книги из ГПНТБ / Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности учебник

и т. п.). Наиболее часто в приборах этого типа применяется кварц. Пьезоэлектрический эффект кварца не зависит от тем­ пературы в пределах до +500° С, ito при температуре выше 570° С становится равным нулю.

ПРИБОРЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Кэтой группе приборов могут быть отнесены теплопроводные, ионизационные и некоторые другие типы, манометров, которые, однако, в пищевой промышленности сколько-нибудь широкого распространения не получили.

Теплопроводные манометры. В этих приборах используется явление, заключающееся в том, что при низких абсолютных дав­ лениях (или глубоком вакууме) длина свободного пробега мо­ лекул соизмерима с геометрическими размерами системы и в этом случае теплопроводность газа обусловливается его давле­ нием. Эта зависимость используется в теплопроводных маномет­ рах для измерения давления газов в пределах от Ю - 3 до 100 Па. Датчик прибора состоит из нагревателя и измерителя темпера­ туры, помещенных в сосуд, в котором производится измерение давления. В качестве измерителей температуры применяются термопары или термометры сопротивления.

Ионизационные манометры. Действие ионизационных прибо­ ров (вакуумметров) основано на зависимости силы ионного тока в газе от давления. Приборы различаются по способу ионизации газа. Чаще всего ионизационный вакуумметр состоит из мано­ метрической лампы, присоединяемой к исследуемому объему, и измерительного устройства. Теоретически и экспериментально доказано, что в таких приборах (манометрических лампах) име­ ет место следующее соотношение.

ции, от электрического режима и природы находящегося в ней газа.

Как правило, определение значения Ки> т. е. градуирование лампы, производится экспериментально по какому-либо абсолют­ ному манометру. Манометрическими лампами можно измерять очень низкие давления: 0,1—1 нПа.

§ 5. ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЙ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Большинство приборов для измерения давления, разрежения и перепада давлений, широко используемых в пищевой промыш­ ленности, являются приборами общепромышленного назначения. Выбор их в первую очередь зависит от значения измеряемой ве­ личины, диапазона измерения, требуемой точности и надежно­ сти. При выборе конкретных типов и модификаций приборов должны учитываться также требования обслуживаемых процес­ сов пищевой технологии с точки зрения воздействия анализируе­ мой среды на их чувствительные элементы и возможного обрат­ ного воздействия материалов чувствительных элементов или про­ дуктов их окисления на качество пищевых продуктов или на ход контролируемых технологических процессов.

В пищевой промышленности недопустимо применение токсич­ ных веществ, попадание которых в .среду может испортить боль­ шие массы пищевых продуктов. Ввиду этого с большой осторож­ ностью следует подходить к использованию в цехах пищевых производств приборов с ртутным заполнением, трансформатор­ ным маслом, керосином и т. п.

При использовании приборов для измерения давления, раз­ режения и перепада давлений необходимо учитывать, что пище­ вая среда, находящаяся в соединительных трубках без циркуля­ ции, может закисать, в ней создаются благоприятные условия для развития вредной микрофлоры, что в ряде случаев также приводит к порче большой массы продукта. Отсюда вытекает требование применения специальных разделительных устройств, устанавливаемых между анализируемой средой и чувствитель­ ным элементом измерительного прибора. Кроме того, необходимо предусматривать возможность удобной и быстрой чистки и мой­ ки отборных и разделительных устройств, а в случае необходи­ мости и их замены.

Особые требования предъявляются к использованию прибо­ ров для измерения давления очень вязких сред (опара, тесто, ка­ рамельная масса, фруктовые начинки и т. п.). В этом случае должны применяться отборные устройства специальной конст­ рукции, допускающие возможность их быстрой чистки; соедини­ тельные трубные трассы должны быть возможно более корот­ кими и большого проходного сечения и т. п.

При использовании приборов для измерения перепада дав­ лений в качестве дифманометров-расходомеров, работающих в комплекте с сужающими устройствами, необходимо иметь в ви­ ду, что большинство пищевых продуктов, находящихся в жидком виде (виноматериалы, солевые растворы, пдивное сусло, соки, фруктовые воды и т. п.), насыщены пузырьками воздуха, газов или мельчайшими взвешенными частицами. Кроме того, многие

растворы в пищевых производствах являются быстрокристаллизующимися. При работе с такими продуктами на соединитель­ ных линиях устанавливаются газосборники, шламосборники, фильтры, газоотделители и т. п.; для устранения кристаллизации импульсные соединительные линии оснащаются специальными подогревными устройствами, паровыми рубашками и т. д.

Несмотря на то что потребность пищевой промышленности в приборах для измерения давления, разрежения и перепада дав­ лений полностью удовлетворяется при использовании приборов общепромышленного назначения, иногда возникает необходи­ мость в разработке специальных устройств, которые, как прави­ ло, изготовляются в небольшом количестве специализированны­ ми организациями и заводами пищевого машиностроения.

ГЛАВА V I

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА, МАССЫ

ИОБЪЕМА ВЕЩЕСТВ

§1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Измерение расхода, массы и объема веществ (жидких, газо­ образных, сыпучих, паров и т. п.) имеет очень большое значение в пищевой промышленности и применяется как для товароучеткых и отчетных операций, так и для контроля, регулирования и управления в ходе технологических процессов. В пищевой про­ мышленности оптимальное ведение многих технологических про­ цессов основывается на смешивании различных компонентов, входящих в состав изготовляемого целевого продукта в строго определенных соотношениях, изменение которых ведет к наруше­ нию хода процесса и получению некачественного готового про­ дукта.

Приборы, измеряющие массу или объем вещества, протекаю­ щего через прибор в течение любого, произвольно взятого проме­ жутка времени, называются с ч е т ч и к а м и . Масса или объем вещества, прошедшего через счетчик, определяется по разности двух последовательных во времени показаний.

Расходом вещества в данный момент, или мгновенным рас­ ходом, называется отношение массы или объема вещества, проте­ кающего через прибор или измерительное устройство за некото­ рый промежуток времени, к этому времени. Массовый расход,из­ меряется в кг/с (кг/ч и т. д.), а объемный — в м3 /с (м3 /ч и т. д.). Приборы, предназначенные для измерения расхода вещества, на­ зываются р а с х о д о м е р а м и .

Счетчики, предназначенные для измерения массы или объема веществ, по принципу действия подразделяются на две большие группы: объемные и скоростные.

ются на следующие основные группы:

1)расходомеры гидравлического сопротивления — перемен­ ного перепада, измеряющие расход по перепаду давлений, созда­ ваемому в трубопроводе сужающими устройствами постоянного сечения — диафрагмами, соплами и т. п., работающими в комп­ лекте с дифманометрами-расходомерами (показывающими, са­ мопишущими и интегрирующими);

2)расходомеры гидравлического сопротивления — постоян­ ного перепада;

3)индукционные расходомеры;

4)инерционные расходомеры, применяемые для измерения массового расхода вещества, плотность которых изменяется в процессе измерения;

5)расходомеры переменного уровня — щелевые расходо­

меры.

Кроме того имеется ряд расходомеров для специальных це­ лей, в которых используются ультразвуковые колебания, радио­ активные излучения и другие физические явления. Однако вслед­ ствие относительной сложности устройства и эксплуатации эти приборы широкого применения в пищевой промышленности не получили.

Необходимо отметить, что счетчики и расходомеры в ряде случаев могут быть: объединены общей конструкцией: расходо­ мер может быть снабжен интегратором, показывающим массу или объем вещества, прошедшего через прибор за какой-либо промежуток времени, а счетчик — указателем, показывающим

расход вещества в любой момент измерения.

§ 2. СЧЕТЧИКИ И РАСХОДОМЕРЫ ОБЪЕМНЫЕ

Приборы этой группы получили в пищевой промышленности широкое распространение благодаря достаточно высокой точно­ сти и надежности измерений, а также простоте конструктивного исполнения.

Принцип действия объемных счетчиков и расходомеров за­ ключается в периодическом или непрерывном отсчете постоянных объемных порций измеряемого вещества. Объемным методом могут измеряться жидкие, газообразные и сыпучие материалы. Недостатком его является цикличность, связанная с необходи­

рения:

где Q0 — измеряемый расход, м3 /с; п—число измеренных объемов;

а— объем измерительной камеры прибора, м3 ; т 2—т і—промежуток времени, в течение которого производилось измерение, с.

Простейшим объемным устройством для измерения расхода вещества является мерный бак, или мерник, который представ­ ляет собой сосуд любого поперечного сечения с устройством для измерения уровня вещества.

КОВШЕВЫЕ СЧЕТЧИКИ ЖИДКОСТИ

Схема действия счетчика приведена на рис. 79. Поток жидко­ сти, поступая в счетчик через входной патрубок, проходит через измерительную камеру. При этом часть давления потока расхо­ дуется на создание крутящего момента, приводящего ротор во

Рис. 79. Схема действия объемного ковшового счетчика жидкости.

вращение. Ротор представляет собой барабан с четырьмя ковша­ ми, которые с помощью специального механизма сохраняют ис­ ходное положение. За один полный оборот отсекается четыре из­ мерительных объема, равных по сумме объему кольцевого ци­ линдра, ограниченного стенками корпуса, барабана и крышками камеры. Вращение ротора передается и учитывается счетным механизмом в объемных единицах. Выпускаются ковшевые счет­ чики жидкости на расход от 42 до 2700 м3 /ч, с условным прохо­ дом от 200 до 500 мм (тип К Ж У ) . Счетчики могут быть снабжены унифицированной приставкой, служащей для передачи показа­ ний на расстояние до 500 м.

СЧЕТЧИКИ ЖИДКОСТИ С ОВАЛЬНЫМИ ШЕСТЕРНЯМИ

Такие счетчики получили в пищевой промышленности весьма широкое применение. На рис. 80 приведена принципиальная схе­ ма работы такого счетчика. В положении / правая шестерня от­ секает некоторый объем жидкости 1; так как -эта шестерня на­ ходится под действием крутящего момента, она поворачивается по часовой стрелке, вращая при этом левую шестерню против часо­ вой стрелки. В положении / / левая шестерня заканчивает отсе­ кание новой порции жидкости 2, а правая выталкивает ранее

(тип РГ) на расходы от 40 до 40000 м3 /ч. Рабочие давления —0,1; 0,6; 1,6 и 6,4 МПа. Условные проходы счетчиков от 50 до 1200 мм. Класс точности приборов 1 и 1,5.

БАРАБАННЫЕ ГАЗОСЧЕТЧИКИ

Барабанные газосчетчики предназначены для измерения не­ больших количеств газа. Схема устройства такого счетчика при­ ведена на рис. 82. Принцип действия его основан на преобразо­ вании вращения измерительного барабана, происходящего под действием разности давлений газа до и после счетчика, в пока­ зания счетного механизма.

В корпусе 1 размещен измерительный барабан 2, который раз­ делен наклонными перегородками на четыре равные части, явля-

ющиеся измерительными камерами. Эти камеры частично запол­ нены затворной жидкостью (водой). Газ, поступающий через входной штуцер 3 в газораспределительное пространство 4, по­ падает в измерительные камеры, входные отверстия которых вышли из воды. Вследствие потери давления барабан начинает вращаться по часовой стрелке. При этом измерительные камеры поочередно заполняются газом и освобождаются от него. За один оборот барабана вытесняется количество газа, равное четырех­ кратному объему одной измерительной камеры. Вращение бара-

*

Рис. 83. Крыльчатый счетчик жидкости.

СЧЕТЧИКИ ВОДЫ С ВИНТОВОЙ ВЕРТУШКОЙ

Скоростные счетчики с винтовой вертушкой применяются для измерения больших расходов воды. Конструкция счетчика типа ВВ схематично показана на рис. 84. Жидкость через струевыпрямитель 1 поступает к винтовой вертушке 7, расположенной по оси потока в корпусе 2. Вращение вертушки через червячное устройство 6 и редуктор 5 передается счетному механизму 3, ко­ торый отделен от редуктора водонепроницаемой перегородкой 4. Счетчики этого типа изготовляются на условные проходы от 50 до 200 мм и обеспечивают измерение расхода от 70 до 1700 м3 /ч с точностью +2 — 3% .

ТАХОМЕТРИЧЕСКИЕ ШАРИКОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ ЖИДКОСТИ

Эти расходомеры входят в систему ГСП. Принцип их действия заключается в том, что в качестве подвижного элемента приме­ няется шарик, совершающий под действием потока вращательное движение, причем частота его вращения прямо пропорциональна расходу. Датчик расходомера с шариком показан на рис. 85. Жидкость поступает во внутреннюю полость корпуса / через тан­ генциальные отверстия. Шарик 2, расположенный во внутренней измерительной полости, под воздействием движущегося потока приобретает некоторую угловую скорость, прямо пропорциональ­ ную объемному расходу Q0. Частота вращения шарика