книги из ГПНТБ / Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности учебник
.pdfзаполненной тарой, находящихся на движущихся транспорте рах. Такой учет осуществляется с помощью счетчиков различ ных конструкций.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СЧЕТЧИКИ
Простейшими счетчиками являются механические, в которых в качестве чувствительных элементов используются подвесные заслонки или лепестки, звездочки, турникеты и другие подоб ные устройства. При про хождении учетной единицы мимо чувствительного эле мента предмет, подлежащий учету, механически воздей ствует на него, а возникаю щий импульс с помощью си стемы рычагов передается
счетному механизму.
|
На |
рис. 98 |
приведена |
|||||
|
схема |
механического |
счет |
|||||
|
чика со звездочкой /, имею |
|||||||
|
щей шесть пальцев и жест |
|||||||
|
ко закрепленной на валу 2 |
|||||||
|
На |
конце вала |
установлена |
|||||
|
шестигранная |
втулка 3, фик |
||||||
|
сирующая каждое |
из |
шести |
|||||
|
положений |
вала. |
|
Грани |
||||
|
втулки |
взаимодействуют |
с |
|||||
|
прерывателем |
|
4, |
соединен |
||||
Рис. 98. Схема механического счетчика |
ным |
пружиной |
и |
рычагом |
||||
со звездочкой. |
со счетным |
механизмом |
5. |
|||||
|
Движущиеся |
по транспорте |
ру единицы штучной продукции наталкиваются на пальцы звез дочки и поворачивают ее вместе с валом, тем самым производя отсчет на единицу. Для электрической передачи показаний на валу счетчика устанавливается кулачок, который, воздействуя на микропереключатель, фиксирует прохождение через счетчик каждой единицы учетной продукции. Выходные контакты мик ропереключателя электрически соединяются со счетчиком еди ничных электрических импульсов. Вместо звездочки на валу мо жет быть укреплена качающаяся заслонка, которая при каждом отклонении ее движущейся единицей учетной продукции изме няет показание счетчика на единицу.
БЕСКОНТАКТНЫЕ СЧЕТЧИКИ
Более надежными устройствами для учета штучных изде лий являются бесконтактные, в которых отсутствует непосредст венный контакт чувствительного элемента с учитываемой про дукцией. Наиболее распространенными из этой группы счетчи-
ков, применяемых в пищевой промышленности, являются фото электрические, в которых в качестве чувствительного элемента используется фотоэлемент, периодически освещаемый от источ
ника света, перекрываемого проходящими между |
фотоэлемен |
|||
том и источником |
света |
единицами |
учитываемой |
продукции. |
Возникающие при |
этом |
электрические |
импульсы |
усиливаются |
с помощью электронного усилителя и подаются на электриче ский счетчик.
По аналогичной схеме работают радиоактивные и рентгенов ские счетчики, основанные на поглощении (3-лучей или рентге новского излучения предметом, проходящим между источником и приемником излучения. При использовании таких счетчиков должны соблюдаться требования работы с рентгеновскими и ра диоактивными излучениями.
§ 9. ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ |
ПРИБОРОВ |
||
ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА, МАССЫ И ОБЪЕМА |
|||
ВЕЩЕСТВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ |
|||
В настоящее |
время потребности |
пищевой |
промышленности |
в приборах для |
измерения расхода, |
массы и объема различных |
пищевых продуктов удовлетворяются в основном общепромыш ленными приборами и устройствами. Имеется также большая номенклатура приборов и устройств, предназначенных специ ально для измерения расхода пищевых продуктов, в конструк циях которых учитываются специфические свойства последних. В частности, широкое применение в пищевой промышленности находят автоматические взвешивающие и дозирующие устрой ства для сахарного песка, круп, порошка какао, кофе и других сыпучих материалов. Имеется достаточно большая номенклату ра специальных приборов, предназначенных для измерения рас хода, массы и объема жидких пищевых продуктов: молока, рас тительных масел, виноматериалов и т.п. Следует отметить, что по принципу действия специальные приборы сходны с общепро мышленными, но их конструкция учитывает некоторые специ фические требования, выдвигаемые со стороны пищевых про дуктов: возможность быстрой чистки и мойки (желательно без разборной); отсутствие застойных зон и т.п. Кроме того, при изготовлении таких приборов должны использоваться материа лы, не подверженные коррозионному или химическому воздей ствию 6о стороны измеряемого пищевого продукта. В качестве материалов часто используются нержавеющие стали, специаль ные сорта стекла, пластмассы, а также футеровочные материа лы, которыми покрываются поверхности, находящиеся в непо средственном контакте со средой (эмали, фторопласты и т.п.).
Для приборов, с помощью которых производится измерение расхода, массы или объема пищевых продуктов, особое значе ние приобретает вопрос точности и надежности измерения, так
как большинство подобных измерений являются учетно-отчет- ными и на основании их производится приемка и сдача исход ного сырья или готового продукта.
За последние годы все большее распространение приобрета ют методы и приборы, в которых отсутствуют движущиеся эле менты или дросселирующие устройства. Широкое применение в пищевой промышленности получают индукционные расходо меры, с помощью которых, как показала практика, возможно производить измерение вязких, быстрокристаллизующихся и сильно загрязненных жидкостей, растворов и пульп, а также та ких материалов и продуктов, как патока, жидкие дрожжи, яб
лочное |
пюре, осахаренная масса |
и др. Однако точность |
измере |
||
ния расхода с помощью индукционных расходомеров |
невысока, |
||||
погрешность составляет в среднем ± 1 , 5 — 2 % |
диапазона |
изме |
|||
рения. |
|
|
|
|
|
Для |
очень вязких продуктов |
типа опары, |
теста, |
конфетной |
массы, фруктово-ягодных начинок и т. п. хорошие перспективы применения имеют тепловые расходомеры. Однако следует от метить, что тепловые расходомеры, применительно к пищевой промышленности, не вышли еще из стадии опытно-конструктор ских разработок и серийно не выпускаются.
При использовании общепромышленных щелевых расходо меров и ротаметров следует предусматривать необходимость достаточно частой разборки этих устройств для очистки профи ля щели и поплавка от осаждающихся на них твердых веществ.
Несмотря |
на кажущуюся простоту и |
доступность, приборы |
и устройства |
для автоматического счета |
штучных изделий не |
получили достаточно широкого распространения, так как отсут ствуют счетчики, отличающиеся высокой надежностью, быстро действием, избирательностью и т. п.
Ввиду важности измерения расхода пищевых продуктов тре буется разработка новых унифицированных приборов, отлича ющихся повышенной точностью и надежностью. Перспективными в этом отношении являются приборы, основанные на бесконтак тных методах, — электромагнитные, ультразвуковые, с различ ными метками и др., а для измерения расхода очень вязких продуктов — приборы, основанные на тепловых методах.
ГЛАВА V I I
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ
§ 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ
Устройства для измерения уровня жидких и сыпучих мате риалов являются одними из распространенных приборов, при меняемых в пищевой промышленности. Практически в любом
пищевом производстве возникает необходимость измерять уро вень непрерывно или сигнализировать о достижении им задан ного максимального или минимального значения для предупре ждения потерь от переливов или снижения уровня ниже допу стимых пределов. Особенно широко используются уровнемеры в виноделии, пивоваренном, спиртовом и других производствах, связанных с переработкой и транспортировкой жидких продук тов.
Современные методы определения уровня и устройства* основанные на использовании этих методов, весьма разнооб разны.
Уровнемеры подразделяются на приборы для непрерывного
измерения уровня, или у к а з а т е л и , |
и на индикаторы, или с и г |
н а л и з а т о р ы , уровня. Указатели |
предназначены для непре |
рывного оперативного контроля за изменением уровня в техно логических емкостях. Сигнализаторы уровня служат для дис
кретных измерений |
в одном |
или нескольких |
фиксированных |
|||
положениях, |
определяемых местом установки их чувствительных |
|||||
элементов. |
|
|
|
|
|
|
Указатели |
и сигнализаторы |
уровня |
широко |
используются |
||
в качестве |
датчиков |
первичной |
информации в системах автома |
|||
тического |
регулирования и управления |
технологическими про |
||||
цессами. |
|
|
|
|
|
|
По принципу действия приборы для измерения и сигнализа ции уровня подразделяются на следующие группы: механичес кие (поплавковые, мембранные и контактно-механические); гид ростатические; электрические; радиоизотопные; радиоволновые; акустические; весовые и пр. Имеются уровнемеры, основанные и на других принципах.
Выпускаются различные типы уровнемеров, охватывающие практически весь диапазон измерения уровня жидких и сыпу чих материалов.
В пищевой промышленности широко применяются как обще промышленные, так и специальные приборы, сконструированные и изготовляемые с учетом требований конкретных технологиче ских процессов.
§ 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ
Уровнемеры и сигнализаторы этой группы получили самое широкое распространение в пищевой промышленности благодаря простоте, надежности и низкой стоимости. К группе механи ческих приборов относятся устройства, основанные на исполь зовании механического воздействия уровня измеряемого мате риала на их чувствительный элемент. В первую очередь к меха ническим следует отнести поплавковые — наиболее распростра ненные—приборы, а также мембранные, лотовые, с вертушкой и др.
ПОПЛАВКОВЫЕ УРОВНЕМЕРЫ
Существует большое разнообразие типов и модификаций поплавковых уровнемеров, отличающихся друг от друга конст рукцией, характером измерения (непрерывное или фиксация предельных значений), пределами измерения, условиями при менения, системой дистанционной передачи и т. п. Принцип их действия основан на использовании перемещения поплавка, пла
вающего |
на поверхности жидкости. Это перемещение |
механи |
|
чески или |
с помощью системы дистанционной передачи |
(меха |
|
|
нической, пневматической, |
электри |
|
3^0 |
ческой, частотной и др.) передается |
||
к измерительной части прибора. На |
|||
|
рис. 99 показана схема поплавково |
||
|
го уровнемера, положенная в осно |
||
|
ву многих промышленных приборов, |
||
|
применяемых для измерения |
уров |
|
|
ня жидкости. |
|
|
|
|
Изменение |
уровня |
жидкости в |
||||
|
|
емкости |
определяется |
с |
помощью |
|||
|
|
поплавка /, плавающего на ее по |
||||||
|
|
верхности. |
Движение |
поплавка |
пе |
|||
|
|
редается с помощью троса 2, пере |
||||||
|
|
кинутого через ролики 3 и 4, на |
||||||
|
|
мерный |
шкив |
6, на |
оси |
которого |
||
Рис. 99. |
Схема поплавкове |
укреплена |
стрелка 5, |
показываю |
||||
го |
уровнемера. |
щая по |
шкале |
уровень |
жидкости |
|||
|
|
в резервуаре. Поплавок и трос урав |
||||||
|
|
новешиваются |
контргрузом 7. |
По- |
Рис. 100. Мембранный датчик уровня зерна.
плавковые приборы широко применяются в качестве сигнализа торов и реле предельных значений уровня для неагрессивных или слабоагрессивных некристаллизующихся жидкостей.
МЕМБРАННЫЕ СИГНАЛИЗАТОРЫ УРОВНЯ
Большое распространение получили мембранные сигнализа торы уровня для зерна и других сыпучих неслеживающихся ма-
териалов. На рис. 100 приведена схема мембранного датчикасигнализатора уровня зерна. Усилие давления зерна воздейст вует на гибкую мембрану / из прорезиненной ткани с жестким металлическим диском в центре и перемещает ее. Это переме щение приводит к переключению электрических контактов мик ропереключателя 2, находящегося внутри корпуса датчика 3. Срабатывание контактов происходит при высоте слоя пшени цы над датчиком около 150 мм.
КОНТАКТНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ |
|
|||
Для измерения уровня сыпучих |
материалов, изменяющегося |
|||
в широком |
диапазоне — до нескольких десятков |
метров, |
при |
|
меняются |
специальные л о т о в ы е |
установки, в |
которых |
уро |
вень непрерывно или периодически контролируется с помощью
груза |
(лота), |
находящегося |
на |
по |
|
||||
верхности материала. На рис. 101 |
|
||||||||
приведена |
структурная |
схема |
уров |
|
|||||
немера |
периодического |
действия |
|
||||||
для |
емкостей |
с |
большим |
диапазо |
|
||||
ном |
изменения |
уровня. |
Основной |
|
|||||
частью уровнемера является |
элект |
|
|||||||
ромеханическая |
лебедка / |
с |
элект |
|
|||||
ротормозом 2, приводимая |
во |
вра |
|
||||||
щение от электродвигателя. На ци |
|
||||||||
линдрический |
барабан |
лебедки |
на |
|
|||||
матывается трос, к которому подве |
|
||||||||
шивается груз 4. С валом |
бараба |
|
|||||||
на через механический редуктор со |
|
||||||||
единяется сельсин-датчик 5, элект |
|
||||||||
рически соединенный с сельсин-при |
|
||||||||
емником |
6 |
вторичного |
прибора. |
|
|||||
Трос, на котором подвешен груз, |
|
||||||||
проходит |
через |
направляющие |
ро |
|
|||||
лики, а также через ролик реле |
Рис. 101. Структурная схема |
||||||||
троса |
3, являющегося |
чувствитель |
|||||||
ным элементом установки. Управле |
лотового уровнемера. |
||||||||
ние |
установкой |
производится |
от |
|
блока управления 7, в котором расположены все кнопки управ ления, релейная схема, реле времени, а также сигнальная арма тура. До начала измерения груз находится в бункере в верхнем фиксированном положении. При необходимости произвести из мерение производится однократное нажатие кнопки «Пуск». Далее весь цикл измерения производится автоматически.
При измерении включается электролебедка, груз опускается до уровня материала и ложится на него, натяжение троса при этом ослабевает. Ослабление троса вызывает срабатывание ре-
ле троса, которое отключает цепь электродвигателя, и электро лебедка останавливается. Через несколько секунд выдержки, необходимой для отсчета наблюдателем уровня по шкале при бора, лебедка включается на подъем груза. Дойдя до исходного положения, лебедка с помощью конечного выключателя оста навливается. Затем начинается новый цикл измерения.
Рис. 102. Сигнализатор уровня |
Рис. 103. Схема буйкового уровнемера, |
с вращающейся крыльчаткой. |
|
Некоторое распространение |
получили уровнемеры, основан |
ные на использовании принципа торможения материалом вра щающегося вала с крыльчаткой. На рис. 102 показан внешний вид со снятой верхней крышкой сигнализатора предельного верхнего уровня сыпучих материалов. Вращение крыльчатки 4 осуществляется от синхронного маломощного электродвигателя / через зубчатую и червячную передачу 2. Слой материала, по дошедший к крыльчатке, сначала затормаживает, а затем оста навливает ее. При этом останавливается червячное колесо, а червяк получает поступательное движение вдоль оси. Преодо левая усилие пружины, он подходит к контактному устройству 3 и включает его контакты, которые в свою очередь включают световую или звуковую сигнализацию.
§ 3. ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ
Гидростатические приборы занимают одно из важных мест при измерении уровня различных жидкостей, в том числе агрес сивных и быстрокристаллизующихся.
БУЙКОВЫЕ УРОВНЕМЕРЫ
Принцип действия буйковых уровнемеров основан на изме нении выталкивающей силы тонущего буйка, величина которой пропорциональна глубине его погружения в жидкость. На рис. 103 приведена схема буйкового уровнемера, в котором вывод перемещения буйка, соответствующего его погружению в жид кость, осуществляется с помощью торсионного устройства. Чув ствительным элементом прибора является цилиндрический бу ек 2, подвешенный в камере 1 с помощью стальной ленты к кон цу рычага 3. Другой стороной этот рычаг жестко закреплен на свободном конце упругой торсионной трубки 4, прикрепленной к корпусу. Внутри трубки проходит стержень 5, также прива
ренный к |
ее свободному концу и соединенный другим |
концом |
|||
с передающим преобразователем. |
|
буек 2 |
|||
При отсутствии |
жидкости в поплавковой |
камере / |
|||
уравновешивается |
только силой упругости трубки 4. По |
мере |
|||
повышения |
уровня |
жидкости поплавок погружается в нее, |
на |
||
грузка на |
упругой |
трубке уменьшается, что |
ведет к ее |
раскру |
чиванию. Это перемещение передается стержню 5 и, следова тельно, соответствующему преобразователю.
Выпускается большая номенклатура буйковых уровнемеров, сигнализаторов и регуляторов с механической, пневматической и электрической системами дистанционной передачи. Так, на пример, уровнемеры типа УБ рассчитаны на 19 пределов изме рения в диапазоне от 0—20 мм до 0—16 м и выпускаются 48 ти поразмеров. Класс точности приборов 1 и 1,5. Предельно допус каемое рабочее избыточное давление 10 МПа.
УРОВНЕМЕРЫ ДАВЛЕНИЯ
К гидростатическим приборам относится большая группа уровнемеров, действие которых основано на измерении давле ния, создаваемого столбом жидкости. Это давление (в Па)
P = pHg. |
(313) |
где р — плотность жидкости, кг/м3 ; Н — уровень, м.
Уравнение (313) показывает возможность построения дат чиков уровня на основе измерения давления. Известны два ос новных варианта измерения уровня с помощью манометров: при помощи установки специального приемника давления внутри емкости, в которой производится измерение, и при помощи под ключения манометра к сливному трубопроводу. Между мано метром и жидкостью, находящейся в резервуаре, устанавлива ется разделительная мембрана (чаще всего резиновая). На этом принципе построен прибор для измерения уровня вина, состоя щий из резиновой камеры, соединительной полиэтиленовой трубки и манометра, отградуированного в единицах измерения уровня. Погрешность таких приборов достигает ± 2 % , что для технических целей вполне приемлемо.
12 И. К. Петров |
177 |
ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ
На рис. 104 приведена схема гидростатического измерения уровня жидкости продуваним воздуха через открытую с одно го конца трубку, опущенную в резервуар. Подобные уровнемеры называются пьезометрическими. Уровнемер состоит из опускае-
?з ч
Рис. 104. Принципиальная схема пьезометрического уровнемера.
мой в резервуар трубки 1,к |
которой присоединяется |
манометр |
5, для измерения давления |
воздуха в трубке, а |
следова |
тельно, и статического напора жидкости. Сжатый воздух пода ется от компрессора через фильтр 4 и редуктор 3, служащий для регулировки подачи воздуха через трубку. Для контроля подачи воздуха служит визуальное контрольное устройство 2. Давле ние воздуха в трубке, измеряемое манометром, будет пропор ционально уровню жидкости, заполняющей резервуар. Подоб ные приборы могут быть с успехом использованы для измерения уровня агрессивных, загрязненных и быстрокристаллизующихся жидкостей и обеспечивают точность измерения ± 1 , 5 % при по стоянной плотности раствора (жидкости).
t
УРОВНЕМЕРЫ-ДИфМАНОМЕТРЫ
Для измерения уровня жидкости, находящейся под давлени ем, например уровня воды в барабанах паровых котлов, широко применяются гидростатические уровнемеры, основанные на принципе измерения разности давлений двух водяных столбов с помощью дифференциальных манометров. Подобные уровне меры обеспечивают достаточно высокую точность измерения, но при этом необходимо иметь в виду влияние на нее изменения плотности жидкости, что должно быть учтено при градуировке приборов. Уровнемеры-дифманометры могут применяться также и для измерения уровня жидкостей, находящихся в открытых со судах или под вакуумом.
§ 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ
Стремление избавиться от подвижных частей (поплавков, буйков, лотов и т. п.) привело к созданию и широкому распро странению большой группы приборов, основанных на использо вании тех или иных электрофизических свойств жидкостей или сыпучих материалов. Наибольшее распространение получили уровнемеры, в основу которых положено использование кондуктометрического и емкостного принципов измерения. Наиболее простые решения присущи сигнализаторам уровня, которые при меняются практически во всех отраслях пищевой промышленно-
Датяик
х.
Реле
а
Рис. 105. Принципиальная электрическая схема сигнализатора уровня и датчик кондуктометрического сигнализатора уровня.
сти для сигнализации предельных задан ных значений уровня жидкостей, вязких масс, а также твердых сыпучих материалов.
КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЕ
УРОВНЕМЕРЫ
Кондуктометрические (омические) при боры основаны на измерении сопротивле ния между электродами соответствующей формы, введенными в измеряемую среду. Простейшими устройствами подобного ро да являются сигнализаторы уровня, сраба тывающие при замыкании двух электродов, опускаемых в емкость, электропроводящим
материалом. Роль одного из электродов может выполнять ме таллическая стенка емкости (аппарата), которая должна быть заземлена, а второй электрод должен быть хорошо электрически изолирован от нее.
На рис. 105, а приведена принципиальная электрическая схе
ма кондуктометрического |
сигнализатора уровня, на рис. 105,6—• |
|
одна из конструкций датчика — электрода. Напряжение |
пере |
|
менного тока (12—36 В) |
подается на двухэлектродный |
датчик, |
12* |
179 |