 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Анализ состава жидкости и газа.
Курсовая работа Приборы контроля ЯЭУ
Выполнил: Владыкин И.Д. гр. КИПС-07 Проверил: д. т. н., профессор, Академик Трофимов А.И.
Обнинск, 2011
Содержание 1. Основные понятия метрологии 2 2. Системы контроля ядерно-физических параметров ЯЭУ 3 3. Измерение температуры 4 4. Измерение давления 6 5. Измерение расхода 8 6. Измерение уровня 9 7. Анализ состава жидкости и газа 13
Основные понятия метрологии. Измерение - нахождение значений физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят на основании зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Принцип измерений - совокупность физический явлений, на которых основаны измерения. Метод измерений - совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Средства измерений - техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства. Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Погрешность измерения - отклонение результата от истинного значения измеряемой величины. Абсолютная погрешность измерения - погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. Относительная погрешность измерения - отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины. Систематическая погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся. Случайная погрешность - составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся случайным образом. Класс точности средства измерений – обобщенная характеристика средства измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.Наиболее широко применяется система обозначения класса точности, в котором число, обозначающее класс точности, равно предельно допускаемому значению основной погрешности прибора, выраженной в процентах.
Системы контроля ядерно-физических параметров ЯЭУ. ЯЭУ является сложным объектом управления, требующим высокой степени автоматизации оборудования и централизации контроля и управления. АСУ ТП ЯЭУ решает 2 задачи: информационную и управляющую. В АСУ ТП ЯЭУ с реактором ВВЭР системы контроля и управления соединены в одну централизованную систему, имеющую подсистемы. АСУ ТП ЯЭУ с реактором РБМК СКАЛА выполняет информационные функции. 2.4. Какие параметры измеряются системой внутриреакторного контроля реактора ВВЭР? Ответ: Распределение температуры и энерговыделения. 2.5. Какие параметры контролируются у технологических каналов реактора РБМК? Ответ: Расход, температура газа, влажность газа. 2.6. Что представляет собой системы измерения расхода технологических каналов РБМК и КЦГК? Ответ: Система измерения расхода содержит расходомеры и систему сигнализации снижения расхода в ТК. Система КЦГК содержит преобразователи температуры и влажности и систему сигнализации превышения температуры и влажности. 2.8. Какие основные параметры контролируются в первом контуре ЯЭУ с реакторами ВВЭР, РБМК и БН? Ответ: В первом контуре ЯЭУ контролируют температуру на входе и выходе реактора, давление и расход теплоносителя, перепад давления на ГЦН и др.
Измерение температуры. Температура может быть определена как параметр теплового состояния. Значения этого параметра обусловливается средней кинетической энергией поступательного движения молекул тела, с изменением средней кинетической энергии движения молекул изменяется степень нагретости тела и его физические свойства. Единицы температуры как термодинамической, так и по практическим температурным шкалам является Кельвин (К). Допускается применение единицы температуры- градуса Цельсия. К= t,C+273,15 Измерение температуры осуществляется контактным и бесконтактным способами. Контактным способом температура измеряется с помощью ТС, термоэлектрических термометров, дилатометров, биметаллических, манометрических и пьезоэлектрических термометров. Бесконтактным способом измеряют температуру радиационными фотоэлектрическими пирометрами. 4.2. В каких манометрических термометрах термобаллон наполняется низкокипящей жидкостью? Ответ: В конденсационных. 4.7. Что уравновешивает магнитоэлектрические моменты, возникающие в рамках логометра? Ответ: Различная напряженность магнитного поля в воздушном зазоре. 4.15. Подключение термоэлектрического термометра к измерительному прибору осуществляется удлиняющими термоэлектродными проводами. Обязательным ли является требование равенства температур мест соединения t1 и t2?
Ответ: Температуры t1 и t2 могут быть различными, если удлиняющие термоэлектродные провода идентичны соответствующим электродам. Под этим подразумевается отсутствие термо-ЭДС в термоэлектрическом термометре, составленном из электрода термометра и соответствующего удлиняющего термоэлектродного провода: ЕАС(t,t0)=0; ЕВД(t,t0)=0. В общем случае удлиняющие провода не термоэлектроэдентичны электродам термометра, поэтому для исключения возникновения паразитной термо-ЭДС в цепи прибора должны быть выполнены следующие условия: 1) термо-ЭДС, развиваемая термометром и удлиняющими проводами в интервале температур 0-100 оС, должна быть одинаковой; 2) подключение удлиняющих проводов к термометру должно осуществляться с соблюдение полярности; 3) места соединения удлиняющих проводов с электродами термометра должны иметь одинаковую температуру. 4.29. Равномерна ли шкала неуравновешенного моста при условии, что сопротивление источников питания равно нулю, а входное сопротивление измерительного прибора ИП бесконечно большое. Rt – термометр сопротивления градуировки 50М.
Ответ: Предположим, что собственно измерительный прибор ИП-милливольтметр имеет равномерную шкалу с делениями постоянной длинны, и выясним, изменяется ли чувствительность неуравновешенного моста при изменении Rt. Выходное напряжение Ucd =I2 Rt – I1 R1, где I1=Е/( R1+ R2) ; I2=Е/( Rt+ R3). Следовательно, Ucd= Е Rt/( Rt+ R3) - Е R1/( R1+ R2) . Коэффициент преобразования собственно моста (т.е. без показывающего прибора ИП) юудет следующим образом зависеть от Rt: S=dUcd/dRt= Е R3/( Rt+ R3)2. Таким образом, при равномерной шкале ИП чувствительность комплекта «измерительная схема + ИП» будет зависеть от Rt, т.е. шкала будет не равномерной, даже если коэффициент преобразования термометра сопротивления будет неизменным. Неуравновешенные мосты имеют два существенных недостатка: градуировочная характеристика Ucd=f(Rt) нелинейная и выходное напряжение Ucd зависит от напряжения питания. По этим причинам неуравновешенные мосты, как правило, не применяются для измерения температуры в комплекте с серийными техническими термометрами сопротивления.
Измерение давления. Давление - физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) распределенных сил, с которыми одно тело действует на другое. В СИ единицой давления является Паскаль (Па). Паскаль- давление, создаваемое силой 1Н, действующей на поверхность 1м^2. Различают абсолютное, барометрическое, избыточное, вакуумметрическое давление и вакуум. Барометрическое давление- давление создаваемое атмосферой. Абсолютное давление - давление отсчитываемое от абсолютного 0. Избыточное давление - давление сверх барометрического. В этом случае абсолютное давление будет равно сумме барометрического и избыточного давлений. Вакуумметрическое давление (разрежение) отрицательное избыточное давление, отсчитываемое от барометрического. В этом случае абсолютное давление будет равно разности барометрического и вакуумметрического (без учета знака) давлений. Это абсолютное давление и представляет собой вакуум. Приборы для измерения давления называют манометрами. По принципу действия манометры подразделяют на жидкостные, механические, деформационные и электромеханические, в которых деформация упругого элемента преобразуется в электрический сигнал с помощью электрического измерительного преобразователя деформации или перемещения в электрический сигнал. 5.4. Определите цену деления чашечного манометра в единицах давления, если он заполнен ртутью.
Ответ: Значение Р измеряемого давления через высоту h столба жидкости чашечного манометра вычисляется по формуле: Р=hρg(1+f/F), где ρ – плотность заполняющей жидкости ( в нашем случае ρ=13*595 кг/м3); f и F – соответственно площади сечения трубки и плюсового сосуда, м2, откуда цена деления, соответствующая 1мм, ΔР1 = 0,001*13*595*9,80665 [1+ = 1,01 мм. рт. ст. Таким образом, изменение показаний на 1мм соответствует изменению давления на 1,01 мм. рт. ст. Легко заметить, что неучёт цены деления шкалы манометра вызовет систематическую погрешность 1%. 5.10. Три манометра различным образом установлены на трубопроводе с водой, имеющей давление 0.8 МПа. Одинаковыми ли будут их показания, собственными погрешностями манометров можно пренебречь?
Ответ: Неодинаковыми, так как на показания манометра влияет давление, создаваемое столбом жидкости, заполняющей импульсную трубку. Наибольшее значение покажет манометр 3, наименьшее – манометр 1. На показания манометра 2 столб жидкости не будет оказывать влияние, так как место отбора давления и манометр расположены на одном уровне. 5.14. Влияет ли плотность жидкости, заполняющей колокольный дифманометр, на его диапазон измерения? Ответ: Из уравнения, связывающего перемещение колокола с перепадом давления (Δх=Δр*F/К п), очевидно, что Δх не зависит от плотности заполняющей жидкости. Однако следует иметь в виду, что под действием перепада происходит перемещение не только колокола, но и жидкости. Уровень жидкости под колоколом опускается, а вне колокола поднимается, причем разность уровней ΔН определяется измеряемым перепадом давлений ΔР и плотностью жидкости ρ : ΔР=ΔНρg. Плотность жидкости должна иметь такое значение, чтобы ΔН было меньше допустимого. Например, если ρ будет очень мало, то при том же ΔР значение ΔН будет велико и жидкость может попасть в импульсную трубку. Поэтому плотность жидкости должна выбираться в соответствии с диапазоном измерения дифманометра и размерами колокола. Измерение расхода. Расход- это количество вещества, протекающее через данное сечение в единицу времени. Количество можно измерять в единицах массы (кг, т) или единицах объема. Следовательно, расход можно измерять в единицах массы, деленных на единицу времени (кг/с, кг/ч), или в единицах объема, так же деленных на единицу времени. В первом случае имеем массовый расход, во втором случае - объемный расход. Приборы для измерения расхода называют расходомерами, приборы для измерения количества - счетчиками количества. Приборы для одновременного измерения расхода и количества называют расходомерами со счетчиком. 6.2. По трубе диаметром D=100 мм движется поток жидкости со средней скоростью Vc=1,5 м/с. Определите массовый расход жидкости, если ее плотность ρ=990 кг/м^3? Ответ: Объемный расход равен произведению средней скорости на площадь сечения потока: Qо=Vc*((πD^2)/4), следовательно, массовый расход Qм= ρVc(πD^2)/4)=990*1,5((π*0,1^2)/4)=11,66 кг/с. 6.12. Трубопровод заполнен неконденсирующимся газом. Импульсные трубки к мембранному дифманометру частично заполнены водой, причем при нулевом расходе уровень в этих трубках одинаков. Будет ли изменяться уровень в них при изменении расхода газа?
Ответ: Уровень будет изменяться. При увеличении расхода появляетя перепад давления, под действием которого мембранная коробка в плюсовой камере дифманометра сжимается, ее объем уменьшается, а объем плюсовой камеры увеличивается. Одновременно расширяется мембранная коробка в минусовой камере, объем коробки увеличивается, объем минусовой камеры уменьшается. Если объем плюсовой камеры увеличится, у нее из импульсной трубки поступит дополнительное количество воды, что приведет к понижению уровня в плюсовой импульсной трубке. Из минусовой камеры, наоборот, часть воды будет вытеснена в импульсную трубку, уровень в ней возрастет. Т.о. При появлении расхода газа появляется разница уровней воды в импульсных линиях, которая создаст перепад, противоположный по знаку перепада на сужающем устройстве. Очевидно, что без стабилизации уровней в импульсных трубках дифманометр будет показывать заниженный расход, причем абсолютная погрешность будет расти с увеличением расхода. 6.17. В трубопроводе диаметром D=100 мм протекает вода, расход которой меняется от 0 до 300 м^3 /ч. Для измерения расхода установлены УЗ излучатель и приемник, расстояние между ними 300мм. Определите время прохождения УЗ колебаний при распространении их по потоку и против потока. Скорость распространения звуковых колебаний в воде с=1500 м/с Ответ: Максимальная скорость воды Vмакс=Qмакс*4/(πD^2)/3600=10,62 м/с Время прохождения звуковых колебаний по потоку τ1=L/c+Vмакс= 198,596*10^-6 с Время прохождения звуковых колебаний против потока: τ1=L/c-Vмакс=201,426*10^-6 с Время прохождения звуковых колебаний при нулевой скорости воды τ0=L/c=200*10^-6 с
Измерение уровня. Средство измерений, сигнализации и регулирования уровня находит широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Характерная особенность их использования - широкое разнообразие физических характеристик контролируемых сред и рабочих условий, конструктивных, метрологических и других технико-эксплуатационных требований. Контролируемые среды могут быть жидкими и сыпучими с различными степенями электропроводности, плотности, вязкости, дисперсности, агрессивности, склонности к кристаллизации, осадкообразованию, а также с различными степенями стабильности физических свойств при изменении внешних условий и тп. Приборы контроля должны быть сопрягаемы с внешними устройствами и удовлетворять требованиям по виду и параметрам выходного сигнала, точности измерения, надежности. Механические преобразователи применяют с электрическими измерительными преобразователями перемещения. Уровнемеры с указательными стеклами основаны на принципе сообщающихся сосудов и предназначены для визуального контроля уровня. В поплавковых уровнемерах используется выталкивающая сила жидкости, действующая на поплавок, средняя плотность которого меньше плотности жидкости. В буйковых уровнемерах используется изменение силы тяжести поплавка буйка, средняя плотность которого больше плотности жидкости, с изменением величины погружения буйка в жидкость. Измерение уровня гидростатическими уровнемерами сводится к измерению давления столба жидкости манометром или дифманометром. Принцип действия электрических уровнемеров заключается в измерении изменения электропроводимости, емкости, резонансной частоты и других электрических параметров, зависящих от изменения уровня. 7.3. Уровень воды в емкости измеряется гидростатическим способом. Максимальный уровень Hmax = 400 мм. Оцените относительную погрешность измерения максимального уровня, вызванную изменением уровня воды в минусовой импульсной трубке мембранного дифманометра. Внутренний диаметр импульсных трубок d= 10 мм. При изменении уровня от 0 до Нmax происходит изменение объема минусовой камеры дифманометра на Δ V = 4 см^3. При Н=0 уровни воды в обеих импульсных трубках равны. Температура окружающей среды и воды в емкости и трубках t=20 C. Ответ : При изменении уровня от 0 до максимума изменяется перепад давления между плюсовой и минусовой камерами дифманометра. При этом часть воды, находящейся в минусовой камере, вытесняется в минусовую импульсную трубку. Кол-во вытесненной воды зависит от перепада давления и конструкции дифманометра. Вода, вытесненная в минусовую импульсную трубку, повышает в ней уровень, что вызывает занижение показаний уровнемера, при чем абсолютная погрешность измерения равна увеличению уровня жидкости в трубке. Изменение уровня воды в минусовой трубке за счет вытеснения 4 см^3 воды из дифманометра будет равно Δh = 4ΔV/πd^2 = 50.9 мм . Для уровня Нmax = 400 мм относительная погрешность измерения δ H = -12.73 %. 7.5. Оценить погрешность, если на минусовой импульсной линии установлен уравнительный сосуд, диаметром dc =100 мм. Dп = 77 мм. Диаметр сменного сосуда Dс = 64.6 мм. Плотность ртути в дифманометре при t=20 C ρрт = 13 546 кг/м^3. Плотность воды ρв= 998, 2 кг/м^3
Ответ: В этом случае перемещение объема жидкости в 20.8 см^3 приведет к увеличению уровня в уравнительном сосуде h=4 V / π(dc)^2 = 0.265 см = 2.65 мм Погрешность, вызванная таким изменением уровня минусовой импульсной трубке, будет достаточной малой ( около 0.7 %). В этом заключается смысл применения уравнительных сосудов при измерении уровня гидростатическим способом. 7.8. Пьезометрический уровнемер измеряет уровень щелочи в выпарном аппарате (рис.7.8). Определите давление воздуха в источнике питания и примерны часовой расход воздуха при максимальном уровне. Максимальная плотность раствора щелочи ρщ< =1280 кг/м3. Диапазон изменения уровня 0-400 мм, внутренний диаметр пневмометрической трубки d =6 мм, температура жидкости в аппарате 80 оС, абсолютное давление в аппарате 16 кПа.
Рис.7.9
Ответ: При измерении уровня пневмометрическим методом давление воздуха в источнике питания принимается приблизительно на 20 кПа больше, чем то, которое нужно, чтобы преодолеть давление столба жидкости и давление в аппарате. Максимальное давление столба жидкости: рст = Нмаксρg = 0,4*1280*9,81 = 512*9,81 Н/м2 = 5,02 кПа. Следовательно, минимальное абсолютное давление воздуха в напорной линии должно быть: рв = рс +ра + 20 = 5,02+ 16 + 20 = 41,02 кПа, т.е. в качестве источника питания можно использовать атмосферный воздух. Расход воздуха должен быть таким, чтобы из трубки выходили в жидкость один-два пузырька воздуха в секунду. При двух пузырьках в секунду за 1 ч через раствор пройдет объем воздуха, равный (в предположении, что диаметр пузырька равен диаметру трубки) Vp=2*4/3*π(d/2)3*3600 =0,814*10-3 м3. Воздух, выходящий из трубки, имеет температуру 80°С и находится под абсолютным давлением, несколько большим значения 21,02 кПа. Предположим, что оно равно 25 кПа. В этом случае легко определить объемный часовой расход воздуха, отбираемого из атмосферы при нормальных условиях t =20°С и ρ=101,3 кПа:
Индекс "н" относится к нормальным, индекс "р" к рабочим параметрам воздуха, k =1 - коэффициент сжимаемости воздуха (рис. 7.8). 7.9. Рассчитайте емкость и коэффициент преобразования измерительного преобразователя емкостного уровнемера, предназначенного для измерения уровня в баках-хранилищах керосина, от нулевого до максимального значения Н=8 м. Ёмкостный преобразователь, представленный на рис. 7.9, состоит из полого металлического цилиндра диаметром D =60мм (внешний электрод ), внутри которого коаксиально расположен металлический тросик диаметром d=1,5 мм, покрытый слоем изоляции толщиной b =1 мм (внутренний электрод). Длина преобразователя l=8 м, емкость конструктивных элементов С0 =75 пФ. Относительная диэлектрическая проницаемость паров керосина εп=1, керосина εк =2,1 , изоляционного покрытия тросика εн =4,2. Ответ: Емкость цилиндрического преобразователя рассчитывается по формуле: С=Со+С`+С``, где С`- емкость части преобразователя, заполненной жидкостью;
где С`но, С``но - емкость между внешним электродом и наружной поверхностью внутреннего электрода, заполненных соответственно керосином и его парами, С`от , С``от - то же между внешней поверхностью внутреннего электрода и самим тросиком. Эти составляющие вычисляются как емкости цилиндрических конденсаторов:
где ε0=8,854 пФ/м – абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума. Следовательно,
При h=0 : C`=0; C``=1868,3 пФ; С=1943,3 пФ. При h=8м: C`=3923,4 пФ; C``=0; С=3998,4 пФ. Коэффициент преобразования:
Анализ состава жидкости и газа. На АЗС ведется непрерывный и периодический контроль за водным режимом. Качество теплоносителя оказывает существенное влияние на работу ЯЭУ. Ведется контроль за наличием в воде минеральных примесей, за величиной водородных, характеризующих кислотные и щелочные свойства воды. Для измерения химического состава жидкости наиболее широко применяются кондуктометры (рис. 8.1) и потенциометры (рис. 8.2) .
Концентрация водородных ионов контролируется рН –метром. Для анализа газов применяются газоанализаторы, в основу работы которых положены различные их физико-химические свойства: тепловые, магнитные, оптические, электрические, масспектрометрические и другие. Важным параметром технологических процессов является влажность газов и твердых тел. Влажность газов характеризуется параметрами: абсолютной влажностью, определяемой количеством водяного пара, содержащегося в единице объема газа, г/м3; влагосодержанием - массой водяного пара, отнесенной к массе сухого газа, г/кг; относительной влажностью, определяемой отношением абсолютной влажности к максимально возможной влажности этого газа при данной температуре, %. Влажность твердых и сыпучих тел характеризуется параметрами: 8.2.Постоянная ячейки К=11,2 м-1. Ячейка заполнена раствором, и ее сопротивление при этом составляет 5 МОм. Определите концентрацию раствора, если известно, что зависимость между концентрацией С и удельной электропроводностью χ0 описывается уравнением χ0 = аС, где а =1,75*10-8(См/м) (мг/л). Ответ: Удельная электропроводимость раствора χ0 может быть определена из выражения:
Концентрация:
8.3.Электродная ячейка (рис. 8.5) с постоянной К =190 м-1 заполнена раствором KCl концентрацией 5%, удельная электропроводность раствора при 20 оС, χ0 =7,18 См/м. Температура раствора может изменяться в интервале 20-40°С, при этом средний температурный коэффициент электрической проводимости раствора равен β=0.0201 К-1. Определите сопротивление медного резистора Rн, обеспечивающего компенсацию изменения сопротивления ячейки в указанном температурном интервале. Сопротивление шунта Rш примите равным сопротивлению электродной ячейки Rя при t =20°С. Температурный коэффициент сопротивления меди α=0,00426 К-1.
Рис.8.5 Ответ: Приведенное сопротивление Rпр измерительной ячейки, Rпр = Rя Rш /( Rя + Rш). При изменении температуры раствора от первоначального значения t1 до текущего t приведенное сопротивление Rпрt станет равным Rпрt = Rяt Rш /( Rяt + Rш)= Rя1 Rш /[ Rя1 + Rш(1+βΔt)], где Rя1- сопротивление электродной ячейки при t1. Очевидно, что зависимость приведенного сопротивления ячейки от температуры имеет нелинейный характер (рис. 8.5), в то время как изменение сопротивления компенсирующего медного резистора имеет линейный характер (рис. 8.5 ) . Поэтому полная температурная компенсация возможна только при двух значениях температуры. Для осуществления компенсации необходимо, чтобы изменение приведенного сопротивления ΔRпр было равным и противоположным по знаку изменению сопротивления медного резистора ΔRм. ΔRм=Rм2-Rм1=Rм0αΔt ;
Отсюда легко получить выражение для Rм0:
Определим значение сопротивления медного резистора при t=0oC, учитывая, что по условию Rш= Rя1:
Rш= Rя1=k/ χ0=190/7,18=26,46 Ом.
|
] = 133,322*1,01=134,655 Па =
; 
; 
; 
,
;
.
.
См/м.
.
.
.
;