Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы управления технологическими процессами. Учебное пособие
.pdf
91
сти мокрого термометра его температура снижается. Если иметь
два термометра, один из которых все время находится во влажной среде, а другой - в измеряемой, то по величине психрометрической влажности их температур можно судить о влажности
(рис. 2.38):
)QQ(AP
вcв
W--=
,
P
где А - психрометрический коэффициент; Qc-Qв - разность температур сухого и мокрого термометров; Pв - упругость паров при
температуре влажного термометра; Pc - упругость паров при температуре сухого термометра.
а б
в
Рис. 2.38. Психрометр: а - внешний вид; б - автоматический психрометр; в - принципиальная схема автоматического психрометра
92
Рассмотрим принцип работы психрометра. Измерительная
часть прибора состоит из 2 мостов ( рис. 2 .38, в). В плечи одного
из них включены сопротивления R1,R2, R3, Rс. В плечи другого R1, R3, R4, Rв. Два плеча - R1 и R3 - общие для обоих мостов. Разность потенциалов на вершинах а и b первого моста пропорциональна температуре сухого термометра, а разность между а и с в
диагоналях второго моста - температуре влажного. Падение напряжения между b и с диагоналями двойного моста пропорцио-
нальна разности температур сухого и влажного термометров.
Равновесие устанавливается автоматически, изменением положения движка реохорда Rр, приводимого в действие реверсивным
двигателем РД. Одновременно перемещается стрелка.
Метод точки росы
Метод заключается в определении температуры, до которой надо охладить (при неизменном давлении) ненасыщенный
газ, для того чтобы привести его в состояние насыщения. По температуре росы по таблице насыщенного водяного пара определяют влажность. На рис. 2.39, б приведена принципиальная схема
автоматического гигрометра.
а б
Рис. 2.39. Автоматический гигрометр: а - внешний вид; б - принципиальная схема: 1 - цилиндр; 2 - нагреватель; 3 - реле; 4 - лампа; 5 - реле
Зеркалом является отполированная поверхность полого цилиндра 1 из нержавеющей стали, помещённого в газе, влажность
которого измеряют. Внутренняя полость цилиндра охлаждается
93
протекающей жидкостью. Температура жидкости регулируется
нагревателем 2, управляемым реле 3, по обмотке которого течёт
фототок фотоэлемента Ф. Фотоэлемент освещается отражённым
от зеркальной поверхности цилиндра 1 световым потоком лампы
4. Температура поверхности цилиндра (точка росы) измеряется
термометром сопротивления Т. Реле 5 управляет работой реле 3.
На стенке цилиндра (зеркале) появляется туман, когда стенка цилиндра охлаждается до точки росы. При этом световой поток,
падающий на фотоэлемент уменьшается, фототок уменьшается,
реле 3 срабатывает, замыкает цепь 2. Охлаждающая поверхность
принимает температуру выше точки росы. Туман исчезает. Фототок увеличивается. Реле включает цепь 2. Таким образом, температура зеркала 1 все время колеблется около точки росы.
Сорбционный метод
Основан на поглощении влаги из анализируемой среды каким-либо гигроскопичным веществом. Количество поглощённой
влаги определяется по изменению массы или других параметров
влагосорбирующих материалов.
Электрохимический метод
О влажности газа судят по величине электрического потенциала, который нужен для проведения электролиза сконденсированной влаги в газе.
Конденсационный метод
Основан на охлаждении исследуемого газа в холодильнике до
полной конденсации содержащейся в нем влаги. Количество влаги
определяется по объёму воды, выделившемуся в холодильнике.
Спектрометрический метод
Метод построен на зависимости поглощения излучений от
влажности исследуемого газа. Применяется для измерения повышенной влажности, чтобы частицы могли действовать на излучение.
94
Кондуктометрический метод
5
432
1
Часто твёрдые тела представляют собой капиллярно - пористые вещества, в которых находится влага. Для них характерна зависимость их электрических свойств от влагоудержания. Увлажняясь,
такие тела становятся проводниками. При этом электрическое сопротивление резко снижается. Зависимость электрического сопротивления в них от влаги и положено в основу метода измерения:
A
R =
,
n
W
где А - постоянная; W - влажность материала; R - сопротивление
пористого материала; n - показатель, зависящий от структуры и
природы материала.
Диэлькометрический метод
Основан на измерении ёмкости конденсатора, которая изменяется вследствие изменения его диэлектрической проницаемости в зависимости от влажности.
2.11. Измерение кислотности растворов
Потенциометрический метод можно использовать для измерения
активности различных ионов в растворах электролитов. Метод основан
на измерении разности потенциалов двух специальных электродов,
помещённых в испытуемый раствор, причём один электрод - вспомогательный - в процессе измерения имеет постоянный потенциал (рис.
2.40, а). Наибольшее распространение получили стеклянные электроды
(рис. 2.40, б), так как на них не влияет присутствие в контролируемом
растворе окислителей и восстановителей, коллоидов и пр.
а б
Рис. 2.40. рН-метр: а - внешний вид; б - устройство стеклянного электрода: 1 - мембрана; 2 - приэлектродная жидкость; 3 - вспомогательный
электрод; 4 - трубка; 5 - пробка
95
Стеклянные электроды мало инерционны. К недостаткам
стеклянных электродов следует отнести: наличие потенциала ассиметрии, высокое внутреннее сопротивление. Стеклянный электрод представляет собой трубку 4 из стекла, на конце которой
напаяна чувствительная мембрана 1 сферической формы из специального стекла. Трубка закрыта пробкой 5. Электрод заполнен
приэлектродной жидкостью (раствором соляной кислоты), в которую погружается вспомогательный электрод 3. Потенциал
внутренней поверхности мембраны по отношению к приэлектродной жидкости зависит от кислотности этой жидкости, а потенциал наружной поверхности мембраны определяется кислотностью контролируемого раствора. Следовательно, потенциал
стеклянного электрода есть алгебраическая сумма потенциалов
внутренней и наружной поверхностей измерительной мембраны.
При условии постоянства кислотности приэлектродной жидкости
результирующая ЭДС электрода есть функция кислотности контролируемого раствора. Однако свойства наружной и внутренней
поверхностей мембраны не одинаковы. Следовательно, одинаковые растворы, помещенные по обе стороны мембраны вызывают
разные скачки потенциала. То есть возникает потенциал ассиметрии электрода. Потенциал ассиметрии электрода не зависит от кислотности растворов и меняется при изменении температуры [5].
Электрическая цепь (рис. 2.41) состоит из стеклянного (СЭ)
и каломельного (вспомогательного) электродов.
Рис. 2.41. Электрическая цепь измерительной ячейки рН-метра
96
Цепь состоит из нескольких самостоятельных элементов,
каждый из которых влияет на её суммарную ЭДС. ЭДС является
логарифмической функцией активности ионов водорода в контролируемом растворе.
Измерительный и вспомогательный электроды совместно с
арматурой для их установки представляют собой датчик pH- метра. Датчики делятся на: проточные и погружные. Проточные используются для измерения кислотности растворов транспортируемых по трубопроводам. Погружные - для измерения кислотности среды в технических аппаратах: реакторах, баках и т. п.
Все датчики должны быть механически прочными, стойкими к
коррозии.
2.12. Измерение химического состава жидкостей и газов
Титрование - наиболее универсальный метод количественного анализа растворов (рис. 2.42, а). Это один из методов, целью
которого является определение концентрации вещества А известной природы, находящегося в смеси с другими компонентами.
Для этой цели выбирают специальный реагент В, называемый
титрантом, который избирательно реагирует с определенным
компонентом анализируемой смеси. Титрующее вещество В добавляется до тех пор, пока прореагирует все количество вещества
А. Различают следующие виды титрования: кондуктометрическое, потенциометрическое, амперометрическое и фотометрическое.
Основными элементами титрометра (рис. 2.42, б) являются:
1 - автоматическая бюретка с клапаном 2 для автоматического
дозирования титрующего вещества, 3 - сосуд для титрования, состоящий из первичного преобразователя 4 и вторичного прибора
5, 6 - система управления работой титрометра.
97
2
6
3
1
4
а б
Рис. 2.42. Титрометр: а - внешний вид; б - принципиальная схема
автоматического объёмного титрометра дискретного действия: 1 бюретка; 2 - клапан; 3 - сосуд; 4 - первичный преобразователь; 5 вторичный прибор; 6 - система управления
Система 6 вырабатывает сигнал на прекращение подачи
титрующего вещества в конечной точке, а также синхронизирует
работу отдельных узлов прибора.
Газоанализаторы. Абсорбционный метод спектрального
анализа газов основан на свойстве веществ избирательно поглощать часть проходящего через них электромагнитного излучения.
Специфичность спектра поглощения позволяет качественно определять состав газовых смесей. Схема и внешний вид простейшего абсорбционного анализатора состава вещества приведена на
рис. 2.43, а, б.
Фильтр 2 выполняет функцию монохроматора (пропускает
излучение источника 1 на выбранной длине волны). Фотоприем-
ник 4 преобразует, прошедший через кювету 3 с анализируемым
веществом поток в пропорциональный электрический сигнал,
измеряемый прибором 6. 5 - усилитель.
5
98
у
(с)
Ф
l
1 2 3 4 5 6
0
Ф
Ф
l
К
К
п
у
а б
Рис. 2.43. Абсорбционный анализатор: а - внешний вид; б - структурная
схема простейшего абсорбционного анализатора
Достоинство метода заключается в том, что он позволяет
определять концентрации большей части веществ (за исключением кислорода, азота и т. п.), простое аппаратурное оформление и
другие.
2.13. Исполнительные механизмы и регулирующие органы
Исполнительные механизмы в зависимости от вида используемой энергии делятся на: электрические, пневматические, гидравлические. От правильности выбора типа исполнительного механизма, пропускной способности и т. п. зависит качество управления. Исполнительное устройство состоит из двух блоков: исполнительного механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО).
ИМ предназначен для перемещения подвижного элемента РО в
соответствии с управляющим сигналом, поступающим от регулятора (ИМ, по существу, привод РО). РО служит для непрерывного воздействия на технологический процесс путём изменения параметров (например, расхода) регулируемой среды.
Электрические исполнительные механизмы электродвигательного типа используют: а) трёхфазный ток; б) однофазный.
Исполнительные механизмы типа ДР и ДР-1 представляют
собой однофазные двигатели с числом оборотов 1500 в мин,
мощностью 60 Вт и редуктором с передаточным числом от 540
до 5950; имеют блокирующее устройство. Не реверсивные.
Исполнительные механизмы марки ПР и ПР-1 состоят из
двух однофазных асинхронных двигателей, направления вращения магнитных полей которых противоположны; привод ревер-
99
сивный; имеются концевые выключатели. Для более мощных
Сердечник
кРО100
приводов используются трёхфазные исполнительные механизмы, для которых необходим магнитный пускатель, который
обеспечивает одновременное замыкание всех фаз. Трёхфазные
двигатели используются только в случаях, когда нужна большая
мощность и большой крутящий момент.
Электромагнитные исполнительные (рис. 2.44) механизмы
обладают большим быстродействием и используются там, где
нужно полностью что-либо открывать или полностью закрывать.
Што
Рис. 2.44. Электромагнитный исполнительный механизм
Двухпозиционные электромагнитные исполнительные механизмы бывают очень маломощными и малогабаритными.
Пневматические исполнительные механизмы бывают:
а) мембранные (основаны на поступательном движении);
б) поршневые;
в) сильфонные.
Пневматические мембранные исполнительные механизмы
рис. 2.45 используются во взрыво - и пожароопасных условиях,
когда требуется небольшое перемещение РО. Усилие, развиваемое
мембранным исполнительным механизмом при стандартном давлении 1,96 104 -13,7 104 Па, может развиваться до 500 и более кг.
Шиберный РО
P
y
Шток
°
°
а б
Рис. 2. 45. Пневматический мембранный исполнительный механизм:
а - внешний вид; б - схема
Поршневые ИМ рис. 2.46 используются там, где необходимы большие перемещения штока. Поршневые ИМ могут быть
одностороннего и двухстороннего действия.
Рис. 2. 46. Исполнительный механизм поршневого типа вращательного
действия
Регулирующие органы (РО) бывают: клапанные, камерные,
бескамерные, задвижки, заслонки и т. п. Достоинствами заслонок
являются: простота конструкции, небольшие габариты и масса,
большая пропускная способность.
Поворотные заслонки рис. 2.47 используются на больших
материалопроводах, где необходимо плотно закрывать какиелибо вещества.
а б
Рис. 2.47. Поворотная заслонка: а - внешний вид; б - направление потока
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]