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

фланцы-держатели /, подсоединяемые к подводящему исследуе­ мый раствор трубопроводу. Специальной втулкой 2 с крепежными винтами 5 уплотнители фиксируются по отношению к держателям 1.

Последние стягиваются четырьмя шпиль­

рис. 8-17.

Задающий генератор выполнен на основе кварцевого резона­ тора на лампе Л 4. Одновременно этот каскад является и каскадом умножения частоты, так как анодный контур LiCi настроен на гармонику кварцевого резонатора. Напряжение высокой частоты подается на резонансный усилитель напряжения, выполненный на лампе Лг.

Напряжение, усиленное по амплитуде, через разделительный конденсатор С8 поступает на сетку лампы Л3 катодного повтори­ теля, с нагрузки которого Rs оно подается на мостовую схему,

224

состоящую из емкостей СюСц и контуров L4C12Ch и L3C13. В контур L3Ci3 через емкость связи Ссв подключен емкостный измерительный преобразователь Я.

При концентрации раствора, соответствующей началу шкалы прибора, мостовая цепь должна быть уравновешена. При измене­ нии концентрации раствора появляется разностный выпрямленный сигнал. Конденсаторы Сі7 и С18 служат для создания замкнутой цепи для переменной составляющей. Разностный сигнал усили­ вается каскадом усиления постоянного тока, собранного на лампе

Е

с

іЯ4. Усиленный сигнал в виде разности падений напряжений на сопротивлениях Ru и R i2 измеряется магнитоэлектрическим при­ бором.

Настройка в резонанс измерительного и контрольного контуров производится при подключении на вход концентратомера эквива­ лента датчика с электропроводностью, соответствующей началь­ ному значению концентрации. Переключатель рода работ П2 дол­ жен находиться для настройки контрольного контура в положе­ нии 1, а для настройки измерительного контура — в положении 3. При этом положение переключателя пределов измерительного при­ бора Пі должно быть таким, чтобы стрелка измерительного при­ бора находилась в последней трети шкалы.

Изменением емкостей Сі3 и Сц (грубо) и индуктивностей L3 и L4 (точно) добиваются максимума показаний выходного прибора. В этом случае прибор измеряет падение напряжения на резисто­ рах Ru и Ra соответственно положениям 1 и 3 переключателя П2 при настройке контрольного и измерительного контура.

225

Перед работой производится настройка нуля и чувствитель­ ности концентратомера. Во-первых, используя эквивалент датчика при начальной концентрации раствора, устанавливается нуль уси­ лителя постоянного тока. При этом и далее переключатель Я2 ставится в положение 2, в котором стрелочный прибор измеряет разность падений напряжений на резисторах Ru и R&. Замыкая между собой управляющие сетки лампы Л 4, устанавливают с по­ мощью переменного резистора Rib нуль на шкале при максималь­ ной чувствительности. Последняя соответствует самому малому пре­ делу измерения, что достигается переключением пределов с по­ мощью П1.

После выполнения указанных операций для того же положе­ ния Пі приводят к равновесию мостовую измерительную цепь, состоящую из емкостей С ю , С ц и контуров Ь^С^Сц и L3C13 путем изменения емкости С ю , добиваясь нулевого (или сперва минималь­ ного) показания стрелочного прибора. Повторение указанных опе­ раций позволяет более точно настроить измерительную цепь кон­ центратомера.

Во-вторых, производится настройка чувствительности прибора по конечному значению измеряемой концентрации раствора. Для этого на вход прибора подключается эквивалент датчика с элект­ ропроводностью, соответствующей конечному значению концентра­ ции. С помощью переменного резистора Rz4 осуществляется уста­ новка стрелочного указателя на отметку шкалы, соответствую­ щую конечной концентрации вещества. Положение Пі фиксируется.

В-третьих, на вход прибора подключается эквивалент датчика с электропроводностью, соответствующей начальной концентрации вещества, и конденсатором связи Ссв устанавливается показание стрелочного прибора, соответствующее начальному значению кон­ центрации исследуемого вещества, т. е. устанавливается нулевое значение для шкалы концентратомера при определенном положе­ нии Пі.

Повторение этих операций 2—3 раза позволяет точно выста­ вить рабочий диапазон прибора. Периодическая поверка прибора при работе в потоке производится путем подключения эквивален­ тов датчиков с начальными и конечными параметрами исследуе­ мого вещества на вход прибора и установления соответствия пока­ заний стрелочного прибора начальному и конечному значению кон­ центрации с помощью Сов и Ru- Кроме того, следует периодически производить поверку пуля усилителя и реже мостовой измеритель­ ной цепи.

Основные технические характеристики кондуктометрического концентратомера для слабых растворов H2SO4:

226

Аналогичные приборы разработаны для измерения концентра­ ции NaCl (пределы измерения от 2% до 7%, основная приведенная погрешность ±2,5% ), NaOH (пределы измерения от 1 до 7%, ос­ новная приведенная погрешность ±2,5%) и H2S04 (пределы изме­ рения от 2 до 4%, основная приведенная погрешность ±2% ).

В практике технических измерений целлюлозно-бумажного про­ изводства, например для выпарных установок варочных щелоков, часто используются измерители концентрации щелоков, основанные на явлении температурной депрессии.

Температурной депрессией раствора называется разность тем­ ператур кипения этого раствора и чистого растворителя (например, для черного щелока — воды).

Величина температурной депрессии зависит от концентрации раствора, давления над ним и свойств растворенного вещества, причем чем больше концентрация раствора, тем выше его темпе­ ратура кипения и тем больше величина температурной депрессии.

Зависимость температурной депрессии от концентрации черного щелока (по сухому веществу) представлена на рис. 8-18, а. Следует отметить, что температурная депрессия черного щелока не под­ дается теоретическим расчетам, поэтому соответствие величины температурной депрессии и концентрации упаренного щелока должно находиться опытным путем для каждой данной установки.

Обычно измерение депрессии производится по разности тем­ пературы упаренного черного щелока, выходящего из 1-го корпуса выпарной установки, и температуры конденсации водяного пара при постоянном вакуумметрическом давлении в этом корпусе. Типовая схема измерения температурной депрессии изображена на рис. 8-18,6.

Для измерения перепада температуры два термометра сопро­ тивления устанавливаются соответственно в выходном трубопро­ воде черного щелока и в специальном конденсационном сосуде для свежего пара, соединенном с трубопроводом сокового пара. Эскиз устройства конденсационного сосуда (импульсной камеры) для установки термометра сопротивления у трубопровода сокового пара показан на рис. 8-18, в. Здесь получают чистый насыщенный пар при соответствующем вакууме. Установка термометра сопро­ тивления непосредственно на трубопроводе сокового пара приво­ дит к искажению результатов измерений температуры конденсации водяного пара, так как температура этого пара выше, чем тем­ пература его конденсации. Термометры сопротивления присоеди­ няются к разностному мосту, который измеряет разность темпера­ тур от 6 до 10° С и градуируется в единицах концентрации или плотности. Прибор устанавливается непосредственно у выпарной установки.

Для обеспечения достаточной точности измерения концентра­ ции по температурной депрессии необходимо разностную темпера­ туру измерять с малыми погрешностями. Абсолютная погрешность при измерении разности температур 1° С отражается па измерении плотности в виде приведенной к пределу относительной погреш-

227

ности от 10 до 17%. Отсюда следует нежелательность применения для подобных концентратомеров манометрических термометров с пневматическим выходным сигналом и вторичным пневматическим прибором, которые имеют невысокий класс точности (1,0; 1,5).

При измерении депрессии возможна значительная динамическая погрешность, так как с изменением вакуума температура пара

Рис. 8-18

в сосуде изменяется быстрее, чем температура раствора. Для уменьшения этой погрешности инерционность термометра, помещен­ ного в конденсационный сосуд, необходимо выбирать как можно меньшую.

Чтобы обеспечить малую погрешность при измерении концент­ рации следует также строго поддерживать постоянство уровня рас­ твора в выпарном аппарате. Даже при незначительном изменении уровня в аппарате вследствие1большой плотности раствора заметно меняется гидростатическое давление, а следовательно, и темпера­ тура кипения в месте ее измерения.

228

Погрешность измерения концентрации по величине температур­ ной депрессии в выпарных аппаратах щелоков составляет не менее

± 1 —3% при соблюдении вышеперечисленных рекомендаций.

§ 6. ПЛОТНОМЕРЫ ДЛЯ ЦБП

Измерение плотности веществ — массы единицы объема — в ЦБП и других отраслях промышленности производится для опре­ деления концентрации и состава смесей, для контроля качества вещества, для перехода от объемных единиц измерения расхода и количества вещества к весовым, для контроля окончания техно­ логических процессов (выпаривания, промывки, приготовления ва­ рочных растворов и т. д.).

Как известно, плотность вещества р (кг/м3) зависит от тем­ пературы, поэтому для жидкостей нормальной плотностью обычно

Плотность жидкостей и газов, как правило, уменьшается с по­

ß— среднее значение температурного коэффициента объемного расширения для t%—U-

Сдругой стороны, плотность жидкостей и особенно газов воз­ растает при увеличении давления. Для жидкостей это возрастание незначительно и им можно пренебречь (в инженерных расчетах считают жидкости несжимаемыми). Для газов эта зависимость рассматривается в гидродинамической теории; в первом приближе­ нии принимают, что плотность газов прямо пропорциональна абсо­ лютному давлению при t = const.

При измерении плотности веществ необходимо учитывать рас­ смотренные зависимости и в случае резкого изменения в процессе измерения t или Р вводить соответствующие1поправки.

По принципу действия плотномеры, наиболее широко применяе­ мые в производственной практике, делятся:

1) на весовые, реализующие прямой метод измерения плот­ ности, т. е. взвешивающие постоянный объем жидкости (или газа), протекающей по Ѵ-образной трубке;

2) на поплавковые, в которых используется зависимость вытал­ кивающей, архимедовой силы, действующей на поплавок, от плот­ ности жидкости или газа;

3) на гидростатические или пьезометрические, основанные на зависимости давления жидкостей или газов от их плотности;

229

4) на радиоактивные, использующие ослабление интенсивности гамма-излучения в зависимости от плотности среды, которую оно

пересекает.

Весовые плотномеры основаны на взвешивании чувствитель­ ного элемента, у которого вес G, равный

G = gVpx + G0,

(где Go — вес чувствительного элемента без исследуемой жидкости; V — объем исследуемой жидкости с плотностью рх) связан

линейно с измеряемой плотностью рж.

Принципиальное устройство весового плотномера типа ДВУ-ТК представлено на рис. 8-19. Первичным измерительным преобразо­

вателем является G-образная трубка 4, соединенная с подводящими трубопроводами сильфонами 8. При изменении плотности жидкости, протекающей по трубке, масса ее изменяется согласно зависимости ДО = ^УАр. Рычажная система передает изменение массы на пнев­ мосиловой компенсационный преобразователь (состоящий из сопла 2, заслонки 3, пневмоусилителя 1 и сильфона обратной связи 6) со стандартным выходным сигналом, измеряемым вторичным при­ бором 10.

Для автоматического введения поправки на изменение темпера­ туры исследуемой жидкости служит манометрический термометр,

t от Gp= 20°C на рычаг обратной связи 7. Для учета изменения температуры окружающей среды используется сильфон 11. Устра­ нение произвольных колебаний весоизмерительной системы осуще­ ствляется демпфирующим устройством 5.

0,98 МПа, W = 1 1 0 °C ).

В пьезометрических плотномерах, как было показано в гл. 7, используется зависимость давления от уровня и плотности: Р —

230

= Hgp. Если H —const и g известно, то давление вещества про­ порционально плотности: Р Вещ = /(р).

Во всех пьезометрических плотномерах имеется система стаби­ лизации уровня. Это достигается использованием емкостей постоян­

В этих приборах, как правило, для измерения давления жидкости или газа применяются дифманометры, чаще датчики дифманометров системы ГСП, иногда специализированные (дифмано­ метры для измерения давления массы с противодавлением [52].

Рис. 8-20

Если плотность измеряется гидростатическим способом в напор­ ном трубопроводе, то для исключения влияния на показания диф­ манометра потерь напора за счет сопротивления трубопровода ско­ рость жидкости должна быть малой. Для этого создают расшире­ ние трубопровода (см. рис. 8-20,6) или выбирают специальные участки трубопроводов с большим Dy в виде вертикальных колен с малой скоростью подачи вещества вверх.

Удобными в ряде1производств оказываются плотномеры с двумя пьезометрическими трубками (см. рис. 8-20,в), разность давлений воздуха в которых пропорциональна р, так как Н= const.

Для исключения влияния температуры часто пользуются диф­ ференциально-разностным методом измерения. Измеряют разность сигналов, характеризующих измеряемую и известную плотности вещества, находящегося при одинаковой температуре. Для эталон­ ного вещества производится термостатирование в производствен­ ных условиях или в активном термостате, где температура под­ держивается такой же, как у исследуемой жидкости.

В ЦБП часто пользуются барботажным способом измерения давления вещества с помощью пьезометрических трубок для изме­ рения плотности варочных растворов, потоков массы при промывке и т. д.

231

ряющего разность давлений воздуха Л —Р2 — Ь.Р, продуваемого че­

Принимают Аі—Аз= А2 = Я, тогда при рі = р2 AP = gH (pi— р3) =0. Причем такой плотномер не зависит в значительной степени от изме­

где1 /0 и / — интенсивность излучения до и после поглощения; R = lp — произведение толщины среды I на ее плотность р;

Но — массовый коэффициент ослабления среды. Последний зависит от состава среды и ее характеристик:

где —— отношение атомного номера к атомной массе элемента;

А

mi — массовая концентрация і элемента;

f — функция энергии гамма-квантов, при постоянной энер­ гии гамма-излучения. / = const.

1 Т. е. для всех органических жидкостей, некоторых кислот, воды и т. п., иначе для элементов, атомный номер которых не выше 30.

232

2

Значение — для ряда (легких) элементов, кроме водорода,

почти постоянно (0,46-4-0,50). Поэтому, если в веществе присут­ ствует водород с массовой концентрацией тн , что реализуется для потоков ЦБП, то

^ Н = ^ о ( 1 + т н ) •

2

Значение р0 вычисляется по предыдущей формуле для-=0,464-0,50.

д

Влюбом случае радиоактивные плотномеры требуют индиви­ дуальной градуировки и поверки по месту установки.

Устройство радиоактивного плотномера рассмотрим на при­ мере ПР-1024, функциональная схема которого и общий вид при­ ведены на рис. 8-22, а и б.

Врадиоактивный плотномер (рис. 8-22, а) входят: рабочий ис­ точник 1, измерительный блок 4, электронный блок 8 и измери­ тельное устройство со вторичным прибором 9.

Прибор (рис. 8-22, б) состоит из четырех отдельных блоков: ра­ бочего источника 1, приемного измерительного устройства 4, элект­ ронного блока 5 и вторичного прибора 6.

Поток излучения от 1 проходит через трубу 2 с измеряемой плот­ ностью контролируемой среды. В сцинтилляционном счетчике 3 сравнивается интенсивность излучения потока от рабочего источ­ ника 1 и контрольного источника 6 раздельно во времени. Вращаю­ щийся двигателем Ді свинцовый полуцилиндр 5 попеременно пе­ рекрывает потоки излучения так, что в течение полупериода ре­ гистрируется излучение только от рабочего источника, а во время второго полупериода — только от контрольного источника. Затем импульсы поступают на фотоэлектронный умножитель 7, где уси­ ливаются и передаются на электронный блок 8.

Сигнал от рабочего источника поступает на конденсатор С2 за счет переключения цепей, связанных синхронно с работой двига­ теля Ди вращающего свинцовый полуцилиндр. Сигнал от контроль­ ного источника заряжает конденсатор С3. Разность напряжений на конденсаторах С2 и С3 с помощью вибропреобразователя ВП преобразуется в напряжение переменного тока. Катодным повтори­ телем КП сигнал усиливается по мощности. Кроме того, КП слу­ жит для согласования с R Bx вторичного прибора.

Затем сигнал поступает на вторичный электронный прибор 9, автоматический электронный мост ЭМП-120. Под действием сиг­ нала реверсивный двигатель Д2 вращает движок реохорда R P, включенного в анодную нагрузку фотоэлектронного умножителя,

нально плотности среды, положение движка реохорда и связанный с ним указатель шкалы показывающего прибора ПП характери­ зуют плотность вещества.

233