Файл: Основы автоматизации производства.doc

2. Контроль влажности и запыленности газа

Влажность воздуха играет большую роль в процессах сушки формовочных материалов и приготовления контролируемых атмосфер термических печей, в устройствах кондиционирования воздуха. Влажность во многом определяет санитарно- гигиенические условия труда.

Измерительные приборы, предназначенные для измерения величин, характеризующих влажность газов, получили название гигрометров или влагомеров.

Для контроля и измерения влажности газов используют многочисленные методы, основанные на различных принципах. Наибольшее практическое распространение получили психрометрический и сорбционный методы.

Психрометрический метод основан на использовании изменения степени охлаждения поверхности увлажненного тела при испарении с нее воды. Степень охлаждения поверхности зависит от параметров влажности газа, омывающего эту поверхность. Рассмотренное явление носит название психрометрического эффекта. В приборах, принцип действия которых основан на психрометрическом эффекте, измерение осуществляется с помощью двух термометров: сухого и влажного. Испарение влаги с поверхности резервуара влажного термометра происходит тем интенсивнее, чем ниже влажность воздуха. Поэтому в условиях термодинамического равновесия разность показаний сухого и влажного термометров характеризует влажность воздуха и называется психрометрической разностью.

Рис. 91. Электрический подогреваемый преобразователь влажности газа

Рис. 92. Оптическая система измерителя запыленности

Сорбционный метод измерения влажности газов основан на измерении электрических свойств влагосорбирующего материала в зависимости от изменения влажности окружающей среды.

Сорбционный метод измерения влажности используется в кулонометрических и электролитических влагомерах. Принцип действия кулонометрического влагомера основан на непрерывном поглощении влаги из контролируемого газового потока пленкой гидрофильного вещества и одновременном разложении воды в толще пленки путем электролиза на водород и кислород. В установившемся режиме значение электролитического тока является мерой влажности контролируемого газа. Погрешность прибора не превышает 6%.

Электролитические влагомеры работают по принципу зависимости электрических свойств чувствительного элемента от влажности окружающего газа. Такие преобразователи по конструктивному выполнению подразделяют на подогреваемые и неподогреваемые. Первые получили наибольшее распространение.

Принцип действия электролитического подогреваемого преобразователя основан на измерении температуры гигрометрического равновесия. В этом преобразователе (рис. 91) используют свойство гигроскопичности хлористого лития. На запаянную с одного конца кварцевую трубку 1 наносят слой стеклоткани 2, пропитанный хлористым литием. Поверх стеклоткани наматывают две не соединяющиеся друг с другом проволоки 3 из благородных металлов, выполняющих роль электродов. На электроды подается переменный ток. Во внутрь кварцевой трубки помещают термометр сопротивления 4. При соприкосновении газа, содержащего водяные пары с хлористым литием, последний увлажняется, образуя электролит. Так как на электроды подается напряжение, то через электролит потечет ток, который приведет к разогреву преобразователя и постепенному испарению влаги. Процесс испарения будет сопровождаться охлаждением преобразователя. Спустя некоторое время между процессом насыщения парами газа и Испарением влаги наступит равновесие. Температура равновесия является мерой, Влажности газа, так как по ее значению может быть определена точка росы. Этот преобразователь позволяет осуществлять автоматический контроль точки росы в процессе изготовления и подачи контролируемых атмосфер в рабочее пространство нагревательных печей.

Измерители запыленности осуществляют контроль запыленности воздушной среды и технологических газов, а также контроль концентрации аэрозольных, частиц.

Промышленность выпускает анализаторы запыленности типа АЗ. Они предназначены для определения запыленности воздуха и технологических газов, проверки эффективности работы технологических воздушных и газовых фильтров, определения концентрации аэрозоля в воздухе, нахождения источника запыленности аэрозольными частицами.

Прибор представляет собой фотоэлектрический счетчик аэрозольных частиц с пределами измерения концентрации пыли от 1 до 300 000 частиц в литре. В приборе имеется переключатель размера регистрируемых частиц с 0,4 до 10 мкм.

Принцип работы прибора основан на рассеивании света аэрозольными частицами. При этом существует количественная зависимость между размерами частиц и интенсивностью рассеянного света. Чувствительным элементом прибора является оптический преобразователь (рис. 92). Анализируемая пыль просачивается через измерительную полость 10 преобразователя с постоянным расходом. Перпендикулярно измерительной плоскости расположены источник света 6, два объектива 7 и 9 и диафрагма 8, создающая сфокусированный световой луч. Под прямым углом к нему установлены объектив 5 и диафрагма 4, которые фокусируют луч, направленный от источника света 6 к фотоэлектронному усилителю 3. Модулятор светового потока 2, призмы 1 и 11 служат для контроля и калибрования размеров частиц пыли.

Если в измерительной полости пыли нет, то фототок в фотоэлектронном усилителе отсутствует. При попадании пыли в измерительную камеру от ее частиц появляется рассеянный свет, и на выходе усилителя образуется электрический сигнал. Длительность сигнала пропорциональна времени пролета частиц через полость, а его амплитуда определяется размерами частиц.

Количество пыли определяется в зависимости от измеряемого предела по электромеханическому счетчику или по шкале показывающего прибора, отградуированной в единицах измерения запыленности (части на один литр).

3. Контроь влажности сыпучих материалов

В литейных цехах очень важным параметром, существенно определяющим процесс производства отливок, является влажность формовочных материалов, влияющих на качество форм, и влажность шихтовых материалов, определяющих ход процесса плавки в вагранках.

Измерительные приборы, предназначенные для определения влажности, называют влагомерами. Все методы измерения влажности принято подразделять на прямые и косвенные.

При использовании прямых методов осуществляют непосредственное разделение исследуемого материала на сухое вещество и влагу.

При лабораторных исследованиях и для контроля автоматических приборов используют весовой (прямой) метод.

Сущность метода состоит в том, что навеску исследуемого материала (формовочной смеси, песка и т. д.) закладывают в лабораторную бюксу и, после тщательного взвешивания, устанавливают в сушильный шкаф при температуре 103 ... 105 °С и сушат до постоянной массы. После этого высушенный материал помещают в эксикатор охлаждают в присутствии силикагеля и вторично взвешивают на тех же весах. По результатам взвешивания определяют влажность материалов.

Описанный метод обеспечивает высокую точность, но проводится в течение длительного отрезка времени (2 ... 3 ч).

В последнее время все большее распространение получают косвенные физические методы измерения влажности сыпучих материалов. Они основаны на преобразовании влажности в какую- либо физическую величину, удобную для измерения или дальнейшего преобразования с помощью измерительных преобразователей. В зависимости от характера измеряемого параметра, косвенные методы подразделяют на электрические и неэлектрические. В основе электрических методов лежит прямое измерение электрических параметров исследуемого материала. При использовании неэлектрических методов определяется физическая величина, которая затем преобразуется в электрический сигнал. Среди электрических методов наибольшее распространение получили кондуктометрические и диэлькометрические (емкостные).

Кондуктометрический метод основан на измерении электрического сопротивления материала, которое изменяется в зависимости от влажности материала. При измерении влажности этим методом пробу вещества 1 помещают между плоскими электродами 2 первичного преобразователя (рис. 93). Сила тока, измеряемая прибором 3, будет зависеть от влажности пробы. Резистор R₀ используется для корректировки нуля прибора. Кондуктометрический метод позволяет определять влажность сыпучих материалов в пределах 2 ... 20 %. Верхний предел ограничен падением чувствительности с ростом влажности, а нижний обусловлен сложностью измерения больших электрических сопротивлений.

Рис. 93. Схема кондуктометрического влагомера

Рис. 94. Схема емкостного влагомера

В измерительной схеме емкостного влагомера (рис. 94), работающего на принципе определения диэлектрических потерь, емкость конденсаторного преобразователя определяется с помощью резонансного контура, состоящего из индуктивности L и переменной емкости С_х. Резонанс контура обеспечивается настройкой конденсатора С₀. В качестве индикатора резонанса используют вольтметр 2. Контур отделен от генератора 1 разделительным конденсатором С_р. При увеличении влажности испытуемого образца 3 емкость преобразователя изменяется. Для восстановления симметрии необходимо изменить емкость конденсатора С₀ так, чтобы суммарная емкость контура стала вновь первоначальной. Изменение положения рукоятки конденсатора С₀ является показателем влажности.

Недостатком этого метода является зависимость емкости материала не только от влажности, но и от химического состава. Поэтому емкостные методы контроля влажности используют только со специальными приспособлениями для каждого конкретного материала.

Среди неэлектрических методов контроля влажности сыпучих материалов из-за ряда преимуществ большое распространение получили радиоизотопные. К числу этих преимуществ относятся простота монтажа и малая подверженность влиянию окружающей среды. В основу действия измерительной системы такого влагомера положена непрерывная регистрация потока медленных нейтронов, которые образуются в результате облучения исследуемого материала быстрыми нейтронами. Замедление нейтронов осуществляется содержащимся в материале водородом.