Автоматизация процесса производства

Рассмотрим  поток жидкости, проходящий через  диафрагму. Выделим два сечения (рис.3): сечение 1-1, в котором отсутствует влияние сужающего устройства на характер потока и сечение II-II, в котором наблюдается сжатие струи.

Зависимость между расходом жидкости и перепадом давления можно установить, пользуясь уравнением Бернулли и уравнением неразрывности струи. Для двух сечений потока Iи II горизонтального трубопровода при условии, что трение отсутствует, уравнение имеющее следующий вид:

P₁¹/P₁ + V₁²/2 = P₂¹/P₂ + V₂²/₂; P₁V₁S₁ = P₂V₂S₂

Плотность жидкости, проходящей через сужающее устройство, практически можно считать неизменным (Р₁ = Р₂ = Р), следовательно,

P₁¹-P₂=P/2(V₂²-V₁²) и V₁S₁ = V₂S₂

Наибольшее распространение в отрасли получила стандартная диафрагма.

Стандартная диафрагма может применятся для  измерения расхода в трубопроводах  диаметром более 50 мм при условии, что относительная площадь сужающего  устройства лежит в интервале 0,05<=m<=0,7.

Сужающие  устройства применяют в комплекте  с дифференциальными манометрами. Их соединяют с помощью двух трубок, внутренние диаметры которых составляет не менее 8мм. Внутренний диаметр трубок, соединяющих кольцевые камеры или отдельные отверстия сужающего устройства с уравнительными или разделительными сосудами; должен быть не менее 12 мм.

Расходомеры постоянного  перепада давления (ротаметры). Принцип действия ротаметров лежит вертикальное перемещение чувствительного элемента (поплавка) под действием потока среды (рис.4). В этих приборах в следствии

изменения проходного сечения (расстояние

между поплавком  и внутренней стенкой

конической  трубки) разность давлений

на поплавок (перепад давлений) в момент

равновесия  остается величиной постоянной.

Таким образом, положение поплавка относительно

 шкалы  ротаметра является мерой расхода. При

вертикальном  перемещении поплавка момент равновесия наступает тогда, когда силы, действующие  на поплавок сверху вниз (сила тяжести Fm и сила от действия потока на верхнюю плоскость поплавка Fпв) и снизу вверх (сила действия потока на нижнюю часть поплавка Fпи и сила трения потока о поплавки Fтр), уравновешиваются, т.е. когда Fm + Fпв = Fпи +Fтр, положение у поплавка соответствует определенная величина расхода. После выражения сил, действующих на поплавок, через физические параметры поплавка и среды, а также геометрические размеры поплавка и площадь сечения струя уравнения объемного расхода жидкости при определенном положении поплавка имеет вид:

Qo = aSk √ 2gVn(Pn-P)

PSn

где Qо – объемный расход измеряемой среды, м³/с;

a – коэффициент расхода;

Sk – площадь сечения струи, образованного телом поплавка и внутренней стенкой конической трубки, м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Pn – плотность материала, из которого изготовлен поплавок, кг/м³;

Vn – объем поплавка, м³;

Р – плотность измеряемой среды, кг,м³;

Sn – площадь сечения верхней части поплавка, м².

Коэффициент расхода a зависит от конусности трубки, неравномерности в распределении скоростей в кольцевом сечении, потерь на местные сопротивления внутри прибора, геометрической формы и размеров поплавка и прочее.

Ротаметры изготавливают  со стеклянными и металлическими трубками, последние снабжаются измерительными преобразователями сигналов и работают в комплекте с измерительными приборами.

Наибольшее распространение получили ротаметры для местного измерения расхода жидкости. Это стеклянная коническая трубка, зажатая между патрубками с фланцами. Патрубки соединены посредством стоек арматуры (тягами), которые являются ребрами жесткости. Внутри трубки имеется поплавок, перемещающейся под действием жидкости или газа потока. Поплавок плавно перемещается за счет вращательного движения и устанавливается в середине потока. Внутри нижнего патрубка имеется седло, на которое опускается поплавок при отсутствии расхода. Верхний патрубок имеет ограниченность хода. Шкала ротаметра наносится непосредственно на стеклянную трубку. Указателем расхода у таких ротаметров служит верхнее горизонтальная плоскость поплавка.

В технологических схемах пищевых производств широко используются трубопроводы, по которым подаются жидкости, газы, проводы и сборники. Трубопроводы и сборники являются весьма распространенными объектами регулирования при автоматизации пищевых производств.

На (рис.5) приведена АСР  расход газа, жидкости или пара. Объектом регулирования здесь является   участок трубопровода между датчиком расхода 1а и регулирующим клапаном. Инерционность этого объекта очень мала, и его с точки зрения автоматизации можно считать усилительным звеном.

В целом динамическая характеристика будет определятся  только динамическими свойствами датчика расхода и регулирующего органа. Возмущающим воздействием является интенсивность потока.

В АСР сигнал от датчика расхода 1а поступает на показывающий самопишущий  регулятор. Регулирующее воздействие  через панель дистанционного управления 1в изменяется посредством мембрального исполнительного механизма 1г положение регулирующего клапана. Байпасная панель 1в позволяет  переходить с автоматического управления на ручное и обратно. Применение пропорционально – интегрально закона регулирования обеспечивает астатический процесс регулирования, т.е. процесс без остаточного отклонения.

 

 

 

 

 

 

 

 

АСР расхода сыпучего продукта показана на (рис.6 ). Объектом регулирования является ленточный транспортер массоизмерительного датчика, движущегося с заданной скоростью. На транспортере в каждый момент времени должно находится заданное количество продуктов. Динамическая характеристика объекта регулирующего органа в бункере продукта – показания массоизмерительного датчика и описывается в общем случае интегрирующем звеном с чистым запаздыванием. Возмущающим воздействием является изменение расхода продукта, поступающего на ленту из бункера.

В соответствии со схемой регулирования массоизмерительный датчик 1а ленточного транспортера передает сигнал на показывающий и самопишущий регулятор 1б. Регулирующие воздействие через байпасную панель дистанционного управления 1в передается на исполнительный механизм 1г, который изменяет степень открытия регулирующего органа подачи продукта из бункера на транспортер. Изобарный закон регулирования обеспечивает устойчивое регулирование объекта без статической ошибки.

При реализации многих технологических  процессов пищевых производств  является соотношение расходов материалов или продуктов. При этом характеристики объектов регулирования аналогичны рассмотренным ранее объектам регулирования расходов. Однако схема реализации АСР изменяется.

6. ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. «Автоматизация технологически  процессов пищевых производств». Под редакцией профессора Е.Б.  Карнина. – М. «Пищевая промышленность» 1997г.

2. Нудлер Г.И., Тульчик  И.К, «Основы автоматизации производства».  – М «Высшая школа» 1976г.

3. Исаакович Р.Я. «Технологические  измерения и приборы». – М:  «Недра» 1979г.