5 Особливості теплотехнічних вимірів при випробуваннях, налагодженні та експлуатації систем охолодження
5.1 Основні принципи вимірювання фізичних величин
Вимірювання фізичних величин є основним засобом контролю різних параметрів технологічних процесів, параметрів працюючих машин і механізмів. Об'єктивні вимірювання|вимір| забезпечують надійність і безпеку технологічного устаткування|обладнання|, окремих машин і механізмів, підтримку заданих технологічних параметрів при мінімальних матеріальних і енергетичних витратах|затрата|.
Холодильні установки і системи |кріогенний|, включаючи системи кондиціювання повітря, відносяться до енергоємних складних об’єктів. Тому ці об’єкти суднової техніки потребують застосування|вживання| сучасних приладів і засобів|кошт| вимірювання |вимір|фізичних параметрів, що характеризують технологічні процеси, стан речовин в окремих елементах технологічних ліній, а також машин і агрегатів.
В процесі експлуатації обладнання|обладнання|, при виконанні науково-технічних досліджень, монтажних і пусконалагоджувальних роботах вимірюють|виміряти|, контролюють, регулюють та підтримують в необхідних межах нижче зазначені параметри:
- температуру або різницю температур;
- тиск або різницю тисків|тиснення|;
- витрату газоподібних або рідких речовин;
- рівень рідких речовин в апаратах і механізмах;
- швидкості газоподібних потоків або рідких речовин;
- параметри вологого|вогкий| повітря (температуру, відносну і абсолютну вологість, вологовміст|, парціальний тиск водяної пари або інших компонентів повітря);
- густину і концентрацію речовин;
- лінійні розміри, частоту обертання та ін.
В процесі обслуговування енергетичних установок, технологічних процесів, окремих елементів технологічних схем обслуговуючому персоналу доводиться вимірювати|виміряти| і електричні параметри, а саме:
- напругу|напруження|;
- силу струму;
- опір електричному струму|тік|;
- потужність.
Технологічні параметри або окремі фізичні величини при експлуатації енергетичних установок контролюють в сталому і перехідному| режимах. Вимірювальні прилади повинні швидко реагувати на зміну параметрів, подати сигнал операторові про відхилення фізичної величини від припустимих значень, а у випадку |в разі|появи аварійної ситуації відключити установку або припинити технологічний процес.
Вимірювання|вимір| - це процес визначення фізичної величини дослідним |дослідний|шляхом|колія,дорога| за допомогою спеціальних технічних засобів|кошт| і порівняння цієї фізичної величини з|із| деяким її значенням, прийнятим за одиницю порівняння:
А=X/U,
де А - результат вимірювань|вимір|;
Х - вимірювана фізична величина;
U - одиниця вимірювання|вимір|.
При виборі одиниці вимірювання|вимір| необхідно враховувати чинник |фактор|«зручності», тобто|цебто| результат вимірювань|вимір| повинен по можливості відповідати|виказуватися,висловлюватися| «зручному» числу - не дуже|занадто| великому і не дуже|занадто| маленькому.
З 1 січня 1963 р. введена до обов’язкового застосування|запроваджена| єдина Міжнародна система одиниць СІ (система інтернаціональна). Вона містить|утримувати| основні і допоміжні одиниці фізичних величин.
Основні одиниці фізичних величин:
довжина – метр;
маса – кілограм;
час – секунда;
сила струму – ампер;
температура термодинамічна - градус Кельвіна.
За способом набуття|здобуття| числового значення шуканої фізичної величини вимірювання|вимір| можна розділити на два види – прямі і непрямі:
Прямі - це вимірювання|вимір|, результат яких ідентифікується безпосередньо з|із| дослідних|дослідний| даних. При цьому значення шуканої величини знаходять або шляхом безпосереднього порівняння її із |із|еталоном, або за допомогою вимірювального приладу, відградуюваного| у відповідній одиниці вимірювання|вимір|. Міра – одиниця вимірювання|вимір|, представлена|уявлена| у вигляді конкретного зразка|взірець|.
До прямих вимірювань|вимір| відносяться: вимірювання |вимір|довжини - метром, температури - рідинним термометром, тиску|тиснення| - манометром з|із| пружним чутливим елементом та ін.
Непрямі - це вимірювання|вимір|, результат яких визначається на підставі прямих вимірювань |вимір|однієї або декількох фізичних величин, пов'язаних з шуканою фізичною величиною певною залежністю:
А = f (х1, х2, х3, хn)
До непрямих вимірювань |вимір|відносяться, наприклад, вимірювання |вимір|температури за допомогою термопар або термометрів опору, витрати рідких або газоподібних речовин за допомогою звужуючих пристроїв|устрій| за перепадом тиску|тиснення| в них.
Прямі і непрямі вимірювання|вимір| можуть відрізнятися точністю вимірювань|вимір| і розділяються на лабораторні і технічні. Лабораторні вимірювання|вимір| проводять |виробляти,справляти|при виконанні таких|слідуючий| робіт:
повірці технічних засобів|кошт| (приладів) вимірювання|вимір|;
науково-дослідних|;
пусконалагоджувальних.
Технічні вимірювання|вимір| здійснюються в процесі експлуатації технологічного устаткування|обладнання|, машин, агрегатів і різних елементів систем за допомогою технічних засобів|кошт| вимірювань |вимір|- технічних вимірювальних приладів.
При використанні вимірювальних приладів можливо використовувати наведену нижче класифікацію.
Вимірювальним приладом називається пристрій|устрій|, за допомогою якого вимірювана фізична величина порівнюється з|із| одиницею вимірювання|вимір|.
Всі прилади розділяються по класах точності, що позначаються|значаться| цифрами: 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4. Знаючи клас точності приладу, можна визначити межі похибки приладу по формулі:
Δ=К*Хn/100,
де К - клас точності приладу;
Хn - діапазон вимірювань| фізичної величини для даного приладу.
Вимірювальні прилади, залежно від класу точності поділяються на:
еталони - клас точності 0,1; 0,2;
зразкові - клас точності 0,25; 1,0;
робочі|робітник| - клас точності 1,0 - 4.
Еталони призначені для зберігання і відтворення одиниць вимірювання|вимір|, а також для виконання перевірки і градуювання зразкових приладів.
Зразкові вимірювальні прилади призначені для проведення науково-дослідних робіт, перевірки і градуювання робочих заходів і вимірювальних приладів.
Робочими вимірювальними приладами є прилади, які призначені для практичних повсякденних вимірювань.|вимір| Вони підрозділяються на засоби|кошт| вимірювань |вимір|підвищеної точності - лабораторні і технічні.
У промисловості використовують в основному технічні прилади класу точності 1,0 - 2,5. Останнім часом помітна тенденція використовувати технічні прилади підвищеної точності.
Залежно від ступеня|міра| захищеності від зовнішніх дій і стійкості до них, прилади розділяються на:
звичайні;
вібростійкі;
пилозахищені;
вибухозахищені;
|бризко - і газозахищені;
герметичні та інші.
Це дозволяє обирати засоби вимірювань з урахуванням умов експлуатації.|вимір|
Вимірювальні прилади діляться на:
показуючі;
реєструючі;
сигналізуючі;
вимірювальні автомати.
Показуючі прилади дозволяють визначити вимірювану фізичну величину в поточний момент часу.
Реєструючі прилади забезпечені пристроєм|устрій|, що дозволяє записувати |занотовувати|або запам'ятовувати автоматично значення фізичної величини, яка вимірюється під час роботи приладу. Запис значень параметру, який вимірюється, може мати вигляд графіка або таблиці. Цей вид приладів може бути забезпечений показуючим пристроєм.|устрій| Реєструючі прилади дозволяють виконати аналіз роботи об'єкта або провести аналіз ходу технологічного процесу.
Сигналізуючі прилади мають спеціальні пристосування (пристрої|устрій|) для вмикання|приєднання| світлової або звукової, а іноді |інколи|і тієї та іншої, сигналізації при досяганні вимірювальною фізичною величиною заданого значення або відхиленні її від припустимих значень. Наприклад, у холодильній техніці використовують світлову і звукову сигналізацію при відхиленні рівня рідкого холодильного агента у ресиверах, а також при відхиленні тиску|тиснення| в лінії високого або низького тиску |тиснення|від припустимих значень.
Регулюючі прилади мають спеціальний пристрій|устрій|, призначений для автоматичної підтримки вимірюваної величини на заданому рівні або для зміни її по заданому закону. Регулюючі прилади можуть мати показуючий або реєструючий пристрої|устрій|, а іноді|інколи| одночасно обидва пристрої|устрій|. До регулюючих приладів можна віднести поплавцеві і терморегулюючі| вентилі та регулятори|регулювальник| тиску і температури|тиснення|.
Вимірювальні автомати - це прилади з|із| пристроєм|устрій|, що за наслідками |за результатами|вимірювань, виконують |вимір| певну роботу згідно встановленій|установлений| програмі. Сучасні електронні прилади дозволяють виконувати фактично не обмежену кількість функцій з одночасним |із|виходом на комп'ютерну мережу|сіть| - комп'ютерний моніторинг, що дозволяє контролювати, здійснювати |виробляти,справляти|перенастроювання і програмування вимірювальних автоматів через мережу |сіть|інтернету.
За характером|вдача| передачі інформації|показник,показання| прилади діляться на місцеві і з |із|дистанційною передачею. Місцеві прилади за своєю конструкцією можуть бути використані тільки|лише| безпосередньо у|в,біля| місці вимірювання|вимір|, наприклад, ротаметри |при вимірюванні|вимір| витрати речовин, рідинні скляні термометри при вимірюванні|вимір| температури. У даних приладах датчик і відліковий пристрій |устрій|суміщені|поєднані|.
Прилади з|із| дистанційною передачею сигналу найчастіше є |з'являтися,являтися|приладами побічної дії, якимим комплектують вимірювальні установки, що складаються з наступних|слідуючий| основних складових:!!!!!!!!!
первинного датчика (приладу), який за допомогою чутливого елементу сприймає зміни вимірюваної фізичної величини і перетворює ці зміни у вихідний сигнал - імпульс;
вторинного приладу, який сприймає імпульси за допомогою вимірювального пристрою і перетворює їх в сигнал зручний для сприйняття оператором, фіксуючим пристроєм або виконавчим механізмом;
первинний датчик (прилад) і вторинний прилад об'єднуються між собою за допомогою зв'язку (ліній) - гідравлічних, пневматичних, електричних з'єднань.
Вимірювальні прилади повинні відповідати таким основним вимогам:
всі вимірювальні прилади повинні мати високу точність вимірювань|вимір|. При цьому розрізняють справжнє і дійсне значення вимірюваної величини.
Справжнє значення вимірюваної фізичної величини - це значення, яке ідеальним чином відображає|відбивати| в якісних і кількісних відносинах відповідну властивість об'єкта.
Дійсне значення вимірюваної фізичної величини - це значення, знайдене експериментальним шляхом|колія,дорога| і що настільки наближається до істинного, що для даної мети|ціль| може бути використано замість нього.
вимірювальні прилади повинні мати високу чутливість – змінювати свідчення|показник,показання| за шкалою приладу при мінімальній зміні вимірюваної фізичної величини, чутливість приладу визначається відношенням |ставлення|зміни сигналу на виході вимірювального приладу до того, що викликає |спричиняти|зміну вимірюваної величини.
S=L/A,
де S - чутливість приладу;
L - зміна показань приладу;
A - зміна вимірювальної величини.
вимірювальні прилади повинні швидко реагувати на зміну вимірюваної фізичної величини - бути швидкодіючими, тобто мати малу інерційність, яка може бути викликана|спричинена| тепловими, механічними або гідравлічними чинниками|фактор|.
Вимірювальні прилади також повинні бути надійними і довговічними, простими в обігу, ремонтопридатними, дешевими.
5.2 Оцінка стану параметрів повітря
У процесі експлуатації суднових систем вентиляції та кондиціонування повітря необхідно підтримувати значення параметрів повітря, передбачені технологічними вимогами при перевезенні вантажів, а також комфортні умови для екіпажу в житлових та робочих приміщеннях. Для цього необхідно мати можливість експериментально визначати насамперед вологісні характеристики повітря та їх відповідність технологічним вимогам. Тому суднові спеціалісти повинні мати навички користування приладами для визначення вологості повітря, а також d-h діаграмою Рамзіна, за допомогою якої за будь-якими двома відомими параметрами повітря можливо визначити сім інших.
Атмосферне повітря у природних умовах завжди містить деяку кількість водяної пари, тобто. це вологе повітря. Атмосферне вологе повітря залежно від водяної пари, що містяться в ньому, може бути ненасиченим і насиченим.
Ненасиченим вологе повітря вважається у випадку, якщо водяні пари у ньому перебувають у перегрітому стані. Насиченим повітря буде при утриманні в ньому водяної пари в стані насичення.
Фізичні властивості вологого повітря характеризуються такими параметрами: температурою вологого повітря - t оС, температура мокрого термометра - tм.т.оС, температура точки роси - tт.р. оС, атмосферним (барометричним) тиском - Рат, кРа, парціальним тиском водяної пари ненасиченого повітря - Рп кРа , парціальним тиском водяної пари насиченого повітря - Рп.н. кРа , щільністю – ρ кг/м3 , питомим об'ємом – v м3/кг, вологовмістом – d г/кг с.в., відносною вологістю – φ %, абсолютною вологістю - ψ, тепловмістом (ентальпією) – h кДж/кг.
Відносна вологість φ являє собою відношення парціального тиску водяної пари, що знаходяться в ненасиченому повітрі Рп, до парціального тиску водяної пари яка може находитись в насиченому повітрі Рп.н. за тієї ж температури. Відносна вологість виражається у частках одиниці або у відсотках:
φ = Рп / Рп.н
або φ = Рп / Рп.н 100%
З достатньою для практики точністю відносну вологість можна визначити як відношення
φ = dп / d.н чи φ = ρп / ρ.н
де dп, dн - вологовміст ненасиченого та насиченого повітря, кг/кг;
ρп ,
ρн -
абсолютна вологість ненасиченого та
насиченого повітря, кг/м3.
Для визначення всіх параметрів стану повітря досить експериментальним шляхом визначити два параметри: температуру повітря - t і температуру мокрого термометра - tм.т., або температуру точки роси - tт.р.
Вимірювання температури повітря здійснюється за допомогою різних типів термометрів. Вимірювання температури повітря у межах ̶ 40... + 60 °С, при налагоджувальних роботах систем вентиляції і кондиціювання повітря здійснюется, як правило, рідинними термометрами з ціною розподілу не більше 0,5°С. При вимірі температури понад 60°С допускається застосовувати термометри з ціною поділу 1 °С.
При лабораторних дослідженнях та складанні балансів тепла та вологи температуру повітря необхідно вимірювати тарованими термометрами з ціною розподілу не більше 0,2 °С.
Термометри для вимірювання температури робочої зони приміщення встановлюють на висоті 1,5 м від підлоги вдалині від холодних і теплих поверхонь огорож і обладнання та поза зоною дії припливних струменів і сонячних променів. Термометри для вимірювання температури зовнішнього повітря захищаються від впливу атмосферних опадів.
При вимірі температури повітря в повітропроводах термометри вводяться всередину повітроводів через спеціальні отвори або лючки, які після проведення експерименту заглушаються.
Показання термометрів слід знімати не раніше, ніж через 5 хв після їх встановлення.
При необхідності реєстрації температури повітря в приміщенні протягом тривалого часу (добу і більше) використовуються прилади, що реєструють, ̶ термографи або самопишучі прилади.
5.2.1 Методи визначення вологості повітря
Для визначення відносної вологості повітря використовуються такі методи: психрометричний, гігроскопічний, точки роси, масовий.
Психометричний метод. Цей метод грунтується на вимірі психро-метричної різниці температур з допомогою “сухого” і “мокрого” термометрів, тобто на визначенні двох точок практично адіабатного процесу зволоження повітря. У цьому методі використовують психрометри Ассмана і Августа, які відрізняються тим, що у психрометрі Ассмана рух повітря примусовий за рахунок використання вентилятора, а в психрометрі Августа рух повітря конвективний.
.
Рис. 5.1 - Загальний вигляд аспіраційного психрометра (Ассмана)
Рис. 5. 2 - Схема психрометра аспирационного (Ассмана):
1 - “сухий” термометр; 2 - “вологий” термометр; 3 - чохол з гигроскопічної тканини; 4 – трубка; 5 – вентилятор.
Для зниження похибок резервуари термометричної речовини термометрів захищені від струмів променистого тепла і піддаються примусовому обдуву за допомогою осьового вентилятора.
"Сухий" термометр показує температуру ненасиченого вологого повітря. "Вологий" термометр, чутливий елемент якого змочується дистильованою водою через чохол із гігроскопічної тканини (марлі, батиста), вказує температуру насиченого вологого повітря, тобто. при відносній вологості φ = 100%.
З поверхні змоченого резервуара з термометричною рідиною мокрого термометра відводиться тепло внаслідок випаровування вологи і його температура знижується. Зниження температури, що фіксується мокрим термометром, буде спостерігатися доти, поки кількість прихованого тепла пароутворення води не стане рівною кількості явного тепла, що надходить від повітря до зволоженої поверхні термометра. У прикордонному шарі у зволоженої поверхні буде спостерігатися термодинамічна рівновага, тобто кількість явного тепла, що підводиться від повітря, дорівнюватиме кількості прихованого тепла, тобто теплоутримання повітря практично буде постійним (h = const).
Випаровування вологи з поверхні резервуара мокрого термометра тим інтенсивніше, чим нижча вологість повітря, тобто. відносна вологість повітря залежить від психрометричної різниці (t - tм.т.) і t і дорівнює
φ = f [(t - tм.т.), t],
де t, tм.т. - температури "сухого" та "мокрого" термометрів.
Промисловістю випускається психрометри аспіраційні з електричним або механічним приводом вентилятора.
Аспіраційні психрометри укладені в латунні трубки із зовнішньою дзеркальною поверхнею, яка дає можливість виключити вплив радіаційного теплообміну з нагрітими або холодними поверхнями, що знаходяться поблизу. Через трубки біля поверхні чутливих елементів термометрів за допомогою вентилятора 5 проходить повітря зі швидкістю 2,5 - 3,0 м/с.
Термометри, які застосовуються в психрометрах, мають шкали – « -30...+50» °С ціною розподілу 0,2 °С. Діапазон вимірювання відносної вологості 10 – 100 % при температурах –« -10…+40» °С.
Гігроскопічний метод заснований на властивості деяких матеріалів приводити свою вологість у відповідність з відносною вологістю навколишнього повітря. При цьому деякі матеріали змінюють свою довжину (знежирене людське волосся, капронова нитка та ін.) або електропровідність (LiCl). З урахуванням цієї властивості виготовляються прилади для вимірювання відносної вологості повітря та її регулювання. Принципова схема гігрометра наведена на малюнку ( рис. 5.3).
При налагоджувальних і дослідницьких роботах з вентиляції та кондиціювання повітря для реєстрації відносної вологості повітря в приміщеннях протягом тривалого часу (добу і більше) частіше всього використовуються самописні прилади - гігрографи. Прилади забезпечують безперервний вимір та запис відносної вологості повітря в межах 30-100 % при температурі -35...+45 °С. Запис показань приладу проводиться на діаграмній стрічці.
Рис. 5.3 - Принципова схема гігрометра:
1 - чутливий елемент (пучок знежиреного волосся людини); 2 - шкала відносних вологостей; 3 - стрілка, що показує; 4 – пружинка
Гігрограф М-21 в якості чутливого елементу має пучок знежиреного людського волосся. Чутливий елемент середньою частиною через систему важеля пов'язаний зі стрілкою з пером на кінці. Зміна довжини волосся при зміні відносної вологості передається до записуючого механізму. На діаграмній стрічці викреслюється крива зміни відносної вологості навколишнього повітря з часом.
Вологість гігроскопічного матеріалу залишається приблизно однаковою при рівній відносній вологості повітря та різних температурах. Зміна вологості гігроскопічних матеріалів супроводжується зміною їх властивостей. Вони змінюють свою форму або електропровідність.
Гігрограф М-32 відрізняється від гігрографа М-21 конструкцією чутливого елемента, який являє собою круглу мембрану з органічної гігроскопічної плівки, що має жорсткий центр для з'єднання з важільний механізм приладу.
Рис. 5.4 - Загальний вигляд гігрографа М21А
Для визначення вологості повітря методом крапки роси застосовують гігрометри. Основними елементами приладу є два термометри, кульки яких укладено в тонкостінні металеві резервуари. Зовнішні поверхні резервуарів відполіровані до дзеркального блиску для захисту термометрів від теплового опромінювання.
Рис. 5. 5 - Загальний вигляд гігрометра
Вільний простір лівого резервуару заповнений ефіром; у верхню кришку його впаяні дві трубки, одна з яких не досягає дна. У цю трубку гумовою грушею нагнітається повітря. Бульбашки повітря, що піднімаються в рідкому ефірі, викликають інтенсивне випаровування ефіру і, отже, охолодження його.
Повітря, що пройшло через шар ефіру, виходить назовні через другу трубку. Коли температура зовнішньої поверхні резервуара знизиться до значення точки роси повітря, що омиває цю поверхню, на ній утворюються краплі конденсату, що виділяється з повітря. Показання лівого термометра в момент початку затуманювання дзеркальної поверхні і є точка роси повітря tк.р.
По таблиці водяної пари або по діаграмі d-h вологого повітря Рамзина знаходять величини пружностей насиченої пари (парціального тиску водяної пари в насиченому повітрі Рп.н) при температурі точки роси tк.р.. і температури насичення сухим термометром t і визначають за формулою:
Метод точки роси менш точний, ніж психрометричний. Термометр показує температуру ефіру, що випаровується, яка нижче температури поверхні лівого резервуара. Крім того, визначення моменту початку випадання конденсату залежить від субєктивних вражень спостерігача.
Ваговий метод (масовий, абсолютний).
Рис. 5.6 - Вимірювання вологості повітря ваговим методом
Найточнішим методом визначення вологісного стану повітря є ваговий (абсолютний) метод. Досліджуване повітря просмоктується вентилятором В (рис. 5.6) через кілька послідовно з'єднаних V-подібних трубок, заповнених речовиною, здатною поглинати водяну пару (хлористий кальцій, фосфорний ангідрид та ін.). Трубки з наповнювачем попередньо ретельно зважують на аналітичних вагах.
Після того як через трубки пройде певна кількість повітря V їх знову зважують. Різниця між першим та другим зважуванням і є кількістю водяної пари, що міститься в пропущеному через V-подібні трубки об'ємі повітря, який вимірюється газовим лічильником C. Якщо виміряний об'єм повітря дорівнює V, м3, а різниця показань ваг g, кг, то об'ємна вологість повітря (кг/м3):
(6)
5.2.2 Сучасні прилади для вимірювання параметрів вологого повітря
На сучасному рівні визначення параметрів повітря при монтажі та перевірці тих чи інших параметрів повітря використовуються електронні прилади для визначення різних параметрів повітря.
а) б) в)
Рис. 5.7 - Загальний вигляд сучасних приладів для вимірювання параметрів повітря:
а - портативний мікропроцесорний прилад для вимірювання відносної вологості та температури (термогігрометр) ІВТМ-7 К3;
б - універсальний вимірювач мікроклімату testo 400/950/650;
в - вимірювач температури та відносної вологості ІВТМ-7М - 1С.
Термогігрометр ІВТМ-7 К3 для вимірювання відносної вологості та температури повітря у неагресивних газових середовищах виробничих, житлових та складських приміщеннях різних галузей промисловості, сільського господарства, гідрометеорології, медицині, наукових дослідженнях, енергетиці. Діапазон вимірювання відносної вологості - 0 ÷ 99%, температури - від - 20 до + 60 0С (- 40 до + 100 0С за спеціальним замовленням).
Testo 400/950/650 дозволяє вимірювати температуру, вологість, тиск, швидкість потоку, концентрацію СО і СО2, швидкість обертання, напруження та силу струму. Моделі testo 650 і testo 950 мають більш обмежені можливості, проте, їх можна оснастити до повного набору функцій testo 400.
Прилад автоматично ідентифікує тип підключеного зонда і налаштовується на відповідний вимір. На передній панелі знаходяться 3 кнопки з довільними функціями. Виміряні дані в цифровому вигляді виводяться на великому графічному дисплеї.
У моделі testo 400 є можливість підключення 3-х функціонального зонда для одночасного вимірювання температури, вологості та швидкості, а також зонда для вимірювання рівнів турбулентності.
Якщо прилад має функцію вимірювання вологості, то крім відносної вологості він дозволяє визначати температуру точки роси, абсолютну вологість, ентальпію, температуру вологого термометра у психрометрі, парціальний тиск водяної пари.
Прилад має вбудовану пам'ять, вихід на комп'ютер та принтер. Передбачено можливість роздруку за місцем вимірювання на принтері, з'єднаному з вимірювальним блоком, а також у польових умовах на принтері, що не вимагає кабелю передачі даних.
Технічні характеристики: температура – від -200…+1250 °С, вологість – від 0…100 %, тиск – від ±200 гПа ±30 бар, швидкість потоку – від 0…100 м/с.
Відмінною особливістю термогігрометра ІВТМ-7М – 1С є світлодіодна індикація виміряних значень. Використання такого індикатора дозволяє проводити вимірювання при знижених температурах (наприклад, взимку на вулиці або в холодильних камерах), розміщуючи в досліджуваному середовищі не тільки перетворювач, але і блок вимірювання та індикації. Діапазон температур, у якому можлива експлуатація приладу:
-20...+55 °С. Діапазон вимірювання відносної вологості від 2 до 98%.
Також прилад дуже зручний при роботі на слабоосвітлених об'єктах. Індикація показників температури та вологості здійснюється по черзі за допомогою перемикання режимів.
5.2.3 Методи оцінки параметрів стану повітря
Оцінка параметрів стану повітря (по впливу на організм людини) проводиться методами ефективних, еквівалентно-ефективних і результуючих температур. Має інтерес шкала теплових відчуттів.
Стан повітря вважається комфортним, якщо його охолоджувальна здатність дорівнює тепловиділення людського організму при різній тяжкості фізичних навантажень. Відведення тепла при цьому проводиться конвекцією, випаровуванням вологи з поверхні шкіри, а також радіацією. Дискомфортний стан повітря при великій і недостатній його охолоджувальній здатності призводить до переохолодження або перегріву людського організму, що супроводжується зниженням продуктивності праці.
Ефективною температурою (ЕТ) вважають температуру насиченого повітря (j = 100 %), при якій відчуття людиною тепла і холоду таке ж, як і при нерухомому ненасиченому повітрі (w = 0) при різних поєднаннях температур і відносних вологостей, тобто одному значенню ЕТ може відповідати велика кількість поєднань температур та відносних вологостей.
Ефективні температури (рис. 5.8) представляються як криві при швидкості руху повітря w = 0 залежно від tс.т і tм.т. (“сухий” і “вологий” термометри), тобто ЕТ = f (tс.т., tм.т.).
Зимова зона комфорту знаходиться в діапазоні 15,8 – 23,5 ЕТ, літня зона комфорту 17,6 – 26,7 ЕТ.
Ефективна температура, еквівалентна за впливом на людський організм рухомого повітря при різних поєднаннях tс і tм, називається еквівалентною ефективною температурою (ЕТЕТ). ЕЕТ (див. рис. 5.8) представлені у вигляді кривих при відповідній рухливості повітря в приміщенні, зазвичай при w > 3,5 м / с.
Рух повітря інтенсифікує відведення тепла та вологи від організму людини і створює стан комфорту за більш високої температури або дає можливість підвищити фізичні навантаження без істотного зниження температури навколишнього середовища.
Рис. 5.8 - Номограма ефективних та еквівалентно-ефективних температур
Еквівалентно-ефективні температури є функцією tс, tм та w, тобто ЕЕТ = f (tс, tм, w).
У суднових приміщеннях можлива наявність нагрітих або холодних поверхонь, що впливають на теплові відчуття людини. У цьому випадку вплив навколишнього середовища на людину визначається методом результуючих температур.
Результуюча температура (РТ) проти ЕЕТ враховує вплив на організм людини радіаційної складової теплообміну, тобто РТ = f (tс, tм, j, w, tR),
де tR – середня радіаційна температура (рис. 5.9).
До номограми ЕЕТ для визначення результуючої температури додаються дві шкали:
w – швидкість руху повітря (шкала I);
j – відносна вологість (шкала V).
Середня радіаційна температура tR визначається як середньоарифметична радіаційних температур в декількох точках приміщення. Радіаційна температура в даній точці приміщення визначається за допомогою кульового термометра, що представляє собою звичайний термометр, чутливий елемент якого поміщений в центр порожнистої мідної кулі діаметром 120-150 мм, що має чорну зовнішню матову поверхню.
На шкалі II, крім tc, визначають поправку на теплову радіацію.
dt і так звану суху результуючу температуру N = tс ± dt.
На шкалі IV крім tм визначається різниця температур Dt = tR - tс.
При вирішенні практичних завдань відповідності мікроклімату приміщення комфортного стану зазвичай обмежуються завданням визначення розрахункового значення РТ. Визначення відносної вологості j і рухливості повітря w в приміщенні труднощів зазвичай не викликає.
Послідовність розв'язання такого завдання така:
1. Визначити за допомогою психрометра tс, tм, φ;
2. Визначити нормативні значення РТ та Dt.
Відповідно до вимог Санітарних правил для морських суден промислового флоту України у житлових та громадських приміщеннях повинні підтримуватися температури, зазначені в таблиці 5.1.
Різниця температур середньої радіаційної tR та сухого термометра tс повинна становити: Dt = tR - tс > ± 2... 4 °C.
3. Визначити рухливість повітря у приміщенні w за допомогою анемометра.
4. Відзначити на відповідних шкалах (рис. 5.8) точки А, В, С, Д, М, Е.
5. З'єднавши точки А та В прямою лінією, визначити поправку dt,
(т. К), відзначити точку Е.
6. За точками З, М визначити ЕЕТекс (т. Р).
7. З'єднавши точки Д і Е прямою лінією, на шкалі III знайти розрахункове значення ЕЕТрасч, що відповідає розрахунковому значенню РТ.
8. Порівняти ЕЕТрасч, ЕЕТекс з нормативним значенням РТ і зробити висновок про комфортність повітряного середовища приміщення.
Таблиця 5.1 - Результуючі температури, °С
|
РТ |
|
Район плавання |
Літом |
Зимою |
Обмежений до 30° північної та південної широти |
24,1 |
- |
от 30 °до 45°північної та південної широти |
23,2 |
19,2 |
от 45 ° до 60 ° північної та південної широти |
19,7 |
18,1 |
більше 60° північної та південної широти |
20,5 |
19,0 |
Необмежений |
24,1 |
18,1 |
У США та Великобританії для оцінки теплових відчуттів молодих людей, які перебувають у приміщеннях громадських будівель у легкому одязі за швидкості руху повітря 0,18 м/с, користуються рівнянням
0 = аtn + b рn – с (7),
де 0 – показник шкали відчуттів (1 – холодно, 2 – прохолодно, 3 – злегка прохолодно, 4 – комфортно, 5 – злегка тепло, 6 – тепло, 7 – спекотно);
tn – температура приміщення результуюча (tn = РТ);
рn - парціальний тиск пари води в повітрі, кПа;
а, b, c - емпіричні коефіцієнти (табл. 5.2), що залежать від тривалості t перебування людей у приміщенні.
Рис. 5.9 - Номограмма результуючих температур
Таблиця 5.2 - Емпіричні коефіцієнти
|
|
Коефіцієнти |
||
t, ч |
Пол |
а |
b |
с |
1 |
Чоловіки |
0,22 |
0,0413 |
1,673 |
1 |
Жінки |
0,27 |
0,0453 |
3,273 |
1 |
Чоловіки та жінки |
0,245 |
0,0434 |
2,032 |
2 |
Чоловіки |
0,221 |
0,0466 |
2,032 |
2 |
Жінки |
0,283 |
0,0373 |
3,692 |
2 |
Чоловіки та жінки |
0,252 |
0,0426 |
2,862 |
3 |
Чоловіки |
0,212 |
0,052 |
1,967 |
3 |
Жінки |
0,274 |
0,0466 |
3,653 |
3 |
Чоловіки та жінки |
0,243 |
0,0493 |
2,803 |
5.2.4 Діаграма вологого повітря
Враховуючи, що вологе повітря є основним контролюємим об'єктом що піддається обробці для підтримки необхідних технологічних або комфортних параметрів в області вентиляції і систем кондиціонування повітря, доводиться часто визначати ті чи інші параметри повітря. Щоб уникнути численних обчислень, їх визначають зазвичай за спеціальною діаграмою, яка зветься h-d діаграм. Вона дозволяє швидко визначити всі параметри повітря за двома відомими. Використання діаграми дозволяє уникнути численних обчислень за формулами і наочно відобразити параметри вологого повітря і необхідні процеси його обробки перед подачею повітря в приміщення. Загальний вигляд h-d діаграми наведено нижче. Аналогом h-d діаграми в країнах Євросоюзу і США є діаграма Мольє або психрометрична діаграма.
Діаграма вперше була складена в 1918 році інженером-теплотехніком Рамзіним, а в 1923 році цей же підхід використовував німецький теплотехнік Мольє.
h-d діаграма вологого повітря графічно пов'язує всі параметри, що визначають тепловологий стан повітря: ентальпію, вміст вологи, температуру, відносну вологість, парціальний тиск водяної пари насиченого та ненасиченого парами води повітря. Діаграма побудована в косокутній системі координат, що дозволяє розширити область ненасиченого вологого повітря і робить діаграму зручною для графічних побудов.
Діаграма представляє собою робоче поле в косокутній системі координат h-d, на якому нанесено кілька координатних сіток, по периметру діаграми розташовані допоміжні шкали. Шкала вологовмістів розташовується по нижній кромці діаграми, при цьому лінії постійних вологовмістів представляють вертикальні прямі. Лінії постійних ентальпій представляють паралельні прямі, що зазвичай йдуть під кутом 135° до вертикальних ліній вологовмісту (в принципі, кути між лініями ентальпії та вологовмісту можуть бути й іншими). Косокутова система координат обрана для того, щоб збільшити робоче поле діаграми. У такій системі координат лінії постійних температур представляють собою прямі лінії, що йдуть під невеликим нахилом до горизонталі і злегка розходяться віялом.
Рис. 5.10 - h-d діаграма вологого повітря
Робоче поле діаграми обмежено кривими лініями рівних відносних вологостей 0% і 100%, між якими нанесені лінії інших значень рівних відносних вологостей з кроком 10%.
Шкала температур зазвичай розташовується по лівій кромці робочого поля діаграми. Значення ентальпій повітря нанесені зазвичай під кривою φ =100. Значення парціальних тисків іноді наносять по верхній кромці робочого поля, іноді по нижній кромці під шкалою вмісту вологи, іноді по правій кромці. У разі на діаграмі додатково будують допоміжну криву парціальних тисків.
5.2.4 Визначення параметрів вологого повітря на h-d діаграмі
Крапка на діаграмі відображає основні параметри стану повітря, а лінія – процес зміни стану стану повітря. Визначення параметрів повітря, що має деякий стан, що відображається точкою А.
Ентальпії – це енергетична складова тепловологого стану повітря.
По осі ординат діаграми відкладено значення ентальпії h кДж/кг сухої частини повітря, по осі абсцис, спрямованої під кутом 135° до осі h, відкладено значення вологовмісту d, г/кг сухої частини повітря. Поле діаграми розбито лініями постійних значень ентальпії h = const і вологого вмісту d = const. На нього нанесені також лінії постійних значень температури t = const, які не паралельні між собою - чим вище температура вологого повітря, тим більше відхиляються вгору його ізотерми. Крім ліній постійних значень h, d, t на полі діаграми нанесені лінії постійних значень відносної вологості повітря φ = const. У нижній частині h-d діаграми розташована крива, що має самостійну вісь ординат. Вона пов'язує вміст вологи d, г/кг с.в., з пружністю водяної пари Рп, кПа. Вісь ординат цього графіка є шкалою пар-ціального тиску водяної пари Рп.
Психрометрична діаграма графічно відображає зв'язок між температурою вологого повітря - t, його вмістом вологи - d і відносною вологістю - φ при заданому значенні атмосферного тиску. Додатково на психрометричній діаграмі можуть бути вказані парціальний тиск водяної пари - Рп і його питома ентальпія - h (тобто від d-h-діаграми Рамзіна - Молье з третім параметром t, а також психрометрична діаграма з третім параметром h відрізняється тільки вибором змінної для однієї з координатних осей.
Психометричну діаграму використовують для знаходження температури точки роси, а також для обчислення абсолютної - ψ і відносної вологості повітря - φ при різних температурах.
Оформлення діаграми у принципі може бути різним. Косокутна система координат обрана для того, щоб збільшити робоче поле діаграми. У такій системі координат лінії постійних температур представляють із себе прямі лінії, що йдуть під невеликим нахилом до горизонталі і злегка розходяться віялом.
Робоче поле діаграми обмежене кривими лініями рівних відносних вологостей 0% та 100%, між якими нанесені лінії інших значень рівних відносних вологостей з кроком 10%. Шкала температур зазвичай розташовується по лівій кромці робочого поля діаграми. Значення ентальпій повітря зазвичай нанесені під кривою φ= 100%. Значення парціальних тисків іноді наносять по верхній кромці робочого поля, іноді по нижній кромці під шкалою вмісту вологи, іноді по правій кромці. В останньому випадку на діаграмі додатково будують допоміжну криву парціальних тисків водяної пари. !!!!!!!
5.3 Виміри температури
Температурою називають параметр, що характеризує тепловий стан тіла. Згідно кінетичної теорії температуру визначають як міру кінетичної енергії поступальної ходи молекул. Звідси температурою називають умовну статистичну величину, прямо пропорційну|пропорціональний| середній кінетичній енергії молекул тіла. Температура не піддається безпосередньому вимірюванню|вимір|. Тому про стан теплової рівноваги і про значення температури судять за змінами фізичних властивостей тіл.
Першим пристроєм|устрій|, створеним для вимірювання|вимір| температури, вважають |лічити|водяний термометр Галілея (1597 р.). Термометр Галілея не мав шкали і був, по суті, лише індикатором температури. Півстоліття потому, в 1641г., невідомим автором був виготовлений термометр |із|зі шкалою, що має довільне діленн|поділка,розподіл,поділ|я. Ще через півстоліття Ренальдіні вперш|уперше|е запропонував прийняти як постійні «|точка|lch» точки, що характеризують теплову рівновагу, точки плавле|крига|ння льоду і кипіння води. При цьому температурної шкали ще не існувало. Перша температурна шкала була запропонована і здійснена Д.Г. Фаренгейтом (1724 р.). Температурні шкали встановлювалися довільним вибором нульовою та інших постій|точка|них точек і довільним |прийняття,приймання|прийняттям інтервалу температури як одиниці.
Температуру вимірюють|виміряти| за допомогою пристроїв|устрій|, що використовують різні термометричні властивості рідин, газів і твердих тіл. Існує велика кількість різних пристроїв|устрій|, що вживаються в промисловості, при наукових дослідженнях і для спеціальних цілей. Найширше використовуються такі |слідуючий|термометричні властивості для вимірювання|вимір| температур: теплове розширення; зміна тиску|тиснення|; зміна електричного опору; термоелектричні ефекти (ТЕРМО-ЕДС|), на цьому принципі засновані термоелектричні термометри (термопари) стандартизовані| (-260… 1500 °С).
Вперше|уперше|, в 1968 р. були стандартизовані поняття і визначення для пристроїв|устрій| вимірювання|вимір| температури. Згідно до цього, термометром називають пристрій|устрій| (прилад), що служить для вимірювання|вимір| температури шляхом перетворення її в свідчення|показник,показання| або сигнал, що є|з'являтися,являтися| відомою функцією температури; чутливим елементом термометра називають частину|частка| термометра, що перетворює теплову енергію в інший вид енергії для отримання |здобуття|інформації про температуру. Розрізняють контактні і безконтактні термометри.
Одним з найбільш поширеним в промисловості температурним датчиком є термопара. Дія термопари заснована на ефекті, який вперше|уперше| був відкритий|відчинений| і описаний Томасам Зєєбеком в 1822 р. Найбільш правильне визначення цього ефекту наступне|слідуючий|: а difference of potential will occur if а homogeneous material having mobile charges has а different temperature at each measurement contact. (Якщо гомогенний матеріал, що має вільні заряди, має різну температуру на вимірювальних контактах, то між контактами виникає різниця потенціалів). Зазвичай |звично|в літературі наводиться|призводиться,наводиться| дещо інше визначення ефекту Зєєбека - генерація струму|тік| в замкнутому ланцюзі |цеп|з|із| двох різнорідних провідників за наявності градієнта температур між спаями. Друге визначення, вочевидь, виходить з першого і дає пояснення принципу роботи і пристрою |устрій|термопари. Проте|однак|, саме перше визначення дає ключ|джерело| до розуміння ефекту виникнення ТЕДС| не в місці спаю, а по всій довжині термоелектрода|, що дуже важливе|поважний| для розуміння обмежень по точності, що накладаються самою природою термоелектрики. Оскільки генерування ТЕДС |відбувається |походити|по довжині термоелектрода|, то свідчення|показник,показання| термопари залежать від полягання термоелектродів| в зоні максимального температурного градієнта. Тому перевірку термопар слід проводити при тій же глибині занурення в середовище, що і на робочому об'єкті. Облік |урахування|термоелектричної неоднорідності особливо важливий|поважний| для робочих термопар з |із|неблагородних металів. Головні переваги термопар: широкий діапазон робочих температур, найбільший з різновидів |із|контактних датчиків; спай термопари може бути безпосередньо заземлений або приведений в прямий контакт з|із| вимірюваним об'єктом; простота виготовлення, надійність і міцність конструкції.
Одночасно термопари при використанні мають ряд суттєвих недоліків: необхідність контролю температури холодних спаїв (в сучасних конструкціях вимірників на основі термопар використовується вимірювання температури блоку холодних спаїв за допомогою вбудованого термістора або напівпровідникового сенсора і автоматичне введення|вступ| поправки до зміряної ТЕДС); виникнення термоелектричної неоднорідності в провідниках і, як наслідок, зміна градуювальної характеристики внаслідок зміни складу сплаву в наслідок|унаслідок,внаслідок| корозії та інших хімічних процесів; матеріал електродів не є|з'являтися,являтися| хімічно інертним і при недостатній герметичності корпусу термопари |вимір| ||виміряної|може підпадати під вплив агресивних середовищ|середа|, атмосфери та ін.; на великій довжині термопарних| і подовжувальних проводів може виникати ефект «антени» для існуючих електромагнітних полів; залежність ТЕДС| від температури |суттєво|нелінійна, що створює труднощі при розробці вторинних|повторний| перетворювачів сигналу (коли жорсткі вимоги висуваються до часу термічної інерції термопари і необхідно заземляти робочий спай, слід забезпечити електричну ізоляцію перетворювача сигналу для усунення небезпеки виникнення витоків через землю).
Термопари широко застосовують для вимірювання|вимір| температури різних об'єктів, а також в автоматизованих системах управління і контролю. Вимірювання|вимір| температур за допомогою термопар набуло широкого поширення внаслідок надійної конструкції датчика, можливості|спроможність| проводити вимірювання в широкому діапазоні температур і дешевизни|дешевина|. Широкому застосуванню|вживання| термопари зобов'язані в першу чергу |передусім,насамперед|своїй простоті, зручності монтажу, можливості|спроможність| вимірювання|вимір| локальної температури. Вони найбільш лінійні, ніж більшість інших датчиків, а їх нелінійність на сьогоднішній день добре вивчена і описана в спеціальній літературі. До переваг термопар відносяться також мала інерційність, можливість|спроможність| вимірювання|вимір| малих різниць температур. Термопари незамінні при вимірюванні|вимір| високих температур (до 2200°С) в агресивних середовищах|середа|. Термопари можуть забезпечувати високу точність вимірювання|вимір| температури на рівні ±0,01°С. Вони виробляють на виході ТЕРМО-ЕДС | в діапазоні від мікровольт до міллівольт|, проте|однак| вимагають стабільного посилення для подальшої|наступний| обробки сигналу.
Достатньо поширеними при промислових вимірюваннях температури в холодильній техніці, в тому числі в системах кондиціювання повітря є термометри опору.
Термометр опору (ТО) це термометр, зазвичай розміщений в металевому або керамічному корпусі, чутливим елементом якого є резистор, що виконаний з|із| металевого дроту або плівки і має відому залежність електричного опору від температури. Найпопулярніший тип термометра - платиновий ТО|, це пояснюється високим температурним коефіцієнтом платини, її стійкістю до окислення і доброю|добрий| технологічністю.
Як робочі засоби|кошт| вимірювань|вимір| застосовуються також мідні і нікелеві термометри. Головна перевага термометрів опору - широкий діапазон температур, висока стабільність, близькість характеристики до лінійної залежності, висока взаємозамінюваність. Плівкові платинові термометри опору відрізняються підвищеною віброміцністю, та|та| меншим діапазоном температур. Виготовляються також герметичні чутливі елементи термометрів опору різних розмірів, що дозволяє їх використовувати в місцях, де важливо|поважно| встановлювати мініатюрний датчик температури.
Недолік|нестача| термометрів і чутливих елементів опору - необхідність використання для точних вимірювань|вимір| трьох- або чотирьох-провідної |схеми включення|приєднання|, оскільки при підключенні датчика за допомогою двох проводів, їх опір включає зміряний|виміряний| опір термометра. Найважливішою технологічною проблемою для ТО| дротяного типу є|з'являтися,являтися| герметизація корпусу чутливого елемента (ЧЕ)| спеціальною глазур'ю, склад глазурі повинен бути підібраний так, щоб при коливаннях температури в межах робочого діапазону не відбувалося|походити| руйнування герметизуючого шару. Промислові платинові ТО| в більшості випадків використовуються із|із| стандартною залежністю опір-температура|, що обумовлює| допуск|допущення| не вище 0,1 °С (клас АА| при 0 °С). Проте|однак| висока стабільність деяких термометрів дозволяє робити|чинити| їх індивідуальне градуювання і визначати характерну|вдача| саме для них залежність опір-температура. Таке градуювання може підвищити точність до декілька сотих градусу.
|грунт|Рис. 5.11 - Принципова конструкція ТО типу «вільна від напруги|напруження| спіраль» (Strain-free)
Найбільш поширена конструкція - так звана «вільна від напруги|напруження| спіраль» (Strain-free). Ця конструкція випускається багатьма підприємствами та компаніями і вважається|лічиться| найнадійнішою. Варіації основного дизайну полягають в розмірах деталей і матеріалах, що використовуються для герметизації корпусу ЧЕ (чутливий елемент)|. Для різних діапазонів температур використовуються різні види глазурі. ЧЕ| з платиновою спіраллю, чотири відрізки якої укладаються|вкладатися| в канали трубки|люлька| з|із| оксиду алюмінію і засипаються мілкодисперсним| порошком з|із| оксиду алюмінію високої чистоти. Таким чином, забезпечується ізоляція витків спіралі один від одного, амортизація спіралі при термічному розширенні і віброміцність. Герметизація кінців ЧЕ| проводиться за допомогою цементу, приготованого на основі оксиду алюмінію, або спеціальної глазурі.
Друга, достатньо поширена конструкція – це плівкові чутливі елементи типу «thin-film».
Рис. 5.12 - Принципова конструкція ТО типу плівковий чутливий елемент «thin-film»
Плівковий ЧЕ| виготовляється нанесенням тонкого шару платини на керамічну підкладку. Зазвичай|звично| шар має товщину близько 10-8 нм. Шар платини зверху покривається епоксидним або скляним ізоляційним шаром. Технологія виготовлення освоєна багатьма фірмами, в теперішній час |нині|плівковий платиновий ЧЕ| - це найдешевший і найпошириніший сенсор, що продається. Великою перевагою є|з'являтися,являтися| малий розмір і маса ЧЕ|, це дозволяє встановлювати такі ЧЕ| в мініатюрні корпуси і отримувати|одержувати| велику швидкість реагування на зміну температури об'єкту. Завдяки малим розмірам, плівкові ЧЕ| можуть виготовлятися з|із| підвищеним номінальним опором. Вже розроблені і впроваджуються |виробляються,справляються|ЧЕ| з|із| опором 1000 Ом. Це дозволяє значно знизити|знизити| вплив опору |виведення| при підключенні по 2-х дротяній|провід| схеми. По стабільності плівкові ЧЕ| все ще поступаються дротяним, але|та| їх технологія постійно удосконалюється, і останнім часом |чітко| спостерігається прогрес в підвищенні стабільності опору ЧЕ| і розширенні температурного діапазону.
Термометри опору можуть підключатися до вимірювальної установки по двох-|, трьох-, і чотирьох- провідних| схемах. Причому для ТО| класів АА| і А двопровідна схема не припустима, оскільки в цьому випадку, опір проводів включається до повного|цілковитий| зміряного |виміряний|опору термометра, що призводить до значного зниження точності вимірювання|вимір|, навіть якщо номінальний опір |виведення| приведений в документації і враховується в розрахунках. Вибір з’єднувачів вимірювального струму|тік| також впливає на точність вимірювання|вимір| температури. Оскільки ЧЕ| виготовлений з|із| дуже тонкого дроту або плівки, навіть малий струм|тік| може викликати|спричинити| істотний|суттєвий| нагрів ЧЕ|. Щоб уникнути значного збільшення погрішності внаслідок нагріву ЧЕ| вимірювальним струмом|тік| для 100-омних ТО| рекомендовано використовувати струми|тік| 1 мА| і нижче. Похибка не перевищить 0,1°С. Для зниження ефекту нагріву ЧЕ| іноді|інколи| використовується імпульсний вимірювальний струм|тік|.
Корпус термометра опору зазвичай|звично| заповнюється неорганічною ізоляцією з|із| оксиду алюмінію або магнію. Ці матеріали у великій мірі |великою мірою|гігроскопічні, і як тільки невелика кількість вологи проникає до термометра відбувається|походити| ефект шунтування чутливого елемента термометра. Перевірка опору ізоляції ТО| - одне з найважливіших випробувань при випуску з|із| виробництва. Перевірка відбувається|походити| шляхом вимірювання|вимір| опору між корпусом ТО| і вихідними з'єднаннями|виведення| при випробувальній напрузі|напруження| від 10 до 50 В. При кімнатній температурі опір ізоляції повинен бути більше 100 Ом. Падіння опору ізоляції - основна причина зниження точності термометра або навіть виходу його з|із| ладу|стрій,буд|. Важливе|поважний| значення для запобігання цього ефекту має надійна герметизація ЧЕ|, особливо при роботі термометра в умовах підвищеної вологості|вогкість|.
Необхідно завжди враховувати, що термометр фактично реєструє температуру його власного чутливого елемента, а не температуру середовища |середа|або об'єкта в якій він занурений. Близисть температури ЧЕ| до вимірюваної температури об'єкта залежить від сумарного теплового опору між ЧЕ| і об'єктом. Монтаж термометра у вимірювальний канал здійснюється, зазвичай, за допомогою притискуючої пружини, канал іноді |інколи|заповнюється теплопровідним| матеріалом. Якщо контакт з|із| об'єктом порушений, то це може привести до помилкових значень реєстрованої температури. Для перевірки теплового контакту розроблені спеціальні методики, найбільш поширена з|із| яких - дослідження часу реагування ТО| на імпульсний нагрів струмом|тік|. |зборка,збирання|
Переважний спосіб для з'єднання|сполучення,сполука| |виведення|ЧЕ| і внутрішніх проводів термометра - зварка|зварювання|. Це запобігає забрудненню|забруднення| вивідних провідників іншими металами, що виникає при паянні і може призвести до виникнення паразитної ТЕДС|. Внутрішні з'єднання |виведення| виготовляють зазвичай|звично| з|із| міді, нікелю, константана|, міді з|із| нікелевим покриттям, міді із|із| сталевим покриттям та інших металів і сплавів. З'єднання |виведення| ізолюють трубками|люлька| з|із| оксиду алюмінію, скловолоконними| трубками|люлька| або пластиковими трубками|люлька|, якщо дозволяє робоча температура ТО|.
5.4 Вимір тиску
Одним з найважливіших фізичних параметрів для холодильних установок є тиск. Цей параметр використовується для визначення витрати робочих речовин, моніторингу та прогнозування як оптимальних, так і безпечних умов роботи установок, систем, трубогонів та ін. Вимір цієї фізичної величини можливо здійснювати за допомогою різноманітних технічних пристроїв, які класифікуються за особливостями принципу дії, конструкцією, виду тиску, що підлягає визначенню, за формою відображення даних та іншими ознаками.
Тиск (Р) визначається як відношення абсолютного значення нормального до поверхні об’єкта вектора сили F до площі S цієї поверхні
р = F/S.
На відміну від сили, значення якої може залежати від розмірів поверхні її прикладення, тиск дозволяє виключити чинник площі, оскільки вона є питомою, тобто приведеною до одиниці площі.
Потрібно розрізняти наступні види тиску:
абсолютний тиск (рабс) – тиск, значення якого відрізняється від тиску рівного нулю. Абсолютний тиск атмосфери Землі на її поверхні називають атмосферним тиском (ратм);
надлишковий тиск (рн) – різниця тисків, один з яких, від якого ведеться облік, є абсолютним тиском довкілля. Зазвичай в якості абсолютного тиску довкілля виступає атмосферній тиск в місці проведення вимірів
рн = рабс - ратм;
вакуум або розрідження рвак – тиск в середовищі, абсолютний тиск який нижче атмосферного;
парціальний тиск – абсолютний тиск одного з компонентів газової суміші, тобто абсолютний тиск компонента у випадку, якщо він займе весь об’єм, в якому знаходиться газова суміш.
Відповідно до закону Дальтона сума парціальних тисків усіх компонентів дорівнює абсолютному тиску газової суміші:
де рпі - парціальний тиск компонента газової суміші;
повний тиск рухомого потоку визначається як сума гідростатичного (рст) і гідродинамічного (швидкостного) тисків (рдін):
рптрп = рс + рдин;
статичний тиск може бути як надлишковим так і вакууметричним, а в окремих вкладках дорівнювати атмосферному;
динамічний тиск потоку визначається швидкістю потоку і дорівнює його кінетичній енергії:
рдін = ρw2/2
де ρ – густина речовини;
w – швидкість потоку.
Виміри абсолютного тиску, як і надлишкового є обов’язковими під час експлуатації холодильного обладнання та систем кондиціювання повітря.
У міжнародній системі одиниць когерентною одиницею виміру тиску є паскаль (Па).
Згідно до поняття визначення тиску, одиниця тиску паскаль є відношення одиниці сили ньютон до одиниці площі – квадратного метра:
1 Па = 1Н/м2 = 1 кг/(м.с2)
Найбільш поширена в технічних вимірах така одиниця як бар, 1 бар = 105 Па.
Конструктивні особливості і принцип дії засобів виміру тиску безпосередньо пов'язані з методами виміру тиску. Тиск може бути визначений як за допомогою прямого виміру, так і шляхом непрямого виміру фізичної величини, яка функціонально пов’язана з вимірюваним тиском.
У разі прямого виміру тиску, вимірюваний тиск безпосередньо впливає на чутливий елемент приладу, який передає інформацію наступним ланкам вимірювального ланцюга, що перетворюють її в необхідну форму. Цей метод застосовано в більшості манометрів та вимірювальних перетворювачів тиску. У холодильній техніці при локальних вимірах тиску зазвичай використовують деформаційні манометри з чутливим елементом у вигляді одновиткової трубчастої пружини (так звана трубка Бурдона) для безпосередньо показуючих стрілочних приладів, або з багатовитковими пружинами для самописних манометрів. У сучасних установках та системах все частіше застосовуються електричні манометри з цифровими табло, що пов’язані з системами автоматизації та керування.
Метод непрямого виміру тиску застосовується у разі непридатності прямого методу за тих або інших причин, наприклад при вимірі наднизьких тисків у вакуумній техніці або при вимірі надвисоких тисків. У цьому випадку в якості вимірюваного параметра можуть використовуватися температура кипіння рідини, швидкість поширення ультразвуку, теплопровідність газів та ін.
Окрім манометрів з безпосередньою фіксацією, в системах автоматичного контролю, регулювання та управління поширені безшкальні манометри з уніфікованими пневматичними або електричними вихідними сигналами.
Найбільше поширення серед показуючих технічних засобів вимірювання тиску набули деформаційні манометри, в яких мірою тиску є деформація пружного чутливого елемента (ПЧЕ), такі манометри характеризуються відносною простотою перетворення переміщення в інформацію про вимірювальний тиск.
Як правило, чутливі елементи цих пристроїв виготовляють з мідних сплавів, легованих сталей або з спеціальних матеріалів в залежності від специфічності вимірювальних завдань. При цьому застосовуються однотипні ПЧЕ, до яких відносяться мембрани, мембрані коробки, сильфони і трубчасті пружини (рис. 5.13).
Рис 5.13 - Основні типи ПЧЕ: а – мембрана; б – мембрана коробка;
в – сильфон; г – трубчаста пружина
Для забезпечення надійної роботи пружного чутливого елемента важливо щоб величина напруги, що діє в його матеріалі внаслідок зовнішніх та внутрішніх сил не перевищувала межі пружності.
Треба враховувати що при використанні приладів з пружними чутливими елементами можуть виникати додаткові похибки обумовлені зміною температури та пластичності після дії і релаксації.
Конструкція трубчасто-пружного манометра з одновитковою пружиною (трубкою Бурдона) наведена на рисунку 5.14.
Рис. 5.14 - Трубчасто-пружинний манометр
Сигнал тиску надходить в трубчасту пружину 2, що деформується відповідно до величини сигналу. Один кінець трубчастої пружини жорстко з’єднаний з тримачем 1, укріпленим в корпусі манометра 3. Держак має різьбовий ніпель для кріплення приладу на трубопроводі або апараті. Вільний кінець пружини зв’язан повідцем з передавальним механізмом 7, що складається з зубчастого сектора та зчепленої з ним шестерні, на вісь якої насаджена стрілка 4.
Для усунення «мертвого» ходу стрілки внаслідок люфтів з’єднання, передавальний механізм має пружний спіральний волос 5. Внутрішній кінець волоса кріпиться на осі стрілки, яка показує, а зовнішній – до нерухомої плати механізму. Це усуває вплив люфтів в з’єднаннях, і стрілка починає рухатися водночас із зміною стану чутливого елемента. При зміні тиску середовища, що сполучене з внутрішньою порожниною трубчастої пружини, остання змінює ступень деформації, вільний кінець переміщується і тягне поводок, який за допомогою передавального механізму сприяє переміщенню стрілки відносно шкали приладу.
Манометри та моновакууметри такого типу застосовують для виміру надлишкового та абсолютного тиску до 6 МПа та вакууметричного - до 0,1 МПа.
Розглядаючи вимірювачі тиску, що застосовуються в холодильній техниці та системах кондиціювання повітря, конструкція котрих дозволяє отримати електричний вихідний сигнал, слід звернути увагу на ємнісні, тензорезисторні та п’єзоелектричні вимірювальні перетворювачі тиску.
Схема ємнісного вимірювального перетворювача тиску наведена на рисунку 5.15.
Рис. 5.15 - Схема ємнісного вимірювального перетворювача тиску
Вимірюваний тиск сприймається металевою мембраною 1, що виконує функції рухомого електроду ємнісного перетворюючого елемента. Нерухомий електрод 2 ізолюється від корпусу за допомогою кварцових ізоляторів. Залежність ємності С перетворювального елемента від переміщення δ мембрани 1 має вигляд:
,
де
- діелектрична проникність середовища,
що заповнює зазор між електродами;
- площа електродів;
- відстань між електродами при тиску,
що дорівнює 0.
Для перетворення тиску в інформаційний сигнал використовують мости змінного струму або резонансні LC контури. Ємнісні перетворювачі тиску застосовуються для вимірювання тиску до 120 МПа. Товщина мембран 0,05÷1,3 мм. Основною перевагою таких вимірювачів є можливість вимірювання тисків, що швидко змінюються. Постійна часу перетворювача не перевищує 10-4 секунди, а основна похибка ± 0,2 ÷ 5%.
В основі принципу дії тензорезисторного датчика тиску полягає явище тензоефекту, тобто зміни опору провідників і напівпровідників при їх механічній деформації.
Опір резистора довжиною l, визначається як:
,
де
– питомий опір матеріалу резистора;
- його площа поперекового перетину.
Схема найбільш поширеного типу дротяного тензорезистора наведена на рисунку 5.16.
Рис. 5.16 - Схема тензорезисторних перетворювачів
На смугу тонкої основи 1(спеціальний папір, лакова плівка та ін.) наклеюється «решітка» із зигзагоподібного тонкого дроту 2 діаметром 0,02 - 0,05 мм. До кінців дроту приєднані вивідні мідні провідники 3. Поверхня перетворювача вкрита захисним шаром спеціального лаку 4. При наклеюванні перетворювача на поверхню, він буде сприймати деформації поверхневого шару. Найбільш поширеними є перетворювачі з базами 5-20 мм та опіром 50-500 Ом.
Можливо використання тензоперетворювачів з решітками з фольги (рис. 5.16, б), що виготовляють шляхом хімічного травлення фольги 2, товщиною 4÷12 мкм, нанесеної суцільним шаром на поверхню підкладки з непровідного матеріалу 1.
Через герметичні виводи тензомодуль підключається до вбудованого електронного пристрою за допомогою якого зміна опору тензорезисторів перетворюється в уніфікований електричний сигнал. До переваг таких елементів можливо віднести якісний захист чутливого елемента від впливу агресивного середовища, добре налагоджене серійне виробництво та низьку собівартість.
В основу роботи п’єзоелектричних вимірювальних перетворювачів тиску покладено перетворення вимірюваного тиску в зусилля за допомогою деформаційного чутливого елемента з наступним перетворенням в інформаційний сигнал п’єзоелектричним елементом.
Принцип дії п’єзоелектричного вимірювального елемента базується на п’єзоелектричному ефекті, який спостерігається в кристалах кварцу, турмаліну, титанату барію та ін. В холодильній техніці найбільше поширення знайшли п'єзоелектричні манометри з чутливими елементами з кристалів кварцу (SiO2).
Суть п’єзоелектричного ефекту в тому, що якщо кварцові пластини піддати стиску, то на їх поверхні виникнуть електричні заряди різних знаків. Значення заряду Q пов’язане із силою N:
Q = kN,
де k – п’єзоелектрична постійна матеріалу.
Значення k не залежить від розміру пластини і визначається природою кристала. На рисунку 5.17 наведена схема п’єзоелектричного вимірювального перетворювача тиску.
Рис. 5.17 - Схема п’єзоелектричного вимірювального перетворювача тиску
Через мембрану 4 вимірювальний тиск перетворюється у зусилля, що стискає стовпчик кварцових пластин 2 (діаметр пластини – 5мм, товщина – 1мм). Виникаючий електричний заряд Q через виводи 1 подається на електронний підсилювач 5, який має значний вхідний опір. Для зниження інерційності перетворювача бажано мінімізувати обсяг камери 3.
Оскільки частота власних коливань системи «мембрана – кварцові пластини» сягає десятків кілогерц, вимірювальні перетворювачі такого типу мають високі динамічні характеристики, що обумовлює доцільність їх використовування в системах з швидкоплинними процесами.
Інтервал вимірів п’єзоелектричних вимірювальних перетворювачів тиску із кварцовими чутливими елементами становить 2,5 – 100 МПа.
Основні труднощі вимірювання тиску за допомогою п'єзодатчиків пов’язані з дуже малими величинами зарядів, що виникають , тому для вимірювання придатні тільки способи, що виключають виток заряду.
В сучасних умовах під час експлуатації суднових холодильних установок та систем кондиціювання повітря зручно використовувати мобільні, малогабаритні багатофункціональні пристрої, що дозволяють здійснювати виміри в різних вузлах системи. Типовим зразком такого пристрою є «AirFlow + Psychrometer», загальний вигляд якого наведено на рисунку 5.18.
Рис. 5.18 – «AirFlow + Psychrometer» типу 52236
Пристрій дозволяє визначати параметри повітря та виконувати вимірювання в таких межах:
температура повітря – "-20" ÷ "+60" °С (або "-4" ÷ "+140" °F);
відносна вологість – 0-100%
точка роси – "-68" ÷ "+70" °С (або "-90" ÷ "+158" °F);
температура за вологим термометром – "-22" ÷ "+70" °С (або "-7,6" ÷ "+158" °F);
швидкість повітря – 0,3 ÷ 35 м/с.
Пристрій складається з двох блоків з розмірами: вимірювальний пристрій 175 х 70 х 33 мм; фіксуючий блок з жидкокристаличним дисплеєм 170 х 77 х 40 мм. Живлення пристрою – автономне.
Застосування вимірювальних пристроїв такого типу дозволяє швидко та зручно здійснювати контроль режиму роботи установки, зокрема системи кондиціювання повітря.