Файл: Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности учебник.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 265

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

приборов основан на пропорциональной зависимости между уровнем и скоростью вытекания жидкости через калиброванное незатопленное отверстие (щель). Профиль отверстия рассчиты­ вается таким образом, чтобы указанная зависимость была ли­ нейной. Щелевой рас-

 

 

Мифпанопетр

иэюритетный

прибор

ХОДОМер

( р И С

94)

СО­

 

 

СТОИТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

из прямоугольно­

 

 

 

 

 

 

 

го

корпуса,

имеющего

 

 

 

 

 

 

 

два

 

 

патрубка:

вход­

 

 

 

 

 

 

 

ной

 

А

и

 

выходной Б ;

 

 

 

 

 

 

 

блока

 

питания устрой­

 

 

 

 

 

 

 

ства воздухом с фильт­

 

 

 

 

 

 

 

ром

и дифманометра с

 

 

 

 

 

 

 

вторичным

прибором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Корпус разделяется

 

 

 

 

 

 

 

перегородкой

 

5,

имею­

 

 

 

 

 

 

 

щей профильную

щель

 

 

 

 

 

 

 

4.

Перед

 

щелью

уста­

Датчик

5

|6

 

 

 

навливается

 

пьезомет­

 

 

 

рическая

трубка

3,

за­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щищенная

кожухом

/.

Рис. 94.

Структурная

схема

щелевого

расхо-

Для

 

 

совмещения

от­

.домера

(на рисунке

фильтр

не показан).

верстия

 

погруженной

 

 

 

 

 

 

 

трубки с нижней

кром­

кой щели имеется регулировочная гайка 2. Жидкость, поступа­ ющая через патрубок А , заполняет левый отсек корпуса, пере­ ливается через профильную щель во второй отсек и через пат­ рубок Б уходит из прибора в открытый приемник. При опреде­ ленном профиле щели массовый расход

 

Q M =

~ '

( 3 0 6 >

где QM — массовый расход, кг/с;

 

 

Hd—гидростатическое

давление столба жидкости над нижней кромкой ще­

ли, измеряемое пьезометрической трубкой, Па;

 

К—тарировочный

коэффициент

(постоянная) щели,

1/(м-с).

Подобные расходомеры хорошо зарекомендовали себя при измерении сильно загрязненных и быстро кристаллизующихся жидкостей и растворов. Диапазон измерения 10—50 м3 /ч; ос­ новная погрешность устройства в комплекте с вторичным при­ бором ± 3 , 5 % . Приборы входят в систему ГСП.

АКУСТИЧЕСКИЕ РАСХОДОМЕРЫ

Для измерения расходов загрязненных, быстрокристаллизующихся и агрессивных жидкостей и пульп, а также быстропеременных и пульсирующих потоков, особенно неэлектропроводных жидкостей, когда не могут быть применены электромагнитные


расходомеры, используются акустические, чаще всего ультра­ звуковые, устройства. Принцип действия этих приборов основан на том, что при распространении ультразвуковой волны> в дви­ жущейся среде время ее прохождения от источника до прием­ ника определяется не только скоростью распространения звука в данной среде, но также и скоростью движения самой среды.

Если

звуковая

волна направлена

 

по

движению

потока,

скорости

 

их

складываются,

если

 

против

 

потока — вычитаются.

Разность

 

времени

прохождения

ультра­

 

звука по направлению потока и

 

против

него

пропорциональна

 

скорости

потока, а

следователь­

 

но,

расходу

протекающей

жид­

 

кости.

 

 

 

 

 

 

 

 

Структурная

схема одного из

 

типов

ультразвукового

расходо­

г

мера,

работающего

по

двухка-

нальной

фазовой схеме,

приведе­

ФУ

на на рис. 95. Он состоит из сле­

1

дующих

основных частей:

ульт­

Ус

развукового

генератора

УЗГ, яв­

 

ляющегося

источником

питания;

 

излучающих

пьезопреобразовате-

ИП

лей ИПі и ИП2;

приемных пьезо-

 

преобразователей ППХ и Я Я 2 ;

фа-

Рис. 95. Структурная схема уль­

зовращающего

устройства

ФУ,

тразвукового расходомера.

предназначенного для

устране­

 

ния путем асимметрии

каналов

 

преобразователей возникающих фазовых сдвигов; электронного усилителя Ус а измерительного прибора ИП, который градуи­ руется в единицах расхода. В качестве пьезоэлементов в преоб­ разователях чаще всего применяются пластины из титаната ба­ рия, могут быть также использованы пьезоэлементы из кварца, титанато-циркониевых керамик, а также магнитострикционные.

Импульсы ультразвука посылаются под углом к оси трубо­ провода так, что их направление в одном канале совпадает с на­

правлением

потока, а в другом

направлено

против

потока.

При

отсутствии

движения жидкости

время передачи

импульса

на

расстояние

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(307)

где х—время передачи импульса, с;

 

 

 

 

са —скорость распространения звука в жидкости,

м/с.

 

 

Если жидкость движется со скоростью v, компонента скоро­ сти в направлении распространения звука выразится как


(о cos 6). Время распространения импульса

 

между

излучателя­

ми по направлению

потока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

(308)

 

са

+ О COS 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

против потока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Са

— V COS 6

 

 

 

 

 

(309)

 

 

 

 

 

 

 

Разность частот

в обоих каналах

 

 

 

 

 

 

 

М = к~І2

v cos

9

 

 

 

 

 

 

=

~

(

3

1

0

)

где А / разность частот, Гц.

6 — угол, под которым волны распространяются в жидкости.

Таким образом, разность частот, характеризующих скорость движения жидкости, зависит только от этой скорости.

Применение ультразвуковых расходомеров обеспечивает бесконтактное измерение расхода и используется там, где дру­ гие методы неприменимы. Из-за сложности эти приборы не по­ лучили широкого распространения, однако следует ожидать, что в ближайшее время они найдут области применения, в том числе и в пищевой промышленности.

ИОНИЗАЦИОННЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

Для измерения расхода газов могут быть использованы ио­

низационные

методы измерения, заключающиеся в том, что газ,

протекающий

по трубопроводу, периодически ионизируется

с помощью

источников радиоактивного излучения. Ионизиро­

ванная порция газа через некоторый промежуток времени, опре­ деляемый его скоростью, достигает приемника излучения, на котором возникает импульс тока. Далее импульс усиливается и после ряда преобразований представляется в виде единиц расхода. Ионизационный метод может быть применен и для из­ мерения расхода жидкости и пара. При этом в движущийся по­ ток периодически вводятся радиоактивные метки с использова­ нием коротко живущих изотопов. Импульсы от этих меток улавливаются приемным устройством, связанным через ряд пре­ образующих элементов с измерительным прибором. Однако ука­ занные методы для измерения расхода газов, жидкостей и па­ ров не нашли широкого применения в пищевой промышленно­ сти из-за громоздкости аппаратуры и по санитарным соображениям.

Более реальные перспективы применения ионизационный ме­ тод имеет для непрерывного измерения расхода твердых сыпу­ чих материалов, транспортируемых с помощью ленточных кон­ вейеров. Приборостроительной промышленностью в настоящее время налажен серийный выпуск радиоизотопных гамма-элек-


тронных конвейерных весов (тип ГКВ-1), структурная схема ко­ торых приведена на рис. 96. В зависимости от загрузки конвей­ ера 4 материалом на датчик 2, состоящий из счетчиков радио­ активного излучения и электронного усилительного блока, попадает больший или меньший поток гамма-излучения от ко-

Рис. 96. Структурная схема радиоизотопных конвейерных весов, .

бальтового источника 3, помещенного в специальный защитный контейнер. Сигнал, соответствующий массе материала, находя­ щегося на конвейере, подается от датчика 2 к диспетчерскому блоку 9. К этому блоку также поступает сигнал от тахогенера­ тора /, амплитудное значение напряжения которого прямо про­ порционально скорости движения ленты конвейера. Здесь оба

измерительных

сигнала перемножаются, а результат

подается

на интегратор,

где происходит интегрирование и на

выходе

прибора получается значение массы взвешиваемого материала нарастающим итогом. Распределительная коробка 5, сигналь­ ные лампы 6, стабилизатор напряжения питания 7 и щиток уп­ равления 8 являются вспомогательными элементами устройства, обеспечивающими согласованное взаимодействие всех узлов, а также сигнализацию включения весов в работу. Подобные ве­ сы обеспечивают непрерывное измерение массы сыпучих мате­ риалов с погрешностью ± 4 % действительного ее значения. До­ пустимая нагрузка на конвейер 25—100 кг/м. Предусмотрена возможность использования весов в комплекте с измерительны­ ми и регулирующими устройствами системы ГСП.

 

ТЕПЛОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

 

 

 

 

 

Д ля измерения расхода очень вязких материалов

(фрукто­

вых начинок,

опары,

теста),

транспортируемых

по закрытым

трубопроводам с успехом могут применяться тепловые

(калори­

метрические и

термоанемометрические)

устройства,

работаю­

щие по принципу измерения тепловой энергии, передаваемой

на­

гревателем движущемуся потоку через стенку

трубы

 

или

от

специального

нагревателя, помещаемого

внутрь

потока.

 

В общем случае тепловой поток, передаваемый потоку ма­

териала,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qc =

QMcpAt,

 

 

 

 

(311)

где ©о—тепловой поток, Вт;

 

 

 

 

 

 

Qu—массовый

расход среды, кг/с;

 

 

 

 

 

ср—удельная

теплоемкость среды при постоянном давлении,

Дж/(кг - К);

A t— разность средних значений температуры потока до и после

нагрева­

 

телей, К.

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, из

уравнения (311) видно, что при

постоян­

стве 0О

и с р величина

At однозначно связана со значением мас­

сового

расхода.

 

 

 

 

 

 

 

Тепловые расходомеры могут выполняться по трем

основ­

ным принципиальным

схемам:

 

 

 

 

 

 

1)с подводом постоянной мощности к нагревателю и изме­ рением разности температур до и после нагревателя, зависящей от скорости измеряемой среды;

2)с постоянной температурой подогрева потока, т. е. при постоянной разности температур, достигаемой путем изменения количества энергии, подводимой к подогревателю и также зави­ сящей от скорости измеряемой среды;

3)с периодическим изменением мощности нагревания, при котором измерение расхода определяется по величине фазового

смещения сигналов, получаемых на измерителе и подаваемых на нагреватель.

Выбор принципиальной схемы измерения зависит от измеря­ емой среды* необходимой точности, типа используемых термо­ чувствительных элементов и режима нагрева. Для упруго-вяз­ ких пластичных веществ, какими являются опара и тесто, пред­

почтительным является измерение по

схеме

термоанемометра

с постоянной температурой подогрева потока.

 

 

 

Принципиальная

схема термоанемометрического

теплового

расходомера опары и теста приведена

на рис. 97. Датчиком рас­

ходомера являются

сопротивления

и R.2, помещаемые

(нама­

тываемые) на стенке трубопровода на некотором

расстоянии

друг от друга. Манганиновые сопротивления

R3 и

R4

служат

для создания мостовой схемы, питаемой от источника напряже­ ния с7ПитСигнал разбаланса, пропорциональный изменению расхода, подается на электронный усилитель ЭУ, где усилива­ ется и после этого управляет вращением реверсивного двига-


теля

РД, который, производя перестановку движка

реохорда

Rv,

изменяет напряжение питания до тех пор, пока

разбаланс

в измерительной диагонали моста не станет равным заданному. Мерой расхода могут служить показания амперметра А, ватт-

Рис. 97. Принципиальная схема теплового расходо­ мера.

метра

(на

схеме

не

показан)

или

положение движка

рео­

хорда

Яр.

 

 

 

 

 

 

 

С помощью тепловых расходомеров может быть обеспечена

точность измерения расхода вязких продуктов

± 2 — 2 , 5 % .

Пе­

редаточная

функция

тепловых

расходомеров

характеризуется

уравнением

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У ( Р ) = 2 2 К

 

е~Хр-

 

(312)

где Я = 0 , 0 0 5

кг/(с-%); Т, = 6 - И 0 с ;

Г 2 = 1 2 - 4 - 1 8 с ; т =

5-5-8 с.

 

Известен

еще

ряд

устройств

для

измерения

расхода, массы

и объема жидких, газообразных и сыпучих материалов: ядерномагнитнорезонансные, вихревые и др. Однако они или не вы­ шли еще из стадии опытных образцов, или не могут быть ис­ пользованы в настоящее время в пищевой промышленности изза сложности, громоздкости, низких метрологических свойств

идругих причин.

§8. СЧЕТЧИКИ ШТУЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Впищевой промышленности очень часто возникает необхо­ димость автоматического учета штучных изделий в виде отдель­ ных единиц готовой продукции или контейнеров с пустой либо