Muratov_V_G_Metrologia_tekhnol_izmer_i_pribor

Принцип дії базується на законі руху Коріолиса. Частка маси m, що рухається зі швидкістю V у системі координат, яка повертається з кутовою швидкістю ω, зазнає дії коріолисової сили fК, рівної

Оскільки добуток m на V дорівнює масовій витраті FМ, те його значення пропорційне кориолисовій силі:

Нарис. 12.13 показаніконструкціїкоріолисовихвитратомірівFСМ (фірма АВВ) і MASSFLO (Danfoss) у розрізі зі знятими кожухами.

а)

б)

Рис. 12.13. Конструкції коріолисових витратомірів (без захисних кожухів): а) типу FСМ-2000; б) типу MASS-2100

Основою служить зігнута петлями 1 одна або дві паралельні 2 вимірювальні трубки, зварені разом у своєму початку й кінці. У центрі симетрії вимірювальних трубок установлений індукційний вібратор 3, який викликає їхнє коливання на резонансній частоті. Два п’єзоелектричні ПП 4 і 5, що вимірюють вібрацію вимірювальних труб, розміщені симетрично з двох сторін від вібратора 3, що є генератором коливань.

При протіканні робочого середовища (рідини або газу) крізь витратомір вібрація вимірювальної труби (рис. 12.14) викликає зміну напрямку руху цього середовища й відповідну коріолисову силу fК його протидії руху труби.

Рис. 12.14. Вібрація вимірювальних труб коріолісового витратомі-

ра. D — сигнал від генератора коливань; S1, S2 — сигнали, відповідно, від ПП 4 і 5; Δϕ — різниця фаз сигналів S1 і S2.

При цьому з’являється вигин труби, який викликає різницю фаз Δϕ між вихідними сигналами S1 і S2 відповідних перетворювачів 4 і 5. Коли витрата дорівнює нулю, сигнали від ПП 4 і 5 збігаються по фазі й Δφ = 0. Різниця фаз пропорційна масовій витраті:

де к — коефіцієнт пропорційності.

Оскільки температура вимірюваного середовища впливає на показання, у корпус витратоміру вбудовують термометр опору для автоматичної компенсації температурної похибки.

З ростом густини робочого середовища знижується значення резонансної частоти вимірювальної труби. Тому вимірювання резонансної частоти дозволяє вимірювати густину середовища. Крім того, через густину і температуру прилад побічно вимірює об’ємні витрати, концентрацію й процентний вміст фракцій у неоднорід-

ному потоці виміряного середовища.

Коріолисові ПП витрат комплектуються мікроконтролером з дисплеєм, який установлюють безпосередньо на корпусі датчика або у вигляді окремого віддаленого приладу. Вихідні сигнали контролера по всіх перерахованих вимірюваних параметрах уніфіковані струмові, частотні й цифрові. Витратоміри випускаються класів точності

0.15, 0.2, 0.5 та 1.0.

Передбачена можливість керування відсічним клапаном на лінії подачі робочого середовища, коли його кількість, що пройшла крізь вимірювач, досягає заданого значення. Це дозволяє використовувати

масовийкоріолисовийвитратомірякточнийдозаторрідин, пастігазів,

наприклад, при фасовці томат-пасти, соків, газуванні напоїв, тощо.

13. ВИМІРЮВАННЯ МАСИ І ДОЗУВАННЯ

Вагами називають ЗВТ для вимірювання маси тіл у повітрі. Ваги характеризуються правильністю й збіганням показань, чутливістю й точністю.

Правильність показань ваг, що відбиває близькість нулю систематичних похибок, нормується припустимою абсолютною похибкою в одиницях маси залежно від діапазону зважування й класу точності ваг.

Збіжність показань ваг, що відбиває близькість до нуля випадкових похибок, характеризується нормованою варіацією показань.

Чутливість ваг характеризують зворотною їй величиною — ціною поділки шкали.

Точність зважування характеризують абсолютною, відносною й приведеною похибками й класом точності ваг.

Ваговимірювальні прилади бувають лабораторними для точного зважування й технічними, які підрозділяються на:

yваги для статичного зважування;

yвагові дозатори дискретної й безперервної дії;

yвагові пристрої для визначення маси об’єктів, що рухаються. Залежно від конструкції розрізняють механічні, електронні ваги

йавтоматичні дозатори.

Умеханічних вагах відбувається зрівноважування, наприклад гирями, сили впливу вимірюваної маси тіла на чутливий елемент ваг — важіль, пружину та ін. У харчовій промисловості в основному застосовують важільні, платформні, циферблатні й пружинні ваги.

При цьому широко використовують електронні ваги, що представляють собою оснащені тензодатчиками платформні ваги.

Автоматичні дозатори дискретної й безперервної дії містять у собі ваговимірювальний пристрій і систему автоматичного керування завантаженням, зважуванням та спорожнюванням.

Для динамічного зважування потоку (зерна, комбікорму, та ін.), що рухається, широко використовують масові витратоміри двофазних потоків «сипучий матеріал — газ».

13.1. Важільні ваги

Важільні ваги бувають рівноплечими й не рівноплечими. Рівноплечі, або коромислові ваги, (рис 13.1 а), передбачають компенсаційний (нульовий) метод зрівноважування за допомогою важеля 1-го роду й реалізують вимірювання, що дозволяє одержати високу точність. Вони бувають еталонними, зразковими, аналітичними (лабораторними) й технічними. Якщо еталонні мають похибку вимірювання менш ніж 0,0002 %, то технічні ваги — від 0,1 до 2 %.

Рис. 13.1. Важільні коромислові ваги: а) рівноплечі; б) нерівноплечі

На коромислових 1 рівноплечих (l1 = l2) ваг порівнюють моменти сил, що розвиваються вимірюваною вагою W, що й зрівноважують вагою гир G:

Оскільки плечі l1 та l2 важелів порівняно рівні між собою, то при зрівноважуванні W = G. Момент зрівноважування при цьому фіксують за допомогою нуль-індикатору 2.

Нерівноплечі ваги (рис. 13.1 б), у яких l1 ≠ l2, мають змінне співвідношення плечей. При зважуванні уздовж коромисла 1 переміщають гирю 2 до зрівноважування маси W тіла 3, що вимірюється. Момент зрівноважування визначають по нуль-індикатору 4, іменованому «гуськи». Результат фіксують по положенню гирі 2 на шкалі 5 ваг. Тут

Механічні платформні ваги являють собою систему нерівноплечих важелів, за допомогою яких вантаж великої маси зрівноважують гирями незначної ваги.

На рис. 13.2а показана схема широко використовуваних ваг РП-50Ш13, відомих за назвою «оліє-жирових». Тут вагоприймальна частина розміщена на рамі, яка містить у собі хитку платформу 1, яка за допомогою призм опирається на підвішені підставки. Важільний механізм складається з великого 2 і малого 3 важелів, з’єднаних між собою сергою 4. Ваго-приймальна й вказівна частини зв’язані за допомогою тяги 5 і передатного важеля 6. Призми важелів опираються на металеві подушки. Зрівноважування ваг здійснюють переміщенням пересувних гир 7.

Рис. 13.2. Платформні ваги: а) механічні; б) тензометричні

Похибка, що допускається, тут становить ± 25 г у діапазоні вимірювання від 0 до 50 кг.

Останнім часом усе частіше застосовують електронні ваги, які являють собою раму із вагоприймальною платформою, яка опирається на тензодатчики. Не зважаючи на відносно високу ціну, ці вагиширокозастосовують уторгівлійнавиробництві. Тензометричні ваги, наприклад, київського «Карата» і харківського «Весоизмерителя», дозволяють вимірювати вагу від 0,02 г настільними вагами і до 200 тонн — вагонними.

У залежності від діапазону вимірювання вагоприймальна платформа може опиратися на один або кілька тензодатчиків, які звичайно являють собою циліндр, по осі якого прикладають вимірюване зусилля (рис. 13.2 б).

врівноважується важелем 4 з вантажем — противагою 5. Поворот барабана за допомогою зубчатої передачі перетворюється в поворот стрілки циферблатного покажчика 6. При цьому результат виміру пов’язаний з кутом повороту пристрою, рівняння такої залежністі:

де G і R — маса й радіус повороту противаги.

Застосовувані в промисловості циферблатні ваги звичайно мають допустиму похибку у межах 1…2 %.

13.3. Пружинні ваги

Пружинні ваги (рис. 13.4) залежно від допустимої похибки бувають еталонними (0,025 %), зразковими динамометрами першого (0,1 %), другого (0,2 %) і третього (0,5 %) розрядів, а також робочими 1 класу (1 %) і 2 класу (2 %). Пружинні ваги звичайно складаються з вимірювальної пружини 1, зв’язаної проміжним механізмом 2 із вагоприймальним 3 і відліковим 4 пристроями.

13.4. Автоматичні дозатори

Автоматичні дозатори безперервної й періодичної дії складаються із пристрою вимірювання ваги або об’єму, оснащеного автоматичною системою керування процесами наповнення, вимірювання й спорожнювання міри.

Кількісний і якісний облік готової продукції, раціональне використання сировини багато в чому залежать від точності зважування й дозування рідких і сипучих матеріалів. Вимірювання витрат і дозування є найважливішим завданням при готуванні різних технологічних сумішей в багатьох галузях промисловості. Однак сипучі матеріали мають ряд особливостей, що утруднюють вимірювання їх витрати й дозування.

Існує багато різновидів сипучих матеріалів, які відрізняються своїми властивостями, у тому числі розмірами часток. Речовини із середніми розмірами часток більших за 10 мм називають шматковими, з розмірами від 0.5 до 10 мм — зернистими, з розмірами мен-

шими ніж 0.5 мм — пилоподібними.

Сипучі матеріали характеризуються також формою часток і гранулометричним складом. Розрізняють округлені, кутасті й гострі форми, що відрізняються співвідношенням довжини до інших розмірів часток. Якщо співвідношення розмірів найбільших і найменших часток невелике й становить 2…3, то такий сипучий матеріал називають однорідним (сортованим). А якщо ні, то — неоднорідним (рядовим).

Об’ємна вага сипучого матеріалу характеризується питомою вагою часток, пористістю й ступенем заповнення пор водою — вологістю. Пористість виражають у відсотках співвідношення об’єму пор до об’єму твердої речовини.

Нещільне прилягання часток сипучого матеріалу між собою спричиняє залежність його густини від багатьох факторів, у тому числі від способу й швидкості транспортування, часу зберігання. При переміщенні сипучого матеріалу пневмотранспортом або самопливом під дією сили ваги, шнековими й іншими живильниками частина трубопроводу виявляється незаповненою. Це також ускладнює процес вимірювання витрати сипучих матеріалів.

У промисловості найчастіше застосовують об’ємний, ваговий й динамічно-ваговий методи вимірювання витрати й дозування сипучих матеріалів.

Об’ємний метод полягає в періодичнім або безперервнім відмірюванні необхідної кількості рідини або сипучого матеріалу за допомогою мірної ємності заданого об’єму або вимірюванні й безперервнім регулюванні витрати. Метод відрізняється високою продуктивністю й для рідин характеризується високою точністю: повірку витратомірів і лічильників кількості рідини й газу в лабораторіях Держстандарту роблять цим методом. Однак його застосування для сипучих матеріалів обмежене великою похибкою вимірювання, викликаною мінливістю щільності заповнення мірного об’єму, і складає у кращому разі ±3%.

Ваговий метод (найточніший) полягає в періодичному або безперервному вимірюванні сили ваги, створюваної вагою окремих порцій або ділянок сипучого матеріалу.

Витратомірами при цьому служать автоматичні ваги, які бувають ковшовими або стрічковими (конвеєрними). Ковшові, що вимірюють вагу послідовних порцій сипучого матеріалу, є витратомірами

періодичної дії. Стрічкові, які вимірюють вагу маси сипучого матеріалу, що рухається і проходить над ваговимірювальним пристроєм на стрічці конвеєра, відносять до дозаторів безперервної дії.

Ковшові автоматичні ваги (одно-порційні дозатори періодич-

ної дії) Цикл роботи всіх ковшових ваг складається з періодів їх наповнення, відмірювання й спорожнювання. Залежно від пристрою для спорожнювання розрізняють три різновиди ваг: з перекидним, обертовим ковшем (бункером) і ковшем із дном, що відкривається.

Принцип дії дозатора з перекидним ковшем ілюструється на рис. 13.5 а.

Рис. 13.5. Ковшові дозатори: а) з перекидним ковшем; б) з обертовим ковшем; в) з дном, що відкривається

У період наповнення в ківш 1 зверху надходить сипучий матеріал. У міру наповнення центр ваги ковша переміщується вліво від точки підвісу, що призводить у певний момент до перекидання ковша (повороту на 180° навколо точки підвісу). Нижня заслінка 2 ковша при цьому відкидається й продукт висипається в приймач, звідки йде за призначенням. До недоліків можна віднести неповне спорожнювання ковша при дозуванні недостатньо сипучих матеріалів, що приводить до систематичної похибки дозування, а також значну інерційність, що обумовлює наявність похибок зважування порції заданого значення.

Дозатор з обертовим ковшем показано на рис. 13.5 б. Зверху крізь живильну вирву у ківш надходить продукт, що зважується. При досягненні продуктом заданого значення маси, ваговимірю-

вальний пристрій (тут не показаний) виробляє сигнал, який за допомогою поворотного пристрою перетворюється в примусовий оберт ковша на 360° навколо своєї осі. Продукт висипається крізь впускний отвір ковша в приймальний бункер, звідки йде за призначенням. Ківш знову готовий до приймання наступної порції сипучого матеріалу. Перевага такого дозатора в більш рівномірному і якісному спорожнюванні ковша.

Дозатор із дном, що відкриваєтьс,я широко застосовується для дозування борошна, цукру, зерна і т.д. у різну тару, наприклад, у мішки.

На рис. 13.5в показана схема керування таким дозатором. Вимірювальний бункер 1 встановлений на чотирьох тензодатчиках 2, працюючих на розтягання або стискування. Мікропроцесорний контролер 3 управляє циклічною роботою дозатора, одержуючи сигнали від тензодатчиків 2. При цьому контролер за допомогою пневматичного (або електричного) виконавчого механізму 4 управляє роботою поворотної заслінки 5 спорожнювання бункера 1, а також віброживильника 6. Включення електропривода (індукційного або электродвигунового) живильника 6 приводить до вібрації прийомної вирви 7, у результаті чого у вимірювальний бункер 1 з бункеранакопичувача 8 надходить сипучий матеріал. При вимиканні електропривода віброживильника 6 досипання матеріалу в бункер припиняється.

У період наповнення заслінка 5 закрита, а віброживильник 6 включений. У момент рівності заданого й поточного значень відміряної порції сипучого матеріалу контролер 3 виключає віброживильник 6 і відкриває заслінку 5. Після спорожнювання бункера 1 контролер відновлює циклічну роботу дозатора.

Стрічкові автоматичні ваги (дозатор безперервної дії).

Показані на рис. 13.6 стрічкові ваги, змонтовано на рамі 1, де встановлені барабани 2 і 3 з роликами 4, і 5, на яких натягнута транспортерна стрічка 6. Електропривод М барабана 3 приводить транспортер у рух, переміщаючи сипучий матеріал 7 з бункера-накопичувача 8 у приймальний бункер 9, звідки він йде за призначеням.. Ролики 4, 5 підтримують стрічку з вантажем. Тензодатчик 10, на який опирається вимірювальна платформа з роликом 5, виробляє сигнал, пропорційний вазі перенесеного стрічкою сипучого матеріалу. Цей