Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
18.47 Mб
Скачать

заполненной 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 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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ