5.2. Весовые плотномеры

В молочной промышленности нашли широкое применение весовые плот­номеры. В основу принципа действия этих приборов положено непрерывное автоматическое взвешивание постоянного объема анализируемой жидкости.

Рис. 5.1

Контролируемая среда (рис. 5.1) протекает по петлеобразной трубе 1, которая присоединяется к технологическому трубопроводу 2 с помощью гибких манжет или металлических сильфонов 3. Труба закрепляется в вилке 4, которая свободно поворачивается вокруг оси скобы 5. Петля тягой 6 соединяется с рычагом 7, который поворачивается на оси 2. Справа размещены противовес 9 и тяга 10, связанная с сильфоном обратной связи 11 пневматического преобразователя.

При изменении плотности жидкости соответственно изменяется масса петлеобразной трубы. Ее перемещение передается через тягу 6 рычагу 8. При этом изменяется зазор между заслонкой 12 и соплом 13. Изменение давления в системе приводит к перемещению сильфона 11 и тяги 10, с помощью которой оказывается воздействие на рычаг 7 до восстановления равновесия. Давление в сильфоне измеряется вторичным прибором, шкала которого градуируется в единицах плотности.

Передаточная функция весового плотномера:

W(p)=K_к(1+T_ос)К_чэ/Т²_кТ_оср³+(Т_к²+Т_дТ_ос)р²+(Т_д+ Т_ос)р+К_кК_ос+1,

где К_к - коэффициент усиления балансного рычага (4,10-7 Н-1);

Т_ос - постоянная времени обратной связи (2 с);

К_чэ - коэффициент усиления чувствительного элемента (1,7▪10 Н^-1м⁴);

Т_к и Т_д - постоянная времени балансного рычага при демпфировании (0,1 и 0,29 с);

Т_ос - постоянная времени обратной связи (2 с);

К_ос - коэффициент усиления обратной связи (1,43▪10^-3 Н▪м);

р – комплексный оператор из преобразования Лапласа.

В молочной промышленности используются весовые плотномеры. Так, на заводах по производству детских сухих продуктов используют плотномеры типа фирмы «Серег» (Франция).

Пределы контроля 1000-1250 кг/м³. Погрешность ±4 % .

В приборе предусмотрен датчик температуры, имеющий аналоговый выходной сигнал, с помощью которого осуществляется температурная компенсация измерения.

Аналогично действие отечественного прибора типа ДМП-Э-П2 для сгущен­ных молочных продуктов. Токовый сигнал на выходе его составляет 0–20 мА.

Для измерения плотности сливок в системах нормализации молока в потоке используется датчик плотности типа МК-4 фирмы «Ротаметр Maнуфакчуринг» (Великобритания). В датчике использован пневмосиловой преобразователь. Диапазон из­мерения 913,5-1003,5 кг/м. Диапазон из­мерения 913,5-1003,5 кг/м³. Погрешность составляет ± 1 %.

5.3. Гидростатические плотномеры

Принцип действия этих приборов основывается на том, что давление Р в жидкости на глубине Н составляет:

Р = ρgH ,

Как правило, в приборах, основанных на этом методе, применяется раз­ность давлений сжатого воздуха в двух пневмометрических трубках, погру­женных на разную глубину. Применение дифференциального метода измерений исключает влияние колебаний уровня.

Плотность вещества

ρ= ΔP/g▪ΔH .

В пьезометрическом дифференциальном двухжидкостном плотномере с непрерывной продувкой инертного газа (рис. 5.2) через сосуд I протекает контро­лируемая среда, при этом поддерживается постоянный уровень жидкости. В эталонном сосуде 2 находится жидкость с известной плотностью.

Рис. 5.2

Инертный газ поступает по трубке 3 и проходит через постоянный уровень контролируемой жидкости. Тот же газ проходит через слой эталонной жидкости по трубке 4 и затем по трубке 5 - через небольшой слой исследуемой жидкости. Показания дифманометра 6 являются мерой плотности исследуе­мой жидкости

ΔP=h₁ ρ g - ( h₂ ρ+h₀ ρ₀)g=(Δh ρ- h₀ ρ₀)g .

Выбирая Δh = h₀ и ρ_o = ρ_ср, получим: Δρ=0.

При отклонении плотности от номинального значения разность давлений увеличивает­ся.

Плотномер АПМ 201, основанный на рассмотренном принципе, предназ­начен для непрерывного контроля и регулирования содержания сухих веществ в сгущенных молочных продуктах без сахара в потоке. Прибор вклю­чает в себя три основных блока: пневмометрический элемент, преобразова­тель и вторичный прибор. Измерительная цепь прибора построена по дифференциально-трансформаторной схеме.

Для температурной компенсации последовательно со вторичными обмотками дифференциальных трансформаторов включена мостовая схема с термопреобразователем сопротивления.

Диапазон измерения прибора составляет 1030-1200 кг/м³. Основ­ная приведенная погрешность ±2,0 % .