Математическая обработка результатов экспериментальных данных ГЭПП / Инженерная методика

7 ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА

7.1 Назначение

Гидроэлектрический преобразователь плотности относится к технике автоматических измерений и может использоваться на предприятиях химической, нефтехимической промышленность. В частности, для контроля плотности при производстве минеральных удобрений, а также смазочно-охлаждающих жидкостей, широко использующихся в машиностроении.

7.2 Конструкция. Принцип действия.

7.2.3 К о н с т р у к ц и я и п р и н ц и п д е й с т в и я э к с п е р и м е н – т а л ь н о г о с т е н д а . Схема стенда для испытаний гидроэлектрического преобразователя плотности изображена на рисунке 2.

Рабочая жидкость находится (трансформаторное масло) в гидробаке 10. Насос 9 подает рабочую жидкость из гидробака через редукционный клапан 2 в измерительную систему. Редукционный клапан регулирует давление жидкости в гидросистеме. Манометры 14 и 15 фиксируют давление рабочей жидкости на входе и выходе гидроэлектрического преобразователя плотности (ГЭПП). Вентиль 7 стабилизирует поток на входе ГЭПП. Основными элементами ГЭПП являются измерительная камера, поплавок, дифференциально-индуктивный датчик перемещений. Изменение тока в обмотке датчика регистрируется амперметром 6, отградуированным в единицах плотности. Магнитная ловушка 8 предназначена для предотвращения утечек магнитной жидкости в гидросистему и представляет собой систему электродов «Игла-плоскость», создающая неоднородное электрическое поле. Принцип действия магнитной ловушки основан на возникновении струйных течений с поверхности магнитной жидкости, искаженной неоднородным магнитным полем, под воздействием неоднородного электрического поля. В качестве источника магнитного поля в магнитной ловушке используется соленоид. Источником питания для магнитной ловушки служит высоковольтный усилитель. Нагревательный элемент 13 служит для изменения температуры рабочей жидкости. Температура контролируется ртутным термометром 12.

7.2.4 К о н с т р у к ц и я и п р и н ц и п д е й с т в и я г и д р о э л е к т р и- ч е с к о г о п р е о б р а з о в а т е л я п л о т н о с т и . Гидроэлектрический преобразователь плотности относится к поплавковым датчикам плотности и предназначен для измерения плотности жидких нефтепродуктов, в частности, технологических жидкостей, протекающих по горизонтальному трубопроводу.

Основанными элементами ГЭПП являются две трубки из оргстекла 3 (измерительная камера), чувствительный элемент (поплавок), дифференциальный индуктивный датчик.

Измерительная камера представляет собой две скрепленные болтами трубки из оргстекла. Наружный диаметр трубок 10мм, внутренний – 5мм. Длина каждой трубки составляет 50мм. Размеры измерительной камеры выбраны такими для уменьшения динамического воздействия потока на поплавок.

Измерительная камера помещена внутрь катушек 5 дифференциального индуктивного датчика перемещения. Использование двух измерительных катушек позволяет увеличить чувствительность датчика вдвое. Помимо этого в дифференциальном датчике значительно уменьшается влияние нестабильного питающего напряжения на точность его работы. Для включения датчика используется мостовая схема.

Для измерительных катушек использован каркас из полистирола, размеры которого составляют: Д_вн=11мм, Д_н=20мм, толщина каркаса 2мм. Для намотки использован медный провод, толщиной 0,18мм. Размеры катушки: высота намотки 4мм, длина обмотки 20мм.

Роль якоря дифференциального индуктивного датчика выполняет чувствительный элемент (поплавок) ГЭПП. Поплавок 1 представляет собой сферическую оболочку из эластичной резины, заполненную магнитной жидкостью. Магнитная жидкость представляет собой коллоидный раствор магнитных частиц, подверженных броуновскому движению, которое препятствует их оседанию. Магнитные моменты частиц взаимодействуют друг с другом. Чтобы частицы не слипались, в жидкую основу вводят поверхностно-активные вещества, образующие на частицах защитные адсорбционные слои.

В стационарном неоднородном магнитном поле частицы втягиваются в область более сильного поля. Это перемещение с помощью броуновского движения передается жидкой основе и таким образом происходит силовое взаимодействие магнитной жидкости и поля, которое используется во многих технических устройствах. В зависимости от требовании, предъявляемых к техническому устройству, в нем могут применятся магнитные жидкости на различных основах, в качестве жидких основ магнитных жидкостей используются углеводородные основы (керосин, трансформаторные масла, конденсаторное масло, турбинные масла, индустриальные, вазелиновые, вакуумные, нефтяные масла), кремнийорганические основы (полиметилсилоксановые, полиэтилсилоксановые, полифенилметилсилоксановые), фторорганические основы, водная основа.

Концентрация твердых частиц в жидкой основе определяет магнитные свойства магнитной жидкости, определяя главную отличительную характеристику магнитной жидкости–намагниченность. От соотношения твердой и жидкой фаз зависят теплофизические свойства магнитной жидкости.

В ГЭПП используется магнитная жидкость марки Т40 с повышенным содержанием дисперсной фазы, которая выполняет роль якоря дифференциально-индуктивного датчика благодаря своему составу и свойствам. Для изготовления поплавка используется эластичная резина.

Объем поплавка

V_сф=4πr³/3=4/3*3.14*0.005³=5.23*10^-7м³, (72)

где r–радиус сферы, равный 0,005м.

Количество магнитной жидкости в объеме поплавка

m=V_сф*ρ_мм=5,23*10^-7*1,7*10^-6= 8,891*10^-13. (73)

Поплавок жестко закреплен по периметру в месте крепления измерительной камеры. При нулевом расходе поплавок расположен симметрично относительно обеих катушек и магнитные сопротивления для потоков, создаваемых обеими катушками, одинаковы. При подаче контролируемого потока в измерительную камеру происходит деформация поплавка, вследствие чего магнитные сопротивления получают противоположные знаки. Индуктивность одной катушки возрастает, другой–на туже величину убывает. Вследствие изменений взаимоиндуктивности измерительных катушек, вызванных деформацией поплавка при изменении плотности потока, изменяются показания амперметра, отградуированного в единицах плотности.

7.3 Технические характеристики.

Устройство имеет следующие технические характеристики:

– источник гидравлического питания – насос Ш–5–25, расхода 3,6 м³/ч, массой 17 кг, с давлением 4*10⁵ Па; двигатель насоса – асинхронный исполнительный двигатель 2,2 кВт;

– источник электрического питания – однофазная сеть переменного тока – 220 В; 50 Гц;

– мощность, потребляемая от сети – не более 9 Вт;

– давление потока – 0,38–0,46*10⁵ Па;

– диапазон измерения плотности – 862–880 кг/м³;

– габариты – 500х100х120, масса – 2,7 кг;

– диапазон рабочих температур – 20 – 50^оС;

– выходной сигнал – постоянный ток – 0,045*10^-3 – 0,145*10^-3 А.

7.4 Рекомендации по установке, монтажу

Установку гидроэлектрического преобразователя плотности производят в горизонтальном положении. Все работы по монтажу разрешается выполнять лицам имеющим допуск к эксплуатации электроустановок напряжением до 1000 В. Блок питания должен быть заземлен. Все работы по монтажу производятся при отключенном источнике питания.

7.5 Причины выхода из строя

Причины выхода из строя:

– перегрузка по питанию;

– нарушение контактов в местах пайки;

– выход из строя полупроводниковых приборов;

– выход из строя микропереключателей.

7.6 Технико-экономические показатели

Технико-экономические показатели:

– плановая цена – 3424 рублей;

– плановая себестоимость –2863 рублей;

– прибыль – 561 рублей;

– чистая прибыль – 365 рублей.

7.7 Эффект от внедрения в эксплуатацию ГЭПП

Использование разрабатываемого ГЭПП позволит контролировать отходы промышленного производства, что обеспечит минимальное поступление вредных веществ в окружающую среду и сокращение социально-экономиеского ущерба от загрязнения воздушного бассейна.

Установка ГЭПП на предприятиях позволит определить степень опасности загрязнения сбрасываемых вод и в случае необходимости провести своевременные мероприятия по очистки загрязненных вод.