Рис2.19. Принцип действия преобразователя расхода ультразвукового типа
Скорость распространения ультразвукового сигнала в воде, заполняющей трубопровод, представляет собой сумму скоростей ультразвука в неподвижной воде и скорости потока в проекции на рассматриваемое направление распространения ультразвука. Время распространения ультразвукового импульса от ПЭП1 к ПЭП2 и от ПЭП2 к ПЭП1 зависит от скорости движения воды в соответствии с формулами:
где t1, t2 – время распространения ультразвукового импульса по потоку и против потока;
Lа – длина активной части акустического канала;
Lд- расстояние между мембранами ПЭП;
Со- скорость ультразвука в неподвижной воде;
V- скорость движения воды в трубопроводе;
α - угол в соответствии с рис 2.19.
Расход жидкости, протекающей на месте установки ПЭП:
где Δt - разность времени распространения ультразвуковых импульсов по потоку и против потока;
Д- диаметр трубопровода на месте установки ПЭП;
К- программируемый коэффициент коррекции.
У этого типа преобразователей расхода соотношение максимального и минимального измеряемых расходов не превышает величину
100:1.
Теплосчетчики с ультразвуковыми преобразователями расхода наиболее удобно применять в переносных приборах, служащих для экспресс – измерений, т.к. проведение измерения расхода ультразвуковым методом не требует нарушения целостности трубопровода.
Измерение частотных или временных характеристик ультразвукового сигнала менее чувствительно к возможным изменениям условий измерений. На эти характеристики могут влиять изменение амплитуды сигнала, вызванное появлением газовой фазы или твердых примесей, зафиксированное в виде «пропуска» сигнала, но данные изменения рассматриваются как нештатная ситуация, а не как изменение метрологических характеристикк. В том смысле, что прибор не выдает в качестве достоверной искаженную информацию: если показания есть, то они метрологически точны. Если происходит «зарастание» примесями датчика, то снижается амплитуда сигнала (вплоть до исчезновения), но это также не является изменением метрологических характеристик. Поэтому декларируемые преобразователями точность и динамический диапазон (1:100-1:200) сохраняютсяся в течении всего межповерочного периода измерений (МПИ).
Показания ультразвуковых расходомеров с времяимпульсным методом измерений могут не зависеть ни от температуры, ни от давления теплоносителя. В таких расходомерах скорость распространения ультразвуковых колебаний постоянно измеряется или рассчитывается при помощи аппроксимирующих полиномов.
Показания ультразвуковых расходомеров не подвержены манипуляциям с магнитом. Такие расходомеры могут применятся как в системах водоснабжения, так и в составе теплосчетчиков в отопительных системах на большинстве объектов, обеспечивая метрологически точные показания в широком диапазоне и в течение всего МПИ. Однако на передприятиях Архангельской области данные приборы пока не получили широкого применения. Одной из причин является высокие требования к измерительному участку и сложности при проведении поверочных работ.
5. Измерение уровня
Проверка уровня является одной из важных операций в системе контроля технологических процессов. Так, в химической и нефтехимической промышленности непрерывное измерение и сигнализация уровня составляют до 40% всех измерений.
При этом условия для выполнения таких измерений бывают самые разные — от неагрессивных жидкостей в резервуарах высотой 15... 20 м и более, агрессивных жидкостей (растворы солей, щелочи, кислоты и др.) в емкостях объемом 10...20 тыс. м3 и, наконец, кипящих жидкостей (барабаны энергоблоков, выпарные установки и др.).
Наибольшее применение для измерения уровня жидкостей получили поплавковый и гидростатический методы измерения. Для первого используют поплавковые уровнемеры, действие которых основано на следящем положении поплавка, а у второго—на измерении гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты ее уровня в резервуаре. Как правило, гидростатическое давление жидкости измеряют при помощи дифманометров, устанавливаемых ниже резервуара. Чтобы исключить влияние столба жидкости в импульсных линиях на результаты измерения, применяют уравнительные сосуды, в которых поддерживается постоянный уровень жидкости относительно измеряемого уровня жидкости в резервуаре.
Для измерения уровня жидкости широко используют также буйковые и реже пьезометрические уровнемеры. Акустический, индуктивный, высокочастотный и другие методы измерения уровня не получили распространения и в учебнике не рассматриваются.
6. Измерение концентрации растворов
Концентрацией раствора называют содержание вещества в единице объема воды, выраженное в процентах или в единицах массы (мг/л). В производственных условиях для непрерывного контроля концентрации растворов применяют специальные приборы, которые в зависимости от назначения и группы измеряемых веществ делятся на солемеры (определяют концентрацию растворов солей) и концентратомеры (определяют концентрацию растворов кислот и щелочей).
Солемеры применяют в паросиловых установках для непрерывного контроля за солесодержанием насыщенного пара. Насыщенный пар в пароперегревателе полностью испаряется, при этом соли, содержащиеся в котловой воде, осаждаются на трубках пароперегревателя и вызывают их перегорание. Некоторую часть солей пар уносит в паровую турбину, засоряя ими клапаны турбины и лопатки. Все это вызывает необходимость непрерывно контролировать солесодержание пара.
Принцип действия солемера (рис. 2.20) основан на изменении электропроводности конденсата в зависимости от концентрации соли.
Пар через пароотборное устройство 11 поступает в дегазационный холодильник 8. На входе в холодильник установлен патрубок 7 с большим числом мелких отверстий внутри (паровое сито), служащий, для очистки пара от случайных механических примесей и обеспечивающий равномерное распределение его по всему сечению холодильника. Контроль за состоянием парового сита осуществляют по манометру 10. Увеличение разности между давлением пара в котле и холодильнике сигнализирует о загрязнении сита.
Холодильник соединен с пароотборным устройством стальной трубкой 14 х 2 мм. Длина трубки при измерении солесодержания насыщенного пара 8... 10 м, перегретого пара 14... 16 м. Холодильник расположен ниже пароотборного устройства, а трубка, подводящая пар, соответственно наклонена, что обеспечивает скопление всего конденсата, образовавшегося в холодильнике, в нижней его части, откуда он через конденсаторное сито и дроссель 6с проходным отверстием диаметром 0,5 мм попадает в расширитель 2, сообщающийся с атмосферой. На крышке холодильника установлен дроссель 9 для удаления скопляющихся в холодильнике газов. Вместе с газом выходит небольшое количество пара, что предотвращает чрезмерное накопление газов в холодильнике и ограничивает их растворение в конденсате.
При выходе из холодильника в расширитель температура конденсата снижается до 100°С. Из расширителя конденсат поступает в преобразователь 3, а пар, образующийся в расширителе и попадающий в него из холодильника, выходит в атмосферу через отверстие в верхней части расширителя. Конденсат заполняет в преобразователе кольцевое пространство между двумя цилиндрическими электродами, пар отделяется сепаратором и через трубку выводится в атмосферу, а конденсат — в сливной бачок 5, откуда удаляется через сливную линию. Бачок создает подпор, обеспечивающий заполнение междуэлектродного пространства конденсатом. Преобразователь снаружи закрыт теплоизолирующим экраном и включен проводами, присоединенными к зажимам 4, в одном из плеч вторичного прибора электронного уравновешенного моста 1.
Электрическое сопротивление преобразователя находится в определенной зависимости от концентрации солей в конденсате пара. При его изменении нарушается равновесие и появляется напряжение в диагонали моста, которое усиливается электронным усилителем до значения, достаточного для приведения в действие
Рис. 2.20. Солемер: 1 - уравновешенный мост; 2 - расширитель; 3 -преобразователь; 4 - зажимы; 5 - сливной бачок; 6, 9 - дроссели; 7 - патрубок; 8 - дегазационный холодильник; 10 - манометр; 11 - пароотборное устройство
реверсивного электродвигателя. Электродвигатель, вращаясь, перемещает движок реохорда до наступления нового равновесия, после чего электродвигатель останавливается. С движком реохорда связана печатающая каретка с указателем. Так как каждому сопротивлению преобразователя соответствует определенное положение движка реохорда, при котором мост уравновешен, то положение указателя покажет содержание соли.
Концентратомеры. Действие их основано на зависимости электрического сопротивления раствора от его концентрации. Рассмотрим схему установки для измерения концентрации серной кислоты (рис. 2.21). Из кислотопровода 7 серная кислота проходит по соединительной трубе 4 через вентиль 2 и фильтр 3 в преобразователь 5. Внутри чугунного корпуса преобразователя установлен открытый снизу стакан 6 с рядом отверстий. Вверху стакана находится перегородка, в ней закреплены два измерительных электрода 7 и сравнительный электрод 8У устраняющий влияние температуры раствора на показания прибора. Электрод 8 заполнен кислотой постоянной известной концентрации.
Измерительные и сравнительные электроды медными проводниками соединены с электрическими зажимами, расположенными на стакане. Для улучшения контакта измерительных электродов с медными проводниками контактные трубки этих электродов заливают ртутью.
Кислота из преобразователя сливается через воронку 12 в кислотосборник (на рисунке не показан). Преобразователь соединен тремя проводами с измерительным устройством 9. При изменении концентрации раствора меняется его электрическое сопротивление. Это приводит к увеличению или уменьшению разности потенциалов между измерительными электродами, вследствие чего на измерительное устройство поступает соответствующий сигнал, который затем передается на показывающий 10 и самопишущий 11 милливольтметры. Шкалы этих приборов пересчитаны в единицах концентрации раствора (мг/л).
Рис. 2.21. Схема установки для измерения концентрации серной кислоты: 1 - кислотопровод; 2 - вентиль; 3 - фильтр; 4 - соединительная труба; 5 - преобразователь; 6 - стакан; 7 - измерительные электроды; 8 - сравнительный электрод; 9 -измерительное устройство; 10. 11 - милливольтметры; 12 - воронка
Приборы для измерения концентрации водородных ионов в растворах (рН-метры). На предприятиях химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, текстильной (при крашении тканей) и других отраслей промышленности кислотность или щелочность растворов в значительной степени влияет на ход технологического процесса и качество получаемой продукции. Кислотность и щелочность растворов определяются концентрацией в них водородных ионов. Для удобства измерения концентрацию водородных ионов характеризуют условным числом и обозначают символом рН. Значение рН чистой воды и нейтральных растворов равно 7. Раствор, рН которого более 7, является щелочным, менее 7—кислым. Приборы для измерения рН называют рН-метрами, в основу которых положен электрический способ измерения. При погружении в раствор электродов из определенных материалов на границе между электродом и раствором возникает электрический потенциал, зависящий от температуры и концентрации водородных ионов в растворе. Подобное же явление наблюдается на границе соприкосновения двух разнородных или однородных, но с разной концентрацией жидкостей, разделенных полупроницаемой перегородкой.
Число рН определяют путем измерения разности потенциалов между двумя электродами, из которых один (измерительный) погружен в исследуемый раствор, а другой (сравнительный) — в раствор с известным числом рН.
В качестве измерительного применяют стеклянный электрод (рис. 10.22, а) —толстостенную стеклянную трубку 2 с тонкостенным стеклянным шариком 1 на конце.
Шарик заполнен раствором бромистоводородной кислоты. В трубку вставлен вспомогательный электрод (серебряная проволока, покрытая слоем бромистого серебра) для снятия потенциала с внутренней поверхности шарика.
В качестве сравнительного применяют насыщенный каломельный электрод (рис. 10.22, б), который состоит из двух стеклянных трубок, вставленных одна в другую. Во внутренней трубке помещена перегородка с проходящей через нее платиновой (или серебряной) проволочкой. Под перегородкой находится химически чистая ртуть 4 и слой 5пасты из каломели (хлористой ртути), которые удерживаются ватным тампоном 6. Нижняя часть внутренней трубки заполнена раствором определенной концентрации и закрыта пробкой 7. Внешняя трубка заполнена тем же раствором и в дно ее впаян асбестовый фитилек для контакта с исследуемым раствором.
Рис.2.22. Электроды преобразователя pH-метра: а – измерительный электрод; б – сравнительный электрод; 1 – шарик; 2 – трубка; 3 – перегородка; 4 – ртуть; 5 – слой каломельной пасты; 6 – ватный тампон; 7 - пробка
При промышленном применении рН-метров два рассмотренных выше электрода помещают в специальный сосуд, через который непрерывно протекает испытываемый раствор. Такое устройство носит название преобразователя рН-метра.
Концентрацию водородных ионов раствора, протекающего в трубопроводе под давлением, определяют с помощью погружных преобразователей, имеющих оба электрода специальной конструкции, защищенные от механических повреждений и погружаемые непосредственно в трубопровод.
7. Контроль состава и влажности газов
Для правильного проведения различных технологических процессов необходимо определять содержание в газовой смеси углекислого газа, оксида углерода, водорода, кислорода, сероводорода, метана, хлора и других компонентов. Кроме того, воздух производственных помещений контролируют на содержание ядовитых и взрывоопасных примесей.
Состав газа выражают в процентах от общего объема газовой смеси. Приборы для контроля состава газовой смеси подразделяют на переносные неавтоматические газоанализаторы, используемые в лабораторной практике, а также для контрольных измерений и проверки стационарных автоматических газоанализаторов (в данном учебнике не рассматриваются), и стационарные автоматические, применяемые в промышленных условиях. По принципу действия стационарные газоанализаторы подразделяют на химические, электрические, магнитные и оптико-акустические. Последние применяют редко, поэтому они в учебнике не рассматриваются.
Химические газоанализаторы для определения процентного содержания отдельных компонентов в анализируемой газовой смеси основаны на поглощении компонентов газовой смеси соответствующими химическими реактивами. По сокращению объема смеси определяют процентное содержание в ней компонента. Горючие газы (например, сернистые) выделяют из смеси методом дожигания с последующим поглощением продуктов их сгорания реактивами.
Автоматический химический газоанализатор (рис. 2.23) предназначен для определения содержания углекислого газа СО2 в газовой смеси.
Рис. 2.23. Автоматический химический газоанализатор: 1 - электрический привод; 2 - редуктор; 3 - плунжер; 4 - цилиндр; 5 - волюметр; 6, 16, 17 - клапаны; 7- увлажнитель; 8 - фильтр; 9, 14 - колокола; 10 - диаграммная лента; 11 - перо; 12 - винт; 13 - воронка; 15 - поглощающий сосуд
Электрический привод 1 через редуктор 2 периодически перемещает вверх и вниз плунжер 3 в цилиндре 4. Перемещаясь вниз, плунжер вытесняет ртуть в сообщающийся с ним сосуд — волюметр 5 (сосуд для первичного отмеривания анализируемого газа) — и в выхлопной клапан 17. При повышении уровня ртути газ из волюметра вытесняется и через клапан 16 поступает в сосуд 15 с раствором щелочи, которая поглощает из него весь диоксид углерода, остальной газ удаляется в атмосферу через клапан 17.
Когда ртуть в волюметре 5 поднимется до суженной части и перекроет клапан 17, анализируемый газ из верхней части, имеющей определенный объем, пропускается через сосуд 15 и поступает под колокола 9 и 14 измерительной части прибора, находящиеся в жидкости. Первым поднимается колокол 14, наполняемый постоянным объемом газа. Остаток газа поступает под колокол 9, уровень поднятия которого зависит от объема газа, оставшегося непоглощенным. Количество этого остатка характеризуется прямой линией на диаграммной ленте 10, которая перемещается часовым механизмом. Высота отрезка прямой линии, записанной пером 11 на диаграммной ленте от нулевой линии, указывает концентрацию диоксида углерода CО2 в анализируемой газовой смеси.
При ходе плунжера 3 вверх ртуть в клапане 17 и волюметре 5 опускается и засасывается новая порция газовой смеси, которая последовательно пропускается через фильтр 8, увлажнитель 7 и клапан 6. Одновременно открывается клапан 17, через который газ из-под колоколов 9 и 14 удаляется в атмосферу. Плунжер 3, достигнув верхнего положения, направляется вниз, и цикл измерения повторяется. Высоту подъема колокола 14 регулируют винтом 12. Жидкость в камеры колоколов 14 и 9 и волюметр 5 заливают через воронки 13.
Автоматические химические газоанализаторы имеют ряд недостатков, основными из которых являются периодичность действия и значительный расход реактивов, теряющих после
нескольких анализов свою поглотительную способность, вследствие чего их приходится заменять новыми.
Электрические газоанализаторы на диоксид углерода. Действие газоанализаторов на диоксид углерода основано на сравнении теплопроводности газовой смеси и воздуха при одинаковой температуре. Теплопроводность газовой среды зависит от содержания в ней СО2, которое определяют измерением сопротивления нагретых проводников, помещенных в воздушную и газовую среды.
Определение содержания в газах суммы оксида углерода и водорода основано на измерении сопротивления электрического проводника, изменяющегося вследствие его нагревания при сгорании этих газов. Эти газоанализаторы применяют редко, поэтому в данном учебнике их не рассматривают.
При наличии в дымовых газах водорода и диоксида серы электрические газоанализаторы дают значительную погрешность. Поэтому в некоторых приборах этого типа предусматривается дополнительная электропечь для дожигания несгоревшего водорода, а диоксид серы из анализируемой смеси удаляют с помощью сернистого фильтра.
Для правильной работы газоанализатора температура анализируемой смеси должна быть близка к температуре помещения, в котором установлен преобразователь прибора. Перед поступлением в преобразователь газовая смесь охлаждается в холодильнике, а образующийся при этом конденсат удаляется в конденсационный сосуд.
Комплект типовой установки электрического газоанализатора на диоксид углерода показан на рис. 2.24.
|
Скачать 0.59 Mb.