Файл: Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов.pdf

сти, расходы перекачиваемой насосами древесной массы часто пре­ вышают нормы из-за снижения концентрации, что приводит к ухуд­ шению экономических показателей. Если же концентрация древес­ ной массы повышается, то возрастает расход не только электро­ энергии, но и древесины. Поэтому измерение и регулирование расхода воды и других веществ способствуют экономии электро­ энергии и древесины. Для экономики предприятия важны учет и регулирование расхода перегретой воды и пара, а также мазута или природного газа, расходуемых на горячее прессование, сушку и закалку плит, сушку древесной стружки, варку связующих и дру­ гие технологические процессы. Для измерения и регулирования расхода указанных веществ применяются расходомеры переменного и постоянного перепада, электромагнитные расходомеры.

ГЛАВА 6. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ И СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Классификация приборов для измерения уровня. Уровень изме­

держания его высоты постоянной. В обоих случаях методы и при­ боры для измерения уровня могут быть разными. В первом случае количество вещества определяют геометрическими размерами объ­ екта (цистерны для хлора, варочного котла и т. п.). При этом по­ ложение уровня может изменяться в широких пределах от дна до

пределами, не выходящими обычно за значения ±150—200 мм. Это обстоятельство заставляет предъявлять различные требования к методам измерения, а также к устройству, чувствительности и точности приборов и позволяет разделить уровнемеры на две основ­ ные группы: уровнемеры узкого диапазона измерения и уровне­ меры широкого диапазона измерения.

Уровнемеры первой группы часто имеют нулевую отметку в се­ редине шкалы, соответствующую нормальной высоте уровня, и де­ ления, показывающие отклонения от нормального положения уровня в обе стороны от нуля. Уровнемеры второй группы имеют одно­ стороннюю шкалу. По шкале в этом случае отсчитывают высоту уровня по отношению к какой-либо постоянной отметке.

Иногда уровнемеры широкого диапазона градуируют в объем­ ных мерах, т. е. на их шкалах вместо высоты уровня указывается объем жидкости, содержащейся в резервуаре при данном уровне.

В практике обычно придерживаются классификации уровнеме­ ров по методам измерения, разделяя их^на следующие группы:

манометрические;

103

г) акустические — ультразвуковые; д) электрические — кондуктометрические, емкостные и индук­

тивные; е) оптические — фотоэлектрические;

ж) ядерные — радиоизотопные; з) весовые — тензометрические.

Механические уровнемеры. П о п л а в к о в ы е у р о в н е м е р ы основаны на применении пустотелого металлического поплавка, плавающего на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с уровнем. Перемещение поплавка гибким шнуром, тросом или лентой передается указателю, движущемуся вдоль рейки со шка­ лой, установленной снаружи резервуара. Такая система применя­ ется для высоких баков, в которых измерение уровнемерными стек­ лами затруднительно вследствие значительного перемещения уровня. В массных мешальных бассейнах применяется поплавко­ вый уровнемер с длинным рычагом, к одному концу которого при­ креплен поплавок, а другой конец, короткий, связан с дистанцион­ ной передачей показаний на первичный прибор.

Нужно следить, чтобы вязкие материалы не осаждались на по­ плавке, так как это изменит его плавучесть и, следовательно, пока­ зания прибора будут неправильными. Чтобы уменьшить осаждение вязких материалов на поплавке, ему придается сферическая форма или верхняя часть его делается в виде конуса. Абсолютная погреш­

ются для измерения уровня сыпучих тел. В них входят: щуп, син­ хронный электродвигатель, поднимающий щуп и прерыватель, пе­ риодически выключающий двигатель. При выключении двигателя щуп под действием собственного веса опускается до уровня конт­ ролируемой среды. Положение щупа передается электрической или пневматической дистанционной системой на первичный измери­ тельный прибор. Абсолютная погрешность измерения этими уров­ немерами не превышает ± 2 0 мм.

Пневматические уровнемеры. Б а р б о т а ж н ы е у р о в н е м е р ы основаны на изменении сопротивления слоя жидкости газовому потоку в зависимости от высоты столба жидкости над отверстием пьезометрической (барботажной) трубки, через которую непре­ рывно поступает сжатый воздух (иногда вода).

На рис. 28 показано несколько вариантов применения барботажных уровнемеров с пьезометрической трубкой для измерения и регулирования уровня в производственных установках отбельного отдела. На рис. 28, а и б показано применение уровнемеров для измерения уровня в устройствах, работающих под избыточным дав­ лением, а на рис. 28, в, г и д — в устройствах, работающих под атмосферным давлением.

В установках, показанных на рис. 28, а, в и д, в пьезометричес­ кие трубки подается воздух, а в установке, приведенной на рис. 28, б, г — вода.

104

В качестве первичных приборов используются неавтоматические или автоматические дифманометры.

При измерении уровня в объектах под атмосферным давлением плюсовая камера, например чашечного однотрубного дифмано-

Рис. 28. Измерение уровня барботажными уровне­ мерами с пьезометрической трубкой:

метра, соединяется с пьезометрической трубкой, выходное отвер­ стие которой зачастую располагается почти около дна контроли­ руемого объекта. Через фильтр, редуктор давления и ротаметр пьезометрическая трубка непрерывно продувается очень неболь­ шим потоком воздуха.

105

Давление в трубке и плюсовой камере дифманометра будет равно гидростатическому давлению столба жидкости от конца по­ груженной трубки до уровня жидкости в контролируемом объекте. Необходимо только следить за тем, чтобы поток воздуха в трубке был минимальным, иначе в трубке будет возникать подпор давле­ ния и дифманометр будет показывать больше, чем следует. Конт­ роль и регулирование расхода воздуха в трубке осуществляются по показаниям ротаметра.

При измерении уровня в объектах с избыточным давле­ нием пространство над уровнем соединяется с минусовой камерой, а пьезометрическая трубка — с плюсовой камерой дифмано­ метра.

Для измерения уровня волокнистых материалов в смеси с во­ дой, т. е. целлюлозной, древесной и других масс, в объектах, где узкая трубка может забиваться волокнистыми материалами, сле­ дует снабжать открытый конец трубки колоколом.

Показания барботажных уровнемеров зависят от удельной плот­ ности и вязкости измеряемой жидкости. Поэтому изменение кон­ центрации или композиции контролируемой массы, а также ее температуры вызывает изменение показаний прибора. При благо­ приятных условиях измерения погрешность не превышает ±5% от диапазона шкалы измерительного прибора.

Гидростатические уровнемеры. С м о т р о в о е у р о в н е м е р н о е с т е к л о состоит из стеклянной трубки, верхний и нижний концы которой соединяются с контролируемым объектом таким образом, чтобы середина стекла находилась на высоте нормального уровня. За стеклом располагается шкала, градуированная в линейных или объемных единицах или же процентах полного объема резервуара. Одним уровнемерным стеклом обычно пользуются для наблюдения за уровнем, изменение которого не превышает 1 м. Там, где необ­ ходимо наблюдать за более значительными изменениями уровня, применяют несколько коротких трубок. Устанавливают их так, чтобы пределы измерения каждой из них перекрывали друг друга с тем, чтобы уровень жидкости всегда был виден в какой-нибудь из стеклянных трубок. Погрешность измерения уровнемерными стеклами не превышает ±2,5%.

Б у й к о в ы е у р о в н е м е р ы основаны на измерении выталки­ вающей силы, действующей на буек, погруженный в жидкость и удерживаемый в заданном положении упругой силой торсионной трубки. Длина буйка должна быть не меньше диапазона измерения уровня. Погрешность измерения зависит от изменения удельной плотности контролируемой жидкости в процессе эксплуатации и не превышает ±1,5—2,5% от диапазона измерения.

Д и ф м а н о м е т р и ч е с к и е у р о в н е м е р ы основаны на не­ посредственном измерении гидростатического давления столба жид­ кости, находящейся в контролируемом объекте. В качестве изме­ рительного прибора в комплектах этих уровнемеров используются жидкостные дифманометры с ртутным заполнением или механичес­ кие дифманометры с упругими чувствительными элементами —

106

мембранные и сильфонные. Они включаются по схемам, приведен­ ным на рис. 29, а, б, в и г.

Для обеспечения основного принципа измерения по данному ме­ тоду к максимально возможной отметке уровня в аппарате под­ ключают сосуд постоянного уровня 2, иначе называемый уравни­ тельным сосудом. При изменении уровня агрессивных жидкостей применяют также разделительные сосуды 3. Показания подобных

а В

Рис. 29. Дифманометрические уровнемеры:

метр; 2 — уравнительный сосуд; 3 — разделительный сосуд; 4 — запорный вентиль

уровнемеров зависят от температуры измеряемой среды; погреш-

с измеряемой средой. Например, используется свойство ультразву­ ковых колебаний отражаться от границы раздела двух сред. При достаточно отличающихся размерами акустических сопротивлений сред (например, газ и жидкость) почти вся энергия посланного ультразвукового сигнала отражается от границы их раздела,

107

воспринимается и усиливается электронным усилителем. О высоте уровня судят по времени распространения ультразвукового сиг­ нала. Погрешность измерения уровня ультразвуковыми уровнеме­ рами составляет +1 —1,5% и зависит от постоянства плотности измеряемой среды.

Электрические уровнемеры. К о н д у к т о м е т р и ч е с к и е у р о в н е м е р ы основаны на изменении электрического сопротив­ ления первичного измерительного преобразователя в зависимости от высоты уровня электропроводящей жидкости в контролируемом объекте. Для этого в жидкость погружают активное сопротивле­ ние, часть которого при изменении уровня шунтируется измеряемой средой. Погрешность кондуктометрических уровнемеров не превы­

шает ±2,5%, однако может резко возрасти в результате налипа­ ния среды, например волокнистых материалов, на чувствительный

измерительный преобразователь представляет собой ‘конденсатор, погружаемый в измеряемую жидкую или сыпучую среду.

На рис. 30 представлена принципиальная электрическая схема емкостного индикатора уровня.

Первичный измерительный преобразователь через коаксиаль­ ный провод включен в одно из плеч моста переменного тока. Электрод первичного измерительного преобразователя для элек­ тропроводных сред покрыт изоляцией из полиэтилена или вини­ пласта. В соседнее плечо моста включены конденсатор переменной

108