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

кости, равное объему цилиндра. Шток поршня 3 через передаточный механизм связан со счетным механизмом. Перемещение поршня осу­ ществляется переключением четырехходового крана 4.

Дисковые счетчики (рис. IV.6). Внутри измерительной камеры 1 находится диск 2, который под действием давления жидкости совер­ шает колебательные движения. За каждое полное колебание диск вытесняет объем жидкости, равный объему измерительной камеры. Колебательные движения диска приводят во вращательное движе-

ние ось шаровой опоры 3, которая при помощи поводка 4 приводит во вращательное движение приводной вал 5. Вращение последнего пе­ редается передаточному механизму, а дальше—счетному механизму.

Барабанные счетчики (рис. IV.7). Измерительный барабан вра­ щается под действием разности давления газа на входе и выходе счетчика. Барабан разделен перегородками на четыре камеры оди­ накового объема (/, II, III, IV), имеющие внутренние (входные) ах, Ьх, сх, dx и наружные (выходные) а, b, с, d отверстия. Газ по­ ступает в барабан через входную трубу 1 и через входные от­ верстия поочередно заполняет камеры. Например, при заполнении камеры IV выходное отверстие d закрыто затворной жидкостью 2. Газ, находящийся в камере I I I , через выходное отверстие с посту­ пает в отводящую трубу 3. Вращение измерительного барабана пе­ редается счетному механизму и стрелке, показывающей количество газа, проходящего через счетчик.

Весовые счетчики. Для измерения количества сыпучих материа­ лов применяют рычажные неавтоматические и автоматические весы.

Рычажные весы состоят из рычага первого рода, имеющего точку опоры посредине. К концам рычага подвешены две чашки: одна для взвешиваемого тела, другая для гирь. Условием равновесия весов является равенство моментов относительно точки опоры.

60

Помимо рычажных иногда применяют пружинные весы. Ё пру­ жинных весах груз подвешивают к концу калиброванной, неподвиж­ но закрепленной верхним концом пружины. При взвешивании из­ меряется удлинение пружины. Чем больше удлинение, тем больше сопротивление растяжению. Когда сопротивление станет равным массе взвешиваемого груза, растяжение пружины прекратится.

Неавтоматические весы мало пригодны для современных про­ мышленных предприятий; отсутствие регистрации показаний, зави­

симость результатов взвешивания от весовщика, малая производи­ тельность — все эти недостатки заставляют переходить на автома­ тическое взвешивание. По принципу действия автоматические весы разделяют на порционные и непрерывного взвешивания.

Порционные весы (рис. IV.8) автоматически отсекают порции взвешиваемого материала, поступающего из расходного бункера, и высыпают его в приемный бункер или какую-нибудь тару также отдельными порциями. Счетчик, установленный на весах, регистри­ рует число отвешенных порций.

В начале загрузки ковша 1 скорость подачи материала на весы наибольшая, однако в тот момент, когда масса ковша, подвешенного на коромысле 2 призменной опоры, приближается к заданной массе набора гирь 3, скорость подачи резко снижается во избежание пе­ ресыпки материала. В тот момент, когда масса ковша становится рав­ ной заданной, подача полностью прекращается. Это осуществляет­ ся при помощи рычажно-шарнирной системы, связывающей ковш 1 с секторной заслонкой 4, перекрывающей течку питателя.

Последовательность работы весов следующая. Пустой ковш на­ ходится в крайнем верхнем положении. Упираясь кронштейном 5 в шток 6, ковш держит заслонку 4 полностью открытой, и материал интенсивно поступает в ковш. По мере опускания ковша заслонка начинает закрываться. В тот момент, когда рычаг 7 упрется своим роликом в болт трехплечего рычага 8, заслонка 4 оставит лишь

61

небольшое отверстие в течке для медленной досыпки материала в ковш. При этом рычаг 7 остановится и тягой 9 будет удерживать заслонку, не позволяя ей полностью закрыться. По мере достижения заданной массы ковш ложится кронштейном 5 на плечо рычага 8 и поворотом выводит его ролик из-под ролика рычага 7. Рычаг 7, потеряв опору, резко опускается вниз, полностью закрывая заслон­ ку, и поворачивает шарнирно связанный с ним рычаг 10, который другим концом ударяет снизу по рычагу 11 и отпирает дно ковша. Ковш при этом опорожняется, но подняться не может, так как тяги 9 и 12, образующие прямую линию, не позволяют заслонке откры­ ваться, а последняя штоком 6 препятствует подъему ковша. Когда

же ковш опорожнится и дно его захлопнется контргрузом 13, ры­ чаг 11 ударит сверху по концу рычага 10, а последний, подняв ры­ чаг 7 в исходное положение, откроет заслонку. Ковш при этом зай­ мет верхнее положение. Число отвесов контролируют счетчиком 14, связанным с заслонкой 4 рычажной системой.

Весы непрерывного взвешивания отличаются тем, что материал идет через них непрерывно, причем весы регистрируют суммарную массу прошедшего через них материала. У весов для непрерывного взве­ шивания (рис. IV.9, а) конвейер 1 является частью коромысла весов, и материал, находящийся на нем, уравновешивается грузом 2. При изменении массы материала, проходящего по конвейеру, по­ следний поднимается или опускается. Затвор 3, находящийся на рычаге, имеющем ось вращения 4, увеличивает или уменьшает се­ чение выходного отверстия воронки 5, через которую материал поступает на весы.

В весах-питателях (рис. IV.9, б) при наклоне коромысла 6 под влиянием массы материала на контрольном участке 7 питателя из­ меняется сечение выводного отверстия воронки.

62

§ IV.2. РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО ПЕРЕПАДА

Один из наиболее распространенных способов измерения рас­ хода жидкостей, газов и пара — измерение расхода по перепаду давления. В комплект приборов для измерения расхода^по методу переменного перепада давления входят: сужающее устройство, рас­ ходомер — дифференциальный манометр, измеряющий перепад дав­ ления в сужающем устройстве, и соединительные линии между су­ жающим устройством и дифманометром. Расходомеры перемен­ ного перепада пригодны для измерения практически любого расхода жидкости, газа или пара при значительном давлении и различной температуре контролируемой среды. Перепад давления пропор­ ционален скорости потока вещества в сужающем сечение потока устройстве, помещенном в трубопроводе. Изменяя размеры сужа­ ющего устройства, можно менять пределы измерений расхода. Пре­ делы измерений также можно варьировать и изменением перепада

давления, измеряемого дифманометром.

Для измерения расхода методом переменного перепада в трубо­ проводе, по которому протекает жидкое или газообразное вещество, устанавливают сужающее устройство (диафрагму, сопло, сопло Вен­ тури), создающее местное сужение потока (рис. IV. 10). Вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую энергию средняя скорость потока в суженном сечении повышает­ ся, в результате чего статическое давление в данном сечении^ стано­ вится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность этих давлений (перепад давления) тем больше, чем больше расход протекающего вещества. Следовательно, разность давлений

может служить мерой расхода.

Зависимость между расходом несжимаемой жидкости и перепа­ дом давления можно установить, пользуясь уравнением Бернулли и уравнением неразрывности струи. Для двух сечений потока (1 и 2 на рис. IV. 11), в каждом из которых статическое давление остается постоянным по всему сечению, упомянутые выше уравнения для горизонтального трубопровода имеют следующий вид:

р[_ I Ді_ __ _р £ , £ |_ . Рі 2 ' р2 Г 2 ’

p1v1F 1= P2V2F2,

где Fx, ѵх и р[ — соответственно площадь, средняя скорость и абсолютное статическое давление в сечении /; F2, ѵ2, р2 — то же, в сечении 2\ р — плот­ ность.

Так как плотность жидкости р, проходящей через сужающее устройство, практически можно считать неизменной (рх = р 2 = р), то

vxFx = vzFz.

63

Отсюда

V f (Pi—Рг).

V'

Объемный расход Q0, м3/с равен произведению скорости на площадь сечения потока, т. е.

Qo = VQF2 -

Полученное уравнение не учитывает неравномерного распределе­ ния скоростей по сечению потока, обусловленного влиянием вяз­ кости реальной жидкости и трения ее о трубопровод и сужающее устройство. Практически перепад давления измеряют непосредствен­ но у торцов сужающего устройства, а вместо площади сечения потока используют площадь отверстия сужающего устрой­ ства F0.

Если перечисленные выше отклонения учесть введением коэф­ фициента а, называемого коэффициентом расхода, то уравнение для определения объемного расхода примет следующий вид:

64

Q ' = a F 0 | / y A p ' ,

где Ар' — перепад давления, измеренный непосредственно у торцов сужа­ ющего устройства; F0 — площадь отверстия сужающего устройства.

Массовый расход QM, кг/с равен произведению объемного расхо­ да на плотность жидкости, т. е.

Q» —aFQY2pAp'.

Коэффициент расхода а не зависит от рода протекающего вещест­ ва, а зависит от типа сужающего устройства и от числа Рейнольдса.

Методика расчета сужающих устройств изложена в «Правилах 28—64» Государственного комитета стандартов, мер и измеритель­ ных приборов. Измерять малые расходы в трубопроводах диаметром менее 50 мм, а также пульсирующие потоки при помощи этих при­ боров достаточно трудно; для таких измерений необходимы специ­ альные методы и устройства.

Сужающие устройства. Диаметр сужающего устройства и вели­

точных результатов измерения расхода. Сужающее устройство мож­ но устанавливать только на прямом участке трубопровода независи­ мо от положения этого участка в пространстве. При измерении рас­ хода жидкости или водяного пара дифманометр рекомендуется устанавливать ниже сужающего устройства. При измерении же рас­ хода газа дифманометр устанавливают выше сужающего устрой­ ства.

Камерные диафрагмы (рис. IV. 12) получили наибольшее распро­ странение. Они состоят из диска I и кольцевых камер 2 и 3. Для уплотнения между плоскостями соприкосновения камер и диска вставлены прокладки 4. В зависимости от внутреннего диаметра трубопровода и разности давлений диафрагмы выпускают толщиной 2,5; 3; 6 и 8 мм. Диафрагмы крепят в трубопроводе фланцами 5.

Для.работы в комплекте с сужающими устройствами применяют дифференциальные манометры, которые градуируют в единицах рас­ хода. Дифференциальные манометры для измерения расходов делят:

1)по назначению на переносные и стационарные. В качестве переносных дифманометров чаще всего применяют U-образные жид­ костные манометры (см. стр. 17);

2)по способу передачи показаний дифманометры-расходомеры подразделяют на механические, электрические и пневматические. Дифманометры с электрической или пневматической передачей при­ меняют при необходимости измерения расхода на большом расстоя­ нии от места установки сужающего устройства. Дифманометры с пневматической передачей показаний используют при наличии взры-

во- и пожароопасных производственных условий, при которых при­ боры с электропитанием применять нельзя.

Мембранный дифманометр ДМ (рис. IV. 13) снабжен дифферен­ циально-трансформаторным преобразователем. Чувствительным эле­ ментом дифманометра является мембранный блок, который состоит из двух мембранных коробок 1 и 2, помещенных в отдельных камерах 3 и 4. Эти камеры разделены металлической перегородкой 5. Обе мембранные коробки ввернуты в перегородку, при этом внутренние полости их сообщаются между собой через отверстие в ней. Весь

Рис. IV. 12. Камерная диафрагма

мембранный блок заполняют жидкостью. Плюсовое давление от сужающего устройства подводят через трубку в нижнюю камеру, а минусовое — в верхнюю камеру. При создании перепада в каме­ рах жидкость из мембранной коробки /, которая находится под бо­ лее высоким давлением, перетекает в мембранную коробку 2, в результате этого верхняя мембрана поднимается. К центру верх­ ней мембраны жестко прикреплен стержень 6 с плунжером 7, кото­ рый перемещается мембраной внутри индукционной катушки 8. Перемещение плунжера пропорционально перепаду давления, полу­ ченному в сужающем устройстве, и, следовательно, пропорциональ­ но измеряемому расходу. Индукционную катушку дифманометра подключают к вторичному прибору.

Кольцевые дифманометры с электрическим ферродинамическим преобразователем используют для измерения расходов неагрессив­ ных газов. Преобразование измеряемой величины в пропорциональ-

66

ный ей электрический сигнал и дистанционная передача электриче­ ского сигнала на вторичные приборы осуществляются ферродинамическим преобразователем. Схема прибора показана на рис. IV. 14. Поворот кольца преобразуется лекалом 1 и рычажной системой 2 в перемещение стрелки 3 вдоль шкалы 4, а лекалом 5, рычагом 6 и шестеренчатой передачей — в поворот рамок ферродинамических

Рис. IV. 13. Схема бесшкального мембранного дифма­ нометра ДМ

преобразователей 7. Дифманометры могут иметь один или два вы­ ходных ферродинамических преобразователя.

Мембранный пневматический компенсационный дифманометр

ДМПК (рис. IV. 15) предназначен для измерения расхода по пере­ паду давления неагрессивных жидкостей, паров и газов. Принцип действия дифманометра основан на преобразовании перепада дав­ ления измеряемой среды в пропорциональную ему величину давле­ ния сжатого воздуха. Дифманометр ДМПК работает со вторичными приборами.

усилительного реле 11. С выхода реле 11 давление поступает и в сильфон обратной связи 12. При изменении измеряемого перепада давления на мембранном блоке 4 давление в сильфоне 12, а следо­ вательно, и на выходе изменяется по величине и направлению до тех

6 8

пор, пока усилие со стороны сильфона 12 не уравновесит усилие со стороны мембранного блока 4. Таким образом, давление на выходе всегда пропорционально измеряемому перепаду давлений, а следо­ вательно, и расходу. В приборе предусмотрены устройство 13 для

прибор 15.

Колокольный дифматметр (рис. IV. 16) представляет собой бес­ шкальный преобразователь. Его применяют при измерении расхо­ дов газа или воздуха. Для дистанционной передачи показаний в нем установлен ферродинамический преобразователь. Чувствительный элемент прибора — колокол 1 частично погружен в масло. К коло­ колу подводится измеряемое давление: большее давление — в про­ странство над колоколом, меньшее в пространство под колоколом. Колокол подвешен к рычагу 2, расположенному в бачке 3. Разви­ ваемое усилие колокола уравновешивается пружиной 4. При пере­ мещении колокола под действием разности давлений поворачивается сектор 5. Сектор сцеплен с шестеренкой 6, сидящей на оси рамки 7 ферродинамического преобразователя 8. Угол поворота рамки, а следовательно, и ее э. д. с. пропорциональны измеряемой разности давлений, действующей на колокол. Винт 9, воздействующий на пружину 4, служит для установки рамки преобразователя в исход­ ное положение.

Прибор предназначен для измерения перепадов давления от нуля до 0,1, 0,2, 0,25, 0,4 кПа (10, 20, 25, 40 мм вод. ст.). Вторичные при­ боры, работающие в комплекте с дифманометром, могут быть пока­ зывающими, самопишущими, показывающими и суммирующими и самопишущими и суммирующими.

69