книги из ГПНТБ / Кондрашкова Г.А. Технологические измерения и приборы целлюлозно-бумажной промышленности учеб. пособие

1. Поток измеряемой среды до и после сужающего устройства должен быть ламинарным. Для этого сужающее устройство уста­ навливают на прямых участках трубопровода. Наименьшая длина прямых участков трубопровода после сужающего устройства L2 выбирается в зависимости от модуля т сужающего устройства [28]. Длина прямых участков до сужающего устройства зави­ сит от величины т и от вида местного сопротивления, расположен­ ного перед сужающим устройством [28]. Если прямой участок тру­ бопровода имеет длину меньшую, чем требуемая Lj, то использу­ ются струевыпрямители.

Струевыпрямители должны иметь длину равную 2Dy и уста­ навливаться на расстоянии 2 Dy от местного сопротивления. После

дует, что их применение не всегда оправдано.

2. Действительный внутренний диаметр трубопровода на длине

2 Dy перед сужающим устройством должен равняться расчетному диаметру DY. Максимальное отклонение размера диаметра от сред­ него значения допускается не более ±0,3%.

3.Внутренний диаметр трубопровода на длине 2 Dy после су­ жающего устройства может отличаться от диаметра трубопро­ вода до сужающего устройства не более чем на ±2% .

4.На внутренней поверхности трубопровода длиной 2Dy до и

после сужающего устройства не должно быть никаких уступов, а также заметных невооруженным глазом пороков, неровностей от заклепок, сварных швов и т. п.

5. Регулировочные задвижки и вентили рекомендуется устанав­ ливать за сужающими устройствами, соблюдая расчетное расстоя­ ние.

С п е ц и а л ь н ы е с у ж а ю щ и е у с т р о й с т в а применяются для измерения расхода газовых потоков и жидкостей, имеющих механические примеси, которые могут дать осадки и отложения, забивающие обычные сужающие устройства — сегментные диа­ фрагмы.

Сегментные диафрагмы устанавливают на горизонтальных участках трубопровода при расположении проходного отверстия в форме сегмента в нижней части трубопровода. Отбор давлений Р1 и Р2 производится в верхней части трубопровода. Расчет сег­ ментных диафрагм производится по тем же формулам, что и рас­ чет стандартных диафрагм [28], причем модуль т определяется отношением площадей проходного сегмента и трубопровода.

В результате применения в целлюлозно-бумажной промышлен­ ности электромагнитных расходомеров сегментные диафрагмы и сопла Вентури для измерения расхода массных потоков использу­ ются все реже.

164

Верхний предел измерения дифманометров-расходомеров по шкале должен соответствовать значению

При установке дифманометров-расходомеров должны соблю­ даться следующие требования:

1. Место установки дифманометров должно быть удобным для обслуживания и наблюдения за показаниями, если он имеет по­ казывающую шкалу.

2. Соединительные линии (импульсные трубки) прокладыва­ ются по кратчайшему расстоянию вертикально или с уклоном к горизонтали не менее 1 : 10. Трубки соединительных линий должны быть герметичными, хорошо поддаваться изгибу. Обычно они изготовляются медными, латунными, реже алюминиевыми и стальными.

3.Рекомендуется применять импульсные соединительные трубки

свнутренним диаметром 10—12 мм, но не менее 7 мм. Длина соединительных импульсных трубок не должна превышать 50 мм.

4.Соединительные линии должны быть защищены от действия внешних источников тепла или холода, а также от механических повреждений.

Основным недостатком расходомеров переменного перепада давлений, ограничивающим в ряде случаев их применение, явля­ ется нелинейная зависимость Q= f(AP). Неравномерная шкала расходомеров является причиной их узкого рабочего диапазона Dp

Dp = _0W = 1 )5 ^_ з

Qtnin

при относительной погрешности измерений расхода ± (3—5)%. Для устранения этого недостатка используются специальные

бранных и сильфонных датчиках дифманометров-расходомеров ГСП с электрическим аналоговым выходным сигналом, например типа ДМ-ЭР, ДС-ЭР, предназначенных для измерения расхода (что обозначает последняя буква модификации).

Примером линеаризующего устройства может служить ферро­ динамический уравновешивающий преобразователь, воздействую­ щий через систему рычагов на мембрану с силой пропорциональной квадрату тока. Упрощенная схема такого расходомера пере­ менного перепада давления приведена на рис. 6-4. Разница уси­ лий Fx и Гр приводит к перемещению системы рычагов, что в свою

очередь вызывает появление сигнала разбаланса на преобразо­ вателе недокомпенсации ПН. Выходной сигнал последнего усили­ вается усилителем переменного тока Ус, выпрямляется фазочувст­ вительным выпрямителем ФЧВ и в виде выходного тока івых

165

подается в ферродинамический обратный преобразователь ОП. Его значение до тех пор будет изменяться, пока Fx не станет равным Ер. При условии ЕЖ= Е Р значение тока івых прямо пропорционально измеряемому расходу вещества Q, показываемому миллиампермет­ ром мА.

Приборы этой группы позволяют расширить рабочий диапа­ зон расходомеров переменного перепада давлений почти в 2 раза

(Z)p= 5-e 7) при относительной погрешности измерения расхода

± (1 —2) %.

§ 3. РАСХОДОМЕРЫ ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЙ

Расходомеры постоянного перепада давлений представляют со­ бой устройства, где перепад давлений остается постоянным за счет постоянного веса тела обтекания, а прямо пропорционально рас­ ходу изменяется переменное проходное сечение подвижного сопро­ тивления в потоке измеряемой среды. Соответствующим профили­ рованием сечения для прохода жидкости удается получить линей­ ную зависимость вертикальной координаты тела обтекания от расхода потока.

Для технических измерений применяются поплавковые и порш­ невые расходомеры постоянного перепада давлений. Ротаметры — наиболее распространенные поплавковые расходомеры постоян­ ного перепада давлений.

Конструкция ротаметра показана на рис. 6-5. Поток измеряе­ мой среды, проходящий снизу вверх по конической трубке 1, внутри которой расположен поплавок 2, поднимает или опускает его (в зависимости от расхода), создавая различные по площади кольцевые проходные сечения. Подъем поплавка ограничен стерж­ невым упором 3.

166

где Sn — площадь лобовой поверхности поплавка;

АР — разность статических давлений до и после поплавка. Подвижный поплавок находится в состоянии равновесия, когда

Fi = F2= const, если пренебречь силами трения. Следовательно, при S = const будет постоянен и перепад давления

АР.

Объемный расход среды, протекающей че­

делаются косые прорези, благодаря которым поток измеряемой среды приводит его в не­ прерывное вращение, центрируя его относи­ тельно трубки. Кроме того, вращение по­ плавка является средством контроля за со­ стоянием прибора, указывая на отсутствие трения и засорения.

В ротаметрах со стеклянными конически­ ми трубками (типа PC) высоту подъема по­

плавка определяют визуально по положению его верхней кромки. Шкала расхода нанесена штрихами на внешнюю поверхность трубки.

Вслучае измерения стеклянными ротаметрами непрозрачных жидкостей (рис. 6-6, а) применяют цилиндрическую стеклянную трубку 1 и цилиндрический поплавок 2 с отверстием посередине. Через отверстие проходит неподвижный стержень 3 переменного сечения. Вращающийся поплавок 2 перемещается вдоль стеклян­ ной сетки, а отверстие переменного сечения создается внутри.

Внаиболее распространенных ротаметрах типа РЭ подвижное тело обтекания 1 связано с сердечником 2 преобразователя элект­ рической дифференциально-трансформаторной системы передач показаний расхода на расстояние (рис. 6-6, б). Сердечник переме­ щается внутри индуктивной катушки, надетой на трубку из немаг­ нитного материала.

167

пая погрешность при работе с двумя вторичными приборами не превышает ±2,5%.

Расходомеры постоянного перепада давления обладают рядом преимуществ по сравнению с расходомерами переменного пере­ пада давлений:

имеют практически равномерные шкалы и, следовательно, боль­ шой рабочий диапазон (d p— Япж. — ю ; Л ;

\ Qmin 1

могут измерять малые расходы вещества; потери давления в них незначительны и не зависят от вели­

чины расхода; позволяют измерять расходы вязких (поршневые расходомеры),

загрязненных и агрессивных (поплавковые расходомеры) жидко­ стей и газов с удовлетворительной точностью.

К недостаткам этих расходомеров следует отнести небольшие измеряемые расходы.

§ 4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

Для измерения расхода различного рода пульп и агрессивных жидкостей успешно применяются электромагнитные расходомеры.

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на измерении пропорциональной расходу э. д. с., индуктированной в потоке электропроводной жидкости под действием внешнего магнитного поля.

Если немагнитный трубопровод с внут­ ренним диаметром D с протекающей по нему жидкостью расположен в постоян­

где В — магнитная индукция;

и— скорость движения жидкости;

ав переменном магнитном поле с индукцией В = В тах sin at ин­

дуцируемая э. д. с. находится из выражения

воды). Допустимая агрессивность жидкости определяется материа­ лом покрытия внутренней поверхности трубопровода в датчике.

Принципиальная схема измерения расхода жидкости с по­ мощью электромагнитного расходомера изображена на рис. 6-8. В потоке электропроводной жидкости, движущейся в трубопроводе 1 из немагнитного материала между полюсами электромагнита 2, питаемого постоянным или переменным током, возникает соответ­ ствующая э. д. с., величина которой пропорциональна средней

169

скорости движения потока. К электродам 3, 4, между которыми расстояние равно диаметру трубопровода, подключается высоко­ чувствительный измерительный прибор, шкала которого градуиру­ ется в единицах расхода, так как

чается в устранении э. д. с. поляризации электродов и в слож­ ности измерения (например, усиления) малых э. д. с. постоянного тока.

Расходомеры с постоянным магнитным полем целесообразно использовать для измерения потоков жидкости, быстро меняю­ щихся по своей величине во времени, или при кратковременных измерениях.

При использовании электромагнитных расходомеров с пере­ менным магнитным полем основные затруднения состоят в устра­ нении различных помех: паразитных внешних помех и трансформа­ торных помех от переменного поля самого электромагнита в дат­ чике. Для предотвращения первых используют экранирование, трансформаторные помехи устраняют двумя способами:

1. Выводы одного из электродов замыкают на низкоомный де­ литель напряжения. Напряжение от датчика снимают с движка делителя и другого электрода. Изменяя положение движка, нахо­ дят точку, потенциал которой в максимальной степени близок или равен потенциалу другого электрода. Таким образом устраняют попадание трансформаторных помех на вход измерительной цепи прибора.

2. Соединительные провода располагают в плоскости, парал­ лельной магнитным силовым линиям.

Измерение выходной э. д. с. датчика может производиться при­ борами прямого (ЗРИ) или уравновешивающего (4РИ , 5РИ, ИР-11, ИР-51) преобразования.

170

Блок-схема электромагнитного расходомера типа ЗРИ пред­ ставлена на рис. 6-9.

Конструктивно прибор состоит из шести блоков: датчика 1, катодного повторителя 2, электронного усилителя 3, дросселя на­ сыщения 8, блока питания 10 и вторичного прибора с дифферен­ циально-трансформаторной схемой 9.

Сигнал от датчика расходомера 1 (около 1—2 мВ) поступает на симметричный катодный повторитель 2, расположенный в месте установки преобразователя. В катодном повторителе осуществля­ ется точная компенсация трансформаторной помехи. Для этого в катодный повторитель вводится компенсирующее напряжение от накальной обмотки силового трансформатора 10. Величина ком­ пенсирующего напряжения подбирается переменным сопротивле­ нием, расположенным в электронном блоке.

Катодный повторитель 2 имеет на выходе трансформатор, по­ зволяющий перейти к усилителю 3, собранному по несимметричной (по отношению к земле) схеме усиления с целью уменьшения уровня помех.

Сигнал с катодного повторителя 2 подается по коаксиальному кабелю через переключатель в электронный усилитель 3. Электрон­ ный усилитель выполнен с реостатно-емкостной связью между кас­ кадами и охвачен отрицательной обратной связью.

Фазовращатель 4 осуществляет согласование фазы выходного напряжения усилителя и фазы компенсирующего напряжения вто­ ричного прибора. Каскады усилителя напряжения 5 я 6 охвачены местной отрицательной обратной связью, предназначенной в пер­ вую очередь для стабилизации коэффициента усиления из-за из­ менения напряжения питания. Напряжение обратной связи сни­ мается со вторичной обмотки выходного трансформатора, распо­ ложенного на выходе узла 7. Переменным элементом цепи обратной связи является дроссель насыщения 8, обмотка подмагничивания которого питается напряжением от отдельной обмотки си­ лового блока питания 10. При изменении напряжения сети меня­ ется величина тока в обмотке подмагничивания дросселя, а следо­ вательно, и его сопротивление. В результате величина обратной связи изменяется так, что коэффициент усиления остается постоян­ ным.

Узел 7 собран по схеме катодного повторителя, что обеспечи­ вает низкоомный выход с усилителя. Выходной элемент выполнен в виде трансформатора, со вторичной обмотки напряжение пода­ ется на вторичный прибор 9 (типа ДС-1).

В расходомере 4РИ измерительное устройство основано на дифференциально-трансформаторной схеме уравновешивающего преобразования и имеет основную приведенную погрешность в комп­ лекте с датчиком ±1,5%. Расходомер 5РИ отличается от расходо­ мера 4РИ тем, что с помощью пневмопреобразователя, встроен­

171

разования электрического сигнала в пневматический не превы­ шает ± 1 %.

В настоящее время наибольшее распространение получили электромагнитные расходомеры типа ИР-11, измерительная цепь которых также построена по методу уравновешивающего преобра­ зования.

На рис. 6-10 изображена принципиальная схема расходомера типа ИР-11. Компенсация трансформаторной помехи производится на самом датчике. Для этого выводы от одного из электродов монтируются симметрично расположенными проводниками, замк­ нутыми на низкоомный потенциометр R2. Напряжение, получае­ мое от датчика, снимается с движка потенциометра и другого электрода. По экранированному кабелю э. д. с. полезного сигнала подается на вход измерительного блока.

Входной трансформатор Тр2 усилителя (коэффициент транс­ формации 1:1) предназначен для перехода на несимметричную схему усиления. Его вторичная обмотка настроена конденсатором С2 в резонанс на частоте 50 Гц. Усилитель напряжения собран на двух лампах 6Н2П и имеет четыре каскада усиления. Частотная избирательность усилителя обеспечивается отрицательной обрат­ ной связью через двойной Т-образный фильтр, настроенный на частоту 50 Гц. Регулировка сопротивления R12 позволяет в неко­ торых пределах изменять фазовый сдвиг, вносимый усилителем. Регулировка коэффициента усиления производится потенциомет­ ром R21. і

Фазочувствительный демодулятор работает на полупроводнико­ вых диодах Д104. Опорное напряжение, сдвинутое на 90° отно­ сительно сети, подается через мостовой RC — фазовращатель. Фильтр, имеющий постоянную времени 1,5 с, выделяет постоян­ ную составляющую демодулированного напряжения. Последнее поступает на выходной каскад усиления. Анодное питание выход­ ного каскада на лампе 6НЗП осуществляется от отдельного выпрямителя.

Начальный ток лампы компенсируется током, проходящим че­ рез сопротивление R33, присоединяемое к источнику анодного пи­ тания усилителя, чем обеспечивается нулевое значение начального выходного тока при Q = 0.

Преобразователь выходного тока, пропорционального расходу, в уравновешивающее напряжение собран на элементе Холла ЭХ, расположенном в воздушном зазоре электромагнита. Грубая регу­ лировка коэффициента передачи ЭХ производится потенциометром R42, а точная регулировка («калибровка») — потенциометром R43. В некоторых случаях применяется термистор R44, компенсирую­ щий влияние температуры на элемент Холла, возникающее из-за значительных температурных коэффициентов сопротивления и на­ пряжения ЭХ.

Элемент Холла преобразует выходной ток в переменное напря­ жение, которое через разделительный трансформатор Трі пода­ ется на вход измерительного устройства для уравновешивания

172