27 Сурет - Сыйымдылықты деңгей өлшеуіштер сұлбасы.

«Эхо» типті ультрадыбысты деңгей өлшеуіш, толқындар шағылуына жұмыс істейді, пьезоэлектрлік сәулелендіргіш-қабылдағыштан, импульсті генератордан, электронды күшейткіштен, уақыт өлшегіштен және екіншілікті аспаптан тұрады. Генератордың электрлік импульстері ультрадыбыстыға ыдыс түбінде орналасқан пьезоэлектрлік сәулелендіргішпен түрленеді. Сұйық-газ бөліну шекарасынан шағылған ультрадыбысты толқындар, қабылдағыш ретінде қолданылатын, сәулелендіргішке қайта келеді, және электрлік импульсқа түрленеді. Сусымалы материалдарға арналған деңгей өлшеуіштер Шанаптардағы сусымалы материалдардың деңгейін өлшеу кезінде келесідей ерекшеліктерді ескеру қажет: бөлшектердің үйкелісі мен тістесуі салдарынан туатын табиғи ойпаттық бұрышының болуын; материалдың қатталуын; бөлшектердің қабырғаға жабысуын; сыйымдылықтағы сусымалы заттың оның ылғалдығына және т.б. массасының тәуелділігі. Бұл ерекшеліктермен шартталатын талаптарға қалытқылы, салмақты, электрлік сыйымдылықты және радиоизотопты деңгей өлшеуіштер сәйкес келе алады. Сусымалы материалдардың деңгейін өлшеуге арналған қалтқылы деңгей өлшегіштер құрылымы бойынша, сұйықтар деңгейін өлшеуге арналған қалтқылы деңгей өлшегіштерге ұқсас. Сусымалы материалдардың деңгейін үздіксіз өлшеу үшін көбінесе, Әрекет ету принциптері жоғарыда айтылып кеткен, сыйымдылықты деңгей өлшеуіштер қолданылады. Сезімталды элемент ретінде стерженді электрод қызмет атқарады.

№ 13 дәріс. Шығынды өлшеуге арналған аспаптар сыныптамасы және өлшеу бірліктері. Өлшеу бірліктері. Шығынды өлшеуге арналған аспаптар сыныптамасы. Технологиялық процестерді басқару үшін қосалқы материалдардың, отынның, бастапқы және алынатын өнімдердің шығыны мен санының дәл есептелуі қажетті. Шығын деп уақыт бірлігінде белгілі бір қима арқылы өтетін заттың көлемі немесе массасы аталады. Яғни осыған сәйкес, көлемдік Q және массалық G шығындар болады, олар өзара заттың тығыздығы арқылы байланысты ρ (кг/м3). Сұйық шығынының көлемдік бірлігінен массалығына өту үшін оның температурасын ескеру қажет, өйткені: ρt=ρ20/[1-β(20-t)] (52) мұндағы ρ20—20 °С кезіндегі сұйық тығыздығы; β — сұйықтың көлемдік кеңеюінің температуралық коэффициенті, 1/°С; t — сұйық температурасы, °С. СИ жүйесінде көлемдік шығынның негізгі бірлігі м3/с, ал массалықта — кг/с. Техникалық өлшеулер кезінде көбінесе м3/сағ және кг/сағ бірліктері қолданылады. Зат шығынын өлшеуге арналған аспап шығын өлшеуші деп, ал зат саны — мөлшер санаушы деп аталады. Интегратор болған жағдайда, шығын өлшегіштер кез-келген уақыт интервалында шығындалған заттың мөлшерін анықтауға мүмкіндік береді. Мөлшер есептеуіштер көрсеткіштері бойынша белгілі бір уақыт аралығындағы заттың орташа шығынын анықтауға болады. Өлшеудің қабылданған әдісіне тәуелді келесідей шығын өлшеуіштер болады: қысымның ауыспалы құламасы; жылдамды (арынды); қысымның тұрақты құламасы; электромагнитті (индукциялық); ультрадыбысты. Мөлшер санаушылар жылдамдықты, көлемді және ротациялық болып бөлінеді. Қысымның ауыспалы құламасының шығын өлшеуіштері және жылдамдықты шығын өлшеуіштер Бу мен газ сұйығының шығынын өлшеу кезінде қысымның ауыспалы құламасының шығын өлшеуіштері қолданылады, олардың әрекеті тұрақты қиманың тарылу құрылғысындағы қысымның құлауына негізделген. Тарылту құрылғысына дейінгі және кейінгі статикалық қысымның айырмасы (қысым құламасы) дифференциалдық манометрмен өлшенеді және шығын шамасы болады. Тарылтқыш құрылғы ретінде диафрагмалар мен соплалар қолданылады: ең кең тараған диафрагма (28 сурет) келтірілген. Ағын, диафрагма саңылауынан өте отырып, сығылады, жәнеде оның ең үлкен сығылуы диафрагманың II-II қимада өтуінен соңғы инерция салдарынан жүреді. Содан соң ағыншаның кеңею шамасына қарай құбырдағы қысым жоғарылайды, бірақ өзінің бастапқы шамасына жете алмайды, өйткені қайтымсыз қысым жоғалымы өтеді δр, ол әртүрлі жергілікті кедергіні жеңуге кетеді. Диафрагмадағы қысымның өзгеруі статикалық қысымның

(потенциалдық энергияның) динамикалық қысымға (кинетикалық энергияға) өтуімен түсіндіріледі.

28 сурет. Қысым құламасы ауыспалы шығын өлшеуіштер сұлбасы: 1 - диафрагма; 2 - дифманометр; 3 – ағыс ұзындығы бойынша х қысымның өзгеру қисығы; 4 — ағынның v сызықтық жылдамдығының өзгеру қисығы; Р1' және Р2' - ағын ортасының қысымы; Р1 және Р2 - құбыр қабырғасы жанындағы қысым

Егер сұйық сығылмайды және оның диафрагмаға дейінгі және кейінгі тығыздығы өзгермейді десек, онда ағыншаның үздіксіздігі шартынан жазуға болады s1v1=s0v0= s2 v2 (53) мұндағы s1, s0, s2 - I-I қимадағы құбырдың көлденең қимасының аудандары, II-II қимадағы ағынның ең тар бөлігіндегі диафрагма саңылауы сәйкесті, м2; v1, v0, v2 — осы қималардағы сұйықтың жылдамдықтары, м/с. Бернулли заңына сәйкес, үйкеліс шығынын есепке алмай анықтаймыз: P1+(v12ρ/2)=Р2+(v22ρ /2) (54) мұндағы P1 және Р2 — I-I және II-II қималардағы статикалық қысымдар, Па; v12ρ және v22ρ- сол қималардағы динамикалық қысымдар; ρ-сұйықтың тығыздығы, кг/м3. Қысымның ауыспалы құламасы әдісі бойынша шығынды өлшеу үшін стандартты тарылтқыш құрылғылар қолданылады: нормалданған диафрагмалар мен соплалар, сонымен қатар Вентури сопласы. Нормалды стандартты диафрагма диаметрі D>50 мм құбырлар үшін қолданылады. Ол кіріс жағынан үшкір цилиндрлік ұшы бар, ары қарай 30—45° бұрышпен жасалған, дөңгелек орталықтандырылған саңылаулы жұқа дискіні көрсетеді (29 сурет). Құбырлардың диаметрлері 500 мм және одан үлкен диафрагмалар конустық кеңеюсіз жасалады. Диафрагма қалыңдығы Е 0,05 D20 аспауы керек, ал цилиндрлік саңылаудың ұзындығы е 0,005 D20 < е < 0,02D20 шартты қанағаттандырады. Тарылатын құрылғыдағы қысымның құламасы жеке саңылау арқылы өлшенеді (төменгі бөлігі 29 суретте) немесе камералық диафрагмаларда екі сақиналы камера арқылы (жоғарғы бөлігі 29 суретте), олардың әрқайсысы

құбырдың ішкі бөлігімен ені с сақиналы саңылаумен байланысады. Сақиналы камералар қысымды теңестіруді қамтамасыздандырады, бұл диафрагмаға дейінгі және кейінгі құбырдың тура бөлімдері аз болған кездегі қысым құламасын дәл өлшеуге мүмкіндік береді. Тарылатын құрылғыдағы қысымның құламасы дифференциалдық манометрлер-шығын өлшегіштермен өлшенеді. Екіншілікті аспаптар ретінде КСД типті аспаптар қолданылады. Жылдамдықты шығын өлшеуіштердің әрекеті динамикалық қысымның өлшенетін орта ағыны жылдамдығына тәуелділігіне негізделген.

29 сурет – Стандартты диафрагма конструкциясы.

Қысымның тұрақты құламасының шығын өлшеуіштері. Ротаметр деп аталатын, бұл шығын өлшеуіштердің әрекеті, сұйық пен газдың ағуы үшін құбырдың өтпелі қимасын өзгертетін сезімталды элементтің қалытқының қозғалысына негізделген.

30 сурет – Нормаға келтірілген (ағынды) құбыршалар.

Қалытқыдағы қысым құламасы жалпы тұрақты болып қалады, ал оның көтерілу биіктігі өлшенетін сұйықтың немесе газдың шығынының шамасына пропорционал. Ротаметр шкаласы бірқалыпты, ондағы қысымның жоғалымы аз. Көрсеткішті ара қашықтыққа көрсететін (беретін) ротаметрлер (шкаласыз) жез немесе тот баспайтын болат металдық құбыршадан жасалады. Олар 6,4 МПа дейінгі қысым кезінде өлшеуге арналған. Шығын туралы ақпаратты беруге арналған дифференциалды-трансформаторлық түрлендіргіш болады, оның плунжері қалытқымен бірге қозғалады. РЭ типті, өлшеу шектері 0,025-63 м3/сағ (су үшін) және негізгі қателігі ұ 2,5 % ротаметрлер шығарылады. Қосалқы ретінде дифференциалдытрансформаторлық аспап КСД қолданылады. Ротаметрлер жоғарылаушы ағынмен құбырларға қатаң тік орналастырылады. Электромагниттік шығын өлшеуіштер. Электромагниттік (индукциялық) шығын өлшеуіштердің әрекеті электрөткізгіш сұйықта сыртқы магниттік өріспен ағында индукцияланатын және көлемдік шығынға пропорционал э.қ.к. өлшеуге негізделген. Бұл аспаптар агрессивті немесе ласталған электрөткізгіш сұйықтар мен пульпалардың, сонымен қатар сұйық металдар шығынын өлшеуге қолданылады. Сұйықтың өтімділігі 10 -5Ом -1 м-1 төмен болмауы қажет. Электрмагнитті шығын өлшеуіштің сезімталды элементінің сұлбасы 31 а суретте келтірілген. Цилиндрлік немесе төртбұрышты қималы құбыр 1 оқшаулаушы материалдан жасалған және тұрақты магниттің 2 және3 полюстері арасында, магниттік өрістің күштік сызықтары бағытына перпендикуляр орналасқан.

31 сурет. Электромагниттік шығын өлшеуіш: а - электромагниттік шығын өлшеуіштің сезімтал элементінің сұлбасы; б – ауыспалы магниттік өрісті электромагниттік шығын өлшеуіштегі трансформаторлық кедергілер әсерін жою сұлбасы

Құбырдың қабырғасына диаметралді, қарама-қарсы өлшеуші электродтар енгізілген, оған шығын бірлігі салынған шкалалы өлшеуші аспап

қосылған. Индукциялаушы э.қ.к. пен шығын арасында сызықты тәуелділік алынады: Е=Q4B/πd (55) Осы тәуелділік шынындада сызықты болуы үшін, каналдың барлық қимасы бойынша бірқалыпты магниттік өріс болуы және магниттік өріс осі бағытында өлшеуші электродтардың минимал мөлшерлері болуы қажет. Осы талаптар сақталған кезде сезімталды элементтің сипаттамасы сұйық ағынындағы жылдамдықтардың таралуына тәуелді болмайды, бұл индукциялық шығын өлшеуіштердің оң қасиеті болып табылады. Сұйық ағып өтетін құбырдың өткізгіштігі уқ, сұйықтың өткізгіштігімен салыстырғанда ус, өте төменгі өткізгіштікте болуы керек. Осы мақсатта индукциялық шығын өлшеуіштерде үлкен меншікті кедергілі магнитті емес металда қолданылады. Құбырдың кесіндісі ішкі жағынан оқшаулаушы материал қабатымен қапталады- винипластпен, керамикамен, эмальмен, резеңкемен және т. б. Дегенмен индукциялық шығын өлшеуіштердің мұндай қарапайым сезімталды элементтері, өлшеу нәтижесін өте күшті бұрмалаушы электродтардың полярлануы салдарынан кең қолданыс тапқан жоқ. Сондықтан тұрақты магнитті индукциялық шығын өлшеуіштер тек қана сұйық металдар шығынын өлшеу үшін қолданылады. Бұл шығын өлшеуіштерді, сонымен қатар, полярлану өлшеу нәтижесіне байқалатындай әсер етіп үлгермейтін, уақыт бойында жылдам өзгеретін немесе қысқа мерзімді өлшеулерді қажет ететін сұйықтар шығынын өлшеуге пайдалануға болады. Полярлану байқалмайтын, жиілігі 50 Гц ауыспалы магнитті өрісті электромагнитті шығын өлшеуіштер кеңінен қолданыс тапты (38, б сурет). Дегенмен бұл ротаметрлердің көрсеткіштеріне әртүрлі кедергілер әсер етеді: паразиттік – сыртқы көздерден; электростатикалық (сыйымдылықты) – электромагнитті қоректендіретін ауыспалы ток желісінен; индукциялық (трансформаторлық) – сезімталды элементтің магниттік өрісінен. Кедергінің бірінше екі типін экран қою арқылы болдырмауға болады. Трансформаторлық кедергілерді жою күрделірек болады, өйткені сұйық пен өлшеуші аспап тұйықталған контур түзейді, ондағы ауыспалы магнитті өріс, трансформатор орамасындағы сияқты, сұйықтың ағынының жылдамдығына тәуелсіз э.қ.к. табады. Құбыр 7 электромагнит 10 ормалары арасында орналасқан және ішінде оқшаулаушы қаптамасы 6 болады. Кедергілермен күресу үшін бір электродтың шығысы 5 симметриялық орналасқан сымдармен қосылысады, ол төменгіомды потенциометрге 8 қосылған. Пайдалы сигнал сымдармен 9 алынады. Потенциометр қозғалтқышының күйі 8, сұйық құбырда 7 қозғалмаған кезде, екі сымның потенциалдары 9 өзара тең болатындай етіп таңдалады. Осы арқылы өлшеуші сигналға трансформаторлдық э.қ.к. әсері жойылады. Өлшеуші блок кернеудің екі каскадты күшейткішін көрсетеді және ГСП бойынша бірегейлендірілген тұрақты токтың шығыс сигналына 05 мА ие болады. 3-РИ типті электромагниттік шығын өлшеуіштер сериялы шығарылады, сонымен қатар теріс кері байланысты шығын өлшеуіштер ИР1, 4-РИ олардың негізгі қателіктері 0,5-1,5 %. Өлшеу диапазоны 1—2500 м3/сағ және одан жоғары, құбырдың ішкі диаметрі 3 мм - ден 1 м дейін, сұйықтың қозғалысының сызықты жылдамдығы 0,6-дан 10 м/с дейін. Индукциялық шығын өлшеуіштердің артықшылығына жататындар: қысымның аз жоғалымы; инерциясыз көрсетуі, әсіресе автоматты реттеу жүйесі үшін өте маңызды; көрсеткіштің тұтқырлыққа, тығыздыққа, өлшенетін сұйықтың ағыны сипатына, сонымен қатар ондағы ілмелі бөлшектердің және газ көпіршігінің болуына тәуелсіздігі.

№ 14 дәріс. Ультрадыбысты шығын өлшеуіштер. Калориметриялық шығын өлшеуіштер. Ультрадыбысты шығын өлшеуіштер Қозғалыстағы ортада ультрадыбыстың таралу жылдамдығы осы ортадағы ультрадыбыстың өзінің жылдамдығы мен өлшенетін ортаның қозғалысының орташа жылдамдығының қосындысымен анықталады. Егер тербеліс ағын қозғалысы бағытында таралса, онда ағын жылдамдығы v жоғары болған сайын олар берілген нүктеге тезірек жетеді. Шығынды өлшеу үшін екі әдіс қолданылады. Біріншісі – ағынның бағытымен және оған кері бағытта таралатын ультрадыбысты тербелістің фазалық ығысуының айырмасын өлшеуге негізделген. Мұндай аспаптар фазалық шығын өлшеуіштер деп аталады. Екінші әдіс ағынның бағытымен дәл келетін және оған кері бағытталған ультрадыбысты тербелістердің импультерінің қайталану жиілігінің айырмасын өлшеумен қорытындыланады. Бұл аспаптар жиілікті шығын өлшеуіштер деп аталады. Фазалық шығын өлшеуіштің принципиалды сұлбасы 32 суретте кескінделген. Генератор Г сәулеленетін пьезоэлементтерге И1 және И2, жиілігі 1 МГц және амплитудасы 20 В жуық, ультрадыбысты тербеліске түрленетін, үздіксіз синусоидалды электрлік тербеліс береді. Соңғысы сұйық ағынынан өте отырып, сәйкес қабылдаушы пьезоэлементтерге түседі П1 және П2, оларда, араларындағы жылдамдықтары пропорционал фазалар айырмасымен синусоидалды кернеу тудырады. Пьезоэлементтердің П1 және П2 әрқайсысы өзінің күшейткіштері арқылы У1 және У2 фазалық детекторға ФД сигнал береді, онда фаза бойынша салыстырмалы кернеулер жалпы

тиелетін резисторда қосылады. Қосынды кернеу ағын бойынша және оған кері өтетін тербелістер арасындағы фазалардың ығысуына тәуелді болады. Өз кезегінде фазалардың ығысуы уақыт айырмасына пропорционал. Фазалық детектордың кернеуі ары қарай стандартты сигналға түрленеді және қайтармалы аспапқа ҚА беріледі.