Измерение количества и расхода материалов

ИЗМЕРЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА И РАСХОДА МАТЕРИАЛОВ

В химических производствах имеется настоятельная необходимость точного отмеривания (дозирования) или непрерывной подачи определенной массы или определения объема жидких, газообразных, парообразных и твердых веществ, в единицу времени или за некоторый промежуток времени.

Счетчики количества жидкостей и газов

По принципу измерения все счетчики жидкостей делятся на: скоростные и объемные.

Скоростные счетчики устроены таким образом, что жидкость, протекающая через камеру прибора, приводит во вращение вертушку или крыльчатку, угловая скорость которой пропорциональна скорости потока, а следовательно, и расходу.

Счетчик служит для измерения больших объемов воды и рассчитан на номинальные расходы от 20 до 1250 м3/час.

Различные виды скоростных счетчиков отличаются конструкцией вращающейся части (горизонтальная и вертикальная вертушки, крыльчатки) и вида распределения воды (одноструйные и многоструйные).

Объемные счетчики. Поступающая в прибор жидкость (или газ) измеряется отдельными, равными по объему дозами, которые затем суммируются.

Жидкостный объемный счетчик с овальными шестернями.

Действие такого счетчика основано на вытеснении определенных объемов жидкости из измерительной камеры прибора овальными шестернями, находящимися в зубчатом зацеплении и вращающимися под действием разности давлений во входном и выходном патрубках прибора.

За время полного оборота шестерен (один цикл работы счетчика) полости 1 и 4 два раза заполняются и два раза опорожняются. Объем четырех доз жидкости, вытесненной из этих полостей, и составляет измерительный объем счетчика.

Счетчики с овальными шестернями могут применяться для измерения количества почти всех жидкостей, в том числе и вязких, номинальные расходы от 1,7 до 60 м3/час.

Объемные счетчики с цилиндрическим поршнем.

Принцип действия основан на вытеснении из измерительной камеры (цилиндра) определенных объемов жидкости цилиндрическим поршнем, который перемещается за счет разности давлений измеряемой жидкости до и после счетчика.

Для измерения количества жидкостей применяются как скоростные, так и объемные счетчики, а для измерения количеств газа – только объемные.

Расходомеры жидкостей, газов и паров

Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами.

Они могут быть снабжены приспособлением - интегратором, позволяющим суммировать мгновенные расходы. В этом случае расходомер позволяет измерять количество вещества за любой промежуток времени.

В производстве чаще всего применяются следующие виды расходомеров:

1) расходомеры переменного перепада давления, измеряющие расход путем дросселирования потока сужающим устройством постоянного сечения, устанавливаемым в трубопроводе;

2) расходомеры переменного уровня, измеряющие высоту уровня жидкости, протекающей через сосуд;

3) расходомеры постоянного перепада давления, измеряющие расход путем дросселирования потока сужающим устройством переменного сечения;

4) электромагнитные (индукционные) расходомеры.

Расходомеры переменного перепада давления

Наиболее распространенным и изученным методом измерения расхода жидкости, пара и газа является метод переменного перепада давления. Измерение расхода этим методом сводится к определению перепада давления при прохождении потока через сужающее устройство.

В измерительной технике сужающими устройствами служат нормальные диафрагмы и сопла.

Диафрагма представляет собой тонкий диск А, установленный в трубопроводе так, чтобы его отверстие диаметром d было концентрично внутренним стенкам трубопровода. Сужение потока начинается до диафрагмы, затем на некотором расстоянии за ней благодаря действию сил инерции поток сужается до минимального сечения d2, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода (внутренний диаметр D). Перед диафрагмой и за ней 7 образуются зоны с вихревым движением, причем зона вихрей за диафрагмой больше, чем перед ней. Давление струи около стенки трубопровода несколько возрастает из-за подпора перед диафрагмой и понижается до минимума за диафрагмой в наиболее узком сечении струи II-II. Далее по мере расширения струи давление потока около стенки снова повышается, но не достигает прежнего значения. Остаточная потеря части давления рп объясняется главным образом потерями энергии на трение и завихрения. Разность давлений р1-р2 является перепадом, зависящим от расхода среды, протекающей через трубопровод.

Расходомеры переменного уровня

Принцип работы расходомеров переменного уровня основан на измерении высоты уровня жидкости в сосуде при свободном истечении ее через отверстие в боковой стенке сосуда. Эти приборы применяются в химической промышленности для измерения расхода особо активных жидкостей. Они могут также применяться для измерения расхода пульсирующих потоков и жидкостей, смешанных с газом.

Во всех случаях измерение расхода жидкости расходомерами переменного уровня производится при атмосферном давлении, что значительно ограничивает их применение.

Расходомер переменного уровня включает в себя приемную емкость (сосуд) с отверстием истечения той или иной формы и измеритель уровня жидкости. В качестве измерителей уровня могут применяться любые стандартные приборы. Приемными емкостями служат обычно цилиндрические или прямоугольные сосуды со щелевым отверстием истечения. В таких сосудах расход определяется по высоте уровня жидкости над нижней кромкой отверстия.

Расходомеры постоянного перепада давления

Наиболее распространенными приборами группы расходомеров постоянного перепада давления являются ротаметры. Шкалы ротаметров практически равномерны, ими можно измерять небольшие расходы, потери давления в них незначительны и не зависят от величины расхода.

Проходящий через ротаметр снизу поток жидкости или газа поднимает поплавок до тех пор, пока расширяющаяся кольцевая щель между телом поплавка и стенками конусной трубки не достигнет величины, при которой действующие на поплавок сила тяжести, сила от давления потока на верхнюю плоскость поплавка, сила от давления потока на нижнюю поверхность поплавка и сила трения потока о поплавок уравновешиваются, и он устанавливается на той или иной высоте в зависимости от величины расхода.

Ротаметры выполняются со стеклянной или металлической трубкой. Шкала в ротаметрах со стеклянной трубкой вытравлена на самой трубке, и отсчет ведется по верхней горизонтальной плоскости поплавка.

В верхней части поплавка часто делают косые прорези, благодаря чему поплавок вращается вокруг вертикальной оси. При вращении поплавок центрируется внутри трубки, не соприкасаясь со стенками; его чувствительность повышается.

Ротаметры со стеклянной трубкой изготовляются на давления жидкости или газа, не превышающие 0,58 Мн/м2 (6 кГ/см2). При более высоких давлениях жидкости или газа и для измерения расхода пара применяют ротаметры с металлической трубкой. Эти ротаметры выполняются с электрической и пневматической дистанционной передачей.

Ротаметры могут быть бесшкальными и показывающими.

 

Бесшкальные ротаметры работают в комплекте с показывающим или регистрирующим вторичным дифференциально-трансформаторным прибором.

Ротаметры рассчитаны на рабочее давление до 6,27 Мн/м2 (64 кГ/см2). Пределы измерения (в расчете на воду) от 0,7*10-5 до 0,44*10-2 м3/сек.

Для измерения расхода во взрывоопасных и пожароопасных условиях применяют ротаметры с пневматической дистанционной передачей.

Автоматические весы.

В промышленных измерениях применяются автоматические весы периодического и непрерывного действия.

К первой группе относятся весы автоматические порционные для суммарного учета и дозирования различных составляющих смеси в периодических и непрерывных технологических процессах производства.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВА

Плотномеры для жидкостей

Плотность характеризует качество и однородность вещества. Приборы для автоматического измерения плотности — плотномеры— составляют весьма важный элемент в комплексной автоматизации ряда процессов в химической промышленности. Так, например, контроль и управление работой выпарных установок, абсорберов, дистилляционных и ректификационных аппаратов и т. п. требуют непрерывного измерения плотности. Иногда плотность производственных жидкостей измеряют, чтобы определить концентрацию растворенного вещества. Наибольшее применение для измерения плотности жидкостей получили плотномеры весовые, поплавковые, гидростатические и радиоизотопные.

В весовых плотномерах плотность определяется непрерывно по изменению массы

Поплавковые плотномеры изготовляются двух типов — с плавающим поплавком и с полностью погруженным поплавком.

В приборах первого типа мерой плотности жидкости служит глубина погружения поплавка определенной формы и постоянного веса (ареометры постоянного веса).

В плотномерах второго типа глубина погружения поплавка остается постоянной и изменяется действующая на него выталкивающая сила, пропорциональная плотности жидкости (ареометры постоянного объема).

Принцип действия гидростатических плотномеров основан на том, что давление Р в жидкости на некоторой глубине Н от поверхности равно весу столба жидкости высотой Н (при площади основания 1 см2):

Основное преимущество радиоизотопных плотномеров — бесконтактность измерения. Это облегчает измерение плотности агрессивных или весьма вязких жидкостей, а также жидкостей, находящихся при высоких температурах и давлениях. В этих плотномерах используется преимущественно γ - излучение. Измерение плотности основано на определении изменений в интенсивности прямого пучка γ-лучей после прохождения их через измеряемую среду.

Вискозиметры

Для многих продуктов вязкость представляет собой величину, определяющую качество и состав (искусственное волокно, синтетические смолы, растворы каучука, краски, смазочные масла и др.). Вязкостью называется свойство жидкостей и газов, характеризующее их сопротивляемость скольжению или сдвигу.

Для измерения вязкости жидкостей применяются вискозиметры, работа которых основывается на следующих методах: истечения; падающего тела; крутящего момента; вибрационном (измерение скорости затухания упругих колебаний пластины в вязкой жидкости).

При любом методе измерения вязкости нужно иметь в виду, что вязкость в значительной степени зависит от температуры и, как правило, с увеличением температуры падает. Поэтому температуру, при которой определяется вязкость вещества, необходимо всегда точно знать и поддерживать постоянной во время измерений.

Вибрационные вискозиметры

Вибрационные вискозиметры позволяют оценивать вязкость по изменению амплитуды колебаний пластины. Это изменение амплитуды фиксируется и по ее величине судят об изменении вязкости.

Чаще всего используются колебания ультразвуковой частоты 23—28 кгц (ультразвуковые вискозиметры). Пластина из магнитострикционного материала закреплена в торце гильзы. Нижняя половина пластины помещена в жидкость, вязкость которой измеряется. В гильзе имеется возбуждающая катушка, питаемая от генератора импульсов. На катушку подается импульс тока длительностью около 20 мксек, в результате чего в пластине возникают продольные колебания (магнитоупругая деформация), затем возбуждение снимается и пластина совершает затухающие колебания. Частота колебаний определяется геометрией пластины, а амплитуда затухания — вязкостью жидкости.

Ультразвуковые вискозиметры могут быть использованы для непрерывного контроля различных жидкостей в технологических потоках. Диапазон измерения этих вискозиметров 'от 0,0001 до 100 н • сек/м2.

Психрометрический метод

Психрометр имеет два одинаковых термометра, из которых у одного, называемого мокрым, тепловоспринимающая часть все время остается влажной, соприкасаясь с гигроскопическим телом, всасывающим воду из сосуда. При испарении влаги с увлажненной поверхности мокрого термометра температура его понижается. В результате создается разность температур мокрого (tв) и сухого (tc) термометров, называемая психрометрической разностью (tc- tв).

В преобразователях промышленных психрометров предусматриваются устройства, обеспечивающие постоянную скорость газового потока не ниже 3—4 м/сек.

В преобразователях электрических психрометров для определения температур обычно применяются металлические термометры сопротивления.

Преимущества психрометрического метода - вполне удовлетворительная точность при положительных температурах и незначительная инерционность. Недостатки - зависимость результатов измерения от скорости движения газов и колебаний атмосферного давления, а также понижение чувствительности и рост погрешности измерений с понижением температуры.

Метод точки росы

При этом методе испытуемый газ охлаждают до наступления насыщения, т. е. до точки росы. Методом точки росы можно измерять влажность газа при любых давлениях. При неизменном давлении точка росы не зависит от температуры исследуемого газа. Для определения момента наступления точки росы обычно используют охлаждаемое металлические зеркало, температуру которого в момент выпадения конденсата на нем фиксируют как точку росы. Рабочая поверхность зеркала должна быть обезжирена. При наличии в исследуемом газе пыли, масел, тяжелых углеводородов и других загрязнений, необходимо предусматривать автоматическую очистку поверхности зеркала перед каждым измерением.

В автоматических приборах появление точки росы на зеркальной поверхности определяется по ослаблению светового потока, отраженного от зеркала и воспринимаемого приемником.

На рис. 3.11 показана принципиальная схема автоматического гигрометра по точке росы с использованием зеркала и фотоэлемента.

Зеркалом является отполированная торцовая поверхность полого цилиндра из нержавеющей стали, помещенного в среде газа, влажность которого измеряется. Внутренняя полость цилиндра охлаждается непрерывно протекающей жидкостью. Температура охлаждающей жидкости регулируется электрическим нагревателем, управляемым электромагнитным реле, по обмотке которого протекает фототок фотоэлемента. Фотоэлемент освещается отраженным от зеркальной поверхности цилиндра световым потоком лампы накаливания. Температура поверхности цилиндра (точка росы) измеряется термометром сопротивления. Вторичным прибором служит записывающий логометр или милливольтметр с падающей дужкой. Реле, управляющее работой падающей дужки, управляется другим электромагнитным реле 3. Работа обоих реле синхронизирована таким образом, что стрелка вторичного прибора прижимается падающей дужкой в те моменты времени, когда на стенках цилиндра (зеркале) появляется туман, т. е. когда стенки цилиндра (зеркала) охлаждаются до точки росы. При этом вследствие осаждения на поверхности зеркала тумана световой поток, падающий на фотоэлемент, уменьшается и благодаря уменьшению фототока, срабатывает реле, замыкая цепь электронагревателя. Охлаждающая жидкость принимает температуру выше точки росы, туман на зеркале исчезает, фототок возрастает, и реле снова включает электронагреватель. Таким образом, температура зеркальной поверхности цилиндра все время колеблется около точки росы.

Для определения влажности твердых материалов применяют кондуктометрический метод и метод диэлектрической проницаемости.

Кондуктометрический метод, основан на зависимости электрических свойств материалов от их влагосодержания. Преобразователи кондуктометрических влагомеров представляют собой два электрода, конструктивно выполненных в виде плоских пластин, цилиндрических трубок, роликов и т. п. Из измерительных схем наибольшее распространение получили мостовые схемы.

ИЗМЕРЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА И РАСХОДА МАТЕРИАЛОВ

В химических производствах имеется настоятельная необходимость точного отмеривания (дозирования) или непрерывной подачи определенной массы или определения объема жидких, газообразных, парообразных и твердых веществ, в единицу времени или за некоторый промежуток времени.