книги из ГПНТБ / Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов

ке первого каскада усилителя положителен в течение положитель­ ного полупериода напряжения сети. В это же время вследствие на­ личия емкости разделительного конденсатора переменная состав­ ляющая напряжения в анодной цепи проходит отрицательный полупериод. Таким образом, напряжение на сетке второго каскада оказывается сдвинутым по фазе на 180° по отношению к напряже­ нию на сетке первого каскада. Анодный ток второго каскада умень­ шается, и соответственно этому переменная составляющая напря­ жения анодной цепи этого каскада проходит положительный полупериод.

Следовательно, напряжение на сетке третьего каскада меняется синхронно с напряжением сети; напряжение переменной составля­ ющей анодного напряжения третьего каскада, подаваемое на сетки усилителя мощности, сдвинуто на 180° по отношению к напряже­ нию сети.

Если рассматривать обратное явление, когда температура тер­ мопары понижается и разность потенциалов на вершинах моста становится больше т.-э. д. с., то в этом случае напряжение на сет­ ках усилителя мощности будет находиться в фазе с напряжением во вторичной обмотке входного трансформатора.

Таким образом, на сетках ламп усилителя мощности напряже­ ние в зависимости от направления тока в цепи термопары оказы­ вается либо в фазе с напряжением сети, либо сдвинутым на 180° С по отношению к этому напряжению, чем определяется направление вращения ротора реверсивного электродвигателя и перемещение ползуна вдоль реохорда, стрелки вдоль шкалы и пера по диаг­ рамме.

При равновесии в измерительном контуре (момент компенса­ ции) напряжение на сетках ламп усилителя мощности равно нулю, токи в анодных цепях вследствие равенства потенциалов на анодах равны между собой и ротор электродвигателя не вращается.

В одних потенциометрах контроль тока осуществляется полу­ автоматически, в других автоматически. Происходит автоматиче­ ская компенсация влияния температуры свободных концов. Класс точности показаний потенциометра 0,25 или 0,50. Основная погреш­ ность записи может быть равной допускаемой основной погреш­ ности следующего по порядку класса точности, т. е. 0,5% для класса точности 0,25 и 1% для класса 0,5. Вариация показаний не должна превышать 0,2% для приборов класса 0,25 и половины аб­ солютного значения предела допускаемой основной погрешности для приборов класса 0,5, т. е. 0,25%.

В электронных потенциометрах, выпускаемых в настоящее вре­ мя, вместо батареи для электрического питания измерительной схемы применяется стабилизированный источник питания, обес­ печивающий постоянство силы тока в цепи реохорда. При этом

и нормального элемента, которые в современных электронных по­ тенциометрах отсутствуют.

57

Повседневное обслуживание прибора при эксплуатации заклю­ чается в смене диаграммы и заливке чернил в перо, в регулировке чувствительности, в периодической смазке редуктора реверсивного двигателя, поверке показаний и т. п.

Электрические термометры сопротивления. Электрическое сопро­ тивление металлических проводников существенно изменяется в зависимости от температуры. Например, платиновая проволока при нагревании от 0 до 500°С увеличивает электрическое сопро­ тивление почти в 3 раза, медная проволока при нагревании от 0 до 100° С — почти в 1,5 раза и т. п.

Измерение температур термометрами сопротивления основано на изменении электрического сопротивления проводника или полу­ проводника при нагревании или охлаждении.

Термометр сопротивления состоит из чувствительного элемента, выполненного из платиновой или медной проволоки, и защитной арматуры для предохранения элемента от разрушения. Медная проволока применяется для измерений в интервале от —50 до

+180° С, платиновая — в интервале от —200 до +650° С. Конструктивно чувствительный элемент для всех платиновых

термометров сопротивления представляет собой платиновую спи­ раль, расположенную в капиллярных керамических трубках, запол­ ненных дополнительно керамическим порошком, который служит изолятором, создает эффект подпружинивания спиралей, а также обладает ингибиторным свойством, препятствующим каталити­ ческому разрушению чувствительного элемента. В отличие от уста­ ревших конструкций чувствительных элементов, в которых плати­ новая проволока наматывалась на слюдяную пластинку, данная конструкция обеспечивает высокую надежность чувствительного элемента в условиях вибрации и высокой температуры.

Чувствительный элемент для всех медных термометров сопро­ тивления выполняется в виде бескаркасной безындукционной на­ мотки из медной эмалированной проволоки диаметром 0,08 мм, по­ крытой фторопластовой пленкой. К намотке припаяны два медных вывода. С целью обеспечения виброустойчивости чувствительный элемент помещают в тонкостенную металлическую гильзу, засы­ пают керамическим порошком и герметизируют.

При измерении термометр сопротивления погружают в среду, температуру которой необходимо определить. Зная зависимость ме­ жду температурой чувствительного элемента и его сопротивлением, можно по изменению сопротивления судить о температуре измеря­ емой среды.

При непрерывном измерении температуры поверхности сушиль­ ных цилиндров в качестве первичного измерительного преобразо­ вателя используется поверхностный термометр сопротивления, об­ щий вид которого представлен на рис. 14.

Чувствительный элемент термометра в виде растянутой по эл­ липсу плоской спирали 1 изготовляется из медной эмалированной проволоки диаметром 0,05 мм. Термостойким лаком спираль при­ клеена к тонкостенной медной пластине-2, закрепленной на изоля­

58

ционной плате 3 из пресс-порошка. Выводы чувствительного эле­ мента припаиваются к контактам 5. Плата 3 вставлена в пазы мед­ ного блока-термостата 4. Чувствительный элемент оказывается по­ мещенным в небольшую камеру. Тепловая энергия поступает к чувствительному элементу не только через пластину 2, но и через нижние поверхности ребер (шириной б). С целью интенсифика­ ции теплообмена за счет теплопроводности и конвекции воздуха, а также инфракрасного теплообмена с поверхностью сушильного ци­ линдра нижние поверхности ребер сделаны шероховатыми и зачер­ нены. С обоих торцов блок 4 плотно закрыт крышками 6. Для уменьшения излучения от блока 4 на внутреннюю поверхность за­

При увеличении зазора между поверхностью цилиндра и преобра­ зователем до 0,8 мм погрешность измерения возрастает до значе­ ния 6° С. Постоянная времени первичного преобразователя не более

чувствительные элементы изготовляются в виде бусинок, шайбочек или цилиндриков. Наиболее часто используются кобальто-марган­ цовые (КМТ) и медно-марганцовые (ММТ) термисторы, изготов­ ленные путем спекания и обжига смесей окислов меди, марганца, кобальта и связывающих добавок. Термисторы обладают отрица­ тельным температурным коэффициентом. Для них характерны раз­ брос и нестабильность статических характеристик. Поэтому ча­ ще их применяют для целей технологической сигнализации и реже для измерения температуры.

59'

В качестве измерительных приборов с термометрами сопротив­ ления применяются логометры и автоматические электронные уравновешенные мосты.

Достоинствами электротермометрических систем являются: хо­ рошо читаемая шкала; возможность произвести градуировку шка­ лы практически на любой температурный интервал; возможность сосредоточения через переключатель на одном измерительном при­ боре показаний нескольких температурных точек, находящихся в разных местах; возможность автоматической записи теплового режима при помощи самопишущих приборов; возможность авто­ матического регулирования температур и т. д.

Основным недостатком их является наличие посторонних источ­ ников тока и поэтому ограниченность применения во взрывоопас­ ных цехах.

Логометры. Логометры являются магнитоэлектрическими пер­ вичными измерительными приборами, у которых подвижная си­ стема состоит из двух рамок, жестко скрепленных между собой. Рамки помещаются в разных плоскостях, образуя подвижную си­ стему со скрещенными рамками. Рамки одинаковы по размерам и имеют одинаковое количество витков. Вращающие моменты рамок направлены навстречу, в силу чего подвижная система может на­ ходиться в покое лишь при равенстве моментов рамок. Отсюда сле­ дует, что определенному отношению токов или определенному от­ ношению сопротивления цепей рамок соответствует одно вполне определенное положение подвижной системы логометра.

Логометр работает по принципу измерения отношения токов

врамках.

Влогометрах противодействующий момент создается электри­ ческим путем, поэтому отпадает надобность в упругом моменте спиральных пружинок, которые являются неотъемлемой частью лю­

бого милливольтметра. При колебаниях напряжения на зажимах логометра токи в рамках будут изменяться пропорционально из­ менению напряжения, а отношение токов приблизительно остается постоянным. Это явление чрезвычайно важно, таккакпоказния ло­ гометра практически становятся независимыми от изменения на­ пряжения на его зажимах.

Полной независимости показаний от напряжения источника пи­ тания быть не может, так как с понижением напряжения мощ­ ность установки падает и начинает сказываться противодейству­ ющий момент спиральных токоподводящих пружинок и трение кер­ нов об опоры, что приводит к искажению показания логометра. В свою очередь при повышении напряжения сверх номинала воз­ растает ток через термометр сопротивления, что может привести к нагреванию его обмотки проходящим током и появлению допол­ нительной погрешности в показаниях. Таким образом, и уменьше­ ние и увеличение напряжения источника электрического питания по отношению к номиналу нежелательны и могут внести погрешности в показания логометра. Практически на показания логометра не

fiO

влияют изменения напряжения источника тока в пределах не бо­

лее ±20% от номинала.

Принципиальная электрическая схема логометра в комплекте с термометром сопротивления представлена на рис. 15.

Ток от источника питания постоянного тока напряжением 4 В поступает на верхнюю вершину моста, где разветвляется по трем направлениям. Данный мост находится в уравновешенном состоя­ нии, когда сопротивление термометра в сумме с сопротивлением R6 равно сопротивлению плеча Ru что соответствует положению

отличается температура термометра от среднего значения. Ука­ занная разность потенциалов может иметь тот или иной знак, т. е. больший потенциал может быть или в точке А, или в точке Б, что зависит от того, в какую сторону от среднего значения отклоняется температура термометра.

Под влиянием разности потенциалов в диагональ АБ будет от­ ветвляться мостовой ток, совпадающий по направлению с током в одной из рамок. Поэтому в одной из рамок ток увеличится, в дру­ гой— уменьшится, что приведет к отклонению подвижной системы от среднего положения в ту или другую сторону.

Температурная погрешность, которая может возникнуть из-за изменения сопротивления рамок при колебании температуры самого логометра, сведена до минимума путем подбора температурного

61

коэффициента цепи (R4 + R5), где R5 изоготовляется из медной про­ волоки.

В логометре для уменьшения дополнительной погрешности, яв­ ляющейся следствием изменения сопротивления соединительных проводов от колебания их температуры, применено т р е х п р о в о д ­ ное в к л ю ч е н и е т е р м о м е т р а . Соединительные провода при таком включении придаются разным плечам моста, и любое из­ менение сопротивления проводов будет вызывать равные изменения сопротивлений в обоих плечах.

Основная погрешность логометров не превышает ±1,5% от ди­ апазона шкалы.

Электронные уравновешенные мосты. Автоматические электрон­ ные уравновешенные мосты обладают свойством непрерывного уравновешивания измеритель­ ной схемы. При неуравнове­ шенности, выходящей за пре­ дел нечувствительности мосто­ вой схемы, что может быть при повышении или понижении температуры термометра со­ противления против ее преж­

кой. Питание силовой части прибора осуществляется от сети пере­ менного тока напряжением 127 или 220 В, а питание измеритель­ ного моста — от одной из вторичных обмоток силового трансфор­ матора, обеспечивающей напряжение 6,3 В переменного тока. Питание моста переменным током позволяет исключить из измери­ тельной схемы промежуточный преобразователь, который в элек­ тронном потенциометре является обязательным. В остальном уси­ литель и реверсивный двигатель такие же, что и в электронном потенциометре.

При изменении температуры термометра сопротивления измери­ тельный мост выходит из равновесия и на вершинах его возникает некоторое напряжение, зависящее от степени неуравновешенности моста. Это напряжение подается на вход усилителя, где последова­ тельно усиливается тремя каскадами усилителя напряжения. По-

62

следний каскад подключен к усилителю мощности, управляющему токами, протекающими по управляющей обмотке реверсивного дви­ гателя. Ротор реверсивного двигателя начинает вращаться и через редуктор воздействует на ползун реохорда. Последний перемеща­ ется до тех пор, пока мост не будет приведен к равновесию. При этом на входе усилителя напряжение станет равно нулю, ротор ре­ версивного двигателя остановится и будет находиться в покое до нового нарушения равновесия моста.

Одновременно с вращением ротора реверсивного двигателя и поворотом ползуна реохорда передвигаются кинематически связан­ ные с ним показывающая стрелка (вдоль шкалы) и перо, непре­ рывно записывающее показания на суточной дисковой диаграмме. Основная погрешность показаний электронных автоматических уравновешенных мостов не превышает ±0,5% от диапазона шкалы.

Область и особенности применения термометрических приборов

вцеллюлозно-бумажной промышленности. Производственные про­ цессы целлюлозно-бумажной промышленности в значительной сте­ пени основаны на явлениях тепло- и массообмена. Производствен­ ные установки являются мощными потребителями тепла. Протека­ ние процессов выработки целлюлозы, бумаги и картона на всех стадиях производства во многом зависит от соответствия темпера­ турных режимов их оптимальным значениям. Поэтому непрерыв­ ный контроль за размером температуры многих технологических процессов является обязательным и способствует улучшению ка­ чества продукции, повышению производительности и надежности оборудования, улучшению энергоиспользования и т. д.

Например, измерение температуры в зоне верхней варочной циркуляции установки непрерывной варки сульфатной целлюлозы

ввертикальных аппаратах позволяет своевременно обнаружить за­ висание массы в варочном котле, а измерение температуры в зоне верхней загрузочной циркуляции котла позволяет контролировать уровень щепы.

Надежность и долговечность работы термометрических прибо­ ров, используемых в целлюлозно-бумажной промышленности, за­ висят от многих причин, которые определяются правильностью вы­ полнения монтажа, наладки и эксплуатации, агрессивностью изме­ ряемой среды и воздуха в помещении, воздействием динамических усилий на защитные устройства (арматуру) первичных измеритель­ ных преобразователей со стороны потока измеряемой среды, обра­ станием защитных трубок органическими и минеральными вещест­ вами, оседающими на их поверхности из измеряемой среды, и пр. Например, в производстве сульфатной целлюлозы на поверхности защитных трубок термометров сопротивления или термопар, изме­ ряющих температуру варочного щелока после подогревателей, в процессе эксплуатации образуется накипь органического и мине­ рального происхождения. Органическая накипь содержит лигнин и мелкие древесные частицы, например в виде опилок. Минераль­ ная часть накипи содержит компоненты белого щелока: соли кальция, кремния и др. Слой накипи ухудшает теплопередачу от

63

варочного щелока к защитной трубке первичного измерительного преобразователя, вследствие чего изменяются динамические свой­ ства измерительной системы или системы автоматического регули­ рования. В последнем случае имеющаяся настройка регулятора все больше по мере образования накипи начинает отличаться от опти­ мальной и качество автоматического регулирования с течением времени ухудшается.

Область и особенности применения термометрических приборов в лесохимической и гидролизной промышленности. Технологические процессы лесохимической и гидролизной промышленности, основан­ ные на явлениях тепло- и массообмена, характеризуются вполне определенными температурными режимами. Отклонение размеров температуры от заданных по режиму значений приводит, например, к снижению производительности и надежности оборудования, ухуд­ шению качества продукции, снижению технико-экономических по­ казателей или может вызвать аварийное состояние оборудования. Непрерывный контроль за размером температуры технологических процессов позволяет не допускать появления указанных недостат­ ков. Например, измерение температуры технологических процессов пирогенетической переработки древесины позволяет не допустить преждевременного термического разложения древесины и в то же время интенсифицировать процесс пиролиза. Нарушение темпера­ турного режима в зонах вертикальной реторы приводит к нежела­ тельному изменению выхода продуктов пиролиза, т. е. к возраста­ нию выхода смолы и уменьшению выхода угля или, наоборот, к уменьшению выхода смолы и возрастанию выхода угля.

Чрезвычайно важен контроль за размером температуры техно­ логических процессов производства канифоли. Например, измере­ ние температуры уваренной канифоли на выходе из канифолеуваривательной колонны позволяет не допустить появления у канифоли нежелательных качественных показателей. Так, снижение темпера­ туры от нормального размера 170° С приводит к неполному отде­ лению от канифоли тяжелых фракций бензина, а также скипидара и, следовательно, к уменьшению температуры размягчения кани-

.фоли, а увеличение температуры вызывает возрастание выхода ка­ нифольных масел и потемнение канифоли.

Температура является важным показателем процесса экстраги­ рования канифоли, так как с ее повышением снижается вязкость диффундирующих из древесной щепы веществ, а также раствори­ теля. Вместе с тем с повышением температуры ухудшается ка­ чество получаемых канифоли и скипидара из-за следующих причин: улучшается растворимость окисленных веществ, а также резенов и загрязняющих веществ; усиливаются окисление и раз­ ложение как смолистых веществ, так и разных примесей с образо­ ванием темноокрашенных веществ, что способствует потемнению

канифоли.

В гидролизной промышленности область применения термомет­ рических измерительных приборов также обширна. Размер темпе­ ратуры среды в гидролизаппарате на стадии перколяции оказывает

64

значительное влияние на скорость реакции, возрастающей с повы­ шением температуры. Снижение температуры в нейтрализаторах ниже 85° С способствует усилению гипсации на дальнейших ста­ диях производства. Нормальная жизнедеятельность дрожжевых клеток возможна при температуре от 32 до 40° С; при температуре ниже 32° С замедляется процесс обмена веществ, снижается ак­ тивность дрожжевой клетки; с повышением температуры возра­ стает скорость синтеза, но при температурах выше 40° С активность поглощения клеткой кислорода резко падает, снижается выход био­ массы и уменьшается содержание белка в дрожжах, что указывает на начавшийся распад, омертвение дрожжевых клеток. В произ­ водстве фурфурола снижение температуры паровой среды после де­ флегматора указывает на излишнее обогащение тарелок основной ректификационной колонны метанольной фракцией и скипидаром, понижающими температуру кипения смеси, а увеличение темпера­ туры может произойти или от усиления возгонки воды и обедне­ ния тарелок фурфуролом, или от ненормального повышения дав­ ления во всей системе.

Надежность и долговечность работы термометрических измеритёльных приборов в лесохимической и гидролизной промышленности обеспечивается правильностью выбора первичных преобразова­ телей, выполнения монтажа, наладки и эксплуатации. Эксплуатация усложняется обрастанием защитных трубок первичных преобразо­ вателей органическими и минеральными веществами, оседающими на их поверхности из измеряемой среды, а также взрывоопасностью многих процессов. Взрывоопасность оборудования и помещений заставляет применять первичные измерительные преобразователи во взрывозащищенном исполнении.

Область и особенности применения термометрических приборов в производстве древесных плит и пластиков. В производстве древес­ ных плит и пластиков измерять температуру необходимо на всех ста­ диях производства, так как она является важнейшим параметром технологических процессов. Стабилизация размера температуры в соответствии с заданным технологическим режимом способствует улучшению качества древесных плит и пластиков, повышению производительности технологического оборудования, улучшению технико-экономических показателей, повышению надежности и дол­ говечности оборудования и т. п.

Область применения термометрических приборов в производстве древесных плит и пластиков очень обширна: измерение темпера­ туры в аккумуляторе перегретой воды, в металлических плитах пресса горячего прессования, в закалочных камерах периодиче­ ского или непрерывного действия, в увлажнительных камерах не­ прерывного действия, в сушилках древесной стружки непрерывного действия и т. д.

Особенности применения термометрических приборов в дан­ ном производстве сходны с особенностями их применения в целлюлозно-бумажном, лесохимическом и гидролизном произ­ водствах.

Г Л А В А 4. И З М Е Р Е Н И Е Д А В Л Е Н И Я И Р А З Р Е Ж Е Н И Я

Основные понятия. Давлением называется действие силы, рав­ номерно распределенной по площади и направленной перпендику­ лярно ей. Различают понятия: атмосферное (барометрическое), из­ быточное, абсолютное давление и разрежение.

Атмосферное давление, измеренное барометром, называется ба­ рометрическим давлением. За нормальное барометрическое давле­ ние принимается давление, равное 101,325 кПа. Барометрическое давление зависит от высоты над уровнем моря, метеорологических условий и других факторов. Соответственно изменению барометри­ ческого давления будет изменяться абсолютное давление.

Абсолютным давлением называется давление, отсчитываемое от абсолютного (неусловного) нуля. Чем выше от уровня океана про­ изводится измерение, тем меньшее абсолютное давление показы­ вает барометр. Размер абсолютного давления в этом случае зависит от степени разрежения воздушного пространства: чем выше от уровня океана производится измерение, тем разреженнее воздух.

Разрежением называется разность между атмосферным (баро­ метрическим) и абсолютным давлением, если последнее ниже атмо­ сферного давления. Разрежение может быть только в той точке или в том сосуде или аппарате, где давление меньше по сравнению с существующим атмосферным. Например, обезвоживание целлю­ лозы за регистровой частью пресспата осуществляется отсасыва­ нием воды отсасывающими ящиками и валами. При этом абсолют­ ное давление воздуха в отсасывающем ящике составляет около 72 кПа, а разрежение достигает 29 кПа. Разрежение в отсасываю­ щих валах достигает 70 кПа и создается при помощи мощных на­ сосов.

Вакуум (большое по размеру разрежение) можно определить по уравнению

где Рвак — вакуум, кПа; Рб — барометрическое давление, кПа;

Ра — абсолютное давление, кПа.

Пр и ме р . Барометрическое давление Рб= 101 кПа, вакуум в отсасывающем ящике Р Вак=28,6 кПа. Определить размер абсо­ лютного давления в отсасывающем ящике.

Ре ш е н и е :

/\ = ^ б - Я вак= 101-28,6=72,4 кПа.

Если сосуд, заполненный воздухом под барометрическим давле­ нием, разобщить с атмосферой и находящийся в нем воздух под­ вергнуть добавочному давлению, то абсолютное давление в сосуде станет больше барометрического на величину подведенного избыточного давления.

66