АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ и СВЯЗИ

Кафедра промышленной теплоэнергетики

 

 

 

 

 

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЬ

 

Методические указания к лабораторным работам

для студентов по специальностям:

220140 - "Тепловые электрические станции"

220240 - "Технология воды и топлива"

220340 - "Энергетика теплотехнологии "

220440 - "Промышленная теплоэнергетика"

220540 - "Энергооборудование и энергохозяйство малых  предприятий и организаций"

050717 – бакалавриата по “Теплоэнергетике”.

 

 

 

 

 

 

Алматы 2005

 

 

 

СОСТАВИТЕЛИ: Н.К. Бекалай, Н.О. Джаманкулова.  Теплотехнические измерения и контроль. Методические указания к выполнению лабораторных работ (для студентов всех форм обучения теплотехнических специальностей).

- Алматы: АИЭС, 2005.

 

 

 

Методические указания содержат общие требования к выполнению лабораторных работ, рекомендации по сбору и обработке экспериментальных данных и оформлению отчета.

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Теплотехнические измерения и контроль» предназначены для студентов теплотехнических специальностей.

 

 

Авторы выражают благодарность инженеру кафедры Промышленной теплоэнергетики Беседину А.И. за оказанную помощь в подготовке методических указаний к лабораторным работам.

 

 

 

Рецензент: канд. тех. наук, доц. А.А. Кибарин

 

 

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2005г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

©Алматинский институт энергетики и связи, 2005 г.

 

 

1 Лабораторная работа. Измерение поля скоростей и расхода методом скоростного напора

 

         1.1     Назначение работы

 

          В процессе выполнения работы студент должен:

1.1 .1  Ознакомиться с устройством напорных трубок.

1.1.2     Получить навыки измерения малых перепадов давления и использования напорных трубок  для измерения скорости газового потока.

1.1.3     Изучить методы обработки экспериментальных данных для определения расхода с помощью напорных трубок.

 

         1.2     Методические указания

 

         К выполнению работы следует приступить после изучения настоящего пособия и следующих разделов учебников /[1] с. 498-502, [2] с. 199-203/.

         В процессе работы выполняются задачи, указанные преподавателем. Варианты исходных данных выбираются по таблицам 5.1.1; 5.2.1; 5.3.1.

 

         1.3     Описание установки

 

         Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 1.1. Воздух из атмосферы поступает через воздухозаборное отверстие 1 в воздушный тракт 2. На измерительном участке воздушного тракта установлена напорная трубка 3 с координатным устройством 4 для ее перемещения в вертикальном направлении. Положение напорной трубки в сечении воздушного тракта определяется по положению указателя на шкале счетного устройства 5.

         Движение воздуха по тракту осуществляется воздуходувкой 7, приводимой во вращение двигателем постоянного тока 8. На вертикальном участке тракта установлен шибер 10 с указателем положения и крыльчатый анемометр 12.

         Контроль режима работы электродвигателя осуществляется с помощью показывающих стрелочных приборов, установленных на лицевой панели стенда. Ток и напряжение в цепи питания электропривода измеряется с помощью амперметра 13 и вольтметра 14, скорость вращения вала электродвигателя – тахометром  15. Управление мощностью электропривода воздуходувки осуществляется с помощью автотранспорта 16.

         Измерение давлений (перепадов давлений) на измерительном участке осуществляется с помощью микроманометров ММН 17 с переменным углом

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1

 

наклона измерительной трубки. Напор, создаваемый воздуходувкой, измеряется по показаниям U-образного манометра 11.

         Измерение атмосферного давления и температуры окружающего воздуха осуществляется с помощью барометра 18 и термометра 19, 20-место установки диаграммы.

        

         1.4     Общие положения и расчетные формулы

 

         1.4.1 Измерение скорости и расхода по динамическому давлению. Расход воздуха, который транспортируется по трубе определенного сечения, можно определить по средней скорости потока в поперечном сечении воздушного тракта.

         Объемный расход воздуха в этом случае определяется по уравнению

 м3/с,                            (1.1)

где F – площадь поперечного сечения воздушного тракта в м2;

                - средняя скорость потока воздуха в м/с.

Массовый объем может быть определен по уравнению  

Qм =  o ,                                                  (1.2)

где  – плотность газа (воздуха) в кг/м3.

 

Для трубопровода круглого сечения

,                                 (1.3)

где D – диаметр трубопровода в м.

         Расход газа, выраженный в единицах объема, в некоторых случаях приводит к нормальным условиям. При промышленных измерениях нормальными условиями считаются температура tн= 200C, давление Рн = 1,0332 кгс/см2 (101325 Па), относительная влажность =0. В этом случае объемный расход газа обозначается через Qн.

         Измерение скорости движения воздуха при помощи напорных трубок сводится к измерению динамического давления потока, которое равно разности полного и статического давления и связано со скоростью потока следующим уравнением

Pд = Pп – Pст = ,         ,

где – скорость потока м/с.

         Динамическое давление может определяться по показаниям микроманометра, подключенного к напорной трубке.

          Рд  = 9,8 Па,

где К – пересчетный коэффициент;

                 - длина столбика жидкости в трубе микроманометра мм.

         Скорость потока в различных точках сечения воздушного тракта неодинакова: в центре тракта скорость обычно имеет максимальное значение, по направлению к стенкам величина скорости потока уменьшается. Для измерения средней скорости необходимо измерить динамическое давление в нескольких точках сечения тракта.

         На практике применяются два способа измерения средней скорости по результатам замеров динамического давления.

Первый способ предполагает необходимость измерения динамического давления в нескольких точках сечения тракта. Например, тракт круглого сечения разделяется на ряд равных по площади участков концентрическими окружностями, проведенными из центра радиусами R, R и т.д. Для измерения скорости напорную трубку следует установить в точках а, б, в и.т.д., где окружности, проведенные из центра радиусом r, rи т.д., делят участки в свою очередь на 2 равные части и пересекают осевые линии сечения.

Значения rудобно определять по формуле

r = R  ,                       (1.4)

где R – радиус тракта в мм;

                 n – число участков.

         Средняя скорость потока рассчитывается по уравнению

=    ,                 (1.5)

где - динамическое давление, соответствующее средней скорости;

                 - поправочный коэффициент, обусловленный несовершенством напорной трубки.

==   (1.6)

         В основу второго метода определения средней скорости заложена закономерность распределения скорости по сечению круглого тракта. В соответствии с этим средняя скорость установившегося потока может быть определена по результатам измерения динамического давления в точке с координатами  в случае ламинарного течения (Re2300) или   в случае турбулентного течения (Re>2300).

1.4.2 Измерение скорости потока с помощью крыльчатого анемометра

         Скорость потока воздуха может быть измерена (определена) по изменению показаний счетного механизма анемометра за определенный промежуток времени.

Скорость потока воздуха определяется через окружную скорость отдельной лопасти верхушки анемометра

    ,

а – коэффициент, учитывающий трение в системе передачи;

в – постоянная прибора.

         Окружная скорость верхушки определяется по формуле

      ,

где S – путь пройденный воздушным потоком, м.

                 z, z- начальное и конечное показания счетчика, оборотов.

                - продолжительность опыта, с.

         Для определения расхода воздуха по показаниям крыльчатого анемометра используется уравнение

,

где D- диаметр сечения потока пересекающего крыльчатку анемометра.

 

1.5     Порядок выполнения работы

 

1.5.1 Задача 1. Определение  поля скоростей в цилиндрическом       воздушном тракте.

1.5.1.1 Провести разбивку сечения воздушного тракта на n концентрических участников окружностями с радиусами ri

,                .

Начертить сечения канала в масштабе 2:1 с разметкой участков, определить и указать номера точек для измерений.

 

Плотность воздуха (1 атм., 20С)= 1,205 ;

D=44 мм (внутренний диаметр большой трубы);

D=3 мм (диаметр трубки Пито).

1.5.1.2 Провести подготовку установки к работе. Для этого убедиться, что из сужающего устройства удалена шайба. Установить наклонную трубу микроманометра, подключенного к напорной трубке в положение, соответствующее К=0,8.

Переключать кран на микроманометре в положение «0». Установить с помощью винта на крышке широкого сосуда микроманометра уровень жидкости в наклонной трубке на нулевую отметку. Установить регулятор мощности электропривода на «0», повернув его против часовой стрелки до упора. Включить тумблер электропитания. Установить шибер в открытое положение. С помощью винта координатного устройства установить напорную трубку в центр сечения воздушного тракта.

1.5.1.3. Привести установку в рабочее состояние. Для этого, плавно поворачивая регулятор мощности по часовой стрелке, установить по тахометру число оборотов электропривода, соответствующее заданию. Установить шибер в положение, соответствующее заданию. Замерить уровень жидкости в наклонной трубке и, если он окажется меньше 50% шкалы, увеличить наклон трубки, поочередно переставляя ее положения: К=0,6; 0,4; 0,2;

1.5.1.4. Поочередно устанавливая наружную трубку в выбранные для измерения точки воздушного тракта, произвести измерение динамического давления в этих точках. Данные занести в протокол наблюдений в таблицу 1.2. Не изменяя положения шибера и числа оборотов электропривода, провести измерение еще два раза. В случае необходимости, между измерениями корректируются скорости вращения электропривода.

1.5.1.5. Установить новое значение числа оборотов электропривода с помощью регулятора мощности и провести измерения аналогично п.1.5.1.3. Результаты занести в протокол наблюдений.

1.5.1.6. Результаты работы представить в виде таблицы и графиков зависимости.

1.5.1.7. Варианты задания к задаче 1  приведены в таблице 1.1.

Протокол наблюдений к задаче №1

Условия наблюдения:

-         температура воздуха                                                             0С

-         барометрическое давление                                                   мм.рт.ст.

-         плотность воздуха

-         режим работы по варианту задания №

-         скорость вращения электропривода

режим1                                                                                          об/мин

режим2                                                                                          об/мин

-         положение шибера                                                                  %

-         положение наклонной трубки микроманометра                 К=

 

1.5.2  Задача 2.Измерение расхода воздуха с помощью напорной трубки

 

         1.5.2.1. Провести разбивку сечения воздушного потока тракта на n концентрических участков равной площади и определить координаты точек для замеров. Определить положение точек, имеющих безразмерную координату r/R = 0,707 и 0,762. Начертить сечение канала в масштабе 2:1 с разметкой участков равной площади, определить и указать номера точек для измерений.

         1.5.2.2. Подготовить установку к работе.

Для этого выполнить все операции, указанные в п.1.5.1.2.

         1.5.2.3. Привести установку в рабочее состояние.

Для этого выполняются операции предусмотренные в п.1.5.1.3.

         1.5.2.4. Поочередно устанавливая напорную трубу в точки с координатами, рассчитанными в п.1.5.2.1., включая точки с координатами 0,707 и 0,762, произвести измерение динамических давлений. Результаты записать в протокол наблюдений.

         1.5.2.5. Произвести наблюдения, аналогичные п.1.5.1.4. при меньших расходах воздуха. Для этого рукоятка шибера последовательно устанавливается в положения, соответствующие заданию (таблица 1.3). В случае необходимости изменить угол наклона трубки микроманометра.

         1.5.2.6. Результаты работы представить в виде таблицы и графика зависимости расхода от положения шибера.

         1.5.2.7. Варианты задания к задаче 2 приведены в таблице.1.3.

         1.5.2.8. Протокол наблюдений к задаче 2

         Условия наблюдений:

-         температура воздуха                                                                     0С

-         барометрическое давление                                                       мм.рт.ст.

-         плотность воздуха                                                                     кг/м3

-         режим работы по варианту задания №

-         скорость вращения электропривода                                        об/мин

-         положение шибера:                                                                 

режим 1                                                                                               %                                                                                                              

режим 2                                                                                               %  

режим 3                                                                                               %

режим 4                                                                                                %                                                                                                                      

-         положение наклонной трубки микроманометра                        К=

 

1.5.3  Задача 3. Построение тарировочного графика крыльчатого анемометра.

 

1.5.3.1.Подготовить установку к работе.

Для этого выполнить все операции, предусмотренные в п.1.5.1.2.

1.5.3.2.Привести установку в рабочее состояние.

Для этого выполнить все операции, указанные в п.1.5.1.3.

           1.5.3.3.Установить напорную трубку в точку с безразмерными координатами  в случае ламинарного течения или  в случае турбулентного течения. Режим течения может быть определен приближенно по результатам измерений средней скорости потока в любой из указанных выше точек.

         1.5.3.4.Произвести отсчет показаний по шкале крыльчатого анемометра за определенный промежуток времени. Длительность периода между снятиями показаний отчетного устройства измеряется секундомером. Рекомендованная продолжительность опыта c. Произвести измерения при неизменном расходе еще 1-2 раза. В случае необходимости корректировать скорость вращения электропривода между измерениями.

         1.5.3.5. Провести измерения аналогично измерениям, указанным в п.1.5.3.4. при других значениях расхода. Производительность воздуходувки устанавливается в соответствии с вариантом задания (таблица 1.6). Результаты заносятся в таблицу 1.5.3.2.

         1.5.3.6. Результаты обработки экспериментальных данных следует представить в виде тарировочной таблицы, тарировочного графика и функции вида y=a+bx.

         1.5.3.7. Варианты задания к задаче 3 взять из таблицы 1.6.

         Протокол наблюдений к задаче 3

         Условия наблюдений:

-         температура воздуха                                                            0С

-         барометрическое давление                                                 мм.рт.ст.,

                                                                                                    Па

-         плотность воздуха                                                               кг/м3

-         скорость вращения электропривода по варианту задания:  

          режим 1                                                                                      об/мин                        

          режим 2                                                                                      об/мин                                   

         режим 3                                                                                      об/мин                                          

         режим 4                                                                                      об/мин 

         -    положение шибера                                                              %

-         положение наклонной трубки микроманометра              К=    

        

Таблица 1.1

         Варианты задания

1

2

 

3

4

5

6

Скорость вращения электропри -

вода

 

об/мин

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Положение шибера

%

 

 

 

 

 

 

Число точек для замеров

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2

 

 

 

№№

пп

коор-

динаты

точек

показания

микромано-

метра

динамическое

давление

скорость

потока

Сред

няя

ско-

рость

 

 

r

 

r/R

1

2

3

Рд1

Рд2

Рд3

мм

-

мм

мм

мм

Па

Па

Па

м/с

м/с

м/с

м/с

Режим 1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Режим 2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Таблица 1.3

 

         Варианты задания

1

2

 

3

4

5

6

 

Скорость вращения электропривода

 

об/м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Положение шибера  %

1

2

3

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Число разбиения сечения тракта

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.4

 

 

 

№№

пп

 

Координаты точек замера

 

Показания

микроманометра

в опытах

 

Динамическое

давление

 

Скорость потока в сечениях

 

r

 

r/R

Рд1

Рд2

Рд3

Рд4

мм

-

мм

мм

мм

мм

Па

Па

Па

Па

м/с

м/с

м/с

м/с

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.5

 

№ режи

ма

Средняя скорость потока м/с

Объемный расход воздуха м3/ч

Массовый расход воздуха кг/ч

 

Re

по

,

по

,

по

,

по

,

по

,

по

,

по

,

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.6

 

Варианты задания

1

2

3

4

5

6

Скорость вращения электропривода

1

2

3

4

 

 

 

 

 

 

Положение шибера %

 

 

 

 

 

 

 

 

        

 

Таблица 1.7

 

№№

пп

Дина

ми

ческое давле

ние

Объемн.

расход по дин.

давлен.

Среднее значе

ние расхода

Показания отчетного устройства анемомометра

Продолжитель

ность опыта

Ско

рость враще

ния крыль

чатки

 

 

Па

z1

z2

z1-z2

, c

Режим 1  

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

Режим 2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

Режим 3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

Режим 4

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6  Контрольные вопросы

 

1.6.1  Объяснить устройство напорной трубки, особенности измерения ими расхода воздуха.

1.6.2   Каковы методы измерения средней скорости потока?

1.6.3   Как определяется расход воздуха с помощью напорной трубки?

1.6.4   Каковы основные параметры и методы обработки экспериментальных данных для определения расхода?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Лабораторная работа. Измерение расхода с помощью сужающих устройств. Тарировка стандартной диафрагмы

 

2.1 Назначение работы

Целью работы является изучение методики измерения расхода с помощью сужающих устройств.

В процессе выполнения работы необходимо:

2.1.1 Изучить принцип действия расходомеров переменного перепада давления, конструктивные особенности сужающих устройств.

2.1.2      Произвести тарировку расходомера с диафрагмой.

          2.1.3 Построить тарировочную характеристику на основе расчета стандартной диафрагмы.

К работе следует приступать после проработки настоящего руководства, конспекта лекций и указанных ниже разделов учебных пособий /[1] с. 434-496/.

2.2 Описание лабораторного стенда

Лабораторная работа проводится на том же стенде, что и работа № 1. Для ее выполнения в воздушном канале должна быть установлена диафрагма (рисунок 1.1).

2.3 Основные теоретические сведения

Измерение расхода по перепаду давления на сужающем устройстве является в теплотехнической практике наиболее распространенным методом измерения в силу высокой надежности и достоверности.

Для измерения расхода в трубопроводе или канале, по которому протекает измеряемая среда, создается местное сужение потока. Средняя скорость потока в суженном сечении повышается, и часть потенциальной энергии потока переходит в кинетическую. В результате этого статическое давление в суженном сечении потока становится меньше статического давления перед сужением. По разности статических давлений потока до сужения и в суженном сечении (по перепаду давления) можно определить величину расхода протекающей среды.

Метод определения расхода с помощью сужающих устройств преполагает наличие следующих основных условий:

а) поток измеряемой среды считается установившимся – до и после сужающего устройства имеются прямые участки трубопровода и канала достаточной длины ([4] с. 225);

б) поток полностью заполняет все сечения трубопровода или канала и сужающего устройства;

в) измеряемая среда однофазна, и фазовое состояние ее не меняется при прохождении через сужающее устройство (жидкость не испаряется, водяной пар остается перегретым, растворенные в жидкости газы не выделяются, влажный газ не достигает границы полного насыщения);

г) в трубопроводе или канале перед сужающим устройством не скапливается конденсат, пыль или иные отложения;

д) трубопровод или канал имеет определенный профиль (обычно круглое сечение).

Основными уравнениями расходомеров с сужающими устройствами являются:

-         для массового расхода

;                                                                           (2.1)

-         для объемного расхода

,                                                                              (2.2)

где- плотность среды в невозмущенном потоке до сужающего устройства, кг/м3;

     - коэффициент расхода;

     - поправочный множитель на расширение измерямой среды;

     - площадь отверстия сужающего устройства, м2;

     (р1-р2) = - перепад давления на сужающем устройстве, Па.

Для практического использования управления расхода представляют в другой записи

;                          (2.3)

                              (2.4)

где - относительная площадь (модуль) сужающего устройства;

       d,D – диаметры отверстия сужающего устройства и трубы.

Величины в формулах (2.3), (2.4) имеют следующие размерности:

       d, мм; ∆р, кгс/м2; , кг/м3; , кг/ч; , м3/ч. 

Рабочий диапазон измерения составляет интервал 30-100% максимального измеряемого расхода , что необходимо учитывать при экспериментальном и расчетном способе определения градуировочной характеристики.

При расчете градуировочной характеристики ∆р = f (Q), при известном значении m задаются значениями Q. При этом верхний предел измерения  должен выбираться из ряда

А= а,

где а – одно из чисел: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8;

                 n – целое (положительное или отрицательное) число или нуль.

В качестве единиц измерения расхода принимают м3/ч или кг/ч.

Значения  и  определяются при среднем (номинальном) расходе , величины d и  с учетом температуры контролируемой среды.

Коэффициент расхода α. Расчетный коэффициент расхода для диафрагм

                             (рисунок 2.1),                                     (2.5)

где - исходный коэффициент расхода, определяемый по графику на рисунке 2.2;

       - поправочный множитель, учитывающий шероховатость трубопровода;

       - поправочный множитель на притупление входной кромки диафрагмы.

Исходный коэффициент расхода определяется по графику (рисунок 2.2) при значениях Re, больших некоторого значения Re, когда становится практически постоянным (рисунок 2.2).

При значениях Re, меньших некоторого ,измерение расхода в промышленных условиях считается невозможным. Если измерения производятся при числах Re, удовлетворяющих условию <Re< Re, то необходимо вводить поправку ∆Q0 (или ∆Qm) к величине расхода

   м3/ч                                               (2.6)

    кг/ч,                                               (2.7)

где D – диаметр трубопровода, мм;

      - кинематическая вязкость измеряемой среды, м2/с;

      - динамическая вязкость измеряемой среды, кгс·с/м2;

      - плотность измеряемой среды, кг/м3;

       - коэффициент, зависящий от модуля m.

В таблице 2.1 приведены значения Re,, для стандартных диафрагм.

Таблица 2.1

m

Re, 103

Re, 103

0,05

0,10

0,15

0,20

 

10

23

30

42

57

42

80

112

172

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

 

 

20

73

90

110

134

135

185

244

320

395

470

545

640

0,55

0,60

0,65

0,70

 

110

210

240

270

300

770

935

1190

1450

 

Практически удобнее определять число Re не по скорости, а по расходу измеряемого вещества

Re=0,354Q0/(D)= 0,0361Q0/(D);

Re=0,354Qm/(D)= 0,0361Qm /(D).

 

 

               

Рисунок 2.1                                                            Рисунок 2.2

    

 

Рисунок 2.3                                                             Рисунок 2.4

 

 

Единицы измерения величин в этих выражениях аналогичны

размерностям в (2.6) и (2.7). Значения поправочных множителей  и  можно определить по графику на рисунке 2.3 и рисунке 2.4.

Поправочный множитель

В общем случае  зависит от отношения ∆р/р (р- абсолютное давление среды до сужающего устройства), модуля m и показателя адиабаты k среды:

.

Множитель  можно определять по номограммам /[1] рисунок П14-4-1 с. 662/ или же по эмпирическому уравнению

  .               (2.8)

Обычно принимают, что , соответствующее Qср.

При этом

,                                           (2.9)

где - предельный перепад давления, соответствующий .

Плотность измеряемой среды  зависит от абсолютного давления среды р, определяемого как сумма избыточного и  барометрических давлений, и температуры среды t.

Плотность одного газа при температуре Т и давлении р может быть определена по известной плотности  газа при нормальных условиях (=200С, =101325 Н/м2, относительная влажность =0) по формуле

,

где k–коэффициент сжимаемости газа, характеризующий отклонение его от законов идеального газа (при давлениях близких к атмосферному k=1).

 

2.4  Порядок выполнения работы

 

2.4.1Экспериментальная тарировка диафрагмы.

2.4.1.1Привести экспериментальный стенд в рабочее состояние. Для этого шибер должен быть полностью открыт, кран микроманометра перевести в положение «1».

2.4.1.2Определить максимальный перепад давления , соответствующий расходу , достигаемый на предельных оборотах вентилятора.

2.4.1.3 Получить тарировочные значения расхода воздуха, соответствующие перепадам давления на диафрагме с шагом 0,1  по шкале микроманометра, используя расходную характеристику крыльчатого анемометра (использовать результаты лаб. раб. №1). Построить тарировочный график диафрагмы .

2.4.2      Расчет расходной характеристики стандартной диафрагмы

2.4.2.1Определить исходные данные для расчета стандартной диафрагмы:

-         модуль диафрагмы m = (d/D)2, значение Reгр по таблице 2.1;

-         максимальный  средний , минимальный  расходы через сужающее устройство;

-         температуру Т, плотность  контролируемой среды (при нормальных условиях плотность воздуха  ).

4.2.2.2Вычислить значения Re для среднего значения расхода . Если Re>Reпо формуле (2.5), используя рисунки (2.1-2.4), определить коэффициент расхода . Если <Re< Re, необходимо ввести поправку в тарировочную характеристику по (2.6).

2.4.2.3 Используя зависимость (2.9), по (2.8) рассчитать поправочный множитель , принимая показатель адиабаты воздуха = 1,4.

2.4.2.4 Преобразуя (2.4), определить расчетные значения , задаваясь значениями расхода Диапазон измерения расхода от  до разбить на 10 интервалов.

2.4.2.5 Результаты расчета свести в таблицу 2.2 и построить график зависимости =

 

Таблица 2.2

 

 

m

 

Reгр

 

Re

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Лабораторная работа. Измерение малых расходов газа с помощью реометров. Градуировка и поверка реометров

        

3.1 Цель работы

 

В процессе выполнения этой работы студент должен:

3.1.1 Ознакомиться с методами измерения малых расходов газа.

3.1.2 Ознакомиться с принципом действия газовых счетчиков.

3.1.3 Получить навыки измерения малых расходов газа с помощью реометров.

3.1.4      Изучить методы поверки и градуировки реометров.

 

3.2 Методические указания

 

К выполнению этой работы студент может приступить только после проработки настоящего руководства, конспектов лекций и указанных ниже разделов учебника: Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы, § 14.1, 14.3, 14.4, 14.5, 14.8.

                            

 

 Рисунок 3.1

 

3.3     Описание установки

 

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 3.1. Установка состоит из мембранного компрессора 3, который приводится в движение электродвигателем переменного тока. Включение электродвигателя в сеть осуществляется при  помощи включателя 1.

Для уменьшения пульсаций воздушного потока от компрессора служит воздухосборник 5. Компрессор может работать в режиме нагнетания воздуха в воздухосборник, для этого кран режима работы 4 устанавливают в положение «напор». При положении крана 4 «разрежение» компрессор отсасывает воздух из воздухосборника и создает в нем разрежение.

Из воздухосборника воздух может подаваться в газовый счетчик. При установке крана «направление потока» 7 в положение «1» воздух из газового счетчика 6 поступает в реометр 2, состоящий из сменной колодки с металлической капиллярной трубкой и U-образного жидкостного манометра.

 

3.4  Общие положения и расчетные соотношения

 

3.4.1 Устройство и принцип действия газового счетчика

Газовый счетчик предназначен для измерения суммарного количества прошедшего через него газа, используется для точных измерений небольших количеств газа в лабораторных условиях и в поверочной практике. Принципиальная схема лабораторного газового счетчика представлена на рисунке 3.2.


 


Рисунок 3.2

 

Основными элементами счетчика являются корпус, барабан с измерительными камерами и счетный механизм. Металлический барабан, разделенный наклонными перегородками на четыре камеры равного объема, размещен внутри корпуса и вращается на оси. Барабан частично погружен в жидкость, заполняющую нижнюю часть корпуса. Уровень жидкости находится выше оси барабана и ограничивает измерительный объем камер.

При положении барабана, показанном на рисунке 3.2, газ поступает через входной патрубок 3, почти полностью заполняет измерительную камеру 6 и частично камеру 5. При этом камера 1 соединена с выходным патрубком 2. Так как давление поступающего газа в камерах 5 и 6 больше давления выходящего газа в камере 1, уровень затворной жидкости под действием разности давлений в камере 1 повысится, а в камерах 5 и 6 понизится. Вследствие этого сместится центр тяжести системы, и под действием веса столба жидкости, уравновешивающего перепад давления, барабан начнет вращаться по часовой стрелке. При этом газ из камеры 1 будет вытесняться и поступать в камеры 5 и 6. После того как прорезь b будет замкнута жидкостью и измерительной камере будет отсечен определенный объем газа, прорезь b выступит из жидкости, и газ из камеры 6 начнет вытесняться и поступать в выходной патрубок вследствие заполнения этой камеры жидкостью. Далее процесс заполнения газом и вытеснения его повторится с камерами 4 и 5.

Ось барабана соединена со счетным механизмом и, таким образом, по числу оборотов барабана можно определить объем газа, прошедшего через счетчик. В каждой камере измеряется всегда один и тот же объем газа только при том условии, если уровень затворной жидкости в корпусе счетчика не изменяется. Определенное (выше оси барабана) и строго постоянное положение уровня затворной жидкости, сильно влияющее на погрешность показаний счетчика, - это необходимое условие нормальной работы барабанного счетчика. Для наблюдения за положением уровня затворной жидкости барабанные счетчики снабжены водомерными устройствами. Для обеспечения гарантированной точности счетчик необходимо устанавливать строго горизонтально, для этого на корпусе прибора монтируют уровни. В качестве затворной жидкости чаще всего применяют чистую воду.

Основное преимущество этих приборов по сравнению с другими заключается в высокой точности и большом диапазоне измерений. Так как затворная жидкость обеспечивает надежное уплотнение измерительных камер, то точность показаний даже при малых расходах остается неизменной и зависит только от уровня затворной жидкости.

3.4.2 Краткое теоретическое описание

Объемный расход протекающей по трубопроводу жидкости или газа по условию неразрывности выражается равенством

,                                 (3.1)

- площадь сечения потока до сужения, равная площади сечения трубопровода, м2;

- площадь наименьшего сечения потока после сужения, м2;

- средние скорости потока в сечениях F1,F2,м/с.

По закону сохранения энергии (принимаем )

,                (3.2)

- абсолютные статические давления в сечениях   и , Па.

     Введем поправку на коэффициент сужения потока

где - площадь сужающего устройства, м2.

     Найдем                                    

где  - относительная площадь сужающего устройства.   

     Получим выражение для скорости потока:

            (3.3)

где - поправочный коэффициент, учитывающий действительные условия измерения давления, т.е. замена и  на и

Объемный расход жидкости или газа может быть найден по уравнению

               (3.4)

Входящие в полученную формулу скорости потока v, коэффициенты трудно поддаются измерению и теоретическому обоснованию, поэтому удобнее их учитывать общим коэффициентом расхода

                                           (3.5)

Для данного реометра величины , F и  можно считать постоянными и сгруппировать их в единый коэффициент К. Тогда

,                                                  (3.6)

где К=const.

Разность статических напоров  измеряется мм. вод. ст.. При измерении перепада давления следует учитывать удельный вес замыкающей жидкости

                                            (3.7)

где h- разность уровней столбов жидкости в реометре;

                - плотность замыкающей жидкости (воды).

Подставляя (3.7) в (3.6) получим:

     .                                                (3.8)

Таким образом, расход газа при измерении его реометром определяется разностью столбов жидкости h, веса единицы объема замыкающей жидкости и веса единицы объема измеряемого газа .

Отградуированный указанным способом реометр будет давать правильные показания только при измерении им расхода газа постоянной плотности.

При использовании реометра в условиях, отличающихся от указанных условий тарировки, в показания его должны быть внесены соответствующие поправки.

Вышеприведенные расчетные зависимости дают значение расхода газовой струи в м3/с. Для удобства может быть использована единица измерения дм3/мин, (л/мин). В этом случае уравнение имеет вид

                                               (3.9)

где  - расход газа, К-коэффициент, - разность уровней столбов жидкости в реометре, - плотность воды.

При проведении градуировки реометра обычно устанавливается зависимость между перепадом давления и расходом  газа .

                 или                             (3.10)

где - для данного реометра является величиной постоянной.

Выражение (3.10) указывает параболическую зависимость между и , а следовательно, и неравномерной характер шкалы.

Определяя величину С реометра, можно построить шкалу от  до .

 

3.4 Порядок выполнения работы

 

3.4.1 Провести тарировку реометра.

     3.4.1.1 Подготовить установку к работе. Для этого установить кран "режима работы" 4 ( рисунок3.1) в положение "напор". Установить кран "направление потока" в положение "1". Установить газовый счетчик горизонтально по уровню. Атмосферный кран 6 полностью открыть. Проверить положение уровней замыкающей жидкости в реометре. Уровни должны располагаться на отметке мм.

     3.4.1.2  Привести установку в рабочее состояние. Для этого включателем 1 привести компрессор в действие. При этом должно произойти небольшое изменение  уровней жидкостей в реометре.

      3.4.1.3 Определить перепад давления в реометре при максимальном расходе . Для этого плавно закрыть атмосферный кран 6 и определить перепад давления, существующий закрытому состоянию крана 6. Следует иметь в виду, что при установке сменных колодок с малым сечением капилляра и полностью закрытом кране перепад давления может превысить пределы измерения манометра. Для этого, чтобы избежать выброса жидкости из манометра, закрывать кран 6 можно лишь убедившись, что уровень жидкости в манометре при этом не выходит за пределы шкалы. В противном случае за  принимается предел шкалы реометра.

      3.4.1.4 Определить значение перепада давления для последующих наблюдений, принимая их равными 0.1, 0.2, заносят в таблицу 3.1.

      3.4.1.5 Изменяя положение атмосферного крана 6, установить перепад давления на реометре, соответствующий значению 0.1, и произвести измерение воздуха  за определенный промежуток времени. Продолжительность опыта выбирается из условия дм3, определяемого по газовому счетчику.

      3.4.1.6 Провести измерения аналогично п. 3.4.1.5 при значениях перепада давления 0.2 , 0.3, и т.д. до .

      3.4.1.7 Произвести расчет постоянной реометра С для каждой точки измерения и определить среднее значение .

      3.4.1.8 Составить градуировочную таблицу (таблица 3.2) и построить график зависимости . На этом же графике нанести точки, соответствующие результатам отдельных измерений.

3.4.1.9           Нарисовать шкалу реометра на миллиметровой бумаге.

Протокол наблюдений

Дата проведения наблюдения -

Температура воздуха, -

Барометрическое давление, Па -

Номер сменной колодки реометра -

Плотность воздуха, кг/м3 -

 

Таблица 3.1

№

Перепад давления

 

      h

Показа-

ние газового счетчика

Количес

тво воздуха

 V

Про

долж наблюде

ния,

Объем

ный расход воздуха,

Коэф-

фициент расхода, С

Сред

нее значение

нач.

кон.

 

В до

лях

в

 

м

дм3

дм3

дм3

с

дм3/мин

 

 

1

2

3

…

10

0.1

0.2

0.3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.2

     

 

Q

 

дм3/мин

мм

           1

2

3

4

…

…

10

 

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

 

4 Лабораторная работа. Измерение температуры оптическим пирометром. Градуировка и поверка технического пирометра

4.1 Цель работы

Целью данной работы является:

4.1.1 Изучение принципа действия оптических пирометров.
4.1.2 Ознакомление с устройством оптического пирометра с исчезающей нитью переменного накала.

4.1.3 Освоение методики и получение практических навыков измерения температуры источника теплового излучения при помощи оптического пирометра.

4.1.4 Изучение методов и поверка технического пирометра.

4.1.5 Обработка результатов эксперимента.

Перед выполнением работ необходимо изучить следующие материалы:

         1.Преображенский  В.П.   Теплотехнические  измерения  и  приборы.- М.: Энергия, 1978. -704 с. Глава седьмая.

         2.Лабораторный     практикум     по     теплотехническим     измерениям     и приборам/Под.ред. С. Ф.Чистякова. -Высш.шк.: 1970. -Глава пятая.

3.ГОСТ 8.130-74. Государственная система обеспечения единства измерений. Пирометры визуальные с исчезающей нитью, общепромышленные. Методы и средства поверки.- М.: Издательство стандартов,1980.

4.2 Принцип действия оптических пирометров

2.1 Измерение высоких температур контактным способом практически неосуществимо или сопряжено со значительными систематическими погрешностями из-за искажения температурного поля первичным датчиком прибора. Поэтому предпочтительным является бесконтактный метод измерения по излучению тел, основанный на сравнении спектральных интенсивностей излучения тел в видимой части спектра. Различные физические тела при одной и той же температуре обладают различной интенсивностью излучения. Для этого оптические пирометры градуируют по температуре, соответствующей излучению абсолютного черного тела (АЧТ), а при определении температуры реальных тел вводят поправку, зависящую от степени черноты тела.

Одним из основных законов теплого излучения является закон Планка, учитывающий зависимость спектральной интенсивности излучения абсолютно черного тела от длины волны и температуры

 

                               (4.1)

  ,

         где - интенсивность излучения АЧТ (Вт/м3);

       - длина волны (м), Т – температура тела (К);

      С1 = 3,7413-1016(Вт.м2),  1-я константа Планка;

      С2 = 1,4388 • 102 (м.К),   2-я константа Планка.

         В  видимой  части  спектра  из  уравнения  Планка  без  значительной погрешности можно получить закон Вина

                          .                    (4.2)

Закон Вина может быть использован для определения интенсивности излучения реального тела, обладающего непрерывным спектром. В этом случае уравнение примет вид

                                     ,                  (4.3)

где  - интенсивность излучения серого тела;

- степень черноты;

Тд- действительная температура.

Температурой АЧТ или яркостной температурой    называется такая температура, при которой  интенсивность  излучения  АЧТ  равна  интенсивности  излучения реального тела с Тд. Исходя из этого , запишем уравнение в виде

                   или           .

Логарифмируя, получим        или            .

         Но, т.к. всегда < 1, то < , т.е  яркостная температура всегда будет меньше действительной. При этом, чем больше будет отклонение излучательных свойств тела от АЧТ, тем больше будет разность температур (- ) и наоборот (в случае  температура  будет стремиться к ).

На основании уравнения интенсивностей излучения построены характеристики пирометра с исчезающей нитью. В них интенсивность излучения на длинах волн =0,65 мкм сравнивается с интенсивностью излучения нити лампы накаливания на тех же длинах волн.

Телескопическая трубка пирометра имеет объектив и окуляр, нить лампы проектируется на фоне раскаленного тела. Нить, нагретая меньше, чем раскаленное тело, будет казаться темной на светлом фоне и наоборот. При равенстве температур нити и тела средняя часть нити «исчезнет» (не будет наблюдаться). См. рисунок 4.1.

 

 

 

Температура                   температура               температура

термометрической         термометрической     термометрической

лампы ниже                   лампы равна               лампы выше

температуры объекта     температуре объекта  температуры объекта

 

Рисунок 4.1 "Исчезновение" средней части изображения нити пирометрической лампы на фоне изображения спирали термометрической лампы.

 

4.2.2 Описание лабораторной установки

 

Лабораторная  установка  для   проведения  эксперимента  состоит  из следующих приборов:

- пирометр ОППИР-017;

- пирометр оптический ЭОП-66;

- стабилизированный источник питания пирометрической лампы;

- регулятор накала пирометрической лампы;

- стабилизированный источник питания температурной лампы;

- регулятор накала температурной лампы;

- цифровой миллиамперметр (0-600)мА;

- цифровой вольтметр (0-10) В;

- экран;

- температурная лампа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2.3 Схема подключения пирометра ЭОП-66 приведена на рисунке 4.2.

 

 

 

Рисунок 4.2 Схема подключения пирометра ЭОП-66

 

1 – стабилизированный источник питания накала пирометрической лампы;

2 - цифровой   миллиамперметр Ф-30;

3,4 - регуляторы накала пирометрической лампы;

5 - пирометрическая лампа.

 

4.3 Порядок и методика проведения работы

4.3.1 Ознакомление с устройством оптического пирометра

4.3.1.1Работа пирометра основана на измерении квазимонохроматической яркости излучения нагретого объекта путем уравнивания ее с яркостью пирометрической лампы, для которой дана зависимость температуры нити от тока, протекающего на ней.

Изменяя силу тока в пирометрической лампе, уравнивают яркость нити лампы с яркостью измеряемого объекта.

4.3.1.2 Пирометр ЭОП-66 (рисунок 4.3) представляет собой телескоп, состоящий из объектива 2 и окулярного микроскопа 8. К кронштейну крепится блок ламп 4, в котором помещены три патрона с лампами 6. Телескоп пирометра устанавливается на основание 7.

         4.3.1.3 Основание 7 имеет винтовые опоры 16, позволяющие наклонять оптическую    ось    прибора   в   пределах    ± 3° .  Для    получения четкого изображения объектив пирометра с помощью ручки 3 перемещается вдоль оптической оси. Перемещение окуляра микроскопа 8 вдоль оптической оси обеспечивает необходимую резкость.

 

 

 

 

Рисунок 4.3 Схема устройства оптического пирометра ЭОП-66.

 

        4.3.1.4 Пирометр снабжен пирометрической лампой 6, которая закрепляется в патронах. Поворотом ручки 9 лампы вводятся в    поле зрения окуляра пирометра. Регулировочный винт  11  обеспечивает перемещение лампы в вертикальном   направлении,   стопорный   винт   10   -   фиксацию   лампы   в выбранном положении, подключение напряжения к пирометрической лампе осуществляется с помощью контактов.

 

        4.3.1.5  Для   расширения   температурной   шкалы   пирометр   снабжен
кассетой    12   со   стеклянными   поглощающими   стеклами   и   выносным
поглотителем 18, кассета вынимается из коробки блока ламп 4 с помощью
толкателя 20.

         4.3.1.6  Для   монохроматизации   светового   потока   пирометр   снабжен
кассетой 5 со светофильтрами, кассета крепится к коробке блока ламп двумя
винтами  19. Положение кассеты 5 обозначается индексами (точками) по
окружности кассеты.

 

4.3.1.7 В первом окне кассеты светофильтров 5 установлено бесцветное стекло, во втором и третьем окне - красные фильтры, один из которых устанавливается вместе с диафрагмой, предназначенной для уменьшения яркости измеряемого объекта, в четвертом окне - светофильтры любых марок (предприятие изготовитель устанавливает в этом окне зеленое стекло).

4.3.2 Подготовка пирометра к работе и порядок работы

4.3.2.1 Установить пирометр на основании, устойчивом к сотрясениям и
вибрациям. Ослабить ручку фиксатора 14 и стопор 13 (рисунок 4.3).

4.3.2.2 Подключить    к    пирометру    реостат    и    приборы,    согласно
измерительной схеме (рисунок 4.2). Добиться четкого изображения нити
пирометрической лампы перемещением окуляра микроскопа. Убедиться в
правильности    расположения    вершин    нити    пирометрической    лампы,
относительно дымчатой диафрагмы, помещенной в окуляре пирометра.

4.3.2.3 Навести   пирометр на объект, температура которого измеряется.
Затянув стопорный винт 13, плавно поворачивая телескоп пирометра ручкой
червяка 15 и одновременно меняя наклон его опорами 16, добиться такого
положения, чтобы изображение объекта перекрывало отверстие дымчатой
диафрагмы или располагалось в его центре. Добиться четкого изображения
объекта.

4.3.3 Измерение яркостной температуры объекта

После окончания фокусировки и настройки установить кассету светофильтров 5 в положение «•», кассету поглотителей - согласно таблице 4.1 и приступить к измерению заданной температуры при постоянном значении силы тока.

С помощью ручек «грубо» и «точно», регулируя накал нити пирометрической лампы, добиться уравнивания температуры нити пирометрической лампы и спиралей температурной лампы, о чем свидетельствует «исчезновение» части дуги изображения нити пирометрической лампы на фоне изображения спиралей температурной лампы (рисунок 4.1).

Записать показания миллиамперметра Ф-30 в таблицу 4.2. Измерение заданной температуры производить 5 раз, подходя к моменту уравнивания яркостей то со стороны большей, то со стороны меньшей яркости нити пирометрической лампы по отношению к яркости температурной.

Вычислить среднее значение силы тока из пяти измерений и по данным таблицы 4.6 или графика, построенного на основании «Свидетельства о государственной поверке», определить температуру объекта.

Результаты измерений записать в таблицу 4.2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.1

Поддиапазон    измеряемых

Положение

Положение

температур,оС

кассеты

оправы с

 

поглотителей

выносным

 

 

поглотителем

От 800 до  1400 вкл.

«.»

снята

1400 до 2000

«..»

            -//-

2000 до 3000

«. . .»

            -//-

3000 до 4000

«.»

навинчена

4000 до 10000

«....»

-//-

Таблица 4.2 Измерение яркостной температуры лампы

 

Сила тока 1,А

Задан ная

t, °C

Яркост ная

t,  °С

 

№ отсчета

Среднее значение I, А

 

 

1

2

3

4

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.4. Определение истинной температуры по яркостной температуре

Все вычисления по определению истинной температуры рекомендуется свести в таблицу 4.3.

Таблица 4.3      Определение истинной температуры лампы

T=t+273K

т, к

Поправка t=T-T, K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Истинную температуру находят по формуле

 ,

          где - яркостная температура, К;

 Т - истинная температура, К;

  - эффективная длина волны опт. пирометра(= 0,65 мкм);                                 - постоянная излучения (1,4388 );

- коэффициент черноты монохроматического излучения вольфрама (таблица 4.4).

Таблица 4.4

Яркостная температура

956

1058

1149

1240

1330

1420

Коэффициент черноты

0,456

0,454

0,452

0,450

0,448

0,445

Яркостная температура

1509

1597

1684

1771

1857

1943

Коэффициент черноты

0,443

0,441

0,439

0,437

0,435

0,435

4.3.5 Построение графика поправок на неполноту излучения лампы

Поправка на неполноту излучения лампы равна разности между истинной и яркостной температурами, т.е.

t=T-T,

 где t - поправка на неполноту излучения лампы.

График поправок строят на координатах t и T0. Значение t откладывают по оси ординат.

4.4 Градуировка и поверка технического пирометра

       4.4.1 Для проведения поверки пирометра типа ОППИР-017Э,
предназначенного  для   измерения  яркостной  температуры   по  тепловому
излучению тел в интервале температур от 800 до 6000 °С, ознакомиться с
устройством и принципом действия данного пирометра ([1], с.274).

        4.4.2.     Поверку пирометра проводят в следующих условиях:

     - температура окружающего воздуха - в пределах (20 ± 5) °С;

       - относительная влажность окружающего воздуха - не более 80%;

       - внешние магнитные поля (кроме земного) отсутствуют;

       - пирометр находится в установленном рабочем положении.

        4.4.3.     Определение основной погрешности.

       4.4.3.1 Установить поверяемый пирометр на одной оптической оси с
образцовой температурной лампой так, чтобы изображение нити
пирометрической лампы расположилось симметрично изображению спирали
температурной лампы.

       4.4.3.2 Основную погрешность и случайную составляющую основной
погрешности пирометра  в интервале температур от 800 до 2000°С определяют методом непосредственной поверки по образцовой
температурной лампе.

В цепи образцовой температурной лампы установить силу тока, соответствующую значению первой температуры, при которой производится поверка. (Для этого при помощи регулятора светимости накала температурной лампы по прибору В7-27 установить значение напряжения,

соответствующего первой поверяемой заданной температуре, из таблицы 4.5). Значение напряжения источника питания записать в протокол.

При помощи реостата пирометра, пять раз уравнивая яркость пирометрической лампы с яркостью температурной лампы, произвести отсчитывание по шкале пирометра и результаты записать в протокол. При этом нить пирометрической лампы между отсчетами попеременно делают ярче и темнее спирали температурной лампы.

        4.4.3.3 Произвести    действия,    указанные    в    п.   4.4.3.2,    для    следующих оцифрованных отметок шкал (таблица 4.5) и сделать соответствующие записи в протоколе. При этом после каждого изменения значения силы тока в температурной лампе требуется не менее 0,5 мин до начала следующего измерения.

       4.4.3.4 Для    каждой    поверяемой    температуры    t    вычислить    среднее арифметическое отсчетов t° cp по пирометру, записать в протокол и вычислить основную погрешность  по формуле

,

где t° cp- среднее арифметическое значение пяти отсчетов по основной шкале пирометра;

           t - поверяемая яркостная температура, установленная на образцовой температурной лампе.

Поправка поверяемой отметки шкалы:

.

         4.4.3.5Сравнить полученные значения основной погрешности с требованиями ГОСТ 8335-74 и справочного приложения 1.

         4.4.3.6 Для пирометров, имеющих шкалу с верхним пределом измерения выше 2000°С,   по   данным   поверки   шкалы   для   нижнего   предела   измерения составить график зависимости поправок «с» от температуры t.

        4.4.3.7 Основную погрешность пирометров в интервале температур от 2000 до 6000°С  определяют расчетным методом  на основании экспериментально найденного  значения  пирометрического  ослабления  А  соответствующего поглотителя.

4.4.3.8 Для определения пирометрического ослабления А пирометра ввести соответствующий поглотитель и при яркостной температуре t на образцовой температурной лампе произвести отсчеты  по основной шкале пирометра (как в пп. 4.4.3.2 – 4.4.3.4). Определить средние показания пирометра .

4.4.3.9. Вычислить исправленное показание пирометра по основной шкале по формуле                     

 ,

где с - поправка, полученная из графика п.4.4.3.7 для температуры .

4.4.3.10. Пирометрическое ослабление А для температуры t, °C определить по формуле

 , .

        4.4.3.1        Измерение  пирометрического    ослабления    А    произвести для
температур 1800,1900,2000°С (с поглотителями, служащих для расширения
шкалы до 3200°С). Вычислить среднее арифметическое из всех найденных
значений  А.   Отклонение  каждого  значения  А  от  среднего  для  любого

поглотителя не должно превышать  ±1,5 .

Полученные значения А должны находиться в пределах, указанных в справочном приложении В.

           4.4.3.12. Из полученных значений температур по основной шкале t° вычесть значения поправок и с помощью реостата пирометра установить стрелку измерительного прибора на значение температуры t° по основной шкале пирометра. При этом по поверяемой высокотемпературной шкале отсчитать показания tn. Затем  определить  основную  погрешность  для   всех  оцифрованных отметок поверяемой шкалы пирометра по формуле

,

 t определить из приложения В по значениям А , tn.

Сравнить   полученные  значения   основной   погрешности   с   требованиями ГОСТ 8335-74 и справочного приложения А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.5 Зависимость температуры спирали температурной лампы от напряжения источника питания при работе с оптическим пирометром ОППИР-017

    t,°C

Показание прибора В7-27

Примечание

1200

1,16

Поглотитель выведен

1300

1,28

 

1400

1,43

 

1500

1,63

 

1600

1,81

 

1700

2,04

 

1800

2,24

 

1900

2,44

 

2000

2,79

 

 

1800

 

2,28

 

Поглотитель введен

1900

2,57

 

2000

2,78

 

2100

3,05

 

2200

3,35

 

2300

3,66

 

2400

3,97

 

2500

          4,35                       4,35

 

 

Таблица 4.6  Зависимость силы тока пирометрической лампы от температуры

 

t,°C

I,mA

Примечание

1200

274,3

Поглотитель выведен

1300

283,5

 

1400

296,3

 

1500

260,2

Введен первый поглотитель «••»

1600

267,3

 

1700

273,8

 

1800

280,4

 

1900      

286,0

 

2000

295,7

 

2100

260,5

Введен второй поглотитель «•••»

2200

265,2

 

2300

269,8

 

2400

273,7

 

2500

276,7

 

 

           Протокол поверки

Оптический пирометр типа ОППИР-017Э, 2-я модификация с интервалами температур от 1200 до 2000°С и от 1800 до 3200°С.

Поверка произведена по образцовой температурной лампе, проградуированной в интервале температур от 800 до 2000°С.

        Результаты поверки

Результаты внешнего осмотра и опробования:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Определение основной погрешности поверки шкалы с интервалом температуры от 1200 до 2000°С (при использовании первого поглощающего стекла)

Таблица 4.7

Образцовая температурная

Поверяемый пирометр

                      лампа

 

Температура t,°C

Показание прибора

В7-27

Показание пирометра

 

    

Основная погрешность

,°С

Поправка с,°С

1200

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

5

 

 

1200

 

ср

 

 

1400

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

5

 

 

1400

 

ср

 

 

1600

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

5

 

 

1600

 

ср

 

 

1800

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

5

 

 

1800

 

ср

 

 

2000

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

5

 

 

2000

 

ср

 

 

Поверка шкалы с интервалом от 1800 до 2000°С (при использовании второго поглощающего стекла А )

Расчет значения пирометрического ослабления А

Таблица 4.8

Образцовая темпе-

ратурная лампа

Поверяемый пирометр

Тем-

пера­тура

 

  t, °С

Показание прибора

В7-27

Показание пирометра по основной

шкале

 

Поправка

 

   с,°С

Значение температуры по основной шкале с учетом поправок

  ,

 

Пирометричес

кое ослабление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1800

 

 

 

 

 

1900

 

 

 

 

 

2000

 

 

 

 

 

2200

 

 

 

 

 

2240

 

 

 

 

 

2260

 

 

 

 

 

2280

 

 

 

 

 

3000

 

 

 

 

 

3200

 

 

 

 

 

Определение основной погрешности для шкалы с интервалом

температур от 1800 до 2000°С

Таблица 4.9

 

 

Поверя

емая отметка шкалы

 

    t,°C

 

 

Кажущаяся темпе ратура

 

 

     

 

 

Поправка

 

 

 

 с,°С

 

Значение

температуры по основной шкале с учетом поправки

 

Показание пирометра по поверяе

мой

отметке шкалы

  

 

Основная погреш

ность

    

 

 

   ,°С

1800

 

 

 

 

 

1900

 

 

 

 

 

2000

 

 

 

 

 

2200

 

 

 

 

 

2400

 

 

 

 

 

2600

 

 

 

 

 

2800

 

 

 

 

 

3000

 

 

 

 

 

3200

 

 

 

 

 

Прибор соответствует (не соответствует) ГОСТ 8335-74
Дата поверки__________Поверку проводил_______________

Требования к отчету

При составлении отчета необходимо:

4.5.1              Написать наименование работы и изложить ее содержание.

4.5.2 Начертить принципиальную схему оптического пирометра и дать ее описание.

4.5.3 Приложить   результаты   наблюдений   (таблица  4.2)   и   расчетов (таблица     4.3)     по     определению     температуры     раскаленной     спирали температурной лампы.

4.5.4 Построить     график     поправок     на     неполноту     излучения
вольфрамовой спирали температурной лампы.

4.5.5 Приложить    протокол    поверки    пирометра    ОППИР-017Э    с
расчетами А ,  и t.

4.5.6 Написать выводы по результатам работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

     1.Преображенский В.П.  Теплотехнические измерения и приборы.  -М.:
Энергия, 1978.-704 с.

     2.Иванова Г.М., Кузнецова Н.Д., Чистяков B.C. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергоиздат, 1984.-232 с.

     3.Мурин Г.А. Теплотехнические измерения. - М.: Энергия, 1979.-424 с.

     4.Чистяков С.Ф., Радун Д.В. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Высшая школа,  1972.-397 с.

     5.ГОСТ 8.130-74. Государственная система обеспечения единства измерений. Пирометры визуальные с исчезающей нитью, общепромышленные. Методы и средства поверки.- М.: Издательство стандартов,1980.

 

Содержание

1 Лабораторная работа № 1………………………………………………………3

2 Лабораторная работа № 2…………………………………………………….. 13

3 Лабораторная работа № 3…………………………………………………….. 19

4   Лабораторная работа № 4…………………………………………………….. 25

5        Приложение А                 …………………………………………………….. 41

Приложение Б                      …………………………………………………….. 42

Приложение В                      …………………………………………………….. 49

Список литературы              …………………………………………………….. 52

 

 

 

 

 

 

Сводный план 2005 г., поз. 9

 

 

 

Нурипа Кыргызбайкызы Бекалай

Нелля Орналиевна Джаманкулова

 

 

 

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЬ

 

Методические указания к лабораторным работам

для студентов по специальностям:

220140 - "Тепловые электрические станции"

220240 - "Технология воды и топлива"

220340 - "Энергетика теплотехнологии "

220440 - "Промышленная теплоэнергетика"

220540 - "Энергооборудование и энергохозяйство малых                                                                 предприятий и организаций"

050717 – бакалавриата по “Теплоэнергетике”.

 

 

 

 

Редактор Ж.М.Сыздыкова

 

 

 

 

 

Подписано в печать ___.___.___.                                   Формат 60х84  1/16

Тираж 50 экз.                                                                Бумага типографская №1

Объем 3,3  уч.-изд.л.                                                         Заказ______. Цена 125 тг.

 

 

 

 

 

Копировально-множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

050013, Алматы, Байтурсынова, 126