книги из ГПНТБ / Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов

Измерительная схема прибора представляет собой четырехпле­ чий мост (рис. .111.19), в одно из плеч которого включен термометр сопротивления R r0. В диагональ моста ВГ включен источник пи­ тания ИП, который в том случае, если мост постоянного тока, пред­ ставляет собой сухой элемент, а если мост переменного тока, — вторичную обмотку силового трансформатора напряжением 6,3 В. Излишнее напряжение гасится на балластном сопротивлении R 6, включенном последовательно с источником питания ИП. В другую диагональ моста А Б включен электронный усилитель УЭ. Одной

RTC

Рис. III.19. Упрощенная схема электронного моста

из вершин моста является подвижной контакт, передвигающийся вдоль реохорда R и изменяющий соотношение сопротивлений участ­ ков реохорда АА1 и А А 2. Одновременно с перемещением контакта вдоль реохорда перемещается и каретка с указателем вдоль шкалы, так что каждому положению подвижного контакта реохорда со­ ответствует определенное положение указателя на шкале.

Когда вследствие изменения температуры термометра сопро­ тивления происходит изменение его электрического сопротивления, равновесие схемы моста нарушается и между точками А и Б возни­ кает напряжение (сигнал), которое подается на вход усилителя УЭ. Полярность сигнала (если мост постоянного тока) или его фаза (если мост переменного тока) зависит от того, уменьшилось или уве­ личилось сопротивление термометра сопротивления по отношению к его сопротивлению в момент равновесия в схеме. Сигнал в усили­ теле усиливается (а в мостах постоянного тока еще и предваритель­ но преобразуется в переменное напряжение частотой 50 Гц) и за­ ставляет реверсивный двигатель вращаться в направлении, зави-

60

сящем от фазы (полярности) первоначального сигнала. Двигатель кинематически связан с подвижным контактом реохорда и указате­ лем и перемещает подвижной контакт реохорда до тех пор, пока измерительная схема моста не придет в равновесие и сигнал, умень­ шаясь, не станет равным нулю. Тогда двигатель останавливается, а подвижной контакт реохорда и каретка с указателем занимают по­ ложение, соответствующее сопротивлению термометра сопротивле­ ния. Таким образом, в автоматических электронных уравновешен­ ных мостах измерительное устройство следит за изменением сопро­ тивления термометра сопротивления и, следовательно, за изменением его температуры.

Многоточечный прибор снабжают переключателем, автомати­ чески подключающим к измерительной схеме поочередно все присо­ единенные к прибору термометры сопротивления. Как видно из рис. III. 19, термометр подключают по трехпроводной схеме, т. е. источник питания ИП одним полюсом подключают непосредственно к одному из концов термометра сопротивления. При такой схеме со­ противление линии подсоединения термометра R n включают не в одно плечо моста, а в два соседних — БВ и AB, что позволяет значитель­ но уменьшить погрешность от изменения сопротивления линии под­ соединения (например, от температуры). Схема электронного уси­ лителя и схема включения реверсивного двигателя аналогичны схемам электронного усилителя автоматического потенциометра (стр. 85).

§ 111.7. ПИРОМЕТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ

Для измерения температуры твердых и расплавленных тел в интервале температур 400—6000° С применяют пирометры излуче­ ния. В пирометрах излучения температуру тела измеряют по вели­ чине излучаемой им световой или тепловой энергии. Особенностью этих приборов является то, что они непосредственно не соприкаса­ ются со средой, температуру которой измеряют.

Принцип работы пирометров излучения заключается в следу­ ющем. При равной температуре разные тела дают неравное излу­ чение. Наибольшее излучение имеет так называемое абсолютно чер­ ное тело, т. е. тело, которое поглощает все падающие на него лучи. Шкалу пирометра излучения градуируют для измерения темпера­ туры абсолютно черного тела. Так как реальные тела не являются абсолютно черными, то показания пирометра будут занижены, в связи с чем возникает необходимость вводить поправку на неполноту излучения. По свойствам излучения наиболее близко подходит к абсолютно черному телу замкнутое топочное; пространство, поэтому при измерении температур в топках различных печей пирометрами излучения получают достаточно точные величины без внесения по­ правок.

Пирометрами излучения можно измерять температуры не ниже 400° С. Верхний предел измерения не ограничен и достигает в при­ борах специального назначения 6000° С и более.

51

Пирометры излучения разделяют на два типа:

1)оптические, или частичного излучения;

2)радиационные, или полного излучения.

Оптический пирометр позволяет определять температуру нагре­ тых тел. По мере возрастания температуры любого накаленного те­ ла яркость его свечения увеличивается, а цвет изменяется. Если сравнивать различные удельные мощности излучения всегда в одних и тех же монохроматических (т. е. одноцветных) лучах или, что то же самое, в лучах одной и той же длины волны, то эти мощности будут зависеть от температуры накаленных тел. Зависимость между

Рис. III.20. Изображение нити на фоне накаленного тела

ленного тела

удельной мощностью излучения (т. е. мощностью, излучаемой еди­ ницей поверхности тела в единицу времени), длиной волны излуче­ ния (т. е. цветом излучения) и температурой излучателя определя­ ется законом Планка. Так как измерить абсолютное значение яр­ кости трудно, то в оптическом пирометре помещают эталон (нить) яркости, для которого заранее способом сравнения с искусствен­ ным абсолютно черным телом установлена зависимость яркости от температуры. С яркостью нити сравнивают яркость тела, темпера­ туру которого измеряют.

Оптическая система пирометра позволяет рассматривать нить лампочки на фоне изображения накаленного тела. Доводя яркость нити изменением тока накала до совпадения с яркостью накаленного тела, можно утверждать, что раз равны монохроматические яркости, то равны и температуры, атак как температура накала эталона всег­ да известна, то известна и измеряемая температура тела. Момент достижения равенства монохроматических яркостей определяют на глаз с большой точностью.

Достижение равенства яркости, называемое фотометрическим равновесием, воспринимается наблюдателем как исчезновение нити лампы на фоне изображения тела (рис. II 1.20). По'достижении фо­ тометрического равновесия производят отсчет яркостной темпера­ туры объекта измерения по шкале прибора.

Наибольшее распространение получили оптические пирометры ОППИР (рис. III.21). Внутри телескопической трубки 1 с объектив-

52

ной линзой 2 и окулярной линзой 3 находится пирометрическая лампа накаливания 4. Лампа питается током от аккумулятора 5 через реостат 6 и выключатель 7. В цепь питания параллельно лампе на­ каливания включен милливольтметр 8, вмонтированный в трубку телескопа. Шкала милливольтметра проградуирована в °С. Свето­ фильтр 9 служит для расширения пределов измерения. Если измере­ ние производят без светофильтра, то прибор имеет одну шкалу, а если светофильтр введен, то прибор имеет другую шкалу (более вы­ сокую). Таким образом, все приборы ОППИР двухшкальные. Крас­ ный светофильтр 10 вводят для ослабления яркости измеряемого

тела и повышения точности замера (за счет выделения лучей одной волны). Для получения резкого изображения объекта измерения и нити лампы линзы 2 и 3 можно перемещать вдоль оси телескопи­ ческой трубки.

Оптическая система прибора позволяет измерять температуру на расстоянии 0,7—50 м от объекта измерения. Последователь­ ность измерения следующая. Телескоп прибора направляют на тело, температуру которого необходимо измерить. Затем передвигают объ­ ектив до получения четкого изображения. Нить пирометрической лампы должна быть видна в виде резко черной подковки на освещен­ ном поле. Включив источник тока выключателем 7, выводят реостат 6 до тех пор, пока средняя часть нити пирометрической лампы не сольется с телом, температура которого измеряется. В этот момент по шкале милливольтметра 8 отсчитывают температуру объекта.

Для длительного сохранения неизменности характеристик пи­ рометрической лампы температура ее нити не должна превышать 1400° С. Поэтому при измерении температур свыше 1400° С надо ослабить яркость излучения тела, температура которого измеряется. Для этого вводят светофильтр 9.

53

Радиационные пирометры позволяют определять температуру путем измерения мощности полного (суммарного теплового и свето­ вого) излучения. В схему радиационного пирометра входят: те­ лескоп, вторичный прибор и соединительные провода. Первичным прибором является телескоп. В качестве вторичного прибора мо­ гут служить милливольтметры или потенциометры. Излучатели — отверстие в кладке печи, дно калильной трубки, внутренняя по­ верхность кладки или свода печи и т. д,,

В зависимости от конструкции телескопа радиационные пиро­ метры делят на рефлекторные и рефракторные. В рефлекторных те­ лескопах излучаемый поток от нагретого тела фиксируется на

Объектив телескопа направляют (визируют) на излучатель та­ ким образом, что поток лучей от излучателя проходит через линзу объектива и фокусируется на чувствительный элемент телескопа через диафрагму — она ограничивает тепловой поток излучения. Влияние диафрагмы изменяется при перемещении ее по продоль­ ной оси телескопа. Место установки диафрагмы выбирает завод— изготовитель телескопа при его тарировке.

Чувствительный элемент представляет собой звездообразную термобатарею, состоящую из миниатюрных последовательно соеди­ ненных термопар. Рабочие спаи термопар зачернены со стороны из­ лучения. Пластинки находятся рядом, представляя как бы одну общую пластину, расположенную в фокусе потока лучей. Соедини­ м ы е провода от термобатареи направлены к измерительному

54

Г Л А В А IV

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА РАСХОДУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ УРОВНЯ

Приборы для измерения расхода жидкости, газа, пара и твер­ дых сыпучих материалов разделяют на две основные группы: счет­ чики количества и расходомеры. В промышленных условиях счет­ чики количества служат для учета суммарного количества какоголибо продукта. Измерение ведется в литрах, кубических метрах, тоннах материалов, проходящих через счетчик за определенный про­ межуток времени (нарастающим итогом до сброса счета). Расходо­ меры в отличие от счетчиков измеряют не только общее количество, но и расход продукта в единицу времени.

§ ІѴ.1. СЧЕТЧИКИ

Счетчиками называют приборы, которые измеряют суммарный объем или массу вещества, протекающего по трубопроводу за ка­ кой-то отрезок времени (час, сутки и т. д.).

Существуют счетчики следующих видов:

а) скоростные счетчики, принцип действия которых основан на суммировании числа оборотов помещенного в поток вращающегося устройства за определенный отрезок времени. Скорость вращения этого устройства пропорциональна средней скорости потока веще­ ства в месте установки вертушки;

б) объемные счетчики, принцип действия которых основан на суммировании объемов вещества, вытесненных из измерительной камеры прибора за какой-либо отрезок времени;

в) весовые счетчики, принцип действия которых основан на из­ мерении массы вещества.

Скоростные счетчики. Для измерения количества воды, а также других неагрессивных жидкостей и жидкого топлива используют преимущественно скоростные счетчики (водомеры) с крыльчатой или спиральной вертушкой. Действие этих приборов основано на том, что вертушка, помещенная в потоке жидкости, вращается с числом оборотов, пропорциональным скорости потока. Так как проходное сечение прибора неизменно, то число оборотов вертушки будет про­

56

где (öCp — средняя скорость движения вещества в м/с; F — поперечное сече­ ние потока в м2.

О количестве жидкости, прошедшей через прибор, можно судить по числу оборотов вертушки с лопастями, находящейся на пути по­ тока, считая, что скорость вращения вертушки будет также про­ порциональна средней скорости потока, т. е.

где п — число оборотов вертушки в 1 с; С — постоянный коэффициент, харак­ теризующий свойства прибора.

Рис. IV. 1. Схема водомера со спиральной вертушкой

Подставляя значение соср из формулы (IV. 1) в формулу (IV.2), получим

Следовательно, число оборотов вертушки пропорционально рас­ ходу жидкости.

На рис. IV. 1 приведена конструкция водомера со спиральной вер­ тушкой 1, вращающейся в двух подшипниках, один из которых ук­ реплен в детали 2, служащей одновременно струевыпрямителей. При помощи червяка 3 и шестерни 4 движение передается через промежуточный механизм 5 к счетчику 6, в котором перемещаются стрелки, расположенные на циферблате.

57

В водомере с крыльчатой вертушкой 1 (рис. IV.2) плоские крылья расположены звездообразно, причем жидкость проходит перпен­ дикулярно оси крыльчатки. Вертушка связана с передаточным ус­ тройством 2 и счетным механизмом 3, в котором также перемещаются стрелки, расположенные на циферблате. Скоростные счетчики можно устанавливать на линиях, давление в которых не превышает 1 МПа (10 кгс/см2). Производительность счетчиков колеблется от 0,5 до 1700 м3/ч. Допустимая погрешность измерения составляет 2—3%.

Рис. IV.2. Схема водомера с крыльчатой вертушкой

Объемные счетчики служат для измерения количества жидкости. По конструкции их разделяют на шестеренчатые, ротационные и поршневые.

К шестеренчатым относятся счетчики (рис. ІѴ.З) с овальными шестернями 1, применяемые главным образом для измерения ко­ личества вязких и маловязких жидкостей при температуре от —20 до +60° С. Производительность таких счетчиков до 2000 л/ч. Класс точности счетчиков 0,5. Счетчики монтируют с вспомога­ тельными устройствами для очистки проходящих продуктов от твердых частиц, а также с воздухоотделителями и фильтрами для отделения жидкостей от газов и паров. Счетчик учитывает объем жидкости 2, находящейся между стенкой и шестерней. Число оборотов шестерен определяют счетным механизмом.

Ротационные счетчики предназначены для измерения количе­ ства неагрессивного очищенного газа в пределах 0,25—1000 м3/ч. Их монтируют на газопроводах диаметром 50—150 мм. Допусти­ мая погрешность этих приборов 2%.

Принцип действия объемного ротационного счетчика заклю­ чается в следующем (рис. ІѴ.4). Газ из трубопровода через вход­ ной патрубок 1 счетчика поступает в рабочую камеру 2, ограни­ ченную двумя лопастями 3, которые приводятся во вращение протекающим газом. За один оборот лопастей через счетчик про-

58

ходит объем газа, определяемый размерами участка 4 камеры. Вращение лопастей передается счетному механизму прибора. Во входном патрубке счетчика установлена сетка 5 для предохране­ ния счетчика от возможного попадания в него крупных частиц, приносимых газом. Ротационные счетчики устанавливают на вер­ тикальных газопроводах. Направление потока газа через счет­ чик— сверху вниз.

В процессе эксплуатации объемных счетчиков в их показания следует вводить поправку на отклонение температуры и давления

газа, если эти величины отличаются от градуировочных. Поправку на изменение величины давления газа от расчетной определяют по формуле

Ар Рфакт

10 332

где Рфакт ■— абсолютное фактическое давление газа в мм вод. ст.

Поправку на отклонение температуры от расчетной величины рассчитывают по формуле

293

АТ

Тфакт

где Тфакт — абсолютная фактическая температура газа, прошедшего через счетчик; Т = 273 + t (t — температура газа в °С).

Общая поправка равна:

А<20бщ = АрАТ.

Поршневые счетчики (рис. IV.5). Под действием давления проте­ кающей жидкости поршень 1 совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 2, вытесняя за каждый ход количество жид­

59