Применение газовых законов

LOGO
Применение газовых законов
www.themegallery.com
Применение газовых законов
Цель исследования: определить способы
измерения объема жидкости или газа,
выявить оптимальный на основании газовых
законов и изготовить простейший прибор для
определения объема газа или жидкости;
определить с помощью прибора объем газа.
Автор: Мирсаяпова Эльвира
Руководитель: Никифорова Н.А.
www.themegallery.com
LOGO
Определение объема газа или жидкости,
передаваемые по трубам:
• Измерение расхода (объема) жидкости по
перепаду давления на сужающем устройстве;
• Расходомеры постоянного перепада давления;
• Тахометрические расходомеры;
• Скоростные и объемные счетчики количества
жидкости;
• Электромагнитные и ультразвуковые
расходомеры.
www.themegallery.com
LOGO
1. Измерение расхода (объема) жидкости по
перепаду давления на сужающем устройстве
К сужающим устройствам, применяемым на электростанциях, относят диафрагмы,
сопла и сопла Вентури.
Диафрагма
представляет собой тонкий диск с центральным отверстием,
передняя часть которого имеет цилиндрическую форму, переходящую в расширяющийся
конус. Отбор давления осуществляется с помощью кольцевых камер, расположенных по
окружности трубы, или с помощью отдельных отверстий в трубопроводе (бескамерный
отбор). Диафрагмы широко применяют для измерения расходов жидкости, пара или
влажного газа.
Сопло имеет спрофилированную входную часть, которая переходит в
цилиндрический участок диаметром d. Отбор давления осуществляется так же, как и в
диафрагме. Сопла используют для измерения расхода паров и газов, причем они
позволяют измерять больший расход, чем диафрагма. Потери давления и ошибки
измерения у сопла ниже, чем у диафрагмы.
Сопло Вентури
применяют там, где при измерении расхода недопустимы
большие потери давления. Оно состоит из двух частей: стандартного сопла и
диффузора. Отбор давления от сопла осуществляется через кольцевые камеры.
www.themegallery.com
LOGO
2. Расходомеры постоянного перепада давления
К ним относятся гидродинамические, поршневые, поплавковые, ротаметрические
расходомеры.
Наиболее распространенными приборами группы расходомеров постоянного перепада
давления являются ротаметры, которые имеют ряд преимуществ перед
расходометрами переменного перепада давления:
а) потери Р незначительны и не зависят от расхода;
б) имеют большой диапазон измерения и позволяют измерять малые расходы. Принцип
действия основан на измерении положения Н поплавка, вращающегося в
расширяющейся кверху трубке под влиянием направленной вверх струи.
Q - расход проходящего через трубку газа или жидкости,
 - угол наклона стенок трубки.
Зависимость Q от Н нелинейна, но в начальном и среднем участках равномерность
делений шкалы искажается в незначительной степени.
Отсутствие прямой зависимости между Q и Н требует индивидуальной
градуировки каждого прибора.
Ротаметрические трубки обычно изготавливаются из стекла, на которое
наносится шкала. Ротор также может быть изготовлен в виде шарика или диска.
www.themegallery.com
LOGO
3. Тахометрические расходомеры
Принцип действия тахометрических расходомеров основан на измерении средней
скорости потока, которая пропорциональна объемному расходу вещества. В таких
расходомерах рабочее тело под действием потока вращается, при этом его угловая
скорость вращения пропорциональна скорости потока вещества, а следовательно, и
объемному расходу.
В зависимости от конструкции чувствительного элемента тахометрические
расходомеры бывают турбинные и шариковые.
Турбинные расходомеры применяют для измерения расхода жидкостей, в
частности мазута.
Турбинные расходомеры определяют расходы жидкостей в широком диапазоне, в
трубопроводах диаметром от 4 до 750 мм при давлениях до 250 МПа и температурах
от -240 до +700°С. Достоинствами турбинных расходомеров являются малая
инерционность и высокая точность (погрешность 0,5%), а их недостатками —
зависимость от расхода и вязкости среды, износ опор турбины.
www.themegallery.com
LOGO
4. Скоростные и объемные счетчики количества
жидкости
Счетчики характеризуются следующими параметрами:
1) диаметром входного патрубка; потерей давления, вызываемой прибором; нижним и верхним
пределами измерения;
2) порогом чувствительности;
3) предельно допускаемым избыточным давлением и предельной температурой измеряемой
жидкости.
По принципу действия выпускаемые тахометрические счетчики количества жидкости разделяют на
скоростные и объемные.
Скоростные счетчики широко распространены в системах водоснабжения и тепловых
сетях для учета отпускаемого потребителям количества холодной и горячей воды. На ТЭС их
применяют в основном для измерения расхода технической воды.
В качестве чувствительных элементов в скоростных счетчиках применяют турбины (с
аксиальным подводом вещества) или крыльчатки (с тангенциальным подводом вещества).
Объемные счетчики широко применяют в химической и нефтеперерабатывающей
отраслях промышленности, но из-за неприемлемых технических характеристик не используют
на ТЭС. Принцип их действия основан на отмеривании определенного объема проходящего
через прибор вещества и суммировании результатов измерения. К объемным относят
поршневые, с овальными шестернями и ротационные счетчики.
www.themegallery.com
LOGO
5. Электромагнитные и ультразвуковые
расходомеры
Электромагнитные расходомеры
изготовляются классов точности 1 и 1,5 с
постоянным и переменным магнитным полем. Первые расходомеры из-за эффекта
поляризации у электродов применяют для определения расхода жидкометаллического
теплоносителя, вторые - для определения расхода электропроводных растворов.
Принцип их действия основан на возникновении э.д.с в проводнике, пропорциональной
скорости его движения в магнитном поле. Роль проводника в расходомере играет
электропроводная жидкость, а магнитное поле создается внешними устройствами.
Измеряя наведенную э.д.с, можно определить среднюю скорость жидкости, а
следовательно, и ее расход.
Ультразвуковые расходомеры служат в основном для измерения расхода
жидкостей. Принцип их действия основан на использовании ультразвука, скорость
которого относительно трубопровода зависит от скорости измеряемого потока. Эти
расходомеры состоят из излучателя и приемника ультразвуковых колебаний. Приемник в
виде пьезоэлемента преобразует механическую деформацию, вызванную
ультразвуком, в электрический сигнал. Скорость потока определяют измерением
интервала времени  прохождения ультразвуковых импульсов по потоку и
против него. По методу измерения интервала  ультразвуковые расходомеры
разделяют на частотные, фазовые и времяимпульсные.
www.themegallery.com
LOGO
Сравнение:
Способ
Достоинства
Недостатки
Измерение расхода (объема)
жидкости по перепаду
давления на сужающем
устройстве
Позволяют измерять больший
расход; применяются при
недопустимо больших потерях
давления
Хорошая изнашиваемость
Расходомеры постоянного
перепада давления
Потери давления
незначительны и не зависят от
расхода; позволяют измерять
малые расходы
Ротаметрические трубки
обычно изготавливаются из
стекла
Тахометрические
расходомеры
Малая инерционность и
высокая точность
Зависимость от расхода и
вязкости среды, износ опор
турбины
Скоростные и объемные
счетчики количества
жидкости
Основная погрешность
скоростных счетчиков не
превышает 2%
Хорошая изнашиваемость,
гарантия не более 7 лет
Электромагнитные и Применяют для определения
расхода электропроводных
ультразвуковые
растворов
расходомеры
Сложное строение
www.themegallery.com
LOGO
ИТАК,
сравнивая способы определения объема газа
или жидкости, передаваемые по трубам,
найдены достоинства и недостатки. Учитывая
достоинства и недостатки перечисленных выше
приборов, мы изготовили свой прибор из
имеющегося оборудования
www.themegallery.com
LOGO
Прибор для измерения объема газа,
передаваемого по трубам
Оборудование:
пластиковая бутылка,
стеклянная трубка,
капилляр,
манометр,
резиновая трубка,
мензурка,
кран,
пробка с двумя
отверстиями.
www.themegallery.com
LOGO
Описание установки:
1. Пластиковая бутылка;
2. Стеклянная трубка;
3. Капилляр;
4. Пробка с двумя отверстиями;
5. Резиновая трубка;
6. Манометр;
7. Жидкость – вода;
8. Мензурка;
9. Кран;
10. Подставка.
www.themegallery.com
LOGO
Принцип действия:
Установка для определения объема газа состоит из сосуда пластиковой бутылки -1 с краном-9 и пробки-4. В пробку вставлен
капилляр-3, через который и будет протекать воздух. Пространство
над водой, воздух, наливаем в сосуд воду, соединяем трубкой-5 с
манометром-6. Манометр измеряет разность давлений воздуха в
комнате и в сосуде. При закрытом кране давление воздуха в сосуде
и комнате одно и то же (р1 = р2 – изобарный процесс). Уровни
жидкости в левом и в правом коленах манометра одинаковы. Если
открыть кран, то вода из сосуда начнет быстро выливаться,
давление в сосуде будет падать. Вследствие этого скорость
истечения воды со временем уменьшается.
Когда вода из крана начнет вытекать каплями
устанавливается равновесие: какой объем воздуха входит в
сосуд через капилляр за определенное время, такой же
объем воды вытечет через кран (V = const).
www.themegallery.com
LOGO
Эксперимент:
1) Подставим под кран измерительный цилиндр. Измерим
разность уровней жидкости в левом и в правом коленах
манометра.
www.themegallery.com
LOGO
Эксперимент:
2) Откроем кран и одновременно запустим секундомер.
www.themegallery.com
LOGO
Эксперимент:
3) Сразу после этого измерим показание манометра, измерив
разность уровней жидкости в левом и правом коленах.
www.themegallery.com
LOGO
Эксперимент:
4) Дождаться, пока в мензурку наберется определенный объем
воды. Результат записать в таблицу.
www.themegallery.com
LOGO
Эксперимент:
5) Закрыть кран, одновременно установив секундомер. Записать
время истечения воды t.
www.themegallery.com
LOGO
h1
Эксперимент:
6) Определить среднее показание манометра во время опыта по
формуле h = (h1 + h2)/2.
7) Определить объем жидкости в мензурке 8.
8) Провести опыт еще 4 раза по пунктам 2-7.
9) Вычислить погрешность измерений.
10) Подвести итог эксперимента.
www.themegallery.com
LOGO
Результаты эксперимента:
1. При закрытом кране высота столба жидкости
h1 = 0,12 м,
h2 = 0,12 м,
2. Результаты измерений:
Δh = 0 м.
№
опыта
h1, м
h2, м
h, м
t, c
V, м 3
1
0,14
0,1
0,12
12,07
86*10-6
2
0,14
0,1
0,12
23,78
88*10-6
3
0,14
0,1
0,12
18,0
94*10-6
4
0,14
0,1
0,12
17,81
88*10-6
5
0,145
0,095
0,12
13,53
86*10-6
3. Вычисления (пример):
h
0.14  0.1
 0.12( м)
2
Vср, м 3 ε, %
88,4*10-6
2,5
(86  88  94  88  86) *106
Vср 
 88.4 *10 6 ( м3 )
5

V  Vср
Vср
*100%  2,5%
www.themegallery.com
LOGO
ВЫВОД:
Изготовили прибор для определения
объема газа или жидкости;
объем воздуха, входящего в сосуд через
капилляр за определенное время равен
объему воды, вытекшей через кран;
объем равен 88,4*10-6м3
погрешность наших измерений 2,5%
Источники информации
www.themegallery.com
LOGO
ВЫХО
Д
www.themegallery.com
LOGO
Сужающие устройства: а - диафрагма,
б - сопло,
в - сопло Вентури
Первичные преобразователи
расхода жидкости:
а - турбинный,
б - шариковый
Схема счетчика с овальными шестернями:
а - первое положение (исходное);
б - второе положение;
в - третье положение
Схема действия ковшового счетчика жидкости
Скоростной счетчик с винтовой вертушкой
Принципиальная схема ротационного счетчика
Ультразвуковой расходомер
счетчик
US-800
Ультразвуковой теплосчетчик ЭНКОНТ
Новейшая разработка!
модель 2009 года!
Ультразвуковой теплосчетчик (счетчик тепла)
СТД на базе ультразвукового расходомера US800
Ультразвуковой расходомер US 800
Источники информации:
http://news.1september.ru/
rrc.dgu.ru/
www.en.edu.ru/
ens.tpu.ru/
www.trancity.ru/
«Обучение деятельности на уроках физики» Е.А. Румбешта,
ж. «Физика в школе» №7. 2003г.
«Экспериментальные задания» В.Ф. Шилов. Ученические
мини – проекты).
Intel Обучение для будущего, Москва 2004
Учебники: физика- 10, Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.
Сотский; физика -10, Л.И Анциферов