Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электрические измерения неэлектрических величин. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1510 11 12 13 14 15 > Следующая >>>



трубке соткачанным воздухом. На каждом флажке располагается магнит. При движении поплавка флажки начинают переворачиваться под действием магнитного поля поплавка. Магнитный уровнемер КМ26 имеет диапазон измерений уровня 1…15м при точности 2,5мм (0,01%). Внастоящее время повсему миру установлено более 65 000 приборов КМ26.

Рис. 41. Схема магнитного уровнемера КМ26

Главной особенностью данного прибора является его поплавок. Дело втом, что обычный поплавок, рассчитанный для работы при больших давлениях, должен иметь толстые стенки. Это ведет кувеличению массы ипотере плавучести. Кроме того, впоплавке должны располагаться достаточно мощные магниты, которые также имеют свой вес. Высокие температуры тоже накладывают свои требования (при высоких температурах магниты теряют свои магнитные свойства ит. д.). Специалисты фирмы «K-TEK», разработавшие уровнемер КМ26, успешно решили эти проблемы, поместив поплавок ввыносную камеру, что исключило соприкосновение индикатора сосредой. Вследствие этого измерения, проводимые уровнемером КМ26, независят отизменений диэлектрической постоянной, плотности, температуры (максимальная температура— 537°С), давления (максимальное давление— 310кгс/см2) ит. д.

Неменьшее распространение получили иемкостные уровнемеры (см.рис.12, г). Вуровнемере типа РУС, предназначенном для измерения уровня диэлектрических иэлектропроводных жидкостей, емкостной датчик преобразует измеряемый уровень жидкости вунифицированный выходной сигнал. Для работы сэлектропроводными жидкостями используются электроды сфторопластовой

-91-



изоляцией, адля измерения уровня диэлектрических жидкостей— неизолированные электроды. Диапазон измерения составляет 0…20м. Класс точности— 0,5. Уровнемер РУС выпускался с1977 по 1987 гг. и являлся первым прибором стоковым выходом, его преемником стал ДУЕ-1, а в 90-е гг. был создан ДУЕ-1-ИСБ. Технические решения, заложенные впервичных преобразователях ДУЕ-1 иобеспечивающие преобразование уровня жидкости вэлектрический сигнал в«жестких» условиях (высокие инизкие температуры, высокое давление иочень агрессивные, включая азотную кислоту различных концентраций, пожароопасные ивзрывоопасные среды), проверены длительной эксплуатацией.

Для измерения уровня агрессивных жидкостей (или при высокой температуре) также можно использовать радиоактивные уровнемеры, например ИУ-3. Втаком уровнемере источник излучения и ионизационный преобразователь расположены поразные стороны резервуара. При изменении уровня жидкости происходит изменение поглощения применяемого излучения. Например, если сповышением уровня жидкость входит впространство между источником излучения ипреобразователем, то излучение, попадающее напреобразователь, уменьшается. Входной величиной данного уровнемера является произведение плотности жидкости надлину пути частицы от источника до преобразователя. Если содной стороны сосуда сжидкостью поместить источник излучения ввиде длинной проволоки, ориентированной внаправлении изменения уровня жидкости исодержащей, например, радиоактивный изотоп кобальт-60, асдругой— ионизационный преобразователь (счетчик Гейгера— Мюллера), ориентированный аналогичным образом, то средний ток счетчика будет практически изменяться линейно сизменением уровня жидкости.

В радарных волноводных уровнемерах (рис. 42) электромагнитный импульс 1распространяется по волноводу иотражается отповерхности жидкости (отраженный импульс 2), обладающей более высокими диэлектрическими свойствами, чем воздух или пар. Сверхбыстродействующая схема синхронизации обеспечивает измерение времени распространения сигнала ивычисляет точный уровень жидкости.

Радарные волноводные уровнемеры могут суспехом заменять буйковые уровнемеры. Основным их достоинством является то, что

-92-



они нечувствительны кизменениям плотности. Немаловажным фактором является малое влияние налипаний, что вслучае буйков является очень критичным. Также следует отметить отсутствие подвижных механических частей, высокую надежность, простоту вобслуживании, легкую поверку ит. д. Иногда большую погрешность на показания буйковых уровнемеров оказывает наличие конвективных и иных потоков. Механический импульс потока жидкости воспринимается буйком, иэто ведет кпогрешности. Врадарных волноводных уровнемерах этот источник погрешностей отсутствует. Вкачестве примера приведем радарный уровнемер МТ2000, имеющий диапазон измерений от0,01 до 30 м при точности ±5,1мм иразрешении ±1,6мм.

Рис. 42. Схема работы радарного волноводного уровнемера

Принцип действия лазерного уровнемера основан наизмерении времени распространения электромагнитной волны инфракрасного диапазона отдатчика допрепятствия (уровня жидкости) и обратно (рис. 43, а, б). Считая, что скорость света постоянна, вычисляется расстояние до препятствия. Сильными сторонами лазера являются: узкий луч, отсутствие расхождения луча иложных

-93-



отраженных сигналов (рис. 43, а). Отмеченные свойства лазерного луча позволяют проводить измерения там, где невозможно использовать традиционные ультразвуковые и радарные уровнемеры. Например, уникальные свойства лазера позволяют его использовать для измерения сыпучих веществ, имеющих большой угол откоса (конусность).

а б

Рис. 43. Принцип действия лазерного уровнемера

При использовании обычных радарных или ультразвуковых уровнемеров наличие конусности вызывает возникновение ложных отраженных сигналов (см. рис. 43, б), отсутствующих при использовании лазерного уровнемера. Кчислу недостатков оптического уровнемера следует отнести его более высокую чувствительность кпыли. Для борьбы спылью применяются пылегасящие трубы. Вкачестве примера приведем лазерный уровнемер LM80сдиапазоном измерений 0,5…30м при разрешении 10мм.

2.7. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ

Для определения расхода жидкости применяются специальные приборы— расходомеры, имеющие различные принципы действия. Расходомер смагнитной подвеской (сэлектромагнитным уравнове-

-94-



шиванием) относится красходомерам обтекания, вкоторых под воздействием динамического давления потока жидкости перемещает обтекаемое тело (диск, поплавок, поршень). Величина перемещения напрямую связана срасходом вещества. Так, врасходомере смагнитной подвеской величина расхода жидкости определяется поусилию, которое оказывает поток протекающей жидкости насердечник соленоида. Мерой расхода жидкости при этом является изменение тока всоленоиде, необходимое для поддержания сердечника вравновесии при действии этого усилия. Различают расходомеры смагнитной подвеской напостоянном ипеременном токах.

В расходомере с магнитной подвеской на постоянном токе впостоянном магнитном поле соленоида 1 (рис. 44) свободно висит прямой ферритовый сердечник 7, соединенный спластмассовым поплавком 6. Сердечник споплавком находятся внутри стеклянной трубки 5, покоторой снизу вверх идет поток жидкости или газа 3. Нанижнем конце поплавка закреплен металлический наконечник 4, около которого вне трубки помещена чувствительная катушка 2, входящая врезонансный контур генератора радиочастотных колебаний РДК. Перемещение ввертикальном направлении металлического наконечника поплавка вместе ссердечником соленоида под действием напора жидкости изменяет потери, вносимые наконечником вконтур скатушкой 2, меняя тем самым амплитуду колебаний выходного напряжения генератора. Врезультате ток соленоида изменяется таким образом, что создаваемая им электродинамическая сила удерживает сердечник 7 вустойчивом положении.

В расходомере с магнитной подвеской на переменном токе прямой ферромагнитный сердечник, верхний конец которого находится внутри соленоида, может устойчиво висеть, если положение сердечника будет соответствовать зоне постоянной тяги. В этом случае изменение величины напряжения ичастоты питающей сети будут компенсироваться перемещениями сердечника вдоль оси соленоида исоответствующими изменениями его индуктивного сопротивления. Врезультате величина протекающего посоленоиду переменного тока будет определяться силой веса сердечника идругими действующими насердечник усилиями. Таким образом, если насердечник, висящий взоне постоянной тяги соленоида, передать динамический напор потока жидкости, то повеличине тока всоленоиде можно судить орасходе жидкости. При этом соленоид

-95-



ссердечником является одновременно иэлементом, чувствительным кизменению расхода жидкости, иисполнительным элементом системы автоматического регулирования (без усилительных элементов). Поскольку впотоке жидкости кроме сердечника других узлов нет, то, поместив его вустойчивую кагрессивной среде оболочку, расходомер можно использовать для измерения расхода агрессивных жидкостей.

Рис. 44. Устройство расходомера смагнитной подвеской

Для определения расхода электропроводной жидкости можно использовать индукционный (электромагнитный) расходомер (рис. 45).

-96-



Рис. 45. Индукционный (электромагнитный) расходомер

Прибор состоит изэлектромагнита 2собмоткой возбуждения 1 итрубопровода 3 изнемагнитного материала свстроенными внего электродами 4. Его работа основана натом, что при движении элек- тропроводной жидкости впеременном магнитном поле электромагнита в соответствии сзаконом электромагнитной индукции вней наводится ЭДС, которую можно измерить спомощью двух электродов, опущенных в жидкость перпендикулярно направлению потока. Величина ЭДС пропорциональна скорости жидкости иее расходу, т. е. количеству жидкости, проходящей через поперечное сечение вединицу времени. Подобные преобразователи практически безынерционны, иих можно применять для измерения изменяющегося во времени расхода жидкости. Показания прибора независят отфизических свойств жидкости (температуры, вязкости, плотности, давления ит. п.). Основная погрешность находится впределах ±1,0%. Кроме того, такой расходомер несоздает дополнительного сопротивления для потока жидкости.

Однако при применении виндукционных расходомерах переменного магнитного поля имеется ряд ограничений. Во-первых, вместе стоками проводимости в преобразователе расхода протекают токи смещения, которые увеличиваются при уменьшении проводимости жидкости и,замыкаясь через стенки преобразователя и окружающее пространство, вызывают падение напряжения между электродами. Кроме того, появляется паразитная ЭДС, связанная степловыми шумами ЭДС. Тепловые шумы, как итоки смещения, ограничивают применение электромагнитных расходомеров для жидкостей сбольшим удельным сопротивлением. Во-вторых, емкостное сопротивление между проводами, связываю-

-97-



щими преобразователь расхода сизмерительным прибором, ограничивает длину проводов тем больше, чем меньше удельная проводимость жидкости. В-третьих, при переменном магнитном поле наряду сполезным сигналом возникает паразитная трансформаторная ЭДС, индуцируемая вконтуре, образованном электродами, выводными проводами иизмерительным прибором. Далее переменное магнитное поле вызывает появление вихревых токов как вмагнитопроводе, так ив стенках трубопровода и визмеряемой жидкости. Эти токи возрастают с увеличением толщины стенки трубопровода имогут оказать влияние напоказания расходомера врезультате создания этими токами своего магнитного поля, увеличивая тем самым фазовый сдвиг между полезным сигналом итоком. Это затрудняет создание преобразователей расхода при больших давлениях измеряемого вещества. Изменение напряжения и частоты питания обмотки возбуждения 1 электромагнита иего температуры могут вызвать изменение индукции магнитного поля и,следовательно, измеряемой ЭДС. Приближение сердечника магнитной системы электромагнита 2 кнасыщению вызывает усиление помех ирассеяния магнитного потока, поэтому индукция магнитного поля недолжна превышать 0,25…0,3 Тл.

Отмеченные ограничения, связанные сприменением переменного магнитного поля, проявляются тем сильнее, чем выше частота поля. Поэтому вбольшинстве случаев, когда не требуется измерение быстропеременных расходов, целесообразно существенно снижать обычную частоту (50 Гц) магнитного поля. Имеются разработки иреализации расходомеров, работающих начастотах 6,25; 3,125 идаже 1,5625 Гц. Врезультате полностью устраняется влияние внешних помех промышленной частоты; существенно снижается влияние собственных индукционных и емкостных помех; практически устраняется влияние вихревых токов, что облегчает создание преобразователей расхода навысокое давление; уменьшается влияние шумов иснижается потребление электроэнергии.

Ультразвуковыми (акустическими) расходомерами называют расходомеры, принцип действия которых основан наизмерении (взависимости отрасхода) какого-либо эффекта, возникающего при прохождении акустических колебаний сквозь поток жидкости или газа. Для ввода акустических колебаний впоток иих приема навыходе изпотока применяются излучатели иприемники

-98-



колебаний. Воснове работы излучателя лежит явление обратного пьезоэффекта, когда переменное электрическое напряжение преобразуется в акустические (механические) колебания. В приемнике используется прямой пьезоэффект, при котором акустические колебания преобразуются в переменное электрическое напряжение. Внастоящее время вультразвуковых расходомерах вкачестве излучателей и приемников акустических колебаний используют пьезокерамические материалы (титанат бария, цирконат титаната свинца) с большим пьезомодулем идиэлектрической проницаемостью. Для измерения расхода чистых жидкостей используются высокие резонансные частоты (порядка 0,1…10 МГц) итонкие пьезокерамические пластины. Для измерения расхода веществ смеханическими примесями или газовыми включениями используют меньшие частоты (внесколько десятков кГц) ипьезокерамику большей толщины. Для измерения расхода газов применяются низкие частоты.

Различают фазовые, частотные ивремяимпульсные ультразвуковые расходомеры. Фазовые расходомеры работают попринципу зависимости фазовых сдвигов ультразвуковых колебаний, образующихся наприемных пьезоэлементах, отразности временного прохождения колебаниями одинакового расстояния попотоку ипротив потока движущейся жидкости или газа. В настоящее время существует несколько схем одно- идвухканальных фазовых расходомеров. Водноканальных расходомерах реализованы различные схемы переключения пьезоэлементов сизлучения наприем. Водноканальных фазовых вихревых расходомерах нетребуется переключения сизлучения на прием, поскольку вних оба пьезоэлемента непрерывно излучают ультразвуковые колебания двух разных, новесьма близких частот (например 6 МГц и6,01 МГц). Внастоящее время применение фазовых расходомеров ограничено всилу их меньшей точности.

В частотных расходомерах используется зависимость разности частот повторяющихся коротких импульсов ультразвуковых колебаний отразности времен прохождения этими колебаниями одинакового пути попотоку жидкости (газа) ипротив него. Частотные расходомеры бывают частотно-пакетными ичастотно-импульсными. Первые измеряют разность частот пакетов ультразвуковых колебаний, проходящих через газ или жидкость. При этом разность частот

-99-



пакетов оказывается небольшой, что затрудняет точное измерение. Для нивелирования этого недостатка иувеличения разности частот пакетов вбольшинстве случаев применяют одноканальную схему. Вчастотно-импульсных расходомерах измеряется разность частот проходящих через среду коротких импульсов: генератор создает короткие импульсы, которые с интервалами, равными времени прохождения ультразвука понаправлению скорости потока ипротив него, направляются кизлучающим пьезоэлементам.

Времяимпульсные расходомеры измеряют разность времен прохождения коротких акустических импульсов понаправлению потока жидкости или газа ипротив него. Восновном они являются одноканальными и работают на импульсах длительностью 0,1…0,2мкс, посылаемых поочередно или одновременно навстречу друг другу счастотой примерно 0,5 кГц.

Например, популярный расходомер US-800 является время-

импульсным ультразвуковым (акустическим) расходомером

(рис. 46).

Рис. 46. Схема работы времяимпульсного

ультразвукового (акустического) расходомера US-800

Генерирование импульсов осуществляется пьезоэлектриче- скими преобразователями ПЭП1 иПЭП2, устанавливаемыми наизмерительном участке трубопровода, вкотором производится измерение расхода жидкости. Преобразователи работают попеременно в режиме приемник-излучатель и обеспечивают излуче-

-100-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1510 11 12 13 14 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]