Файл: Автоматизация_Staroverov.doc

1. Что называется расходом вещества и в каких единицах он измеряется?

2. Расскажите о классификации приборов для измерения расхода жидко­стей, газов, твердых и сыпучих материалов.

3. Расскажите о классификации приборов для контроля уровня жидкостей и сыпучих материалов.

4. Изложите принцип действия расходомеров обтекания.

5. Изложите принцип действия расходомеров переменного перепада дав­ления.

6. Изложите принцип действия расходомеров переменного уровня.

7. Изложите принцип действия индукционных расходомеров.

8. Изложите принцип действия тахометрнческих расходомеров.

9. Расскажите об устройстве и работе счетчиков жидкости и газов.

10. Расскажите о работе и устройстве счетчиков и весов твердых и сыпучих материалов.

11. Изложите принцип действия поплавковых и буйковых уровнемеров.

12. Изложите принцип действия манометрических уровнемеров.

13. Изложите принцип действия емкостных и высокочастотных уровнемеров.

14. Изложите принцип действия радиационных н кондуктометрнческих уровнемеров.

15. Изложите принцип действия весовых уровнемеров.

16. Изложите принцип действия механических нестандартных уровнемеров.

ГЛАВА ю. КОНТРОЛЬ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

1. КОНТРОЛЬ СОСТАВА ГАЗА

В литейных и термических цехах приходится контро­лировать состав самых разнообразных газов: горючих газов и продуктов их сгорания, защитных атмосфер и газов в воздухе по­мещений цехов. Контроль состава газа позволяет судить о пра­вильности протекания технологического процесса. Например, по составу защитных атмосфер в термических пёчах определяют ка­чество процесса химико-термической обработки; по составу ды­мовых газов судят о полноте сгорания топлива в печах; по составу колошниковых газов в доменной печи ведут процесс плавки и т. д.

Газоанализаторами называют приборы, предназначенные для количественного определения состава газа (одного или несколь­ких компонентов). Они проградуированы в объемных процентах. По назначению различают переносные и технические газоанализа­торы. Первые используют для лабораторных исследований и про­верки автоматических газоанализаторов.

Основным элементом каждого прибора является измеритель­ный преобразователь газового анализа, принцип действия кото­рого определяет тип газоанализатора. По принципу действия измерительного преобразователя различают химические, электро­химические, термохимические, термокондуктометрические, маг­нитные и оптические газоанализаторы.

Принцип работы химических газоанализаторов основан на последовательном удалении анализируемых компонентов из взя­той газовой пробы при проведении химических реакций. Наи­большее распространение получил переносной газоанализатор на три компонента: СО, С0₂ и 0₂. Для поглощения СО служит раствор двухлористой меди (СиС1₂), нашатырного спирта (ЫН₄С1) и аммиака (ЫН₃); для С0₂ — раствор едкого кали (КОН); для 0₂ — смесь едкого кали с пирогалловой кислотой (С₆Н₈ (ОН)_я). Объем газовой смеси измеряют до начала цикла измерений и после ре­акции каждого компонента. По разности объемов оценивают про­центное содержание компонента в газовой смеси.

Переносные газоанализаторы обладают высокой точностью измерения; недостатком приборов является длительность анализа. Их применяют только для контроля и отладки тепловых про­цессов.

Электрохимические газоанализаторы предназначены для оп­ределения содержания кислорода в газовой смеси. Действие газо­анализаторов этого типа основано на электрохимической реакции, вызывающей образование тока в электролите при взаимодействии кислорода с электродом. Сила тока, протекающего по внешней цепи электролита, пропорциональна концентрации кислорода в газовой смеси. Такие газоанализаторы предназначены для оп­ределения содержания кислорода в различных газовых смесях, водяном и генераторном газах.

Действие термохимических газоанализаторов основано на измерении теплового эффекта реакции кислорода с другими га­зами, протекающей в присутствии катализатора. Количество вы­делившейся теплоты пропорционально количеству содержаще­гося в смеси анализируемого газа при постоянном расходе смеси. Термохимические газоанализаторы предназначены для опре­деления содержания кислорода или водорода в смеси газов. Из­мерение количества теплоты производится с' помощью термо­метров сопротивления, включенных в схему электрического моста. Преобразователь прибора имеет две камеры — рабочую и срав­нительную, в которых расположены термометры сопротивления. В рабочей камере, заполненной катализатором, сгорает анали­зируемый компонент, а в сравнительной камере находится не­активная масса. По разности температур определяют содержание анализируемого компонента газовой смеси.

Принцип работы термокондуктометрических газоанализато­ров основан на измерении теплопроводности газовой смеси, ко­торая практически однозначно определяется содержанием ана­лизируемого компонента.

Теплопроводности Н₂; СО_г и 50₂ сильно отличаются от тепло­проводности воздуха и таких газов, как Ы₂; 0₂; СО; СН₄ и др. В связи с этим рассматриваемые газоанализаторы чувствительны на Н_а; С0₂ и и с их помощью можно определить процент содержания указанных составных частей, когда они присутствуют в смеси с другими газами. Чувствительным элементом является нагретая проволока, которая при омывании ее газами различной теплопроводности изменяет свое электрическое сопротивление. В газоанализаторах применяются прямая и дифференциальная измерительные схемы.

Газоанализатор прямого измерения (рис. 87, а) состоит из четырех нагреваемых платиновых проволочных резисторов, за­ключенных в четыре газовые камеры. Две рабочие камеры /

а — прямого измерения; 6 — дифференциальная

и 4 соединяются с исследуемой газовой средой, а две сравнитель­ные камеры 2 и 5 заполнены воздухом или газом постоянного состава.

По дифференциальной схеме (рис. 87, б) измерения анализи­руемая газовая смесь проходит сначала через рабочие камеры 1 и 4, а затем, после предварительного удаления из нее контроли­руемого газа в печи дожигания или в поглотитель 5, поступает в сравнительные камеры 2 и 6, выполняя функции сравнительного газа. Прн изменении концентрации анализируемого газа в диа­гонали моста как в первой, так и во второй схеме появляется на­пряжение разбаланса, значение которого пропорционально кон­центрации газа и измеряется прибором 3.

Из всех газов кислород обладает максимальной магнитной вос­приимчивостью. Например, его магнитная восприимчивость почти в 60 раз больше магнитной восприимчивости воздуха. Это свойство позволило разработать метод для избирательного определения его концентрации в газовых смесях. Наибольшее распространение получили термомагннтные газоанализаторы, в которых изме­ряется не сама магнитная восприимчивость кислорода, а ее умень­шение при увеличении температуры газа. Преобразователь такого газоанализатора (рис. 88) выполнен в виде кольцевой камеры 1. В поперечной стеклянной трубке 2 расположены два термоэле­мента (резистора): Я1 и Я2, включенные в мостовую измеритель­ную схему. Когда анализируемый газ проходит через кольцевую камеру, то, благодаря парамагнитным свойствам кислорода, он втягивается в поперечную стеклянную трубку 2. Соприкасаясь с нагретым термоэлементом, газ нагревается, теряет частично свои магнитные свойства и выталкивается из магнитного поля более холодным, создавая явление термомагнитной конвекции. Интенсивность термомагнитной конвекции измеряется по изме­нению температуры термоэлемента, вызванного конвекцией, и, как следствие этого, по изменению его электрического сопротив­ления. Последнее приводит к разбалансу моста, что регистри­руется измерительным прибором 3.

Рис. 88. Преобразователь термомагнитного газоанализатора

Рис. 89. Преобразователь оптико-акусти­ческого газоанализатора

Работа оптических газоанализаторов основана на измерении ослабления интенсивности электромагнитного излучения или по­глощения его потока определенным компонентом при прохожде­нии излучения через исследуемую газовую смесь. При этом в оп­тических газоанализаторах может использоваться весь спектр электромагнитных колебаний — инфракрасная, ультрафиолето­вая и видимая области.

Наибольшее распространение получили оптические абсорб­ционные газоанализаторы, работающие в инфракрасной области спектра, т. е. оптико-акустические газоанализаторы. Их дейст­вие основано на способности определенного газа поглощать ин­фракрасные лучи. Этой способностью обладают все газы, за ис­ключением одноатомных, а также водорода, кислорода, азота и хлора. Измерение концентрации газа проводится на основании оптико-акустического эффекта, который заключается в следую­щем. Если исследуемый газ в замкнутом объеме (рис. 89) облу­чать прерывистым (со звуковой частотой) потоком энергии в ин­фракрасной области, то он будет периодически нагреваться и охлаждаться и в нем возникнут колебания давления с той же ча­стотой. Колебания давления воспринимаются чувствительным элементом — мембраной, которая является одной из обкладок конденсаторного микрофона 2, соединенного с измерительной схе­мой. В качестве источника инфракрасного излучения исполь­зуется нагретая до 700—800 °С хромоникелевая проволока /. Промышленность выпускает несколько типов оптико-акустиче­ских газоанализаторов для определения концентрации СО, СО_а, СН₄ в различных газовых смесях.

В измерительный комплекс каждого газоанализатора входит газоотборное устройство, служащее для отбора исследуемого газа и транспортировки его к первичному преобразователю. Схема газоотборного устройства, находящегося под избыточным давлением, представлена на рис. 90. В дымоходе располагают

Рис. 90. Газоотборное устройство

заборное устройство, представляющее собой сосуд (фильтр), / с пористыми стенками. Топочные газы, просачиваясь через по­ристые стенки, поступают в отборочный трубопровод и через трехходовой продувочный кран 2 направляются в фильтр 3 для очистки от сернистых примесей. Фильтр представляет собой ци­линдр, заполненный влажной стальной стружкой. Затем газ че­рез контрольный фильтра 4 по трубопроводу 5 попадает в холо­дильник 6, который, как правило, выполнен по схеме «труба в трубе», где газ протекает по внутренней трубе, а охлаждающая вода — по кольцу, образуемому трубой и корпусом. Очищенный и охлажденный газ подается в рабочую камеру первичного пре­образователя газоанализатора.

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 термодинами-

Рис. 91. Электрический подогре- Рис. 92. Оптическая система измерктеля запи­ваемый преобразователь влаж- ленностии

ности газа

ческого равновесия разность показаний сухого и влажного термо­метров характеризует влажность воздуха и называется психро­метрической разностью.

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 %.