Цели и задачи автоматизации производственного процесса. Понятие об автоматическом контроле, регулировании и управлении (стр. 13 )

В измерительной техники в качестве служащих устройств используют диафрагмы и сопла. Наиболее широкое применение нашла стандартная диафрагма, представляющая собой тонкий диск с отверстием круглого сечения (рис.2).

При протекании жидкости по трубопроводу сужение потока начинается по диафрагме, а на некотором расстоянии после нее действием сил инерции сечение потока становится минимальным. Далее поток постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и после нее образуются зоны завихрения, на которые затрачивается часть энергии, вследствие чего наблюдается потеря давления.

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.

61.Типы и принцип работы тахометрических расходомеров.

К тахометрическим относятся расходомеры и счетчики, в которых имеется вращающийся элемент со скоростью, пропорциональной объемному расходу. Это турбинные, крыльчатые, шариковые, роторно-шаровые и камерные (к последним относятся барабанные, с измерительными мехами, или иначе мембранами, диафрагмами, а также поршневые, ротационные и др.).

Обычно расходомерами называют приборы, выходной сигнал (или показания) которых пропорциональны скорости вращения преобразователя, а счетчиками – приборы, в которых общее число оборотов или ходов преобразователя пропорционально количеству газа (объему или массе).

В турбинных расходомерах и счетчиках винтообразная или с лопатками ось располагается вдоль потока, а в крыльчатых перпендикулярно к потоку. У роторно-шаровых расходомеров шар или другое тело вращается вокруг своей оси под воздействием потока. Эти приборы также называют левитирующими, или расходомерами с гидродинамической подвеской ротора.

62.Скоростные счетчики количества жидкости        

Скоростные, как и объемные, счетчики применяют для определения объемного количества измеряемой среды. Однако в отличие от объемных скоростные счетчики не имеют измерительных камер и производят косвенное измерение количества веществ в объемных единицах.

Чувствительным элементом скоростных счетчиков является аксиальная или тангенциальная турбинка, приводимая во вращение потоком жидкости, протекающим через счетчик.

Принцип действия скоростных счетчиков основан  на  том, что число оборотов турбинки в единицу времени n, пропорционально скорости потока, омывающего турбинку:

n=kW,        

(8.7)

где k — коэффициент пропорциональности; W — скорость потока в некотором сечении счетчика F.

Объемный расход через счетчик равен:

Q=WF.        

(8.8)

Решая совместно (8.8)  и (8.7), получим

n = k/F *Q        

(8.9)

Отсюда следует, что шкала тахометра,  измеряющего  мгновенное число оборотов турбинки n, может быть проградуирована в единицах объемного расхода измеряемого потока жидкости. Выражение (8.9) с учетом (8.3) примет вид:

nd?  = k/F*dV        

(8.10)

Интегрируя (7.10) в интервале времени?2  — ?1, получим:

V= F/k *(N2 — N1)        

(8.11)

где N2 — N1 = — разность показаний счетного механизма в интервале времени?2  — ?1 или число оборотов турбинки в этом интервале.

Таким образом, измеряя суммарное число оборотов турбинки с помощью счетного механизма оборотов, можно получать информацию об объемном количестве вещества. Если же скоростной счетчик снабжен тахометром, то он может измерять объемный расход потока.

При использовании скоростного счетчика в качестве измерителя объемного расхода вещества обычно применяют электрический тахогенератор. Ротор этого генератора получает вращение от оси турбинки скоростного счетчика, а индуцированная в статоре ЭДС измеряется вторичным прибором — вольтметром.

Схема скоростного счетчика с аксиальной турбинкой показана на рис. 8.3. Внутри корпуса размещена горизонтально вдоль направления измеряемого потока жидкости турбинка 6, выполненная в виде многозаходного винта. Перед турбинкой установлен струевыпрямитель 1, предназначенный для сглаживания возмущений потока на входе и исключения завихрения. Вращение турбинки через червячную пару 5 и передаточный механизм 2, расположенный в камере 4, передается через сальник счетному устройству 3.

Рисунок 8.3 — Схема скоростного счетчика с аксиальной турбинкой

Для регулирования скорости вращения турбинки в процессе тарировки счетчика предусмотрено регулировочное устройство 7, которое позволяет поворачивать одну из радиальных перегородок струевыпрямителя относительно направления потока.

Счетчики с аксиальной турбинкой изготавливают с диаметрами условного прохода 50—300 мм для измерения количества вещества при расходах 3—1300 м3/ч, классы точности 1; 1,5; 2.

Для измерения количества жидкости при малых расходах используются скоростные счетчики с тангенциальными турбинками. В этих счетчиках турбинка с прямолинейными или криволинейными лопастями установлена на вертикальной оси. Поток жидкости тангенциально подводится к турбинке и приводит ее во вращение. В зависимости от способа подвода жидкости к лопастям турбинки различают однострунные и многоструйные счетчики. Жидкость в одноструйных счетчиках (рис. 8.4, а) подводится к прямому гладкому каналу на лопасти турбинки 1 одной струей через фильтр 2.

Рисунок 8.4 — Схема скоростных счетчиков с тангенциальной турбинкой

В многоструйных счетчиках (рис. 8.4, б) корпус выполнен так, что в нем имеется два ряда равномерно распределенных по окружности сопл. Расположение сопл в корпусе счетчика показано на рис. 8.4, в. Через нижний ряд сопл 2 жидкость подается на турбинку 1, а через верхний ряд сопл 3 отводится из камеры вращения турбинки. Однострунные счетчики более просты по конструкции и в них меньше потеря давления, но они имеют меньшую надежность из-за одностороннего износа опоры турбинки.

Счетчики с тангенциальной турбинкой имеют диаметр условного прохода 15—40 мм, верхний предел измерений по расходу 3— 20 м3/ч и классы точности 2—3.

Существенным недостатком скоростных счетчиков является зависимость показаний от вязкости измеряемой жидкости

63.Классификация средств измерения уровня.

В настоящее время существует обширный ряд технических средств, приборов решающих задачу измерения и контроля уровня в промышленном производстве. Приборы для измерения уровня реализуют разнообразные методы, основанные на различных физических принципах. Наиболее распространенные методы измерения уровня, позволяющие преобразовывать значение уровня в электрические величины и производить автоматизацию производственных процессов это:

I. Контактные методы

Поплавковый  (механический)

При поплавковом методе индикатором уровня служит поплавок. Для передачи информации от чувствительного элемента используются различные виды связи. Как правило, поплавок снабжен магнитом и заключен в измерительную трубу либо скользит по направляющему стержню. Магнит может влечь за собой ползунок реостата. Изменение сопротивления преобразуется в электрический выходной сигнал, что дает помимо визуального контроля возможность дистанционной передачи показаний и включения в систему автоматизации.

Ряд поплавковых уровнемеров используют магнитострикционный эффект. При этом направляющий поплавок стержень содержит волновод, заключенный в катушку, по которой подаются импульсы тока. Под действием магнитных полей тока и двигающегося магнита в волноводе возникают импульсы продольной деформации, распространяющиеся по волноводу и принимаемые пьезоэлементом вверху стержня. Прибор анализирует время распространения импульсов и преобразует его в выходные сигналы.

Важной характерной особенностью поплавковых уровнемеров, является высокая точность измерений (+/- 1…5 мм.) . Достаточно широка область применения этого метода. Метод явно неприменим только в средах, образующих налипание, отложение осадка на поплавок, а также коррозию поплавка и конструкции чувствительного элемента (ЧЭ). Температура рабочей среды: - 40…120 єС, избыточное давление: до 2 МПа, для преобразователей с гибким ЧЭ - до 0,16 МПа. Плотность среды: 0,5..1,5 г/см3. Диапазон измерений – до 25 м. Поплавковый метод может с успехом применяться в случае пенящихся жидкостей. Типичным применением поплавковых уровнемеров является измерение уровня топлива, масел, легких нефтепродуктов в относительно небольших емкостях и цистернах в процессе коммерческого учета.