XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Предлагаемая установка предназначена для создания избыточного давления и может быть использована в качестве лабораторного стенда для изучения зависимости давления от температуры, а также для калибровки рабочих датчиков давления.

Серийно выпускаемые установки для создания давления являются достаточно дорогостоящими устройствами. Поэтому представляет интерес создание бюджетного варианта.

Целью является разработка устройства, позволяющего создавать малые избыточные давления, стоимость которого будет значительно ниже тех устройств, которые представлены на рынке.

Принцип работы установки основан на законе Шарля, который гласит, что давление газа фиксированной массы и фиксированного объема прямо пропорционально абсолютной температуре газа.

Говоря иначе, при увеличении температуры газа его давление увеличивается, при условии что масса и объем остаются неизменными. Математически закон записывают в следующем виде [1]:

P/T=k,

где Р-давление;

Т-температура газа (в градусах Кельвина);

k- константа.

Данная зависимость была установлена в 1787 году Шарлем и уточнена в 1802 Гей-Люссаком.

Для сравнения того же вещества при двух различных условиях, закон можно записать в виде:

P₁/T₁=P₂/T₂,

Из закона Шарля следует, что при изменении температуры будет соответственно изменяться и давление в ней, причем эта зависимость будет иметь линейный характер.

Проведенные расчеты показали, что при последовательном увеличении температуры с 20⁰С до 200⁰С давление в герметичной емкости вырастет со 101,325 кПа до 163, 572 кПа.

На рисунке 1 показана блок-схема установки для создания давления

Рис.1. Блок схема установки для создания давления

На рис. 1 заштрихована герметичная емкость и обозначено:

– нагревательный элемент.

- датчик, контролирующий температуру внутри герметичной емкости.

– вентилятор.

- образцовый датчик давления.

- исследуемый датчик давления.

- электронный регистратор.

– реле, включающие нагрев и охлаждение.

- разъем для подключения датчика температуры.

– разъемы для подключения датчиков давления.

Перед началом работы в программном обеспечении электронного регистратора ЭР-12 задают необходимую температуру внутри герметичной емкости. Электронный регистратор считывает показания с датчика температуры и в автоматическом режиме включает нагрев либо охлаждение, что приводит к изменению давления внутри емкости.

После достижения заданной температуры снимают показания с датчика давления.

Контроль за изменением температуры внутри емкости производится с помощью термопары. Герметичность емкости обеспечивается кабельным вводом PG7 фирмы «Ferrol», преимуществами которого являются высокая степень защиты, широкий диапазон диаметров кабелей, работа при высоких температурах, маслостойкое уплотнение, возможность пропуска кабеля без демонтажа ввода [3].

Для подключения датчиков давления применяются штуцера фирмы «Festo» серии «N». Данные штуцера обладают невысокой стоимостью, хорошим качеством исполнения и снабжены уплотнительными кольцами, что обеспечивает дополнительную герметичность замкнутого объема [4].

Для нагрева замкнутого объема использована плоская галогеновая лампа. Преимущество использования в качестве нагревательного элемента лампы заключается том, что в ней нет открытых нагревательных элементов, что снижает риск возможного возгорания и получения травмы при работе с прибором, а также ее низкая стоимость.

При работе установки необходимо свести к минимуму теплообмен герметичной емкости с окружающей средой. Для этого емкость изолируется с помощью утеплителя на основе базальтовой ваты, содержащей в своем составе стекловолокно, которое смешано с специальными компонентами, которые с высокой степенью эффективности могут обеспечивать связку и поддерживают гидрофобность утеплителя [5].

В состав установки входит охлаждающий элемент в виде кулера. Использование кулера снижает сложность технологического исполнения системы охлаждения.

Подключив к герметичной емкости образцовый и рабочий датчики давления можно проверить работоспособность последнего путем сравнения показаний обоих датчиков.

Ориентировочная стоимость установки составляет порядка 10000рублей.

Список литературы

Савельев И.В. Курс общей физики М. Наука 1970

http://нппавтоматика.рф/

http://www.ferrol.ru/sin/957.html

http://www.Festo.ru/images/prod/pdf/working.pdf

https://bazaltovaya-vata.ru/

Код для цитирования: Скопировать