Файл: Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 131
Скачиваний: 0
§ ІѴ.З. РАСХОДОМЕРЫ ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА
Расходомеры постоянного перепада— ротаметры—применяют для измерения расхода жидкостей или газов. Устройство ротамет ров основано на уравновешивании массы поплавка силой восходя щего потока жидкости или газа, действующей на тело поплавка снизу.
Ротаметр (рис. IV. 17) состоит из конусной вертикально уста новленной трубки 1 и свободно перемещающегося в ней поплавкаротора 2. При протекании через трубку поступающего снизу потока жидкости или газа среднее давление его р2 над поплавком меньше, чем давление рх под поплавком. В результате возникает подъемная сила, равная произведению перепада давления на площадь наиболь шего сечения поплавка, под действием которой поплавок будет под ниматься. При подъеме поплавка зазор между трубкой и поплавком увеличивается, скорость потока в зазоре падает, в результате чего уменьшается перепад давлений и, следовательно, подъемная сила. Как только величина подъемной силы становится равной массе по плавка, наступает равновесие и поплавок останавливается на опре деленной высоте в зависимости от величины расхода. Величину рас-
70
хода измеряемой среды определяют по положению поплавка на шка ле 3. В верхней части поплавка имеются косые прорези, в результа те чего поплавок приводится потоком во вращательное движение и находится в центре потока, не касаясь стенок трубки.
Объемный расход Q, м3/ч для ротаметра можно найти из уравнения
Q = 3600а/7] |
2gV (ѵ~ Ѵс) , |
V |
Ус f |
где а — коэффициент расхода; определяется экспериментальным путем при градуировке ротаметра; F — площадь сечения кольцевого зазора в м2; g —
ускорение силы тяжести в м/с2; ѵ — плотность материала поплавка в кг/м3; ч0 — то же, измеряемой среды в кг/м3; V — объем поплавка в м3; J — наи
большее поперечное сечение поплавка в м2.
Промышленность выпускает несколько типов ротаметров. Ротаметр РЭД (рис. IV. 18) — бесшкальный измеритель рас
хода и дифференциально-трансформаторный преобразователь. Он работает в комплекте со вторичными приборами.
Внутри стального корпуса 1 имеется камера 2 и коническая труб ка 3, установленная расширением вверх. В нижнюю часть корпуса одним концом впаяна направляющая трубка 4. Другой конец имеет глухую пробку 5, предназначенную для очистки трубки. На труб ку насажена индукционная катушка 6, закрытая кожухом 7. В ниж нюю часть кожуха ввернута регулировочная гайка 8, вращением ко торой перемещают индукционную катушку при тарировке ротамет ра. Внутри конической трубки 3 расположен поплавок 9 со стер жнем 10. Стержень пропущен через упорную шайбу 11 и направляю щую трубку. На нижнем конце стержня закреплен плунжер 12 индукционного преобразователя. Поток жидкости через штуцер 13 поступает в камеру 2 и далее через упорную шайбу 14 в коничес кую трубку 3. Под действием напора жидкости поплавок 9 переме щается вверх и увлекает за собой плунжер 12 индукционного пре образователя. Перемещение плунжера приводит к разбалансу диф ференциально-трансформаторной схемы и на вторичный прибор по ступает сигнал, пропорциональный измеряемому расходу. Величина хода поплавка ограничена упорными шайбами 14 к 11.
Ротаметр градуируют по воде. При измерении расхода другой жидкости необходимо пересчитать шкалу вторичного прибора.
Ротаметр РПД (рис. IV. 19) — первичное измерительное уст ройство для пневматической дистанционной передачи показаний. Прибор работает в комплекте с вторичными приборами.
Прибор состоит из собственно ротаметра с показывающим ус тройством и механизма пневматической дистанционной передачи. Чувствительный орган ротаметра — поплавок 1, перемещающийся в кольцевой кромке диафрагмы 2, которая вмонтирована в корпус 3. Поток жидкости, проходящей внутри корпуса ротаметра через диаф рагму 2, создает подъемную силу и перемещает поплавок вверх. По мере изменения расхода изменяется проходное сечение между диафрагмой и поплавком. Диафрагма вместе с поплавком образуют
71
сужающее устройство переменного сечения, перепад давлений на ко тором всегда остается постоянным. Величина перепада обусловли вается массой поплавка, а также плотностью и вязкостью измеряемой жидкости.
С поплавком 1 жестко связан стержень 4, имеющий вверху два магнита 5, обращенных друг к другу одноименными полюсами. Пере мещение вверх или вниз поплавка вызывает соответствующее пере мещение магнитов внутри цилиндрической гильзы 6, выполненной из немагнитной стали. Магниты 5 вместе с магнитами 7, установ-
Рис. IV. 19. Схема ротаметра РПД с пневматической передачей показаний
ленными на конце рычага 8, образуют магнитную муфту, при по мощи которой перемещение поплавка передается на рычаг 8 и стрелку 9, указывающую величину измеряемого расхода по шкале 10. Это перемещение одновременно передается механизму пневма тической дистанционной передачи, который состоит из рычагов 11 и 12, заслонки 13, сопла 14, постоянного дросселя 15, сильфонного усилителя выходного сигнала 16 и узла обратной связи — сильфо на 17, штока 18 и промежуточного рычага 19. В целях уменьшения колебаний стрелки 9 на рычаге 8 установлен демпфер 20. Давление воздуха питания 0,14 МПа (1,4 кгс/см2). Выходной сигнал изменяется
в пределах 0,02—0,1 МПа (0,2—1 |
кгс/см2). |
Ротаметры РПД рассчитаны |
на пределы измерения расходов |
от 160 до 16 000 л/ч. |
|
72
§ IV.4. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ
Измерение уровня жидкостей или сыпучих материалов, находя щихся в бункерах, силосах, баках и подобных емкостях, необходи мо для установления количества их, а в ряде случаев для обеспече ния поддержания заданного уровня.
Приборы, применяемые для измерения уровня, разделяют на две основные группы: указатели предельного уровня и уровнемеры. В свою очередь уровнемеры можно разделить на приборы узкого и широкого диапазона измерения. Уровнемеры узкого диапазона из мерения имеют нулевую точку в середине шкалы, соответствующую требуемой высоте уровня, и деления, показывающие отклонения от нормального уровня в обе стороны от нуля. Уровнемеры второй груп пы имеют одностороннюю шкалу. Деления шкалы в этом случае пока зывают высоту уровня над дномхосуда.
Приборы для измерения уровня бывают:
1)визуальные (с непосредственными наблюдениями за-положе нием уровня);
2)поплавковые, у которых чувствительный элемент — попла вок погружен в измеряемую жидкость;
3)мембранные, у которых чувствительный элемент — мембрана
идавление столба жидкости уравновешиваются упругой деформа цией пружины;
4)манометры или дифференциальные манометры (поплавковые,
мембранные), у которых давление, создаваемое столбом жидкости в измеряемом резервуаре и в уравнительном сосуде, уравновеши вается давлением столба затворной жидкости или механизмом при бора;
5)емкостные, у которых используется изменение электрической емкости преобразователя при изменении уровня измеряемой среды;
6)радиоактивные, основанные на изменении протекающего через измеряемую среду потока излучения при изменении уровня.
Визуальные уровнемеры (рис. IV.20) построены по принципу сообщающихся сосудов. Уровнемеры имеют стекло /, закрепляемое
стаким расчетом, чтобы середина его находилась на высоте требуе мого уровня жидкости. При этом высота стекла должна охватывать всю зону колебания уровня. Стекло закреплено в стальном патроне 2, при помощи трубок 3 и 4 соединенном с сосудом (бак, котел и т. п.), уровень жидкости в котором требуется измерять.
Поплавковые уровнемеры построены на том, что поплавок, час тично погруженный в жидкость, при изменении уровня жидкости
всосуде может перемещаться по вертикали, фиксируя тем самым ее уровень.
Поплавковый сигнализатор уровня жидкости предназначен для контроля за положением уровня жидкости в различного рода резер вуарах (рис. IV.21).
Чувствительный элемент сигнализатора — поплавок. В качестве контактного устройства использованы два ртутных переключателя:
73
один — разомкнутый, другой — замкнутый. При достижении верх него или нижнего положения контролируемого уровня поплавок при помощи тяги поворачивает ртутные переключатели, при этом замы кается одна из электрических сигнальных цепей и одновременно раз мыкается другая. В промежутке между нижним и верхним положе ниями уровня одна из электрических цепей всегда замкнута, другая разомкнута. Переключение электрических ртутных контактов может быть связано с устройствами, которые изменяют уровень жидкости (насос, кран и т. п.), или устройствами сигнализации.
Для сигнализации предельных значений уровня воды в открытых резервуарах применяют поплавковые реле РМ (рис. IV.22), предназ наченные для контроля за двумя положениями уровня в пределах 0,5—10 м. Чувствительный элемент реле — поплавок 1 подвешен к тросу 2, огибающему блок 3; на другом конце троса прикреплен контргруз 4. Контактное устройство — реле 5 представляет собой пружинный переключатель мгновенного действия с одним открытым и одним закрытым ртутным контактом. Переключение контактов происходит при помощи муфт 6, установленных на тросе, при дости жении заданного нижнего или верхнего уровня жидкости. Муфты 6 перемещаются вместе с тросом и при достижении поплавком задан ного уровня упираются в рычаг 7, который может поворачиваться на оси 8. При его помощи переключают контакты реле 5. Переключаю щиеся ртутные контакты могут быть использованы в цепях сигнали зации положения уровня или для включения или выключения насо-
74
сов, подающих жидкость в резервуар или откачивающих жидкость
из него.
Принцип действия мембранного уровнемера (рис. IV.23) осно ван на уравновешивании давления гидростатического столба жид кости силой упругой деформации мембраны. Давление измеряемой жидкости подается к штуцеру 1. Отверстие в штуцере сообщается с мембраной 2. Под действием давления мембрана прогибается, а вместе с мембраной прогибается и пружина 3, в которую упирается штифтѣ, закрепленный в стержне 5 мембраны. Стержень мембраны
Рис. ІѴ.22. Схема поРис. ІѴ.23. Схема мембранного уровнемера плавкового уровнемера
соединен с вилкой 6, закрепленной на оси 7. Таким образом, переме щение стержня мембраны вызывает поворот оси 7, на которой жестко укреплен рычаг 8. Этот рычаг через поводок 9 и тягу 10 соединяется с рычагом 11, жестко закрепленным на одной оси с зубчатым секто ром 12. Поворот сектора вызывает вращение трубки 13 и стрелки
14.
Дифференциальные манометры позволяют измерять уровень жид кости в сосудах, находящихся под давлением и без него. Диапазон измеряемого уровня очень широк: от нескольких миллиметров до не скольких метров. Кроме того, результаты измерения можно переда вать различными способами (пневматическим, электрическим и т. п.) на расстояние.
На рис. ІѴ.24 приведена принципиальная схема измерения уров ня жидкости в открытом резервуаре при помощи дифманометра. Та кую схему применяют, например, для измерения уровней в резер вуарах водонапорных башен. Дифманометр 1 при помощи стальной трубки 2 присоединяют к резервуару 3, уровень в котором измеряют.
75
Величина перепада давления в камерах дифманометра равна давле нию столба жидкости в резервуаре и определяет уровень Н запол нения резервуара. Обычно дифманометр устанавливают ниже дна резервуара. В связи с этим для устранения влияния на показания дифманометра столба жидкости в соединительной трубке устанав
|
ливают |
уравнительный |
сосуд |
4. |
|||
|
Его заполняют той же |
жидкостью, |
|||||
|
что и резервуар. |
При |
измерении |
||||
|
уровня |
в открытом |
|
резервуаре |
|||
|
уравнительный сосуд |
|
устанавли |
||||
|
вают на |
отметке |
минимального |
||||
|
уровня и соединяют в верхней |
ча |
|||||
|
сти с атмосферой, а |
для |
|
поддержа |
|||
|
ния постоянства уровня |
жидкости |
|||||
|
в уравнительном сосуде его |
снаб |
|||||
|
жают сливом в дренаж |
|
(через |
за |
|||
|
порный вентиль 5). |
При контроле |
|||||
|
уровня |
жидкости |
в |
резервуаре, |
|||
Рис. IV.24. Схема измерения |
находящемся под давлением, урав |
||||||
нительный сосуд также |
|
соединяет |
|||||
уровня жидкости дифманомет- |
|
||||||
ром |
ся с резервуаром (показано |
пунк |
тирной линией).
Емкостные уровнемеры предназначены для контроля и сигнализа ции положения уровня материала в резервуарах, бункерах и т. п. В качестве контролируемых сред могут быть жидкие, гранулирован ные, мелкокусковые и другие материалы.
Сигнализатор уровня ЭСУ состоит из электронного блока и ем костного преобразователя, соединенных кабелем. На рис. IV.25, а показана установка трех сигнализаторов на баке для контроля трех
Рис. ІѴ.25. Сигнализатор уровня ЭСУ
а — схема установки прибора; б — электрическая схема прибора; 1 — электронный блок; 2 — емкостный преобразователь
положений уровня. Электронный блок прибора (рис. ІѴ.25, б) со стоит из генератора высокой частоты, собранного на электронной лампе и электрически связанного с емкостным преобразователем.
Принцип действия сигнализатора уровня основан на изменении величины емкости электрода преобразователя в зависимости от из
76
менения уровня среды. Генератор настроен таким образом, что при изменении емкости на 2—5 пФ происходит срыв высокочастотных ко лебаний и анодный ток лампы резко возрастает, приводя к срабаты ванию реле Ръ включенного в анодную цепь лампы, и, следователь но, к замыканию или размыканию контактов реле. Генератор уровне мера настраивают при установке прибора на объекте измерения.
Дистанционный контроль заполнения бункеров сыпу чим материалом можно осу ществлять устройствами с контактной системой (рис. IV.26, а). На различной вы соте в стенке бункера после довательно устанавливают контактные устройства, к ко торым подключены сигналь ные лампочки Ли Л 2, Л 3, находящиеся на диспетчер ском пульте. Контакты замы каются при давлении на них
Рис. IV.26. Контрольный уровнемер
а — схема установки; б — схема электромеханического
преобразователя
сыпучих материалов. Число горящих ламп на пульте дает возмож ность грубо, по ступеням следить за наполнением бункеров.
Электромеханический преобразователь (рис. IV.26, б) состоит из корпуса 1, стакана 2 и вставной втулки 3 с контактной трубкой 4. Гибкий щуп 5 и контактная трубка 4 имеют контакты б и 7, которые замыкаются при изгибе щупа. Вход гибкого щупа в стакан 2 защищен резиновым колпачком 8, который предохраняет контакты от попада ния пыли и влаги. Преобразователь крепят в гнезде указателя уров ня винтом 9. Место установки указателей уровня выбирают в зависи мости от формы бункеров и движения материала в них.
Указатель уровня в бункерах с цементом и песком срабатывает за счет усадки нижних слоев после засыпки щупа материалом на вы соту: для цемента 200—500 мм; песка 150—300 мм; в бункерах с гра вием и щебнем — от скольжения верхнего слоя при загрузке, а так же от движения материала при его разгрузке.
Радиоактивные уровнемеры основаны на использовании радио активных излучений, в частности гаммы-излучения. При прохожде нии радиоактивных лучей через вещество их интенсивность падает.
Источник и приемник (счетчик) гамма-излучения устанавливают в одной горизонтальной плоскости, но с разных сторон сосуда, в ко тором измеряют уровень. Когда уровень опускается ниже плоскости, проходящей через источник и приемник, интенсивность лучей, посту пающих на счетчик, резко увеличиватся. Повышение уровня выше отсчетной плоскости вызывает резкое понижение или полное прекра
щение поступления гамма-лучей к счет-
Рис. IV. 27. Схема радио- |
приемник 2 установлены на перемещаю- |
активного уровнемера |
щихся по вертикали каретках в колон |
|
ках 3, монтируемых по диаметру или по |
|
хорде бункера (бака, силоса) 4. Счет |
чиком и электронным устройством 5 измеряют число импульсов. Когда середина счетчика расположена на высоте границы уровня, измерительная система находится в равновесии. При смещении уровня в ту или другую сторону воздействие гамма-излучения изме няется, равновесие системы нарушается и возникающий в электрон ном устройстве электрический сигнал подается на исполнительный механизм, который перемещает по вертикали в ту или другую сто рону каретки источника излучения и приемника. Вращение испол нительного механизма одновременно вызывает перемещение стрелки показывающего прибора 6, находящегося в диспетчерской. Когда система «источник — счетчик» окажется снова на высоте уровня, вращение исполнительного механизма прекращается. Источник ра диоактивного излучения может оказывать вредное воздействие на обслуживающий персонал и поэтому нуждается в соответствующей защите. Защитная свинцовая оболочка у этого прибора должна быть
толщиной 3 см, а стальная — 5 см.
Преимуществом радиоактивных уровнемеров является бесконтактность измерений, что освобождает технологические аппараты от введения в них измерительных устройств, а чувствительные элемен ты — от непосредственного соприкосновения с измеряемой средой.