Методические указания по выполнению лабораторных по МДК 01.02
методическая разработка

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

 «БЕЛГОРОДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

обучающимся по выполнению лабораторных работ

ПМ.01. «Выполнение работ по техническому обслуживанию систем вентиляции и кондиционирования»

МДК 01.02 Управление автоматизированными системами  систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

специальность 15.02.13 «Техническое обслуживание и ремонт систем вентиляции и кондиционирования»

Белгород 2020

Составитель: Чернова Ю.А., преподаватель ОГАПОУ «БСК»

Пояснительная записка

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по ПМ.01. «Выполнение работ по техническому обслуживанию систем вентиляции и кондиционирования» МДК 01.02 «Управление автоматизированными системами  систем вентиляции и кондиционирования воздуха» специальность 15.02.13 «Техническое обслуживание и ремонт систем вентиляции и кондиционирования» Рекомендации выполнены в соответствии с примерной и рабочей программами, календарно - тематическим планом по вышеназванной дисциплине.

Пособие содержит информацию по основам расчета, выполнению замеров и оформления нормативных документов с целью углубления знаний студентов, а также задания для самостоятельной работы на каждом практическом занятии.

 Дополнительно к ним изображаются схемы, выполняются теоретические исследования.

Требования к оформлению и защите практических, лабораторных и самостоятельных работ.

•  Практические работы оформляются на листах формата А – 4 в соответствии с ГОСТ 2.104-2006 ЕСКД и сдаются в обязательном порядке в виде папки с титульным листом стандартной формы.
• Каждая работа сдается отдельно, по выполнению работы проводится индивидуальная беседа.

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

КРИТЕРИИ ОЦЕНОК

Лабораторная работа № 1

«Изучение конструкции контрольно- измерительных приборов.»

1. Цель работы: Изучить конструкции контрольно-измерительных приборов.

2.        Теоретическое введение

2.1. Приборы для измерения давления

Жидкостные манометры

Принцип действия жидкостных манометров основан на уравновешивании измеряемого давления гидростатическим давлением столба рабочей жидкости. Конструктивно они представляют собой сообщающиеся сосуды, заполненные рабочей жидкостью до некоторого уровня. Обычно рабочей жидкостью являются: ртуть, вода, спирт или керосин. Эти манометры используются для измерения небольших избыточных давлений в пределах до 0,1 МПа.

На рис. 1 представлены некоторые виды жидкостных манометров.

Наиболее распространенным прибором является U-образный манометр (рис. 1б). Широкое распространение получили также однотрубные чашечные микроманометры (рис. 1а). Высота столба жидкости в трубке чашечных манометров или разность уровней жидкостей в U-образных манометрах пропорциональны измеряемому избыточному давлению: Ризб=Нγ, где γ – удельный вес рабочей жидкости. Измерение давления сводится к измерению высоты столба жидкости Н.

Пружинные манометры

Пружинные манометры (рис. 2) относятся к наиболее распространенным приборам для измерения давления. Диапазон измеряемых давлений чрезвычайно широк: от вакуума до 103 МПа.

Принцип действия этих манометров основан на уравновешивании силы, возникающей под действием измеряемого давления, силой упругой деформации чувствительного элемента прибора: Р = кН, где к –коэффициент упругости материала чувствительного элемента; Н –величина деформации (перемещения) чувствительного элемента.

В качестве чувствительных элементов (ЧЭ) используются пружины следующих типов: а) одновитковые трубчатые; б) многовитковые (геликоидальные) трубчатые; в) плоские и гофрированные мембраны; г) сильфоны.

Одновитковая трубчатая пружина или трубка Бурдона (рис. 2а) представляет собой стальную или латунную трубку эллиптического или овального сечения, согнутую по дуге окружности почти на 270°. Один конец трубки соединен со штуцером, через который во внутреннюю полость трубки поступает среда, давление которой измеряется, а второй (свободный конец) запаян. Под действием измеряемого давления в металле трубки возникают механические напряжения, в результате которых свободный конец совершает перемещение. Конец пружины через поводок поворачивает зубчатый сектор и зубчатую шестерню (трубку) и вместе с нею стрелку. При подаче на вход манометра избыточного давления трубка разгибается, а при подаче разрежения – сгибается.

Многовитковая трубчатая пружина (рис. 2б) обычно выполняется в виде винтовой пружины, что позволяет повысить чувствительность измерения. Угол поворота свободного конца трубки достигает 60°, при количестве витков от 6 до 9. Манометры с такой пружиной выпускаются, главным образом, как самопишущие.

Мембранные манометры имеют в качестве ЧЭ упругие или эластичные (вялые) мембраны. Упругая мембрана – это гибкая круглая плоская или гофрированная пластина, способная прогибаться под действием давления. Эластичная мембрана, предназначенная для измерения малых давлений, представляет собой плоские или гофрированные диски, выполненные из прорезиненной ткани и зажатые между фланцами. Измеряемое давление действует на мембрану, мембрана прогибается и воздействует на шток, соединенный со стрелкой (рис. 2в).

Сильфон – это тонкая цилиндрическая металлическая оболочка с поперечными гофрами (рис. 2г), способная совершать значительные перемещения под действием давления или силы. Деформация сильфона вызывает перемещение штока и стрелки прибора.

Дифференциальные манометры

Для измерения разности давлений ΔР=P1-P2 применяются дифференциальные манометры. Наиболее часто используются мембранные, сильфонные, колокольные и кольцевые дифманометры (рис. 3).

Чувствительным элементом мембранного дифманометра (рис. 3а) является блок из двух коробчатых мембран, помещенных в отдельные камеры. Внутренние полости мембран, заполненные дистиллированной водой, сообщаются между собой через отверстие в перегородке.

Мембранная коробка, на которую действует большее давление, сжимается, вода вытесняется в другую коробку, стенки которой расходятся. Шток, жестко закрепленный к центру верхней мембраны, перемещается пропорционально разности давлений.

Принцип действия сильфонного дифманометра аналогичен (рис. 3б).

Вместо мембран здесь используются сильфоны. Связь между перемещением штока Н и перепадом давлений ΔР выражается зависимостью:

ΔР = кН, где к – постоянный для данного дифманометра коэффициент.

Чувствительным элементом колокольного дифманометра является колокол, погруженный в масло (рис. 3в). Силы, действующие на колокол со стороны большего из давлений, превышают силы, действующие со стороны меньшего давления. Под действием этих сил колокол перемещается, приводя в движение стрелку. Зависимость между разностью давлений и глубиной погружения колокола Н выражается уравнением:

ΔР= K1-К2Н, где K1 и К2 – постоянные коэффициенты.

Кольцевой дифманометр (рис. 3г) представляет собой кольцо, наполовину заполненное жидкостью и разделенное перегородкой на две полости. К полостям над жидкостью подведены гибкие трубки для подачи давлений, а в центре вращения установлена ножевая опора. Для варьирования пределов измерения изменяют вес прикрепленного к кольцу груза.

Зависимость между перепадом давлений и углом поворота кольца выражается уравнением:

,

где G– вес груза; а – расстояние от центра тяжести груза до оси вращения; S – площадь перегородки; R– средний радиус кольца; α– угол поворота кольца.

2.2. Измерительные преобразователи влажности

Контроль влажности воздуха и газовых смесей

Для контроля влажности воздуха или газовых смесей наибольшее распространение получили следующие методы: психрометрический, гигроскопический, электролитический, метод точки росы, лазерный и др.

Психрометрический метод является более простым и падежным. Он основан на зависимости испарения воды от влажности воздуха. Психрометр Августа состоит из двух одинаковых термометров, закрепленных на общем основании (рис. 1). Чувствительный элемент одного из термометров обернут тканью (фитилем), свободный конец которой опущен в стеклянный резервуар, заполненный водой. По капиллярам ткани вода поднимается вверх, и баллон этого термометра смачивается водой (мокрый термометр). Второй термометр называется сухим. За счет испарения воды с поверхности фитиля рабочая жидкость в баллоне мокрого термометра охлаждается.

Поэтому показания мокрого термометра ниже, чем показания сухого. Разность показаний сухого и мокрого термометров называют психрометрической разностью. Чем сумме воздух, тем больше эта разность.

Относительная влажность воздуха находится по показаниям сухого и мокрого термометров с помощью психрометрической таблицы. Основным недостатком этого психрометра является то, что чувствительные элементы термометров не защищены от лучистого теплообмена.

Более совершенным является аспирационный психрометр Ассмана (рис. 2). Здесь оба термометра заключены в металлические трубки, через которые с помощью вентилятора прокачивается воздух со скоростью 2,5–3 м/с.

Промышленные электронные психрометры используются для автоматического непрерывного измерения, записи и регулирования относительной влажности воздуха и газов. В качестве чувствительных элементов используются «сухой» и «мокрый» термометры сопротивления и , включенные в смежные плечи мостовой измерительной схемы автоматического электронного моста типа КСМ (рис. 3). Проходящий через датчики анализируемый воздух или газ обтекает термометры с одинаковой скоростью.

Условие равновесия мостовой измерительной схемы записывается в следующем виде:

При изменении относительной влажности воздуха изменяется Rм, условие равновесия мостовой схемы нарушается и в измерительной диагонали возникает разность потенциалов, пропорциональная относительной влажности. Она измеряется вторичным прибором КСМ.

Метод точки росы. Принцип действия этого метода основан на зависимости температуры, при которой из окружающего воздуха или газа выпадает влага в виде капелек росы, от относительной влажности.

Упрощенная схема, реализующая этот метод, приведена на рис. 4.

Через цилиндр 1 с зеркально отполированной внешней поверхностью пропускается хладоноситель, который охлаждает его стенки. Пока не достигнута температура точки росы, лучи от источника света HL отражаются зеркальной поверхностью цилиндра и попадают на фотопреобразователь. Его сопротивление резко уменьшается, и через обмотку реле К1 протекает максимальный ток. Реле срабатывает и своими контактами К1 и К2 размыкает цепь питания нагревательного элемента и цепь, соединяющую термопару 2 с автоматическим электронным потенциометром КСП. Как только поверхность цилиндра охладится до температуры точки росы, на ней выпадает влага, и световой поток, попадающий на фотосопротивление, резко уменьшается. Это вызывает увеличение сопротивления фотопреобразователя, что приводит к резкому снижению тока через обмотку реле. Реле отпускает, контакты К1 и К2 замыкаются. Контакт К2 подключает термопару 2 к входу КСП и происходит измерение температуры точки росы, а следовательно и относительной влажности. Нагревательный элемент получает питание, нагревает хладоноситель и стенки цилиндра, и влага удаляется с зеркальной поверхности. Прибор приходит в исходное состояние и цикл измерения повторяется.

Электролитический метод основан на свойстве соли поглощать влагу из окружающей среды с последующей диссоциацией молекул на ионы и изменением электрической проводимости. В простейшем виде измерительный преобразователь представляет собой подложку 1 из изоляционного материала, на которой нанесен слой соли 2, к которому подведены электроды 3 для подачи питания (рис. 5).

В качестве соли обычно используется LiCl. Датчик включается в мостовую измерительную схему вторичного прибора. На рис. 6 приведена принципиальная электрическая схема регулятора относительной влажности воздуха, применяемого при автоматизации систем кондиционирования воздуха.

Датчик влажности является составной частью измерительного моста регулятора. Температурная погрешность датчика компенсируется с помощью терморезисторов и . Задатчиком относительной влажности является потенциометр R5. Потенциометрами R4 и R6 измерительный мост настраивается в процессе изготовления и тарировки прибора.

При изменении относительной влажности на выходе измерительного моста формируется сигнал, управляющий выходным реле. Выходное реле через свои контакты К формирует сигнал на исполнительный механизм, обеспечивающий стабилизацию регулируемого параметра.

Гигроскопический метод основан на свойстве материалов поглощать влагу из окружающей среды и приводить свою влажность в равновесное состояние с ней при одновременном изменении своих геометрических размеров.

В санитарной технике и метеорологии широко используются самопишущие приборы для контроля относительной влажности – гигрографы. Чувствительный элемент гигрографа представляет собой пучок обезжиренных человеческих волос, капроновую нить или круглую мембрану, изготовленную из специально обработанной гигроскопической пленки. Изменение относительной влажности воздуха вызывает изменение длины пучка волос или прогиба мембраны, которые преобразуются передаточным механизмом в перемещение стрелки с пером по диаграммной ленте, приводимой в движение двигателем или часовым механизмом.

2.3. Измерительные преобразователи температуры

Задача автоматического регулирования температуры сводится к поддержанию значения данного параметра в определенных пределах. Такое регулирование называется двухпозиционным, когда регулируемая переменная поддерживается в пределах двух позиций. Подобный вид автоматического регулирования температуры поддерживается с помощью милливольтметра.

Милливольтметр типа МР-64-02 – пирометрический щитовой профильный прибор с двухпозиционным регулирующим устройством магнитоэлектрической системы класса 1,5  предназначен для измерения и двухпозиционного регулирования температуры, предназначен для работы при температуре окружающего воздуха от 10 до 35 оС и относительной влажности до 80 %.

Принцип измерения температуры милливольтметром в комплекте с термоэлектрическим термометром основан на измерении термоэлектродвижущей силы, возникающей в термоэлектрическом термометре при наличии разности температур между рабочим концом термоэлектрического термометра, спаем из двух разнородных проводников, помещенных в измеряемую среду, и его свободными концами.

Под влиянием термоэдс по цепи будет протекать электрический ток, который, проходя через рамку показывающего прибора, создает магнитное поле. Взаимодействие этого поля с полем постоянного магнита вызывает поворот рамки на угол, пропорциональный термоэдс. Противодействующий момент создается двумя спиральными пружинами, служащими одновременно токоподводами к рамке.

Для компенсации влияния окружающей температуры на показания милливольтметра служит термокомпенсатор, представляющий собой терморезистор (Rt), имеющий отрицательный температурный коэффициент, зашунтированный манганиновым резистором (R17) (рис. 2.1).

Для подгонки прибора на заданный диапазон измерений служит добавочный резистор (R18), намотанный из манганиновой проволоки.

Контактное устройство состоит из высокочастотного автогенератора с индуктивными обмотками на ферритовых сердечниках и усилителя на трех транзисторах (ПП2-ПП4).

В коллекторную цепь выходного транзистора ПП4 включена обмотка управляющего реле, контакты которого используются для  управления объектом регулирования.

Принцип действия контактного устройства основан на срыве и восстановлении генерации при вводе и выводе экрана, жестко укрепленного на указателе прибора, в зазор между контурными катушками автогенератора L1и L2.

Для обеспечения заданной температуры на объекте указатель контактного устройства устанавливается на отметку шкалы. Жестко связанный с указателем датчик занимает положение, обусловленное местонахождением указателя. При температуре ниже заданной

указателем, датчик-автогенератор генерирует высокочастотные колебания.

Ток через обмотку управляющего реле увеличивается, его нормальные открытые контакты, используемые для управления объектом, закрывается - реле срабатывает. Контакты реле соединены с цепью промежуточного реле или непосредственно с управляемым объектом.

При достижении на объекте заданной температуры, указатель прибора установится против указателя контактного устройства: экран, установленный на указателе прибора, входит в зазор между контурными катушками автогенератора L1и L2 генерация срывается.

При понижении температуры весь процесс регулирования повторяется в обратном процессе.

Исполнительное реле воздействует на объект, температуру которого регулируют путем включения нагревательных элементов или их отключения.

Таким образом, двухпозиционное контактное устройство работает по принципу «включено- выключено».

Милливольтметр выполнен в плоскопрофильном металлическом корпусе и предназначен для утопленного монтажа.

Измерительный механизм - с внутрирамочной магнитной системой, подвижной рамкой, с опорами на кернах и пружинных подпятниках.

Измерительный механизм, терморезистор, шунт к нему, трансформатор и все элементы схемы регулирования закреплены на плате.

Крышка прибора выполнена из алюминиевого сплава и крепится к плате 4 винтами.

Контакты утоплены на задней колодке прибора.

Под шильдиком со схемой электрической соединений прибора, на задней колодке, расположена катушка для подгонки прибора на заданный предел измерений.

Переводной механизм состоит из оси со шнуром, рычага со стойкой для укрепления шнура и ролика. На рычаге установлен электронный датчик и жестко закреплен указатель контактного устройства в виде стрелки.

Для перемещения рычага на лицевую сторону выведена ось со шлицем.

На электронном датчике укреплен упор, который ограничивает перемещение указателя показывающего прибора вправо так, что при достижении указателем этого упора состояние датчика не изменяется.

При транспортировке прибора этот упор выполняет роль арретира подвижной части, для чего необходимо его вместе с указателем контактного устройства переместить в начало шкалы.

Указатель прибора выполнен из профилированной фольги. На стержне указателя укреплен легкий флажок, который при перемещении указателя проходит между катушками датчика.

Смотровое стекло прибора наклонено по отношению к щиту, что позволяет избежать появления бликов.

Шкала прибора отградуирована непосредственно в 0С.

Милливольтметр типа Ш4501 – щитовой прибор с двухпозиционным регулирующим устройством магнитоэлектрической системы класса 1,5 предназначен для измерения и двухпозиционного регулирования температуры в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Данный милливольтметр рассчитан для работы при температуре окружающего воздуха от 5 до 50 оС и относительной влажности до 80 % при 35 оС.

1. В милливольтметр входят измерительный механизм, устройство компенсации температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, устройство сигнализации обрыва цепи термоэлектрического преобразователя и регулирующая часть.

2. Измерительный механизм милливольтметра магнитоэлектрической системы с подвижной частью на кернах.

Для повышения точности измерения и регулирования температуры в милливольтметрах номинальных статических характеристик преобразования ХК65, ХА68, ПП68 используется устройство, вносящее поправку на величину температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, представляющее собой мостовую схему, медный резистор, который вынесен наружу милливольтметра на заднюю колодку и подключен к контактам «5» и «6».

3. В схему регулирования входят блок питания У2 и автогенератора- усилитель У1, укрепленный на рычаге указателя регулирующего устройства.

Принцип действия регулирующего устройства основан на восстановлении генерации при вводе и выводе экрана, жестко укрепленного на указателе измерительного прибора, в зазор между контурными катушками автогенератора L1 и L2.

Для обеспечения заданной температуры на объекте, указатель регулирующего устройства устанавливается на соответствующую отметку шкалы. Жестко связанный с указателем датчик занимает положение, обусловленное местонахождением указателя. При температуре ниже заданной указателем, датчик-автогенератор генерирует высокочастотные колебания, которые поступают на усилитель релейного типа, выполненный на транзисторах VT1-VT3.Транзистор VT3 открывается и на контактах А1, А2 выдает сигнал постоянного тока 12В±10%, при сопротивлении нагрузки 62Ом ток нагрузки составляет 180 мА±10%.

При достижении на объекте заданной температуры указатель показывающего прибора входит в зазор между катушками автогенератора L1и L2 и генерация срывается, при этом транзистор VT3 закрывается. Ток нагрузки уменьшается до нуля.

4. Надежность работы системы регулирования повышается устройством сигнализации обрыва цепи термоэлектрического преобразователя, предохраняющий тепловой объект от перегрева и выхода из строя при обрыве цепи термоэлектрического преобразователя.

3.        Ход работы.

После ознакомления с теоретическим материалом студенты должны зарисовать и описать принцип работы: измерительных преобразователей температуры; измерительных преобразователей влажности; измерительных преобразователей давления.

Список используемой литературы

1. Е.С.Бондарь «Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха» - М.: Академия, 2016.
2. Рульнов А.А. Автоматическое регулирование. – М.: НИЦ ИНФРА-М, 2016.-219 с.
3. Пантелеев В. Н. «Основы автоматизации производства» - М.: Академия, 2015.
4. . Ротач В.Я. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. - М.: МЭИ, 2005. - 400 с. (чзэ-3).
5. Юревич Е.И. Теория автоматического управления: учебник для втузов. - Л.: Энергия, 1969. - 375 с. (аб-1).
6. Гальперин М.В. Автоматическое управление: Учебник для сред.проф.образования. - М.: ФОРУМ ИНФРА-М, 2004. - 224с.-
7. Берлинер М.А. Измерение влажности. – М.: Энергия, 1973. – 400 с.
8. Лапшин А.А. Электрические влагомеры. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960.
9. Бородин И.Ф., Недилько Н.М. Автоматизация технологических процессов. – М.: Агропромиздат, 1986. – 362 с.
10. Цикерман Л.Я. и др. Автоматизация производственных процессов в дорожном строительстве. – М.: Транспорт, 1984. – 378 с.
11. Сафиуллин Р.К. Основы автоматики и автоматизация процессов:учебное пособие. – Казань: КГАСУ, 2013. – 188 с.