Информационно-измерительная система давления газа в газопроводе

Министерство образования и науки Украины Винницкий национальный технический университет Институт автоматики, электроники и компьютерных систем управления Кафедра МПА информационно-измерительной системы ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В ГАЗОПРОВОДЕ Пояснительная записка по дисциплине "Информационно измерительных системы " к курсовому проекту по специальности 8.091302 " Метрология и измерительная техника " 08-03.КП.009.00.000 ПО Винница ВНТУ 2008 Содержание Введение 1. Техническое обоснование варианта реализации системы 2. Разработка структурной схемы информационно-измерительной системы давления газа в газопроводе 3. Разработка электрической принципиальной схемы информационно-измерительной системы давления газа в газопроводе 4. Электрические расчеты 5. Расчет погрешности измерения Выводы Литература Введение Обеспеченность Украины топливно-энергетическими ресурсами одно из главных задач национальной экономики, без развития которого невозможно успешное осуществление социальных, экономических и научно-технических программ. Газ получил очень широкое использование в нашей жизни, поскольку является не только высококалорийным топливом, но и ценным сырьем для химической промышленности. Газ имеет большие преимущества перед всеми другими видами топлива, как по калорийности, так и по цене. Доля газа в использовании первичных энергоресурсов составляет 45%. Потребителям газ доставляется по газораспределительным сетям — системах трубопроводов для транспортировки газа по объектам. Газопроводы газораспределительных сетей бывают низкого (до 0,005 МПа), среднего (от 0,005 до 0,3 МПа), высокого (от 0,3 до 0,6 и от 0,6 до 1,2 МПа) давлений. Гидравлические режимы работы газораспределительных сетей принимаются из условий обеспечения устойчивой работы газорегуляторных пунктов и оборудования, а также горелок коммунальных и промышленных потребителей при максимально допустимых перепадах давления газа. Именно поэтому измерения давления газа в трубопроводах является очень важным. В настоящее время разработано много средств измерения давления газа. Актуальность же разработки информационно-измерительной системы давления газа заключается в необходимости повышения точности, быстродействия и одновременном контроле нескольких параметров, а именно давления, разрежения и перепада давления в газопроводе, а также измерения температуры с помощью одной системы и представление ее оператору в удобном виде на одном видеотерминале. Сочетание информационно-измерительной системы с компьютером позволяет быстро получать, обрабатывать и хранить для дальнейшего использования большие потоки информации. В работе проведен обзор литературных источников, рассмотрены основные первичные пертворювачи давления газа, обоснованно вариант реализации системы, а на его основе — разработку структурной и принципиальной электрической схемы системы. 1. Техническое обоснование варианта реализации системы Перед непосредственной разработкой ИВС измерения давления газа в газопроводе рассмотрим три возможных варианта реализации этой системы. Структурная схема первого варианта реализации системы приведена на рисунке 1.1. Рисунок 1.1 — Структурная схема первого варианта реализации системы Принцип работы приведенного варианта заключается в следующем. Каждая из физических величин, которые измеряются, превращаются в соответствующем измерительном канале с помощью первичного и вторичного измерительных преобразователей, после чего унифицированный сигнал поступает на вход АЦП. АЦП работает в режиме freerun, осуществляя непрерывное преобразование входного аналогового сигнала в цифровой код. Код с выхода АЦП подается непосредственно на порт микроконтроллера, при этом каждый АЦП подключен к отдельному порту, что позволяет постоянно контролировать значения всех физических величин, измеряемых. Микроконтроллер обрабатывает поступая информацию, а результаты обработки передаются через интерфейс на персональный компьютер. Структурная схема второго варианта реализации системы приведена на рисунке 1.2 Рисунок 1.2 — Структурная схема второго варианта реализации системы Принцип работы данного варианта заключается в следующем. Физическая величина в соответствующем измерительном канале превращается в унифицированный сигнал с помощью первичного и вторичного измерительных преобразователей, после чего поступает на вход АЦП. АЦП работает в режиме постоянного преобразования. Каждый измерительный канал имеет свой адрес. Выходы всех АЦП подключены к шине обмена данными. К шине также подключены микроконтроллер и интерфейс для связи с ПЭВМ. Если необходимо в определенный момент времени провести измерения физической величины в любом измерительном канале, то процессор выставляет на шину адрес соответствующего канала. После преобразования АЦП выставляет на шину цифровой код, который считывается процессором. Структурная схема третьего варианта реализации системы приведена на рисунке 1.3. Рисунок 1.3 — Структурная схема третьего варианта реализации системы Третий вариант реализации работает следующим образом. Физическая величина, измеряется превращается в унифицированный сигнал с помощью первичного и вторичного преобразователей, после чего унифицированный сигнал поступает на вход мультиплексора. Если необходимо измерить определенную физическую величину, микроконтроллер подает на мультиплексор код соответствующего измерительного канала. Далее сигнал с выхода мультиплексора поступает на вход АЦП, который превращает его в цифровой код и выставляет этот код на шину обмена данными. Этот код считывается микроконтроллером, который также подключен к шине. Кроме того, в шины подключен интерфейс, через который результаты измерения передаются на ПЭВМ. Для выбора лучшего варианта реализации системы используем обобщенный качественный критерий сравнения, который заключается в определении общей эффективности системы как отношение реального качественного критерия, который обеспечивает заданный вариант реализации системы, к потенциальному качественного критерия, соответствует идеальной системе . (1.1) В данном случае чем ближе значения Е к 1, тем больше вариант реализации системы соответствует идеальному. Сравнительный анализ вариантов реализации систем приведен в таблице 1.1. Таблица 1.1 — Сравнительный анализ вариантов реализации ИВС

Параметр 1-й вариант реализации системы 2-й вариант реализации системы 3-й вариант реализации системы Идеальная система
Точность 1 1 1 1
Быстродействие 1 1 0 1
Использование ресурсов CPU 0 1 0 1
Сложность реализации 1 1 1 1
Сложность ПО 1 1 1 1
Себестоимость 0 0 1 1
4 5 4 7

Исследование вебер-амперных характеристик магнитных цепей постоянного тока

Работа 4. Исследование магнитной цепи постоянных токов 4.1 Цель работы Изучить методы и приборы измерения магнитной индукции и магнитного потока и исследовать вебер-амперные характеристики магнитных цепей постоянного тока. 4.2 Краткие теоретические сведения Часть электротехнического устройства, предназначенного для создания в его рабочем объеме магнитного поля заданной интенсивности и конфигурации, называют магнитным кругом. Магнитное круг состоит из элементов, которые возбуждают магнитное поле (катушки, в которых протекает ток, постоянные магниты) и магнитопроводов, по которым замыкается магнитный поток. Элементы, которые возбуждают магнитное поле по аналогии с электрической цепью, называют магнитно-движущими силами (м. р.с.) или намагничивая силами. Магнитопроводы выполняют роль «проводников» магнитного потока подобно проводникам электрического тока в электрических цепях. Магнитные свойства веществ определяются величиной магнитной проницаемости. Она является физической константой. В зависимости от величины магнитной проницаемости все вещества делятся на диамагнетики (медь, свинец, ртуть, алюминий и другие,); парамагнетики (кислород, углерод, некоторые соли кобальта и другие,) и ферромагнетики (железо с примесями, никель и другие, где Гн / м — магнитная проницаемость вакуума). Ферромагнетики используют для изготовления магнитопроводов магнитных цепей. Чем выше магнитная проницаемость, тем лучшим является магнитный материал, потому что при той же м. р.с. будет больше магнитный поток. Силовой характеристикой магнитного поля, которое является одной из форм электромагнитного поля, есть магнитная индукция В — среднее значение макроскопического магнитного поля, которое образуется в данной точке пространства как токами проводимости, так и имеющимися микротоками в теле намагниченного магнитопровода. Магнитное поле, созданное токами проводимости (движением свободных носителей электрических зарядов) и не зависящее от магнитных свойств среды, характеризуется вектором напряжённости магнитного поля. Зависимость между индукцией и напряженностью магнитного поля определяет магнитная проницаемость вещества: . /5.1/ Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл), а напряженности — ампер на метр, (А / м). Размер напряженности магнитного поля зависит от величины токов, которые возбуждают это магнитное поле в магнитной цепи. Поэтому при одной и той же напряженности Н величина магнитной индукции будет разной в магнитных кругах из различных материалов. Чтобы иметь большие значения индукции, магнитопроводы изготавливают из ферромагнетиков с большими значениями магнитной проницаемости (электротехническая сталь, пермаллой, ферриты и т. д.). Особенностью ферромагнетиков является нелинейная зависимость между магнитной Р
ис.5.1. индукцией и напряженностью магнитного поля, то есть магнитная проницаемость не является постоянной величиной, а зависит от напряженности магнитного поля. Эту зависимость называют кривой намагничивания. Ее снимают экспериментально для каждого ферромагнетика, и в справочниках она представлена в виде графика В = f (H) или соответствующих таблиц. На рис.5.1 приведены зависимости B = f (H) для электротехнической стали и вакуума, для которого. Из приведенных графиков находим, что при напряженности магнитного поля 200 А / м индукция в стали, а в вакууме, в 4000 раз меньше. Итак, магнитопровод с электротехнической стали усиливает магнитную индукцию в 4000 раз по сравнению с вакуумом. При расчетах магнитную проницаемость воздуха принимают равной. Магнитное круг большинства электротехнических устройств (электрооборудования, реле, контакторов и т. д.) состоит из магнитопроводов и воздушных промежутков. Например, магнитопроводы и воздушные промежутки между статором и ротором электрических машин. а) б) Рис.5.2. На рис.5.2 изображен простой последовательное магнитное круг с воздушным промежутком l0. Магнитное поле в стальном сердечнике 1 возбуждается катушкой с током 2, магнитодвижущая сила которой F = IW, /5.2/ где И — ток в проводниках катушки, А; W — количество витков в катушке. Магнитодвижущая сила F возбуждает в стальном сердечнике длиной lF и в воздушном промежутке длиной l0 соответствии магнитные индукции BF и. Если магнитную индукцию в поперечном сечении магнитопровода считать постоянной величиной, то магнитный поток в сердечнике , /5.3/ где SF — площадь поперечного сечения магнитопровода, м2. При небольших значениях воздушных промежутков (l0 <0,001 м) можно пренебречь замыканием («розпертям») магнитного потока по бокам магнитопровода и считать, что , /5.4/ где Sl — поперечное сечение воздушного промежутка. Так как и, то ВL = ВF, есть магнитная индукция в стальном сердечнике и в воздушном промежутке l0 считаются равными: ВF = ВL = В. Напряженность магнитного поля в магнитопроводе, а в воздушном промежутке — . Поскольку, то напряженность HF значительно меньше напряженности НL:. Расчеты магнитных цепей по аналогии с расчетами электрических цепей проводят на основании законов Ома и Кирхгофа, приравняв намагничивая силу F в э, а магнитный поток Ф — в силу тока И. Поэтому закон Ома для неразветвлённой магнитной цепи будет иметь вид , /5.5/ где Ф — магнитный поток; — Магнитное сопротивление цепи. Магнитное сопротивление состоит из магнитных сопротивлений участков цепи. Магнитное сопротивление участка зависит от магнитной проницаемости участка и от ее геометрических размеров: , /5.6/ где lд — длина магнитных силовых линий в области; Sд — поперечное сечение участка. Для круга, приведенного на рис.5.2, магнитные опоры участков ; и уравнение /5.5/ можно представить в виде . /5.7/ Выражения /5.7/ соответствует схем замещения, приведенная на рис.5.3. На основании схемы замещения можно определить величину магнитного потока, а зная его, определяют магнитную индукцию, или, задавшись величиной В, определяют намагничивая силу катушки ИW. рис.5.3. Рис. 5.3. где — потокосцепления катушки; I и W — соответственно ток и число витков катушки

Информационно-измерительная система давления газа в газопроводе часть 2

Итак, согласно таблице 1.1 значения качественного критерия для первого варианта реализации системы ; для второго варианта ; и для третьего . Итак, второй вариант реализации системы больше соответствует идеальной системе при избранных характеристиках для сравнения, а поскольку эти характеристики необходимо обеспечить в системе, разрабатываются, то для дальнейшей разработки выберем именно второй вариант реализации. 2. Разработка структурной схемы информационно-измерительной системы давления газа в газопроводе Каждый средство измерения является техническим средством определенной структуры. Степень сложности средства измерения определяется характером и количеством преобразований, необходимых для преобразования информативного параметра входного сигнала в информативный параметр выходного сигнала. Все эти промежуточные преобразования осуществляются преобразовательными элементами и основаны на определенных физических эффектах, которые обеспечивают своим сочетанием работу средства измерений. Структурной схеме измерительной цепи средства измерений называется схема, отражающая его основные функциональные части (структурные элементы), их назначение и взаимосвязи. Степень дифференциации структурной схемы на структурные элементы, изображаемых преимущественно прямоугольниками, определяется назначением схемы. В предыдущем разделе было выбрано вариант реализации информационно-измерительной системы изображен на рисунке 1.2. Разработаем структурную схему системы опираясь на этот вариант. Итак, согласно заданию на курсовой проект заданная системы должна состоять из четырех измерительных каналов, в трех из которых в соответствии измеряться избыточное давление, разность давлений и разрежения в газопроводе, а четвертый канал будет служить для контроля температуры в газопроводе. Газ — полезное ископаемое, которое является сумишшювуглеводнивта неуглеводородных компонентов, находится в газообразном состоянии при стандартных условиях (давлении 760 мм ртутного столба или 101,325 кПа и температуре 20 ° C) и является товарной продукцией. Основным компонентом (более 98%) природного газа является метан, поэтому его свойства практически совпадают со свойствами метана. Стоит отметить, что природный газ не имеет запаха, а известный всем запах газа — это запах этилмеркаптана, специально добавляется к газу для возможности обнаружения его утечки из газопровода по запаху. Кроме того, в состав природного газа входят этан, пропан, бутан, пентан, гексаны, гектаны, октан, нонан, бензол, толуол, водород, кислород, оксид углерода, двуокись углерода, азот, кислород и гелий. Методы измерения давления газа основываются на сравнении сил давления, измеряемого со следующими силами: давления столбца жидкости (ртути, воды) соответствующей высоты; образующимися при деформации упругих элементов (пружин, мембран, манометрических коробок, сильфонов и манометрических трубок); а также с упругими силами, возникающими при деформации некоторых материалов, при которых возникают электрические эффекты. С точки зрения чувствительности важна роль первого преобразовательного элемента в измерительном канале. Та его часть, что находится под непосредственным влиянием измеряемой величины, называется чувствительным элементом. Рассмотрим основные типы первичных преобразователей давления, выходными сигналами которых являются электрические сигналы, удобные для дальнейшей обработки и передачи по измерительном канале. Емкостные преобразователи применяют для преобразования в электрический сигнал давления. Емкостный преобразователь — это конденсатор переменной емкости, управляемый входным сигналом. Электрические звена с емкостными преобразователями питают переменным током повышенной частоты (от единиц до десятков килогерц). Емкостные преобразователи имеют обычно верхнюю границу преобразуемого давления 200 ... 800 Па при чувствительности 0,5 ... 1,0 ПФА / Па. Основная погрешность составляет 1 ... 2%. Принцип действия тензометрических преобразователей основан на использовании изменения электрического сопротивления проводниковых и полупроводниковых материалов при их растяжении или сжатии в пределах упругих деформаций. В главных технико-метрологических характеристик тензометрических преобразователей относятся тензочувствительность, полное сопротивление, ползучесть, механический гистерезис, температурная нестабильность, динамические характеристики. тензочувствительность определяется преимущественно резистивными свойствами материала чувствительного элемента, однако в значительной степени зависит от конструкции преобразователя, материала основы и других факторов. Главные требования к Тензопреобразователь такие а) больше значения коэффициента тензочувствительности; б) высокое удельное электрическое сопротивление; в) температурный коэффициент линейного расширения чувствительного элемента преобразователя должен по возможности равен температурному коэффициенту линейного расширения материала изучаемого объекта. По мостовой схеме Тензопреобразователь включают в одно, два или четыре плеча. В последнем случае в два противоположных плеча входят преобразователи, реагирующие на ту же деформацию (например, растяжения), а в двух других — преобразователи, реагирующие на деформацию противоположного знака (сжатия). Мост с двумя и четырьмя Тензопреобразователь имеет чувствительность соответственно в 2 и 4 раза больше, чем мост с одним Тензопреобразователь. В последнее время появилось направление в полупроводниковой тензометрами, связанный с применением мостовых тензорезистивных структур, которые являются соединенными монолитно в схему одинарного моста полупроводниковыми тензорезисторами. Габаритные размеры таких преобразователей составляют 2 ... 6 мм при толщине самого тензорезистора 20 ... 25 мкм. Датчики, выполненные на основе мостовых тензоструктур, является точными от датчиков с единичными полупроводниковыми тензорезисторами (их погрешность 0,1 ... 0,2%). Здесь тензорезистор является единственным звеном упругого элемента. Итак, в отличие от наклеиваемых тензорезисторов, здесь отсутствует промежуточное звено между упругим элементом и тензорезистором — клей, который является причиной дополнительных погрешностей в наклеиваемых тензорезисторов за его упругую несовершенство. Именно поэтому, при разработке ИВС давления газа в газопроводе, используем как первичный измерительный преобразователь давления один из датчиков на основе мостовых тензорезистивных структур, которые являются соединенными монолитно в схему одинарного моста полупроводниковыми тензорезисторами.

Итоги работы галицкой археологической экспедиции прикарпатского университета имени в. стефаника часть 3

В последние годы в составе Галицкой археологической экспедиции создан Карпатский отряд по историко-археологическом исследованию Карпат, который примет участие в выполнении международной научной программы «Археология и древняя история Карпат» (совместно с научными учреждениями стран Карпатского региона). Карпатский отряд будет работать по следующим основным направлениям; — исследование древних дорог и перевалов; — исследование древних мест солеварение; — изучение памятников, связанных с религиозными культами; — обследование мест, связанных с военными событиями времен I и II мировых войн и национально-освободительным движением; — исследование древних поселений и укреплений (замки, крепости, монастыри и т. д.). В настоящее время проводится работа с картографическим материалом и формируется база данных. В частности, всего на Галицком Прикарпатье известно 115 пунктов с соляными источниками. От Перемышля до Удеч (г... Веселое) их 30, от Удеч в Галич — 50. В Покутских Карпатах (летописная «коломийска соль») их 35. Обследование проведено, в частности в селах Саджавка, Лоева, Ослов, Баня — Березив, Текучая, Баня Свирская, Акрешоры, Княж двор-Баня, Рунгуры, Мишин, Люча, Яблонев, Стопчатов, Уторопы, Пистинь, Воскресинци. На территории большинства из них, у соляных источников, зафиксированы следы древних производственных зон. Далее разрабатывалась тема, связанная с местами, которые носят следы языческого культа. Читать далее «Итоги работы галицкой археологической экспедиции прикарпатского университета имени в. стефаника часть 3»

Архитектура арабских стран и стран ближнего и среднего востока (vii — xviii века)

Архитектура мусульманской Индии имела ряд особенностей. Города средневековой Индии развивались по нерегулярном плана, характерном для стран Ближнего и Среднего Востока. Города, которые были основаны в период позднего Средневековья, строились уже по регулярному плану (Джайпур, Хардарабад и другие). Культовое зодчество Индии мусульманского периода характеризуется использованием традиционных форм — фигурных колонн, килевидних профилей арок и цибулястих куполов. Мусульманская архитектура принесла в планировочное решение индийских храмов айван. Типичными для Индии являются дворовые мечети с купольным молитвенным залом и галереей вокруг всего двора. В Дели, который был неизменной столицей мусульманских государств Индии, в XVII веке была сооружена соборная мечеть. Построена она из красного песчаника, купола же высечены из белого мрамора. Весь образ мечети воплощает величие и сдержанную декоративность. Под влиянием широкого обмена строительным опытом, который проходил между Индией с одной стороны и Ираном и Средней Азией с другой, создавались новые типы мавзолеев. Наиболее совершенным из них является шедевр индийской архитектуры периода моголов — всемирно известный мавзолей Тадж-Махал с архитектурно-парковым ансамблем. Его построил в 1632 — 1650 годах Шах-Джахан в Агре для своей любимой жены Мумтаз-Махал. Ансамбль состоит из зданий мавзолея, мечети и павильона для собраний, установленных на массивной платформе, сложенной из плит красного песчаника вдоль берега реки Джамны. Читать далее «Архитектура арабских стран и стран ближнего и среднего востока (vii — xviii века)»

Итоги работы галицкой археологической экспедиции прикарпатского университета имени в. стефаника часть 2

Находки из пещеры Стремительная (Одаив ХИV) и Вертикальная (Одаив ХVИ) датированы Х-ХII вв. Наиболее вероятно, что эти полости служили тайниками для жителей синхронного городища, расположенного рядом. Пещера Одаив ХИИ (грот Монаха) исследователями отождествлена как убежище монахов василиан. В пещерах Одаив ХИИИ (грот Верхний, в 1,9 км к юго-западу от села), Одаив ХИV (пещера Стремительная), Одаив ХVИИ (Безымянная, 2,2 км северо-западнее села), очевидно, скрывались и участники национально освободительных соревнований середины ХХ в. Кроме пещерных памятников, вблизи села Одаив археологами найдено пятнадцать пунктов с материалами разных эпох от верхнего палеолита до Киевской Руси. Особенностью полевых археологических исследований было то, что они проводились одновременно двумя отрядами, — «наземным» и «подземным». В ходе разведочных работ определено местоположение многослойного поселения Одаив II на холме у поселка Мысль, в местности Городище. Было заложено несколько разведочных раскопок (шурфов) на гребне и южном склоне холма. Это позволило локализовать остатки глинобитного площадки трипольской жилья. На этом месте был заложен раскоп площадью около 60 кв. м. Читать далее «Итоги работы галицкой археологической экспедиции прикарпатского университета имени в. стефаника часть 2»

Итоги работы галицкой археологической экспедиции прикарпатского университета имени в. стефаника

Итоги работы галицкой археологической экспедиции прикарпатского университета имени В. Стефаника в 2002—2003 годах Недавно созданная Галицкая археологическая экспедиция Прикарпатского университета имени Василия Стефаника, руководителем которой стал доцент кафедры всемирной истории, кандидат исторических наук Б. П.Томенчук, а научным консультантом выступает член-корреспондент НАН Украины , доктор исторических наук, профессор В. Д. Баран. Экспедиция Прикарпатья течение нескольких лет плодотворно сотрудничает с отделом археологии Национального заповедника «Древний Галич», Институтом археологии и Институтом украиноведения имени И. Крипякевича НАН Украины, Ивано-Франковским краеведческим музеем. В составе экспедиции действуют два отряда — Галицкий, который возглавляет доцент Б. П.Томенчук и Трипольский, которым управляют старший преподаватель кафедры историографии и источниковедения И. Т.Кочкин. В течение полевых сезонов 2002 и 2003 годов исследования проводили оба отряда экспедиции. Деятельность Трипольского отряда Галицкой экспедиции. Читать далее «Итоги работы галицкой археологической экспедиции прикарпатского университета имени в. стефаника»

Гипермедиа и мультимедиа технологии часть 3

говоря о емкости узлов, можно начать с основной части, а именно с того, что сложную информацию лучше усваивать небольшими порциями, тщательно перемешивая ее с графикой, не только удержит пользователя, но и поднимет его уровень усвоения материала. В этом случае можно добавить, что даже если нашей информацией не заинтересуются, то есть возможность задержать, а в дальнейшем и заинтересовать изложенными красивыми иллюстрациями и пояснениями к ним (особенно если мы имеем дело с младшим поколением). По практической части, то сам факт использования видео говорит о среднем емкость узлов. Читать далее «Гипермедиа и мультимедиа технологии часть 3»