ВИМІР КІЛЬКОСТІ І ВИТРАТИ МАТЕРІАЛІВ
У хімічних виробництвах є нагальна необхідність точного відмірювання (дозування) або безперервної подачі певної маси або визначення обсягу рідких, газоподібних, пароподібні і твердих речовин, в одиницю часу або за деякий проміжок часу.
Лічильники кількості рідин і газів
За принципом вимірювання все лічильники рідин діляться на: швидкісні і об'ємні.
Швидкісні лічильники влаштовані таким чином, що рідина, що протікає через камеру приладу, приводить в обертання вертушку або крильчатку, кутова швидкість якої пропорційна швидкості потоку, а отже, і витраті.
Лічильник служить для вимірювання великих обсягів води і розрахований на номінальні витрати від 20 до 1250 м3 / год.
Різні види швидкісних лічильників відрізняються конструкцією деталі, що обертається (горизонтальна і вертикальна вертушки, крильчатки) і виду розподілу води (одноструменеві і багатоструменеві).
Об'ємні лічильники. Надходить в прилад рідина (або газ) вимірюється окремими, рівними за обсягом дозами, які потім сумуються.
Рідинний об'ємний лічильник з овальними шестернями.
Дія такого лічильника засноване на витіснення певних обсягів рідини з вимірювальної камери приладу овальними шестернями, що знаходяться в зубчастому зачепленні і обертовими під дією різниці тисків у вхідному і вихідному патрубках приладу.
За час повного обороту шестерень (один цикл роботи лічильника) порожнини 1 і 4 два рази заповнюються і два рази випорожнюються. Обсяг чотирьох доз рідини, витісненої з цих порожнин, і складає вимірювальний об'єм лічильника.
Лічильники з овальними шестернями можуть застосовуватися для вимірювання кількості майже всіх рідин, в тому числі і вузьких, номінальні витрати від 1,7 до 60 м3 / год.
Об'ємні лічильники з циліндричним поршнем.
Принцип дії заснований на витіснення з вимірювальної камери (циліндра) певних об'ємів рідини циліндричним поршнем, який переміщається за рахунок різниці тисків вимірюваної рідини до і після лічильника.
Для вимірювання кількості рідин застосовуються як швидкісні, так і об'ємні лічильники, а для вимірювання кількості газу - тільки об'ємні.
Витратоміри рідин, газів і парів
Прилади, що вимірюють витрату, називаються витратомірами.
Вони можуть бути забезпечені пристосуванням - інтегратором, що дозволяє підсумувати миттєві витрати. В цьому випадку витратомір дозволяє вимірювати кількість речовини за будь-який проміжок часу.
У виробництві найчастіше застосовуються такі види витратомірів:
1) витратоміри змінного перепаду тиску, що вимірюють витрату шляхом дроселювання потоку звужує пристроєм постійного перетину, що встановлюються в трубопроводі;
2) витратоміри змінного рівня, що вимірюють висоту рівня рідини, що протікає через посудину;
3) витратоміри постійного перепаду тиску, що вимірюють витрату шляхом дроселювання потоку звужує пристроєм змінного перерізу;
4) електромагнітні (індукційні) витратоміри.
Витратоміри змінного перепаду тиску
Найбільш поширеним і вивченим методом вимірювання витрати рідини, пари та газу є метод змінного перепаду тиску. Вимірювання витрати цим методом зводиться до визначення перепаду тиску при проходженні потоку через звуження потоку.
У вимірювальній техніці звуження потоку служать нормальні діафрагми і сопла.
Діафрагма являє собою тонкий диск А, встановлений в трубопроводі так, щоб його отвір діаметром d було концентрично внутрішніх стінок трубопроводу. Звуження потоку починається до діафрагми, потім на деякій відстані за нею завдяки дії сил інерції потік звужується до мінімального перетину d2, а далі поступово розширюється до повного перетину трубопроводу (внутрішній діаметр D). Перед діафрагмою і за нею 7 утворюються зони з вихровим рухом, причому зона вихорів за діафрагмою більше, ніж перед нею. Тиск струменя біля стінки трубопроводу дещо зростає через підпору перед діафрагмою і знижується до мінімуму за діафрагмою в найбільш вузькому перерізі струменя II-II. Далі в міру розширення струменя тиск потоку біля стінки знову підвищується, але не досягає колишнього значення. Залишкова втрата частини тиску рп пояснюється головним чином втратами енергії на тертя і завихрення. Різниця тисків р1-р2 є перепадом, що залежать від витрати середовища, що протікає через трубопровід.
Витратоміри змінного рівня
Принцип роботи витратомірів змінного рівня заснований на вимірюванні висоти рівня рідини в посудині при вільному закінчення її через отвір в бічній стінці судини. Ці прилади застосовуються в хімічній промисловості для вимірювання витрати особливо активних рідин. Вони можуть також застосовуватися для вимірювання витрати пульсуючих потоків і рідин, змішаних з газом.
У всіх випадках вимірювання витрати рідини витратомірами змінного рівня проводиться при атмосферному тиску, що значно обмежує їх застосування.
Регулятор потоку змінного рівня включає в себе приймальну ємність (посудина) з отвором закінчення тієї чи іншої форми і вимірювач рівня рідини. В якості вимірників рівня можуть застосовуватися будь-які стандартні прилади. Прийомними ємностями служать зазвичай циліндричні або прямокутні посудини зі щілинним отвором закінчення. У таких судинах витрата визначається по висоті рівня рідини над нижньою кромкою отвору.
Витратоміри постійного перепаду тиску
Найбільш поширеними приладами групи витратомірів постійного перепаду тиску є ротаметри. Шкали ротаметрів практично рівномірні, ними можна вимірювати невеликі витрати, втрати тиску в них незначні і не залежать від величини витрати.
Проходить через ротаметр знизу потік рідини або газу піднімає поплавок до тих пір, поки розширюється кільцева щілина між тілом поплавка і стінками конусної трубки не досягне величини, при якій діють на поплавок сила тяжіння, сила від тиску потоку на верхню площину поплавця, сила від тиску потоку на нижню поверхню поплавця і сила тертя потоку про поплавок врівноважуються, і він встановлюється на тій чи іншій висоті в залежності від величини витрати.
Ротаметри виконуються зі скляною або металевою трубкою. Шкала в ротаметром зі скляною трубкою витравлена на самій трубці, і відлік ведеться по верхній горизонтальній площині поплавка.
У верхній частині поплавця часто роблять косі прорізи, завдяки чому поплавок обертається навколо вертикальної осі. При обертанні поплавок центрируется всередині трубки, не стикаючись зі стінками; його чутливість підвищується.
Ротаметри зі скляною трубкою виготовляються на тиску рідини або газу, що не перевищують 0,58 Мн / м2 (6 кг / см2). При більш високому тиску рідини або газу і для вимірювання витрати пара застосовують ротаметри з металевою трубкою. Ці ротаметри виконуються з електричної та пневматичної дистанційною передачею.
Ротаметри можуть бути бесшкального і показують.
Безшкальний ротаметри працюють в комплекті з показує або реєструючим вторинним диференційно-трансформаторних приладом.
Ротаметри розраховані на робочий тиск до 6,27 Мн / м2 (64 кг / см2). Межі вимірювання (в розрахунку на воду) від 0,7 * 10-5 до 0,44 * 10-2 м3 / сек.
Для вимірювання витрати у вибухонебезпечних і пожежонебезпечних умовах застосовують ротаметри з пневматичної дистанційною передачею.
У промислових вимірах застосовуються автоматичні ваги періодичного і безперервного дії.
До першої групи належать ваги автоматичні порційні для сумарного обліку і дозування різних складових суміші в періодичних і безперервних технологічних процесах виробництва.
ПРИЛАДИ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ РЕЧОВИНИ
Густиноміри для рідин
Щільність характеризує якість і однорідність речовини. Прилади для автоматичного вимірювання щільності - плотномери- складають вельми важливий елемент в комплексної автоматизації ряду процесів в хімічній промисловості. Так, наприклад, контроль і управління роботою випарних установок, абсорберов, дистиляційних і ректифікаційних апаратів і т. П. Вимагають безперервного вимірювання щільності. Іноді щільність виробничих рідин вимірюють, щоб визначити концентрацію розчиненої речовини. Найбільше застосування для вимірювання щільності рідин отримали густиноміри вагові, поплавкові, гідростатичні і радіоізотопні.
У вагових густиномірами щільність визначається безперервно зі зміни маси
Поплавкові густиноміри виготовляються двох типів - з плаваючим поплавцем і з повністю зануреним поплавцем.
У приладах першого типу мірою щільності рідини служить глибина занурення поплавка певної форми і постійного ваги (ареометри постійної ваги).
У густиномірами другого типу глибина занурення поплавка залишається постійною і змінюється діюча на нього виштовхує сила, пропорційна щільності рідини (ареометри постійного обсягу).
Принцип дії гідростатичних плотномеров заснований на тому, що тиск Р в рідини на деякій глибині Н від поверхні дорівнює вазі стовпа рідини висотою Н (при площі підстави 1 см2):
Основна перевага радіоізотопних плотномеров - безконтактність вимірювання. Це полегшує вимір щільності агресивних або дуже в'язких рідин, а також рідин, що знаходяться при високих температурах і тисках. У цих густиномірами використовується переважно # 947; - випромінювання. Вимірювання щільності засноване на визначенні змін в інтенсивності прямого пучка # 947; -променів після проходження їх через вимірювану середу.
Для багатьох продуктів в'язкість є величину, визначальну якість і склад (штучне волокно, синтетичні смоли, розчини каучуку, фарби, мастила та ін.). В'язкістю називається властивість рідин і газів, що характеризує їх опірність ковзанню або зсуву.
Для вимірювання в'язкості рідин застосовуються віскозиметри, робота яких грунтується на наступних методах: закінчення; падаючого тіла; крутного моменту; вібраційному (вимір швидкості загасання пружних коливань пластини в в'язкої рідини).
При будь-якому методі вимірювання в'язкості потрібно мати на увазі, що в'язкість в значній мірі залежить від температури і, як правило, зі збільшенням температури падає. Тому температуру, при якій визначається в'язкість речовини, необхідно завжди точно знати і підтримувати постійною під час вимірювань.
Вібраційні віскозиметри дозволяють оцінювати в'язкість по зміні амплітуди коливань пластини. Ця зміна амплітуди фіксується і по її величині судять про зміну в'язкості.
Найчастіше використовуються коливання ультразвукової частоти 23-28 кГц (ультразвукові віскозиметри). Пластина з магнитострикционного матеріалу закріплена в торці гільзи. Нижня половина пластини поміщена в рідину, в'язкість якої вимірюється. У гільзі є збудлива котушка, що живиться від генератора імпульсів. На котушку подається імпульс струму тривалістю близько 20 мксек, в результаті чого в пластині виникають поздовжні коливання (Магнітопружний деформація), потім збудження знімається і пластина здійснює затухаючі коливання. Частота коливань визначається геометрією пластини, а амплітуда загасання - в'язкістю рідини.
Ультразвукові віскозиметри можуть бути використані для безперервного контролю різних рідин в технологічних потоках. Діапазон вимірювання цих віскозиметрів 'від 0,0001 до 100 н • сек / м2.
Психрометр має два однакових термометра, з яких у одного, званого мокрим, теплосприймаючої частина весь час залишається вологою, стикаючись з гігроскопічним тілом, що поглинає воду з посудини. При випаровуванні вологи з зволоженою поверхні мокрого термометра температура його знижується. В результаті створюється різниця температур мокрого (tв) і сухого (tc) термометрів, звана психрометричні різницею (tc- tв).
У перетворювачах промислових психрометрів передбачаються пристрої, що забезпечують постійну швидкість газового потоку не нижче 3-4 м / сек.
У перетворювачах електричних психрометрів для визначення температур зазвичай застосовуються металеві термометри опору.
Переваги Психрометричний методу - цілком задовільна точність при позитивних температурах і незначна інерційність. Недоліки - залежність результатів вимірювання від швидкості руху газів і коливань атмосферного тиску, а також зниження чутливості і зростання похибки вимірювань з пониженням температури.
При цьому методі випробуваний газ охолоджують до настання насичення, т. Е. До точки роси. Методом точки роси можна вимірювати вологість газу при будь-яких тисках. При постійному тиску точка роси не залежить від температури досліджуваного газу. Для визначення моменту настання точки роси зазвичай використовують охолоджуване металеві дзеркало, температуру якого в момент випадання конденсату на ньому фіксують як точку роси. Робоча поверхня дзеркала повинна бути знежирена. При наявності в досліджуваному газі пилу, масел, важких вуглеводнів і інших забруднень, необхідно передбачати автоматичне очищення поверхні дзеркала перед кожним вимірюванням.
В автоматичних приладах появу точки роси на дзеркальній поверхні визначається по ослабленню світлового потоку, відбитого від дзеркала і сприйманого приймачем.
На рис. 3.11 показана принципова схема автоматичного гігрометра по точці роси з використанням дзеркала і фотоелемента.
Дзеркалом є відполірована торцева поверхня полого циліндра з нержавіючої сталі, поміщеного в середовищі газу, вологість якого вимірюється. Внутрішня порожнина циліндра охолоджується безперервно протікає рідиною. Температура охолоджуючої рідини регулюється електричним нагрівачем, керованим електромагнітним реле, по обмотці якого протікає фотострум фотоелемента. Фотоелемент висвітлюється відбитим від дзеркальної поверхні циліндра світловим потоком лампи розжарювання. Температура поверхні циліндра (точка роси) вимірюється термометром опору. Вторинним приладом служить записує логометр або мілівольтметр з падаючої дужкою. Реле, що управляє роботою падаючої дужки, управляється інших електромагнітних реле 3. Робота обох реле синхронізована таким чином, що стрілка вторинного приладу притискається падаючої дужкою в ті моменти часу, коли на стінках циліндра (дзеркалі) з'являється туман, т. Е. Коли стінки циліндра ( дзеркала) охолоджуються до точки роси. При цьому внаслідок осадження на поверхні дзеркала туману світловий потік, що падає на фотоелемент, зменшується і завдяки зменшенню фотоструму, спрацьовує реле, замикаючи ланцюг електрообігрівача. Охолоджуюча рідина приймає температуру вище точки роси, туман на дзеркалі зникає, фототок зростає, і реле знову включає електронагрівач. Таким чином, температура дзеркальної поверхні циліндра весь час коливається близько точки роси.
Для визначення вологості твердих матеріалів застосовують кондуктометрический метод і метод діелектричної проникності.
Кондуктометричний метод, заснований на залежності електричних властивостей матеріалів від їх вмісту вологи. Перетворювачі кондуктометричних вологомірів є два електроди, конструктивно виконаних у вигляді плоских пластин, циліндричних трубок, роликів і т. П. З вимірювальних схем найбільшого поширення набули мостові схеми.
ВИМІР КІЛЬКОСТІ І ВИТРАТИ МАТЕРІАЛІВ
У хімічних виробництвах є нагальна необхідність точного відмірювання (дозування) або безперервної подачі певної маси або визначення обсягу рідких, газоподібних, пароподібні і твердих речовин, в одиницю часу або за деякий проміжок часу.