Технические измерения и приборы

Уравнение расхода через отверстие в дне или стенке сосуда в общем виде выражается следующей зависимостью:  

Используя уравнение (VIII.29), можно вывести зависимость между Q и Н для отверстия любой формы. Для получения равномерной шкалы прибора эта зависимость должна быть линейной:

Q = KH 

где К — коэффициент пропорциональности.

К = Qm ах/ Hm ах

Щелевой расходомер с калиброванным незатопленным отверстием (щелью) в стенке корпуса (рис. VIII. 16) представляет собой емкость — корпус /, разделенный перегородкой 4 с профилированной щелью. В левой части корпуса, куда подается измеряемая жидкость через подводящий патрубок, производится измерение ее уровня с помощью пьезометрической уровнемерной трубки 2 и измерительного прибора — дифманометра 3

Для измерения уровня жидкости могут применяться и другие типы уровнемеров.

Жидкость, поступающая в левый отсек корпуса, заполняет его, переливается через профилированную щель и через слив уходит в приемник и далее — по назначению.

Другой тип расходомера с отверстием в дне сосуда (рис. VIII.17) состоит из приемника — сосуда переменного уровня 1, корпуса 2, выходного отверстия с калиброванной диафрагмой или соплом 3. Высота столба жидкости над калиброванным отверстием 3 измеряется с помощью уровнемера-дифманометра 4.

Щелевые расходомеры хорошо зарекомендовали себя при измерении сильно загрязненных и быстро кристаллизующихся жидкостей и растворов. Диапазон измерения 0,1—50 м3 /ч; основная погрешность устройства в комплекте со вторичным прибором ±3,5%. Приборы входят в систему ГСП.

 

7. ТЕПЛОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

Тепловые расходомеры могут применяться при измерении небольших расходов практически любых сред при различных их параметрах. Кроме того, они весьма перспективны для измерения расхода очень вязких материалов (опары, теста, фруктовых начинок, паст и т. п.). Принцип действия их основан на использовании зависимости эффекта теплового воздействия на поток вещества от массового расхода этого вещества.

Тепловые расходомеры могут выполняться по трем основным принципиальным схемам:

калориметрические, основанные на нагреве или охлаждении потока посторонним источником энергии, создающим в потоке разность температур;

теплового слоя, основанные на создании разности температур с двух сторон

пограничного слоя;

термоанемометрические, в которых используется зависимость между количеством теплоты, теряемой непрерывно нагреваемым телом, помещенным в поток, и массовым расходом вещества.

Выбор принципиальной схемы измерения зависит от измеряемой среды, необходимой точности, типа используемых термочувствительных элементов и режима нагрева. Для упруго-вязких пластичных веществ, какими являются опара и тесто, а также многие другие пищевые продукты, предпочтительным является измерение по схеме термоанемометра с постоянной температурой подогрева потока.

Чувствительными элементами термоанемометрического тепло- расходомера опары и теста (рис. VIII.18). являются резисторы R 1 и R 2, помещаемые (наматываемые) на стенке трубопровода на некотором расстоянии друг от друга. Манганиновые резисторы R 3 н R 4 служат для создания мостовой схемы, питаемой от источника напряжения Uпит. Сигнал разбаланса, пропорциональный изменению расхода, подается на электронный усилитель ЭУ, где усиливается и после этого управляет вращением реверсивного электродвигателя РД, который, производя перестановку движка компенсирующего переменного резистора Rr , изменяет напряжение питания до тех пор, пока разбаланс в измерительной диагонали моста не станет равным заданному. Мерой расхода могут служить показания амперметра, ваттметра (на схеме не показан) или положение движка Rp .

С помощью тепловых расходомеров может быть обеспечена точность измерения расхода вязких продуктов ±2 —2,5%.

8. ВИХРЕВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

В настоящее время разработаны и имеют весьма широкие перспективы применения вихревые расходомеры, принцип действия которых основан на зависимости от расхода частоты колебаний давления среды, возникающих в потоке в процессе вихреобразования. Измерительный преобразователь вихревого расходомера (рис. VIII.19) представляет собой завихритель 1, вмонтированный в трубопровод, с помощью которого поток, завихряется (закручивается) и поступает в патрубок 2. На выходе из патрубка в расширяющейся области 4 установлен электроакустический преобразователь 3, воспринимающий и  преобразующий вихревые колебания потока в электрический сигнал, который далее приводится к нормализованному виду, отвечающему требованиям ГСП.

Завихрения потока формируются таким образом, что внутренняя область вихря — ядро, поступая в патрубок 2, совершает только вращательное движение. На выходе же из патрубка в расширяющуюся область 4 ядро теряет устойчивость и начинает асимметрично вращаться вокруг оси патрубка.

 

9. АКУСТИЧЕСКИЕ  РАСХОДОМЕРЫ

Для измерения расходов загрязненных, агрессивных и быстро-кристаллизующихся жидкостей и пульп, а также потоков, в которых возможны большие изменения (пульсации) расходов и даже изменения направления движения, когда не могут быть применены другие виды расходомеров, используются расходомеры акустические, чаще всего ультразвуковые. Преимуществами акустических расходомеров также являются бесконтактность измерений, отсутствие движущихся частей в потоке, отсутствие потерь давления в трубопроводах и др.

Принцип действия акустических расходомеров основан на зависимости акустического эффекта в потоке от расхода вещества. Известно несколько методов использования звуковых (ультразвуковых) колебаний для измерения расходов жидкостей и газов. Один из них, так называемый фазовый, основан на том, что при распространении звуковой волны в движущейся среде время ее прохождения от источника до приемника определяется не только скоростью

распространения звука в данной среде, но и скоростью движения самой среды. Если звуковая волна направлена по движению потока, скорости их складываются, если против потока, — вычитаются. Разность времени прохождения звука по направлению потоками против него пропорциональна скорости потока, а следовательно, расходу протекающей жидкости.

Акустический расходомер, работающий по двухканальной фазовой схеме (рис. VIII.20), состоит из ультразвукового генератора УЗГ, являющегося источником питания; излучающих пьезо-преобразователей ИП1 и ИП2; приемных пьезопреобразователей ПП1 и ПП2; фазовращающего устройства ФУ для устранения путем асимметрии каналов преобразователей возникающих фазовых сдвигов;' электронного усилителя Ус и измерительного прибора ИП, который градуируется в единицах расхода. В качестве пьезоэлементов в преобразователях чаще всего применяются пластины из титаната бария, могут также использоваться пьезоэлементы из кварца, титанато-циркониевой керамики, а также магнитострикционные.

Импульсы ультразвука посылаются под углом к оси трубопровода так, что их направление в одном канале совпадает с направлением потока, а в другом направлено против потока. При отсутствии движения жидкости время передачи импульса т (в с) на расстояние d

В последнее время получают распространение ультразвуковые расходомеры, в которых используется эффект Допплера, заключающийся в том, что ультразвуковые волны, генерируемые излучателями, отражаются от взвешенных частиц, завихрений, пузырьков газа и т. п. в потоке измеряемой среды и воспринимаются приемниками отраженных излучений. Разность между частотами излучаемых и отраженных акустических волн позволяет определить скорость потока.

Измерительный преобразователь таких расходомеров представляет собой устройство, состоящее из двух пьезокристаллов, один из которых является генератором ультразвуковых колебаний, излучаемых под утлом к потоку измеряемой среды, а второй — приемником отраженных колебаний. Излучаемый и отраженный сигналы сравниваются с помощью специальных электронных устройств.

В настоящее время акустические расходомеры интенсивно разрабатываются, и в ближайшее время, очевидно, предстоит их широкое применение в различных отраслях пищевой промышленности.

 

10. СЧЕТЧИКИ ШТУЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

В пищевой промышленности широко применяются средства измерений, предназначенные для автоматического учета (счета) штучных изделий в виде отдельных единиц готовой продукции (булок, батонов) или контейнеров (бутылок, ящиков, коробок), заполненных пищевым продуктом и передвигаемых транспортерными лентами или другими устройствами. Подобные средства измерений подразделяются на две большие группы — контактные и бесконтактные счетчики штучных изделий.

В качестве чувствительных элементов контактных счетчиков используются различные подвесные заслонки или лепестки, звездочки, турникеты и т. п. механические устройства, которые приводятся в движение от воздействия на них учетных единиц продукции.

На рис. VIII.21 приведена структурная схема механического счетчика со звездочкой 1, имеющей шесть пальцев и жестко закрепленной на валу 2. На конце вала укреплена шестигранная втулка 4, фиксирующая каждое из шести положений вала и взаимодействующая с прерывателем 5, соединенным рычагом со счетным механизмом 3. Движущиеся с помощью транспортера 6 единицы продукции 7 наталкиваются на пальцы звездочки и поворачивают ее вместе с валом, тем самым производя отсчет на единицу. Для электрической передачи показаний на валу счетчика может устанавливаться кулачок, который, воздействуя на микропереключатель, фиксирует прохождение через счетчик каждой учетной единицы продукции. Выходные контакты микропереключателя электрически соединяются со счетчиком единичных электрических импульсов. Вместо звездочки на валу могут быть укреплены качающаяся заслонка или чувствительный элемент другого вида, которые при каждом отклонении их движущейся учетной единицей продукции изменяют показание счетчика на единицу.

Для измерения производительности некоторых агрегатов пищевой промышленности могут использоваться приборы, измеряющие угловую скорость вращающихся частей (рабочих органов), — тахометры.

Существует большое число тахометров, основанных на различных принципах действия: центробежные, электрические, магнитоиндукционные, фотоэлектрические, резонансные, стробоскопические и др.

Бесконтактные счетчики, в которых отсутствует непосредственный контакт чувствительного элемента с учитываемой продукцией, являются более надежными устройствами для учета штучных изделий. В пищевой промышленности широко применяются фотоэлектрические счетчики, в которых в качестве чувствительного элемента используется фотоэлемент, периодически освещаемый источником света, перекрываемого проходящими между фотоэлементом и источником света учетными единицами продукции. Возникающие при этом электрические импульсы усиливаются с помощью электронного усилителя и подаются на электрический счетчик.

По аналогичной схеме работают радиоизотопные и рентгеновские счетчики, основанные на поглощении ионизирующего или рентгеновского излучения предметом, проходящим между источником и приемником излучения. Радиоизотопный релейный счетчик (рис. VIII.22) предназначен для учета различных по форме и габаритам предметов 2, движущихся по конвейеру или другому транспортирующему устройству 3. При этом ионизирующее b-излучение от источника / поглощается или ослабляется, что воспринимается приемником излучения 4. Этот сигнал с помощью релейного блока 5 преобразуется в единичные электрические импульсы, которые отсчитываются и суммируются быстродействующим импульсным счетчиком 6.

 

11. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ  РАСХОДА И МАССЫ ВЕЩЕСТВ

В настоящее время потребности пищевой промышленности в приборах для измерения расхода, массы и объема различных пищевых продуктов удовлетворяются в основном общепромышленными приборами и устройствами. Имеется также большая номенклатура приборов и устройств, предназначенных для измерения расхода пищевых продуктов, в конструкциях которых учитываются специфические свойства последних. В частности, широкое применение находят автоматические взвешивающие и дозирующие устройства для сахара-песка, круп, какао-порошка, кофе и других сыпучих материалов. Выпускаются специальные приборы для измерения расхода, массы и объема жидких пищевых продуктов: молока, растительных масел, виноматериалов и т.п.

По принципу действия специальные приборы аналогичны общепромышленным, но их конструкция учитывает некоторые специфические требования: возможность быстрой чистки и мойки (желательно безразборной); отсутствие застойных зон и т. п. Кроме того, при изготовлении таких приборов должны использоваться материалы, не подверженные коррозионному или химическому воздействию со стороны продукта. В качестве материалов часто используются нержавеющие стали, специальные сорта стекла, пластмассы, а также футеровочные материалы (эмали, фторопласты и т. п.), которыми покрываются поверхности приборов, находящиеся в непосредственном контакте со средой.

Приборы для измерения расхода, массы или объема пищевых продуктов должны обладать высокой точностью и надежностью измерения, так как большинство измерений являются учетно-отчетными и на основании их производятся приемка и сдача исходного сырья или готового продукта.

В последнее время широкое распространение приобретают методы и приборы, в которых отсутствуют движущиеся элементы или дросселирующие устройства. Так, с помощью индукционных расходомеров можно производить измерение вязких; быстрокристаллизующихся и сильно загрязненных жидкостей, растворов и пульп, а также патоки, жидких дрожжей, осахаренной массы и др.