Контроль технологических процессов

Задвижки и вентили, установленные перед сужающим устройством, особенно открытые не полностью, вызывают значительное возмущение потока. Поэтому регулирующую трубопроводную арматуру рекомендуется устанавливать за сужающим устройством Если такая арматура будет находиться перед сужающим устройством, то измерение расхода можно считать надежным при условии, что длина прямого участка между арматурой и сужающим устройством будет не менее 100 внутренних диаметров трубопровода перед сужающим устройством. Место установки сужающего устройства должно обеспечивать возможность его периодического осмотра.

 

Для измерения расхода жидкостей, газов и пара по перепаду давления в сужающем устройстве применяются дифференциальные манометры (дифманометры), принцип действия которых был рассмотрен ранее. По способу выдачи измерительной информации дифманометры подразделяют на покрывающие и самопишущие.

Дифманометры могут изготавливаться с дополнительным устройством для сигнализации, регулирования, интегрирования расхода, преобразования и передачи пневматического или электрического сигнала, а также для измерения и записи давления или температуры.

Верхние пределы измерений дифманометров-расходомеров должны соответствовать предельным номинальным перепадам давления. Устанавливают верхний предел измерений дифманометра по заданному наибольшему измеряемому расходу.

Нижние пределы измерений дифманометров-расходомеров должны составлять не менее 30 % верхних пределов измерений.

Рисунок 2.5 – Расходомеры обтекания

В расходомерах постоянного перепада давления, называемыми расходомерами обтекания, чувствительным элементом (рис. 2.5) является тело, воспринимающее динамическое давление обтекающего его потока. Принцип действия таких расходомеров заключается в том, что при движении измеряемой среды снизу вверх чувствительный элемент (поплавок) перемещается, изменяя площадь проходного отверстия до тех пор, пока вертикальная составляющая силы, действующей на поплавок, не уравновесится его весом. При этом разность давлений на чувствительный элемент (перепад давления по обе стороны поплавка) остается практически постоянной. Таким образом, противодействующей силой в расходомерах этого вида является сила тяжести чувствительного элемента, выполняемого в виде поплавка.

Расходомер постоянного перепада давления с поплавком, перемещающимся вдоль длинной конической трубки, называется ротаметром. Трубка ротаметров для местного измерения расхода выполняется из стекла и значение расхода отсчитывается непосредственно по шкале, нанесенной на ее стенке (ротаметры типа РС и РМ). У ротаметров с дистанционной передачей поплавок связан с передающим преобразователем (ротаметры типа РЭ, РЭВ).

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на законе электромагнитной индукции, по которому наведенная в проводнике электродвижущая сила (э. д. с.) пропорциональна скорости его движения в магнитном поле. Таким движущимся в магнитном поле проводником является электропроводная жидкость, протекающая через первичный электромагнитный преобразователь расхода, установленный в трубопроводе. Измеряя э. д. с., наведенную в электропроводной жидкости, которая при своем движении пересекает магнитное поле первичного преобразователя, можно определить среднюю скорость текущей жидкости, а вместе с тем и объемный расход.

Рисунок 2.6 - Электромагнитный расходомер типа ИР

Магнитное поле электромагнитного расходомера типа ИР (рис. 2.6, а) внутри участка трубы, выполненной из немагнитного материала и покрытой изнутри электроизоляционным слоем, создается электромагнитом. В пересекающей магнитное поле жидкости наводится э. д. с. В одном поперечном сечении трубопровода диаметрально противоположно установлены два электрода. Снимаемая с них разность потенциалов подается на вход промежуточного преобразователя, где преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный измеряемому расходу.

Электромагнитные расходомеры могут применяться на жидкостях с удельной электрической проводимостью не менее 103 См/м. Отсутствие в измерительном канале каких либо сужающих устройств и движущихся деталей позволяет измерять расходы как однородных жидкостей, так и пульп, твердая фаза которых не содержит ферромагнитных частиц.

Для измерения расхода загрязненных жидкостей и пульп применяются также расходомеры щелевые переменного уровня со сливом типа ЩРП. Принцип их действия (рис. 2.6, б) основан на зависимости уровня жидкости над житной стенкой от ее объемного расхода.

Расходомер состоит из расходомерной емкости и уровнемера, являющегося измерительным преобразователем расхода. К расходомерной емкости пульпа подводится по патрубку, а отводится в сливную коробку через отверстие. Для измерения высоты пульпы в расходомерах переменного уровня используются поплавковые, пьезометрические и электроконтактные уровнемеры.

 

Для измерения количества вещества на металлургических заводах применяют тахометрические счетчики количества, состоящие из тахометрического преобразователя расхода и счетного суммирующего механизма.

Тахометрическим преобразователем расхода называют первичный преобразователь, в котором скорость движения рабочего (чувствительного) элемента, взаимодействующего с потоком вещества, пропорциональна объемному расходу.

По принципу действия тахометрические счетчики разделяют на скоростные и объемные.

В скоростных счетчиках (типа УВК, ВК МС) в качестве рабочего элемента применяют вертушки (крыльчатки, турбинки или другие тела) с вертикальной (рис. 2.7) или горизонтальной осями вращения. Под действием потока вещества вертушка на опорном шипе совершает непрерывное вращательное движение с угловой скоростью, пропорциональной скорости потока, а следовательно, и расходу. Число оборотов вращающегося элемента суммируется счетным механизмом, с которым вертушка соединяется с помощью передаточного механизма (редуктора). Редуктор и счетный механизм соединены между собой осью с сальниковым (уплотнением. Счетный механизм отделен от проточной части прибора герметичной перегородкой, в которой установлен сальник передаточной оси. На входном патрубке счетчика устанавливаются металлическая сетка, предохраняющая прибор от попадания посторонних тел, и струевыпрямитель.

Рисунок 2.7 – Скоростные счетчики типа УВК, ВК МС

В объемных счетчиках вещество измеряется отдельными равными по объему дозами. Рассмотрим в качестве примера схему устройства объемного поршневого счетчика (рис. 2.8). Жидкость из трубы через распределительный четырехходовой кран поступает под поршень и поднимает его. Поршень, перемещаясь вверх, вытесняет жидкость, находящуюся в верхней полости цилиндра, через распределительный кран в трубу. Когда поршень достигнет верхнего крайнего положения, четырехходовой кран, связанный специальным механизмом со штоком поршня, перемещается в положение, показанное на рис. 2.8,а пунктиром. Вследствие этого жидкость из трубы будет поступать в верхнюю полость цилиндра, поршень начинает перемещается вниз и из нижней полости жидкость вытеснится через четырехходовой кран и трубу. С момента достижения поршнем крайнего положения цикл повторяется. Число доз за определенный промежуток времени суммируется счетным механизмом, связанным со штоком поршня с помощью передаточного механизма, а количество жидкости, равное сумме объемов протекших доз, показывается счетным указателем (на рис. 2.8,а счетный механизм и счетный указатель не показаны). В черной металлургии широко применяется счетчики мазута типа СМ для измерения объемного количества мазута, а также неагрессивных вязких жидкостей, обладающих смазывающей способностью.

На рис. 2.8,б приведена схема объемного счетчика жидкости с овальными шестернями типа ШЖУ. В измерительной камере счетчика имеются две овальные шестерни, которые находятся друг с другом в зацеплении и при вращении под действием потока измеряемой жидкости непрерывно обкатывают друг друга. Измерение объемного количества жидкости происходит путем периодического перемещения определенных ее объемов, заключенных в полостях между цилиндрической поверхностью измерительной камеры и овальными поверхностями шестерен. Вращение шестерен через кинематическую цель передается счетному механизму.

Рисунок 2.8 – Схема устройства объемного поршневого счетчика

Расходы твердых продуктов измеряются в единицах массового расхода с помощью весов непрерывного действия. Весы непрерывного действия, встроенные в ленточные конвейеры, называют конвейерными, а выполненные в виде самостоятельных коротких конвейеров - ленточными веса-измерителями.

Конвейерные весы подразделяются на рычажные и электромеханические. Принцип действия рычажных весов основан на уравновешивании силы тяжести взвешиваемого тела посредством системы рычагов. Достаточно широко распространенные в металлургии весы этой конструкции (например, типа ЛДА) обладают громоздкой рычажной системой, сложны в изготовлении и наладке, требуют тщательного систематического ухода и крайне неудобны в эксплуатации. Точность дозирования этих устройств по мере эксплуатации ухудшается. Это объясняется наличием большого числа рычагов, опирающихся на опоры, выполненные в виде «призма-подушка», что в условиях запыленной среды неизбежно ведет к появлению недопустимой погрешности. Поэтому в последнее время переходят к электромеханическим весам и ленточным весоизмерителям, обладающим рядом преимуществ по сравнению с рычажными.

Грузоприемное устройство электромеханических конвейерных весов (рис. 2.9, а) выполнено в виде рамы с закрепленными на ней роликами, по которым движется конвейерная лента, транспортирующая материал. Одна сторона рамы закреплена шарнирно, а другая механически связана с преобразователем силы в электрический сигнал. В качестве такого преобразователя используют тензорезистор, принцип действия которого основан на свойстве проводников и полупроводников изменять свое сопротивление при деформации.

Рисунок 2.9 – Грузоприемное устройство электромеханических конвейерных весов

Лента опирается на ролики рамы. Преобразователь вырабатывает выходной сигнал пропорционально погонной нагрузке. С одним из поддерживающих роликов (или с натяжным барабаном) сочленен тахогенератор, представляющий собой электрический генератор, действие которого основано на пропорциональности э.д.с. и частоты вращения при постоянном вращении потока возбуждения. Так как указанные элементы конвейера вращаются практически без пробуксовки относительно ленты, то частота их вращения, а следовательно, и сигнал на выходе тахогенератора пропорционален линейной скорости движения конвейерной ленты.

Тахогенератор и преобразователь в свою очередь связаны с преобразователем, с выхода которого снимается сигнал измерительной информации, пропорциональный расходу, который зависит от произведения погонной нагрузки на скорость ленты.

Электромеханические конвейерные весы снабжаются счетным (интегрирующим устройством), определяющим количество материала, и имеют выход на вторичный измерительный прибор.

В ленточных весоизмерителях (рис. 2.9, б) весовой транспортер (например, ТВЛ-2), представляющий собой ленточный конвейер с приводом постоянной скорости, закреплен шарнирно и установлен на платформе рычажных весов, оборудованных передающим преобразователем. В качестве преобразователя используется тензорезистор.

 

ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ И ВЛАЖНОСТИ

 

На металлургических заводах применяются технические средства для непрерывного измерения уровня (уровнемеры) и устройства для сигнализации предельных уровней (сигнализаторы уровня, реле уровня). Уровень измеряется в метрах (м) и миллиметрах (мм). Широкое применение нашли различные приборы для измерения и регулирования уровня, основанные на разных принципах действия: дифманометры-уровнемеры, пьезометрические, поплавковые (буйковые), емкостные, акустические, электроконтатные, зондовые и радиометрические уровнемеры.

Если дистанционная передача показаний не требуется, то уровень жидкости с достаточной точностью и надежностью можно измерять или показывающими дифманометрами, принцип действия которых описан или с помощью указательных стекол. Измерение уровня жидкости указательными стеклами основано на принципе сообщающихся сосудов.

Измерение уровня сыпучих тел в бункерах и других устройствах значительно отличается от измерения уровня жидкостей, так как из-за характера расположения материала в объекте уровень не является горизонтальной поверхностью.

Принцип действия поплавковых и буйковых уровнемеров (типа РМ-51, УДУ-10, ДУЖЭ-200М, УБ-П) основан на использовании выталкивающей силы, действующей на поплавок (буек), погруженный в жидкость. Чувствительным элементом таких уровнемеров (рис. 2.10, а) является полый поплавок (буек), плавающий на поверхности жидкости. Перемещение поплавка (буйка), вызванное изменением уровня, воспринимается передающим преобразователем. Следует иметь в виду, что при использовании поплавковых и буйковых уровнемеров на средах, склонных к налипанию, появляется дополнительная погрешность, связанная с изменением массы поплавков, что приводит к изменению глубины погружения и ограничивает их применение.

Емкостные уровнемеры (типа ЭИУ-2, РУС, ДКУ-1) широко применяют для сигнализации и дистанционного измерения уровня жидких и сыпучих сред. Принцип действия приборов основан на измерении электрической емкости первичного преобразователя, величина которой зависит от уровня контролируемой среды.

Рисунок 2.10 – Принцип действия поплавковых и буйковых уровнемеров

Для электропроводных сред применяются первичные преобразователи с одним электродом (рис. 2.10, б), покрытым слоем изоляции. Вторым электродом является измеряемая среда. При изменении уровня меняется величина поверхности обкладки конденсатора, образованного электродом и измеряемой средой, что приводит к изменению его емкости пропорционально изменению контролируемого уровня. Измерение емкости и преобразования ее в пропорциональный изменению уровня выходной сигнал осуществляется промежуточным преобразователем, содержащим индуктивно-емкостный мост. Электрический контакт контролируемой среды с измерительной схемой достигается путем заземления одного из входов измерительной схемы и стенок резервуара, в котором находится контролируемая среда.

Для измерения уровня неэлектропроводных сред (рис. 2.9, в) применяют первичный преобразователь с двумя неизолированными электродами (одним из электродов могут быть стенки резервуара). Для каждого значения уровня среды в резервуаре емкость первичного преобразователя определяется как емкость двух параллельно соединенных конденсаторов, один из которых образован частью электродов преобразователя и средой, уровень которой измеряется, а второй - остальной частью электродов преобразователя и воздухом или парами жидкости. При повышении уровня, например, происходит замещение воздуха в пространстве между электродами измеряемой средой, которая обладает существенно отличной диэлектрической проницаемостью. В результате этого изменяется емкость между электродами.