые анемометрами. Различают анемометры крыльчатые и чашечные.
Крыльчатые анемометры позволяют измерять скорость потоков от 0,5 до 7-10 м/сек
При вращении крыльчатой вертушки счетчик анемометра отмечает число оборотов,
сделанных вертушкой. Измерение скорости производится следующим образом.
Предварительно записывают показание счетчика анемометра. Затем помещают анемометр
непосредственно в поток воздуха и включают счетчик одновременно с пуском
секундомера. Через 30-60 сек и счетчик и секундомер отключают (строго одновременно) и
новое показание счетчика фиксируют. Разность показаний счетчика до и после замера,
поделенная на количество секунд, покажет число оборотов в секунду. Далее пользуясь
специальной поправочной таблицей, приложенной к паспорту прибора, определяют
скорость потока в метрах в секунду
При измерении очень важно правильно ориентировать анемометр по потоку. У
крыльчатых приборов ось вертушки должна быть строго параллельна оси потока. Обычно
делается несколько замеров в разных точках поперечного сечения потока, после чего
вычисляется средняя скорость.
Объем перемещаемого воздуха определяют путем перемножения средней скорости на
величину поперечного сечения потока в квадратных метрах.
Давление, развиваемое вентиляторами или эжекторами в воздуховодах, измеряется с
помощью пневмометрической трубки и микроманометра. Пневмометрическая трубка
состоит из двух обособленных каналов, один из которых имеет приемное отверстие с
торца короткого колена трубки и выведен в хвостовой отросток. Второй канал начинается
кольцевым отверстием в колене трубки и выходит к отростку, обозначенному. Первый
отросток позволяет изменять полное давление в воздуховоде, представляющее собой
сумму статического и динамического давлений, а второй - статическое давление.
Микроманометр с наклонной трубкой или тягомер, состоит из сосуда, из которого под
углом 30° выведена стеклянная трубка, снабженная шкалой. Шкала градуирована в кг/м 2
или в мм вод. ст. Сосуд заполняется легкой жидкостью, например керосином. Для
измерения давления выше атмосферного трубка подсоединяется к горлышку сосуда, при
разрежении - к свободному концу наклонной трубки.
7
Для точных вентиляционных измерений мгновенной скорости воздушного потока, а также
температуры воздуха в канале, применяют современные приборы без крыльчатки. Наряду
с компактностью, эти приборы позволяют легко и точно снять нужные параметры,
а форма датчика делает доступными даже замеры через отверстие для канального датчика.
Для измерения скорости 0,1 ... 5 м/с применяют чувствительные крыльчатые анемометры
на струнных осях. Для этого записывают показания стрелок при выключенном счетном
механизме, вводят в воздушный поток вертушку и одновременно включают счетный
механизм и секундомер, через 2 ... 3 мин (также одновременно) их выключают и
записывают новые показания стрелок анемометра и продолжительность замера. Далее из
показаний анемометра после окончания замера вычитают показание анемометра до начала
замера и полученный результат делят на продолжительность замера. По полученному
значению числа делений прибора в секунду и по паспорту анемометра находят скорость
воздушного потока. Непосредственно скорость потока измеряют электроанeмометрами,
которые измеряют ток, протекающий по проволоке (ее температура и сопротивление
зависят от скорости обдувания воздухом), и реактивными анемометрами, в которых угол
отклонения флюгера-указателя пропорционален скорости потока.
Анемометры. Назначение. Устройство.
Производительность вентилятора может быть замерена анемометром. Анемометр прибор для измерения скорости ветра и газовых потоков (в некоторых конструкциях и
направления ветра). Скорость ветра в приборах может определяться тремя способами:
по давлению ветра на движущую часть прибора - анемометрическую вертушку. Это широко распространенный вид анемометров. В этом случае вертушка является
чувствительным элементом. АП1М-1, АСО-3
В крыльчатом и чашечном анемометрах вертушка 1 с лопастям или чашечками,
приводимая во вращение воздушным потоком, соединена со счетным механизмом 2 осью
8. Одна из стрелок счетного механизма показывает единицы и десятки, другая — сотни,
третья — тысячи. Счетный механизм включается рычажком 4. В дифференциальных
крыльчатых анемометрах поддувной механизм направляет струйку поддува с
определенной скоростью да лопасти анемометра, чем компенсируется торможение
прибора от трения.
Для измерения скорости 0,1 ... 5 м/с применяют чувствительные крыльчатые анемометры
на струнных осях. Для этого записывают показания стрелок при выключенном счетном
механизме, вводят в воздушный поток вертушку и одновременно включают счетный
механизм и секундомер, через 2 ... 3 мин (также одновременно) их выключают и
записывают новые показания стрелок анемометра и продолжительность замера. Далее из
показаний анемометра после окончания замера вычитают показание анемометра до начала
замера и полученный результат делят на продолжительность замера. По полученному
значению числа делений прибора в секунду и по паспорту анемометра находят скорость
воздушного потока. Непосредственно скорость потока измеряют электроанемометрами,
которые измеряют ток, протекающий по проволоке (ее температура и сопротивление
зависят от скорости обдувания воздухом), и реактивными анемометрами, в которых угол
отклонения флюгера-указателя пропорционален скорости потока.
8