Задание 1. 1.1.Описать принцип работы оптического газоанализатора. В основу работы оптического газоанализатора положено свойство селективного поглощения различными газами потока излучения. Обычно измерение селективного поглощения осуществляется в инфракрасной части спектра – в этой области особенно резко проявляется селективность поглощении отдельными газами определенной части инфракрасного излучения пропорционально его объемному содержанию. В общем случае схема газоанализатора, работающая на этом принципе изображена на схеме. Схема содержит источник инфракрасного излучения, поток которого поступает в камеры двух оптических каналов. Оба канала идентичны в конструктивном исполнении, но отличаются по «внутреннему содержанию». Сравнительная камера (левый канал) заполнена чистым воздухом, а через объем рабочей камеры постоянно продувается контролируемая газовая смесь. Проходя через объем рабочей камеры, поток излучения теряет часть энергии, соответствующую линиям поглощения контролируемого компонента (красный поток) и часть энергии, соответствующую линиям поглощения неизмеряемых компонентов (зеленый поток).Через сравнительную камеру с чистым воздухом поток излучения проходит без потерь энергии.Затем оба потока излучения поступают в фильтровальные камеры, которые заполнены неизмеряемыми компонентами газовой смеси и где полностью поглощается энергия, соответствующая их спектру.Таким образом, в измерительную камеру одновременно поступает два потока излучения, результат вычитания энергий которых пропорционален концентрации определяемого компонента.Сигнал, пропорциональный разности давлений в различных моделях может преобразовываться в импульсы давления или микропоток газа, которые преобразуются в электрический сигнал с помощью конденсаторного микрофона или мостовой схемы со встроенными резисторами и поступает в схему индикации. 1.2. Зависит ли показания абсорбционного газоанализатора от расхода газовой смеси, от температуры газовой смеси? Оптический абсорбционный газоанализатор - принцип действия газоанализаторов заключается в измерении оптической плотности (ослабления потока оптического излучения при взаимодействии с молекулами вещества) анализируемой бинарной газовой смеси в определенных спектральных интервалах ,а значит показания зависят от расхода газовой смеси . За время одного цикла измерения (не менее 2 раз в секунду) регистрируется спектр поглощения анализируемого газа в диапазоне длин волн 185...450 нм со спектральным разрешением не хуже 0.2 нм. Каждый из анализируемых газов имеет несколько спектральных участков поглощения в данной области. Одновременно контролируется интегральный поток в спектральной области, где нет линий поглощения для заданного типа газа. Для каждого из спектральных участков программа хранит градуировочные характеристики зависимости содержания анализируемого компонента от оптической плотности на заданном участке, а значит показания будут меняяться от температуры измеряемого вещества . Полученный результат выдается программой в виде спектра поглощения газа и значения молярной доли определяемого компонента в анализируемой газовой смеси 1.3. В чем отличие хромотографического газоанализатора от других. Хроматографические газоанализаторы предназначен для анализа многокомпонентных газовых смесей, состава жидкостей и твердых тел. Хроматографы являются приборами периодического действия, более сложными по устройству, чем другие газоанализаторы. Существует три разновидности хроматографического метода измерения, различающиеся способом перемещения анализируемой смеси: проявительный, фронтальный и вытеснительный. Первый метод является наиболее распространенным. Из баллона газоноситель поступает в хроматограф. Для поддержания в процессе работы постоянной скорости газа-носителя используется регулятор, содержащий редуктор, манометр и измеритель расхода газа. В газоноситель дозатором периодически вводится проба анализируемого газа. В разделительной колонке, заполненной твердым или жидким сорбентом, анализируемая смесь разделяется на компоненты. Вдоль слоя сорбента с большей скоростью движутся наименее сорбируемые газы. Поэтому в пробе смеси газов, содержащей три компонента А, В и С, первым выносится наименее сорбируемый газ А, а последним — хорошо сорбируемый С. После разделения каждый компонент с газом-носителем образует бинарную смесь, анализ которой может быть произведен различными методами, в том числе рассмотренными выше и реализуемыми в детекторе 6. Поскольку в процессе измерения свойства газа-носителя могут меняться, при пропускании последнего через детектор фиксируются изменения его свойств, вызванные присутствием компонента анализируемой смеси. Для улучшения разделения компонентов температурный режим колонки может меняться с помощью терморегулятора с программным управлением. Выходной сигнал детектора подается на регистрирующий прибор, микропроцессорное и цифропечатающее устройства. На диаграмме самопишущего прибора выход каждого из компонентов сопровождается пиком, площадь которого зависит от концентрации этого газа. График, фиксирующий выход компонентов, называют хроматограммой. 1.4.Какая разница между расходомером и счетчиком. Расходомер - это измерительный прибор или совокупность приборов, предназначенных для измерения расхода жидкости (газа). Счётчик - это измерительный прибор, предназначенный для измерения объёма (массы) жидкости или газа, протекающей в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока. 1.5.В чем принцип работы ультразвукового расходомера, вихревого расходомера? Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении зависящего от расхода того или иного акустического эффекта, возникающего при прохождении ультразвуковых колебаний через контролируемый поток жидкости или газа. В последнее время используются две разновидности ультразвуковых расходомеров: расходомеры, основанные на перемещении ультразвуковых колебаний движущейся средой и доплеровский. Наибольшее распространение получила первая группа приборов. В таких расходомерах ультразвуковые колебания, создаваемые пьезоэлементами, направляются по потоку жидкости и против него. Разность времен прохождения ультразвуковыми импульсами расстояния между излучателем и приемником по потоку и против потока пропорциональна скорости потока, т.е. скорость ультразвука относительно стенок трубы зависит от скорости потока. Вихревые расходомеры измеряют скорость жидкости, используя принцип работы, называемый эффектом Кармана, который утверждает, что при проходе потока около тела обтекания образуются завихрения. В вихревых расходомерах препятствие на пути потока служит в качестве тела обтекания. Тело обтекания отделяет технологическую жидкость и создает зоны переменного перепада давления, известные как вихри, вокруг задней стороны тела обтекания. 1.6.Поясните структурную схему измерения и контроля. Обобщенная структурная схема системы автоматического контроля Процесс контроля сводится к проверке соответствия объекта установленным техническим требованиям. Сущность контроля (ГОСТ 1650 - 81) заключается в проведении двух основных операций: - получение информации о фактическом состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств (первичная информация); - сопоставление первичной информации с заранее установленными требованиями, нормами, критериями ( вторичная информация). Заранее установленные требования к объекту контроля могут быть представлены в виде образцового изделия или в виде перечня определенных параметров и их значений с указанием полей допуска. Граничные значения областей состояния контролируемого параметра называют нормами. Отличие измерения и контроля состоит в том, что при измерении измеряемую величину сравнивают с единицей определенной физической величины с целью получения количественной информации, а при контроле физический параметр сравнивают с его нормой с целью определения отклонений данного параметра (качественная характеристика объекта - “годен”-“не годен”). Обобще нная структу рная схема процесс а автомат изирова нного измерения Объектом измерения может быть некоторый процесс, явление или устройство. Измеряемые величины воспринимаются датчиками, с выходов которых электрические сигналы поступают на коммутатор. Коммутатор повышает коэффициент использования измерительной установки при многоканальных измерениях. Опрос датчиков может быть циклическим (параметры однородны и стационарны), программным (параметры стационарны, но неоднородны) или адаптивным (параметры нестационарны). Электрический сигнал с выбранного коммутатором датчика преобразуется в цифровой код в АЦП. Интерфейс обеспечивает сопряжение измерительного канала с ЭВМ. Далее измерительная информация подвергается обработке по заданной программе в ЭВМ и представляется в удобной форме на экране дисплея или отпечатанной на бумаге. База данных (БД) предназначена для хранения необходимой измерительной и справочной информации. 1.7 Что такое датчик или первичный измеритель преобразования. Первичные приборы, датчики или первичные преобразователи предназначены для непосредственного преобразования измеряемой величины в другую величину, удобную для измерения или использования. 1.8 Перечислите основные требования предъявляемые к датчикам. Требования к датчикам физических величин: -высокая точность -низкий дрейф -долгий срок службы -высокая линейность выходных характеристик -стандартизация характеристик гарантирует взаимозаменяемость датчиков -малое время отклика -высокая стойкость к температурным перегрузкам -широкий диапазон измеряемых температур (-196…+1000°С - отсутствие воздействия на функционирование организма человека; 1.9 Перечислите и поясните основные метрологические характеристики датчиков. - градуировочная (калибровочная характеристика) – зависимость между выходной электрической и входной механической величин. - коэффициент преобразования –отношение принятого параметра выходного сигнала к принятому параметру входной механической величины датчика. - чувствительность датчика-отношение изменения принятого параметра выходного датчика к вызвавшему его изменению принятого параметра входного сигнала со значениями параметров и их изменений в установленных пределах . - амплитудно частотная характеристика (АЧХ) – зависимость от частоты отношения амплитуды первой гармоники выходного сигнала к амплитуде входной гармонической величины. - фазочастотная характеристика (ФЧХ) - зависимость от частоты сдвига фаз между первой гармоникой выходного сигнала и входной гармонической величиной. - рабочий диапазон частот — интервал частот входной гармонической величины, в котором нормированы допускаемые погрешности датчика. 1. Поясните принцип измерения температуры на зависимость сопротивления материалов. Приведите примеры и сравните терморезистора с термистором. Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления металлов, сплавов и полупроводниковых материалов от температуры. Принцип действия термометров сопротивления основан на изменении электрического сопротивления материалов с температурой. В проводниковых термометрах сопротивления электрическое сопротивление увеличивается с повышением температуры, в полупроводниковых - уменьшается. Терморезистор – это полупроводниковый резистор , в котором используется зависимость сопротивления полупроводника от температуры. Как видно, если температура стремится к абсолютному нулю (-273,2С), то полупроводник становится почти идеальным диэлектриком. Если же температура сильно возрастает, то, наоборот, почти идеальным проводником. Но самым важным является то, что зависимость R(T) у полупроводника сильно выражена в диапазоне обычных температур, допустим, от -50С до +100С. Термистор - температурно-зависимый резистор, изготавливается из полупроводникового материала, имеющего отрицательный температурный коэффициент и высокую чувствительность, - температурно-зависимый резистор, имеющий положительный коэффициент. Вольтамперная характеристика. 1.11 Принцип работы тензоризистора. Тензорезистор - это чувствительный элемент, преобразующий собственную деформацию в изменение электрического сопротивления. Электрическое сопротивление металла изменяется пропорционально механической деформации, вызванной приложенным к металлу внешним усилием. При креплении тонкого слоя металла к объекту измерения поверх тонкого слоя диэлектрика, металл деформируется в зависимости от деформации объекта измерения и изменения его электрического сопротивления. Тензорезистор состоит из решетки, выполненной из тонкой проволоки или металлической фольги, уложенной на изоляционную подложку подсоединенных выводов тензорезистора. Что такое ламинарный и турбулентный потоки, как их определить. Какие принципы положены в основу расходомера. Турбулентное течение – это поток, движение которого беспорядочно во времени и пространстве. Ламинарное течение, в отличие от турбулентного, упорядочено. Среда в таком течении перемещается слоями, без перемешиваний и пульсаций. Было установлено, что в прямых гладких каналах на участках стабилизированного течения потока ламинарный режим существует при неустойчиво, этот диапазон характеризуется как переходная область ламинарного режима или переходный режим. При движение потока в трубе становиться устойчивым (развитым). Расходоме́р — прибор, измеряющий объёмный расход или массовый расход вещества, то есть количество вещества (объём, масса), проходящее через данное сечение потока, например, сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство (счётчик) и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют счётчикомрасходомером. Рассмотрим электромагнитный расходомер Электромагнитный расходомер – это прибор для измерения расхода различных жидкостей. Он способен работать с агрессивными и неоднородными средами. Главное, чтобы измеряемая жидкость проводила ток, поэтому такого типа датчики не могут вести учет углеводородов, дистиллированной воды и многих неводных растворов. КАК РАБОТАЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСХОДОМЕР Принцип основан на законе Фарадея, который гласит, что напряжение, наводимое на любой проводник при его перемещении под прямым углом через магнитное поле, пропорционально скорости этого проводника. То есть, чем быстрее будет происходить перемещение проводника относительно магнитного поля, тем выше будет напряжение. ЭДС (электродвижущая сила) индукции Е пропорциональна средней скорости потока жидкости V, внутреннему диаметру первичного преобразователя D и магнитной индукции B. Зная значение В и D, можно вычислить значение скорости потока и расхода Q: Где k- поправочный коэффициент, (вводится при калибровке прибора)
