страница - 30
Наиболее широкое применение пневматические измерительные преобразователи нашли во взрыво- и пожароопасных производствах, где применение электрических приборов в обычном исполнении по требованиям техники безопасности недопустимо. Используют пневматические датчики, основанные на принципе силовой или частичной силовой компенсации, а также перемещения чувствительного элемента. Пневматические измерительные преобразователи выпускают с единым диапазоном выходного сигнала 20 - 100 кПа при давлении питания 140 кПа.
Пределы измерения пневматических измерительных преобразователей перепада давления находятся в диапазоне от 0 - 2,1105 до 0 - 107 кПа, абсолютного давления от 0 - 1,2-104 до 0 - 7-Ю7 кПа. Точность измерения до ±0,25 %.
Измерительные преобразователи, основанные на принципе силовой компенсации, состоят в основном из трех блоков: измерительного узла, силового преобразователя и усилителя.
Принцип силовой компенсации заключается в том, что измеряемый параметр, воздействуя на чувствительный элемент измерительного блока, преобразуется в пропорциональное ему усилие, которое через рычажную систему силового преобразователя уравновешивается усилием элемента обратной связи. При изменении измеряемого параметра происходит незначительное перемещение рычажной системы и связанного с ней управляющего органа индикатора рассогласования. Последний преобразует перемещение в управляющий сигнал, который поступает на вход усилителя. Выходной сигнал усилителя подается в линию дистанционной передачи и одновременно в элемент обратной связи, где преобразуется в пропорциональное усилие. Мерой измеряемого давления является величина выходного сигнала датчика, которая необходима для создания уравновешивающего усилия обратной связи.
Принцип частичной силовой компенсации отличается тем, что перемещающийся чувствительный элемент создает на дополнительном упругом элементе усилие, которое преобразуется в пневматический выходной сигнал с помощью преобразователя, работающего по принципу силовой компенсации. Таким образом, усилием обратной связи уравновешивается лишь часть усилия, развиваемого чувствительным элементом под действием измеряемого параметра.
Датчики с силовой компенсацией имеют высокую точность измерения за счет глубокой отрицательной обратной связи, охватывающей всю схему измерения, включая чувствительный элемент. Они обладают повышенной чувствительностью, возможностью охвата нескольких пределов измерения без замены деталей и
узлов и высокой степенью конструктивной унификации.
Пневматические измерительные преобразователи, использующие преобразование перемещения чувствительного элемента, основаны на принципе, когда измеряемый перепад давления, воздействуя на чувствительный элемент измерительного блока, вызывает перемещение связанного с ним управляющего органа (заслонки) относительно сопла. Это приводит к изменению давления в линии сопла, а следовательно, и на выходе усилителя, управляемого этим давлением. Изменение давления на выходе усилителя вызывает перемещение элемента обратной связи и связанного с ним сопла до тех пор, пока не наступит положение равновесия. В качестве чувствительного элемента используют сильфонный элемент, обеспечивающий высокую точность преобразования разности давлений в перемещение.
Световодные датчики давления. С их помощью можно создать ЧЭ, отличающиеся одновременно высокой чувствительностью, минимальными размерами, малой инерционностью, большим динамическим диапазоном, отсутствием гальванической связи с объектом, устойчивостью к агрессивным средам, возможностью эффективного преобразования пропорционального давления оптического сигнала в электрический с помощью современных оптоэлектронных преобразователей.
В существующих манометрах эти требования удовлетворяются не полностью. Так, жидкостные манометры имеют высокую чувствительность (до 0,02 Па), но пригодны лишь для оценки статических давлений, сравнительно громоздки. Мембранные тензопреобразова-тели имеют токоподводы, значительные характерные размеры (6+10 мм).
Миниатюрные пьезопреобразователи (0 1 мм) имеют невысокую чувствительность, работают в основном в области средних давлений (<105 Па), не пригодны для работы на частотах ниже 5 Гц, отличаются сильной температурной погрешностью.
Емкостные преобразователи с ЧЭ в виде тонкой металлической мембраны, используемой в качестве одной из обкладок динамического конденсатора (05 + 6 мм), имеют высокую чувствительность и хорошие динамические характеристики, однако требуют частотной модуляции сигнала, сложных схем обработки сигнала. Понятно, что нужна и гальваническая связь с объектом.
В манометрических датчиках на основе световодов ЧЭ выполняется обычно в виде миниатюрной (0 1 мм) гибкой мембраны. Датчик имеет два (или более) световодов. Один из них транспортирует свет от внешнего источника к мембране. После отражения от нее свет поступает в другой световод и направляется к фотодиоду. Количество отражен-
но го в световод фотоприемного канала света пропорционально расстоянию между ним и мембраной и меняется в соответствии с ее прогибом под действием внешнего давления. Подобные датчики применяются в современной промышленности, в том числе для измерения быстрых пульсаций давления.
В световодных датчиках для контроля сравнительно больших давлений обычно используется эффект возникновения двойного лучепреломления в фотоупругих материалах под действием давления. В них ЧЭ располагается между двумя световодами, на которых установлены скрещенные поляроиды. При вращении плоскости поляризации в ЧЭ (кристалл кварца и т.п.) изменяется световой поток через него, измеряемый огггоэлектрон-ным датчиком на внешних торцах световодов. Подобные датчики применяют, например, для измерения давления в скважинах при геофизических исследованиях и других экстремальных условиях.
Для измерения в области очень низких давлений до Ю-3 мм рт. ст. распространение получили ионизационные манометры (ИМ). В них разрядный ток служит мерой давления. Различные модификации ИМ в основном состоят из накаленного катода, спирального или сетчатого анода и коллектора в качестве ионной ловушки. Показания такого ИМ зависят от рода газа. Обычно непосредственно измеряется давление воздуха или азота, для других газов вводятся поправки. Для повышения точности измерений иногда (для устранения десорбции ионов) устанавливают диафрагму между коллектором и источником ионов.
Глава 1.11
ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ И РАСХОДА
Уровень заполнения и расход входят в число параметров, характеризующих состояние среды. При выборе устройства для измерения уровня или расхода необходимо учитывать такие физические и химические свойства материала, как температура, абразивные свойства, вязкость, электрическая проводимость, радиоактивность, химическая агрессивность и т.д. Кроме того, следует принимать во внимание рабочие условия в резервуаре или трубопроводе и* около него : давление, температуру, способ заполнения, наличие перемешивающих устройств, огнеопасность и взрывоопасность.
1.11.1. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ
Наиболее распространенными измерителями уровня являются устройства, в которых в качестве чувствительных элементов использу-
ются поплавки. Физический принцип основан на уравновешивании силы тяжести и выталкивающей силы, действующих на поплавок в противоположных направлениях.
В качестве поплавков применяют преимущественно полые шаровидные или цилиндрические тела, полость которых меньше плотности жидкости. Изменение плотности жидкости или условий трения в системе передачи показаний приводит к дополнительной погрешности.
В простейшем случае поплавок крепят к тросику или цепочке, перекинутым через ролик или зубчатое колесо. Измеренная величина передается механическим способом. Для обеспечения непрерывного функционирования к другому концу тросика или цепочки крепят противовес. При данном способе угол поворота ролика соответствует изменению уровня жидкости.
В большинстве случаев применяют системы электрической передачи данных. Для преобразования перемещения поплавка в электрическую величину используют потенциометры, например спиральный многооборотный потенциометр. Полученное напряжение, соответствующее уровню жидкости, передается на индикатор.
Вместо потенциометра применяют сельсин с редуктором. Электромеханическая передача представляет собой "электрический вал", так как вторичный прибор состоит из сельсина, соединенного со счетным механизмом. При вращении ротора сельсина вращается барабан счетного механизма и на индикаторе появляются цифры, указывающие уровень жидкости.
Другим методом преобразования перемещения поплавка в электрический сигнал является метод шаговых переключений. Обязательным условием для применения данного метода является относительно медленное изменение уровня жидкости. Диапазон изменения уровня делится.на некоторое число ступеней. Тросик (или цепочка), на котором закреплен поплавок, перекинут при этом через шестерню. Спусково/i переключатель при изменении уровня на одну ступень осуществляет кратковременное замыкание импульсивных контактов, причем повышению и понижению соответствуют отдельные контакты. Реверсивный счетчик, суммируя импульсы с учетом их знака, дает показание уровня жидкости. При "кодовом" методе каждому положению поплавка соответствует определенное сочетание положений переключателей, каждый из которых имеет свою цену деления. Затем полученная кодовая посылка преобразуется в сигнал напряжения или тока.
Способ преобразования перемещения поплавка в электрический сигнал с использованием магнитной связи основан на том, что в
поплавке находится кольцевой магнит, который взаимодействует со стержневым магнитом (рис. 1.11.1). Поплавок 1с кольцевым магнитом 4 скользит вдоль направляющей трубки 2, а стержневой магнит 3 перемещается вместе с ним внутри трубки. Перемещение внутреннего магнита передается наружу и преобразуется в электрический сигнал.
2
Рис. 1.11.1. Схем* поплавкового уровнемера с магнитной связью
Широко распространены буйковые уровнемеры, которые известны также под названием "глазок Вейса". Трубчатый поплавок, а в емкостях высокого давления - сплошной алюминиевый стержень, свободно подвешен на пружине. В зависимости от уровня жидкости на стержень действует подъемная сила, вследствие чего пружина сжимается и укорачивается. Поплавок соединен с плунжером соленоидного дифференциально трансформаторного датчика. Плунжер перемещается в герметичной гильзе из отпущенной легированной стали с 0,2 % ванадия. Гильза расположена в системе, имеющей первичную и вторичную обмотки. В цепь вторичной обмотки включен гальванометр, ток через который определяется уровнем в резервуаре.
Электромеханический метод измерения уровня с применением отвеса используют для измерения уровня заполнения сыпучим материалом. Метод основан на использовании отвеса, опускающегося на тросике до тех пор, пока не изменится натяжение тросика в момент его касания с поверхностью измеряемого материала. Необходимо учитывать влияние растяжения тросика вследствие воздействия массы отвеса и массы смотанного с барабана тросика. Недостаток метода в том, что необходимо при каждом измерении поднимать и опускать отвес.
Таким образом, электромеханические уровнемеры предназначены для измерения уровня жидкости, отвесы - для измерения уровня сыпучих материалов. Преимущество электромеханических уровнемеров заключается в их относительной надежности и в возможнос-
ти применения в различных условиях эксплуатации, в том числе в резервуарах высокого давления. Температура или состав жидкости не имеют значения. Большинство электромеханических уровнемеров не требует вспомогательных источников энергии, что повышает надежность. Несмотря на наличие движущихся частей, нуждающихся в постоянном техническом обслуживании, эти уровнемеры пока еще широко применяют вследствие их простоты.
Обычные механические уровнемеры не позволяют производить непрерывные измерения, если объектом измерения являются вязкие, зернистые или порошкообразные материалы. Емкостный метод дает такую возможность. В этом методе конденсатор образован стенкой резервуара и щупом, погруженным в его содержимое. Емкость конденсатора находится в диапазоне пикофарад, обусловливается выбором частоты.
Измерение емкости осуществляют при помощи резонансных схем или мостов переменного тока с самоуравновешиванием. Верхняя часть конденсатора заполнена воздухом, нижняя - сыпучим материалом или жидкостью. Емкость изменяется в зависимости от повышения или понижения уровня заполнения.
Точность измерения зависит от конструкции, изоляции и правильного размещения емкостного зонда. Зонд в зависимости от требуемой длины выполняют из проволочного тросика, металлического стержня или трубки. Если материал, заполняющий резервуар, обладает электропроводностью или подвержен коррозии, измерительный зонд покрывают слоем эбонита, стекла или другого материала. Применение емкостного метода измерения уровня связано со сравнительно высокими расходами, так как приходится использовать источник тока высокой частоты. Погрешность измерения 2 - 3 %. Для компенсации изменений емкости вследствие изменения электрических свойств жидкости применяют системы измерения, содержащие два зонда. Второй зонд служит в качестве компенсационного, и его устанавливают так, чтобы он всегда был полностью покрыт жидкостью.
Кондуктометрический метод измерения уровня основан на изменении силы тока. В пустом резервуаре сопротивление между двумя электредами бесконечно велико; при погружении электродов в проводящую среду сопротивление уменьшается соответственно величине проводимости. Область применения метода ограничена исключительно изменением уровня заполнения токопроводящими жидкостями.
Кондуктометрические индикаторы уровня выполняют в виде указателей предельных значений или уровнемеров, осуществляющих непрерывное измерение. Особое значение они приобретают как дистанционные измерители
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87] [стр.88] [стр.89] [стр.90] [стр.91] [стр.92] [стр.93] [стр.94] [стр.95] [стр.96] [стр.97] [стр.98] [стр.99] [стр.100] [стр.101] [стр.102] [стр.103] [стр.104] [стр.105] [стр.106] [стр.107] [стр.108] [стр.109] [стр.110] [стр.111] [стр.112] [стр.113] [стр.114] [стр.115] [стр.116] [стр.117] [стр.118] [стр.119] [стр.120] [стр.121] [стр.122] [стр.123] [стр.124] [стр.125] [стр.126] [стр.127] [стр.128] [стр.129] [стр.130] [стр.131] [стр.132] [стр.133] [стр.134] [стр.135] [стр.136] [стр.137] [стр.138] [стр.139] [стр.140] [стр.141] [стр.142] [стр.143] [стр.144] [стр.145] [стр.146] [стр.147] [стр.148] [стр.149] [стр.150] [стр.151]