Lek-AAKhTP

площадь и нулевую жесткость. К ним относят мягкие или "вялые" мембраны. Усилие деформации обеспечивают сочетанием мягкой мембраны с цилиндрической пружиной. Примером может служить конструкция мембранного дифманометра.

Р2 Рисунок 5.4 – Мембранный дифманометр

5.3.3 Сильфонные приборы

Чувствительным элементом сильфонных приборов является сильфон. Под действием давления длина сильфона изменяется. В пределах рабочего диапазона давлений деформация сильфона приблизительно пропорциональна действующему усилию, т.е. характеристика сильфона близка к линейной. Для увеличения жесткости, уменьшения влияния гистерезиса и нелинейности часто внутрь сильфона помещают цилиндрическую пружину. Жесткость пружины обычно в несколько раз превышает жесткость сильфона, благодаря чему резко уменьшается нелинейность его характеристики.

Относительная большая величина рабочего хода сильфона позволяет применять их в регистрирующих приборах.

1

2

Р

1-сильфон, 2-цилиндрическая пружина Рисунок 5.5 - Сильфонный прибор

42

5.3.4Приборы с упругой мембраной и электрическим выходным сигналом

Втаких приборах в качестве чувствительного элемента используется металлическая мембрана, входящая в состав емкостной или тензорезисторной измерительной ячейки.

Впервом случае измерительный блок датчика (рисунок 5.6а) состоит из корпуса 7 и емкостной измерительной ячейки 3. Емкостная ячейка

изолирована механически, электрически, термически от измеряемой и окружающей сред. Измеряемое давление (второй вход измерительной ячейки сообщается с атмосферой) или перепад давлений передается через разделительные мембраны 5 и разделительную жидкость (кремнийорганическая жидкость) 6 к измерительной мембране 1, расположенной в центре емкостной ячейки. Воздействие давления (перепада давлений) вызывает изменения положения измерительной мембраны 1, что приводит к появлению разности емкостей между измерительной мембраной и пластинами конденсатора 4, расположенным по обеим сторонам от измерительной мембраны. Разность емкостей преобразуется усилителем 2 в токовый сигнал, который далее может быть преобразован в цифровой сигнал.

Рисунок 5.6 - Измерительные блоки электрических приборов давления: а – с емкостной измерительной ячейкой, б- с тензорезисторной

измерительной ячейкой.

Во втором случае (рисунок 5.6б) измерительный блок датчика состоит из корпуса 1 и тензорезисторной измерительной ячейки, которая представляет собой металлическую мембрану 5, соединенную с пластиной из сапфира 4, на которой созданы полупроводниковые пленочные тензосопротивления 3, включенные в мостовую схему. В ряде моделей используется только одна пластина из кремния с созданными на ней кремниевыми пленочными тензорезисторами. Измеряемое давление через разделительную мембрану 7 и разделительную жидкость 6 передается на измерительную мембрану 5, вызывая ее деформацию. Одновременно

43

деформируется и сапфировая подложка (пластина) 4, что вызывает изменение электрического сопротивления тензорезисторов 3. Выходной сигнал мостовой схемы преобразуется электронным блоком 2 в унифицированный токовый сигнал.

6 Измерение уровня

Устройства и приборы, которые служат для контроля уровня жидкостей и твердых сыпучих материалов или положения границы раздела двух несмешивающихся жидкостей в различных резервуарах, бункерах носят название уровнемеров.

Основная классификация уровнемеров базируется на принципе действия их чувствительных элементов. Уровнемеры бывают: визуальные, поплавковые, буйковые, пьезометрические, гидростатические, электрические, радиационные, акустические.

6.1 Визуальные уровнемеры

Определение уровня с их помощью основано на принципе сообщающихся сосудов. Такие уровнемеры называют водомерными или указательными стеклами. Стеклянная трубка помещается в защитную металлическую арматуру и снабжена запорной арматурой. Длина водомерных стекол не превышает 500 мм.

6.2 Поплавковые уровнемеры

Чувствительным элементом является поплавок, плавающий на поверхности жидкости. С помощью системы передач поплавок связан с отсчетным устройством. Диапазон измерения уровня составляет 0-20 м.

3

1

2

1- поплавок, 2- корпус технологической емкости, 3-шкала Рисунок 6.1 – Поплавковый уровнемер

6.3 Буйковые уровнемеры

Чувствительным элементом уровнемера является буек 1(смотри рисунок 6.2) частично погруженный в жидкость и подвешенный к рычагу 3

44

преобразователя усилия в унифицированный выходной сигнал 2. При изменении уровня в аппарате, изменяется выталкивающая сила, действующая на буек, а, следовательно, и усилие F на входе преобразователя. Изменение усилия преобразуется в унифицированный сигнал, который

Рисунок 6.2 – Буйковый уровнемер

6.4 Пьезометрические уровнемеры

Принцип действия уровнемеров основан на методе непрерывной продувки газа через слой контролируемой жидкости. По давлению в пьезометрической линии (трубке) судят об уровне. В состав уровнемера входят: 1- пьезометрическая трубка, 2 - напоромер (манометр), 3- контрольный стаканчик, 4- редуктор. Расход воздуха устанавливается в 60100 пузырьков в минуту.

Рисунок 6.3 – Пьезометрический уровнемер

Уровнемер служит для контроля уровня агрессивных, кристаллизующихся жидкостей и пульп в открытых емкостях. Пределы измерения 250-4000 мм водяного столба.

При измерении уровня жидкостей следует учитывать возможность образования при определенных условиях статического электричества. Поэтому при контроле легковоспламеняющихся и взрывоопасных жидкостей (сероуглерод, бензол, масла) в качестве сжатого газа применяют СО2 , азот, дымовые газы.

45

6.5 Гидростатический уровнемер

Принцип гидростатического уровнемера основан на измерении давления столба жидкости в контролируемом объекте.

Р = gН,

где - плотность жидкости, g – ускорение силы тяжести, Н – уровень жидкости. Для исключения влияния на процесс измерения уровня изменяющегося барометрического давления используют схему измерения (смотри рисунок 6.4), в которую входит дифманометр 3 и сосуд постоянного уровня 2. При этом непосредственно измеряется разность гидростатических давлений

∆Р = g (Н0 – Н),

которая однозначно определяет уровень Н в технологическом аппарате 1. Для измерения уровня жидкости, находящейся под давлением, полости

аппарата и сосуда постоянного уровня, где находится газ, соединяют

3

Рисунок 6.4 – Гидростатический уровнемер

6.6 Электрические уровнемеры

Из электрических уровнемеров наибольшее распространение получили ѐмкостные и омические. В емкостных уровнемерах используются диэлектрические свойства контролируемых сред, в омических - свойство среды проводить электрический ток.

Емкостной датчик представляет собой цилиндрический конденсатор труба в трубе или стержень-стенка аппарата (рисунок 6.5). Емкость датчика Сх зависит от уровня жидкости. Измерение емкости производится с помощью моста переменного тока, одно плечо которого представляет конденсатор Сх, а другое - конденсатор постоянной емкости С1. В измерительную диагональ моста включен миллиамперметр.

Для измерения уровня электропроводящих жидкостей применяются емкостные датчики, электроды которых покрыты изоляцией (винипластом, фторпластом).

46

Схема "а" применяется как сигнализатор уровня ( при неподвижном излучателе 1 и приемнике излучения 2) или для измерения уровня (уровнемер со следящей системой, отслеживающей границу раздела фаз).

При небольшом столбе жидкости (до 1 м для легких жидкостей) можно применять схему "б".

Схема “в”, когда излучатель находится на поплавке, применяется для измерения уровня любых жидкостей.

В качестве источника излучения используются изотопы Со60 ,Сs137. Радиационные уровнемеры целесообразно применять для контроля

уровня в аппаратах под высоким давлением, уровня кипящих, бурлящих, химически активных сред, вязких и липких веществ, для контроля раздела двух несмешивающихся жидкостей. Приборы нельзя применять для контроля жидкостей в производствах пищевых продуктов, лекарств.

Диапазон измерения 0-15 м.

6.8Ультразвуковые и акустические уровнемеры

Вэтих уровнемерах используется принцип отражения ультразвуковых волн (частоты свыше 15 кГц) от границы радела жидкость - газ. В ультразвуковых используется отражение ультразвуковых колебаний со

стороны жидкости, а в акустических - со стороны газовой среды.

На рисунке 6.7 приведена схема ультразвукового уровнемера, где 1 и 2 датчик и приемник ультразвуковых колебаний, 3- измерительный блок.

Измеряется время распространения колебаний в жидкости:

=2Н / С,

где С скорость распространения ультразвуковых колебаний в среде.

Н

Рисунок 6.7 – Ультразвуковой уровнемер

6.9 Уровнемеры для сыпучих веществ

Для измерения уровня сыпучих материалов могут быть применены емкостной, радиационный, акустический уровнемеры. Кроме того, разработаны ряд специальных устройств, например, весовой измеритель уровня.

48

7 Измерение расхода

Расходом вещества в данный момент или мгновенным расходом называется отношение количества вещества, протекающего за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени при условии, что величина последнего стремится к нулю. Различают объемный (м3/с) и массовый (кг/с ) расходы.

Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами. Они могут быть снабжены интегратором, позволяющим суммировать мгновенные расходы.

В производстве чаще всего применяются следующие виды расходомеров:

-расходомеры переменного перепада давления,

-расходомеры постоянного перепада давления,

-электромагнитные расходомеры,

-вихревые,

-кориолисовые,

-турбинные расходомеры,

-тепловые расходомеры,

-ультразвуковые расходомеры.

7.1 Расходомеры переменного перепада давления

Измерение этими расходомерами основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через местное сужение в трубопроводе. Сужающими устройствами служат нормальные диафрагмы, сопла и трубы Вентури.

Р

Рисунок 7.1- Сужающие устройства. График распределения статического давления в трубопроводе при установке в нем диафрагмы

49

Сужение потока начинается до диафрагмы, затем на некотором расстоянии за ней, благодаря действию сил инерции, поток сужается до минимального сечения d2, а далее расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и за ней образуются зоны с вихревым движением.

Разность давлений Р!1 и Р!2 является перепадом, зависящим от расхода среды. Рп - остаточная потеря давления, обусловленная потерями энергии на трение и завихрения. Величину Рп сводят до минимума, используя сопла и

трубы Вентури. При измерении данным методом протекающее вещество должно целиком заполнять все сечение трубопровода и сужающего устройства, поток должен быть установившимся.

Зависимость между расходом несжимаемой жидкости и перепадом давления можно установить, пользуясь уравнением Бернулли и уравнением неразрывности струи. Объемный расход равен:

S1 , S2 -площади потоков в сечениях 1-1 , 2-2; -плотность жидкости.

Для реальных потоков сжимаемых сред, с учетом того, что перепад давлений измеряется у торцов сужающего устройства Р=Р1-Р2 и, что вместо площади потока S2 используется площадь сечения сужающего устройства Sо, уравнение расхода примет вид:

где -коэффициент расхода, безразмерная величина, определяемая экспериментально, Fм -массовый расход, -поправочный множитель, учитывающий изменение плотности измеряемой среды при прохождении через сужающее устройство. Для жидкостей =1.

Отбор давлений Р1 и Р2 осуществляется с помощью импульсных трубок (линий). Диаметр трубок 10-15 мм для металлических труб и 8 мм для полиэтилена. Длина соединительных линий не более 50 м.

Выбор типа сужающего устройства основан на учете факторов: потери давления в сужающем устройстве, сложность изготовления и монтажа, стоимость, длина линейного участка трубопровода перед сужающим устройством, условия износа сужающего устройства.

Меньшие потери давления, большую точность, большую износоустойчивость обеспечивают сопла.

50