Электромагнитные расходомеры

Эти расходомеры, называемые еще индукционными, предназначены для измерения расхода различных электропроводящих жидких сред, протекающих в закрытых полностью заполненных трубах. Широко применяются в различных отраслях пищевой промышленности.

Электромагнитные расходомеры выполнены в виде двух отдельных блоков: измерительного преобразователя расхода и измерительного блока – передающего преобразователя, в котором осуществляется приведение сигнала, полученного от измерительного преобразователя, к стандартизованному виду, удобному для дальнейшего использования.

Рис. 8. Структурная схема измерительного преобразователя электромагнитного расходомера

Измерительный преобразователь (рис. 8) расхода состоит из немагнитного участка трубопровода 3 с токосъемными электродами 4 и ярма электромагнита 2 с обмоткой возбуждения 1, охватывающего трубопровод. При протекании электропроводной жидкости по немагнитному трубопроводу 3 через однородное магнитное поле магнитопровода 2, в жидкости, которую можно представить как движущийся проводник, наводится э.д.с., снимаемая электродами 4. Величина этой э.д.с. пропорциональна средней скорости потока:

,                                               (5.12)

где B – магнитная индукция, B = const; l – расстояние между электродами, l = const.

Поскольку площадь сечения трубы постоянна, э.д.с., снимаемая с электродов, может быть выражена через объемный расход жидкости:

,                                                      (5.13)

где Q – расход жидкости; D_у – внутренний (условный) диаметр трубы, равный расстоянию между электродами.

Индукционные расходомеры обеспечивают измерения в пределах от 0,32 до 2500 м³/ч, класс точности 1,0.

Кроме рассмотренных расходомеров на практике могут использоваться камерные расходомеры, расходы переменного уровня, тепловые, акустические, вихревые расходомеры.

Датчики давления

Измерение давления

Давление как параметр, характеризующий состояние различных веществ, определяется силой, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности. Различают следующие виды давления: абсолютное Pабс, под которым подразумевается полное давление, отсчитываемое от нуля. Оно равно сумме избыточного и атмосферного давлений:

.

Состояние, когда Рабс < Ратм, называется вакуумом.

Средства измерений, предназначенные для получения измерительной информации обо всех видах давлений, называются манометрами.

По принципу действия манометры подразделяются на следующие основные группы: жидкостные, деформационные, электрические, грузопоршневые и тепловые. В пищевой промышленности чаще других используют жидкостные и деформационные манометры.

 Жидкостные манометры

Принцип действия этих манометров основан на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений давлением столба жидкости. Они имеют простое устройство и высокую точность. Жидкостные манометры подразделяются на U-образные, колокольные и кольцевые.

U-образные манометры

Рис.9. U-образный двухтрубный манометр

U-образные манометры двухтрубные представляют собой стеклянную трубку 1 (рис.9) укрепленную на плате 3 со шкалой и залитую запорной жидкостью 2. Принцип действия основан на законе сообщающихся сосудов. Одно из колен трубки соединяется с объемом, в котором измеряется избыточное давление. Равновесие системы наступает в момент, когда гидростатическое давление столба жидкости уравновесит абсолютное давление Рабс:

,

где Р_абс – измеряемое абсолютное давление, Па;

А – площадь сечения трубки, м²;

Р_атм – атмосферное давление, Па;

h – разность уровней (высота столбца) жидкости, м;

γ – плотность заполняющей жидкости, кгс/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Из полученного выражения следует:

или

.

Рис.10. Чашечный однотрубный манометр

Разность уровней определяется как сумма отсчетов по шкалам левого и правого колен:

.

Двухтрубные манометры имеют ряд погрешностей вследствие неточности отсчета за счет мениска жидкости, изменения температуры окружающей среды, необходимости выполнения двух отсчетов и др.

Однотрубные или чашечные манометры представляют собой модификацию двухтрубных, одно из колен которых заменяются чашечкой (рис.10). Под действием избыточного давления уровень жидкости в чаше понижается, а в трубке повышается.

При этом:

.

Недостатком однотрубных манометров является погрешность, возникающая в результате понижения уровня жидкости в сосуде на величину H.

Верхний предел измерения жидкостных манометров ограничивается габаритными размерами. На практике применяется приборы для измерения избыточного давления не более 20 кПа. При ртутном заполнении этот предел может быть повышен до 100 кПа.

Для измерения очень малых давлений и разрежений применяются микроманометры с наклонной трубкой (рис.11).

Рис.11. Жидкостный манометр с наклонной трубкой (микроманометр)

Вследствие наклонного положения трубки высота столба жидкости, уравновешивающей давление:

,

где l – перемещение мениска по шкале; α-угол наклона трубки.

Такие приборы изготавливаются на пределы измерения от 160 Па до 2 кПа.

Деформационные манометры

Упругий чувствительный элемент этого прибора выполнен в виде трубки (рис.12), изогнутой по окружности и имеющей овальное сечение (см. разрез по А-А). Один конец трубки наглухо запаян, а другой прикреплен к колодке со штуцером 2 для установки на месте измерения, в который подается измеряемое давление.

Рис.12. Показывающий манометр с одновитковой трубчатой пружиной

При подаче давления P возникает сила, раскручивающая трубку, благодаря чему запаянный конец перемещается. Конец трубки тягой 4 соединен с хвостовиком шестеренчатого сектора 3, насаженного на ось. Сектор входит в зацепление с шестерней 6, находящейся на общей оси со стрелкой 7, показывающей давление на равномерной шкале, размещенной под стеклом в корпусе прибора (на рисунке не показаны). По мере повышения давления трубчатая пружина поворачивает стрелку. Люфты в механизме выбираются спиральной пружиной 5.

В качестве измерительных преобразователей в схемах автоматики применяются контактные манометры с одновитковой пружиной и неподвижными стрелками (P_max и P_min), передвигаемыми на заданную величину давления вручную. При касании измерительной стрелки с одной из неподвижных замыкается электрический контакт и подается сигнал в схему управления.

Мембранные манометры

В качестве чувствительных элементов в этих манометрах используются жесткие или мягкие (вялые) мембраны. Жесткие мембраны представляют собой упругие чувствительные элементы в виде эластичных пластин, изготавливаемых из специальных сортов стали или бронзы, воспринимающих измеряемое давление и преобразующих его в пропорциональное перемещение. Вялые мембраны изготавливают из мягких материалов (прорезиненной ткани, специальной резины и т.п.). При этом сила, возникающая на мембране, уравновешивается упругим дополнительным элементом (обычно пружиной) или устройством обратной связи.

В мембранном дифференциальном манометре с электромагнитным преобразователем (рисунок 5.15) давление измеряемой среды подводится к прибору по импульсным трубкам («+» и «–»). В плюсовой и минусовой камерах дифманометра помещены две одинаковые мембранные коробки 1 и 2, образованные из сваренных между собой гофрированных мембран. Коробки укреплены в разделительной диафрагме, которая зажата между крышками корпуса 5. Внутренние полости мембранных коробок заполнены дистиллированной водой и сообщаются между собой через отверстие в диафрагме. С центром верхней мембраны связан сердечник 3 индуктивного преобразователя 4, преобразующего перемещение сердечника 3 в электрический сигнал, подаваемый на электроизмерительный прибор, проградуированный в Па, или в схему САР.

Рис. 13. Структурная схема мембранного дифманометра с дистанционной передачей

При изменении перепада давления мембранные коробки деформируются, подвижные центры их перемещаются, и вода перетекает из одной коробки в другую. Величина перемещения подвижного центра верхней коробки и соединенного с ним сердечника 3 зависит от параметров коробки и разности давлений снаружи и внутри коробки. Деформация мембран продолжается до тех пор, пока силы, вызванные перепадом давления, не уравновесятся упругими силами мембранных коробок. В случае превышения расчетной разности давлений коробка, находящаяся в зоне более высокого давления, сжимается до соприкосновения мембран и вся жидкость перетекает из нее во вторую коробку. Коробки рассчитываются так, что каждая из них может вместить весь объем жидкости без перенапряжений и без остаточных деформаций. Подобные дифманометры изготавливаются на перепады давлений от 1,6 до 630 кПа и на рабочее давление среды до 25 МПа. Класс точности 1,0 или 1,5.