Розділ 7. Вимірювання витрати та кількості речовин

7.1. Класифікація витратомірів.

Під час управління технологічними процесами необхідно точно відмірювати (дозувати) кількість сировини, продуктів або напівфабрикатів, а також визначати витрати води, водяної пари, газу, інших рідинних, газоподібних та твердих речовин за одиницю часу.

Витратою називається кількість речовини (рідини або газу), що пройшла через поперечний переріз транспортного пристрою за одиницю часу. Розрізняють об’ємну (Q_o) і масову (Q_м) витрати речовини. Прилади, які вимірюють витрату, називаються витратомірами. Одиницями вимірювання об’ємної витрати є м³/год; м³/сек, а масової втирати - т/год; кг/год; кг/cек.

Зв’язок між цими одиницями: Q_м=Q_o_реч.., де _реч – густина речовини.

За принципом дії витратоміри поділяють на витратоміри сипких матеріалів та рідин і газів. Останні в свою чергу ділять на:

- лічильники рідин та газів;

- витратоміри змінного та постійного перепаду тиску;

- індукційні витратоміри;

- витратоміри змінного рівня (щілинні).

Для вимірювання об'єму або маси речовини застосовуються також лічильники кількості. Для вимірювання маси твердих та сипких матеріалів застосовуються вагові лічильники; дозування сипких та рідинних речовин проводиться об'ємними та ваговими дозаторами.

7.2. Методи вимірювання витрати і маси сипких матеріалів

Принцип роботи засобів вимірювання (ЗВ) витрати та маси сипких матеріалів ґрунтується на використанні гравітаційних сил, які діють на вимірювані тіла або матеріали. Засоби вимірювань, що призначені для вимірювання маси називаються вагами або ваговимірювальними пристроями.

Машина або система пристроїв у сукупності з системою керування і регулювання, що діє з використанням принципу зважування і призначена для вагового дозування, називається дозатором. Вони бувають циклічної та безперервної дії.

В схемах стрічкового вагового дозатора постійного навантаження (рис. 7.1), сипка речовина 2 надходить на конвеєр 3 і безперервно зважується за допомогою вимірювального перетворювача 4 маси. При цьому вимірюється також швидкість руху транспортера датчиком 6 та час. Далі сигнали вимірювальної інформації подаються на інтегратор 5 витрати .

Рис.7.1. Схема стрічкового дозатора постійного навантаження.

В усталеному режимі масова витрата речовини, або продуктивність Q дозатора дорівнює:

Q = C * q * V, [кг/с ], (7.1)

де С – коефіцієнт, який залежить від типу ваговимірювального пристрою;

q - навантаження на вагоприймальний конвеєр(транспортер), кг/м;

V - швидкість руху конвеєра (транспортера), м/с.

Автоматична система регулювання витрати, для якої регульованим параметром є навантаження на конвеєр або сила ваги сипкого матеріалу на транспортері, діє на відповідний шибер 1 , забезпечуючи тим самим задану витрату або продуктивність.

Іншим варіантом виконання системи дозування є система з визначення ваги сипкого матеріалу, що знаходиться на стрічковому траспортері або конвеєрі (без підтримування ваги речовини постійною), та її накопичення (інтегрування) по мірі проходження матеріалу деякої відстані по цих вагах (рис. 7.2).

Система теж вміщує ваговимірювальну платформу 1 із конвеєрною стрічкою 9, на якій розміщується сипка речовина 10. Платформа 1 врізається в технологічну лінію дозування матеріалу. Система дозування вміщує також: датчик 2 (сенсор) ваги; блок 2 аналого–цифрового перетворювача 3 (АЦП) ; інтегратор 4 та задавач 5 з цифровим індикатором дозованої маси. Для вимірювання переміщення матеріалу по конвеєрним вагам система вміщує сенсор 6 та електронний блок 7 для вимірювання довжини (одометр), який задає довжину шляху зміщення (інтервал), за яким виконується вимірювання маси.

Вага матеріалу Q на окремій дільниці ваговимірювальної платформи між

двома вимірюваннями визначається за формулою:

Q = P/m, (7.2)

де Р - вага усього матеріалу на ваговимірювальній платформі; m – кількість вимірювань, що виконуються при переміщенні матеріалу на довжину, що

дорівнює довжині ваговимірювальної платформи.

Рис. 7.2. Система дозування ваги з накопиченням по відстані.

Загальна кількість матеріалу Q, що надходить через ваговимірювальну платформу, визначається формулою:

Q = = , (7.3)

де m – загальна кількість проведених вимірювань.

Із останнього рівняння видно, що загальна маса матеріалу залежить як від ваги Р так і від величини m. Збільшуючи коефіцієнт m, зменшують вплив нерівномірності розташування сипкого матеріалу на платформі і тим самим підвищують точність вимірювань.

Як правило, в системах дозування сипких матеріалів на конвеєрних вагах або траспортерах реалізують диференціальний метод вимірювання.

7.3. ЛІЧИЛЬНИКИ РІДИН ТА ГАЗІВ

За принципом дії тахометричні лічильники рідин і газів поділяються на швидкісні та об'ємні. У швидкісних приладах (рис.7.3) рідина, яка проходить через камеру, обертає вертушку, кутова швидкість якої пропорційна швидкості потоку. Такі прилади використовуються як лічильники гарячої та холодної води.

Застосовують лічильники з крильчаткою (рис. 7.3, а та б), які розміщуються перпендикулярно до вимірюваного потоку, і з гвинтовою вертушкою (рис. 7.3, в), у яких потік рідини спрямований паралельно до осі вертушки.

Для вимірювання кількості газу найбільш розповсюджені об'ємні ротаційні лічильники (рис. 7.4). У середині кожуха 2 лічильника обертаються ротори 1. Вали роторів зв'язані між собою зубчастими колесами, які знаходяться поза корпусом. Обертання одного з валів передається на лічильний механізм. За один оберт ротор відсікає чотири об'єми газу, які в сумі дорівнюють об'єму вимірювальної камери лічильника.

Рис. 7.3. Швидкісні лічильники Рис. 7.4. Ротаційний лічильник

рідини: а, б- з крильчаткою,

в - з гвинтовою вертушкою.