Развитие комплексной автоматизации и механизации производственных процессов в промышленности

Описание  принципиальной схемы

Переменное напряжение со вторичной обмотки магазина взаимноиндуктивности Р-5017 (дифтрансформатора) через разделительный трансформатор Т1, обеспечивающий гальваническую развязку между входом и выходом преобразователя, поступает на вход однополупериодного фазочувствительного выпрямителя (демодулятора), собранного на микросхеме А1. Переключающее напряжение для демодулятора снимается с обмотки 1-5 трансформатора Т2.

Нормирующий преобразователь рассчитан  на работу с датчиком как без перехода плунжера через нейтраль, так и с переходом плунжера через нейтраль с унифицированным выходным сигналом. Во втором случае фаза выходного сигнала датчика, изменяясь на 180°, изменяет полярность напряжения на выходе демодулятора. Для чего, чтобы входной сигнал усилителя постоянного тока был неизменной полярности, в него вводится постоянное смещение через резистивный делитель, который обеспечивает смещение «НУЛЯ» преобразователя.

Диапазон коррекции «НУЛЯ» определяется потенциометром R2 преобразователя и резистором R7.

Усилитель постоянного тока выполнен на микросхеме А3 и транзистор V23. Для повышения входного сопротивления операционного усилителя А3 сигнал на его вход подается через эмиттерный повторитель на микросхеме А2, чем обеспечивается температурная стабильность усилителя постоянного тока.

Нагрузка преобразователя включается в диагональ моста, состоящего из транзистора V23, резистора R37 и стабилитронов V26-V29.

Конденсатор С10 служит для уменьшения пульсации выходного тока. Усилитель постоянного тока охвачен глубокой отрицательной обратной связью по току, чем обеспечивается стабильность усилителя и уменьшается зависимость выходного сигнала преобразователя от сопротивления нагрузки.

Обратная связь обеспечивается резистором R28 и резисторным делителем R40-R43 и R4 преобразователя. Глубина обратной связи может изменяться с помощью потенциометра R4 преобразователя «ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ», что позволяет настраивать преобразователь для работы с датчиками, имеющими разные выходные сигналы.

Устройство контроля исправности  преобразователя и линии связи датчик-преобразователь и преобразователь-нагрузка выполнено на микросхеме А4 и транзисторе V24 и представляет собой ключевую схему, срабатывающую при появлении на его входе сигналов положительной и отрицательной полярности с заданным уровнем, устанавливаемым резистивными делителями R20, R21, R30, R31.

 

Вопрос 19.

На каком принципе работают жидкостные приборы контроля давления. Приведите  схемы приборов и укажите какие  виды давлений ими можно измерить.

 

Приборы для измерения  давления по назначению можно разделить  на три основные группы: барометры, манометры и вакуумметры. Барометры служат для измерения атмосферного давления, манометры – для измерения избыточного давления, вакуумметры – для измерения разрежения. Применяются также и комбинированные приборы.

По конструкции приборы  применяются трех основных видов: жидкостные, механические и электрические.

Жидкостные приборыприменяютсядля измерения всех видов давления. Жидкостные барометры, так же как и другие жидкостные приборы, основаны на принципе сообщающихся сосудов и применяются в двух основных вариантах: чашечные и сифонные (рис. 6.2).

Жидкостной барометр-стеклянная трубка с запаянным одним концом. В качестве жидкости обычно применяется ртуть. Давление столба ртути в трубке уравновешивается атмосферным давлением. При изменении атмосферного давления измеряется высота ртутного столба, которая и служит мерой давления.

Рис. 6.2. Жидкостные барометры:

а– чашечный; б – сифонный

Жидкостные манометрыприменяются различных видов и конструктивных вариантов. По типу применяемой жидкости жидкостные манометры делятся на пьезометры и ртутные манометры. В пьезометрах в качестве рабочей жидкости используется та же жидкость, давление которой измеряется. В свою очередь, каждая из групп делится на две подгруппы: на обычные приборы для измерения давления в жидкости и приборы для измерения разности давлений – дифференциальные манометры.

Пьезометр-вертикальная стеклянная трубка, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний присоединен к сосуду в том месте, где требуется измерить избыточное давление (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Жидкостные пьезометры:

а– обычный; б – дифференциальный

Применяя основное уравнение  гидростатики ко всей жидкости, заключенной  в пьезометре, получим

p_абс = p_ат + rgh, (6.3)

где p_абс – абсолютное давление в жидкости на уровне присоединения пьезометра, h – высота подъема жидкости в пьезометре – пьезометрическая высота.

Из уравнения (6.3) следует, что избыточное (манометрическое) давление на высоте присоединения пьезометра равно

p_изб= p_абс - p_ат = rgh.

Отсюда пьезометрическая высота равна

h= (p_абс - p_ат)/rg= p_изб/rg.

Если на свободную поверхность  покоящейся жидкости действует атмосферное  давление, то пьезометрическая высота для любой точки рассматриваемого объема жидкости равна глубине расположения этой точки h_i, так как p_абс = p_ат + rgh_i, и следовательно, h = h_i.

Для замера разности давлений в двух сосудах или в двух точках одного сосуда применяют дифференциальные пьезометры(см. рис.6.3). Можно показать, что

p₁- p₂ = rg(h₁ - h₂),

то есть разность уровней  в трубках прямо пропорциональна разности давлений в сосудах.

Ртутные манометрыпредназначены для измерения давлений жидкостей  и газов в больших пределах, чем это можно осуществить  с помощью, например, водяных пьезометров. Ртутный манометр состоит из резервуара с жидкостью и стеклянной трубки, присоединенной к этому резервуару. Давление определяется по разности уровней ртути в резервуаре и стеклянной трубке (рис.6.4).

а                                                    б

Рис. 6.4. Жидкостные манометры:

а– обычный; б – дифференциальный

p_изб= p_абс - p_ат = r_ртgh.

Так как плотность ртути  в 13,6 раза выше плотности воды, то высота подъема ртути в стеклянной трубке будет во столько же раз меньше подъема воды в пьезометре, Аналогично дифференциальным пьезометрам для измерения разности давлений требуютсядифференциальныертутныеманометры.

Жидкостные вакуумметрыпо устройству и работе принципиально не отличаются от жидкостных манометров (рис. 6.5). Кроме того, разрежение может определяться по разности уровней жидкости в резервуаре и стеклянной трубке(см. рис. 4.5, б).

Рис. 6.5. Жидкостные  ваккууметры:

а– обычный; б – дифференциальный

 

Вопрос 34.

Уровнемеры для жидкостей.

 

Уровнемеры, приборы для измерения или контроля уровня жидкостей и сыпучих материалов в резервуарах, хранилищах, технологических аппаратах химических производств и т. п. Приборы для определения количества жидкости или сыпучего материала с целью их учета и сигнализации о переполнении бункеров, расходных баков и других сосудов называют уровнемерами широкого диапазона измерений. Последний определяется в данном случае геометрическими размерами сосудов. Эти приборы снабжены шкалами с делениями, которые находятся по одну сторону от нулевой отметки (расположена в начале отсчета); шкалы градуируются в см, дм и м. При необходимости поддержания уровня на заданной высоте приборы показывают величину его отклонения от нормального положения и называют уровнемерами узкого диапазона измерений (100-150 мм). Шкалы данных приборов имеют деления по обе стороны от нулевой отметки (находится посередине) и градуируются в мм и см.

Уровнемеры для жидкостей

По принципу действия эти уровнемеры разделяются на визуальные, поплавковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые, радиоизотопные.

Визуальные уровнемеры (рис. 1) - простейшие измерители уровня жидкости. К технологическому аппарату 1 через запорные вентили 2 подсоединено указательное стекло (трубка 3). Аппарат и трубка представляют собой сообщающиеся сосуды, поэтому уровень H жидкости в трубке всегда равен ее уровню в аппарате и отсчитывается по шкале.

Поплавковые уровнемеры. Чувствительный элемент - поплавок, находящийся на поверхности жидкости (рис. 2, а).Поплавок 1 уравновешивается грузом 3, который связан с поплавком гибким тросом 2. Уровень жидкости определяется положением груза относительно шкалы 4. Пределы измерений устанавливают в соответствии с принятыми значениями верхних (ВУ) и нижних (НУ) уровней.

Значительно надежнее тонущие поплавки - массивные буйки (рис. 2, б). При изменении уровня жидкости по закону Архимеда изменяется действующая на конец рычага 2 выталкивающая сила (вес буйка 1). Соотв. изменяющийся момент сил, действующих на рычаг 2, от буйка передается через вал 5, закрепленный в донышке 7, на трубку 6 и уравновешивается моментом ее скручивания. Изменение угла скручивания трубки пропорционально величине уровня.

Гидростатические уровнемеры. Их действие основано на уравновешивании давления столба жидкости p в аппарате (хранилище) давлением столба жидкости, заполняющей измерит, прибор, или пружинным механизмом (р = Hr, где r = const - плотность жидкости). При достаточно больших значениях уровня Я и в отсутствие избыточного давления над жидкостью в качестве уровнемера можно применять манометр с трубчатой пружиной, устанавливаемый на отметке так называемого нулевого уровня (рис. 3).

Рис. 2. Поплавковые уровнемеры: а - с плавающим поплавком; б - с тонущим поплавком.

 

 

Рис. 4. Дифманометрические уровнемеры: измерение уровня в открытом резервуаре (а)и аппарате, работающем под давлением (б).

Дифманометрические уровнемеры позволяют  измерять уровень в открытых (атм. давление) или закрытых (давление либо разрежение) резервуарах (рис. 4). Относительно постоянный уровень жидкости в одном  из колен измерит, прибора (дифманометра), а следовательно, и в контролируемом аппарате обеспечивается уравнительным сосудом (наполнен до определенного уровня той же жидкостью, что и в аппарате). Высота столба жидкости в другом колене дифманометра изменяется с изменением уровня в аппарате. Каждому значению уровня в нем отвечает некоторый перепад давления, обусловленный расстоянием по высоте между аппаратом и прибором. Если аппарат работает при атмосферном давлении, уравнительный сосуд размещают на отметке нулевого уровня (рис. 4, а), если под давлением - на высоте максимального уровня (рис. 4, б).

Пьезометрические уровнемеры (рис. 5) основаны на принципе гидравлического  затвора (обычно водяного). Для измерения  уровня используют воздух или инертный газ, который под давлением р продувают через слой жидкости (р_х - давление над ней). Кол-во воздуха ограничивают диафрагмой 1 или регулирующими вентилями 2 так, чтобы скорость движения его в трубопроводе была минимальна (с целью уменьшения потерь на трение). Для контроля расхода воздуха устанавливают специальные стаканчики 3 или ротаметры. Уровень жидкости H=(р-р_x)/p_ж, где р_ж- плотность замыкающей жидкости в дифманометре. Перепад давления (р-р_х)определяется по высоте столба жидкости h в манометре. В случае измерения уровня агрессивных жидкостей необходимо подводить воздух в обе линии, подсоединяемые к дифманометру. Пьезометрические приборы широко применяются для измерения уровня жидкости в подземных резервуарах.

Вопрос 51.

Какими методами измеряют концентрацию растворов?

 

• Концентрация вещества– отношение числа частиц компонента системы (смеси, раствора, сплава), его количества или массы к объёму системы.В ЦБП почти во всех технологических процессах возникает необходимость измерения и контроля малых и больших концентраций веществ в водных растворах, преимущественно достаточно сложных по своему составу но, как правило, электролитических.Величину концентрации волокна в воде обычно определяют по гидравлическим свойствам массных потоков. Существуют два метода косвенного измерения концентрации.По первому методу величину концентрации волокна в массе определяют по величине гидродинамического напора Н при истечении массы через местные сопротивления, обычно через изогнутую трубу определенного диаметра или через открытый наклонный лоток. При этом скорость истечения необходимо поддерживать постоянной.Приборы, основанные на принципе измерения концентрации по внутреннему трению, состоят из разного рода насадок, погружаемых и массу и вращающихся в ней с помощью двигателя. Реактивный момент, вызываемый торможением насадки массой, зависит от ее концентрации.
• 3. Измерение состава и свойств веществаПри анализе свойств и состава веществ в целлюлозно-бумажном производстве производят измерения:концентрации одной жидкости (или газа) в смеси других жидкостей или газов; концентрации ионов водорода в растворах (или расплавах) (рН – метры, оксредметры) и других;концентрации твердых частиц, пузырьков газа, капель жидкости (тумана) в жидкости или газе (концентратомеры механических смесей и др.);количества влаги в газе, жидкости или твердом теле (влагомеры);плотности массы определенных объемов или площадей веществ и материалов (плотномеры, массомеры, измерители массы 1м2бумажного полотна или картона);фракционного состава древесных волокон;качественных и количественных характеристик бумаги и картона;качественных показателей бумаги и картона (механические характеристики: вес 1м2, белизна, просвет, воздухопроницаемость, зольность, электроизоляционные свойства и др.). 
• 4. Электрохимические измерителиЭлектрохимические измерители концентрации делятся на:кондуктометрические концентратомеры, основанные на измерении электрической проводимости или сопротивления электролитических ячеек;рН-метры - основанные на измерении электродных потенциалов;полярографические концентратомеры, в которых осуществляется снятие кривых поляризации или определение интенсивности прохождения света.Ионизационный принцип анализа основан на измерении ионного тока в исследуемой среде. Указанный метод позволяет измерить абсолютную концентрацию и состав газовых смесей. К группе ионизационных измерителей концентрации относятся широко распространенные масс-спектрометры, позволяющие разделить и идентифицировать положительные ионы анализируемого вещества по их массе.Ионизационные измерители