Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы управления технологическими процессами. Учебное пособие
.pdf
71
Рис. 2.19. Схема измерения динамического напора: 1 - дифманометр;
2 - трубка; 3 – трубопровод; 4 - сальник
Следовательно,
2
u
=
.
P
u
r
Так как средний расход связан со средней скоростью (2.7), то:
2
mu
ср
×=×=
. (2.8)
PSSQ
u
r
Поскольку в (2.8)m,r, s - постоянные величины, расход является функцией скоростного напора Q=f(Pu).
2.6. Измерение количества твёрдых и сыпучих материалов
Количеством вещества называют суммарный объём или
вес вещества, прошедший через данное сечение трубопровода в
единицу времени. Количество жидкости можно измерять объёмными и массовыми методами, так как плотность жидкости при
определённой температуре - величина постоянная.
При переходе от объёмных единиц к массовым надо учитывать температуру жидкости, так как плотность жидкости является функцией температуры. Плотность определяем уравнением:
r
=
r
[1-b (t - 20)], (2.9)
t
20
72
где
r
- плотность жидкости при температуре 20оС;
20
r
- плот-
t
ность жидкости при заданной температуре; t - заданная температура,оС;b - коэффициент объёмного расширения жидкости.
Количество газа определяют объёмными методами. При
этом газ надо привести к нормальным условиям. Для пересчёта
объёма сухого газа к объёму нормальному в указанных условиях
используют формулу
PT
н
TkP
н
VV =
н
, (2.10)
где P - давление газа в рабочих условиях; Pн - давление газа в
нормальных условиях; Т - температура в рабочих условиях; Тн температура в нормальных условиях; k - коэффициент, учитывающий отклонение реального газа от идеального.
При переходе от объёмных единиц к массовым надо привести к нормальным условиям плотность газа. Плотность сухого
газа при нормальных условиях определяется выражением:
TkР
н
rr
=
н
, (2.11)
РT
н
гдеr, Р, Т - плотность, давление и температура в рабочих усло-
виях;
r
, Рн , Тн - плотность, давление и температура в нормаль-
н
ных условиях.
Для измерения количества сухих веществ и твёрдых веществ используют: весы, дозаторы, электротензометрические весовые устройства, счётчики и т. д. В качестве весов применяются
рычажные (коромысловые) и поворотные (квадратные). Среди
электротензометрических приборов наибольшее распространение
получили устройства 1ЭДВУЭ, предназначенные для автоматического взвешивания продукта в ёмкостях. Они состоят из первичного тензометрического преобразователя и вторичного прибора КСТ3, шкала которого отградуирована в единицах массы.
Дозаторы предназначены для непосредственного автоматического дозирования сыпучих материалов с заданной производительностью.
Для измерения количества жидких и газообразных веществ
применяются различные счётчики. По принципу действия счётчики делятся:
73
- на объёмные (рис. 2. 20);
- скоростные;
- весовые (массовые).
V
.
а б
Рис. 2.20. Счётчик с овальными колёсами: а - внешний вид; б - устройство
.
k
Объёмные счётчики (рис. 2. 20) предназначены для измерения количества чистых (без механических примесей) жидкостей с различной вязкостью. Принцип действия их основан на
измерении объёма жидкости, вытесняемой из измерительной камеры под действием давления с последующим суммированием
результатов измерения. При вращении колес периодически отсекается определённый объем жидкости (Vк), ограниченный овалом колеса и стенкой измерительной камеры. Количество жидкости, прошедшее через прибор определяют по количеству оборотов овальных колес:
V=Vkk, (2.12)
где Vk - объём камеры; k - количество оборотов.
Таким образом, общее количество вытесненного объёма согласно (2.12) V
= количество вытесненного объёмаV k.
общ
Скоростные счётчики делятся в зависимости от рода измеряемой среды на: водомеры, мазутомеры и т. п. Принцип действия скоростного счётчика (рис. 2.21) основан на измерении средней скорости движущегося потока (например, по скорости вращения крыльчатки, которая пропорциональна скорости потока).
74
а б
S
Рис. 2.21. Скоростной счётчик: а - внешний вид; б - схема движения жидкости в одноструйном скоростном счётчике
Средняя скорость потока связана с объёмным расходом вы-
ражением (2.8):
Q=
u
S,
ср
где Q - расход;
u
- средняя скорость потока; S - площадь попе-
ср
речного сечения канала.
Средняя скорость пропорциональна частоте вращения вертушки n:
u
С=n, (2.13)
ср
где С - коэффициент пропорциональности.
Частота вращения вертушки n согласно (2.13) определяется
выражением:
Q
. (2.14)
Cn =
Согласно (2.14) частота вращения является функцией расхода
n=f(Q). Число оборотов считается механическим счётчиком, показания которого выражены в единицах объёма.
2.7. Измерение уровня
Измерить уровень - значит определить количество вещества,
включенного в данный объем. Приборы для измерения уровня называют уровнемерами. Различают следующие виды уровнемеров:
1) указательные стекла;
2) поплавковые (рис. 2.23);
3) гидростатические;
4) электрические;
75
5) ультразвуковые и акустические;
6) радиоизотопные.
Указательные стекла. Принцип действия их основан на
свойстве сообщающихся сосудов поддерживать одинаковый уровень (рис. 2.22).
а б
Рис. 2.22. Указательное стекло: а - внешний вид; б – устройство
Поплавковые уровнемеры делятся:
- на поплавковые (рис. 2 . 2 3 ) (поплавок погружается на по-
стоянную глубину);
- буйковые (рис. 2.24) (буй может погружаться на разную
глубину).
Силе тяги поплавка (рис. 2. 23, б) противодействует сила Архимеда. Следовательно, поплавок повторяет изменение уровня жидкости. Таким образом, по перемещению поплавка судят об уровне.
Поплавковые уровнемеры
а б
Рис. 2. 23. Поплавковый уровнемер: а - внешний вид; б – схема
76
а б
3
Рис. 2.24. Буйковый уровнемер: а - внешний вид; б – схема
У буйкового уровнемера (рис. 2.24) силе Архимеда проти-
водействует сила упругости пружины. Изменение уровня жидкости приводит к изменению силы упругости и, следовательно, перемещению буйка. Погружение связано с уровнем жидкости и
перемещением выражением:
æ
ç
XH
1
ç
è
ö
C
,
÷
+=
÷
gS
r
ø
где X - перемещение буйка; S - площадь поперечного сечения
буйка;r - плотность жидкости; g - ускорение свободного паде-
ния; С - жесткость пружины.
Гидростатические уровнемеры (рис. 2.25, а) делятся:
а) на пьезометрические ( об уровне судят по величине давления столба жидкости);
б) дифференциальные (об уровне судят по изменению перепада давлений верхней и нижней отметки).
В пьезометрических (рис. 2.25, б) через постоянный дроссель 1 и трубку 3 пропускают сжатый воздух, создавая давление,
необходимое для появления пузырьков газа вентилем 4. Давление, измеряемое при этом прибором 2 пропорционально давлению столба жидкости на этой глубине:
Р=rgH, (2.15)
где Н - глубина погружения.
77
а б
H
312
4
H
Рис. 2.25. Гидростатический уровнемер: а - внешний вид; б - схема пьезометрического уровнемера: 1 - дроссель; 2 - измерительный прибор;
3 - трубка; 4 – вентиль
В дифференциальных (рис. 2.26) дополнительно использу-
ют уравнительный сосуд для обеспечения постоянства давления в
одном из колен дифманометра путём установления постоянного
столба жидкости. Изменению уровня соответствует определённый перепад давлений, что позволяет судить о высоте столба
жидкости.
Высота столба жидкости во втором колене изменяется с
изменением уровня в резервуаре.
Н
п
а б
Рис. 2.26. Гидростатический уровнемер при измерении уровня жидкости
в открытом резервуаре: а - внешний вид; б - схема
В электрических уровнемерах изменение уровня жидкости
преобразуется в электрический сигнал. Различают ёмкостные
(рис. 2.27, а) и омические (рис. 2.28, а) уровнемеры. В ёмкостных используются диэлектрические свойства сред, а в омических свойство среды проводить электрический ток.
78
а б
1
3
Рис. 2.27. Уровнемер ёмкостной: а - внешний вид; б - схема:
1 -ёмкость; 2 - электрод; 3 - электронный блок; 4 - регулирующий блок
Емкостные уровнемеры. Электрод, покрытый изоляционным материалом, погружается в ёмкость 1 со средой (рис. 2.27, б).
Электрод вместе со стенками сосуда образует цилиндрический
конденсатор, ёмкость которого изменяется при колебаниях уровня. Величина ёмкости измеряется электронным блоком 3, который даёт сигнал в измерительный сигнализирующий или регулирующий блок 4.
Достоинства ёмкостных уровнемеров заключаются в том,
что они могут использоваться для контроля уровня сыпучих материалов, кислот и щелочей.
Принцип действия омических уровнемеров (рис. 2.28, б) ос-
нован на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду.
1
2
а б
Рис. 2.28. Омические уровнемеры: а - внешний вид; б - схема: 1 - электрод; 2 - электромагнитное реле
79
По достижению электропроводной жидкостью электрода 1
1
замыкается цепь. Это изменение воспринимается электрическим
прибором. Прибор содержит электромагнитное реле 2, которое
включается в цепь, образующуюся между электродом и контролируемой средой. Недостатками омических уровнемеров является то, что их нельзя применять в вязких средах, дающих твёрдые
осадки и налипающих на электроды.
Ультразвуковые и акустические уровнемеры. Позволяют
измерить уровень при отсутствии контакта с контролируемой
средой. В ультразвуковых и акустических уровнемерах используются свойства отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела двух сред с различными акустическими сопротивлениями. В ультразвуковых (рис. 2.29) - отражение колебаний происходит со стороны жидкости, в акустических (рис. 2.30) - со
стороны газовой среды.
Ультразвуковые уровнемеры. Импульсы посланные и от-
ражённые, разделённые во времени, поступают на усилитель 1
(рис. 2.29, б). Уровень в резервуаре определяют по времени запаздывания отражённого сигнала относительно посланного:
h2
,
=
t
a
ж
где h - уровень жидкости; аж - скорость распространения звука в
жидкости.
h
а б
Рис. 2.29. Ультразвуковой уровнемер: а - схема; б – устройство
80
Для акустического уровнемера (рис. 2.30) время распро-
странения ультразвуковых колебаний:
hH )(2 -
=
t
,
a
г
где аг - скорость распространения звука в газовой среде; Н - высота резервуара, h - уровень жидкости.
H
h
а б
Рис. 2. 31. Акустический уровнемер: а - внешний вид; б – схема
Радиоизотопные уровнемеры. Принцип действия их осно-
ван на поглощенииg- лучей, проходящих через слой жидкости.
Они имеют излучатель и приёмник излучения. Интенсивность
излучения зависит от свойств контролируемой среды:
=
0
где J0 - интенсивность излучения до поглощения;
,
m
- массовый ко-
0
rm
l
-
0
eJJ
эффициент ослабления; l - толщина среды;r - плотность среды.
Уровнемеры для сыпучих сред
1. Весовой метод. При весовом методе измерения применяются тензометрические датчики. В этом случае по сопротивлению проводников, зависящему от давления, которое является
функцией массы вещества, судят об уровне в резервуаре.
2. Динамометрический метод. По давлению, передаваемому на опору бункера, судят о его заполнении.
3. Поплавковый метод. Измерение уровня сыпучих материалов поплавковым уровнемером (рис. 2.31) аналогично измерению уровня жидкости поплавковыми уровнемерами. Отличие
заключается в форме и материале поплавка для сыпучих мате-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]