Файл: Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов.pdf

Высокая точность анализа и безынерционность передачи информа­ ции позволяют применять его в системах автоматического регули­ рования.

В общем виде схему определения скорости ультразвука можно представить так, как она изображена на рис. XIV.1. Схема вклю­ чает генератор электрических сигналов 1, преобразователь 2, прием­ ник 3 и схему измерения времени 4. Ультразвуковые сигналы соз­ даются в исследуемой среде при помощи пьезоэлектрического пре, образователя 5, возбуждаемого электрическим сигналом. Сигнал принимает аналогичный пьезопреобразователь 6, в котором акусти­ ческая волна преобразуется в электрический импульс. Расстояние между преобразователями называют базой Б. Скорость распростра­ нения ультразвука в материале определяют по формуле

Б

Метод позволяет относить вторичный прибор от преобразовате­ ля на большое расстояние. Шкалу прибора градуируют непосредст­ венно в процентах влажности. Преобразователи приборов могут быть установлены в потоке. Ввиду значительной зависимости ско­ рости распространения ультразвука от температуры материала в цепь вводят схему термокомпенсации, которая осуществляет регу­ лируемую временную задержку импульсов. Регулирующим элемен­ том схемы является термосопротивление. Термопреобразователь прибора помещают во внутреннюю полость вакуум-мялки, непо­ средственно перед мундштуком.

В последние годы распространение получило измерение влаж­ ности материалов радиотехническими методами с использованием сверхвысоких частот. Сущность измерения влажности этими мето­ дами заключается в том, что при прохождении электромагнитной волны через материал, влажность которого нужно определить, из­ меняется ее амплитуда и фаза. Мощность и фаза прошедшей волны зависят от количества влаги, содержащейся в материале, поэтому по степени изменения мощности или фазы колебаний можно судить о влажности материала.

Схема влагомера, в котором использован фазовый метод, пред­ ставлена на рис. XIV.2. Электромагнитные колебания, вырабаты­ ваемые генератором 2, проходят через аттенюатор 3 и излучаются ан­ тенной 4. Часть электромагнитной энергии через направленный от­ ветвитель 9 подается в качестве опорного сигнала на смеситель 8. Излучаемые колебания, прошедшие через материал 5, попадают в ан­ тенну 6 и далее через аттенюатор 7 поступают в смеситель 8. В ре­ зультате взаимодействия двух сигналов на выходе смесителя обра­ зуется низкочастотное напряжение модуляции, которое подается на генератор от модулятора 1. Далее напряжение низкой частоты

266

поступает на индикаторное устройство. Амплитуда этого напряже­ ния зависит от расстояния между антеннами 4 и 6. До начала испы­ таний фиксируют первоначальные показания индикатора. При установке образца показания индикатора изменяются. Перемеще­ нием приемника либо передатчика добиваются первоначальных по­ казаний индикатора. Величина перемещения соответствует опреде­ ленной влажности материала.

На рис. ХІѴ.З показана блок-схема влагомера, где в качестве основного элемента применен автодинный генератор, сочетающий в себе передатчик, приемник и детектор высокочастотных колеба­ ний. Сущность явлений при измерениях автодиннофазовым методом состоит в следующем. Высокочастотная энергия от автодинного ге­ нератора 1 излучается в пространство через антенну 2. Акустический

Кйндика- __

торным ы

истріГ Ц cmScч у

Рис. X1V.2. Блок-схема измерения влажРис. ХІѴ.З. Блок-схема влагомера ности при помощи супергетеродинного

приемника

вибратор 4, колеблющийся с низкой частотой, отражает высо­ кочастотную энергию, которая принимается той же антенной 2. В результате воздействия отраженного сигнала на автодин на его нагрузке выделяется напряжение низкой частоты. Колебания ви­ братора возбуждаются звуковым генератором 5. С нагрузки автоди­ на сигнал подается на индикатор. В пространство между вибрато­ ром и антенной вводят испытуемый материал 3. Это приводит к из­ менению фазы отраженной волны и к изменению показаний инди­ катора. Изменяя положения автодина или вибратора в пространст­ ве, устанавливают первоначальные показания индикатора.

Для автоматического непрерывного контроля влажности сыпу­ чих материалов используют установку, созданную Ленинградским институтом огнеупоров, и влагомер с емкостным преобразователем, разработанный Государственным институтом цветной металлургии.

Качественному приготовлению шихты во многом способствует автоматический контроль и регулирование загрузки транспортных средств. Автоматизация транспортных средств позволяет, кроме того, повысить их производительность, стабилизировать работу

иэкономично использовать электроэнергию. Без автоматизации транспортных средств невозможно автоматизировать склады сырья

ицехи подготовки сырьевых материалов.

Для контроля загрузки транспортных средств материалом при­ меняют два способа: бесконтактный и контактный. При бескон­

267

тактном способе используют емкостные, индукционные, вибрацион­ ные и акустические преобразователи, при контактном способе — электромеханические преобразователи, принцип работы которых основан на изменении положения рычага под действием проходя­ щего материала, вызывающем замыкание электрической цепи и по­ дачу сигнала о наличии или отсутствии материала на транспортном устройстве. Кроме того, применяют преобразователи, принцип ра­ боты которых состоит в том, что электроды помещены в слой мате­ риала, а величина проходящего электрического тока изменяется в зависимости от количества материала.

§ XIV.2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Сушка — один из ответственных этапов технологического про­ цесса производства керамических изделий/ Остаточная влажность после сушки должна находиться в определенных пределах, откло­ нение от которых приводит к ухудшению качества изделий при об­ жиге.

Рис. XIV.4. Схема установки для определения влажности емкостным методом

Контроль влажности изделий в потоке после сушильного агре­ гата позволяет корректировать режим сушки и поддерживать влаж­ ность изделий в заданных пределах. Наиболее приемлемым в дан­ ном случае следует считать емкостный метод, основанный на измере­ нии емкости конденсатора, заполненного материалом, влажность которого нужно определить. Параметром материала, связанным с влажностью, является диэлектрическая проницаемость.

Синусоидальное напряжение высокой частоты от генератора 1 через разделительные конденсаторы С5— С7 поступает на резо-

268

нансный мост 2, состоящий из трех контуров (рис. XIV.4). Сигна­ лы, снимаемые с этих контуров, поступают на фазовый детектор 3.

L1C1 и L2C2 настраивают таким образом, что угол сдвига фаз между сигналом с этих контуров и опорным напряжением был равен 90°, а сигнал на выходе равен нулю. Изменение диэлектрической прони­ цаемости ведет к изменению рабочего сигнала и, следовательно, к разбалансу моста. В установке применен преобразователь с элек­ тродами 4, лежащими в одной плоскости.

Схема измерения с опорным контуром и измерителем с односто­ ронним контактом обладает достаточной чувствительностью и обе­ спечивает контроль влажности керамических изделий в рабочих условиях производства с погрешностью, не превышающей ±18% влажности.

Автоматизация процесса сушки керамических изделий. Для суш­ ки сырца применяют различные устройства, но наиболее современ­ ными следует считать туннельные сушилки непрерывного действия. В туннельных сушилках при помощи автоматического управления заслонками регулируют температуру теплоносителя в смесительной кемере, температуру среды и степени разрежения в туннелях по всей длине. В смесительной камере температуру регулируют изме­ нением количества холодного воздуха, который подается в камеру нагнетательным вентилятором. Автоматическое поддержание раз­ режения в туннелях достигается изменением положения регулирую­ щих заслонок дросселей в каналах, через которые отводится ис­ пользованный в туннеле теплоноситель. Относительную влажность теплоносителя определяют электронным психрометром с самопис­ цем. Число выходящих из сушилок вагонеток регистрируют на табло. Для контроля за нормальной работой механизмов преду­ смотрена сигнализация — световая и звуковая. Для облегчения эксплуатации все показывающие, самопишущие и регулирующие приборы, кнопки и ключи управления выведены на щиты управле­ ния. Там же установлены сигнальные лампы.

В распылительных сушилках процесс сушки пресспорошка так­ же автоматизирован. Институтом ВИАСМ создана для этой цели система автоматизации, которая приведена на рис. XIV.5. Система обеспечивает заданную влажность порошка на выходе из сушилки без использования ручного труда и дополнительного расхода топ­ лива. Она включает контроль основных технологических парамет­ ров и стабилизацию разрежения в башне сушилки путем изменения степени открытия шибера в дымососе. Постоянное разрежение умень­ шает количество подсосов атмосферного воздуха иобеспечивает безо­ пасность работы обслуживающего персонала. Подача газового топ­ лива автоматически регулируется в зависимости от температуры отходящих газов с одновременной коррекцией по расходу шликера. Это позволяет поддерживать постоянную влажность порошка на

269

Рис. XIV.5. Система автоматического контроля и регулирования процесса сушки пресспорошка в распылительной сушилке

/ ~ счетчик; 2 — мембранный поршневой насос; 3 — распылительная сушилка; 4 — конвейер; 5 ~ циклон; 6 «—дымосос

выходе из сушилки при изменении расхода шликера, подаваемого на сушку.

Внедрение этой системы автоматизации на Воронежском заводе керамических изделий и других керамических заводах позволило получать влажность порошка на выходе из сушила с точностью до ±1% и снизить расход топлива по сравнению с ручным управле­ нием на 5%. Годовой экономический эффект от внедрения системы составляет 20 тыс. руб.

Автоматизация процесса обжига керамических изделий. В зави­ симости от характера процесса обжига изделий печи могут быть периодического или непрерывного действия. Непрерывность дей­ ствия печи обусловливается перемещением либо источника тепла (кольцевая печь), либо обжигаемых изделий (туннельная и щеле­ вая роликовая печи).

Автоматизация работы туннельных печей (рис. XIV.6) заклю­ чается в обеспечении автоматического поддержания максималь­ ной температуры в зоне обжига* а также разрежения и давления в рабочей камере печи и в подвагонеточном пространстве. В систе­ мах предусматривается также автоматический контроль температу­ ры во всех зонах, содержания окиси углерода в отходящих газах, давления по длине печи отходящих газов и количества воздуха, по­ даваемого для горения. Автоматизирована сигнализация подачи в печь вагонеток, остановки вентиляторов и дымососов.

Температуру регулируют путем изменения режима работы уст­ ройств, подающих топливо к горелкам. У печей, работающих на жидком топливе, в качестве таких устройств применены шестерен­ чатые или поршневые насосы. При использовании газообразного топлива его подачу регулируют при помощи заслонок, установлен­ ных на газопроводе. Давление в печи регулируют шибером, устано­ вленным в вертикальном канале дымохода. Поддержание коэффи­ циента избытка воздуха 1,25—1,3, необходимого для нормального процесса горения, достигается регулятором, воздействующим на положение дросселя, установленного на канале воздуходувки. В тех местах печи, по которым можно судить о гидродинамическом давле­ нии, устанавливают приборы для измерения давления. Температу­ ру измеряют термопарами либо термометрами сопротивления. Со­ держание окиси углерода в отходящих газах определяется газо­ анализатором, показания которого выведены на щит управления.

Институтом ВИАСМ создана и внедрена на Свердловском заво­ де керамических изделий система автоматического контроля и регу­ лирования процесса обжига керамических изделий в щелевых роли­ ковых печах (рис. XIV.7). Она предназначена для поддержания за­ данного теплового режима без вмешательства обслуживающего персонала. Система предусматривает дистанционный технологиче­ ский контроль, сигнализацию и управление, осуществляемые с пуль­ та диспетчера. Система обеспечивает контроль теплового режима в цечи и позонное регулирование.

271