Соловцов В.К., Контрольно-измерительные приборы

Подождите немного. Документ загружается.

мания, в которую с обеих сторон вплавлены капли из металла

индия (рис. 98).

Электрод, соединенный с кристаллом, называют базой или ос-

нованием, а два других электрода — эмиттером и коллектором.

Границы раздела между зонами с различным типом проводимос-

ти называют эмиттерным и коллекторным переходами.

Основное свойство транзистора состоит в том, что изменение

значения прямого тока в одном из переходов вызывает пропор-

циональное изменение обратного тока в другом переходе. Это

свойство позволяет использовать транзистор в качестве управля-

емого элемента в усилителях.

На рис. 99 показаны основные способы включения транзисто-

ров в схемы усилителей с общей базой и с общим эмиттером.

Транзисторный усилитель прибора ВМД (рис. 100) состоит из

четырех каскадов усиления на полупроводниковых триодах типа

П15А, П14А и П203. Первые три каскада собраны по схеме с об-

щим эмиттером, а четвертый выходной каскад на триоде П203 —

с общей базой. Второй и третий каскады содержат переходные

трансформаторы для согласования входных и выходных парамет-

ров транзисторов. В цепь эмиттера триода второго каскада вклю-

чено переменное сопротивление для регулировки чувствительно-

сти усилителя.

Управляющая обмотка реверсивного двигателя служит кол-

лекторной нагрузкой выходного мощного триода П203. Коллек-

торные цепи первых трех каскадов питаются от трансформатора

через полупроводниковые выпрямители Д9Г, а коллектор четвер-

того каскада — через выпрямитель Д206.

Прибор типа ВМД может применяться с различными видами

датчиков дифференциально-трансформаторной системы для из-

мерения расхода, давления, уровня и других величин.

Дифманометры с дифференциально-трансформаторными дат-

чиками могут использоваться для комплексных систем контроля

и управления технологическими процессами совместо с нормиру-

ющими преобразователями измеряемой величины в унифициро-

ванный выходной сигнал.

Упрощенная схема нормирующего преобразователя

ПТ—ДТ—Л показана на рис. 101. Первичная обмотка дифферен-

циально-трансформаторного датчика питается переменным то-

ком с частотой 350 гц от генератора на полупроводниковых три-

одах. Генератор включен в сеть переменного тока через ферро-

резонансный стабилизированный трансформатор Tp1.

Повышенная частота тока питания датчика принята для

уменьшения погрешности от искажения формы кривой тока в маг-

нитной системе датчика и обеспечивает помехозащищенность при-

бора от внешних магнитных полей.

Напряжение вторичной обмотки через фазированный выпря-

131

Рис. 98. Полупроводниковый триод:

а — обозначение электродов, б — графическое изображение на

схемах

Рис. 99. Способы включения транзисторов в схемах усилителей;

а —с общей базой, б —с общим эмиттером

Рис. 100. Схема вторичного прибора ВМД

митель и компенсационное сопротивление R

подается на вход

полупроводникового усилителя.

В выходную цепь усилителя через демодулятор включена

внешняя нагрузка и компенсационное сопротивление R

для по-

дачи отрицательной обратной связи на вход усилителя. Парамет-

ры элементов схемы подобраны таким образом, чтобы при пере-

Рис. 101. Упрощенная схема нормирующего преобразователя для

дифференциально-трансформаторного датчика:

ДТ — катушка датчика, Τρ

— стабилизированный трансформатор, Тр

трансформатор питания, Тр

— трансформатор генератора повышенной час-

тоты, R

- компенсационное сопротивление

мещении сердечника в заданных пределах ток в выходной цепи

изменялся в пределах 0—5 ма.

В нормирующем преобразователе ПТ—ДТ—К в схему введе-

на дополнительная квадратирующая приставка, создающая

нелинейную зависимость напряжения на компенсационном сопро-

тивлении от тока в выходной цепи. Эта приставка позволяет по-

лучить пропорциональную зависимость унифицированного выход-

ного сигнала непосредственно по значению расхода, измеряемого

дифманометром, а не по перепаду давления.

133

§ 23. РАСХОДОМЕРЫ ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА

К расходомерам постоянного перепада относят ротаметры и

поршневые расходомеры.

Принцип действия расходомеров постоянного перепада за-

ключается в следующем: вес поршня уравновешивается силой,

возникающей в результате перепада

давлений на проходном отверстии

прибора. Площадь сечения этого от-

верстия изменяется в зависимости от

положения поршня.

Поплавковый ротаметр (рис.

102) представляет собой вертикаль-

ную трубку конического сечения,

Рис. 102. Поплавковый рота-

метр:

1 — входной штуцер, 2 — попла-

вок, 3 — конусная трубка, 4 —

крепежное кольцо, 5 — крепеж-

ные шпильки, 6 — выходной шту-

цер

Рис. 103. Поршневой расхо-

домер постоянного перепада:

/ — корпус, 2 — входное отвер-

стие, 3 — прямоугольное выход-

ное отверстие, 4 — регулировоч-

ный груз, 5 — поршень, 6 — втул-

ка, 7 — сердечник, 8 — индукци-

онная катушка, 9 — немагнитная

трубка

134

вом зазоре между поплавком и стенкой трубки образуется пере-

пад давления, зависящий от скорости (расхода) газа или жид-

кости и от величины зазора. Давление на поплавок снизу больше,

чем сверху. При подъеме поплавка зазор увеличивается, так как

трубка имеет коническое сечение, перепад давлений уменьшается.

Поплавок становится на том уровне в трубке, при котором его вес

будет уравновешен перепадом давления. Чем больше расход, тем

выше поднимается поплавок. Значение расхода отсчитывают по

положению поплавка относительно шкалы, нанесенной непосред-

ственно на стенке стеклянной трубки. Ротаметр может работать

только в вертикальном потоке. Стеклянные ротаметры рассчита-

ны на рабочее давление до 6 кгс/см

Ротаметры РЭД с металлическим корпусом и дистанционной

передачей показаний рассчитаны на рабочее давление до

65 кгс/см

и на максимальный расход до 16 м

/ч.

Поршневые расходомеры постоянного перепада (рис. 103)

применяют на горизонтальных трубопроводах. Поршень, поме-

щенный в корпусе расходомера, перемещается в вертикальном

направлении и при своем движении регулирует размер проход-

ного сечения на выходе из прибора. Входное отверстие располо-

жено ниже поршня и остается неизменным. При увеличении рас-

хода перепад давлений на выходном отверстии увеличивается.

Сила, возникающая в результате этого перепада, будет больше

веса поршня, поршень пойдет вверх, увеличивая площадь выход-

ного отверстия. Перепад будет уменьшаться до тех пор, пока

вновь не наступит равновесие. Таким образом, перепад давлений

остается постоянным, так как вес поршня не меняется.

Поршень перемещает плунжер индукционного датчика, соеди-

ненного с вторичным измерительным прибором.

Максимальный предел измерения поршневого расходомера

ППЭ 4000 кг/ч при давлении до 16 кгс/см

Поршневые расходомеры просты по конструкции, достаточно

точны, но чувствительны к загрязнению трущихся поверхностей;

при загрязнении увеличиваются силы трения и происходит закли-

нивание поршня.

§ 24. ДРУГИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

Современные технологические процессы предъявляют все бо-

лее высокие требования к приборам измерения расхода, а имен-

но: повышение точности измерения, возможность работы при вы-

соких температурах и давлениях, расширение пределов измере-

ния, снижение давления на дросселирующих устройствах.

Рассмотренные выше виды расходомеров не могут удовлетво-

рять всем этим требованиям. Поэтому изыскивают новые методы

измерения расхода и разрабатывают новые конструкции расходо-

меров.

135

Наиболее перспективными считают методы измерения расхода

с применением радиоактивных изотопов, ультразвука и индукци-

онные методы.

Один из радиоактивных методов измерения расхода состоит в

измерении времени переноса «ионных пакетов», создаваемых в

измеряемой среде дозированным радиоактивным излучением

(рис. 104).

При постоянном расстоянии между местом образования «ион-

ных пакетов» и их приемником время передвижения этих пакетов

Рис. 104. Схема измерения расхода с помощью

радиоактивных меток потока:

1 — источник излучения, 2 — обтюратор, 3 — трубопро-

вод, 4 — ионные метки потока, 5 — приемник, 6 — уси-

литель, 7 — электронный преобразователь, 8 — источник

питания, 9 — вторичный прибор, 10—синхронный элект-

родвигатель, 11 — задатчик, 12 — реверсивный элект-

родвигатель

обратно пропорционально средней скорости потока или объемно-

му расходу измеряемой среды.

Радиоактивное излучение источника периодически перекрыва-

ется заслонкой (обтюратором). Порции излучения проходят через

стенку трубопровода и создают в движущемся потоке измеряе-

мой среды (пара или газа) ионизированные пакеты — группы за-

ряженных частиц (ионов), образующихся в результате облучения

молекул вещества радиоактивным излучением.

При движении по трубопроводу ионизированные пакеты воз-

действуют на приемник излучения, расположенный на некотором

расстоянии от излучателя. Уловленные импульсы перерабатыва-

ются приемником в электрические сигналы и подаются на элект-

ронное устройство с фазочувствительным усилителем. Одновре-

менно к усилителю поступают сигналы от непрерывно вращаю-

щегося обтюратора.

Если каждый сигнал от приемника располагается во времени

точно между двумя сигналами от обтюратора, то двигатель, вклю-

ченный на выходе усилителя, не вращается.

136

Изменение скорости движения потока в трубопроводе приво-

дит к изменению времени переноса ионизированного пакета от

излучателя к приемнику. При этом нарушается расположение во

времени импульсов от приемника и обтюратора. Электродвига-

тель приходит в движение и перемещает каретку с излучателем

вдоль трубопровода до восстановления первоначального сочета-

ния импульсов.

Величина перемещения каретки прямо пропорциональна изме-

нению скорости потока, а следовательно, и расходу измеряемой

среды. С кареткой связана стрелка показывающего прибора и

Рис. 105. Схема измерения расхода с помощью

ультразвука:

1— трубопровод, 2 — пьезодатчик, 3 — переключатель

направлений, 4 — усилитель, б — вторичный прибор,

6 — генератор. 7 — фазочувствительный усилитель

устройство дистанционной передачи показаний на вторичный

прибор.

Ультразвуковой расходомер (рис. 105) служит для измерения

расхода жидкостей, протекающих по трубопроводу. На некото-

ром расстоянии по длине трубопровода устанавливают источник

и приемник ультразвуковых колебаний (колебания с частотой

выше 20 000 гц). Источником и приемником служат пьезоэлемен-

ты, которые обладают способностью возбуждать механические

колебания при подключении к электрическому генератору, а так-

же выполнять обратное преобразование механических колебаний

в электрические. Ультразвуковые колебания, возбужденные пье-

зоэлементом, распространяются в жидкости, протекающей по тру-

бопроводу, и воспринимаются приемником.

Время прохождения звуковой волны от источника до прием-

ника зависит от скорости протекания жидкости, причем при рас-

пространении волны против течения время ее прохождения уве-

личивается с возрастанием скорости жидкости, и наоборот. Если

из времени прохождения волны против течения вычесть время ее

137

прохождения по течению, то полученная разность будет пропор-

циональна скорости течения (расходу) жидкости.

Ультразвуковой расходомер измеряет эту разность, для чего

роль источника и приемника колебаний попеременно выполняют

оба пьезоэлемента, а электронное устройство фиксирует и срав-

нивает время прохождения волны по течению и против него.

По шкале показывающего прибора отсчитывают значение рас-

хода.

Индукционный метод, так же как радиоактивный и ультра-

звуковой, не требует установки в трубопроводах каких-либо уст-

Рис. 106. Схема из-

мерения расхода

индукционным ме-

тодом:

1 — измерительный

прибор, 2 — полюса

магнита, 3 — электро-

ды, 4 — вставка в

трубопровод

ройств, вызывающих потери давления, но мо-

жет применяться только для измерения расхо-

да жидкостей, обладающих некоторой электро-

проводностью.

Действие индукционного расходомера

(рис. 106) основано на том, что при движении

жидкости в магнитном поле в ней возникает

электродвижущая сила (подобно тому, как это

получается при движении проводника перпен-

дикулярно магнитным силовым линиям).

Датчик индукционного расходомера пред-

ставляет собой отрезок трубы, изготовленной

из немагнитного изоляционного материала. На

диаметрально противоположных сторонах тру-

бы установлены металлические электроды, че-

рез которые индуктируемая электродвижущая

сила подводится к измерительному прибору.

Отрезок трубы вставляют в рассечку тру-

бопровода, где измеряют расход жидкости.

Внешнее магнитное поле создается постоян-

ным магнитом или электромагнитом.

Чем больше скорость потока жидкости, тем больше индукти-

руемая электродвижущая сила. Прибор, измеряющий эту элект-

родвижущую силу, градуируется непосредственно в единицах рас-

хода жидкости.

Основным условием применения индукционных электромаг-

нитных расходомеров является электропроводность измеряемой

среды не менее 10

-6

ом

-1

см

-1

. При соблюдении этого условия

электромагнитные расходомеры могут применяться на любых су-

ществующих диаметрах трубопроводов при температуре до 200° С

и давлении до 200 кгс/см

. Верхний предел измерения составляет

десятки тысяч кубических метров в час.

Электромагнитные расходомеры наиболее пригодны для изме-

рения расхода агрессивных или вязких жидкостей, растворов кис-

лот, щелочей и других веществ, когда нельзя использовать более

простые методы измерения расхода. Для таких целей, например,

выпускается индукционный расходомер типа 4-РИ с пределом

138

измерения до 400 м

/ч, на рабочую температуру до 140° С и дав-

ление до 40 кгс/см

Датчики расходомера 4-РИ имеют проходное сечение от 10

до 200 мм. В качестве вторичного прибора используется автома-

тический потенциометр, шкала которого отградуирована в едини-

цах расхода. Погрешность измерения не превышает 1,5%.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные группы приборов для измерения расхода жидкостей

и газов.

2. Как устроены объемные и скоростные счетчики?

3. Для чего служит магнитная муфта?

4. Каким способом создается перепад давления в трубопроводах и какие

виды устройств используются для этой цели?

5. Как зависит объемный расход вещества от перепада давления на су-

жающем устройстве?

6. Что измеряют дифференциальными манометрами и какие чувствитель-

ные элементы в них применяются?

7. Объясните назначение конденсационных сосудов в расходомерах пара.

8. Объясните принцип действия поршневых расходомеров постоянного

перепада и ротаметров.

9. В чем состоит индукционный метод измерения расхода жидкости?

ГЛАВА VI

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД

§ 25. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ

Измерение уровня — это определение расстояния от верхней

поверхности жидкости или сыпучего вещества, находящегося в

резервуаре, до любой произвольно выбранной отметки выше или

ниже этой поверхности. Уровень не является самостоятельной

физической величиной, характеризующей состояние вещества.

Неподвижная поверхность жидкостей представляет собой го-

ризонтальную плоскость и значение уровня одинаково для любо-

го участка поверхности. Сыпучие вещества образуют неровные

поверхности, форма которых зависит от способа заполнения ем-

кости. Для сыпучих веществ уровень имеет условное значение,

относящееся только к конкретному участку поверхности.

Во многих непрерывных технологических процессах, связан-

ных с расходом больших количеств жидкостей или сыпучих ма-

териалов, необходимо поддерживать определенный запас этих

веществ в промежуточных емкостях. Наиболее удобным способом

оценки величины этого запаса служит непрерывное измерение

уровня вещества.

Контроль уровня в ряде случаев имеет очень важное значение,

так как переполнение или опустошение промежуточных емкостей

может привести не только к серьезным нарушениям технологи-

ческих процессов, но и к аварийному повреждению оборудования.

Так, например, переполнение барабана парового котла на элект-

ростанции приводит к забросу воды в паропроводы и может по-

влечь разрушение лопаток турбины, а при отсутствии воды в ба-

рабане может произойти пережог кипятильных труб котла.

Измерение уровня не всегда требуется проводить с высокой

точностью, так как этот параметр не используется при определе-

нии экономических характеристик оборудования.

Для большинства уровнемеров вполне допустима погрешность

в 5—10% от полного предела измерения. В особо ответственных

непрерывных технологических процессах уровнемеры должны

обладать высокой надежностью и малой инерционностью.

Разнообразие конструкций существующих уровнемеров объ-

ясняется широкими пределами размеров емкостей, применяемых

на практике, различиями в условиях эксплуатации и физико-хи-

140