10.5 Газоанализаторы

Термокондуктометрический газоанализатор

Принцип действия. Работа приборов основана на измерении теп­лопроводности смесей. Принципиальная схема такого газоанализатора для определения количества СО₂ показана на рисунок 10.23. Прибор имеет четыре камеры — две воздушные и две газовые. В камерах установлены сопротивления из платиновой нити, соединенные по схеме моста.

Через газовые камеры 1 и 2 просасывается анализируемый газ, а ка­меры 3 и 4 заполнены воздухом.

При просасывании газовой смеси, содержащей СО₂, который имеет пониженную по сравнению с воздухом теплопроводность, передача тепла от нагретых платиновых нитей камер 1 и 2 к стенкам камеры будет меньше, чем от нитей камер 3 к 4. Равновесие моста будет нарушено тем в большей степени, чем больше углекислоты в анализируемом газе, что определяется по отклонению стрелки гальванометра, отградуированного в процентах СО₂.

Рисунок10.23 Принципи­альная схема электрического газоанализатора наСО₂ (1— 4 — камеры)

Предел измерения газоанализатора О…20 % СО₂, погрешность измерения ±0,5 % СО₂ .

Газоанализатор инфракрасного поглощения.

Предназначен для непрерывного измерения содержания одного из компонентов окиси углерода СО, двуокиси углерода СО₂, метана СН₄ и аммиака NH₃ при производстве синтетического аммиака. Его можно использовать и для сигнализации заданного значения концентрации. Вторичным прибором газоанализатора служит автоматический электронный показывающий равновесный мост постоянного тока с записью на дисковой диаграмме. Прибор устанавливают во взрывобезопасных помещениях. Принцип действия газоанализатора основан на компенсационном методе измерения избирательного поглощения определяемым компонентом инфракрасного излучения в диапазоне длины волн до 5,5 мк. Поглощение излучения зависит от концентрации измеряемого компонента в газовой смеси.

Потоки инфракрасного излучения, источником которых являются две нагреваемые электрическим током нихромовые спирали 1 (рисунок10.24), проходят через параллельно расставленные кюветы —сравнительную 14 и измерительную 12 — и попадают в лучеприемник 11). Через измерительную кювету 12 непрерывно продувается газовая смесь, содержащая определяемый компонент, избирательно поглощающий инфракрасное излучение. Поглощение пропорционально концентрации компонента. Сравнительная кювета 14 заполнена воздухом, и в ней инфракрасное излучение не поглощается.

Энергия потоков излучения, попадающих в приемные камеры лучеприемника 11 избирательно (в зависимости от состава газовой смеси в них), поглощается газом, который нагревается, вследствие чего повышается его давление. Интенсивность попадающих в камеры потоков излучения неодинакова, поэтому между камерами возникает разность давления, зависящая от концентрации определяемого компонента. Приемные камеры лучеприемника разделены мембраной толщиной 5 мк, воспринимающей разность давлений и являющейся подвижной обкладкой динамического конденсатора.

Из-за подвижности мембраны при изменении перепада давления изменяется емкость мембранного конденсатора. Благодаря обтюратору 17, представляющему собой диск с четырьмя диаметрально расположенными вырезами в форме секторов и приводимому во вращение синхронным двигателем 2, емкость изменяется периодически с частотой 6,25 Гц. Когда потоки излучения перекрыты диафрагмой, давление в камерах выравнивается, а когда диафрагма снята, давление возрастает, достигая величины, соответствующей энергии попадающих в камеры потоков излучения. При неравенстве потоков в камерах лучеприемника возникают пульсации давления, что приводит к изменениям емкости.

Рисунок 10.24. Принципиальная схема газоанализатора инфракрасного поглощения:

1- спирали-излучатели; 2- синхронный двигатель; 3- реверсивный двигатель; 4 — стрелка; 5 — перо; 6 — нулевая заслонка; 7 — фазочувствительный выпрямитель; 8 — усилитель; 9 — оконечный усилитель; 10 — стабилизатор напряжения; 11—лучеприемник; 12 — измерительная кювета; 13 — компенсационная заслонка; 14-— сравнительная кювета; 15 — фильтровые кюветы; 16 — фотосопротивление; 17 — обтюратор; 18 —лампа

Магнитные газоанализаторы

Как известно из физики, кислород в отличие от других газов притягивается магнитом. Это свойство называется магнитной восприимчивостью. Оно и положено в основу определения кислорода в газовой смеси. Газы, способные притягиваться магнитом, называют парамагнитными.

В магнитных газоанализаторах определяют не величину магнит­ной восприимчивости, а степень понижения этой магнитной восприимчивости при повышении температуры газовой смеси. Смесь, содержащую кислород, пропускают через нагревательные элементы, расположенные в неоднородном магнитном поле. При повышении температуры смеси ее магнитная восприимчивость снижается, в результате чего нагретый газ вытесняется из зоны магнитного поля холодными потоками смеси.

Термомагнитный газоанализатор с кольцевой камерой. Анализируемый газ поступает снизу в кольцевую камеру 1 (рисунок 10.25). по диаметру которой установлена тонкостенная стеклянная трубка 2 со спиралью 3, нагреваемой электрическим током и представляющей собой нагревательный элемент. Элемент изготовляют из материала с большим температурным коэффициентом электрического сопротивления, например из платиновой проволоки. Спираль состоит из двух секций, которые образуют два смежных плеча измерительного моста. Одна из секций находится в поле постоянного подковообразного магнита 6.

Если анализируемый газ содержит кислород, часть потока ответвляется и втягивается в трубку в направлении, показанном стрелкой. Здесь он нагрева­ется и выталкивается из магнитного по­ля через другой ее конец более холодной смесью, поступающей в камеру. В поперечной трубке создается непрерывный поток газа от магнитного конца к немагнитному. Поступающая холодная смесь охлаждает левую секцию спирали, а правая нагревается подогретым потоком газа. При этом сопротивление чувствительных элементов меняется и на выходе моста создается напряжение, которое пропорционально содержанию кислорода в анализируемой смеси.

Если кислорода в смеси нет, поток через поперечную трубку не проходит. Температура обеих секций спиралей одинакова, и напряжение на выходе моста равно нулю.

Рисунок 10.25. Принципиальная схема термомагнитного га­зоанализатора с кольцевой камерой;

1 — кольцевая камера; 2 — стеклянная трубка; 3— спираль; 4 — реостат стандартизации тока; 5— измерительный прибор; б —магнит

Изменение температуры секций термоэлемента нарушает равновесие моста, в который он включен, и в диагонали моста возникает напряжение небаланса, пропорциональное содержанию кислорода в смеси. Таким образом, в зависимости от концентрации кислорода в смеси изменяется интенсивность термомагнитной конвекции и степень охлаждения нагревательных элементов. В результате меняется их электрическое сопротивление, которое и является мерой содержания кислорода в анализируемой смеси.

Термомагнитные газоанализаторы с кольцевой камерой могут иметь различные пределы измерения объемной концентрации кислорода (в % по объему): от 0 до 5, от 0 до 100. Точность измерения 1-2,5 % диапазона шкалы.

Фотоколориметрический газоанализатор на сероводород

Является автоматическим показывающим и самопишущим прибором для определения содержания сероводорода в водяном, полуводяном и коксовом газах после сероочистки, в очищенном крекинг- или пирогазе, в воздухе цехов по производству искусственного волокна.

Вторичным прибором служит электронный автоматический показывающий потенциометр с записью на дисковой диаграмме и электрическим регулирующим устройством.

Принцип действия газоанализатора основан на фотометрировани и индикаторной тканевой ленты, пропитанной раствором ацетата свинца и просушенной, при взаимодействии с сероводородом ее окраска изменяется. Изменение освещенности фотоприемников прибора в зависимости от интенсивности окраски ленты является мерой концентрации анализируемого ком­понента.

Рисунок 10.26. Схема подачи газа на анализ в газоанализаторе на сероводород:

1, 4 — вентили; 2 —манометр; 3 — трехходовой кран; 5 — влагоотделитель; 6 — датчик.

Анализируемый газ под давлением, которое устанавливают при помощи вентиля 1 (рисунок 10.26) по манометру 2, проходит через влагоотделитель 5 в регулятор расхода, укрепленный в кожухе датчика 6. Оттуда газовая смесь подает­ся на индикаторную ленту датчика. Пробы на контрольный анализ берут при помощи трех­ходового крана 3 и вентиля 4.

Оптическая схема прибора показана на рисунок 10.27. Световые пучки от осветительной лам­пы 4 с помощью собирательных линз 3 попадают через отверстия в фотосопротивлениях 2 и 5 на движущуюся индикаторную ленту и неподвижный сравнительный образец 6. Отражаясь от них, они попадают на чувствительный слой фотосопротивлений. При одинаковой окраске движущейся индикаторной ленты и неподвижного образца величина отраженных от них све­товых потоков одинакова, и, следовательно, рабочее и сравнительное фотосопротивления, включенные по мостовой схеме, освещаются одинаковыми по величине световыми потоками. Возникающие в фотосопротивлениях фототоки будут также одинаковыми, и через диагональ моста ток идти не будет.

При изменении концентрации сероводорода в анализируемом газе соответственно изменяется интенсивность окраски индикаторной ленты, а следовательно, и величина отраженного от нее светового потока, попадающего на рабочее фотосопротивление. Поэтому рабочее и сравнительное фотосопротивления освещаются разными по величине световыми потоками и возникающие в них фототоки также неодинаковы. Это вызывает нарушение равновесия измерительной системы, и через диагональ моста подается ток на вход усилителя вторичного прибора, а после усиления — на реверсивный двигатель. Двигатель перемещает движок реохорда до момента восстановления равновесия схемы.

Рисунок 10.27. Оптическая схема газоанализатора на сероводород: 1 — индикаторная лента; 2, 5 — фотосопротивления; 3 —линза; 4 — лампа;

6 — сравнительный фотоэлемент

Газоанализатор ультрафиолетового поглощения

В результате поглощения анализируемым компонентом части энергии интенсивность потока ультрафиолетового излучения на выходе кюветы уменьшится (рисунок 10.28).

В сравнительном канале поток ультрафиолетового излучения проходит через герметичную сравнительную кювету 4 и на выходе ее интенсивность потока излучения все время остается постоянной.

Измерение интенсивностей потоков осуществляется двумя фотоэлементами: рабочим 5 и сравнительным 6, включенными в дифференциальную измерительную схему. Сигнал разбаланса от неравенства интенсивностей обоих потоков излучения усиливается в электронном усилителе 7, и в результате реверсивный двигатель 8 перемещает компенсационную заслонку 9, находящуюся в сравнительном канале за кюветой 4, и кинематически связанные с ней стрелку и перо узла регистрации 10 до тех пор, пока интенсивность потока ультрафиолетового излучения в сравнительном оптическом канале не станет равной интенсивности потока в измерительном канале. Так как степень поглощения ультрафиолетовой радиации за­висит от содержания в газовой смеси анализируемого компонента, то каждому значению содержания определяемого компонента соответствует вполне определенное положение компенсационной заслонки 9 и связанных с ней стрелки и пера узла регистра­ции 10.

При отсутствии в измерительной кювете анализируемого компонента интенсивность обоих потоков должна быть равной. Для корректировки пуля прибора в этих условиях слу­жит заслонка 11, помещенная в измерительном оптическом канале.

Недостатком этой измерительной схемы является наличие двух фотоэлементов, которые всегда имеют неидентичные характеристики и параметры.

Рисунок 10.28. Принципиальная схема автоматического газоанализатора

ультрафиолетового поглощения с оптической компенсацией:

1 — ртутная лампа холодного свечения; 2 — высокочастотный

генератор; 3 — измерительная кювета; 4 — сравнительная кювета;

5— фотоэлемент измерительного канала; 6— фотоэлемент сравнительного канала; 7 — электронный усилитель; 8—реверсивный двигатель;

9 — компенсационная заслонка; 10 — узел регистрации; 11 — заслонка установки нуля.

10.6 Анализаторы для нефти

Анализаторы содержания воды в нефти

Определение содержания воды в нефти имеет особое значение на установках для обессоливания и обезвоживания нефти и в атмосферно-вакуумных установках. Лабораторные анализы трудоемки, а результаты их поступают к оператору с запозданием на 2—3 ч. На современных заводах содержание воды определяют автоматическими приборами.

Анализатор устанавливают на потоке, где он непрерывно фиксирует содержание воды в нефти. Работа прибора основана на измерении диэлектрической постоянной жидкости, протекающей через датчик, который в зависимости от изменения диэлектрических свойств продукта меняет свою емкость.

Измерительная ячейка — датчик — представляет собой цилиндрический конденсатор, между обкладками которого (внешняя — корпус и внутренняя — стержень) проходит испытуемая нефть. Емкость конденсатора зависит как от диэлектрической постоянной нефти, так и от содержания в ней воды.

Градуировку прибора проверяют, сопо­ставляя его показания с данными анализа по Дину и Старку. Расхождение между показаниями прибора и лабораторного анализа устраняют перестановкой положения точного нуля. В соответствии с внесенными изменениями необходимо скорректировать эквивалент и нуль на записывающем приборе.

Для автоматической корректировки нуля в приборе установлены автоматически замыкающиеся контакты, вклю­чающие раз в час эквивалент.

Предел измерения прибором 0—2, 0—5 и 0—10%, чувствительность 0,2 %, погрешность 1,5 % полного значения шкалы. Метрологи­ческие параметры прибора зависят от диэлектрической постоянной нефти.

Анализатор АВН-1м. Предназначен для определения, регистра­ции и телепередачи объемного содержания воды в обессоленной нефти на установках первичной переработки нефти на нефтепромыслах и установках АВТ и ЭЛОУ на нефтеперерабатывающих заводах. Ана­лизатор используют также как датчик в схемах автоматизации с соответствующими регуляторами или электронно-вычислительными машинами.

Принцип действия прибора основан на измерении разности ди­электрических проницаемостей обводненной и безводной нефти. Датчик

Состоит из двух конденсаторов – измерительного и сравнительного,

между электродами которых протекает измеряемая и обезвоженная осушительным устройством нефть. Сравнительный конденсатор, через который протекает обезвоженная нефть, устраняет погрешность, возникающую из-за изменения состава (месторождения) нефти. Для устранения погрешности, появляющейся вследствие колебания тем­пературы нефти, поток измеряемой нефти пропускают по рубашке, охватывающей сравнительный конденсатор. Чтобы уменьшить допол­нительную погрешность из-за нестабильности параметров соедини­тельных кабелей, датчик подключают к кабелям через согласующие трансформаторы с большим коэффициентом трансформации.

Запись результатов измерения производит регистрирующее устройство электронного потенциометра. На регистраторе установлен также потенциометрический датчик для телепередачи результатов измерений и ввод их в ЭВМ. Напряжение постоянного тока на выходе датчика пропорционально содержанию влаги в нефти.

Рисунок 10.29. Схема автоматического анализатора содержания воды в нефти ABH-1М:

1 — газоотделитель; 2, 3 — трубопроводы; 4, 8 — трансформаторы; 5 — ячейка измерительная; 6— ячейка сравнительная; 7 — датчик; 9— осушительная колонка; 10 — кран; 11, 14—тгрубы, 12 — пневмопривод; 13 — дозатор

Трубопровод 2 служит для подачи измеряемой нефти в стенд датчика, по трубопроводу 3 нефть возвращается на техноло­гическую установку. После дозатора 13 обезвоженная нефть сбрасывается по трубе 14 в канализацию. По трубе 11 в стенд датчика поступает сжатый воздух.

Измерительно-регистрирующее устройство выполнено с искробезопасным выходом. Шкала прибора разделена на 100 делений и соответствует диапазону 0—1 % влагосодержания. Максимально допустимая приведенная погрешность +10 %.

Анализатор содержания нефти в воде

Содержание нефтепродуктов .в сточных водах (в пределах 200 мг/л), вытекающих из заводских нефтеловушек, определяет автоматический анализатор ПОНВ-57. Он состоит из датчика, панели управления, экстрактора и вторичного прибора — электронного потенциометра.

Анализатор может работать с экстрактором, в котором нефть отделяют от воды с помощью четыреххлористого углерода, и без эк­страктора, с подачей пробы непосредственно в измерительную кювету.

Действие прибора основано на способности нефтепродуктов люминесцировать под влиянием ультрафиолетового излучения. При постоянной интенсивности ультрафиолётового излучения свечение раствора четыреххлористого углерода возрастает с увеличением содержания нефтепродуктов в воде. Следовательно, измерение содержания нефтепродуктов в воде сводится к измерению интенсивности свечения.

В анализаторе использован дифференциальный метод измерения интенсивности свечения, заключающийся в измерении разности световых потоков, получаемых от эталонной и контролируемой жидкости. Достоинство такого метода — независимость показаний прибора от интенсивности ультрафиолетового излучения и малая погрешность измерения.

Шкала регистрирующего прибора градуирована в абсолютных значениях концентраций, в качестве эталона применяют чистый четырех-хлористый углерод.

ПОНВ-57 тарируют на эталонных растворах ловушечного нефтепродукта в четыреххлористом углероде при установившемся режиме, на стабильность проверяют на люминесцирующих стеклах, помещаемых в кюветы.

Анализатор содержания солей в нефти

Работа прибора заключается в отмывке солей от нефти водным конденсатом и последующем измерении его электропроводности. Анализатор отбирает пробу нефти, перемешивает ее с определенным количеством обессоленной воды, отстаивает, очищает водную вытяжку, а также измеряет ее солесодержание. Содержание солей в нефти записывает автоматический электронный регистрирующий мост. Прибор применяют для измерения со­держания солей как в сырой нефти, так и в нефти, прошедшей процесс электрообессоливания.

В анализатор нефть из потока поступает непрерывно. Одновременно происходит дозирование конденсата в соотношении 20:1 для обес­соленной нефти и 30:1 для сырой. Отбираемая для анализа нефть подводится к прибору и возвращается в сырьевой насос, на приеме которого давление ниже, чем в месте отбора.

Кулонометрический и измеритель микроконцентраций влаги в газах

Принцип действия прибора основан на непрерывном извлечении влаги из потока анализируемого газа пленкой гигроскопического вещества (фосфорного ангидрида) и одновременном непрерывном количественном электролизе извлечен­ной влаги в толще пленки.

Величина тока электролиза является мерой концентрации влаги, содержащейся в анализируемом газе. Вторичным прибором служит электронный автоматический показывающий потенциометр с записью на ленточной диаграмме и трехпозиционным регулирующим устройством.

Рисунок 10.30. Чувствительный элемент кулонометрического измерителя микроконцентрацвй влаги в газах: 1 — пластмассовый корпус;

2 — электроды; 3 —пленка.

Конструкция трубчатого чувствительного элемента измерителя влаги приведена на рисунок10.30. Во внутреннем канале пластмассового корпуса 1 разме­щены два металлических электрода 2, изготовленных в виде несоприкасающихся витков. Между электродами нанесена пленка 3 частично гидратированной пятиокиси фосфора, обладающей высокой высушивающей способностью. Через элемент непрерывно протекает анализируемый газ. Расход газа поддерживают строго постоянный. Размеры элемента и расход газа; подобраны таким образом, что влага практически целиком извлекается из газа. Поглощенная влага, соединяясь с веществом пленки, образует концентрированный раствор фосфорной кислоты с высокой удельной проводимостью. К электродам подключен источник постоянного тока, причем обеспечиваемое источником напряжение превышает потенциал разложения воды. Таким образом, одновременно с поглощением влаги ведется ее электролиз. В установившемся режиме количества поглощенной и разложенной в единицу времени воды равны, следовательно, ток, измеряемый микроамперметром, включенным последовательно с источником питания, является мерой концентрации влаги в анализируемом газе. В электрическую схему прибора введен феррорезонансный источник стабилизированного питания.

Датчик смонтирован в корпусе, внутри которого установлена панель с узлом подготовки пробы анализируемого газа и чувствительными элементами.

Газовая схема датчика приведена на рисунок 10.31. Анализируемый газ поступает в фильтр тонкой очистки 7, затем проходит последовательно через чувствительные элементы — рабочий 1 и контрольный 2, регулятор расхода газа 3, индикатор расхода — ротаметр 4 и отводится в дренажный трубопровод.

Рисунок 10.31. Газовая схема датчика кулонометрического измерителя:

1 — чувствительный элемент рабочий; 2 — чувствительный элемент контрольный; 3 — регулятор расхода газа; 4— ротаметр; 5 — регу­лирующий дроссель; 6 — байпас; 7 — фильтр тонкой очистки

Регулятор 3 поддерживает расход анализируемого газа на постоянном уровне. Для уменьшения инерционности прибора установлена обводная (байпасная) линия 6. Расход газа через байпас регулирует дроссель 5.

10.7 Плотномеры

Одним из важнейших показателей, харак­теризующих нефтепродукты, является их плотность. Она определяет­ся массой тела, заключенной в единице его объема, и измеряется в г/см³ (кг/м³).

Удельный вес представляет собой отношение веса тела к весу воды в том же объеме и является отвлеченным числом, не имеющим размерности. Так как за единицу массы принята масса 1 воды при температуре 4 °С (277 К), то плотность, выраженная в г/, будет численно равна удельному весу тела по отношению к воде при температуре 4 °С (277 К). Удельный вес (максимальный) нефтепродуктов следующий: керосин осветительный — 0,840, масло авиационное — 0,897, масло веретенное — 0,896, бензол — 0,874, толуол — 0,867, ксилол — 0,850, пек жидкий — 1,150.

Измерение плотности жидкости имеет большое значение. Контроль и регулирование работы выпарных установок, абсорберов, дистнлляционных, ректификационных и других аппаратов требуют непрерывного определения плотности.

Для измерения плотности жидкостей существует несколько методов: ареометрический, пьезометрический и радиоактивный.

Пьезометрические плотномеры.

Пьезометрический метод измерения плотности основан на измерении давления, создаваемого столбом жид­кости с постоянным уровнем. Прибор (рисунок 10.32) аналогичен уровнемеру с непрерывной продувкой. По вертикальным трубкам, погруженным в эталонную и измеряемую жидкость, непрерывно под определенным давлением поступает воздух или газ, перепад давлений которого измеряет дифференциальный манометр. Дифференциальный манометр 8, который измеряет разность давлений двух столбов жидкостей является мерой отклонения плотности рабочей жидкости от эталонной. Защитный ци­линдр 2, в котором находится пьезометрическая трубка 1, служит для устранения влияния динамического напора.

Рисунок 10.32. Принципиальная схема пьезометрического плотномера:

1,5 — пьезометрические трубки; 2— защитный цилиндр:

3 —рабочий сосуд; 4 — перегородка; 6 — сравнительный сосуд;

7 — регуляторы; 8 — дифманометр

Диапазон измерения плотности таким методом 400—800 кг/м³.

Измеритель плотности жидкости с уровнемером. Действие приборов для непрерывного измерения плотности в производственных условиях основано на том же принципе, что и действие ареометра (рисунок 10.33). Перепад давления, создаваемый диафрагмой, заставляет жидкость медленно протекать через сосуд, в котором смонтирован поплавковый уровнемер 1, напри­мер пневматический. Величина перемещения погруженного поплавка (буйка) 2 зависит от удельного веса протекающей жидкости, поэтому вторичный прибор 3 типа МС, присоединенный к пневматическому устройству уровнемера, можно проградуировать в единицах плотности жидкости.

Рисунок10.33 Схема измерителя плотности жидкости с уровне­мером: 1 — уровнемер; 2 — поплавок; 3— вторичный! прибор; 4 — диафрагма	Рисунок 10.34. Принципиальная схема поплавкового плотномера с частичным погружением: 1 - вторичный прибор; 2 - индукционные катушки; 3- стакан; 4- рабочий сосуд; 5- сравнительный поплавок; 6- измерительный поплавок; 7 — сердечник
Рисунок 10.35. Принципиальная схема поплавкового плотно­мера с полным погруже­нием 1 — камера с эталонной жидкостью; 2—сравнительный поплавок; 3 — коромысло; 4 — рабочий поплавок	Рисунок 10.36. Схема измерителя плот­ности жидкости с непрерывной продувкой воздухом

Поплавковый дифференциальный плотномер с частичным погружением (рисунок 10.34). Поплавок в этом приборе имеет постоянный вес. Глубина его погружения служит мерой плотности жидкости.

Датчик состоит из двух плавающих поплавков — измерительного 6 и сравнительного 5 с сердечниками 7 из ферромагнитного материала, и соответственно двух индукционных катушек 2. Индукционная система сравнительного поплавка служит для температурной компенсации. Показания на вторичный прибор 1 передаются по дифференциально-трансформаторной системе.

Поплавковые плотномеры с полным погружением. Они различаются по способу уравновешивания выталкивающей силы. В основном применяют способ непосредственного взвешивания. На схеме плотномера с полностью погруженным поплавком (рисунок 10.35) мерой плотности исследуемой жидкости является отклонение коромысла. Второй поплавок, погруженный в эталонную жидкость, обеспечивает температурную компенсацию.

Плотномер с непрерывной продувкой воздуха (рисунок 10.36) не позволяет измерить плотность с высокой точностью. Более точным является дифференциальный метод, когда определяется разность плотностей измеряемого продута и эталонной жидкости.

Плотномер газа. Измерение плотности газа основано на измене­нии веса поплавка (шара) прибора в зависимости от плотности газа. На коромысле 2 (рисунок 10.37) укреплены два полых стеклянных шара:

Рисунок 10.37. Плотномер газа: 1- закрытый шар; 2 — коромысло;

3 — шар c отверстиями

Закрытый шар 1 емкостью 0,85 л заполнен сухим азотом, шар 3 имеет четыре отверстия. Поверхности шаров 1 и 3 равны. Это сдела­но для того, чтобы влага, адсорбируемая поверхностями шаров, не изменяла положения коромысла. Коромысло 2 с шарами находится в камере; через нее протекает газ, плотность которого измеряют. При изменении плотности газа относительный вес шара 1 изменится, а шара 3 останется таким же, так как первый заполнен азотом, а второй измеряемым газом. В результате этого коромысло 2 отклоняется и его движение магнитной муфтой передается стрелке, перемещающейся вдоль шкалы, градуированной в значениях абсолютной плотности. Пределы измерения плотномера 0,2—2,5 кг/м³, основная допустимая погрешность ±2 % для низких значений плотности и +1,5% для более высоких.

Датчик удельного веса. Он является пневматическим прибором компенсационного типа, непрерывно определяющим удельный вес протекающей через трубопровод жидкости. Действие датчика основано на взвешивании нефтепродукта, протекающего через U-образную трубу определенного объема. Удельный вес измеряется при фактической температуре жидкости, заполняющей чувствительный элемент прибора. Отсчет измеряемого удельного веса производят по вторичному манометрическому прибору.

Рисунок 10.38. Принципиальная схема датчика удельного веса

1 – шарикоподшипник; 2- сильфоны; 3 – кронштейны; 4 – патрубки; 5 – труба; 6 – пружина; 7 – рычаг обратной связи; 8 – ролик; 9 – траверса; 10, 12 – стержни; 11 – грузы; 13 – заслонка; 14 – сопло; 15 – демпфер; 16 – сильфон обратной связи; 17 – фильтр; 18 – редуктор; 20 – мембранный усилитель.

Чувствительным элементом прибора является 11-образная горизонтальная труба 5 (рисунок 10.38), жестко закрепленная в траверсе 9, связанной с неподвижным кронштейном 3 при помощи двух шарикоподшипников 1. Концы трубы через сильфоны 2 герметично соединены с неподвижными патрубками 4, предназначенными для подвода и отвода проверяемой жидкости. Гибкое соединение трубы при помощи сильфонов придает ей подвижность: труба легко отклоняется около горизонтальной оси, являющейся также общей осью шарикоподшипников. На траверсе 9 жестко закреплен резьбовой стержень 10 с роли ком 8, опирающимся на рычаг обратной связи 7, к которому прижаты сильфон обратной связи 16 и стержень 12 с настроечными грузами 11,

С трубой 5 связаны гидравлический демпфер 15 для предотвращения колебаний прибора, уравновешивающая пружина 6 и заслонка 13, прикрывающая сопло 14. Линия сопла 14 присоединена к верхней полости пневматического мембранного усилителя 19, на вход которого через фильтр 17 и редуктор 18 подается сжатый воздух из ли­нии питания, а к выходу присоединены сильфон обратной связи 16 и линия вторичного прибора.

Датчик удельного веса с температурной компенсацией предназначен для непрерывного измерения удельного веса светлых и темных (некоксующихся) нефтепродуктов, а также других жидкостей, не содержащих твердых взвесей и газовых включений. Отличительной особенностью этого датчика является наличие системы температурной компенсации, которая автоматически вносит температурную поправку к измеренному удельному весу в соответствии с температурой контролируемой жидкости, т. е. приводит значение измеряемого удельного веса к температуре 20 °С (293 К).

Величина поправки удельного веса, автоматически вносимой датчиком в соответствии с температурой контролируемой жидкости, регулируется от 0 до 0,0014 г/см³ на 1 °С. Общий диапазон измерения удельного веса от 0,5 до 1,2 г/см³ с пределами 0,05; 0,10 или 0,15 г/см³. Максимальное рабочее давление 10 бар . Максималь­ная рабочая температура 150 °С (423 К). Максимальная скорость протекания жидкости через датчик 2—3 дм³/мин. Основная допустимая погрешность датчика в комплекте со вторичным прибором (по удельному весу) 0,002 г/см². Запаздывание показаний при диаметре соединительных труб 3/4", расстоянии датчика от места забора 10 м и скорости протекания продукта 20 дм³/мин за 30 с.

Для измерения плотности загрязненных, вязких, липучих и агрессивных жидкостей и пульп применяют приборы, основанные на использовании радиоактивных изотопов. Элементы такого прибора уста­навливают снаружи трубопровода или аппарата: с одной стороны источник гамма-излучения (например, Со60), а с другой — счетчик импульсов. При изменении плотности жидкости изменяется число импульсов, регистрируемых счетчиком. Погрешность таких приборов не превышает 2 % номинального значения шкалы.

Радиоактивные плотномеры.

Диапазон измерения между минимальным и максимальным пре­делами шкалы составляет 0,5 г/см³ в интервале измерения плотности от 0,5 до 2,5 г/см³. Допустимая погрешность измерения +2% при диапазоне 0,5 г/см³. Время прохождения стрелкой всей шкалы 5 мин.

Радиоизотопный плотномер жидкости ПЖР-5 предназначен для бесконтактного непрерывного дистанционного измерения, записи и регулирования плотности различного рода растворов и жидкостей. Действие прибора основано на использовании свойств ядерного излучения и особенностей его взаимодействия с веществом: рассеяние и ослабление излучения во время прохождения через вещество, отра­жение излучения, его ионизационная способность.

Радиоизотопный прибор высокочувствителен и универсален. На результатах измерения не сказываются колебания температуры воз­духа. При помощи ядерных излучений можно оперативно контролировать производственные процессы и управлять ими во взрывоопасных, агрессивных, вязких и абразивных средах, при этом измерение ведется в ходе производственного процесса. Прибор этого типа используют в химической, горнорудной, угольной и других отраслях промышленности. Им можно измерять плотность различных жидкостей в трубопроводах, определять содержание твердых веществ в суспензиях и пульпе, концентрацию растворов (по плотности). Действие прибора основано на зависимости поглощения гамма-излуче­ния от плотности измеряемой среды. В приборе два рабочих источ­ника: основной и компенсационный. Схема выполнена по двухлучевому компенсационному методу с регистрацией разности показаний.

На рисунок 10.39 показана блок-схема прибора. Излучение от основного источника 12 проходит через объект контроля 1, а излучение компен­сационного источника 10 — через компенсирующий клин 9, и попадают в разные ионизационные камеры 2 и 4. Разность ионизационных пото­ков, функционально зависимых от плотности контролируемой среды и просвечиваемой толщины клина, при помощи динамического конденсатора преобразуется в переменное напряжение, усиливаемое электронным блоком 3, и управляет реверсивным сервомотором 7. Сервомотор перемещает компенсирующий клин 9, жестко связанный с настроечной шкалой 8. Положение клина является показателем плотности измеряемой среды. Вместе с клином перемещается сердечник б индукционной катушки, которая служит датчиком вторичного прибора 5.

Прибор просвечивает слой жидкости вместе со стенками трубопровода в пределах от 50 до 300 мм. Диапазон измеряемой плотности от 0,3 до 3,5 г/см³. Основная погрешность измерения не превышает + 2% верхнего значения измеряемого диапазона.

Рисунок 10.39. Блок-схема плотномера ПЖР-5:

1 — объект контроля; 2 — основная ионизационная камера; 3 — электронный блок; 4 — компенсационная ионизационная камера; 5— вторичный прибор; 6 —сердечник индукционной катушки (датчик вторичного прибора); 7 — реверсивный сервомотор, 8 — настроечная шкала; 9 — компенсирующий клин; 10 — компенсационный источник излучения; И —- контрольный источник излучения; 12 — основной источник излучения; 13 — электромагнит для перемещения основного источника излучения; 14 — клин-корректор.

Поплавковый плотномер

Через фильтр, редуктор и дроссель 10 в прибор непрерывно поступает воздух под давлением и выходит через зазор между соплом П и заслонкой 12, закреплен­ной на конце коромысла 7.

При поднятии поплавка заслонка опускается, давление воздуха на выходе из сопла и в мембранной коробке 13 повышается, толкатель мембраны через рычаг 14 и ролик 15 перемещает правый конец коромысла вверх и заслонка отводится от сопла.

Давление воздуха на мембрану, пропорционально действующей на поплавок выталкивающей силе, является мерой плотности жидкости. В качестве вторичного прибора используется манометр, шкала которого проградуирована в еди­ницах плотности.

Рисунок 10.40 Принципиальная схема плотномера с пневматическим преобразователем