Содержание

1. Аннотация……………………………………………………………………...…4

2. Введение………………………………………….……………………....…...….5

3. Разработка принципиальной схемы…...……………………………….....……9

4. Теоретические исследования зависимостей плотномера.…...………………18

5. Разработка конструкции плотномера………………………..………………..27

6. Экономические расчеты……………………………………………………….39

7. Охрана окружающей среды, техники безопасности…………………………60

8. Технологические расчеты…………………………………………………..…76

9. Заключение……………………………………………………………………..83

10. Библиография………...………………………………………………………...84

1. Аннотация

В дипломном проекте представлен проект приспособления предназначенного для измерения плотности жидкости.

Графическая часть проекта представлена на десяти форматах А1 и содержит:

- обзор материалов и средств измерения плотности;

- развернутую принципиальную схему вибрационного плотномера;

- блок-схему измерительного устройства;

- графики параметрического анализа функции преобразования измерительного устройства;

- конструкцию измерительного устройства;

- монтажную схему измерительного устройства;

- электромонтажную схему измерительного устройства;

- технологическую схему сборки плотномера.

2. Введение

В широкой номенклатуре средств аналитического контроля важное место занимают измерители плотности, которые на многих предприятиях могли бы давать основ­ную информацию о параметрах технологических процессов, посколь­ку плотность определяет состав и свойства продукции. Весьма важным является измерение плотности жидких и газообразных веществ при их количественном учете в единицах массы, которая определяется по по­казаниям плотномера и объемного расходомера. Однако широкому промышленному использованию плотномеров препятствует их несо­вершенство, связанное с низкими метрологическими показателями, трудоемкостью монтажа и обслуживания, большими габаритами и мас­сой, малой надежностью и т.п.

Основное отличие вибрационных плотномеров от традиционных состоит в том, что они непосредственно преобразуют измеряемый па­раметр в частотно-модулированный сигнал без использования проме­жуточных преобразователей, что обеспечивает высокую точность из­мерения.

Основным элементом частотных преобразователей является колеба­тельный контур или частотно-зависимая цепь с параметрами, опреде­ляемыми контролируемой величиной. Существуют измерители с элек­тромагнитными и механическими резонаторами, причем последние более перспективны для точного измерения различных параметров. Это объясняется тем, что добротность механических колебательных си­стем значительно превосходит аналогичный параметр электромагнит­ных контуров. Так если добротность последних составляет 10-200, то добротность механических резонаторов находится в пределах от не­скольких сотен до нескольких десятков и даже сотен тысяч. В общем случае частотно-зависимые элементы можно использовать в режиме их свободных или вынужденных колебаний, однако подавляющее чис­ло преобразователей имеет автоколебательный режим работы.

Принцип построения частотного преобразователя на базе механичес­кого резонатора заключается в том, что контролируемый параметр, воздействуя на жесткость или массу системы, изменяет частоту ее ко­лебаний. В качестве приемников и возбудителей колебаний использу­ют различные электрические или пневматические преобразователи. Из числа электрических преобразователей, получивших наибольшее распространение, можно назвать электростатические, пьезоэлектричес­кие, магнитострикционные, тензометрические, электромагнитные и маг­нитоэлектрические. Поскольку большинство этих преобразователей обратимы, то часто и возбудитель, и приемник колебаний выполняются в виде одинаковых преобразователей. В литературе нет указаний на какие-либо преимущества одной системы возбуждения перед дру­гой, поэтому их выбор в каждом конкретном случае определяется кон­структивными особенностями измерителя

В настоящее время вибрационно-частотные преобразователи с меха­ническими резонаторами получили распространение для измерения механических величин, параметров упругих элементов, давления и раз­ности давлений, температуры, вязкости жидкостей.

Все частотные преобразователи классифицируют по механизму действия и типу физической системы, преобразующей контролируемую величину в частотный сигнал. По механизму действия вибрационные плотномеры относятся к резонаторным преобразователям, а по типу физической системы к механическим. По числу степеней свободы все колебательные системы, подразделяются на системы с сосредоточенными и распределенными параметрами, первые из которых представляют собой соединение элементов, сосредоточивающих в себе один из основных параметров: упругость и инерционность, причем изменение одного из них может происходить независимо от другого. Такие системы имеют одну степень свободы и одну резонансную частоту при фиксированных значениях параметров элементов. Для системы с распределенными параметрами характерно то, что каждый ее элемент в равной степени обладает упругостью и инерционностью. Оба эти параметра распределены по всей системе так, что изменение одного из них вызывает изменение другого. Такие системы имеют много степеней свободы и, соответственно, много резонансов. Добротность меха­нической системы с распределенными параметрами обычно на 1-2 по­рядка выше добротности системы с сосредоточенными параметрами в сопоставимых размерах, что позволяет считать преобразователи с распределенными параметрами колебательных систем наиболее перспек­тивными, обеспечивающими более высокую точность измерения.

В зависимости от способа контакта механического резонатора с контролируемой средой различают проточные и погружные плотно­меры. В первых жидкость протекает внутри резонатора и участвует в колебаниях как инертная масса, жестко связанная с ним. В таких при­борах колебательная система, как правило, выполняется на основе трубчатых резонаторов. В погружных преобразователях механический резонатор помещают в контролируемую жидкость на некоторую глу­бину, и ее действие подобно действию некоторой "присоединенноймассы", связанной с резонатором и увлекаемой им в колебательное движение. В этом случае в качестве резонаторов обычно используются пластины или оболочки.Передача колебательной энергии механическим резонаторам может производиться различными системами возбуждения колебаний, одна­ко, наибольшее распространение в датчиках плотности получили элек­тромагнитные, магнитоэлектрические и пьезоэлектрические системы возбуждения и съема колебаний.Как уже отмечалось, резонаторные датчики плотности могут исполь­зоваться в различных режимах движения: свободном, вынужденном и автоколебательном. В случае свободных колебаний резонатора возможно совмещение функций возбуждения и съема колебаний в одном преобразователе. Такие схемы удобны для систем обегающего контроля, когда одно­временно используется большое количество датчиков с одним измери­тельным устройством.

Частотные приборы с вынужденными колебаниями характеризуют­ся большей сложностью и меньшей точностью по сравнению с приборами, в которых используются свободные колебания и автоколебания, и применяются только в тех случаях, когда другие режимы использовать затруднительно или невозможно.

Преобразователи с автоколебательным режимом работы резонато­ров в большинстве случаев просты по устройству и характеризуются высокой точностью, поэтому именно автоколебательные системы наиболее предпочтительны для вибрационных плотномеров. Такие устройства напоминают схему электронного автогенератора с той лишь разницей, что связь между выходом и входом генератора существует только во время колебаний механического резонатора, таким образом, последний является не только колебательным контуром, но и элементом обратной связи для строго определенной частоты.

3. Разработка принципиальной схемы измерительного устройства.

На сегодняшний день известно множество устройств для измерения плотности жидкости. В данной пояснительной записке представлено пять схем для измерения плотности.

I.

Рисунок 1. Камертонный вибрационный плотномер газов

На рисунке 1 показана схема погружного камертонного вибра­ционного плотномера газов. Здесь электромеханический генераторсостоит из воспринимающих катушек 2 с магнитом 7, катушек возбуждения 3 с магнитом 7, камертона 10, расположенного в кор­пусе 5, и электронного усилителя 4. Частота колебаний системы на выходе усилителя 4 сравнивается с частотой кварцевого генерато­ра, а разность частот этих колебаний, определяющих плотность газа, измеряется частотомером. Класс точности плотномера 1. Он может быть использован для измерения плотности газа в рабочих условиях.

II.

Рисунок 2. Проточный вибрационный плотномер

На рисунке 2 показана схема проточного вибрационного плотномера жидкостей. Анализируемая жидкость поступает парал­лельно в трубки 1 (резонаторы), установленные в сильфонах 11 и скрепленные перемычками 6. Сильфоны 11 расположены в опо­рах. Указанные трубки, катушка 2, воспринимающая колебания трубок резонатора, катушка возбуждения 3 и электронный усили­тель 4 составляют электромеханический генератор, частота коле­баний которого определяется плотностью анализируемой жидкости. Выходной сигнал усилителя 4 в виде частоты вводится в вычисли­тельное устройство 8, к которому подключены платиновые термо­метры сопротивления 9, позволяющие корректировать сигнал плотномера в зависимости от значения средней температуры жид­кости в нем. Диапазон измерений данного плотномера 690— 1050 кг/м³ , температура жидкости 10—100°С; абсолютная погреш­ность измерения ±1,5 кг/м³ .

III.

Рисунок 3. Вибрационный погружной плотномер

Чувствительный элемент состоит из лопатки 19, укрепленной наконце уп­ругого стержня 20, второй конец которого установлен в отверстие днища 21 корпуса 5. В корпусе установлены также системы возбуждения 3 и съема 2 колебаний, обеспечивающие колебания стержня в двух плоскос­тях. Система возбуждения и съема включены в цепь усилителей по схеме автогенератора. Выходы усилителей подключены к входам смесителя частот, выход которогочерез низкочастотный фильтр подключен к частотомеру. Стержень выполнен с нечетным числом слоев, например тремя, причем крайние слои изготовлены из материа­ла с температурным коэффициентом линейного расширения, отличнымот температурного коэффициента линейного расширения материала центрального слоя. Сечение стержня симметрично оси О₁ О₁ и относительно оси О₂ О₂ , лежащих в плоскостях колебаний стержня.

Плотномер работает следующим образом. Стержень 20 вместе с лопаткой 19 приводится в режим автоколебаний с частотами f₁ относительно оси О₁ О₁ , и f₂ относительно оси О₂ О₂ , для чего потери колебательной энергии стержня восполняются через цепи элементов 2 и 3. Сумма и разность частот f₁ и f₂ , образуются на выходе смесителя, а в низкочастотном фильтре выделяется разность частот f₁ - f₂ , которая не зависит от температуры стержня, а определяется только присоединенной массой жидкости к стержню, однозначно связываемая ее с плотностью.

IV.

Рисунок 4. Дифференциальный вибрационный плотномер

На рисунке 4 изображена схема дифференциального вибрационного плотномера. Устройство содержит два резонато­ра 1, выполненных заодно в виде двух сдвоенных камертонов, установ­ленных на общих основаниях и имеющих ветви, расположенные во взаимно-перпендикулярных плоскостях. Общие основания камертонов установле­ны на мембранных коробках 12, через которые они сообщаются с техноло­гическим трубопроводом. Статичес­кий момент инерции I₁ сечения вет­вей первого камертона относительно оси ХУ больше, чем статический момент инерции I₂ второго камертона относительно оси XX, при этом толщина стенки δ₁ первого камертона меньше толщины стенки δ₂ второго камер­тона, т.е. В>A. Для возбуждения колебаний второго камертона приме­нен возбудитель 3, усилитель 4, при­емник 2, для возбуждения колебаний ветвей первого камертона применен возбудитель 3, усилитель 4 и приемник 2. Системы возбуждения подключены к смесителю 13 частот, который через низкочастотный фильтр 14 под­ключен к измерительному прибору 8. Контролируемая среда подается по трубопроводу, проходит по ветвям камертонов 1 и отводится по тру­бопроводу . Давление Р , а следова­тельно, скорость течения V среды че­рез ветви камертона изменяется. Это приводит к изменению собственных час­тот f_1р , f_2р колебаний камертонов, которые возбуждаются, разность частот выделяется в смесителе 13 и низкочастотном фильтре 14, не за­висит от изменения давления Р и скорости Uтечения среды. Разностная частота f_q зависит только от контролируемой плотности ρ и регистрируется прибором 8.

V.

Рисунок 5. Вибрационный датчик плотности

На рисунке 5 изображена схема вибрационного датчика плотности. Датчик содержит резонатор в виде двух одинаковых параллельных трубок 1, соеди­ненных между собой системой упругих пере­мычек 6, установленных между центральной частью резонатора и его жесткими основа­ниями, и двух одинаковых компенсирую­щих сильфонов 15, расположенных между трубами 1 и параллельно им. Сильфоны 15 открытыми концами соединены между собой патрубком 16, а закрытыми концами же­стко прикреплены к жестким основаниям с помощью упоров. Патрубок 16 своей средней части закреплен в корпусе датчика элементами. Концы трубок 1 посредством четырех одинаковых развязывающих силь­фонов 17 соединены с двумя распределите­лями жидкости, предназначенными для ввода и вывода исследуемой жидкости. Внутренняя замкнутая по­лость, образованная патрубком 16 и сильфонами 15, сообщена посредством гиб­кого трубопровода с входным распреде­лителем жидкости. Система возбуждения резонатора состоит из приемника 2 коле­баний, возбудителя 3 и усилителя 4. Час­тотомер 18 предназначен для регистрации выходного сигнала датчика.

Датчик работает следующим образом. Исследуемая жидкость входит в датчик через входной распределитель жидкости и через развязывающие сильфоны 17 и выходной распределитель жидкости выходит из датчика. Одновременно иссле­дуемая жидкость через входной распреде­литель жидкости и гибкий трубопровод поступает в замкнутую полость. Си­стема возбуждения приводит в автоколеба­ния в противофазе трубки 1 резонатора. Частота автоколебаний регистрируется час­тотомером 18.

Схема вибрационного плотномера с оболочковым резонатором показана на рисунке 6.

1-резонатор;

2-приемная катушка;

3-катушка возбуждения;

4-фланцы;

5-корпус;

6-тонкостенный цилиндр;

а)

б)

Рисунок 5. Принципиальная схема вибрационного плотномера с оболочковым резонатором.

Описание работы вибрационного плотномера с оболочковым резонатором:

Помимо рассмотренных преобразователей у нас и за рубежом широкое распространение получили вибрационные плотномеры с оболочковы­ми резонаторами в виде вибрирующих цилиндров. На рисунке 5, а пока­зан вибрационный плотномер, резонатором которого служит тонко­стенный цилиндр 1 с фланцами 2 на торцах [2]. Цилиндр изготов­ляется из магнитного материала с малым коэффициентом термоупругости (например, из элинвара) с толщиной стенки 0,6 мм для жид­костей [3]. Резонатор закреплен в немагнитном корпусе 3, устанавливаемом в технологическом трубопроводе или в байпасной линии. Корпус может быть изготовлен из алюминия, нержа­веющей стали и т.д. Контролируемая жидкость протекает как внутри резонатора, так и снаружи через отверстия во фланцах 2, что позво­ляет уравнять давления на его стенки. Электромагнитная система возбуждения состоит из возбуждающей 4 и приемной 5 катушек. Применение катушек чашечного типа вместо соленоидов позволило увеличить зазор между катушками и резонатором, что положительно сказалось на добротности колебательной системы. При работе цилиндр совершает кольцевые колебания и приводит в движение окружающую его жидкость. Форма резонатора при его колебаниях на основной частоте показана на рисунке 5, б. Диаметрально противоположные участки стенки цилиндра колеблются в противофазе, а фланцы являются узлами колебаний. Частота колебаний зависит от жесткости цилиндра и общей колеблющейся массы, т.е. массы стенок и "присоединенной массы" жидкости. Первичный преобразователь целесообразно монтировать на вертикальном участке трубопровода, чтобы жидкость проходила через него снизу вверх, что способствовало бы удалению газовых включений из полости резонатора.

4.Теоретические исследования зависимостей плотномера .

4.1. Основные формулы для частоты и амплитуды автоколебаний.

Формулы для частоты и амплитуды автоколебаний цилиндрического резонатора в жидкости:

( 1 )

( 2 )

где

( 3 )

Градуировочные характеристики вибрационных плотномеров учитывают влияние ряда факторов на частоту автоколебаний резонаторов. Поскольку основным парамет­ром, подлежащим измерению, является плотность жидкости, то целе­сообразно упростить эти соотношения, отбросив факторы, учитываю­щие изменение условий измерения (скорость среды, растягивающие усилия, действующие на резонатор). Действие же этих факторов удоб­но рассмотреть отдельно, оценивая значения дополнительных погреш­ностей. Запишем упрощенное выражение градуировочной характерис­тики в общем виде, пригодном для описания статики вибрационного плотномера.

Поскольку более точным и быстрым является режим измерения не частоты, а периода колебаний резонатора, то запишем градуировочную характеристику относительно периода Т колебаний

( 4 )

Входящие в это выражение начальный период Т_о колебаний и по­стоянная а₀ резонатора определяются из нижеследующих выражений.

Для цилиндрического резонатора погружного типа с двухсторонним контактом жидкости:

( 5 )

где l - длина образующей цилиндра; а₁ - коэффициент, зависящий от условий закрепления торцов цилиндра и определяемый соотноше­нием ( 3 ).

k_T = h ₀ / a и k_l = l /a – относительная толщина и длина цилиндричес­кой оболочки; m_пр - распределенная "присоединенная масса" жидкости, увлекаемая резонатором в движение.

Статическая характеристика вибрационного плотномера с цилиндри­ческим оболочковым резонатором может быть записана в общеприня­том виде, если выразить "присоединенную массу" жидкости через от­носительную толщину "присоединенного слоя" снаружи К⁺ _ρ и внутри К^- _ρ резонатора

m_пр =ρ а (К⁺ _ρ - К^- _ρ ),

где ρ — плотность среды, контактирующей с обеими поверхностями резонатора; а - радиус срединной поверхности цилиндра резонатора. Относительная толщина "присоединенного слоя" жидкости определя­ется нижеследующим выражением:

Окончательный вид статической характеристики плотномера пред­ставляется формулой

( 8 )

в которой- начальная частота колебаний резо­натора; - постоянная резонатора.

Градуировочная характеристика плотномера может быть построена расчетным путем, если известны точные значения начального периода колебаний Т_о и постоянной а₀ резонатора. Однако определение ука­занных параметров с высокой точностью расчетным путем не пред­ставляется возможным, поскольку мы не обладаем досто­верными сведениями относительно модуля- упругости Е, плотности материала ρ ₀ и геометрических размерах резонатора. Так, толщина стенки резонатора не остается постоянной по длине после изготовле­ния, сборки и сварки. Конкретное значение начального периода Т_о во многом определяется коэффициентом а₁ зависящим от условий закрепления резонатора в основаниях. На практике не представляет­ся возможным обеспечить идеальные условия закрепления, которые принимались при расчете, кроме того, они могут различаться даже вну­три партии резонаторов одного типа.

Точные значения параметров Т_о и а₁ для уже изготовленного резо­натора находят экспериментально путем совместного решения систе­мы уравнений вида ( 4 ) с использованием результатов измерения периодов колебаний T₁ и Т₂ при двух фиксированных значениях плотностей ρ ₁ и ρ ₂ жидкостей и одной и той же температуре:

Т,мкс

900

500

100

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 ρ, кг/см³

Рисунок 6. Градуировочная характеристика.

На рисунке 6 представлена градуировочная характеристика, постро­енная по формуле ( 4 ) для реальных образцов вибрационных плотномеров.

Аналитичес­кая и графическая формы градуировочных характеристик вибрацион­ных плотномеров свидетельствуют об их существенной нелинейности в широком интервале контролируемых плотностей. Вместе с тем в большинстве случаев практического использования плотномеров тре­буется измерять малые отклонения плотности от некоторого началь­ного значения. Реальная градуировочная характеристика может быть линеаризована некоторой номинальной характеристикой, выбирае­мой из условия минимума возникающей погрешности линейности. Градуировочная характеристика, представленная формулой ( 4 ), соответствует изотермическому режиму работы вибрационных плотно­меров, однако при отклонении температуры измеряемой среды от не­которого начального значения возникает существенная погрешность измерения, являющаяся следствием температурных изменений физи­ческих свойств и размеров резонаторов. Будем считать, что эти изме­нения соответствуют следующим равенствам:

в которых Е(Θ₀ ), ρ ₀ (Θ_о ), l (Θ_о ) — модуль упругости, плотность ма­териала и линейный размер резонатора при начальной температуре Θ_О (обычно Θ_О = 20 °С); ρ (Θ_О ) - плотность контролируемой среды при начальной температуре; а _Е и а _l — коэффициенты термоупругости и ли­нейного расширения материала резонатора; а _V — коэффициент объем­ного расширения контролируемой жидкости.

Подставив эти соотношения в формулу ( 4 ), получим выраже­ние градуировочной характеристики вибрационных плотномеров, свя­зывающее их выходной сигнал как с плотностью, так и с температу­рой измеряемой среды:

( 9 )

4.2. Температурная погрешность.

Изменения температуры контролируемой среды приводят к наибо­лее существенным погрешностям измерения плотности вибрационны­ми плотномерами. Так, например, у преобразователей, резонаторы ко­торых изготовлены из нержавеющей стали Х18Н10Т, чувствительность к температуре может даже превышать чувствительность к основному контролируемому параметру - плотности. Поэтому температурная коррекция показаний вибрационных плотномеров является обяза­тельным условием их работы. Температурная погрешность (темпера­турная поправка к показаниям) зависит от режима работы плотноме­ра и определяется следующими равенствами:

в режиме измерения приведенной плотности жидкости

(10)

в режиме измерения действительной плотности жидкости

(11)

где ρ(Θ₀ ) - значение контролируемой плотности жидкости, приведен­ной к начальной температуре Θ_О ; ρ(Θ) - действительное значение плотности при данной температуре Θ; а ₀ - постоянная резонатора, соответствующая начальной температуре Θ_О ; а _Е – коэффициент термоупругости; а _l – коэффициент линейного расширения; а _V – коэффициент объемного расширения контролируемой жидкости.

Наиболее распространенным способом устранения температурной погрешности измерения, который широко используется в отечественных и зарубежных вибрационных плотномерах, является способ термокомпенсации, основанный на вычитании из общего выходного сигнала преобразователя некоторой его части, приходящейся на температур­ную составляющую. В простейшем случае такое вычитание производит­ся в аналоговой форме с использованием сигнала цепи содержащей терморезистор в качестве чувствительного элемента. При этом выход­ной сигнал резонатора, воспринимающего плотность контролируемой среды, должен быть также преобразован в амплитудную форму. В ка­честве термопреобразователей применяют терморезисторы (металли­ческие или полупроводниковые), приводимые в тепловой контакт с контролируемой средой.

Существенным недостатком плотномеров с аналоговой формой представления выходного сигнала является их сравнительно низкая точность, обусловленная метрологическим несо­вершенством амплитудных преобразователей. Значительного увели­чения точности можно добиться использованием цепей вычитания час­тотных сигналов, когда температура среды предварительно преобра­зуется в частоту следования импульсов.

4.3. Факторы влияющие на « присоединенную массу » жидкости.

Погружные первичные измерительные преобразователи, как прави­ло, монтируют в различного рода технологических аппаратах или ре­зервуарах, которые окружают резонатор своими стенками. В этом случае весьма важным является вопрос о влиянии степени удаленнос­ти стенок резервуара на параметры колеблющегося резонатора. Относительная толщина "присоединенного слоя" зависитот геометрических параметров резервуа­ра, в котором находится резонатор.

Экспериментальное значение "присоединен­ной массы" жидкости можно определить по относительной толщине "присоединенного слоя" (по коэффициенту К_р ):

m_пр =ρ а К_ρ (12)

где ρ — плотность контролируемой жидкости; а — радиус срединной поверхности цилин­дра.

Действительное значение коэффициента Кр определяется по резуль­татам экспериментальных измерений частот автоколебаний ƒ₁ и ƒ₂ резонатора в двух жидкостях с различными плотностями ρ₁ и ρ₂ при одной и той же температуре (например, Θ_О =20 °С):

(13)

Графики изображенные на рисунке 7, а характеризуют влияние относительного удаления к₆ боковых стенок резервуара на относительную толщину "присоединенного слоя" жид­кости Кр. Расчеты произведены при условии, что относительная уда­ленность фронтальной стенки к_ф от поверхности резонаторов состав­ляет не менее десяти определяющих размеров. Значения относитель­ных удаленностей боковых к_б и фронтальной к_ф стенок резервуара от резонаторов выбирались равными:

к_б = k₁ = k₃ ; k₁ =h₁ /l; k₃ =r₁ / a

к_ф =1 — k ₃ .

а) б)

Рисунок 7. Расчетные характеристики.

На расчетные характеристики ( рисунок 7, а, б ) нанесены линии 1, 2 иллюстрирующие результаты экспериментальных измерений пара­метра Кр при различных относительных удалениях резонаторов от бо­ковых стенок резервуара. Анализ расчетных кривых свидетельствует о том, что боковые стенки резервуара, в который погружен резона- тор, перестают влиять на режим его работы, если он удален от них нa расстояние не менее пяти определяющих размеров. Кроме того, из сравнения расчетных и экспериментальных зависимостей можно сде­лать вывод о том, что начиная с определенных относительных удаленностей боковых стенок от резонаторов расчетные значения относитель­ной толщины "присоединенного слоя" жидкости превышают их дей­ствительные значения. Это обстоятельство позволило предположить, что скорость возмущенного движения жидкости в боковых направле­ниях становится равной нулю на расстояниях, значительно меньших пяти определяющих размеров резонаторов. Эти расстояния можно найти из условия равенства расчетных и экспериментальных значений Кр.

Так, в частности, установлено, что при расчетах на ЭВМ относи­тельной толщины "присоединенного слоя" жидкости параметры к_б следует принимать равными 0,3 для ци­линдрического резонаторов. При этом относительная толщина "при­соединенного слоя" жидкости для резонаторов находит­ся в пределах 0,2—0,22. Влияние относительной удаленности к_ф фрон­тальной стенки ограничивающего резервуара от поверхности резона­торов проиллюстрировано графиками, куда нанесены так­же результаты эксперимента. Расчеты показывают, что фронтальная стенка перестает оказывать какое-либо влияние на резонатор, если он удален от нее на расстояние порядка двух определяющих размеров. Экспериментальные же данные свидетельствуют о том, что резонато­ры можно приближать к стенкам резервуара на более близкие рас­стояния.

Результаты расчетов свидетельствуют о пренебрежимо малом изменении коэффициентов К_р для жидкостей при варьирова­нии параметра β в достаточно широких пределах. Таким образом, мож­но практически рассчитать значения "присоединенных масс" жидкос­тей для колеблющихся в них механических резонаторов, считая все жидкости несжимаемыми (β = 0). Это значительно облегчает процедуру расчетов.

5. Разработка конструкции плотномера.

5.1. Анализы параметрических зависимостей.

Представляет интерес про­анализировать степень влияния отклонений конструктивных параметров резонаторов от их оптимальных значений на абсолютную погреш­ность измерения плотности. Такая оценка позволяет сформулировать требования к качеству изготовления механических резонаторов и уста­новить допуски на отклонение размеров отдельных деталей.

Рисунок 8. Влияние на погрешность плотномеров отклонений от номинальных значений определяющего размера (линия 1), толщины стенки (линия 2) и длины (линия 3) резонатора.

На рисунке 8 приведены графики расчетных зависимостей абсолютной погрешнос­ти Δ п.п измерения плотности вибрационного плотномера с цилиндрическим резонатором от изме­нения в к раз от оптимального значения одного из конструктивных параметров (определяющего размера а, длины l и толщины стенки h ₀ резонатора) при фиксированных оптимальных значениях других пара­метров.

Вид графиков указывает на необходи­мость ответственного подхода к выбору конструктивных парамет­ров и изготовлению отдельных элементов механических резонаторов.

В таблицах приведены числовые значения зависимости абсолютной погрешности от толщины стенки резонатора (таблица 1), определяющего размера (таблица 2) и длины резонатора (таблица 3).

Таблица 1. Зависимость абсолютной погрешности от толщины стенки резонатора

Рисунок 9. Зависимость абсолютной погрешности от толщины стенки резонатора

Таблица 2. Зависимость абсолютной погрешности от определяющего размера резонатора

Рисунок 10. Зависимость абсолютной погрешности от определяющего размера резонатора

Таблица 3. Зависимость абсолютной погрешности от длины резонатора

Рисунок11. Зависимость абсолютной погрешности от длины резонатора.

В тоже время и от плотностей материала, из которого изготовлен резонатор, и от плотности измеряемой среды также зависит ряд параметров. Одним из таких параметров является частота вибрационного плотномера.

(15)

(16)

Рисунок 12. Зависимость частоты колебаний цилиндрического резонатора от плотности измеряемой среды.

Таблица 4. Зависимость частоты колебаний цилиндрического резонатора от плотности измеряемой среды.

Рисунок 13. Зависимость частоты колебаний цилиндрического резонатора от плотности материала, из которого он изготовлен.

Таблица 5. Зависимость частоты колебаний цилиндрического резонатора от плотности материала, из которого он изготовлен.

5.2. Расчет разжимного кольца

При введении в канавку кольцо сжимают так, чтобы оно прошло через отверстие корпуса диаметром D= 60 мм.

Предельно допустимая высота стальных колец равна h= (0.08÷0.15)D, h= 5.0мм. Толщина кольца равна b= 0.4h, b= 2.0 мм. Глубина канавки h₁ = 0,3h = 1,5 мм. Наружный диаметр канавки равен D₁ = 1.083D = 65 мм. Для получения радиального натяга наружный диаметр кольца принимаем равным D₂ = 67.5 мм. Ширину прорези l в свободном состоянии выбираем с таким расчетом, чтобы при смыкании концов наружный диаметр D₂ кольца уменьшился до диаметра D отверстия, т.е.

l = 0,1πD = 18 мм.

Так как в сомкнутом состоянии кольцо не имеет правильной цилиндрической формы, то принимают с запасом

l= (0.35÷0.40)D = 22 мм.

5.3. Расчет катушки индуктивности

В данном вибрационном плотномере используются 4 катушки индуктивности.

Рисунок 14. Разбивка магнитного поля воздушного зазора преобразователя на простые геометрические фигуры

Точность расчета преобразователя в основном определяется точностью определения проводимости воздушных зазоров.

Магнитное поле в зазоре не является плоскопараллельным, магнитный поток выпучивается из-под полюсов. Поэтому для расчета проводимости воздушного зазора применяют методразбивки магнитного поля на простые геометрические фи­гуры, проводимость которых затем и определяют по известным формулам, которые приведены в таблице 18 [8]. В нашем случае поле разбивается на 5 простых фигур.

С достаточной для практики точностью рекомендуется принимать Z_a ´= Z_a ´´= Z_b ´´.

Определяем проводимость отдельных фигур.

Проводимость полуцилиндра (фигуры 1 и 2).

(17)

Проводимость цилиндрического кольца (фигуры 3).

(18)

Проводимость четверти цилиндра (фигуры 4 и 5).

(19)

Проводимость четверти цилиндра (фигура 6).

(20)

Таким образом, магнитная проводимость воздушных зазоров определиться как сумма их составляющих.

5.4. Датчики температуры

5.4.1 Термопреобразователь сопротивления платиновый

Назначение:

Для измерения температуры жидких и газообразных сред.

Средняя наработка на отказ………………………………66700 ч

Технические характеристики по ТУ 50-92 ДДШ 2.822.000

Таблица 6. Усредненные нормы расхода драгметаллов на изготовление ТСП9201

l = 80 мм,

Масса = 0,24 кг

Рисунок 15. Термопреобразователь сопротивления платиновый

5.4.2.Гильза защитная ДДШ 4819015 на Ру 50 Мпа

Назначение:

Для установки термопреобразователей на объекте.

Рисунок 16. Гильза защитная

6. Расчет экономической эффективности

Рыночная экономика ставит два условия перед производством: изделие, выпускаемое им должно быть конкурентоспособным и как следствие приносящим прибыль. Конкурентоспособность означает качество. Качество закладывается на этапе проектирования. Поэтому именно во время проектирования необходимо оценить способность изделия занять достойное место на рынке и прибыль, которую можно получить от внедрения данного проекта. Именно это и является задачей оценки экономической эффективности.

6.1 Расчет затрат на проектирование

6.1.1 Расчет материальных затрат

В данном пункте указываем затраты на материалы, использованные в ходе проектирования. Данные заносим в таблицу 7.

Таблица 7

Затраты на материалы

Примечание: стоимость материалов указана по данным сети канцелярских магазинов “Азимут М”.

6.1.2 Расчет затрат времени на проектирование

Длительность работы определяется экспертным методом [5]. Расчеты производим по формуле:

, (21)

где - продолжительность каждой работы;

min - минимальная продолжительность работы;

max - максимальная продолжительность работы.

Дисперсия времени проектирования вычисляется по следующей формуле:

. (22)

Результаты вычислений представлены в таблице 8.

Таблица 8

Нормирование времени на выполнение проектирования

По полученным результатам рассчитываем общее время проектирования Т_пр .

ч/час. (23)

Перевод размерности времени проектирования из (ч/час) в (ч/мес) осуществляем по формуле:

, (24)

где D_мес – число рабочих дней в одном месяце;

t_{раб. в день} – продолжительность рабочего дня;

t_{раб. в день} =8 час.

Учитывая, что среднее число рабочих дней в месяце на 2005 год составляет 21 день, получаем:

. (25)

6.1.3. Расчет зарплаты проектировщика

6.1.3.1 Расчет основной зарплаты

Основная часть зарплаты находится по формуле:

, (26)

где О_инж – оклад;

К_пр – коэффициент премирования;

К_рай – коэффициент районной надбавки.

По данным бухгалтерии ООО СЦ “Теплоэнергосервис”:

– оклад О_инж инженера-конструктора составляет 2800 рублей;

– коэффициент премирования К_пр равен 30%.

Коэффициент районной надбавки для Омской области составляет 1,15.

Исходя из этих данных получаем:

.

6.1.3.2 Расчет дополнительной зарплаты

Дополнительная часть зарплаты находится по формуле:

, (27)

где К_доп – коэффициент дополнительной зарплаты, который зависит от числа дней оплачиваемых по больничному листу – Д_бол , дней отпуска – Д_отп , Д_гос.об – государственных обязательств и рассчитывается по формуле:

, (28)

где Д_раб – число рабочих дней; Д_раб =251 день.

Д_бол ≈7 дней; Д_отп =27 дней; Д_гос.об ≈0,2 дня.

Рассчитываем коэффициент дополнительной зарплаты:

.

Тогда дополнительная часть зарплаты составляет:

.

6.1.3.3 Отчисления во внебюджетные фонды по зарплате

Данные отчисления производятся в виде единого социального налога, который равен 26% и состоит из:

– 20% отчислений в Пенсионный фонд РФ;

– 3,2% в Фонд социального страхования РФ;

– 2,8% отчислений по обязательному медицинскому страхованию.

Отчисления находим по формуле:

. (29)

6.1.4 Расходы на эксплуатацию ЭВМ

1.4.1 Амортизация

По “Общероссийскому классификатору основных средств, включенных в амортизационные группы” ЭВМ относится к 3 группе, срок службы 3 – 5 лет. Принимаем срок службы 4 года. Тогда коэффициент амортизации ЭВМ в месяц Н_а ^мес составит:

. (30)

Амортизацию ЭВМ за период проектирования рассчитываем по формуле:

. (31)

Конфигурация компьютера: AMDDuron 1100 MHz / DDR256 Mb / HDDSeagate40 Gb / CDNec50x / FDD 1,44 MbLG / AGPGeForce2MX-440 64 Mb / 17″ LGFlatronF700B. Цена: 18.000 руб.

Время использования ЭВМ зависит от коэффициента использования К_исп , который в нашем случае равен 0,8.

Тогда:

. (32)

Рассчитаем амортизацию ЭВМ за период проектирования:

.

6.1.4.2 Амортизация программного обеспечения

В ходе проектирования использовались три программных продукта (стоимость приведена по ценам фирмы ООО НТЦ “Визит”):

1) Microsoft Windows XP – 3000 руб;

2) Microsoft Office XP – 3400 руб;

3) Kompas-V7 – 22000 руб.

Срок службы ПО равен 5 годам.

Расчет амортизации производим по формуле:

. (33)

1.4.3 Затраты на ремонт

По данным бухгалтерии ООО СЦ “Теплоэнергосервис” стоимость ремонта составляет 3% от стоимости ЭВМ. Таким образом:

. (34)

Тогда за период использования ЭВМ величина затрат на ремонт составит:

. (35)

6.1.4.4 Затраты на электроэнергию

Данный вид затрат (Р_эл.эн ) рассчитываем с учетом потребляемой мощности Р компьютером, которая составляет 0,4 кВт, и времени работы компьютера. Принимаем, что во время проектирования компьютер работал в среднем 6 часов в день. Число рабочих дней в месяце D_мес =21 день . Тогда полное время Т работы считаем:

. (36)

Цена электроэнергии на май 2005 года составляет 0,85 рубля за 1кВт/час.

Исходя из этого затраты на электроэнергию находим по формуле:

. (37)

Все полученные данные сведем в таблицу 9.

Таблица 9

Расходы на эксплуатацию ЭВМ

6.1.5 Амортизация рабочего места

В соответствии с “Общероссийским классификатором основных средств, включенных в амортизационные группы” здания относятся к группе №10 со сроком службы более 30 лет. Примем срок службы Т_экспл =50 лет.

Амортизация здания рассчитывается по формуле:

, (38)

где Ц_1м ² – цена за 1 квадратный метр площади здания, руб.;

S – площадь рабочего места, м² ;

Н_а ^мес – коэффициент амортизации здания в месяц.

. (39)

По данным агентства “Омская недвижимость” стоимость 1 м² площади помещения составляет 7000 рублей.

Площадь рабочего места проектировщика равна 9 м² .

Подставляя полученные данные в формулу вычисляем амортизацию здания:

.

6.1.6 Накладные расходы

По данным бухгалтерии ООО СЦ “Теплоэнергосервис” накладные расходы в 2004 году составляли 150% от основной зарплаты. Поэтому этот вид расходов рассчитываем по следующей формуле:

. (40)

Составим смету по всем видам затрат и представим ее в виде таблицы 10.

Таблица 10

Смета затрат на проектирование

6.2 Расчет затрат на изготовление и внедрение прибора

6.2.1 Расчет затрат на изготовление

6.2.1.1 Затраты на материалы, покупные и комплектующие

Расходы по данному пункту представлены в таблице 11.

Таблица 11

Стоимость материалов, покупных и комплектующих

Примечание: цены по данным отдела снабжения ООО СЦ “Теплоэнергосервис”, сайтов www.ommet.com (“Омскметаллопторг”) и www.electric.com.

6.2.1.2 Расчет себестоимости корпуса

Себестоимость корпуса рассчитывается (в следующих пунктах “базовой детали”) для того, чтобы далее относительно оценить себестоимость остальных деталей.

Для изготовления стойки необходимо 3 кг стали марки 36НХТЮ. По данным сайта www.ommet.comсталь этой марки стоит 22,04 руб. за 1 кг. Следовательно, затраты на материал составят 66,12 руб.

а) расчет зарплаты рабочих

При вычислении зарплаты используем формулы (27) – 29).

Рассчитаем основную зарплату рабочего на заготовительной операции по формуле:

,

где С_ч – часовая тарифная ставка;

Т_шт – норма времени;

К_пр =1,4.

Данные сводим в таблицу 12.

Таблица 12

Трудоемкость изготовления и зарплата рабочих

Примечание: сведения получены из таблицы тарифных ставок (для нормирования) №2 от 01.04.2003 года, нормы времени – по оценке технолога, ООО СЦ “Теплоэнергосервис”

б) расчет расходов на содержание и эксплуатацию оборудования

(РСЭО) за время его использования

Амортизация оборудования за время его использования рассчитывается по формуле:

, (41)

где А_обор ^час – амортизация оборудования за 1 час. Она определяется из выражения:

, (42)

где Ф_эф – эффективный фонд времени;

А_обор ^год – амортизация оборудования за 1 год.

, (43)

Принимаем восьмичасовой рабочий день.

– количество рабочих дней в 2005году;

– коэффициент простоя оборудования (5% на ремонт)

Амортизацию оборудования за 1 год находим по формуле:

, (44)

где Ц_обор – цена оборудования;

Н_а ^год – коэффициент амортизации оборудования за 1 год.

Данный коэффициент находится по формуле:

. (45)

Так как механообрабатывающее оборудование по “Общероссийскому классификатору основных средств, включенных в амортизационные группы” относится к группе №6, то срок службы составляет 10-15 лет.

Произведем расчет РСЭО на примере плоско-шлифовального станка.

Примем срок службы или Т_{экспл.(год)} =15 лет. Тогда по формуле (45) коэффициент амортизации оборудования за 1 год составит:

.

Рассчитаем его амортизацию за 1 год по формуле (24):

Тогда амортизация оборудования за 1 час вычислим по формуле (42):

Подставляя полученное значение, а также время эксплуатации (таблица 13) в формулу (41), рассчитаем амортизацию оборудования за время его использования:

По формулам (34) и (35) находим затраты на ремонт станка:

.

Тогда за время использования станка величина затрат на ремонт составит:

Расходы на электроэнергию рассчитываем по формуле:

(46)

Расчет расходов для остальных станков проводим аналогично. Данные представляем в виде таблицы 13.

Таблица 13

Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования

Примечание: цена и потребляемая мощность оборудования приведена по данным экономического отдела ООО СЦ “Теплоэнергосервис”, срок службы – в соответствии с “Общероссийском классификатором основных средств, включенных в амортизационные группы”.

Итак, РСЭО рассчитываем по формуле:

(47)

Для дальнейших расчетов определим процентное отношение РСЭО к основной зарплате:

. (48)

в) расчет общецеховых затрат

По данным бухгалтерии ООО СЦ “Теплоэнергосервис”общецеховые затраты составляют 120% от основной зарплаты.

(49)

Таким образом, затраты на изготовление корпуса сведем в таблицу 14.

Таблица 14

Расходы на изготовление корпуса

6.2.1.3 Расчет себестоимости остальных деталей

Расчет остальных деталей производим упрощенным методом.

Как и для базовой детали определяем стоимость материалов.

Основную зарплату рассчитываем по формуле:

, (50)

где С^ср _час – средняя часовая тарифная ставка,

С^ср _час =15,05 руб. (таблица 12);

Т_изг – трудоемкость изготовления детали относительно базовой. Она определяется следующим образом:

, (51)

где Т_баз – трудоемкость изготовления базовой детали,

Т_баз =2,85 час (таблица 12);

k_сложн – коэффициент сложности изготовления детали относительно базовой.

Для фланцы k_сложн =0,9. Тогда по формуле (50):

.

Следовательно,

Дополнительную зарплату, отчисления по зарплате определяем по формулам (27) – (29).

РСЭО рассчитываем исходя из процентного отношения к основной зарплате, определенного по формуле (49):

Общецеховые затраты составляют 120% от основной зарплаты:

Сложив все затраты, получим себестоимость фланца:

Расчет остальных деталей производим аналогично, с учетом коэффициентов сложности изготовления по отношению к базовой детали:

для винта М10 k_сложн =0,5;

– резонатор k_сложн =0,62;

– взрывозащитная оболочка k_сложн =0,2;

– катушки k_сложн =0,6.

Результаты представляем в виде таблицы 15.

Таблица 15

Себестоимость остальных деталей

Примечание: цена деталей указана в соответствии с таблицей 5, процент общецеховых затрат по данным экономического отдела ООО СЦ “Теплоэнергосервис”.

6.2.1.4 Затраты на сборку

Зарплату сборщиков рассчитываем по формулам (27) – (29) на изделие в целом.

Расчет основной зарплаты выполняем по формуле:

,

где С_ч – часовая тарифная ставка; Т_шт – норма времени; К_пр =1,4.

Таблица 16

Расходы на сборочные работы

Итак, чтобы узнать стоимость прибора в целом, представляем результаты расчетов в виде таблицы 17 и находим общую сумму.

Таблица 17

Стоимость прибора

.

.

6.3.3 Расходы на эксплуатацию прибора

6.3.3.1 Амортизация

Срок службы прибора примем 12 лет (исходя из среднего срока службы приборов данного типа). Тогда коэффициент амортизации за год Н_а ^год составит:

.

Амортизацию прибора за год рассчитываем по формуле (32):

.

6.3.3.2 Затраты на ремонт

По данным бухгалтерии ООО СЦ “Теплоэнергосервис” стоимость ремонта составляет 3% от стоимости прибора. Таким образом по формуле (35):

.

6.3.3.3 Затраты на электроэнергию

Данный вид затрат (Р_эл.эн ) рассчитываем с учетом потребляемой мощности Р прибором, которая составляет 0,5 кВт.

Эффективный фонд времени работы прибора примем 1904 часа за 1 год.

Цена электроэнергии на май 2005 года составляет 0,85 рубля за 1кВт/час.

Исходя из этого затраты на электроэнергию находим по формуле (38):

.

Все полученные данные сведем в таблицу 18.

Таблица 18

Расходы на эксплуатацию прибора

На основании проделанных расчетов, можно сделать вывод, что проектируемый прибор экономически выгоден.

7.Охрана окружающей среды, техники безопасности

7.1 Анализ опасных и вредных факторов на рабочем месте инженера-конструктора.

Охрана труда – это система законодательных актов и соответствующих им социально-экономических, организационных, технических, санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.

Комфортные и безопасные условия труда - одни из основных факторов, влияющих на производительность работы.

Работа инженера-конструктора непосредственно связана c электронной вычислительной техникой, находящейся в производственном помещении а, соответственно, с вредным воздействием целой группы факторов, которые при несоблюдении правил организации безопасной работы могут привести к существенному снижению производительности труда и оказать отрицательное влияние на организм человека. К таким факторам можно отнести:

- повышенная или пониженная влажность воздуха;

- повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

-повышенная или пониженная подвижность воздуха;

- недостаточная освещенность рабочей зоны;

- повышенный уровень шума на рабочем месте;

-повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

- повышенная напряженность электрического поля;

- повышенная напряженность магнитного поля;

- нервно-психические перегрузки;

- отсутствие или недостаток естественного света.

Анализ влияния наиболее вредных производственных факторов.

7. 1. 1 Неблагоприятные климатические условия рабочей зоны

В рабочей зоне производственных помещений устанавливаются параметры микроклимата, которые определяются повышенной или пониженной температурой воздуха рабочей зоны, повышенной или пониженной влажностью воздуха, повышенной или пониженной подвижностью воздуха.

От параметров микроклимата рабочей зоны в значительной мере зависят самочувствие и работоспособность человека. При оптимальных для человека условиях от него отводится столько теплоты, сколько вырабатывает его организм. Значительные отклонения параметров воздушной среды от оптимальных приводят к резкому изменению теплового баланса организма и нарушают его физиологические функции: терморегуляцию, обмен веществ, работу сердечно-сосудистой и нервной систем.

В соответствии с требованиями [6] работа инженера-конструктора относится к категории работ Iб с интенсивностью энергозатрат 121-150 ккал/ч (140-174 Вт), связанные с ходьбой и требующие определенного умственного напряжения.

Фактические величины показателей микроклимата на рабочих местах приведены в таблице 19, в таблице 20 – допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах, в таблице 21 – оптимальные.

Таблица 19

Таблица 20

Таблица 21

7. 1. 2 Н едостаточная освещенность рабочей зоны

Рациональное освещение повышает безопасность работы, способствует росту производительности труда и улучшению качества продукции. Недостаточнее или неправильное освещение рабочих мест и зон, слепящее действие источников света, резкие тени от предметов и оборудования приводят к преждевременному утомлению и росту травматизма.

Нормы естественного и искусственного освещения для рабочего места инженера-конструктора в соответствии с требованиями [7] приведены в таблице 22, фактические значения – в таблице 23.

Таблица 22

Таблица 23

7. 1. 3 П овышенный уровень шума на рабочем месте

Производственный шум представляет собой сочетание беспорядочных неприятных для восприятия звуков различной интенсивности и частоты. Источником шума в производственном помещении в основном являются процессорные блоки компьютеров.

Орган слуха человека воспринимает звуковые волны с частотой от 16 до 20000 Гц.

В таблице 24 приведены предельно допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука в октавных полосах для инженера-конструктора. Фактический уровень звука приведен в таблице 25.

Таблица 24

Таблица 25

7. 1. 4 П овышенное значение напряжения в электрической цепи

Опасность поражения электрическим током существует в связи с высоким напряжением питания ПЭВМ и периферийных устройств - 220 В переменного тока. ПК имеют металлические корпуса, что увеличивает опасность поражения электрическим током при неисправностях цепей электропитания. Причин поражения электрическим током существует множество. Наиболее часто встречающиеся из них являются:

- нарушение правил эксплуатации и ремонта электрооборудования;

- неправильная установка электрооборудования, отсутствие или неправильная установка защитного заземления, зануления или отключения;

- невыполнение правил устройства электроустановок: токоведущие части не закрыты кожухом, плохая изоляция токоведущих частей, невозможность быстрого отключения оборудования в случае поражения работающего на нем, электрическим током.

7. 1. 5 Повышенная напряженность магнитного поля

Электромагнитное излучение (ЭМИ), которое возникает при работе монитора и другого периферийного оборудования, по сравнению с другими вредными производственными факторами (повышенное зрительное напряжение, психологическая перегрузка, сохранение длительное время неизменной рабочей позы) является наиболее опасным и коварным.

Электромагнитные поля действуют незаметно и их вредное воздействие на организм проявляется не сразу.

При продолжительной работе на компьютере у пользователя будут наблюдаться нарушения здоровья, например заболевание органов зрения (примерно у 60% пользователей), болезни сердечно-сосудистой системы (у 60% пользователей), заболевания желудочно-кишечного тракта (у 40% пользователей), кожные заболевания (у 10% пользователей), различные опухоли (в основном мозга).

В СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03* «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» приведены допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений (таблица 26) .

Таблица 26 Допустимые значения параметров неионизирующих ЭМИ

Таблица 27 Фактические значения параметров неионизирующих ЭМИ

7. 1. 6 Нервно-психические перегрузки

Оценка нервно-психических перегрузок проводится в соответствии с «Гигиеническими критериями оценки и классификацией условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса» Р 2.2.755-99. В таблице 28 приведен протокол оценки напряженности трудового процесса инженера-конструктора.

Таблица 28

Три показателя относятся к классу 3.2, два показателя относятся к классу 3.1, а остальные – к классам 2 и 1, поэтому общая оценка напряженности труда инженера-конструктора соответствует допустимому классу 2.

7. 2 Меры по устранению или ослаблению влияния вредных и

опасных факторов

7. 2. 1Рациональные режимы труда и отдыха

В целях уменьшения нагрузки на глаза необходимо либо увеличить кадровую частоту монитора, если это возможно, либо установить монитор, позволяющий работать на частоте 100Гц.

Для снижения напряженности труда и поддержания высокой работоспособности, а также снижения утомления рекомендуется время непрерывной работы за дисплеем сократить, с возобновлением работы после 15 - минутного перерыва, из которого 5 минут выделяется на выполнение упражнений производственной гимнастики (потягивание, наклоны, приседания и т.д.). Для расслабления глаз необходимо выполнить ряд упражнений (движение зрачками влево и вправо и круговое вращение, перевод взгляда с дальних предметов на ближние и обратно).

7. 2 . 2 Меры по созданию и поддержанию оптимальных микро-климатических условий

Поддержание температуры воздуха в рабочей зоне в нужных пределах осуществляется путем правильного использования и содержания в исправном состоянии систем отопления и вентиляции помещений. Так как в производственном помещении находятся несколько работающих машин, то необходимо применять общеобменную вентиляцию. Также необходимо использовать отдельно отведенное помещение с нормальными температурными условиями (с поддержанием температуры в пределах (20÷22)°С).

7. 2 . 3 Недостаточная освещенность рабочей зоны

В целях уменьшения нагрузки на глаза и экономии электроэнергии в дневное время необходимо применять местное освещение рабочего места, путем применения дополнительных источников света. Соблюдать режим труда и отдыха, делать перерыв в работе. Не рекомендуется применять люминесцентные лампы, без применения методов устранения пульсации (сдвиг фазы нескольких ламп, применение с лампами накаливания, питание током повышенной частоты и т.д.). Для систем общего и местного освещения рекомендуется применять лампы накаливания.

7. 2 . 4 Повышенная напряженность э лектромагнитного поля

Наибольшее электромагнитное излучение идет от монитора. Оптимальным считается расстояние до экрана 0,6-0,7 м. Расстояние до экрана менее 0,5 м недопустимо. При этом в обязательном порядке необходимо применение заземленного защитного экрана на мониторе. Целесообразно использование более прозрачного экрана. При работе с темным экраном, имеющим менее 50% прозрачности, чрезмерное увеличение яркости кроме сокращения срока службы монитора повышает интенсивность наиболее вредного – низкочастотного излучения. Рекомендуется применять LCDи TFT мониторы, у которых отсутствует электромагнитное излучение.

Для уменьшения вредного воздействия электромагнитного излучения на организм человека необходимо соблюдать режим труда и отдыха, зависящий от вида и категории трудовой деятельности.

Работники, связанные с воздействием электромагнитного излучения, должны проходить предварительные при поступлении на работу и периодические медицинские осмотры, кроме случаев, когда уровни электромагнитного излучения не превышают допустимых значений.

7. 2. 5 Защита от поражения электрическим током

Основные меры защиты:

- обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, при случайном прикосновении;

- устранение опасности поражения при появлении опасного напряжения на корпусах, что достигается заземлением, применением малых напряжений и т.д.;

- применение специальных защитных средств;

- применение исправных соединительных шнуров, кабелей;

- маркировка розеток, рубильников с различным напряжением 380В, 220В и 36В. Работа должна проводится исправным, прошедшим проверку инструментом. Персонал инструктируется по мерам безопасности;

- применение заземления (зануления) корпуса ПК, т.к. допускается возможность проникновения пользователя к токоведущим частям ПК.

К профилактическим мерам можно отнести:

- своевременный инструктаж по технике безопасности;

- постоянный контроль за соблюдением правил техники безопасности, допускают к работе имеющих соответствующий допуск;

- эксплуатация только исправного оборудования, аттестованного к работе;

- проверка защитного заземления;

- применение средств индивидуальной защиты от поражения электри-ческим током.

7.2.6 Расчет производственного освещения

Освещение - одно из важнейших технических средств обеспечения безопасности жизнедеятельности человека и сохранения его здоровья. По конструктивному исполнению исскуственное освещение делитсяна системы: одного общего освещения и комбинированного, включающего общее и местное.

При расчётах искусственного освещения применим метод коэффициента использования светового потока, который используется для расчёта общего освещения.

При установке люминесцентных ламп, в связи с небольшим диапазоном их мощностей, заранее выбирают лампу, а затем определяют ихнеобходимое количество n.

где, К_з - коэффициент запаса;

Z - коэффициент неравномерности освещения;

E_н - нормируемая освещённость, лк;

S - площадь помещения, м² ;

n - количество светильников;

η - коэффициент использования светового потока, %.

Наименование помещения – конструкторское бюро.

Вид рассчитываемого освещения – общее.

Размеры помещения:

Длина L – 9,5 м,

ширина В – 4,5 м,

высота Н – 3,5 м.

Марка предварительно выбранной лампы – ЛД-80.

Световой поток лампы Ф – 3440 лм.

Мощность лампы N – 80 Вт.

Количество ламп в светильнике n = 2.

Коэффициент запаса К_з – 1,8.

Нормативная освещенность Е_н = 500 лк.

Расстояние от потолка до светильника(свес) h_с = 0,2 м.

Расстояние от пола до рабочей поверхности h_р = 0,8 м.

Высота подвеса светильника h_п = 2,5 м.

Коэффициент неравномерности освещения Z = 1,1

шт.

Принятое расположение светильников

Принятое количество светильников – 12.

Наивыгоднейшее расстояние между светильниками

Расстояние между рядами по ширине с = 1,5 м.

Число светильников по длине помещения

Число светильников по ширине(число рядов)

Расстояния от стен до крайних светильников:

по ширине а₁ = 0,75 м,

по длине а₂ = 1,75 м.

Мощность осветительной установки для системы общего освещения помещения люминесцентными лампами в составе комбинированного или общего

кВт.

Результаты расчёта освещения:

Помещение – конструкторское бюро.

Нормативная освещенность Е_н = 500 лк.

Тип светильника - ОД.

Марка лампы – ЛД-80.

Принятое количество светильников – 12.

Число светильников по длине помещения n_д = 4.

Число рядов n_ш = 3.

Расстояния между светильниками:

по ширине с = 1,5 м,

по длине l = 2,0 м.

Мощность осветительной установки N_об = 1,92 кВт.

7.2 Определение возможных потерь рабочих, служащих, населения и личного состава формирований в очаге химического поражения.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ).

Химически опасными объектами называются предприятия, лаборатории, хранилища, транспорт, имеющие, перевозящие или использующие сильнодействующие ядовитые вещества (СДЯВ), обладающие высокой токсичностью. К веществам относятся: хлор, аммиак, сернистый ангидрид, сероводород, фосген, сероуглерод и др.

Потери рабочих, служащих и проживающего вблизи от объектов населения, а также личного состава подразделений гражданской обороны будут зависеть от численности людей, оказавшихся в очаге, степени защищенности их и своевременного использования средств индивидуальной защиты (противогазов).

Количество рабочих и служащих, оказавшихся в очаге поражения, подсчитывается по их наличию на территории объекта по зданиям, цехам, площадкам; количество населения – по жилым кварталам в городе (населенном пункте).

Возможные потери людей в очаге поражения определяются по таблице 29.

Таблица 29.

Возможные потери рабочих, служащих и населения от СДЯВ

в очагах поражения, %

Примечание. Ориентировочная структура потерь людей в очаге поражения составит:

- легкой степени – 25 %

- средней и тяжелой степени ( с выходом из строя не менее чем на 2-3 недели и нуждающихся в госпитализации) – 40 %

- со смертельным исходом – 35 %.

Предположим, что в здании находящемся рядом с административно-конторским зданием в результате аварии разрушена емкость, содержащая 10 тонн хлора. Рабочие и служащие предприятия обеспечены противогазами на 100 %. Нужно определить возможные потери рабочих, служащих на предприятии и их структуру.

Нам известно, что во вторичном очаге поражения находится 250 человек. По таблице 29 определяем потери:

где Q _ч – количество человек находящихся в очаге поражения,

К_п – коэффициент возможных потерь рабочих, служащих и населения от СДЯВ в очагах поражения, %

Р = 250 · 0,04= 10 чел.

В соответствии с примечанием к таблице 29 структура потерь рабочих и служащих на объекте будет:

- со смертельным исходом – 10 · 0,35 = 3 чел.;

- средней и тяжелой степени – 10 · 0,4 = 4 чел.;

- легкой степени – 10 · 0,25 = 3 чел.

Всего со смертельным исходом и потерявших трудоспособность – 7 человек.

8.Технологические расчеты

8.1. Назначение. Условия эксплуатации

Вибрационный плотномер с цилиндрическим резонатором устанавливается в технологическом трубопроводе или в байпасной линии с номинальными диаметрами от DN60 до DN200, при толщине стенки от 2 до 20 мм для металлических и пластмассовых трубопроводов.

Плотномер предназначен для автоматического измерения плотности жидкости с максимальной кинематической вязкостью до 100 мм²/с в диапазоне температур от минус 40 до плюс 85°С.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности при преобразовании плотности жидкости в выходной сигнал составляют ±0,08 %.

Габаритные размеры Вибрационного плотномера составляют: длина 217 мм, диаметр 140 мм. Питание вибрационного плотномера осуществляется от сети переменного тока напряжением от 187 до 242 В, частотой (50±1) Гц.

Вид производства: мелкосерийный.

Для достижения точности размерной цепи используется метод пригонки детали по месту. Этот метод используется, потому что сборка по методу подбора деталей имеет много недостатков (особенно в мелкосерийном производстве) таких как ограниченная взаимозаменяемость, необходимость создания в цехе излишних запасов деталей, а также некоторое повышение трудоемкости и стоимости сборки за счет времени, затрачиваемого на сортировку.

При сборке по методу пригонки необходимая точность в сопряжении достигается изменением размера одной из деталей узла путем механической обработки. Другие же сопряженные детали изготавливаются по допускам, выгодным для данного производства.

Условия эксплуатации:

- температура окружающего воздуха от минус 50 до 150^о С;

- относительная влажность окружающего воздуха 80 % при температуре 25^о С.

Краткое описание прибора:

Вибрационный плотномер состоит из корпуса; цилиндрического резонатора, закрепленного в корпус двумя фланцами; двумя парами катушек возбуждения и приема колебаний; по краям корпуса привариваются фланцы для крепления плотномера к трубопроводу.

8.2. Технические требования к сборке

При сборке вибрационного плотномера следует зафиксировать фланцы, находящиеся внутри корпуса и фиксирующие положение резонатора. Фиксация достигается установкой фланцев в корпус с натягом и установкой разжимных колец. В местах установки катушек должна быть герметичность, что достигается установкой резиновой прокладки. Оси отверстий фланцев привариваемых по краям корпуса должны совпадать. Соосность этих отверстий достигается запрессовкой фланцев в приспособлении.

8.3. Градуировка и поверка вибрационного плотномера с цилиндрическим резонатором.

Градуировка вибрационных плотномеров заключается в определе­нии параметров, входящих в выражения их уравнений шкалы.

При использовании однорезонаторного первичного измерительного преобразователя в режиме измерения действительной плотности жидкости в широком интервале ее возможных значений можно воспользо­ваться уравнением шкалы:

; (53)

Автоматизированную обработку этого уравнения целесообразно проводить в несколько этапов. Вначале рассчи­тывают плотность среды ρ^/ без учета действия ее температуры по двухчленной формуле:

; (54)

или трехчленной формуле, как это делается в плотномерах, выпускае­мых английской фирмой Solartron:

. (55)

Значения коэффициентов С₁ и С₂ в формуле (54) находят экспери­ментально по двум жидкостям с известными плотностями при началь­ной температуре, для определения трех коэффициентов в формуле (55) необходима еще и третья среда с известной плотностью, в ка­честве которой обычно используют воздух.

На втором этапе рассчитывают значение плотности ρ (Θ) при данной текущей температуре Θ по формуле

,

в которой коэффициенты С₃ и С₄ находят экспериментально по двум известным значениям плотности жидкости (например, воды) при двух фиксированных ее температурах.

Очевидно, что процедура коррекции измеренного значения плот­ности среды по температуре возможна лишь на основе ин­формации, полученной от дополнительных преобразователей темпе­ратуры контролируемой жидкости.

Рисунок 18. Схема экспериментальной установки для градуировки вибрационных плотномеров.

Для определения коэффициентов, входящих в приведенные форму­лы, может быть использована экспериментальная установка, схема ко­торой показана на рисунке 18. Установка содержит сосуды 1 и 2, запол­ненные жидкостями с известными значениями их плотностей, напри­мер веретенным маслом, точное значение плотности которого при на­чальной температуре 20°С следует определить экспериментально пик­нометром, и дистиллированной водой с плотностью ρ(Θ₀ )=998,2 кг/м³ при Θ₀ = 20 °С и атмосферном давлении 101,325 кПа. Каждая из запол­няющих сосуды жидкостей может с помощью насосов 3 транспортиро­ваться по соответствующему замкнутому контуру, проходя через пер­вичный измерительный преобразователь 4, установленный в напорной линии с помощью фланцевых соединений 5. Температура градуировочных жидкостей может изменяться и поддерживаться на по­стоянном значении с помощью регулирующего контура, состоящего из термометра 6, регулятора 7 и электронагревателей 8, подключае­мых к выходу регулятора переключателем 9. Для охлаждения жид­костей в сосудах 1 и 2 используются теплообменники 10 в виде труб­чатых змеевиков с протекающей внутри них охлаждающей жидкостью (например, водопроводной водой). Температура перекачиваемых жид­костей контролируется образцовым жидкостным стеклянным термо­метром 11. Включение соответствующих транспортных линий установ­ки в различных режимах ее работы осуществляется с помощью венти­лей 12-18, как это указано в таблице 30. Вентиль 19 предназначен для слива воды из сосуда 2 в канализацию после окончания эксперимен­тальных работ. Масло из сосуда 1 может сливаться через вентиль 20. Для обеспечения возможности некоторого смещения верхних труб­ных каналов установки в вертикальном направлении при изменении межфланцевого расстояния первичных преобразователей патрубки ввода промывочной жидкости (например, водопроводной воды) и воздуха для осушки должны подключаться к соответствующим ли­ниям с помощью гибких шлангов. Усилитель систем возбуждения автоколебаний резо­наторов подключается к источнику питания 21, а выходной сигналы подается на измеритель перио­да колебании 22.

При определении коэффициентов уравнений шкалы вибрационных плотномеров в процессе их градуи­ровки с помощью экспериментальной установки можно использовать данные о плотностях атмосферного воздуха и дистиллированной во­ды, приведенные в приложении.

Поверка вибрационного плотномера заключается в сличении его показаний с плотностями приготовленных и аттестованных повероч­ных жидкостей, в качестве которых можно использовать жидкости, применяемые для поверки образцовых и рабочих денситометров.

Таблица 30. Режимы работы экспериментальной установки

8.4. Приспособления

При сборке вибрационного плотномера с цилиндрическим резонатором очень важное место имеет взаимное расположение деталей относительно друг друга.

Если отверстия фланцев (4) не будут совпадать, тогда при протекании жидкости через эти отверстия будут возникать завихрения которые будут отрицательно складываться на измерениях и могут привести к дополнительным погрешностям.

На рисунке 19 и 20 показаны приспособления, которые обеспечивают взаимное расположение деталей при сборке.

Рисунок 19. Приспособление для обеспечения соосностей осей отверстий и параллельностей плоскостей деталей.

Рисунок 20. Приспособление для обеспечения соосностей осей отверстий и параллельностей плоскостей деталей.

8.5. Технологическая схема сборки

Технологическая схема сборки вибрационного плотномера для жидких сред с цилиндрическим резонатором представлена на рисунке 21.

Рисунок 21. Технологическая схема сборки вибрационного плотномера

9. Заключение

В данном дипломном проекте было предложено усовершенствовать вибрационный плотномер для жидких сред с цилиндрическим резонатором путем внедрения двух датчиков температуры, погрешность которых значительно меньше, и составляет 0,01 % от результата измерений. При уменьшении погрешности измерения температуры контролируемой среды уменьшается и погрешность измерения плотности вибрационного плотномера.

У предложенных датчиков температуры срок службы превышает срок службы ранее установленного датчика температуры. Предложенные датчики устанавливаются непосредственно в трубопровод до и после самого плотномера, а не внутри плотномера. Также эти датчики можно менять, при выходе их из строя, не останавливая перекачку жидкости по трубопроводу.

Также в данной конструкции предложен ряд изменений в целях достижения взаимозаменяемости отдельных узлов и деталей.

Комплекс этих усовершенствований позволяет снизить затраты на обслуживание данного измерительного устройства.

6. Литература

1. Ю.П. Жуков. Вибрационные плотномеры. – М. Энергоавтомиздат, 1991. – 144 с.: ил. – (Б-ка по автоматике; Вып 678).

2. Пат. 1175586 – Англия, МКИ G 01 n 9/00. Measuringoffluiddensity / J. Agar. 1969.

3. Пат. 1294489 – Англия, МКИ G 01 N 9/00. Linearingcircuit / A.J. Ley. 1978.

4. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти т. / Под ред. В.Н. Челомея. Т. 1. М.: Машиностроение, 1978.

5. О. И. Рыбьякова “Расчет затрат на разработку программного продукта”

6. СанПиН 2.2.3.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.

7. СНиП 23.05-95. Естественное и искусственное освещение.

8. Волосов С. С. Приборы для автоматического контроля в машиностроении. М., 1975.

9. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти т. / Под ред. В.Н. Челомея. Т. 6. М.: Машиностроение, 1981.

10. Кивилис С.С. Плотномеры. М.: Энергия, 1980.

11. Измеритель плотности жидкости вибрационного типа / ВЦП. № Ц-7008. М., 1973. Пер. ст. С. Охата, К. Ватабэ – из журн. «Кэйсо». 1968. Т. 11. №6. С. 45-51.