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

входного сигнала. Фаза уравновешивающего напряжения регули­ руется сопротивлением R47.

Обмотка намагничивания включена последовательно с обмот­ кой датчика расходомера.

Для периодической проверки измерительной цепи расходо­ мера служит источник поверочного (калибровочного) напряжения, состоящий из регулируемого ^С-фазовращателя и делителя напря­ жения. При градуировке расходомера поверочное напряжение ус­ танавливается равным номинальному напряжению сигнала. При поверке (переключатель В1 в положении 2,5 «калибровка») при­ бор должен показывать 100%- При надобности показание при­ бора можно корректировать потенциометром R42 («калибровка»). Нулевое значение шкалы расходомера также поверяется и регули­ руется потенциометром R36 («нуль»), подающим на элемент Холла ток от отдельного стабилизированного источника. Периоди­ ческая поверка чувствительности и нуля измерительного устрой­ ства позволяет уменьшить погрешности нестабильности из-за изменений характеристик элементов во времени.

Приборы ИР-11 выпускаются на условный диаметр 10—300 мм для расходов до 2500 м3/ч и при статическом давлении вещества до 2,5 МПа. Выходным сигналом измерительного блока является по­ стоянный ток 0—5 мА, что позволяет подключать ряд вторичных устройств контроля и регулирования ГСП и обеспечить их сочета­ ние с управляющими машинами. Основная приведенная погреш­ ность комплекта датчика и измерительного блока не превышает

±1,5%.

Рассмотренные характеристики и устройства электромагнитных расходомеров показывают их преимущества по сравнению с дру­ гими типами промышленных расходомеров: широкий диапазон

свыше 1,5 м/с); возможность измерения расхода различных сред вплоть до пульп и жидких металлов (см. табл. 6-1). Эти расходо­ меры широко применяются в целлюлозно-бумажной промышленно­ сти. Задача измерения расхода, как известно, осложняется нали­ чием пульп, суспензий, эмульсий с повышенной агрессивностью и абразивными свойствами. В связи с этим в эксплуатации электро­ магнитные расходомеры зарекомендовали себя положительно только в том случае, когда их выбор, градуировка, установка и эксплуатация проводились в соответствии с предусмотренными для них правилами. При эксплуатации этих расходомеров рекоменду­ ется обратить внимание на следующее:

1. Очень важно использовать типы и модификации расходоме ров, предназначенные для конкретных условий. В первую очередь это связано с выбором материала покрытия внутренней поверхно­ сти трубопровода датчика, в противном случае происходит «снос» покрытий. При выборе материала покрытия можно руководство­ ваться следующими характеристиками.

174

периодическая очистка электродов механически или электриче­ ским прожиганием *. При заданном расходе в технологическом процессе увеличить скорость движения массы возможно за счет уменьшения установочного диаметра Dy датчика. Уменьшение габарита датчика облегчает механический его демонтаж и электри­ ческое прожигание для периодической очистки. Если существует возможность выбора расходомеров с большой поверхностью элект­ родов и большим значением ДВх измерительной цепи, то им нужно отдать предпочтение для измерения расхода массы.

Рис. 6-11

Рассмотренные недостатки электромагнитных расходомеров преодолеваются, в процессе разработки новых датчиков и измери­ тельных цепей к ним. Дальнейшее улучшение этих проборов в на­ шей стране и за рубежом идет по пути:

а) совершенствования измерительного датчика и в основном измерительной цепи прибора для получения большого входного

сопротивления (с й?вх=103^5 до RBx= Ю6^80м ), что позволит по­ лучить приборы для широкого диапазона проводимостей различ­ ных сред и установочных диаметров трубопроводов датчиков;

б) создания принципиально новых конфигураций электромаг­ нитных полей датчика, совпадающих с реальными скоростными полями вещества внутри трубопровода датчика при турбулентных потоках, и изменения в связи с этим измерительной цепи прибора.

И тот и другой пути реализуются при разработке новых элект­ ромагнитных расходомеров, предназначенных для освоения оте­ чественной промышленностью.

Один из последних расходомеров типа ИР-51, блок-схема и внешний вид которого представлены на рис. 6-11, а, б, отличается новым устройством датчика и измерительной цепи. Датчик ДИР-51 имеет основную приведенную погрешность ±0,5%. Он не чувстви­ телен к изменению скорости потока (датчики ДРИ-4 и ДРИ-5 имеют погрешность из-за турбулентности потока жидкости, дохо­ дящую до ±8% ).1

1 Прожигание производится пропусканием через электроды датчика импульса тока с силой 1—2А. При этом цепи датчика и прибора отключаются.

176

Измерение напряжения дачника производится в измеритель­ ном устройстве аналогично тому, как это осуществляется в расхо­ домере ИР-11.

Отличие заключается в том, что здесь используется устройство автоматического подавления трансформаторной помехи, измери­ тельная цепь выполнена на полупроводниковых элементах, а вы­ ходное сопротивление цепи RBX предусматривается большим, чем в прежних расходомерах.

Автоматическое подавление трансформаторной помехи произ­ водится специальной цепью. Сигнал с датчика поступает от об­ щего усилителя У1 на демодулятор Д2. Управляющее напряжение, сдвинутое по фазе на 90° но отношению к полезному сигналу, обеспечивает выделение постоянного напряжения, величина кото­ рого пропорциональна величине трансформаторной помехи. Это напряжение, усиленное выходным усилителем УЗ, подается на мо­ дулятор Л12, где преобразуется в переменное напряжение для ком­ пенсации трансформаторной помехи. Выходные цепи модуляторов Ml и М2 включены последовательно, а оба компенсационных на­ пряжения приходят на первичную обмотку трансформатора обрат­ ной связи встречно измеряемому сигналу.

Эти приборы выпускаются на диаметры трубопроводов 10— 300 мм.

Основная приведенная погрешность ±1% . Температура изме­ ряемой среды может колебаться в пределах + (40-=-150)° С.

§ 5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА И ПРОДУКЦИИ

Наибольшее распространение среди приборов для измерения

жидкости по числу оборотов крыльчатки или вертушки, скорость вращения которых пропорциональна скорости потока. Число обо­ ротов крыльчатки или вертушки через передаточный механизм передается к счетному механизму, градуируемому в кубических метрах измеряемой жидкости.

По форме вертушки скоростные счетчики разделяются на две группы: а) с вертикальными крыльчатками, в которых поток жид­ кости, поступающий на крыльчатку, направлен тангенциально к среднему радиусу лопаток; б) с винтовыми вертушками, располо­ женными коаксиально потоку. Счетчики с винтовыми вертушками используют для измерения больших расходов холодных и горячих жидкостей, а счетчики с крыльчаткой — для измерения малых рас­ ходов.

Для удобства сравнения различных типов счетчиков используют величину, называемую характерным расходом, при котором эксплуатировать счетчики не допускается. Характерный расход соответствует условному расходу, при котором потеря напора

в счетчике равна 0,1 МПа. Кроме того, счетчики характеризуются поминальным расходом, который соответствует допускаемому рас­ ходу при длительной непрерывной работе счетчика, и верхним пределом измерения, равным 150% от номинального. Последний соответствует допускаемому кратковременному пиковому рас­ ходу.

Счетчики с винтовой вертушкой-турбинкой (рис. 6-12) при­ меняются для измерения количества при больших расходах хо­ лодных и горячих жидкостей (например, оборотной и горячей воды).

Вертушку изготовляют из пластмассы пли эбонита. До и после вертушки расположены обтекатели, являющиеся струевыпрями­ телями.

Под действием потока жидкости в трубопроводе вертушка вра­ щается со скоростью пропорциональной скорости движения жид­ кости. Скорость вращения вертушки преобразуется в частоту электрических колебаний с помощью индукционного преобразова­ теля, который состоит из постоянного магнита с катушкой, разме­ щенного на внешней поверхности трубы, и пластинки магнитомяг­ кого материала, запрессованного в тело ротора турбинки. Частота выходного сигнала в таком датчике в 2 раза выше числа оборотов ротора в секунду.

Погрешность датчика составляет ±0,35%. Она целиком опреде­ ляется погрешностью преобразования расхода в скорость враще­ ния вертушки. Последняя зависит от сил сопротивления вращению турбинки, возникающих от трения в подшипниках, вязкости жид­ кости и тормозного момента индукционного преобразователя.

Счетчики с винтовой вертушкой-турбинкой изготовляют для диаметров условного прохода Dy^>50 мм. Обычно эти счетчики

ные счетчики-дозаторы щепы представляют собой ротор с карма­ нами, заполняющимися щепой из бункера. При повороте ротора

178

где g — удельный вес дозы, зависящей от породы древесины, влаж­ ности и размеров щепы.

Карманы дозаторов имеют специальные люки, через которые отбирается щепа для уточнения коэффициентов К и g с целью определения фактической за­ грузки. Погрешность поддер­ жания постоянства весового расхода объемным дозатором не превышает ± (2—3%).

Для весового расхода ще­ пы широко применяются лен­ точные весоизмерители, прин­ цип действия которых основан на непрерывном взвешивании участка транспортной ленты с находящейся на ней щепой.

Кинематическая схема лен­ точного весоизмерителя типа

ЛТМ изображена на рис. 6-13. Два опорных ролика прямого уча­ стка транспортера опираются на грузоприемную платформу 1 весо­ вого устройства. Усилие, создаваемое транспортерной лентой,пере­ дается через рычаги 2 и 3 на плечо 5 и первоначально уравнове­ шивается грузом плеча 6.

Квадрант 7 весового устройства шарнирно соединен поводком 4 с роликом 9 каретки 11 интегратора. Ролик 9 образует фрикцион­ ную пару с диском 8, который вращается приводным роликом 14. Последний входит в контакт с лентой транспортера и передает его движение диску 8. Таким образом, угловая скорость диска 8 ин­ тегратора всегда соответствует линейной скорости транспортерной ленты.

При появлении на ленте насыпного материала, щепы откло­ нение квадранта 7 вызывает поворот ролика 9 вокруг горизонталь­ ной оси. Это приводит к образованию угла между направлениями вращения диска 8 и ролика 9 в точке их касания. В результате появляется сила, стремящаяся переместить ролик 9 дальше от центра диска 8.

Ролик 9 перемещает каретку по неподвижному рельсу 10 до тех пор, пока не совместятся направления окружных скоростей ролика 9 и диска 5 в новой точке, удаленной от центра диска 8. Так каждому положению квадранта 7, определяемому массой на­

сыпного материала, соответствует некоторая угловая скорость ро­ лика 9, пропорциональная погонной нагрузке на ленту транс­ портера.

Весоизмерительное устройство имеет указатель, показывающий положение каретки 11, т. е. погонную нагрузку транспортера

вкаждый момент времени.

Спомощью сигнальных устройств 12 и 13, фиксирующих пере­ грузку и недогрузку ленты транспортера, предусматривается кон­ троль за нормальной работой конвейера.

Дифференциальный трансформаторный датчик 15, плунжер ко­ торого связан с кареткой 11, предназначен для дистанционной передачи результатов измерения мгновенного рахода щепы на вторичные аналоговые электрические приборы, входящие в комп­ лект ЛТМ.

Для определения общего количества массы материала угловая скорость суммируется интегратором и представляется на шкале 16. Для передачи на вторичные приборы, расположенные на пульте

соединенный с осью счетчиков вторичных приборов. В этом случае в интеграторах вторичных приборов дублируются результаты из­ мерения суммарной массы щепы, подаваемой транпортером.

Погрешность измерения мгновенного расхода щепы с помощью вторичных приборов в ЛТМ не превышает ±2% .

Весоизмерительное устройство встраивается в прямолинейные горизонтальные или наклонные (угол наклона допускается до 20°) участки стандартных транспортеров.

Ширина тканевой прорезиненной ленты выбирается от 400 до 2000 мм. Нагрузка на ленту может колебаться в пределах от 6 до 500 кг на погонный метр, а скорость движения ленты не должна превышать 2,5 м/с.

Недостатком весов ЛТМ является отсутствие унифицирован­ ного выходного сигнала. Это исключает возможность подключить их к стандартным вторичным приборам и системам ГСП.

Весоизмерители щепы типа ВН с короткобазовым транспорте­ ром по принципу действия аналогичны весам ЛТМ, но в отличие от последних снабжены вторичным прибором с интегратором для подсчета суммарного веса и нормирующим выходным преобразо­ вателем со стандартным выходным сигналом 0—5 мА. Максималь­ ные пределы измеряемых расходов для весов типа ВН составляют 40, 100, 250 т/ч. Основная приведенная погрешность дистанцион­

ного измерения расхода щепы с их помощью по паспортным дан­ ным не превышает ±2% .

Количество щепы, загружаемое в варочный котел, можно опре­ делять по ряду косвенных показателей: по весу котла, по уровню.

С другими специальными устройствами для измерения количе­ ства вещества можно ознакомиться в работе [52].

180

Глава 7

ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ

ИСЫПУЧИХ ВЕЩЕСТВ

§1. ОБЗОР ВИДОВ ИЗМЕРЕНИЙ И КЛАССИФИКАЦИЯ ДАТЧИКОВ

ИПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ УРОВНЯ

Уровень жидких и сыпучих материалов — один из наиболее часто контролируемых общетехнических параметров технологиче­ ских процессов. Задача измерения этих параметров осложняется такими специфичными условиями, как высокие давления и темпе­ ратуры измеряемых сред, герметичность емкостей, коррозийность исследуемых веществ, переменный фракционный и физический их состав и т. д. Все перечисленное делает задачу измерения уровня в ЦБП достаточно сложной и заслуживающей особого внимания при выборе и использовании средств измерения и автоматики.

Измерение уровня производится как непосредственно, так и ко­ свенно, путем измерения физических величин (давления, веса и т. д.), связанных с изменением уровня известными зависимо­ стями. И те и другие виды измерения реализуются с помощью дат­ чиков и приборов, различающихся по принципу действия, струк­ туре, конструктивному исполнению и назначению. Для анализа и выбора датчиков и приборов при практическом измерении уровня целесообразно их классифицировать по ряду признаков.

По назначению уровнемеры можно разделить на три большие группы: 1) сигнализаторы уровня, контролирующие предельные значения уровней; 2) измерители раздела двух сред (жидкость — жидкость, жидкость — воздух и т. д.); 3) непрерывные измерители уровня, среди которых различают уровнемеры широкого диапазона от 0 до Нтах и уровнемеры узкого диапазона от —&Н1 до + ДЯ2 (чаще ДЯі = ДЯ2).

По характеру преобразования измеряемой величины уровне­ меры бывают дискретные, измеряющие число участков, на которые разбит весь измеряемый уровень H — nh, где h — длина участка; п — число участков, и аналоговые, непрерывно преобразующие значение изменяющегося уровня в выходную величину.

По принципу действия уровнемеры делятся на две больших группы: механические и электрические.

М е х а н и ч е с к и е уровнемеры включают в себя:

визуальные (водомерные стекла), действующие по принципу сообщающихся сосудов и представляющие собой указательные круглые или плоские стеклянные трубки (последние со специаль­ ным рифленым стеклом для уменьшения загрязнения и улучшения точности отсчета высоты столба жидкости), снабженные арматурой

и элементами автоматики; поплавковые и буйковые, основанные на перемещении плаваю­

щих поплавков (или буйков) непосредственно с уровнем наблюдае­ мых веществ или в определённой зависимости от него;

181

пьезометрические, которые основаны на наблюдении уровня по изменению гидростатического давления непосредственно самой жидкости или давления воздуха, продуваемого через нее.

К э л е к т р и ч е с к и м уровнемерам относятся:

резистивные (электроконтактные), основанные на различии электропроводности измеряемых сред, применяемые в основном Для контроля раздела двух сред;

емкостные, использующие различие диэлектрических свойств воздуха и измеряемых веществ;

фотоэлектрические, в которых используется зависимость интен­ сивности и поглощения в видимом спектре света от изменения прозрачности наблюдаемых веществ;

радиоактивные, измеряющие уровень по зависимости интенсив­ ности поглощения у, ß или a-излучений от свойств перемещающе­ гося вещества;

акустические, ультразвуковые и эндовибраторные, основан­ ные на зависимости характеристик распространения акустических, ультразвуковых и электромагнитных волн от изменения уровня.

Все шире внедряются в автоматизацию производственных про­ цессов электрические уровнемеры. В отличие от механических они обладают большей точностью, меньшей инерционностью, универ­ сальностью и могут быть использованы в дистанционных системах среднего и дальнего действия. Среди этих приборов существует ряд достаточно хорошо апробированных на практике. Некоторые из уровнемеров только начинают использоваться, однако перспектив­ ность их внедрения очевидна.

Наиболее употребляемыми в ЦБП уровнемерами являются пьезометрические, реже используются буйковые уровнемеры ГСП и в последнее время находят все большее применение радиоактив­ ные и ультразвуковые сигнализаторы и измерители уровня.

§2. ПОПЛАВКОВЫЕ И ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ

Принципиальная схема п о п л а в к о в о г о у р о в н е м е р а по­ казана на рис. 7-1. Изменение уровня жидкости в резервуаре 1 про­ слеживается поплавком 2 и с помощью гибкой связи 3, перекину­ той через ролики 4, передается указателю, показывающему по рейке 5 значение измеренного уровня. Вес гибкой связи уравнове­ шивается контргрузом 6.

Чувствительность такого уровнемера достигается уменьшением момента трения в осях роликов и подбором оптимальных размеров осей, роликов, поплавка, троса и противовеса.

. Перемещение поплавка и противовеса возможно лишь при на­ рушении равенства . ......... '

Мд ~ МТ;ч

где .іИД5=ЛГ*г — движущий момент; М Тр — момент трения в осях роликов;

№

Пользуясь выражениями (7.1) и (7.2), можно произвести расчет поплавковых уровнемеров для конкретных измерительных задач.

В ЦБП наибольшее применение нашли уровнемеры с буйковым чувствительным элементом, в которых изменение уровня приводит к изменению веса буйка (поплавка с отрицательной плавучестью).

Промышленностью СССР выпускается серия буйковых бесшкальных датчиков уровня с унифицированными выходными сиг­ налами ГСП (типа УБ-П, Э, Ч), которые используются в комплекте со вторичными приборами и регуляторами ГСП, а также с ин­ формационными и управляющими машинами и системами [27].

Эти уровнемеры построены по блочному принципу с использо­ ванием унифицированных силовых преобразователей ГСП (см. гл. 3) и основаны па силовой конпенсации усилия, развиваемого буйковым чувствительным элементом. Устройство преобразовате­ лей таково, что позволяет настраивать их на различные пределы измерения путем изменения передаточного отношения рычажного механизма. Датчики типа УБ предназначены для непрерывного преобразования уровня в стандартные сигналы для жидкостей,

183