Принципи та методи вимірювання витрати і маси сипких матеріалів.

Принцип роботи засобів вимірювання (ЗВ) витрати та маси сипких матеріалів ґрунтується на використанні гравітаційних сил, які діють на вимірювані тіла або матеріали. Засоби вимірювань, що призначені для

вимірювання маси називаються вагами або ваговимірювальними пристроями.

Машина або система пристроїв у сукупності з системою керування і регулювання, що діє з використанням принципу зважування і призначена для вагового дозування, називається дозатором. Вони бувають циклічної та безперервної дії.

В схемах стрічкового вагового дозатора постійного навантаження, що приведена на рис.1, сипка речовина 2 надходить на конвеєр 3 і безперервно зважується за допомогою вимірювального перетворювача 4 маси. При цьому вимірюється також швидкість руху транспортера датчиком 6 та час. Далі сигнали вимірювальної інформації подаються на інтегратор 5 витрати.

Рис. 1.

В усталеному режимі масова витрата речовини, або продуктивність Q дозатора дорівнює: Q = C * q * V , [кг/с ], (1)

де С – коефіцієнт, який залежить від типу ваговимірювального пристрою; q - навантаження на вагоприймальний конвеєр(транспортер), кг/м;

V -швидкість руху конвеєра (транспортера), м/с.

Автоматична система регулювання витрати, для якої регульованим параметром є навантаження на конвеєр або сила ваги сипкого матеріалу на транспортері, діє на відповідний шибер 1, забезпечуючи тим самим задану витрату або продуктивність.

Рис.2

Іншим варіантом виконання системи дозування є система з визначення ваги сипкого матеріалу, що знаходиться на стрічковому траспортері або конвеєрі (без підтримування ваги речовини постійною), та її накопичення (інтегрування) по мірі проходження матеріалу деякої відстані по цих вагах (рис.2).

Система теж вміщує ваговимірювальну платформу 1 із конвеєрною стрічкою 9, на якій розміщується сипка речовина 10. Платформа врізається в технологічну лінію дозування матеріалу. Система дозування вміщує також: сенсор 2 (датчик) ваги; блок аналого–цифрового перетворювача 3 (АЦП); інтегратор 4 та задавач 5 з цифровим індикатором дозованої маси. Для

вимірювання переміщення матеріалу по конвеєрним вагам система вміщує сенсор 6 та електронний блок 7 для вимірювання довжини (одометр), який задає довжину шляху зміщення (інтервал), за яким виконується вимірювання маси. Вага матеріалу Q на окремій дільниці ваговимірювальної платформи між двома вимірюваннями визначається за формулою:

Q = , (2)

де Р - вага усього матеріалу на ваговимірювальній платформі;

m – кількість вимірювань, що виконуються при переміщенні матеріалу на довжину, що дорівнює довжині ваговимірювальної платформи.

Загальна кількість матеріалу Q, що надходить через ваговимірювальну платформу, визначається формулою:

Q = = , (3)

де n – загальна кількість проведених вимірювань.

Із останнього рівняння видно, що загальна маса матеріалу залежить як від ваги Р так і від величини m. Збільшуючи коефіцієнт m, зменшують вплив нерівномірності розташування сипкого матеріалу на платформі і тим самим підвищують точність вимірювань.

Як правило, в системах дозування сипких матеріалів на конвеєрних вагах або траспортерах реалізують диференціальний метод вимірювання. Суть методу полягає в тому, що на вимірювальний засіб подається і вимірюється тільки різниця між вимірюваною масою i масою, яка відтворена мірою. Метод використовується в таких випадках тому, що:

по-перше, вимірювана маса Х, може бути надана залежністю:

Х = Хо Х, (4)

де Хо - номінальне значення вимірюваної маси, Х – можливе відхилення вимірюваної маси від номінального значення, які, як правило, знаходяться в межах 10% від Хо;

по-друге, просто та точно реалізується операція віднімання вимірюваної маси X та номінального значення Хо.

Операцію віднімання виконують на важелях ваговимірювальної платформи, а значення Хо задається відповідною вагою гир.

Оцінимо ефективність використання диференціального методу.

Наприклад, ми маємо ваговимірювальний пристрій класу точності 1% (а це означає, що приведена допустима похибка цього пристрою = 1%) і ним необхідно вимірювати масу сипучого матеріалу на траспортері в межах (20 1) кг. Якщо використаємо цей пристрій та реалізуємо метод безпосередньої оцінки, тобто, будемо вимірювати постійно всю вагу матеріалу на транспортері, то отримаємо абсолютну похибку вимірювань цього методу:

= (D * ) = (20 + 1) * = 0,21 кг = 210 г.

Якщо ж ми використаємо диференціальний метод, то повинні використати міру Хо = 20 кг, якою компенсуємо частину маси на транспортері, що діє на ваговимірювальний пристрій, і вимірюємо тільки різницю (можливе відхилення) у межах 1 кг цим же пристроєм. Але в цьому випадку абсолютна похибка пристрою в діапазоні 2 кг дорівнює:

= (2 * ) = 0,02 кг = ± 20 г.

У той же час, точність вимірювання всієї маси матеріалу на транспортері при диференціальному методі (результат вимірювання відхилення кожного разу ми додаємо до номінальної ваги 20 кг та отримуємо загальний результат) буде визначатись приведеною похибкою:

= ( / D) * 100% = (0,020 / 21)* 100 0,1%.

Як бачимо, тільки правильний вибір методу вимірювання дозволяє, без особливих витрат, підняти точність вимірювання маси сипучих матеріалів на транспортері майже на порядок.

За принципом дії вимірювальні перетворювачі маси (ваги), що використовуються в системах дозування, поділяють на:

• важільні, в яких сила тяжіння матеріалу врівноважується системою важелів;

• пружинні, в яких зрівноважування досягається вимірювачем сили у вигляді пружини;

• електромеханічні, принцип дії яких грунтується на перетворенні сили тяжіння тіла або матеріалу в пропорційний електричний сигнал.

Найбільш поширеними вагами електромеханічної групи є:

• електротензометричні ваги, в яких в якості чутливих елементів є дротяні, фольгові або напівпровідникові тензорезистори;

• магнітопружні ваги, в яких в якості чутливих елементів використовуються магнітопружні первинні перетворювачі.