Содержание

advertisement
Содержание
1. Разработка схемы автоматизированного контроля и/или управления
технологического участка для процесса размола целлюлозы …………………………………..
1.1 Краткое описание технологического процесса и оборудования…………………………...
1.1.1 Общие сведения о теории процесса размола…………………………………………..
1.1.2 Факторы процесса размола……………………………………………………………...
1.1.3 Система и оборудование для размола………………………………………………….
1.1.3.1. Оборудование для роспуска привозных полуфабрикатов……………………..
1.1.3.2. Дисковые мельницы……………………………………………………………...
1.1.3.3. Размалывающая гарнитура для дисковых мельниц……………………………
1.1.3.4. Конические мельницы……………………………………………………………
1.1.3.5. Оборудование для размола при высокой концентрации………………………
1.1.3.6. Безножевые аппараты Оля размола……………………………………………..
1.1.4 Экономия электроэнергии при размоле………………………………………………..
1.2 Выбор и анализ параметров подлежащих контролю и управлению………………………
1.3. Таблица контролируемых параметров ……………………………………………………...
1.4. Обоснование выбора измерительных комплектов…………………………………………
1.5. Спецификация на приборы контроля и средства автоматизации…………………………
2. Расходомеры переменного перепада давления……………………………………………………
2.1 Основные теоретические соотношения……………………………………………………...
2.2 Методика расчета расходомера переменного перепада давления…………………………
3. Расчет метрологических характеристик измерительного канала по метрологическим
характеристикам его компонентов………………………………………………………………..
4. Концентратомеры механических смесей…………………………………………………………..
Литература……………………………………………………………………………………………...
4
6
6
6
7
8
8
8
9
9
10
10
10
11
13
14
19
20
20
22
28
30
37
5
Рис.1. Функциональная схема автоматизации процесса размола массы
1. Разработка схемы автоматизированного контроля и/или управления
технологического участка для процесса размола целлюлозы
1.1. Краткое описание технологического процесса и оборудования
1.1.1.
Общие сведения по теории процесса размола
Назначение процесса размола – придать волокну определенные структуры и размеры
по длине и толщине, сделать волокна гибкими и пластичными и сообщить им определенную
степень гидратации, чтобы обеспечить связь волокон в бумажном листе, хорошее
формование (просвет) и заданные свойства бумаги.
При размоле массы механические процессы вызывают измельчение волокон и обусловливают структуру бумаги, а коллоидно-физические явления, происходящие в результате
взаимодействия воды и целлюлозы — связь волокон в бумаге. Размол целлюлозных волокон
можно условно разделить на четыре стадии.
Первая стадия — разрушение межмолекулярных связей внутри клеточной стенки и
образование зон смещения структурных элементов в волокнах, в результате чего возникают
микротрещины, в которые проникает вода, в дальнейшем вступающая во взаимодействие со
свободными гидроксильными группами целлюлозного комплекса. Расклинивающее действие
воды обусловливает более глубокое расщепление клеточной стенки при размоле, увеличивая
гибкость и пластичность волокон.
Вторая стадия — частичное разрушение внешнего слоя S1 и вторичной стенки S2 и
ее отслоение вместе с первичной стенкой Р.
Третья стадия — набухание стенки S2 в области образовавшихся зон смещений.
Этот процесс может начаться только после разрушения наружной оболочки слоя S 1
Четвертая стадия – частичное разрушение водородных связей между фибриллами
стенки S2 (наружное фибриллирование), быстрое нарастание удельной внешней поверхности
и оводнение волокон.
Образование зон смещения и последовательное развитие основных стадий размола
осуществляется вдоль клеточной стенки и может закончиться расщеплением ее на отдельные
фрагменты.
В процессе размола происходит внешняя и внутренняя фибрилляция (начес волокон)
заключается в полном или частичном отделении от волокон фибрилл, что приводит к
увеличению наружной поверхности волокна и числа свободных гидроксилов на его
поверхности. Вместе с тем внешняя фибрилляция ослабляет прочность самого волокна.
Внутренняя фибрилляция приводит к необратимым перегруппировкам структурных
элементов внутри набухшей вторичной стенки волокна, не уменьшая его прочности.
Процессы внешнего и внутреннего фибриллирования трудно расчленить, так как они тесно
взаимосвязаны. Косвенно степень внешней фибрилляции оценивают обычно по изменению
наружной поверхности волокон, внутренней фибрилляции — по их гибкости.
Повышение степени набухания и, следовательно, гибкости волокон, достигается не
только механическим путем, но и иным воздействием на волокнистую массу (ультразвуком,
радиационными или магнитными полями, воздействием различных растворителей и др.).
В процессе размола волокно подвергается также и укорачиванию. Укорачивание
волокон — сложный процесс, механизм его можно приближенно сравнить с механизмом разрезания их ножницами. Существует мнение, что при размоле жесткие целлюлозные волокна
преимущественно фибриллируются, а мягкие укорачиваются, хотя процесс укорочения
также в значительной степени определяется режимом (условиями) размола.
Фрагменты волокон, образующиеся в процессе размола, называются мелочью, размеры которой еще строго не классифицированы. Предполагается, что длинные волокна
образуют как бы каркас в бумажном листе, а мелочь заполняет этот каркас, упрочняя его.
Однако значительное количество мелких фрагментов волокна сильно ухудшает способность
размолотых целлюлоз к обезвоживанию. Для оценки гибкости волокна могут использоваться
различные коэффициенты, например, коэффициент показателя гибкости, характеризующий
6
отношение ширины полости волокна к ширине всего волокна. Используется также
коэффициент жесткости волокна - отношение толщины стенки волокна к его ширине.
При размоле имеет место огромный разрыв между фактической затратой энергии на
размол и теоретически потребной энергией для достаточной разработки волокон.
Установлено, что почти вся энергия, потребляемая при размоле, расходуется на нагрев массы
и воды, в то время как для разрыва межфибриллярных связей расходуется менее 1% от
общего расхода энергии.
Для обработки волокнистых целлюлозных материалов используются главным
образом ножевые и безножевые размалывающие машины и аппараты, при этом
предпочтение отдается первым из них. Современными ножевыми размалывающими
машинами являются дисковые и модифицированные конические мельницы.
1.1.2 Факторы процесса размола
Переменные факторы процесса размола разделяются на три группы:
1) контролируемые переменные факторы процесса — объем потока, концентрация, рН
и температура массы, давление в корпусе мельницы, концентрация электролитов;
2) активные переменные факторы процесса — зазор между дисками (нагрузка мельницы) и, иногда, частота вращения ротора;
3) пассивные переменные факторы процесса — геометрия гарнитуры (угол наклона
ножей, число ножей, материал и его микроструктура и т. д.);
Качество размолотой волокнистой массы во многом зависит также от стабильности
зазора между ножами ротора и статора, величина которого составляет обычно 0,1...0,2 мм
при размоле массы низкой концентрации.
Основной характеристикой динамики воздействия на волокна в межножевом зазоре
является ширина зоны ножа, в которой происходит наиболее интенсивная обработка
волокон.
Из межножевых канавок масса при движении ножей попадает в межножевой зазор,
сжимается и обрабатывается под воздействием сил различного характера — сжимающих,
касательных, скручивающих и т.д.
По мере движения ножа ротора над ножом статора растягивающие усилия вдоль
линии движения, действующие на сжимаемую прослойку, возрастают до определенных
пределов, определяемых длиной площадки сжатия и сопротивлением прослойки разрыву. По
достижении длиной площадки значения l0 происходят разрыв волокнистой прослойки и
последующее ее пластическое растекание по ножу с уменьшением напряжений сжатия и
сдвига.
Проведенные расчеты, в полном соответствии с прямыми измерениями, показали, что
длина площадки интенсивного сжатия l0 равна 2,5*10-3 … 3,5*10-3 м
Механическая обработка сжатого в межножевом зазоре слоя волокна продолжается и
при пластическом течении после разрыва в течение времени
a  l0
t0 
, с,
rM
Где а – ширина ножа, м;  - окружная скорость ротора на расстоянии rM от цент Ра
вращения, м/с.
Касательное напряжение в это время изменяется согласно зависимости
a  rM t  l0
 (t )  
, H/м2,
a  l0
Где t – время воздействия (0  t  t0), c;  - максимальное значение касательных
напряжений на кромке ножа, Н/м2.
7
1.1.3 Система и оборудование для размола
Типовая технологическая линия для подготовки бумажной массы включает в себя:
– конвейеры для подачи кип полуфабрикатов в гидроразбиватели;
– гидроразбиватели для роспуска привозных полуфабрикатов;
– очистители массы высокой концентрации;
– пульсационные мельницы;
– дисковые мельницы (или конические) для размола при низкой концентрации;
– дисковые мельницы для размола при высокой концентрации (только для
определенных видов продукции);
– оборудование для очистки и деаэрации массы;
– напорные сортировки для тонкого сортирования;
– бассейны для перемешивания и хранения массы низкой и средней концентрации;
– насосы для перекачки массы низкой и средней концентрации;
– трубопроводы и арматуру;
– систему управления технологической линией.
В данном параграфе рассмотрели только оборудование для роспуска привозных
полуфабрикатов и оборудование для размола.
1.1.3.1
Оборудование для роспуска привозных полуфабрикатов
Роспуск волокон осуществляется в гидроразбивателях.
После роспуска в гидроразбивателе трудноразмалываемые волокна целлюлозы перед
размолом надо подвергать дороспуску. Для дороспуска массы после гидроразбивателя
применяются пульсационные мельницы.
Фирма «Sunds» (Швеция) предлагает широкий диапазон пульсационных мельниц
(энтштипперов) для дороспуска целлюлозы по технологии DEFLO.
Аппараты аналогичного назначения выпускаются рядом других фирм.
1.1.3.2
Дисковые мельницы
Дисковые мельницы являются в настоящее время основным размалывающим оборудованием наряду с мельницами с коротким конусом типа Conflo.
Основные преимущества дисковых мельниц по сравнению с традиционными коническими мельницами следующие:
широкая область применения (например, производство древесной массы из щепы, размол отходов древесномассного и целлюлозного производства, размол целлюлозы и полуцеллюлозы, горячий размол целлюлозы и т. д.);
возможность размола при высокой и сверхвысокой («сухой» размол) концентрации
волокнистых полуфабрикатов;
получение бумаги и картона с высокими физико-механическими показателями за счет
технологических преимуществ оборудования (высокой секундной режущей длины ножей
гарнитуры, повышенной концентрации размалываемой массы и др.);
возможность реализации большой единичной мощности в одном агрегате (например,
при размоле щепы в производстве ТММ используются электродвигатели до 25 МВт);
вследствие снижения гидродинамических потерь при массном размоле более низких
(на 15 … 25 %) удельный расход электроэнергии;
удобство в эксплуатации и техническом обслуживании (например, быстрая смена
гарнитуры).
Дисковые мельницы в зависимости от количества зон размола и вращающихся
размалывающих поверхностей делятся на четыре группы:
8
1)
2)
3)
4)
однодисковые мельницы (одна размалывающая поверхность вращается,
другая не вращается);
двухдисковые мельницы (вращаются обе размалывающие поверхности в
противоположных направлениях);
сдвоенные мельницы (между двумя неподвижными дисками расположен
вращающийся диск, имеющий две размалывающие поверхности);
многодисковые мельницы.
В однодисковые мельницы (наиболее paспространенный вариант) полуфабрикат подается насосом или винтом (шнеком) в центральную часть зоны размола. Возможны два
варианта расположения дисков: 1) консольно; 2) между двумя опорами. Недостатком 1-го
варианта является неравномерность зазора в верхней и нижней частях зоны размола из-за
прогиба консольной части вала ротора под действием силы тяжести. Во 2-м варианте этот
недостаток отсутствует, однако усложняется конструкция, ремонт и обслуживание
мельницы. По техническим возможностям однодисковые мельницы наиболее универсальны
и могут использоваться на различных участках технологического потока.
Двухдисковые мельницы в основном применяются в производстве древесной массы из
щепы. Высокая относительная окружная скорость дисков (до 200 м/с) и, следовательно,
большая секундная режущая длина ножей, позволяют получать массу высокого качества и
обеспечить высокую производительность. Однако конструкция двухдисковых мельниц
значительно сложнее, чем у однодисковых.
Существенным недостатком одно- и двухдисковых мельниц является наличие мощных упорных подшипников для восприятия значительных осевых нагрузок, доходящих в
современных мельницах до 20 т и более. Установка таких подшипников намного усложняет
конструкцию, удорожает ремонт и эксплуатацию мельниц.
1.1.3.3
Размалывающая гарнитура для дисковых мельниц
Гарнитура – это сердце процесса размола. Неправильный выбор гарнитуры приводит к
плохому качеству массы и большому количеству отходов сортирования, высоким затратам
на размол и частым остановкам для смены сегментов гарнитуры. Основным материалом для
изготовления гарнитуры является металлы: специальные марки стали, чугуна и др.
Металлическая гарнитура дисковых мельниц выполняется цельной нарезной или секторной литой. Наибольшее распространение получила секторная литая гарнитура.
Гарнитура дисковых мельниц работает в условиях абразивного износа и значительных
давлений между ножами, кавитации, а так в широких диапазонах значении рН масс (от 2 до
12) и других факторов, что обуславливает деформирование, перенаклеп, усталость и
коррозию гарнитуры. С повышением концентрации размалываемой массы необходимо
увеличивать зазор между размалывающими дисками, благодаря чему срок службы
гарнитуры возрастает.
Особо следует сказать о металлической гарнитуре с закрепленными на ее
поверхности микроалмазами, разработанной в Украине (Киев — УкрНИИБ и институт
материалов АН Украины). Испытания ее продолжаются и, по данным немецких
исследователей, получены положительные результаты по экономии электроэнергии и сроку
службы гарнитуры.
1.1.3.4
Конические мельницы
Конические мельницы можно условно разделить на мельницы старого поколения, к
которым относятся известные мельницы Jordan с углом конуса 16...22° и мельницы Clafflin с
углом конуса > 40°, и мельницы нового поколения — это мельницы Conflo, выпускаемые
шведско-финской группой «Valmet-Sunds» (ныне входит в корпорацию «Metso»).
9
Мельницы Conflo используются при размоле волокнистой массы в производстве
бумага для печати, коробочного картона, картона крафтлайнер, бумаги для гофрирования,
мешочной бумаги, специальных и высококачественных видов бумаги.
1.1.3.5
Оборудование для размола при высокой концентрации
В производстве мешочной и упаковочной бумаги широкое распространение
получила технология комбинированного размола, когда 1 – я ступень размола выполняется
при высокой концентрации (30…32% а.с. волокна), а последующие ступени (одна или две) –
при низкой концентрации (4…5% а.с. волокна).
Размол при высокой концентрации требует наличия обезвоживающей машины,
способной сгущать суспензию целлюлозной массы до 28…35 %, и дисковой мельницы со
шнековым питателем, работающего при такой же концентрации. Оборотная вода после
пресса используется для разбавления массы после мельницы до 3..4 % перед следующей
ступенью размола.
1.1.3.6
Безножевые аппараты Оля размола
Аппарат Frotapulper. Наряду с дисковыми мельницами определенное применение за
рубежом нашел и двухвинтовой (двухшнековый) аппарат Frotapulper. Машина состоит и,
следующих основных частей: корпуса, валов с подающими витками, размалывающих
шнеков , верхней крышки с загрузочной воронкой, лобовой крышки и механизма
регулирования разгрузочного зазора. Размалываемый волокнистый материал с
концентрацией 25...35 % а.с. волокна подхватывается подающими витками и поступает в
зону обработки. В рабочем зазоре между витками размалывающих червяков происходит
интенсивная обработка волокон под действием сил сжатия и сдвига. Возникают
значительные силы трения волокон друг о друга и о металлические поверхности внутри
аппарата.
1.1.4 Экономия электроэнергии при размоле
В цепи технологических операций в производстве бумажно – картонных изделий
размол является наиболее энергоемким процессом (до 40…50 % от общего расхода энергии)
С учетом возможностей отечественных машиностроительных предприятий
существует реальных способов снижения затрат электроэнергии на размол.
Оптимальная окружная скорость ротора любой дисковой мельницы согласно
исследованиям и практике равна 23…25 м/с. При таких значениях скорости и оптимальных
гарнитурах можно получить и качественные показатели массы и снизить затраты
непроизводительность мощности.
10
1.2
Выбор и анализ параметров подлежащих контролю и управлению
В рассматриваемой функциональной схеме автоматизации процесса размола массы
контролю и регулированию подлежат следующие параметры:
 Давление массы, подаваемой на мельницы
 Расход массы через мельницы
 Концентрация массы на входе мельницы
 Уровень в бассейне готовой массы
 Температура массы
Температура массы
Выбор измерительных комплектов при измерении температуры массы. Необходимо
измерить и регулировать температуру массы от 25 до 35 оС. Требования к погрешности
измерения температуры невысокие. Измеряемую величину следует регистрировать, и
предусмотреть унифицированный выходной сигнал для использования в системе
управления.
Давление массы, подаваемой на мельницы
Преобразователи и приборы для измерения давления можно классифицировать по
ряду признаков: значению измеряемого давления, принципу действия, форме
преобразований полезного сигнала, метрологическим характеристикам и т. д.
По принципу действия приборы для измерения давления делятся на три большие
группы:
Приборы, основанные на сравнении измеряемого давления с известным,
образованным гидростатическим давлением (либо массой столба) жидкости или массой
твёрдого тела, можно назвать гравитационными манометрами.
Приборы, основанные на преобразовании упругим чувствительным элементом
измеряемого давления в силу, деформацию или перемещение. Приборы, относящиеся к этой
группе, называются манометрами с упругими элементами или кратко деформационными
манометрами.
Приборы, основанные на преобразовании измеряемого давления в электрическую
величину (напряжение, ток, частоту, параметры электрических цепей), иначе электрические
манометры.
Все приборы в зависимости от количественного значения измеряемого давления
можно разделить на следующие:
барометры (для измерения атмосферного давления);
манометры (для измерения положительных избыточных давлений);
микроманометры, или напоромеры (для измерения положительных избыточных
давлений до 40000Па);
вакуумметры (для измерений отрицательных избыточных давлений);
микровакуумметры, или тягометры (для измерения отрицательных избыточных
давлений до – 40000Па);
мановакуумметры (для измерения положительных и отрицательных избыточных
давлений);
микромановакуумметры, или тягонапоромеры (для измерений избыточных давлений
до ±20000Па);
дифференциальные манометры (для измерения разности давлений).
11
Расход массы
Без определения расхода и количества веществ невозможно обеспечить
технологические режимы, их оптимизацию, интенсификацию и автоматическое управление
почти во всех отраслях народного хозяйства. Измерения и контроль этих параметров с целью
управления ими способствует повышению качества изготавливаемой продукции при
сопутствующей экономии материалов и энергии. Эти измерения необходимы также для
проведения научных исследований, создания новой технологии и технологического
оборудования и машин.
В настоящее время роль измерителей расхода и количества возросла в связи с
необходимостью контроля и экономии топлива и других дорогостоящих или дефицитных
веществ. Годовой экономический эффект от применения этих приборов в народном
хозяйстве достигает соте миллионов рублей.
Уровень в бассейне готовой массы
Определение уровня осуществляется как непосредственно, так и косвенно, путем
изменения физических величин (давления, массы и т.д.), связанных с изменением уровня
известными зависимостями. И те и другие виды измерения проводят с помощью средств
измерений, различающихся по принципу действия, структуре, конструктивному исполнению
и назначению.
При анализе и выборе датчиков и приборов для измерения уровня целесообразно их
классифицировать по ряду признаков.
По назначению уровнемеры можно разделить на три большие группы:
1. сигнализаторы уровня, контролирующие предельные значения уровней.
2. измерители раздела двух сред (жидкость-жидкость, жидкость-воздух и т.д.).
3. непрерывные измерители уровня, среди которых различают уровнемеры широкого
диапазона, от 0 до Нmax, и уровнемеры узкого диапазона, от ∆Н1 до +Н2 (чаще ∆Н1=∆Н2),
при нормальном значении уровня Нн, т.е. Нн±∆Н.
По характеру восприятия измеряемой величины уровнемеры бывают дискретные,
измеряющие число участков, на которые разбит весь измеряемый уровень Н=nh, где hвысота участка; n- число участков, и аналоговые, непрерывно преобразующие значение
измеряющего уровня в выходную величину.
По принципу действия уровнемеры делятся на механические и электрические.
Концентрация массы на входе мельницы
Основной характеристикой варочных растворов также служит концентрация
абсолютно сухих веществ, знание которой необходимо для их производства и на протяжении
всего цикла регенерации.
Концентрация массы (водной суспензии) определяется содержанием в ней
абсолютно сухого вещества в массовых процентах. Если в массе содержатся только волокна,
то концентрация зависит от их содержания. Концентрация массы ниже 1 % называется
слабой, выше— средней, а после 6 % — высокой.
Как известно, масса представляет собой неньютоновую жидкость, поведение которой
определяется ее реологией. При слабой концентрации волокнистая суспензия может
оказывать меньшее сопротивление, чем вода. При переходе к средней концентрации она
становится псевдопластическим веществом с негомогенной структурой, но благодаря
свойству препятствовать турбулентности такая масса хорошо поддается определению
концентрации по измерению в ней трения (кажущейся вязкости). Масса высокой
концентрации
неоднородна,
образует
пучки
и
характеризуется
повышенной
турбулентностью, ее измерение чрезвычайно затруднительно.
12
1.3
Таблица контролируемых параметров
Все контролируемые параметры сведены в таблицу, где указаны специфические
характеристики измеряемой среды, номинальные значения измеряемого параметра и
необходимые погрешности измерения.
Таблица контролируемых параметров технологического процесса
1
Давление
массы
5
Расход массы
80
Уровень в
бассейне
готовой массы
Температура
массы
2
3
4
кг
см 2
Не агрессивная
  1%
Не агрессивная
  0,5%
Не агрессивная
  2%
Не агрессивная
  2%
т
час
7м
30 оС
13
Примечание
Требование к
погрешности
Значения
величин
Наименование
Измеряемый параметр
Особенности
измеряемого
параметра,
характеристика
измеряемой среды
Таблица 1
5
3 комн.
1.4
Обоснование выбора измерительных комплектов
Температура массы
Требуется измерить температуру массы в пределах от 25° до 35° в трубопроводе при
давлении 0,7 МПа .  ò  2%
К средствам измерения, отвечающие данным требованиям относятся:
– манометрические термометры (дистанция до 60м)
– термометры электрического сопротивления (ТЭС) (проводниковые и
полупроводниковые с измерительными унифицирующими преобразователями)
– с измерительными унифицирующими преобразователями (для унификации
измерительного сигнала) и приборами (для регистрации).
Манометрический термометр характеризуется по точности приведенной
погрешностью порядка γ = ± (1,5-2,5)%, что не соответствует заданным требованиям, не
включая требования к динамическим характеристикам.
Термоэлектрические термометры стандартные из благородных материалов имеют, как
правило, погрешность невоспроизводимости ∆=±0,01мВ, а при температуре, равной 200˚С,
развивают ЭДС, равную Е=1,436 мВ. Тогда относительная погрешность измерения составит
δ = ±(∆*100)/х = ±(∆*100)/Е = ±(0,01*100)/1,463 = ±0,7%
или по абсолютной величине температуры
∆ = ±(δ*t)/100 = ± (0,7*200)/100 = ± 1,4˚С,
Стандартные термоэлектрические термометры из неблагородных металлов
оцениваются погрешностью невоспроизводимости порядка ∆ = ± 0,2мВ. Тогда
относительная погрешность измерения заданной температуры для наиболее чувствительной
термопары типа К (никель-хром/никель-алюминий) при Е (200˚С) = 14,66мВ составит
δ = ± (∆*100)/Е = ± (0,2*100)/14,66= ± 1,36%, а
∆ = ± (1,36*200)/100 = ± 2,73
Измерение температуры термометрами электрического сопротивления (ТС) основано
на свойствах проводников и полупроводников изменять свое активное электрическое
сопротивление при измерении температуры
Для большинства проводниковых ТС зависимость активного электрического
сопротивления Rt при температуре t приблизительно имеет вид:
Rt=R0[1+  (t-t0)],
где R0 – начальное сопротивление проводника при t=t0;  – температурный
коэффициент электрического сопротивления
Для стандартных ТС используется медь и платина
Рис. 2
Конструктивное устройство современных медных ТС приведено на Рис. 2.
Он представляет собой бескаркасную безындукционную катушку 1 из медной
проволоки диаметром 0,08 мм, покрытую фторопластовой пленкой 2. К обмотке припаяны
два вывода 3. Для обеспечения виброустойчивости и герметичности чувствительный элемент
14
ТС помещается в тонкостенную металлическую гильзу с керамическим порошком и
герметизируется.
Для защиты от механических повреждений и воздействия внешних сред
чувствительные элементы ТС размещаются в защитной арматуре в виде стальных трубок со
специальными головками, в которых располагаются колодки зажимов
Динамические свойства ТС зависят от характера среды (коэффициента её
теплопередачи) и конструктивного исполнения термометра. По показателям тепловой
инерции, характеризуемой временем установления показаний tу, стандартные ТС
выпускаются трех типов: с большой инертностью tу=80; 120; 240; 1200 с; со средней
инерционностью tу=20; 30; 40 с; с малой инерционностью tу=4; 9 с.
Стандартные ТС нашли широкое применение для технических измерений во всех
отраслях промышленности благодаря существенным преимуществам: малым погрешностям
измерения температуры, значительному диапазону измерения температур, возможности
дистанционного определения температур и удобству работы в информационно –
измерительных и управляющих системах. К недостаткам ТС следует отнести: необходимость
посторонних источников питания, ограниченную применимость во взрыво- и
пожароопасных средах, невысокую абсолютную и относительную чувствительность. Первые
обстоятельства нередко являются решающими при отказе от ТС в пользу манометрических
термометров для измерения температур на некоторых производствах целлюлозно–бумажной
промышленности, хотя с точки зрения качества предпочтительнее использовать ТС в
комплекте с искрозащищенными автоматическими мостами.
Так как точность и характеристики прибора удовлетворяют требованиям точности
измерения данных, то прибор может использоваться в системе для измерения данного
параметра.
Давление массы, подаваемой на мельницы
Степень напряжённого состояния материи в твёрдом, жидком или газообразном виде
характеризуется давлением. Оно определяется отношением нормальной к поверхности и
равномерно распределённой по ней силы F к величине площади S этой поверхности P= F/S.
По принципу действия приборы для измерения давления делятся на три большие
группы:
Приборы, основанные на сравнении измеряемого давления с известным,
образованным гидростатическим давлением (либо массой столба) жидкости или массой
твёрдого тела, можно назвать гравитационными манометрами.
Гидростатические манометры определяют измеряемое давление по сравнению с
известным давлением жидкости или твёрдого тела. Они разнообразны по конструкции и
имеют хорошие метрологические характеристики, но в связи с применением в них ртути на
производстве не используются, применяются в основном в лабораторной практике.
Приборы, основанные на преобразовании упругим чувствительным элементом
измеряемого давления в силу, деформацию или перемещение. Приборы, относящиеся к этой
группе, называются манометрами с упругими элементами или кратко деформационными
манометрами.
Деформационные манометры основаны на измерении деформации чувствительного
элемента, которая, как правило, в современных датчиках воспринимается тензометрическим
датчиком при использовании преобразователей, принадлежащих электрической ветви, либо
выдают пневматический унифицированный сигнал.
Приборы, основанные на преобразовании измеряемого давления в электрическую
величину (напряжение, ток, частоту, параметры электрических цепей), иначе электрические
манометры.
Электрические манометры преобразуют давление в электрические параметры и, как
правило, имеют специальную область применения. Как-то измерение очень большого
15
давления
(оптические манометры), измерение быстропеременных давлений
(пьезоэлектрические манометры), для решения нашей задачи такие манометры не требуются.
Требуется измерить давление массы, подаваемой на мельницы, с высокой точностью
и надежностью измерений, и основной допустимой погрешностью  0,25%
Метран – 100 – ДД:
– электронный преобразователь имеет микропроцессорное исполнение
– высокая точность и надёжность измерений
xn : = 15.96
y: = 0.25
 : 0.0401
 := 0.336%
Данный датчик отвечает предъявляемым требованиям к погрешности измерений и
может быть использован в системе для измерения данного параметра.
Расход массы
Без определения расхода и количества веществ невозможно обеспечить
технологические режимы, их оптимизацию, интенсификацию и автоматическое управление
почти во всех отраслях народного хозяйства. Измерения и контроль этих параметров с целью
управления ими способствует повышению качества изготавливаемой продукции при
сопутствующей экономии материалов и энергии. Эти измерения необходимы также для
проведения научных исследований, создания новой технологии и технологического
оборудования и машин.
В настоящее время роль измерителей расхода и количества возросла в связи с
необходимостью контроля и экономии топлива и других дорогостоящих или дефицитных
веществ. Годовой экономический эффект от применения этих приборов в народном
хозяйстве достигает соте миллионов рублей.
На ЦБП измерения и количества и расходов веществ осложняются тем, что в средах
присутствуют взвешенные твердые частицы. Это приводит к загрязнению привычных
измерительных преобразовательных, устанавливаемых в потоке. Поэтому, кроме наиболее
простых и удовлетворительных по метрологическим характеристикам расходомеров
постоянного и переменного перепада давлений для воды и пара, наиболее широкое
применение нашли электромагнитные расходомеры, с успехом работающая с агрессивными
пульпами и суспензиями. К ним относятся потоки древесных, целлюлозных, бумажных масс
со значительным содержанием щелочей или кислот.
Расходом вещества на единицу времени ∆t называется количество вещества ( ∆Q или
∆G ), и проходящего через данное сечение канала, т.е. для объемного расхода
Qt  Q t
и для массового расхода
Gt  G t
Наиболее распространенные счетчики бывают трех видов: объемные , массовые и
тахометрические. В объемных массовых счетчиках осуществляется периодическая выдача
объемных или массовых порций жидкости или газа; число порций суммируется счетным
устройством . В тахометрических счетчиках используется зависимость кол-ва вещества от
скорости, которая измеряется по скорости вращения тела, помещенного в поток вещества.
По принципу действия расходомеры и расходомеры со счетчиками делятся на
следующие виды:
1. Переменного перепада давления, основанные на зависимости от расхода вещества
перепада давления , создаваемого либо не подвижным устройством , устанавливаемым в
16
трубопроводе в виде сужающего устройства, гидравлического сопротивления, напорного
устройства или усилителя, либо элементами трубопровода, в том числе в виде закругления
трубопровода.
2. Переменного уровня, в которых используется зависимость от расхода высоты
уровня жидкости в сосуде при свободном истечении через отверстие в дне или боковой
стенке.
3. Обтекания, основанные на зависимости от расхода вещества перемещения тела,
воспринимающего динамическое давление обтекающего его потока, в частности
постоянного перепада давления, где вертикальное перемещение тела изменяет площадь
проходного отверстия так, что перепад давления по обе стороны тела остается постоянным.
4. Тахометрические, в основе которых лежит зависимость от расхода вещества
скорости движения тела, установленного в трубопроводе.
5. Тепловые, использующие нагрев или охлаждение потока посторонним источником
энергии, создающим в потоке разность температур, сюда относятся калориметрические,
термоанемометрические расходомеры и расходомеры теплового слоя.
6. Электромагнитные, в которых, в результате взаимодействия жидкости с магнитным
полем образуется ЭДС пропорциональная расходу.
7. Акустические, ультразвуковые, оптические и ионизационные, основанные на
зависимости параметров соответствующих эффектов от расхода вещества.
Кроме перечисленных, существуют и другие принципы действия расходомеров,
однако они не получили широкого применения в рабочих средствах измерений.
Необходима измерить расход массы от 70 до 90 т/ч
Характеристика электромагнитного расходомера
Максимальный расход 90 т/ч (Fmax)
Минимальный расход 63 т/ч (Fmin=0.7 Fmax)
Диаметры усл. проходов 70 мм
Темп. раб. среды 30 оС
Давление 2,5 МПа
C данной задачей справляется массовый (кориолисов) расходомер для жидкостей и
газов PROline Promass. Его можно использовать для измерения заданного параметра
Уровень в бассейне готовой массы
Определение уровня осуществляется как непосредственно, так и косвенно, путем
изменения физических величин (давления, массы и т.д.), связанных с изменением уровня
известными зависимостями. И те и другие виды измерения проводят с помощью средств
измерений, различающихся по принципу действия, структуре, конструктивному исполнению
и назначению.
При анализе и выборе датчиков и приборов для измерения уровня целесообразно их
классифицировать по ряду признаков.
По назначению уровнемеры можно разделить на три большие группы:
сигнализаторы уровня, контролирующие предельные значения уровней.
измерители раздела двух сред (жидкость-жидкость, жидкость-воздух и т.д.).
непрерывные измерители уровня, среди которых различают уровнемеры широкого
диапазона, от 0 до Нmax, и уровнемеры узкого диапазона, от ∆Н1 до +Н2 (чаще ∆Н1=∆Н2),
при нормальном значении уровня Нн, т.е. Нн±∆Н.
По характеру восприятия измеряемой величины уровнемеры бывают дискретные,
измеряющие число участков, на которые разбит весь измеряемый уровень Н=nh, где hвысота участка; n- число участков, и аналоговые, непрерывно преобразующие значение
измеряющего уровня в выходную величину.
По принципу действия уровнемеры делятся на механические и электрические.
Необходимо измерить уровень в бассейне готовой массы в пределах от 6,8 до 7,2 м.
17
В связи с тем, что поддержание этого параметра на заданном уровне крайне важно с
точки зрения безопасности, необходимо использование нескольких средств измерения
различного принципа действия
Для решения данной задачи выбраны три вида уровнемеров:
– пьезоэлектрический
– ультразвуковой
– радиоизотопный
Пьезоэлектрические уровнемеры основаны на измерении высоты жидкости по
давлению, которое создаёт этот столб.
P  gH
где Н-высота столба жидкости (газа); ρ – плотность жидкости(газа)
Если ρ=const , то H=f(P) т.е приборы для измерения давления служат уровнемерами.
В пьезометрических уровнемерах измеряют либо давление столба жидкости Рж (такие
уровнемеры иначе называются гидростатическими), либо давление воздуха Рв, продуваемого
через столб жидкости. В последнем случае они называются барботажными или
пневмометрическими.
И при атмосферном давлении, а особенно в закрытых емкостях, давление над
жидкостью не остается неизменным. Если для уровнемеров использовать манометры, то
их показания будут зависеть от изменения давления над жидкостью. В системах точного
измерения уровня необходимо применять дифманометры. Второй вход дифманометра для
открытых емкостей соединяется с атмосферным давлением, для закрытых емкостей — с
пространством над жидкостью. Для измерения уровня жидкости с уравнительными, разделительными сосудами и непосредственно фланцевыми приборами наиболее широко
используются манометры и дифманометры системы ГСП. Для дистанционного измерения
уровней применяются датчики манометров и дифманометров системы ГСП, которые имеют
стандартные пневматические и электрические аналоговые сигналы. Эти датчики работают с
пневматическими или электрическими аналоговыми приборами. Основными типами
манонеметрических и дифманометрических датчиков ГСП, используемых в ЦБП для
преобразования уровня в стандартные сигналы, являются мембранные и сильфонные
датчики.
Недостаток пьезометрических гидростатических уровнемеров заключается в
необходимости нарушения герметичности емкости при их установке, что не всегда возможно.
Нам необходимо измерить уровень в бассейне готовой массы, в диапазоне 6,8 – 7,2 м,
что составляет 67,92 – 71,83 КПа и точностью 0,1% .
Мною выбран датчик Метран – 100 – ДД
Пределы измерения которого 0-4…630 КПа
Выходной сигнал 0 – 5, 0 – 20 мА
Так как точность прибора удовлетворяет требуемой точности измерения, то данный
прибор может использоваться в системе для измерения данного параметра.
18
1.5
Спецификация на приборы контроля и средства автоматизации.
Таблица 2
Позиция
Наименование и техническая
характеристика
Тип, марка
Завод –
изготовитель
Количеств
о
1
2
Приборы и средства автоматизации
3
4
5
Cu
500/B/1,4260/3
- 0/50
Метран-100-ДД
ЗАО «АмперКом» г.Москва
1
TIA – 1
Индикация и контроль температуры массы в
трубопроводе
TIA – 1
Термометр электрического сопротивления с
унифицированным токовым сигналом
Выход 4 … 20 мА. Пределы измерения -50 …
180°С.,γ=± 0,25%
PIA – 2–1
PIA – 2–2
PIA – 2–1
LIRC –
10
LIRC –
10-1
FIC – 6
Контроль давления массы, подаваемой на
мельницы
Манометр показывающий
Выход 4 … 20 мА. Пределы измерения 0,04
… 16 МПа. ,γ= ±0,25%
Индикация и контроль уровня в бассейне
готовой массы
Пьезометрический датчик разности
давлений, коррозийно-стойкий
Выход 0..5, 0..20 мА, Пределы измерения 04…630 КПа, γ=± 0,1%
Ток 3 А, Напряжение 12 - 440 В
Выход 4..20 мА, Диапазон до 35 м, l=4,5м
Метран – 100
ДД
Метран-100
ДД
АО "Метран"
г. Челябинск
2
1
Индикация и контроль расхода массы через
мельницы
Электромагнитные расходомеры
FIC – 6-2
АО "Метран"
г. Челябинск
PROline
Promass
Пределы измерения от 0 до 350 т/ч,
 =±0,1 %
19
ЗАО
"АвтоматикаСевер" (СанктПетербург)
1
2. Расходомеры переменного перепада давления
2.1 Основные теоретические соотношения.
При измерении количества жидкости, газа или пара могут ставиться две задачи:
1) определение количества вещества, прошедшего через измерительный участок за
промежуток времени (смену, сутки и т. д.), - в этом случае измерительные приборы
называют
счётчиками
количества;
2) определение количества вещества, проходящего через измерительный участок в
единицу времени - секунду, час, - в этом случае измерительные приборы называют
расходомерами.
В настоящее время известно свыше 20 методов измерения расхода и большое число
их разновидностей.
Наибольшее распространение получили следующие расходомеры: переменного
перепада давления, постоянного перепада давления, электромагнитные, тахометрические.
В лабораторной практике получили так же распространение методы измерения
расхода с помощью напорных трубок, термоанемометров и некоторых разновидностей
меточных расходомеров. В промышленных условиях применяются ультразвуковые и ядерномагнитные расходомеры.
Измерение расхода по перепаду давления в сужающем устройстве.
Расходомеры с сужающими устройствами получили широкое распространение и
составляют 70 - 80 % всех расходомеров, установленных в России и за рубежом. Сужающие
устройства могут быть использованы для измерения расхода любых однофазных сред, они
могут быть установлены в трубопроводах любого диаметра; температура и давление
измеряемой среды могут иметь практически любое значение. Очень существенно, что
градуировочная характеристика стандартных сужающих устройств может быть определена
расчётным путём.
Стандартные устройства, выпускаемые российской промышленностью, должны
удовлетворять следующим условиям измерения:
– измеряемая среда заполняет всё сечение трубопровода до и после сужающего устройства;
поток в трубопроводе установившийся турбулентный;
– фазовое состояние среды не изменяется при прохождении через сужающее устройство
(жидкость не испаряется, водяной пар остаётся перегретым, растворённые в жидкости газы
не испаряются, и конденсат из газов не выпадает);
– в трубопроводе вблизи сужающего устройства не скапливаются пыль, механические
частицы, конденсат, газы и осадки;
– на сужающем устройстве при измерении расхода не образуются отложения, изменяющие
его геометрические характеристики;
– измеряемая среда должна быть однофазной или по степени дисперсности и физическим
свойствам близка к однофазной.
Расходомеры переменного перепада давления состоят из первичного преобразователя
ПИП – сужающего устройства СУ, преобразующего скорость движения вещества в перепад
давления, линия связи ЛС и измерительного преобразователя ИП – дифманометра ДМ,
преобразующего перепад давления, как правило, в стандартный сигнал.
Q(v)
ПИП (СУ)
ΔP
ЛC
ИП (ДМ)
α
y
Рис. 3
При установки сужающего устройства в трубопровод средняя скорость потока в
суженном сечении повышается и часть потенциальной энергии потока переходит в
20
кинетическую. Вследствие этого статическое давление в суженном сечении потока
становится меньше статического давления перед сужением. По разности статических
давлений, по перепаду давления определяют значение расхода протекающей среды.
Сужающие устройства в расходомерах переменного перепада давлений применяются
стандартные и специализированные.
При установке сужающего устройства следует соблюдать следующие основные
правила:
1. Как во всех расходомерах, реализующих косвенный метод измерения расхода по
скорости, в РППД необходимым условием их применения является полное
заполнение трубопровода веществом, фазовое состояние которого не изменяется
при сужении и которое не зашламляется трубопровод в месте установки СУ.
2. Поток
измеряемой среды до и после мест установки СУ должен быть
установившимся. Для этого СУ устанавливают на прямых участках
трубопроводов: L1- длина прямого участка трубопровода до места установки
СУ; L2- длина прямого участка трубопровода после СУ. Длина прямых участков
трубопроводов составляет от 5 до 100 D в зависимости от вида местных
сопротивлений потоку, расположенных перед и после СУ и модуля СУ m
конкретного РППД. Особенно строго необходимо соблюдать значение L1. Если
по условиям эксплуатации невозможно выполнить эти требования,
рекомендуется использовать струевыпремители.
3. Отверстие диафрагмы должно устанавливаться строго концентрично по
отношению к диаметру трубопровода, а режущая кромка диафрагмы не должна
иметь дефектов (заусениц, наплывов и т. д. )
4. Действительный внутренний диаметр трубопровода на длине 2D перед СУ должен
равняться расчетному диаметру D. Максимальное отклонение размера диаметра
от среднего значения допускается не более +-0,3 %
5. Внутренний диаметр трубопровода на длине 2D после СУ может отличатся от
диаметра трубопровода до СУ не более чем на +-2 %
6. На внутренней поверхности трубопровода длиной 2D до и после СУ не должно
быть никаких уступов, а также заметных невооруженным глазом пороков,
неровностей от заклепок, сварных швов и т.п.
7. Регулировочные задвижки и вентили рекомендуется устанавливать за СУ,
соблюдая расчетные расстояния
При установке дифманометров – расходомеров, должны соблюдаться следующие
требования:
1. Место установки дифманометров должно быть удобным для обслуживания и
наблюдения за показаниями, если он имеет показывающую шкалу
2. Соединительные линии (импульсные трубки) прокладываются по кратчайшему
расстоянию вертикально или с уклоном к горизонтали не менее 1:10
3. Рекомендуется применять импульсные соединительные трубки с внутренним
диаметром 10-12 мм, но не менее 7 мм длина соединительных импульсных
трубок не должна превышать 50 м
4. Соединительные линии должны быть защищены от действия внешних источников
тепла и холода, а также от механических повреждений
Дифманометры предназначены для использования в качестве расходомеров,
перепадомеров и уровнемеров в комплекте с вторичными взаимозаменяемыми
дифференциально-трансформаторными приборами, машинами централизованного контроля
и другими приемниками информации, способными принимать стандартный сигнал в виде
взаимной индуктивности.
21
Принцип действия дифманометров основан на использовании деформации упругого
чувствительного элемента (датчика) при воздействии на него измеряемого перепада
давления. Упругим чувствительным элементом дифманометра является мембранный блок,
состоящий из двух мембранных коробок. С мембранным блоком связан сердечник
дифференциального трансформатора.
При воздействии измеряемого перепада давления мембранный блок деформируется,
вызывая перемещение сердечника дифференциального трансформатора и изменение
взаимной
индуктивности
между
его
первичной
и
вторичной
катушками.
При изменении перепада давления выходной сигнал датчика ДМ (его индуктивность)
изменяется.
Измерительный регистрирующий прибор типа КСД имеет дифференциальнотрансформаторный
преобразователь.
Настройку регистрирующего прибора КСД производят с помощью магазина взаимной
индуктивности типа Р-5017 и алгоритма поверки.
2.2
Методика расчета расходомера переменного перепада давления.
На практике существует два типовых случая расчета:
-определение расхода по данным размерам: диаметр трубопровода D, диаметр СУ d,
перепад давления.
-определить диаметр отверстия СУ по заданному max и min расходу, диаметру
трубопровода и параметрам измеряемой среды:
1. Задаются исходные данные
2. Определяются недостающие данные
3. Выбор сужающего устройства, дифманометра и вторичного прибора
4. Определение номинального перепада давления дифманометра
5. Проверка длины прямого участка за сужающим устройством
6. Определение параметров сужающего устройства
7. Расчет поправки на шероховатость
8. Расчет поправки на неостроту кромки
9. Проверка расчета
10. Определение погрешности расхода
11. Расчет погрешности измерения расхода
12. Погрешность определения показателя адиабаты пара
1. Задаются исходные данные:
Измеряемая среда,
Наибольший измеряемый массовый расход
Минимальный измеряемый массовый расход
Абсолютное давление пара перед сужающим устройством
Температура пара перед сужающим устройством
Допустимая потеря давления при расходе, равном Qм. max
Внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством при температуре 20ºC
Абсолютная шероховатость трубопровода за сужающим устройством – колено на
расстоянии мм.
Материал трубопровода.
2 Определяются недостающие данные
 Плотность пара в рабочих условиях
 Поправочный множитель на тепловое расширение материала трубопровода K'Z
22
K'Z = 1 + β't (t - 20),
где β't = 13.9 * 10-6 – коэффициент линейного теплового расширения
материала трубопровода
 Внутренний диаметр трубопровода
D = D20 * K'Z
 Динамическая вязкость пара в рабочих условиях μ
 Показатель адиабаты x
x = x1 + (x2 – x1) * (t - t1) / (t2 – t1) =
3 Выбор сужающего устройства и дифманометра
 Тип сужающего устройства
 Тип и разновидность дифманометра
 Верхний предел измерений дифманометра Qм. пр
4 Определение номинального перепада давления дифманометра
 Допустимая потеря давления при расходе, равном выбранному верхнему пределу
измерений дифманометра P'пд
Pпд = P'пд (Qпр / Qmax)²
 Вспомогательная величина С2
С2 = Qм. пр / (0,01252 * D2 * √ρ)
 Предельный номинальный перепад давления

Максимальный перепад давления ∆Р
∆Р = ∆Р'н
 Первое приближение для m

Максимальное число Рейнольдса
Re = 0.0361* (Qпр * ρ/ D * μ)
5 Проверка длины прямого участка за сужающим устройством
 Необходимая длина
Дан график зависимости t2 / D от модуля m при взаимном расположении сужающего
устройства и местного сопротивления
 Имеющаяся длина
L2 из исходных данных, так как имеющаяся длина прямого участка больше необходимой,
расчет продолжаем.
6 Определение параметров сужающего устройства
 Коэффициент расширения, определяемый для предельного перепада давления εд
εд1 = 1 – (0,41 + 0,35 * m1²) * ∆Р/ Р*x ;
 Вспомогательная величина С2 / √∆ρ;
С2 / √∆ρ
 Относительная шероховатость
K /D * 104
где K – абсолютная шероховатость трубопровода, из исходных данных
 Верхняя граница относительной шероховатости
При модуле m1 выбираем формулу:
3,9 + 10³ * ехр (-14,2 * √m1).
4
Если коэффициент K /D * 10 > 3,92, т.е. 4,58 > 3,92 – необходимо вводить поправочный
множитель на шероховатость трубопровода.
7 Расчет поправки на шероховатость
 Определение коэффициента С
С = D / 103.
 Определение коэффициента a
a = (C – 0,3) * (-1,066* С² + 0,36* С – 0,13)
 Определение коэффициента b
23
b = 1 + (С – 0,3) * (-0,08 * С² + 0,024 * С – 0,0046)
 Поправка на шероховатость Kш1
Kш1 = a * m1 + b
8 Расчет поправки на неостроту кромки Kn1
Определение коэффициента b

n = 4,25 + 142,94 * (С – 0,05) 1,92
 Определение коэффициента b
b = 0,0020 + 0,2558 * С – 1,68 * С² + 2,867 * С³;
 Определение коэффициента a
a = 1 + 0,11 * (ехр(-55,2 * (С – 0,05)1,3));
 Поправка на неостроту кромки Kn1
Kn1 = a + b * ехр(-n * (m1 – 0,05));
 Коэффициент расхода (αy)1
(αy)1 =
6 0.75 

1.25
4
1.75  10 
  * K ш1 * K n1
* 0.5959  0.0312 * m1  0.1840 * m1  0.0029 * m1 * 
=
1  m12 
 Re  
Вспомогательная величина f 1  m1 * (αy)1* εд

1

Относительное отклонение




f


δ1  
 1 * 100%
c


 p





Минимальное число Рейнольдса
Диаметр отверстия диафрагмы при температуре ºC,
D
d 20 
m
Kz
9 Проверка расчета
 Расход, соответствующий предельному номинальному перепаду давления
2
Qм  0,01252 *  y *  * K z2 * d 20
* p * 
Если полученное значение потери давления меньше допустимой величины. Отклонение Q ì
от заданной величины меньше допустимой величины. Следовательно, расчет выполнен
правильно.
10 Определение погрешности расхода
 Определение поправки на число Рейнольдса.
 Определение коэффициента расхода  *y при Re = 106

 10 6
 y  
* 0.5959  0.0312 * m1.05  0.184 * m 4  0.0029 * m1.25 * 
1  m 2 
 Re
*
Определение расхода Q * при  y  и Re min  10 6
*

1
2
Q м  0,01252 *  *y *  y * K z2 * d 20
* p * 

Определение Re*
Re *  0.0361 *
24
Q* * 
D*



0.75







Вспомогательная величина С
1
С
* 0.5959  0.0312 * m1.05  0.184 * m 4
2
1 m
Вспомогательная величина В
0.0029 * m 1.25
B
1  m2
Вспомогательная величина S1
Re *
S1  B *
 y * 10 6

Вспомогательная величина S2
S1  С

Re *
 *y * 10 6
Вспомогательная величина S
S  S1

 
Re * * C
 *y 1  S 1  S 1  S 1.75

1.75

Коэффициент коррекции на число Рейнольдса
К Re 

S 21.75
Действительная величина Re
Re 



C  B * 10
6

Re
0.75
CB
Относительное отклонение Q0 от заданной величины Qпр
Q

   0  1 * 100
 Qпр


Проверка на смещение оси отверстия сужающего устройства относительно оси
трубопровода ex.
11 Расчет погрешности измерения расхода
 Погрешность диаметра d
 Погрешность диаметра D
 Погрешность коэффициента расхода из-за отклонения d
 m2 

 в  2 *  d 1 
 

 Погрешность коэффициента расхода из-за отклонения D
 m2 

 D  2 *  D 
  
 Погрешность коэффициента расхода  y


2
 y   0.5 * m   2d   2D 



0.5
Погрешность коэффициента расхода  / при определении  y
2
2

/  2y   km
  kn
0.5
25
где
 km  1.67 * m  (0.081  t ) * (66.3 * t 2  33.7 * t  6.9);
 kn  0.833 * m  16.7 * t 2  7.5 * t  1.17;
 Kn  10 * t  3 * 0.833 * m  0.388;
D
t 3;
10
если  Kn отрицательна, принимаем  Kn = 0.
 Погрешность поправочного множителя на число Рейнольдса
 K Re  1  RRe  *  м ;

Погрешность измерения дифманометра

S



 0.5 *
Qпр
Q
*S

;
 класс точности прибора, равный 1,5;
Погрешность определения коэффициента расширения
0,5
1 
2
 
*  2   
  2
 0;


0  2*
;

   погрешность определения показателя адиабаты пара.
12 Погрешность определения показателя адиабаты пара
 Половина деления шкалы по χ по отношению к значению χ в рабочих условиях
 Средняя квадратическая погрешность показателя адиабаты
  0,394
σ 
2 2
σр – погрешность измерения абсолютного давления
Ð
σр=[ σ2рб +(σри* è ) 2 ]0,5
Ð
σрб – погрешность измерения барометрического давления
50 * á
σ Ðá 

á  максимальная абсолютная погрешность измерения барометрического
давления.
σРи – среднеквадратическая относительная погрешность измерения давления


σРи  0,5 *
Рпр
Р
* S Pu
где Pпр – значение верхнего предела шкалы измерений манометра,
SРи – класс точности манометра
 Среднеквадратическая относительная погрешность измерения температуры
Nt
σт  0,5
* St
273.15  t
t
или σ t  50
t
Nt – диапазон шкалы измерений термометра;
26
St – класс точности термометра;
 Максимальная погрешность определения плотности ρ.
 Среднеквадратическая погрешность определения плотности ρ
σρ = ½ δρ
 Средняя квадратическая относительная погрешность измерения расхода
σQном =

/


2

  2   k2Re   2   0.25  p2   t2   2   k2

0.5

   среднеквадратическая погрешность коэффициента сжимаемости,
   50 *
ном
 ном
 ном
 íîì  максимальная абсолютная погрешность величины  íîì , равная половине единицы
разряда последней значащей цифры в табличном значении
Средняя квадратическая погрешность коэффициента сжимаемости газа определяется по
графикам
Предельная относительная погрешность результата измерения расхода
 м  2 *  Qно м
27
3. Расчет метрологических характеристик измерительного канала по
метрологическим характеристикам его компонентов
Ориентировочный расчет метрологических характеристик измерительных каналов
необходим для обоснования выбора средств измерения – компонентов, составляющих
измерительный канал при их проектировании
Поскольку при проектировании неизвестны условия эксплуатации, а также подробные
характеристики
средств
измерения,
ориентировочный
расчет
метрологических
характеристик измерительного канала ведется с рядом допущений:
Принимаются следующие допущения:
1.
Компоненты, входящие в состав ИК, являются линейными или
линеаризуемыми средствами измерения
2.
Погрешность компонентов и результирующие погрешности ИК
представляют величины второго порядка малости, по сравнению с
параметрами соответствующие минимальных статистических характеристик
преобразования средств измерения в ИК
3.
Отклонение значений метрологических характеристик ИК, вызванные
изменением погрешностей под действием изменения внешних влияющих
величин (ВВВ) в статических и динамических режимах малы по сравнению
с самими номинальными значениями метрологических характеристик
4.
Погрешности компонентов в измерительных каналах независимы друг от
друга, т.е. коэффициент их корелляции можно получать близкими к
значениям, характеризующим независимые величины
5.
Оценки пределов допустимых погрешностей назначается по ГОСТ 8.401–80
для всех компонентов ИК
Составление отдельных компонентов канала согласовано между собой, взаимное
влияние между компонентами и между ИК не учитываются
Д
П2
ДЛС
АЦП
П
Рис.4
Д – датчик температуры, с погрешностью  2%
ДЛС – дистанцированная линия связи
АЦП – аналого – цифровой преобразователь
П – преобразователь выходного сигнала
П2 – преобразователь входного сигнала
Техническая структура измерительного канала:
- термопреобразователь сопротивления платиновый ТСП-5071
- преобразователь измерительный модульный ИПМ 0,99/М3
- Измерительная плата МК-20А
- Аналого-цифровой преобразователь
- линии связи в измерительных каналах
Исходные данные:
ТСП-5071; предел допускаемой относительной погрешности  0.1  0,5%
ИПМ 0,99/М3; предел допускаемой относительной погрешности :  02  0,2% , влияние
изменения температуры окружающей среды 0,05% на 10 ºС; рабочая температура
окружающей среды 30 ºС; номинальная температура среды 20 ºС 5 оС
28
МК-20 А
Номинальная погрешность  03  0,1%
АЦП: класс точности 0,2/0,3, т.е. значения допускаемой относительной погрешности
составляют для с = 0,2% и для d= 0,3%.
ДЛС: основная погрешность  05  0,5%
Вычисления:
1. ТСП-0193
Предел приведенной основной погрешности на максимальное значение температуры 60 ºС
Δ = 0,5+0,012*60= 1,22˚С
1, 22
 01 
*100%  2, 034%
60
2. ИПМ 0,99/М3
Вычисляем приведенную погрешность при Х=Хк. Предел приведенной основной
погрешности составляет:  02   02  0,2% .
Дополнительная погрешность от изменения температуры составит
(30  20)
 ò 2  0, 05*
 0, 05%
10
Общая погрешность измерения температуры при рабочих условиях эксплуатации:
 ð 2  (0, 2  0, 05)  0, 25%
3. МК-20А
Дополнительная погрешность от изменения температуры составит:
 P3T  0,005*(30  22)  0.04%
Общая погрешность МК-20А в рабочих условиях эксплуатации
 P3 (0.1  0.04)  0.14%
4. АЦП
Предел допускаемой приведенной погрешности при Х=Хк.
 04   04  ñ  0, 2%
5. ДЛС
Погрешность передачи измерительных каналов по линии связи принимается равной
 05  0,5% (согласно экспериментальным данным)
Минимально возможная результирующая погрешность канала составит:
 èê   i2 
 2,034
2
 0, 252  0,142  0, 22  0,52   2,124%
Максимально возможная результирующая погрешность канала составит:
 èêmax  2, 034  0, 25  0,14  0, 2  0,5  3,124%
Следовательно:
Результирующая погрешность измерительного канала:
2,124%   ик р  3,124%
29
4. Концентратомеры механических смесей
В
целлюлозно-бумажном
производстве
важнейшей
характеристикой
перерабатываемых веществ является концентрация твердых частиц, сухих веществ, щепы,
целлюлозы и различных наполнителей бумаги или картона, как правило, в водных растворах.
Задачи измерения механических концентраций в растворах многообразны и сложны. При
этом их решения безотлагательны, так как контроль качества технологических процессов и
их управление для увеличения производительности и улучшения качества промежуточной и
конечной продукции невозможно осуществлять без анализа названных технологических
параметров. В первую очередь это относится к измерению концентрации всевозможных
волокнистых суспензий, которые образуются в водных растворах при производстве и
переработке древесной, целлюлозной и бумажной масс в процессе производства щепы, при
промывке, сортировании, отбелке, размоле и т. д. Определяющую роль концентрация
бумажной массы играет для ритмичной, бездефектной работы бумаго- и картоноделательных
машин. Поэтому измерение концентрации массы особенно важно в массоподготовительных
производствах.
Основной характеристикой варочных растворов также служит концентрация
абсолютно сухих веществ, знание которой необходимо для их производства и на протяжении
всего цикла регенерации.
Концентрация массы (водной суспензии) определяется содержанием в ней
абсолютно сухого вещества в массовых процентах. Если в массе содержатся только волокна,
то концентрация зависит от их содержания. Концентрация массы ниже 1 % называется
слабой, выше— средней, а после 6 % — высокой.
Как известно, масса представляет собой неньютоновую жидкость, поведение которой
определяется ее реологией. При слабой концентрации волокнистая суспензия может
оказывать меньшее сопротивление, чем вода. При переходе к средней концентрации она
становится псевдопластическим веществом с негомогенной структурой, но благодаря
свойству препятствовать турбулентности такая масса хорошо поддается определению
концентрации по измерению в ней трения (кажущейся вязкости). Масса высокой
концентрации
неоднородна,
образует
пучки
и
характеризуется
повышенной
турбулентностью, ее измерение чрезвычайно затруднительно.
Непосредственно концентрация массы может быть определена только с помощью
лабораторного анализа, которым пользуются и для градуировки и для поверки технических
концентратомеров. Так как концентрация массы в производственных условиях в емкостях и
трубопроводах неоднородна, то к ее определению необходимо подходить, как к случайной
величине, т. е. отбирать несколько проб (до 10 и чем больше, тем лучше) и находить среднее
значение (математическое ожидание) концентрации для конкретного анализа. Массу для
пробы надо хорошо размешивать и отбор делать из разных объемов. Подробно
последовательность рекомендуемых операций при лабораторном анализе для поверки
концентратомеров механических смесей излагается в работе. Однако получаемая при этом
абсолютная погрешность анализа, составляющая ±0,1—0,3%, в настоящее время
метрологически не обеспечивает поверки погрешностей технических концентратомеров, что
является одной из проблем измерения концентрации массы.
Существующие технические приборы для измерения концентрации массы основаны
на косвенных измерениях. Они имеют ограниченные диапазоны определяемых
концентраций и существенные дополнительные погрешности из-за влияния сопутствующих
переменных параметров массы и условий, при которых она находится в производственном
процессе. К ним относятся: состав массы (качественный, фракционный и композиционный),
температура, давление, скорость и характер потока массы, рН среды. В некоторых случаях
смолы и клей могут способствовать загрязнению поверхностей преобразователей.
30
В настоящее время абсолютное большинство применяемых производственных
приборов для измерения средней концентрации массы (1—6 %) основаны на эффекте
измерения сил трения;
при движении массы по открытым и закрытым трубопроводам возникает сопротивление ее
движению, связанное с трением массы о стенки трубопроводов и между слоями волокон и
приводящее к потере напора в трубопроводе, которая служит мерой концентрации массы;
в массу различными способами помещают вращающийся чувствительный элемент
(роторный датчик) разнообразных конструктивных модификаций, который при своем
движении испытывает сопротивление, зависящее от поверхностного и внутреннего трения
массы и определяющее тормозной момент при заданной круговой скорости вращения
датчика; этот момент характеризует концентрацию массы;
в движущуюся по напорным трубопроводам массу погружают неподвижный
чувствительный элемент (тело специальной конфигурации) — датчик обтекания, на который
действуют силы, связанные с поверхностным и внутренним трением в массе и являющиеся
мерой ее концентрации;
при перемещении массы обычно высокой концентрации с помощью энергетического
оборудования (насосов, мешалок) используется зависимость нагрузки приводных двигателей
от поверхностного и внутреннего трения массных суспензий, которое определяется
концентрацией волокна.
Так как само значение составляющих трения зависит не только от концентрации
массы, но и от других характеристик массы и условий ее существования, то показания первичных измерительных преобразователей концентрации массы в большей или меньшей мере
определяются составом, температурой, давлением и скоростью массы.
Рис. 5
На рис.5 приведены схемы устройства первичных измерительных преобразователей
– чувствительных элементов – датчиков концентрации массы роторного типа для открытых
емкостей (рис. 5, а) и для напорных трубопроводов (рис. 5, б), а также датчиков обтекания
(рис.5, в).
31
Датчики устанавливают таким образом, чтобы на их показания не влияла скорость
движения массы и ее колебания. С этой целью используются специальные буферные
емкости, самотечные линии, отводы от напорных трубопроводов, специальные расширения
массопроводов и цилиндрические ниши в стенках массопроводов (в последних для
стабилизации скорости движения массы применяются специальные крыльчатки).
В России наибольшее распространение получили датчики концентрации массы
роторного типа, устанавливаемые в открытых емкостях (отечественная модификация —
КБМ-62, ДКП-63) и датчики обтекания для напорных линий (отечественная модификация —
ДКБП-70).
Структурно известные датчики для измерения концентрации массы состоят из
первичных измерительных преобразователей ПИП, преобразующих концентрацию в
механический сигнал: тормозной момент М, действующий на вал электродвигателя, или
усилие F, создаваемое на чувствительных элементах.
Измерительные преобразователи ИП2, ИП3 предназначены для получения
измерительных сигналов, удобных для дистанционной передачи и представления в
измерительных приборах. Измерительные преобразователи ИП2 служат для преобразования
сигналов с ПИП в перемещение l , осуществляемое системой рычажных передач. В
качестве ИП3 используются дифференциально-трансформаторные преобразователи с
выходным сигналом в виде электрического напряжения переменного тока U, работающие в
комплекте с дифференциально-трансформаторными вторичными приборами типа КПД,
КСД.
В настоящее время к ПИП подключают стандартные пневмосиловые или
электросиловые уравновешивающие преобразователи, которые кроме ИП2 содержат
измерительные преобразователи ИП3 и обратные преобразователи ОП^ уравновешивающие
измеряемое усилие F и осуществляющие его преобразование в стандартные пневматические
или электрические аналоговые сигналы. В этом комплекте используются измерительные
приборы ГСП типа ПВ или КПУ и КСУ соответственно.
Рис. 6
Устройство роторных датчиков поясняет рис. 6, на котором изображен датчик
концентрации массы типа ДКП – 63. Первичный измерительный преобразователь роторного
типа представляет полый винипластовый конус с ребрами. Он приводится во вращение со
32
скоростью 75 об/мин однофазным синхронным электродвигателем типа СД-09М мощностью
30 Вт через планетарный редуктор. Вал двигателя, соединенный с конусом, уплотнен
направляющим фторопластовым сальником. Для уменьшения колебаний двигатель помещен
в масляный демпфер. Двигатель вместе с демпфером омываются охлаждающей водой через
бачок постоянного уровня (QB = = 0,1  0,3 л/мин). Вода стекает через днище корпуса датчика
на верхнюю часть конуса, очищая его от брызг массы.
По корпусу сделана винтовая нарезка, по которой перемещается гайка. С помощью
этой гайки регулируется глубина погружения конуса в массу, что позволяет изменять
пределы измерения датчика в диапазоне от 1,5 до 5%. Чем глубже погружен конус, т. е. чем
больше поверхность его соприкосновения с массой, тем более низкие концентрации массы
может измерять датчик.
Тормозной момент, возникающий в результате трения конуса о массу, стремится
повернуть статор двигателя. Он передается через муфту на систему рычагов
преобразователей, построенных аналогично стандартному пневмосиловому преобразователю.
Для настройки предела измерения датчика массы, кроме перемещения конуса,
изменяется передаточное отношение рычажной системы, а установка начального значения
выходного сигнала осуществляется пружиной, связанной с корректировкой положения
рычагов пневмосилового преобразователя.
В отличие от ДКП-63, датчик КБМ-62 имеет дифференциально-трансформаторный
преобразователь с выходным сигналом, поступающим на дифференциальнотрансформаторный прибор. Настройка предела измерения осуществляется изменением
положения фиксатора подвесной ленты, на которой подвешен статор электродвигателя.
Лента через рычаг жестко соединена с сердечником дифференциально-трансформаторного
преобразователя. Нуль устанавливается изменением положения катушки преобразователя.
Роторные датчики концентрации массы можно использовать для измерения
концентрации от 1,5 до 5 % с поддиапазонами не более 1 % концентрации почти с линейной
шкалой. Абсолютная погрешность измерения составляет ±0,03% при условии градуировки
датчиков на месте установки при постоянной температуре, составе и степени помола массы.
При эксплуатации этих датчиков необходимо соблюдать неизменность расхода
массы, т. е. скорости, и не превышать ее значения выше установленной нормы (меньше 0,3
м/с по отношению к конусу), чтобы не возникало водяного кольца, искажающего показания
датчиков.
Рассмотренные датчики концентрации обладают тем недостатком, что требуют
специальных приемных баков и системы трубопроводов для своей установки.
Датчики роторного типа устанавливаются в специальных открытых емкостях. В
приемный бак масса поступает по трубопроводу, обтекает вращающийся полый конус с
ребрами из винипласта, переливается через край бака в наружный цилиндр и через нижний
штуцер сливается в соответствующий бассейн. Расход массы должен поддерживаться в
пределах 0,5—1 м3/мин. Для предотвращения влияния вибраций насоса приемный бак
соединяется с трубопроводом отрезком резинового шланга. Для исключения запаздывания
длина соединительных линий должна быть как можно короче и с уклоном для опорожнения
в случае прекращения подачи массы.
Ведутся интенсивные разработки концентратомеров массы с датчиками обтекания,
как в нашей стране, так и за рубежом. Чувствительный элемент датчиков обтекания
выбирают с такой конфигурацией режущей кромки, боковой поверхности и хвостовой части,
чтобы показания датчиков не зависели от скорости потоков масс.
Отечественный датчик обтекания ДКБП-70, отличается конструктивной формой
чувствительного элемента первичного измерительного преобразователя. Перед чувствительным элементом установлен отражатель скоростного напора. Сам чувствительный элемент
имеет значительную боковую поверхность за счет чего увеличивается эффект зависимости
усилия, развиваемого на нем, от поверхностного трения массы, т. е. от ее концентрации. Два
33
косых прореза повышают чувствительность преобразователя к воздействию усилий трения,
увеличивая его деформацию. Однако это уменьшает боковую поверхность чувствительного
элемента и несколько увеличивает зависимость его показаний от скорости. Наличие особой
формы хвостовика исключает в некоторой степени влияние скоростного напора и силы
разрыва волокнистой структуры. Такая конфигурация преобразователя позволяет
использовать его для измерения концентрации массы при  = 0,2  0,З м/с с погрешностью от
изменения скорости по абсолютной величине концентрации 0,025 % при четырехкратном
изменении расхода массы.
Для датчиков обтекания зависимость результатов измерения от изменения состава и
температуры массы такая же, как у датчиков роторного типа. Исключением является
нечувствительность ДКБП-70 к наличию наполнителей, так как их мелкие частицы
отражаются от передней грани отражателя и не участвуют в обтекании боковых
поверхностей.
Усилие F, развиваемое описанным преобразователем, через разделительную
мембрану, заделанную по контуру резиновым кольцом, передается на систему рычагов ИП 2
и далее преобразуется в стандартный пневматический сигнал ИП3 и ОП4. Устройство ИП3 и
ОП4 соответствует описанному пневмосиловому преобразователю.
Конструктивное исполнение датчика ДКБП-70 позволяет:
осуществлять настройку нуля датчика с помощью пружины сильфона обратной связи
в ОП4 (точно) и пружины, связанной с первым ведущим рычагом ИП2 (грубо);
производить настройку верхнего предела измерения концентрации серьгами,
перемещающимися по ведущему и ведомому рычагам и изменяющими передаточный
коэффициент ИП2, и гайкой, посредством которой изменяется соотношение плеч рычага ИП3
и ОП4;
исключать перемещение первичного преобразователя во время работы, за счет
расположения центра ведущего рычага ИП2 на рамке из плоских;
арретировать подвижную часть датчика при транспортировке с помощью винтов.
При настройке верхнего предела измерения концентрации датчик располагается так,
чтобы ось, проходящая через центр тяжести тела обтекания, была расположена вертикально.
К датчику вдоль этой оси крепится груз равный силе F, развиваемой чувствительным
элементом при максимальной измеряемой концентрации. Затем перемещают серьги и гайку
до тех пор, пока выходной пневматической сигнал не станет равным 0,1 МПа.
Датчик крепится в массопроводы специальным приварным фланцем с проходным
отверстием 57 мм, входящим в комплект датчика. Напорный трубопровод должен иметь
установочный диаметр не менее 150 мм при статическом давлении массы не более 0,6 МПа и
температуре до 95 °С. Скорость движения массы должна находиться в пределах от 0,2 до 3
м/с.
Описанный датчик позволяет измерять концентрацию массы в диапазоне 1—5%. Для
поддиапазона 1,5—4% воспроизводимость показаний (повторяемость, характеризуемая
погрешностью невоспроизведения градуировочной зависимости) составляет ±0,1 %
абсолютного значения концентрации при постоянных температуре (для t = 5  95 °С),
составе, помоле массы и ее скорости. Дополнительная погрешность от изменения скорости в
четырехкратном диапазоне по данным разработчиков приводит к появлению абсолютной
погрешности измерения концентрации массы порядка  = ±0,05 %•
Периодически необходима поверка датчиков концентрации массы по образцовым
лабораторным приборам и методикам. При установке датчиков следует проводить серию
поверок, чтобы определить правильность и сходимость показаний этого и межповерочный
интервал для ведомственной поверки концентрации массы для конкретных условий их
эксплуатации. Последнее может сильно влиять на дополнительные погрешности и
погрешности нестабильности и вызывать метрологические неисправности приборов. Например, в ряде случаев показания концентратомеров волокнистых суспензий отличаются от
образцовых значений концентрации, измеренных лабораторным путем на 10—40%. Кроме
34
того, часто можно заметить эффект засмоления чувствительных элементов датчиков, что
приводит к изменению показаний прибора во времени (к погрешности нестабильности), а
также к метрологической неисправности средства измерения. Для периодической поверки
датчиков концентрации массы рекомендуется в непосредственной близости к месту
установки датчика предусматривать на трубопроводе отборное устройство для получения
проб массы в процессе эксплуатации. Установка пробоотборников особенно важна в тех
случаях, когда информация от датчиков используется для управления технологическими
процессами. Например, определение производительности в процессе переработки массы
зависит от правильности и сходимости измерений расходов, концентраций и запасов массы.
Неточное их измерение может приводить к большим погрешностям оценок деятельности
отдельных целлюлозно-бумажных производств и комбинатов в целом.
Зарубежные модификации датчиков обтекания и роторного типа подробно
рассматриваются в работе.
Для измерения слабых концентраций волокнистых суспензий применяются
следующие физические эффекты: поглощение ультразвука, поглощение света, поляризация
света, взвешивание абсолютно сухого остатка при высушивании на полотне-основе. В
автоматических анализаторах качества потоков масс эти эффекты пока не нашли
удовлетворительного воплощения.
Для измерения концентрации волокна в оборотных и сточных водах в
УкрНПОБумпроме разработан оригинальный прибор. Измерительное устройство основано
на зависимости поляризации света от концентрации суспензии, в частности целлюлозной
массы в водном растворе.
Рис. 7
На рис. 7 представлена структурная схема концентратомера для измерения
концентрации волокна в воде типа ВСВ.
Пучок света от источника 2 с помощью линзы 3, отражателя 1 и поляризатора 4
преобразуется в поляризованный параллельный и направляется через оптическое окно 5 в
35
исследуемый объем суспензии. В оптическое окно 6 поступает пучок света,
деполяризованный суспензией, который затем воспринимается двумя преобразователями:
поляризованными анализаторами 10 и 7, плоскость поляризации одного из них 7
параллельна, другого 10 — перпендикулярна плоскости поляризации поляризатора 4, и
двумя половинами дифференциального фотоэлемента 9 и 8. Выходные сигналы с
фотоэлементов усиливаются усилителями 11 и 12, а с помощью блока деления 13 его
выходной сигнал, представленный на вторичном приборе 14, становится пропорциональным
только концентрации волокна в суспензии.
Использование метода, уравновешивающего преобразования в этом устройстве,
позволяет существенно уменьшить влияние дестабилизирующих факторов (изменение
содержания
сопутствующих веществ)
и повысить точность способа определения
концентрации по эффекту деполяризации света.
Прибор состоит из датчика, измерительного и вспомогательных устройств. Для
измерения концентрации датчики погружают в поток сточной или обратной воды. Датчики
выпускаются в двух модификациях, отличающихся расстояниями между оптическими
окнами и предназначенных для измерения различного диапазона исследуемых
концентраций. Измерительный прибор проградуирован в единицах массовой концентрации.
Имеется возможность подключить самопишущей прибор или получить выходной
стандартный электрический аналоговый сигнал.
Измерительное устройство для определения слабых концентраций массы для
увеличения быстродействия может быть выполнено на основе прямого метода измерения
массового содержания волокна при высушивании на полотне-основе.
В этом устройстве отбираемая часть потока (или проба) массы с постоянным
расходом через переливной ящик напускается на движущуюся по сетке фильтрованную
бумагу. Затем масса обезвоживается и высушивается инфракрасным излучением до 2—3 %ной влажности (что контролируется влагомером), после чего из полотна отрубаются куски
определенной поверхности, которые взвешиваются на аналитических весах. Содержание
сухого волокна подсчитывается в вычислительном устройстве на основании знания площади
поверхности куска, влажности высушенной бумаги, массы сухой бумаги-основы и
отрубленных кусков. Однако устройство такой установки настолько сложно, что его
применение в производственных условиях не целесообразно. Оно может быть использовано
как метрологическая установка для градуировки и поверки датчиков малой концентрации
массы.
Концентрацию абсолютно сухих веществ в варочных растворах (сульфатных и
сульфитных щелоках) определяют несколькими способами путем косвенных измерений: по
плотности с помощью массовых, гидростатических или радиоизотопных плотномеров.
Однако этот путь применим только для щелоков низкой концентрации (от 0 до 30 %), так как
при высокой концентрации содержание сухих веществ в щелоке не является однозначной
функцией их плотности;
по величине температурной депрессии, этот путь применим только для выпарных
установок сульфатных щелоков при стабильном режиме их работы;
по преломлению света на основе применения рефрактометров;
по теплофизическим характеристикам, которые зависят от свойств щелоков
36
Литература:
1. Каталоги продукции фирм выпускающих средства автоматизации 1999-2001
2. Проектирование автоматизированных систем управления технологическими
процессами ЦБП: Учебное пособие.- 2-е издание/ Е.П.Дятлова, М.Р.Сафонова/
ГОУВПО СПб ГТУ РП, СПб., 2006. 64с.
3. Технологические измерения и приборы в ЦБП: Учебник для вузов./ сост. Кондрашкова
Г.А./ М. : Лесн. Промышленность, 1981. – 376с./
4. Технологические измерения и приборы ЦБП: Методические указания для
выполнения курсового проекта. Часть 2. / сост. И.В. Бондаренкова, И.С. Ковчин,
Г.А.Кондрашкова, А.В. Черникова/СПб ГТУ РП, СПб., 2002. 25с.
5. Автоматизация теплоэнергетического оборудования и процессов: Учебно-методическое
пособие по курсовому и дипломному проектированию/В.В Пожитков, М.И. Щагина/
ГОУВПО СПб ГТУ РП, СПб., 2005, 108с.
6. Методика расчёта параметров расходомеров переменного перепада давления:
Методические указания/ /сост. Г.А.Кондрашкова, И.И.Яковлев, Л.Б.Глазов/ Л.; ЛТИ
ЦБП, 1984, 38с.
7. Примеры расчёта расходомеров переменного перепада давлений для определения
расходов жидкостей, газов и пара: Методические указания /сост. Г.А.Кондрашкова,
И.И.Яковлев, Л.Б.Глазов/ Л.; ЛТИ ЦБП, 1984, 38с.
37
Download