ИЗМЕРЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА И РАСХОДА ЖИДКОСТИ, ГАЗА, ПАРА И СЫПУЧИХ ТЕЛ

Основные понятия. Классификация средств измерения расхода

Расход является одним из основных параметров ТП. Многообразие измеряемых сред, характеризующихся различными физикохимическими свойствами, различные требования к метрологическим и техническим характеристикам СВИ расхода, привело к их созданию на основе различных принципов и методов измерений. Измерение расхода вещества необходимо как для правильного проведения ТП и получения конечного продукта требуемого качества, так и количественного и стоимостного учета исходных и конечных продуктов в ТП.

Количество вещества определяют либо его массой т, измеряя в единицах массы (кг, т), либо объемом V, измеряя в единицах объема (л, м³).

Расходом вещества называется количество вещества, протекающего через данное сечение канала в единицу времени. Различают объемный расход Q, измеряемый в м³/с, м³/ч, л/мин, и массовый расход G, измеряемый в кг/с, кг/ч, т/ч.

Объемный и массовый расход вещества, протекающего по трубопроводу, вычисляется соответственно по формулам:

где W — скорость потока вещества; F — площадь поперечного сечения трубопровода; р — плотность вещества.

Истинным (.мгновенным) расходом вещества называется производная от объема или массы вещества по времени:

Средства измерения расхода называются расходомерами (РМ). Интегрируя сигнал РМ по времени, можно определить количество вещества, прошедшее через расходомер за промежуток времени т₂ - T_t, т.е.

Приборы, работающие в комплекте с РМ и интегрирующие СИИ, называются интеграторами.

В зависимости от метода измерения расхода вещества СВИ расхода подразделяются на расходомеры переменного перепада давления (на сужающем устройстве), расходомеры постоянного перепада давления (обтекания), электромагнитные РМ, РМ переменного уровня, а также тепловые, вихревые, аккустические, кориолисовые, оптические, меточные, тахометрические РМ, счетчики, весы, дозаторы и др.

Весовые измерители количества твердых и сыпучих веществ

Весовые измерители предназначены либо для получения информации о массе вещества, либо для автоматического порциони- рования требуемой массы — дозирования. По назначению СВИ и дозирования массы делятся на весы и дозаторы весовые порционные, весы транспортные, монорельсовые, специальные технологические, весы и дозаторы автоматические непрерывного действия.

Весы и дозаторы автоматические порционные предназначены для суммарного учета материалов в потоке и для дозирования и фасовки сыпучих и жидких материалов. Их применяют в ТП, где необходимо периодическое или непрерывное взвешивание компо-

Рис. 6.1. Весовые измерители: а — квадрантные весы; б — рычажные весы

центов для подготовки смесей. К циферблатным приборам относятся устройства, которые работают по принципу уравновешивания силы тяжести взвешиваемого материала с помощью квадранта циферблатного указателя. В квадрантных весах момент силы тяжести груза Р уравновешивается моментом силы тяжести постоянного груза Q (рис. 6.1, а).

На лепте, огибающей шкив радиусом г, подвешена чашка весов с грузом Р. Момент силы от груза будет М = Рг, а момент силы от уравновешивающего груза Q па конце рычага (квадранта) будет М₂ = Q-Rsincp, где R — расстояние от точки опоры до груза Q; ф — угол поворота квадранта. При равенстве моментов М = М₂ определится вес груза:

Тогда получим, что каждому значению веса Р соответствует определенный угол поворота квадранта:

D

где К = Q—, с которым связана через поворот шкива и стрелка ука- г

зателя весов.

Взвешивание груза Р можно проводить и на рычажных весах (рис. 6.1, 6), имея меру Q и зная соотношения длин плеч рычагов / и 1_1у т.е.

Для автоматического периодического или непрерывного взвешивания определенных порций вещества в ТП используются автоматические порционные весы с опрокидывающимся ковшом (рис. 6.2).

Весы устанавливаются под воронкой 6 бункера, в котором находится сыпучее вещество, и представляют собой ковш 11 со смещенным центром тяжести, прикрепленный на подвеске 5 к коромыслу 9. С другой стороны коромысла 9 подвешен грузодсржатсль 12 с гирями. Центр тяжести S пустого ковша с противовесом 13 смещен вправо, но повороту ковша препятствует упор 10. При заполнении ковша его центр тяжести б) смещается влево, куда он стремится повернуться, но чему мешает призма 3 со щеколдой 4, шарнирно связанной с подвеской 5 ковша на коромысле. При наполнении ковша до заданного веса он идет вниз, а грузодсржатсль 12 перемещается вверх, закрывая рычагом 8 на коромысле 9 заслонку 7 воронки 6 бункера. При этом щеколда 4 через упор 1 соскакивает

Рис. 6.2. Автоматические порционные весы с опрокидывающимся ковшом:

1, 10, 14 — упоры; 2 — дверца; 3 — призма; 4 — щеколда; 5 — подвеска; 6 — воронка; 7 — заслонка; 8 — рычаг; 9 — коромысло; 11 — ковш; 12 — грузо- держатель; 13 — противовес с призмы 3 и ковш опрокидывается влево. В ковше открывается дверца 2 и вещество высыпается, а ковш возвращается в свое первоначальное положение. При этом рычаг 8 открывает заслонку 7 воронки 6, грузодержатель 12 отпускается до упора 14 и цикл повторяется.

Автоматические весы непрерывного действия могут встраиваться в транспортер. В этом случае платформа весов несет на себе две роликовые опоры. При наличии груза на ленте транспортера усилие от платформы передается с помощью рычагов на плечо квадранта, которое связано с роликом интегратора. Угловая скорость ролика интегратора пропорциональна массе взвешиваемого материала. Интегратор кинематически связан со счетчиком, показывающим взвешиваемую массу. Эти весы могут работать со вторичными приборами, обеспечивая дистанционную передачу ИИ. Скорость ленты транспортера 2,5 м/с, нагрузка на нее может быть от 6 до 500 кг/м. Класс точности — 1,0.

Автоматические дозаторы непрерывного действия предназначены для стабилизации потока сыпучего вещества или получения соотношения между потоками сыпучего вещества, непрерывно поступающими в технологические аппараты.

Весовой ленточный дозатор с электромагнитным питателем (рис. 6.3, а) состоит из ленточного транспортера 3, качающегося на опоре 4, который приводится в движение электродвигателем 5.

Свободный (левый) конец рамы транспортера 3 соединен с рычагом 6 весового механизма, а через него с коромыслом 7 весов. Сыпучий материал подается на ленту транспортера 3 электромагнитным вибратором 1 из питателя 2. Вес вещества на транспортере устанавливается и уравновешивается перемещением груза 8 по коромыслу 7. Коромысло 7 имеет электроконтактное устройство 9, соединенное с электромагнитным вибратором 1. При замыкании верхних контактов устройства 9 амплитуда колебаний вибратора 1 возрастает и из бункера 2 на транспортер 3 высыпается больше вещества до тех пор, пока не установится равновесие между весом вещества на транспортер 3 и весами. Изменение амплитуды колебаний вибратора 1 достигается за счет изменения напряжения, подаваемого в катушки электромагнитного вибратора.

В случае если нельзя применить дозаторы с электромагнитными вибраторами, используются дозаторы с пневматическими вибрационными питателями.

Рис. б.З. Схема весового дозатора непрерывного взвешивания: а — электрическое регулирование подачи материала (1 — электромагнитный вибратор; 2 — питатель; 3 — транспортер; 4 — опора; 5 — электродвигатель; 6 — рычаг весового механизма; 7 — коромысло весов; 8 — груз; 9 — электро- контактное устройство); б — блок-схема автоматического дозатора

Производительность весового дозатора Q_T при постоянной скорости транспортера определяется по формуле Q_T = q_rv_T, где q_r — погонная масса вещества на ленте транспортера.

Автоматический дозатор Метраи-1360 (рис. 6.3, 6) предназначен для точного дозирования различных компонентов жидкости в химической, пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Он может осуществлять налив и слив дорогостоящих жидкостей (в том числе и агрессивных), эмульсий, суспензий, взвесей, вязких сред (нефть, мазут, битум) в танкеры, цистерны; дозирование в ТП при смешивании ингредиентов; подачу топлива в периодических процессах.

Дозатор состоит из блока измерения и блока управления. Блок измерения предназначен для измерения расхода жидкости и подачи сигнала о текущем расходе в блок управления. Он включает высокоточный расходомер кориолисового типа Метран-360, который определяет текущий и суммарный расход дозируемой среды и се плотность. Блок управления обеспечивает: задание объема

(массы) выдаваемой дозы, сбор данных при измерении, управление режимами дозирования и запорной арматурой, выдает информацию на экран дисплея.

Блок управления состоит из контроллера, дисплея с кнопочной панелью, блока автоматики и отсечного клапана. Контроллер принимает сигналы о расходе (цифровой RS 485 или частотно-импульсный) от расходомера, сравнивает его с уставкой дозы и выдает сигналы на открытие или закрытие отсечного клапана, а также осуществляет подсчет отпущенных доз.

Дисплей с кнопочной панелью оператора предназначен для управления отпуском доз, задания уставки дозы, отображения количества отпущенной среды и количества доз.

Дозатор может работать в автоматическом и ручном режимах. В автоматическом режиме отпуск дозы производится по сигналу от устройств, не входящих в состав дозатора. В ручном режиме отпуск дозы производится по сигналу с кнопочной панели. После подачи сигнала на отпуск дозы контроллер открывает клапан и начинает получать информацию по расходу от расходомера. При достижении заданной уставки дозы контроллер закрывает клапан.

В зависимости от модели сенсора расходомера дозатор может устанавливаться на трубопроводах диаметром от 3 до 150 мм, выдавать минимальную массовую дозу от 2 до 2000 кг с основной относительной погрешностью дозирования от ±0,6 до ±0,1 %. Дозатор может работать со средой с температурой от -240 до +426 °С при избыточном давлении в трубопроводе до 41,3 МПа при температуре окружающей среды (в зависимости от модели сенсора, преобразователей и блока управления) от -40 до +60 °С. Дозатор питается напряжением от сети переменного тока 220 В либо постоянного тока 24 В. Средний срок службы — 15 лет, межповерочный интервал — 2 или 4 года в зависимости от модели блока управления. Имеет взрывозащищенное исполнение.

Дозатор Метран-1360 имеет высокую точность дозирования как массового, так и объемного, не требует прямолинейных участков трубопровода до и после дозатора, обеспечивает надежную работу при наличии вибрации трубопровода, изменении температуры и давления рабочей среды.

Расход и объем сыпучего материала можно измерять с помощью РМ шнекового типа. В них твердый сыпучий материал из питателя поступает по трубе, установленной вертикально, и вращает находящийся в ней шнек, который связан со счетчиком числа оборотов. Число оборотов шнека пропорционально объемному расходу материала. Число оборотов шнека может быть измерено тахогенера- тором, выходной сигнал которого передается на вторичный ИП.