Билет№3.
1.Электрические свойства полупроводников. Диоды. Стабилитроны. Характеристики. Применение.
К полупроводникам относятся вещества, занимающие по величине удельной электрической проводимости промежуточное положение между металлами и диэлектриками, в отличие от металлов она возрастает с ростом температуры.
Полупроводники представляют собой достаточно многочисленную группу веществ. К ним относятся химические элементы: германий, кремний, бор, углерод, фосфор, сера, мышьяк, селен, серое олово, теллур, йод, некоторые химические соединения и многие органические вещества.
Диод это- двухэлектродный электронный компонент, обладающий различной электрической проводимостью в зависимости от полярности приложенного к диоду напряжения.
Электроды диода носят названия анод и катод. У большинства диодов (электровакуумных диодов, выпрямительных полупроводниковых диодов) при приложении прямого напряжения (то есть анод имеет положительный потенциал относительно катода) диод открыт (через диод течёт прямой ток, диод имеет малое сопротивление). Напротив, если к диоду приложено обратное напряжение (катод имеет положительный потенциал относительно анода), то диод закрыт (сопротивление диода велико, обратный ток мал, и может считаться равным нулю во многих практических случаях).
Полупроводниковый стабилитрон, или диод Зенера - полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивление весьма высоко. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей ома до сотен oм. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов.
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона аналогично ВАХ диода и имеет две ветви: прямую и обратную. Прямая ветвь является рабочей для диода, а обратная ветвь характеризует работу стабилитрона, поэтому он включается в электрическую цепь в обратном направлении (катодом к плюсу, а анодом к минусу) по сравнению с диодом. Поэтому стабилитрон называю опорным диодом, а источник питания с данным полупроводниковым элементом называют опорным источником напряжения. На обратной ветви вольт-амперной характеристик опорного диода выделим две характерные точки 1 и 3. Точка 1 отвечает минимальному значению тока стабилизации, который находится в пределах единиц миллиампер. Если ток, протекающий через стабилитрон, будет ниже точки 1, то он не сможет выполнять свои функции (не откроется). В случае превышения тока выше точки 3 опорный диод перегреется и выйдет из строя. Поэтому оптимальной точкой в большинстве случае будет точка посредине обратной ветви ВАХ, то есть точка 2. Тогда при изменении тока в широких пределах (смотрите ось Y) точка 2 будет изменять свое положение, перемещаясь вверх или вниз по обратной ветви, а напряжение будет изменяться незначительно (смотрите ось X).
2.Дать определение «Расход», единицы измерение. Вихревые и вихреакустические расходомеры. Различие, достоинства и недостатки.
Расход — это количество жидкости, газа или пара, проходящее в единицу времени через поперечное сечение трубопровода, канала и т. д. При этом количество среды, измеренное в объемных единицах, называют о бъемным расходом, а в массовых — массовым. Объемный расход определяется по формуле:
Q = V • S, где
· Q -объемный расход;
· V -скорость потока;
· S -площадь поперечного сечения потока.
Массовый расход определяется через плотность и объемный расход:
Qm = Q • ρ, где
· Qm — массовый расход;
· ρ — плотность измеряемой среды.
Как правило, в качестве объемных единиц измерения количества среды используют: литр (л), кубический сантиметр (см³) и кубический метр (м³); а массовых — грамм (г), килограмм (кг) и тонну (т).
В расходомерах с вихревыми детекторами определение частоты вихреобразования происходит при помощи двух пьезодатчиков, представляющих собой блок, состоящий из корпуса проточной части и блока электроники.
В корпусе проточной части располагаются первичные преобразователи расхода, давления и температуры.
Под блоком электроники подразумевается плата для цифровой обработки сигналов, полученных с первичных преобразователей. На входе проточной части устанавливается тело обтекания, создающее вихревые дорожки. При протекании потока газа (пара) через проточную часть образуются вихри, приводящие к появлению пульсаций давления среды, фиксируемые пьезодатчиками, с которых сигналы в форме электрических колебаний поступают на плату цифровой обработки, где происходит вычисление объемного расхода и формируется управляющий выходной сигнал.
В расходомерах с вихреакустическими детекторами за тело обтекания берут призму трапецеидального сечения, а регистрация вихревых дорожек происходит с помощью ультразвуковых преобразователей. Состав расходомера аналогичен расходомеру с вихревыми детекторами и представляет собой проточную часть и блок электроники. Принцип действия вихреакустических расходомеров аналогичен. В корпусе проточной части расположено тело обтекания (призма, проходя через которое поток образует вихревые дорожки. Для регистрации вихрей применяется пьезоизлучатель и пьезоприемник. С помощью опорного генератора пьезоизлучатель задает ультразвуковые колебания, которые, проходя через поток и взаимодействуя с вихрями, преобразуются в колебания, модулированные по фазе. Пьезоприемник фиксирует полученные колебания и определяет разность фаз между полученными сигналами и сигналами опорного генератора, и выдает напряжение пропорциональное скорости потока и, соответственно, расходу.
Основное применение вихреакустические расходомеры получили при измерениях расхода жидкостей (газов) с низкой вязкостью без завихрений (чистые жидкости).
Основные достоинства вихревых расходомеров:
· Простота и надежность преобразователя расхода;
· Отсутствие подвижных частей;
· Большой диапазон измерений;
· Линейный измерительный сигнал;
· Достаточно высокую точность измерения;
· Стабильность показаний;
· Независимость показаний от давления и температуры;
· Сравнительная несложность измерительной схемы;
· Возможность получений универсальной градуировки.
Основные недостатки вихревых расходомеров:
· Невозможно использовать при малых скоростях потока;
· Значительная потеря давления (может достигнуть 30-50 кПа);
· Изготавливают для труб, имеющих диаметр от 25 до 150-500 мм;
· Работу вихревых расходомеров могут нарушать акустические и вибрационные пульсации (такие помехи создаются различными источниками: насосами, компрессорами, вибрирующими трубами и т. д.)
3.Измерение температуры термоэлектрическим методом. Типы термопар. Пределы измерения.
Термоэлектрический метод измерения температуры основан на зависимости термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), развиваемой термопарой от температуры ее рабочего конца. ТермоЭДС возникает в цепи, составленной из двух разнородных проводников (электродов) если значения температуры мест соединения не равны (при равенстве температур термоЭДС равна нулю). Возникающая в цепи термопары ЭДС является результатом действия эффектов Зеебека и Томпсона.
Термопара конструктивно состоит из двух электродов, каждая из которых изготовлена из разных сплавов. Концы этих проводников спаяны (горячий спай). Свободные концы термопары замыкаются с помощью компенсационных проводов на контакты измерительного прибора или соединяются с автоматическим устройством управления. В точках соединения образуется другой, так называемый, холодный спай.
При замыкании цепи, например милливольтметром в точках спаек возникает термо-ЭДС. Но если контакты электродов находятся при одинаковой температуре, то эти ЭДС компенсируют друг друга и ток не возникает. Однако, стоит нагреть место горячей спайки горелкой, то согласно эффекту Зеебека возникнет разница потенциалов, поддерживающая существование электрического тока в цепи.
Существует два вида компенсации температуры холодных спаев температуры:
1. Изготовление проводов от термопары до ЦПУ к прибору измерения осуществляется из таких же материалов, что и термопара.
Это компенсационные провода. Данная методика обеспечивает перенос места холодных спаев в ЦПУ от термопары, где и производится измерение их температуры. Недостаток этой методики связан с потребностью прокладывания от объекта до ЦПУ компенсационных проводов, характеризующихся высокой стоимостью и неудобством монтажа.
2. Принцип работы термопары заключается в том, что измерительный преобразователь, необходимый для измерения температуры холодных слоев, встраивают непосредственно в головку термопары. Происходит снижение стоимости измерительное система в результате отсутствия компенсационных проводов, но повышаются расходы на встраиваемый измерительный преобразователь, нуждающийся во внешнем питании.
Типы термопар;
ТВР (А) — вольфрамрений-вольфрамрениевые;
ТПР (В) — платинородий-платинородиевые;
ТПП (S, R) — платинородий платиновые;
ТХА (К) — хромель-алюмелевые;
TXK (L) — хромель-копелевые;
ТХК (Е) — хромель-константановые;
THH (N) — никросил-нисиловые;
ТМК (T) — медь-константановые;
ТЖК (J) — железо-константановые.
Стандартные термоэлектрические преобразователи - термопары
| Подгруппа ТЭП (термопары) | Условное обозначение НСХ | Диапазон длительного (кратковременного) применения, °С | Коэффициент преобразования мВ/°С * 103 |
| ТВР | ВР(А)-1 (А- 1) ВР(А)-2 (А-2) ВР(А)-3(А - 3) | 0...2200 (2500) 0...1800 (2500) 0...1800 (2500) | 12,1...9,2 11,8...11,4 11,9...11,3 |
| ТПР | ПР(В) | 300...1600 (1800) | 3,1...5,9 |
| ТПП | ПП(S) ПП(R) | 0...1300 (1600) 0...1300 (1600) | 5,5...12,1 5,4...14,1 |
| ТХА | ХА(К) | -200...1000 (1300) | 16,1...39,0 |
| ТХК | ХК(L) ХК (E) | -200...600 (800) -200...700 (900) | 28,5...87,8 26,3...79,8 |
| ТНН | HH(N) | -270...1300(1300) | 0,9...36,2 |
| ТМК | МК(T) | -200...700 (900) | 16,4...61,7 |
| ТЖК | ЖК (J) | -200...700 (900) | 23,1...62,0 |
4.ПИД закон регулирования. Формула закона, зависимость выходной величины от входной. Настройка на объект. Пример схемы регулирования. Достоинства и недостатки.
Пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор — устройство в управляющем контуре с обратной связью. Используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых сигнал рассогласования, второе — интегралу сигнала рассогласования, третье — производной сигнала рассогласования.
Пропорциональная составляющая вырабатывает выходной сигнал, противодействующий отклонению регулируемой величины от заданного значения, наблюдаемого в данный момент времени. Он тем больше, чем больше это отклонение. Если входной сигнал равен заданному значению, то выходной равен нулю.
Однако при использовании только пропорционального регулятора значение регулируемой величины никогда не стабилизируется на заданном значении. Существует так называемая статическая ошибка, которая равна такому отклонению регулируемой величины, которое обеспечивает выходной сигнал, стабилизирующий выходную величину именно на этом значении.
Интегрирующая составляющая пропорциональна интегралу по времени от отклонения регулируемой величины. Её используют для устранения статической ошибки. Она позволяет регулятору со временем учесть статическую ошибку.
Дифференцирующая составляющая пропорциональна темпу изменения отклонения регулируемой величины и предназначена для противодействия отклонениям от целевого значения, которые прогнозируются в будущем. Отклонения могут быть вызваны внешними возмущениями или запаздыванием воздействия регулятора на систему.
u (t) — наша Функция;
P — пропорциональная составляющая;
I — интегральная составляющая;
D — дифференциальная составляющая;
e (t) – текущая ошибка;
dt – период вычисления и регулирования
Kp — пропорциональный коэффициент;
Ki — интегральный коэффициент;
Kd — дифференциальный коэффициент;
Возьмем в качестве объекта регулирования ёмкость с водой, в которой необходимо поддерживать температуру на заданном уровне с помощью регулирования степени открытия клапана с паром.
Пропорциональная составляющая появляется в момент рассогласования с вводными данными. Берется разница между фактической температурой и желаемой, умножается на настраиваемый коэффициент и получается выходной сигнал, который должен подаваться на клапан. Т.е. как только градусы упали, запускается процесс нагрева, поднялись выше желаемой отметки — происходит выключение или даже охлаждение.
Дальше вступает интегральная составляющая, которая предназначена для того, чтобы компенсировать воздействие окружающей среды или других возмущающих воздействий на поддержание нашей температуры на заданном уровне. Поскольку всегда присутствуют дополнительные факторы, влияющие на управляемые приборы, в момент поступления данных для вычисления пропорциональной составляющей, цифра уже меняется. И чем больше внешнее воздействие, тем сильнее происходят колебания показателя. Происходят скачки подаваемой мощности.
Интегральная составляющая пытается на основе прошлых значений температуры, вернуть её значение, если оно поменялось.
Интеграл используется для исключения ошибок путем расчета статической погрешности. Главное в этом процессе — подобрать правильный коэффициент, иначе ошибка (рассогласование) будет влиять и на интегральную составляющую.
Третий компонент ПИД — дифференцирующий. Он предназначен для компенсации влияния задержек, возникающих между воздействием на систему и обратной реакцией. Пропорциональный регулятор подает мощность до тех пор, пока температура не достигнет нужной отметки, но при прохождении информации к прибору, особенно при больших значениях, ошибки всегда возникают. Это может привести к перегреву. Дифференциал прогнозирует отклонения, вызванные задержками или воздействием внешней среды, и снижает подаваемую мощность заранее.
5.Основные требования безопасности при производстве ремонтных работ.
Мероприятие по безопасному методу работ выполняются в соответствии с разработанным проектом производства работ.
Не допускаются приступать к ремонтным работам без оформления наряда-допуска на проведении ремонтных работ.
Не допускается проводить какие-либо работы на объекте или оборудовании, технических устройств, коммуникациях работникам, осуществляющим эксплуатацию указанных объектов после их передачи в ремонт по акту сдачи-приёмки объекта в ремонт.
В процессе ремонта не допускается:
- Проведение пневматических испытаний аппаратов, трубопроводов без полного удаления, работающих из опасной зоны и разработки специальных мероприятий по обеспечению безопасности.
- Одновременное проведение огневых работ и работ могущих вызвать воспламенение взрывоопасных или горючих продуктов.
Ремонтный персонал подрядной организации, имеющий допуск на территорию ПАО, имеет право выполнять работы только на тех рабочих местах и объектов, которые определены нарядом-допуска. Самовольный вход на другие участки, объекты, а также другие действующие цеха и сооружения работникам ремонтных подразделений и подрядных организаций запрещается.
Не допускается использовать металлические и железобетонные конструкции зданий, сооружений в качестве опор при подъёме и перемещении оборудования и его частей (узлов) без проверки расчётом прочности конструкции
При возникновении аварии или пожара, а также в случаях нарушения технологического режима в цехе и появлении опасности для окружающих начальник смены обязан немедленно дать указание о прекращении работ, выполняемых персоналом подрядной организации и удалении их из цеха или опасной зоны. Дальнейшие действия персонала осуществляются в соответствии с планом мероприятий по локализации и ликвидации последствий аварии и планом локализации и ликвидации аварии.
При изменении обстановки в ремонтной зоне (возникновение парений, утечки химических и пожаровзрывоопасных веществ) или на расположенном вблизи действующем объекте исполнители ремонтных работ должны немедленно прекратить работу, выйти в безопасное место и доложить непосредственному руководителю работ, лицу, ответственному за подготовку объекта к ремонту и руководителю цеха. Возобновление работ возможно только после выяснения и устранения причин изменения обстановки в ремонтной зоне с разрешением непосредственного руководителя работ и лица, ответственного за подготовку объекта к ремонту, а также начальника цеха ремонтируемого объекта.
При выполнении ремонтных работ исполнители не должны допускать загромождения проездов к пожарным гидрантам, цехам, а также территории вокруг и внутри цехов различным оборудованием, материалами, строительными отходами, металлоломом.
Начальник цеха обязан ознакомить персонал цеха с приказом (распоряжением) об остановки объекта на ремонт, предупредить о времени и месте проведения работ.
Администрация цеха и инспектирующие органы имеют право приостановить работы при нарушении исполнителем требований инструкций, согласно порядку проведения работ и отстранения от работ исполнителя с записью в наряде-допуске. Повторный допуск к работе разрешается только после переоформления наряда-допуска согласно настоящей инструкции.
Все рабочие и специалисты подрядной организации, в том числе привлекаемый к ремонтной работе персонал подразделений других сторонних организаций, выполняющих ремонтные работы на территории действующих производств (цехов), проходят вводный инструктаж в УПКПБиОТ ПАО. Целевой инструктаж проводит специалист цеха-заказчика с оформлением расписки, согласно инструкции ОТБ-ОИ-108.
При выполнении ремонтных работ должны строго соблюдаться:
- Мероприятия по обеспечению безопасности, предусмотренные в наряде;
- Последовательность операций и условия безопасности, определённые проектом производства работ;
- Использование СИЗ;
- Использование соответствующего инструмента.
При выполнении ремонтных работ должен быть обеспечен постоянный контроль со стороны технологического персонала за действиями ремонтного персонала по выполнению мероприятий по ТБ, указанных в наряде-допуске.
Перед началом работ руководитель, выдавая мастеру или бригадиру задание, вместе с ним проверяет состояние рабочих мест, соответствие требованием ОТ, а также выполнение мероприятий, предусмотренным нарядом-допуском и планом подготовительных работ.
Слив воды, стравливание давление из аппаратов после опрессовки могут производится ремонтным персоналом только по согласованию с начальником цеха, установки.
Разбалчивание фланцевых соединений необходимо начинать с нижних шпилек для слива возможно оставшейся после подготовительных операций жидкости, выхода газовой фазы. Вскрытие люков на аппаратах колонного типа следует начинать с верхнего.
Запрещается работать с подветренной стороны или под ремонтируемым аппаратом, трубопроводом во избежание химических ожогов и приступать к подготовке оборудования и производству ремонтных работ без СИЗ.
При закрытии люков ёмкостей, колонн и другой аппаратуре, категорически запрещается проникать в них даже кратковременно, если случайно оборонены туда какие-либо предметы, без уведомления ответственного руководителя работ и без оформления наряда-допуска на производство работ внутри аппаратов.
Ежедневно по окончанию работ ответственный руководитель работ обязан обеспечить уборку рабочих мест, удалить из цеха ремонтный персонал и сдать рабочее место начальнику смены под роспись п.16.