Министерство общего и профессионального

образования

Российской Федерации

Московский энергетический институт

филиал в г. Смоленске

кафедра ПТЭ

Типовой расчет

Расчет измерительной схемы термокондуктометрического газоанализатора.

Преподаватель:

Студент:

Вариант: 1

Группа: ЭО-00

Смоленск

2002

Типовой расчет

1.Задание к расчету: Анализ содержания углекислого газа СО в продуктах горения осуществляется термокондуктометрическим газоанализатором.

Измерительная схема газоанализатора представляет собой неуравновешенный мост, образованный четырьмя чувствительными элементами из платиновой проволоки с сопротивлением при 0 °С . Зависимость сопротивления от температуры имеет вид , где a=0.00392(). Мост питается стабилизированным током I, мА, при этом температура элементов и (рис.1), находящихся в азоте, равна 80°С. Разность потенциалов в измерительной диагонали моста измеряется милливольтметром с бесконечно большим входным сопротивлением. Внутренний диаметр измерительной камеры ; диаметр чувствительного элемента, расположенного по оси камеры, d, мм, его длина l, равна 20 мм, температура стенок камеры .

Значения параметров, I, d, смотри в исходных данных.

Схема моста.

U
 

 

 

 

 
ИП - измерительный прибор (милливольтметр постоянного тока)

- стабилизированное напряжение питания

 

Газоанализатор градуируется по синтетической смеси CO2+N2, в которой концентрация СО2+Сi соответствует заданному значению диапазона шкалы.

Предполагается, что количество теплоты, передаваемой от чувствительного элемента к стенке камеры, одинаково при любой газовой смеси и, что передача теплоты осуществляется только за счет теплопроводности, а температура стенок постоянна и равна. . Теплопроводность газов определяется при температуре .

Установка нуля газоанализатора осуществляется при заполнении измерительной камеры воздухом, при этом температура чувствительного элемента ,.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Задачи расчета.

1.Рассчитать напряжение на измерительной диагонали моста при концинтрациях СО :

Сi=0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1.

В составе синтетической градуировочной смеси (- верхнее значение диапазона концентрации).

2. Рассчитать множитель К1 коррекции показаний ИП при измерении в продуктах сгорания, состав которых задан в таблице1. К1 рассчитать для = и для =0,5

3. Для тех же точек шкалы рассчитать множитель коррекции ИП К2 при условии полного сжигания водорода в контролируемой смеси газов. При этом на величину исходной концентрации водорода увеличивается количество паров воды.

4. Выполнить в одних координатах графики по п. п.1;2;3.

5. Исходные данные:

Таблица 1.

, Oм

I, мA

d, мм

4

180

0,025

Диап. Ссо2

Сн2о, %

Со2, %

СN2, %

Сн2, %

0-10

20

2,5

67

0,5

Расчетная часть.

1.Необходимо установить связь между содержанием СО и напряжением в измерительной диагонали моста. Количество теплоты, передаваемой в единицу времени от чувствительного элемента к стенке камеры за счет теплопроводности, определяется выражением.

где - температура нити чувствительного элемента,

l - теплопроводность газовой смеси при .

Такое же количество теплоты выделяется в чувствительном элементе :

Таким образом, температура нити будет определяться выражением:

Изменение сопротивления проводника при изменении теплопроводности смеси от l до (l + l):

, или

.

Если в схеме (см. рис.1) всегда выполняется условия и , то изменение напряжения на измерительной диагонали моста (при бесконечно большом сопротивлении милливольтметра):

, (1)

Так как градуировка газоанализатора производится по синтетической смеси СО2+N2 , то для выявления уравнения шкалы нужно установить зависимость между теплопроводностью синтетической смеси и содержанием СО2 в ней.

Теплопроводность смеси следующим образом зависит от концентрации компонентов Сi и их теплопроводностью li :

l=Cco2 lco2+CN lN2 =Cco2 lco2+(- Cco) lN2.

Если в качестве исходной принять теплопроводность азота (теплопроводность синтетической смеси с нулевым содержанием СО ), то:

l=Cco2 lco2+(- Cco2) l N2 - l N2=Cco2 (lco2-lN2).

Если lco2 и lN2 подставить в выражение (1), то получим уравнение шкалы.

Вид этого уравнения показывает, что зависимость изменения напряжения на измерительной диагонали U от содержания СО2 в газовой смеси имеет нелинейный характер. Определим значения U при 0 ; 2 ; 4 ; 6 ; 8 ; 10 % СО2.

При Ссо2=0 : U=0.

При Cco2=2%

При Cco2=4% : .

При Cco2=6% : .

При Cco2=8% : .

При Cco2=10% : .

2.Рассчитаем множитель коррекции показаний измерительного прибора для Ссо2= и Ссо2=0,5.

Определяем значения теплопроводности компонентов газовой смеси при .

Для воздуха : lв=lN2 CN2+lo2 Co2=

=

Объем продуктов горения в газоанализаторе уменьшается за счет практически полной конденсации водяных паров. При этом несколько уменьшается процентное содержание других компонентов. Теплопроводность смеси в этом случае будет определяться выражением:

Определяем теплопроводность синтетических смесей СО2+N2 для концентрации СО2=10% и : lсм(CO2+N2)=lco2 Cco2+lN2 CN2

Оценим погрешность показаний газоанализатора, отградуированного на смеси СО2+N2 ,при измерении СО2 в продуктах горения газа. Для этого оценим значения температуры нити для различных смесей. Для смеси СО2+N2 :

Для продуктов горения:

Если предположить, что изменение температуры нити относительно ее температуры в воздухе (нулевая концентрация СО2) пропорционально концентрации СО2, то показания газоанализатора, отградуированного на смеси СО2+N2 при Ссо2=10%, будут:

Таким образом, показания газоанализатора, отградуированного на смеси СО2+N2 ,в реальных условиях задачи, надо умножить на множитель .

Для Ссо2=0,5Св=5%.

Рассчитаем значение теплопроводности для смеси:

Рассчитаем тепопроводность синтетической смеси CO2+N2 :

.

Значение температуры нити для смеси СО2+N2 :

.

Для продуктов горения:

Показания газоанализатора:

Множитель коррекции:

3.Теплопроводность продуктов горения в предположении полной конденсации водяных паров рассчитывается по формуле:

.

Для Ссо2=10%:

Установка нуля осуществляется при заполнении измерительной камеры воздухом с теплопроводностью:

Значение температуры

Показания газоанализатора:

Множитель коррекции:

Для Ссо2=5%:

Установка нуля осуществляется при заполнении измерительной камеры воздухом с теплопроводностью:

Значение температуры

Показания газоанализатора:

Множитель коррекции:


Список литературы :

1.Теплотехнические измерения и приборы : Учебник для ВУЗов / , ,-М.: Энергоатомиздат,1984 .-232 с.

2. , C. Сборник задач и вопросов по теплотехническим измерениям и приборам : Учеб. пособие для ВУЗов - М.: Энергоатомиздат,1985 .- 328 с.