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

находящихся иод атмосферным, избыточным и вакуумметрическнм давлением. Основная приведенная погрешность их ±0,6 и ±1,0%.

В ЦБП широкое распространение получили прямые регуляторы уровня на основе буйковых и поплавковых измерительных преобра­ зователей. На рис. 7-2 приведена схема измерительного устройства

прямого регулятора уровня типа РУКЦЧувствительный элемент 3, подвешенный на рычаге 4 к упругой

трубке 5, расположен в цилиндрической камере 2, соединенной

с помощью трубок с технологической емкостью 1. Рычаг 4 закреп­ лен на свободном конце упругой трубки 5. Другой конец упругой трубки прикреплен к корпусу. Внутри трубки проходит стержень 6, один конец которого соединен со свободным концом упругой трубки, на другом конце его закреплена заслонка 7.

По мере повышения уровня жидкости в измерительной камере поплавок погружается в жидкость. Создаваемая им нагрузка на упругую трубку уменьшается, поворачивая стержень, приближая

заслонку к соплу 8.

Воздух питания системы пневмопередачи подается по трубке 15, проходит через дроссель постоянного сечения 13 и поступает к соплу 8. Если сопло прикрыто заслонкой 7, выход воздуха из сопла уменьшается, давление в камере А пневмоусилителя 10 воз­ растает, мембрана 11 прогибается вниз, нажимая жестким цен­ тром 12 на клапан 14. При этом выход воздуха питания в атмо­ сферу через отверстие в жестком центре 12 и отверстие 19 прекра­ щается, а воздух питания через камеру В и трубку 16 поступает ко вторичному прибору 18. В качестве вторичного прибора применя-

184

ется манометр, шкала которого проградуирована в единицах уровня.

Для обеспечения пропорциональной зависимости между изме­ нением уровня и величиной выходного давления предусмотрено

к соплу 8, выходное давление в трубке 16 возрастет. Это давление через дроссель 17 передается в манометрическую трубку 9, внутри которой проходит трубка питания. При этом манометрическая трубка 9 несколько распрямится и сопло 8 отойдет от заслонки 7. Вследствие этого давление в системе пневмопередачи не будет расти до максимума, а будет соответствовать значению измеряе­ мого уровня в данный момент. Аналогично действует обратная связь и при понижении уровня. Дроссель 17 предусмотрен регули­ руемым для настройки пределов пропорциональности обратной связи.

Прямые регуляторы уровня типа РУКЦ предназначены для измерения местного и дистанционного и регулирования уровня мало­ вязких веществ при температуре от —40 до +200° С. Максималь­ ное расстояние от емкости до места установки вторичного при­ бора не должно превышать 300 м при внутреннем диаметре возду­ хопровода 6 мм. Диапазоны измерения прибора с помощью выбора длины и диаметра поплавка находятся в пределах от 0—400 до 0—4000 мм. Основная погрешность прибора при местном и дистан­ ционном измерении не превышает ±2,5% от диапазона измерения.

Устройство, характеристики и область применения других ти­ пов промышленных буйковых и поплавковых уровнемеров приве­ дены [20, 25, 27, 57].

столба жидкости Рт, такие уровнемеры иначе называются гидро­ статическими, либо давление воздуха Ръ, продуваемого через столб жидкости. В последнем случае они называются барботажными или пневмометрическими.

И при атмосферном давлении, особенно в закрытых емкостях, давление над жидкостью не остается неизменным. Если для уров­ немеров использовать манометры, то их показания будут зависеть от изменения давления над жидкостью. В системах точного изме­ рения уровня необходимо применять дифманометры. Второй вход

185

дифманометра для открытых емкостей соединяется с атмосферным давлением, для закрытых емкостей — с пространством над жид­

костью.

Гидростатические пьезометрические уровнемеры широко ис­ пользуются для измерения уровня жидкостей, суспензий и пульп (например, целлюлозной или бумажной массы) в ЦБП. Схемы их установки приведены на рис. 7-3, о, б, в.

Для измерения уровня жидкости с уравнительными, раздели­ тельными сосудами и непосредственно фланцевыми приборами

б

— â

е Рпит.

h

А Pg=f(H)

(см. рис. 7-3, й, б, в) наиболее широко используются манометры и дифманометры системы ГСП. Для дистанционного измерения уровней применяются датчики манометров и дифманометров си­ стемы ГСП, которые имеют стандартные пневматические и, реже, электрические аналоговые сигналы. Эти датчики работают со вто­ ричными пневматическими или электрическими аналоговыми при­ борами. Основными типами манометрических и дифманометрических датчиков ГСП, используемых в ЦБП для преобразования уровня в стандартные сигналы, являются мембранные и сильфон­ ные датчики (см. гл. 5). На рис. 7-3, в изображена схема установки специализированного фланцевого мембранного уровнемера.

Недостаток уровнемеров, представленных на рис. 7-3, а, б, в, заключается в необходимости нарушения герметичности емкости при их установке, что не всегда допустимо. Поэтому предлагается отбор давления производить с помощью мембранных датчиков, вмонтированных в торцовую поверхность защитной для импуль­ сной трубки арматуры (рис. 7-3,2). Такое устройство наименее

186

подвержено залипанию и забиванию веществом, уровень которого измеряется, и удобно для установки, осмотра и профилактической очистки в той же мере, что и схемы барботажных пьезометриче­ ских измерителей уровня (рис. 7-3, д).

В барботажных пьезометрических уровнемерах (рис. 7-3, д, е) используют идею гидравлического затвора, устанавливающего пре­ дельное давление в пневматической системе, пропорциональное уровню вещества. При этом

Р*п>Р».ш~\ Ну--Р»,

где Рп.-лі — давление над жидкостью.

Знак неравенства связан с тем, что давление воздуха Яв, изме­ ряемое прибором, несколько больше, чем давление Рвп, на величину потерь АР на участке от места измерения давления прибором до конца пьезометрической трубки, где происходит сравнивание дав­

устанавливаться как можно ближе к пьезометрической трубке для уменьшения величины АР.

Пьезометрическая трубка, через которую продувается воздух, представляет для воздуха сужающее устройство. Изменение скоро­ сти (расхода) воздуха приводит к перепаду давления, не связан­ ному с изменением уровня, что вносит неопределенность в измере­ ние уровня. Поэтому при установке барботажных пьезометрических уровнемеров необходимо организовать постоянный и малый расход (приблизительно 10'—20 л/ч) чистого воздуха через пьезометриче­ скую трубку. Это осуществляется с помощью фильтра воздуха, редуктора давления и ротаметра, помещаемых на питающем воз­ духопроводе.

Размеры пьезометрической трубки не должны изменяться в про­ цессе эксплуатации (например, под действием температуры). Для правильного измерения уровня барботажную систему либо исполь­ зуют там, где температура вещества изменяется в небольших пре­ делах, либо применяют материалы для трубки с малым темпера­ турным коэффициентом линейного расширения.

Для периодической очистки и промывки пьезометрических тру­ бок, особенно при установке их в емкостях с массой, к ним подво­ дят воду под высоким давлением Я Воды = 0,5-7-0,7 МПа (рис. 7-3, д).

Считается, что схема 7-3, е более удобна для обслуживания пьезометрической трубки. Однако при этом необходимо помнить, что, кроме нарушения герметичности емкости и трудностей, связан­ ных с необходимостью ее сохранять в периоды осмотров, такая система теряет преимущества доступности схем, показанных на

рис. 7-3, г и д.

Дифманометры в комплекте с пьезометрической трубкой (рис. 7-3, г) могут использоваться не только для открытых емко­ стей, но и для закрытых, но только в случае, если давление воз­ душной подушки над жидкостью незначительно, а его изменения весьма медленные.

187

Верхний предел измерения уровня по шкале пьезометрических дифманометорв — уровнемеров определяется значением

из пьезометрических уровнемеров наиболее предпочтительны гид­ ростатические пьезометрические уровнемеры, построенные по схеме рис. 7-3, а, б, в, г.

§3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ

ИИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ЦБП

ВЦБП наибольшее распространение нашли емкостные и радио­ активные измерители уровня, в первую очередь для целей сигнали­

зации и измерения уровня в закрытых труднодоступных емкостях.

Е м к о с т н ы е у р о в н е м е р ы являются перспективными как для проводящих, так и непроводящих однородных жидкостей.

Работа емкостных уровнемеров основана на различии диэлек­ трической проницаемости е водных растворов солей, кислот и ще­ лочей от диэлектрической проницаемости воздуха и водяных па­

ров.

Основными узлами емкостного уровнемера являются: емкостный датчик, состоящий из первичного измерительного преобразователя уровня в изменение емкости, конструктивно оформленного в от­ дельный блок, измерительная цепь, преобразующая изменение емкости в электрический (или пневматический) сигнал, и вторич­ ный прибор.

Схемы простейших емкостных преобразователей приведены на

рис. 7-4, а и б.

Для непроводящей среды используют, как правило, один элек­ трод. Вторым электродом служит корпус сосуда, соединенный

188

с землей. Естественно, что электрод-стержень должен быть на­ дежно изолирован от корпуса. Для рассматриваемого преобразо­

вателя и приведенных на рис. 7-4, а обозначений полная проводи­ мость датчика равна

где D —-внутренний диаметр емкости; d — диаметр электрода.

Для проводящих сред и в соответствии с обозначениями, при­ нятыми на рис. 7-4,6, емкость между электродом, покрытым слоем

так как Р5~0.

Преимуществом емкостных уровнемеров является отсутствие в датчике движущихся частей, долговечность и надежность чув­ ствительных элементов, которые могут быть выполнены из мате­ риалов, не подвергающихся коррозии. Емкостные уровнемеры по­ зволяют измерять уровень в сосудах под давлением, в вакууме, при высоких и низких температурах в широком диапазоне измере­ ния уровня.

При измерении уровня емкостными уровнемерами на изменение емкости влияют изменения диэлектрических постоянных газа ег и жидкости еж, которые зависят как от температуры, так и от со­ става вещества. На точность измерений влияют также отложения веществ на поверхности электродов датчика. Поэтому при выборе материала для электродов датчика следует знать, смачивается ли этот материал измеряемой жидкостью. На емкость чувствительного элемента не должны влиять также колебания напряжения электри­ ческой сети, питающей схему. Это достигается применением мосто­ вых измерительных цепей.

Уровнемеры, выпускаемые промышленностью, отличаются кон­ струкцией датчиков и измерительными цепями, предназначенными для преобразования емкости в выходной сигнал.

Рассмотрим принципиальную электрическую схему емкостного индикатора уровня ЭИУ-1, предназначенного для непрерывного дистанционного измерения уровня жидких и сыпучих сред

(рис. 7-5).

189

Датчик индикатора уровня, установленный в резервуаре, соеди­ няется с электронным блоком коаксиальным кабелем. В электрон­ ном блоке переменная емкость датчика преобразуется в сигнал постоянного тока, поступающий на указатель уровня. В качестве дистанционного указателя уровня используются щитовые милли­ вольтметры и автоматические потенциометры, шкалы которых про­ градуированы в единицах уровня.

Электрическая схема прибора состоит из генератора высокой частоты Г, моста переменного тока М, диодного детектора Д и вы­ ходного измерительного прибора (указателя уровня) ИП.

Генератор высокой частоты собран на одной электронной лампе. С контуром генератора индуктивно, через и L4) связан мост пе­ ременного тока, состоящий из индуктивностей L2 и Ь3, переменного конденсатора С і и емкости датчика С д . В начальный момент, когда уровень измеряемой среды находится на нижнем пределе (уста­ новка нуля), мост регулируется с помощью конденсатора С4. При изменении уровня контролируемой среды изменяется емкость дат­ чика С д , вследствие чего нарушается равновесие моста. Высокоча­ стотное напряжение разбаланса, снимаемое с диагонали моста, де­ тектируется диодами Д и емкостью С 2 и через контакты 1 и 2 по­ дается на указатели уровня ИП (контрольный в электронном блоке и дистанционный, подключаемый через резистор R3 = 100 Ом). Ре­ гулировка чувствительности производится резистором с перемен­ ным сопротивлением Rz.

Прибор ЭИУ-1, схема которого рассмотрена, имеет пределы измерения уровня 0—5 м; максимальное расстояние от электрон­ ного блока до дистанционного указателя уровня— 100 м; макси­ мальное допускаемое давление в резервуаре до 3 МПа. Основная приведенная погрешность имеет значение не более ±2,5%, а тем­ пературная погрешность составляет 1% на 10° С.;

190

Электронный блок

Рис. 7-6

туда которого пропорциональна частоте импульсного сигнала. При достижении сигналом порога срабатывания порядка 2В порого­ задающий усилитель (ЯЯ6, ЯЯ7) открывается, вызывая опрокиды­ вание порогового каскада (ЯЯ8—ЯЯю), и открывает ключевой каскад (ЯЯц), заставляя срабатывать реле Р.

Для исключения ложных срабатываний в схеме предусмотрен значительный начальный гистерезис, регулируемый с помощью резистора Я,а- Чувствительность изменяется потенциометром Ri6 по показанию контрольного микроамперметра с пределами измерения О—100 мкА, подключаемого к клеммам ИП.

Питание измерительного блока £/=15 В осуществляется от сети через электронный стабилизатор (77/7/,, /7/7„ а датчика - от авто­ номного блока питания от Д і до Д ’,ЛЯ).

Реле (типа МКУ-48С) имеет две группы контактов па переклю­ чение цепей переменного тока с мощностью до 500 ВА для целей сигнализации, управления или блокировки. Время срабатывания

0,8—6 с.

Источник радиоактивного излучения (кобальт-60 или цезий-137) устанавливается снаружи емкости на одном уровне с приемникомдатчиком. Источник излучения помещен в защитную чугунную оболочку, залитую свинцом. В оболочке имеется коллиматорное отверстие, через которое гамма-излучение при рабочем положении источника проникает в емкость и попадает в датчик. В нерабочем состоянии источник сдвинут относительно оси коллиматорного от­ верстия регулировочным штоком, выведенным наружу.

Следящие уровнемеры типа УР являются дорогими и сложными приборами и реже используются в ЦБП. Устройство, характери­ стики и область применения их даны в [20, 27].

§ 4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ УРОВНЕМЕРЫ ДЛЯ ЦБП

Из специальных уровнемеров для ЦБП особо следует выделить измерители уровня щепы. Уровень щепы необходимо измерять как в буферных емкостях, так и в технологических объектах, где в ряде случаев уровень является одним из ответственных парамет­ ров производственного процесса, например в варочных установках типа «Камюр» и в других объектах.

Для измерения уровня щепы в емкостях можно использовать ряд рассмотренных уровнемеров, например емкостные, радиоак­ тивные и пьезометрические непрерывные уровнемеры и сигнализа­ торы уровня [52].

Однако чаще предпочитают применять особые средства измере­ ния уровня, так как щепа обладает свойством образовывать своды, залипать, слеживаться, зависать на стенках бункеров [52, 62]. На­ пример, применяют визуальный контроль заполнения емкостей ще­ пой с помощью установок промышленного телевидения [52] и дру­ гие устройства.

При измерении уровня в емкостях и технологических аппаратах применяют, например, массоизмерительный принцип. Для точного

103