Методы и средства измерений расхода и количества многофазных сред

                  

      

      Электромагнитные  расходомеры выполняются в виде двух отдельных блоков: измерительного преобразователя расхода и измерительного блока — передающего преобразователя, в котором осуществляется  приведение сигнала, полученного  от измерительного преобразователя, к стандартизованному виду, удобному для дальнейшего использования.

      Измерительный преобразователь расхода электромагнитного расходомера (рис. VIII-.15) состоит из немагнитного" участка трубопровода 3 с токосъемными электродами 4 и ярма электромагнита 2 с обмоткой возбуждения 1, охватывающего трубопровод. При протекании электропроводных жидкостей по немагнитному трубопроводу 3 через однородное магнитное поле, создаваемое магнитом 2, в жидкости, которую можно

      представить как движущийся проводник, возникает  электродвижущая сила, снимаемая электродами 4. Эта ЭДС Е прямо пропорциональна средней скорости потока: 
E=Blv_cp, (VIII. 27)

      где В — электромагнитная индукция в зазоре между полюсами магнита, Т; I — расстояние между электродами, м; р_ср— средняя скорость потока, м/с.

      Поскольку площадь сечения трубы постоянна, ЭДС, снимаемая 
с электродов, может быть выражена через объемный расход жид 
кости: 
E^BQоlDy, (VIII.28)

      где D_у — внутренний  (условный)   диаметр   трубы,   равный   расстоянию   между электродами, м.

      Далее сигнал, пропорциональный расходу, подается на измерительный блок (на рис. VIII.15 не показан), где он приводится к стандартизованному виду, и затем передается к прибору или другому измерительному устройству.

      Индукционные  расходомеры рассчитаны на условные проходы от 10 до 300 мм и обеспечивают измерение в пределах от 0,32 до 2500 м³/ч. Класс точности 1. 
 
 
 

 

6. РАСХОДОМЕРЫ ПЕРЕМЕННОГО УРОВНЯ  

Эти расходомеры   применяются для измерения расхода  загрязненных жидкостей, известкового молока, диффузионного сока, сусла-самотека и т. п. Принцип действия приборов основан на зависимости уровня жидкости в сосуде от расхода при свободном истечении ее через калиброванное отверстие (щель) в дне или боковой

•стенке. Профиль и диаметр отверстия  рассчитываются таким образом, чтобы указанная зависимость была линейной.

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. (VIII.30)

где К — коэффициент пропорциональности.

К = Qmах/Hmах-                                           (VIII.31)     ,

     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 в'торичным 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-sore расходомера опары и теста (рис. VIII.18). являются резисторы R1 и R2, помещаемые (наматываемые) на стенке трубопровода на некотором расстоянии друг от друга. Манганиновые резисторы R3 н R4 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 R_r, 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 R_p.

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. 

 

     

      ЛИТЕРАТУРА 

1. Кулаков  М.В.  Технологические измерения  и  приборы  для химических производств.-М.:Машиностроение.-1983.
2. Прохоров В.А.  Основы автоматизации аналитического контроля химических производств.-М.:Химия -I984.
3. Автоматизация   производственных   процессов   и   АСУ   ТП в   пищевой   промышленности/ Л.А.Широков. В.И.Михаилов и др.; под ред. Л.А.Широкова.-М.: Агропромиздат.-1986.
4. Петров И.К.  Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности.-М.: Агропромиздат -I986.
5. Пронько В В  Технологические приборы и КИП в пищевой промышленности.-М.: Агропроиздат. -1989