Материал: Основы автоматизации производства

Метод измерения основан на том, что поток среды, протекающий в трубопроводе, неразрывен, и в месте установки дросселирующего сужающего устройства скорость его увеличивается. При этом происходит частичный переход потенциальной энергии давления в кинетическую энергию скорости, вследствие чего статическое давление в узком сечении будет меньше давления перед местом сужения, т. е. возникает перепад давления. Расходомер этого типа представляет собой измерительный комплекс, состоящий из трех узлов: приемного преобразователя, создающего перепад давления в зависимости от расхода среды и устанавливаемого внутри трубопровода; соединительных трубок с вспомогательными устройствами; дифференциального манометра.

В качестве устройства для создания в трубопроводе перепада давления чаще всего используются стандартные сужающие устройства: диафрагмы (рис. 76, а), сопла (рис. 76, б) и трубы Вентери (рис. 76, в).

Дифференциальные манометры, применяемые для измерения перепада давления в расходомерах, имеют неравномерную шкалу в связи с существующей квадратичной зависимостью между перепадами давления и объемным расходом.

Рис. 76. Стандартные сужающие устройства расходомеров переменного перепада давления:

а – дисковая диафрагма; б – сопло; в – труба Вентури; 1 – труба; 2 – сужающее устройство

Рис. 77. Шариковый расходомер

Таблица 13

Технические характеристики шариковых расходомеров

Расходомеры переменного перепада давления получили наибольшее распространение в литейных и термических цехах.

Расходомеры переменного уровня предназначены для измерения расхода жидкости, находящейся под атмосферным давлением. Принцип действия этих расходомеров основан на зависимости уровня со свободным стоком жидкости от расхода.

Индукционные электромагнитные расходомеры предназначены для контроля расхода жидкостей, удельная электропроводность которых не менее 10^-3 см/м. Принцип их действия основан на измерении электродвижущей силы, наводимой в электропроводной жидкости при прохождении ее через магнитное поле. Электродвижущая сила пропорциональна скорости (расходу) потока.

В тахометрических расходомерах основным элементом является крыльчатка, вращающаяся под действием потока с угловой скоростью, пропорциональной скорости потока и, следовательно, расходу.

В последние годы весьма перспективными стали шариковые и турбинные тахометрические расходомеры. Шариковые расходомеры имеют преимущества перед турбинными в простоте конструкции и высокой эксплуатационной надежности.

В шариковом расходомере (рис. 77) в качестве подвижного элемента применен шарик 3, который изготовлен из ферромагнитного материала с пластмассовым покрытием. Под действием закрученного потока шарик совершает планетарное движение, для чего используется направляющий аппарат 1, выполненный в виде многозаходного винта, помещенного в корпусе 2. При выходе из прибора поток успокаивается (сглаживается) струевыпрямителем 6, на крестовине которого закреплено ограничительное кольцо 5, удерживающее шарик. Частота вращения шарика регистрируется индуктивным преобразователем 4, частота наводимых сигналов которого пропорциональна расходу потока, и преобразуется в сигнал постоянного тока 0 ... 5 мА.

Технические характеристики некоторых видов шариковых расходомеров приведены в табл. 13.

3. Счетчики жидкостей и газов

В зависимости от принципа действия счетчики жидкостей и газов делят на скоростные и объемные.

Принцип действия скоростных счетчиков основан на суммировании числа оборотов помещенного в поток вращающегося устройства за какой-либо отрезок времени. По конструкции их подразделяют на счетчики с вертикальной вертушкой и счетчики с винтовой вертушкой. Первые применяют для измерения малых расходов жидкостей, а вторые – для измерения больших расходов.

Скоростной счетчик типа УВК (рис. 78) состоит из двух основных частей: измерителя скорости потока и счетной головки. Счетный механизм отделен от потока контролируемой жидкости специальной перегородкой 3. Под воздействием потока жидкости крыльчатка 5 приводится во вращение. Передача вращения от крыльчатки через редуктор 4 счетному механизму 1 осуществляется с помощью магнитной муфты 2, которая используется для отключения последнего.

К достоинствам скоростных счетчиков с вертикальной крыльчаткой относятся простота конструкции, небольшая потеря давления и низкая чувствительность к загрязнениям. Недостатками этих счетчиков являются нереверсивность действия, приводящая к одностороннему изнашиванию, и необходимость установки счетчика на горизонтальных участках трубопровода. Счетчики с вертикальной вертушкой применяют для измерения количества воды, подаваемой в цехи.

Объемные счетчики применяют для измерения количества чистых (без механических примесей) нейтральных и агрессивных жидкостей разной плотности и вязкости (например, воды, керосина, бензина, мазута и масел), а также газов. По конструкции их подразделяют на шестеренчатые и поршневые.

Наибольшее распространение получили счетчики с овальными шестернями (табл. 14).

Поток измеряемой жидкости, проходя через измерительную камеру, вращает находящиеся в зацеплении овальные шестерни. В зависимости от расположения шестерен относительно входа потока жидкости каждая из них попеременно является то ведущей, то ведомой. Для полного представления о принципе работы счетчика с овальными шестернями необходимо рассмотреть его работу (рис. 79).

Рис. 78. Скоростной счетчик типа УВК

Таблица 14

Технические характеристики счетчиков жидкостей и газов

В измерительной камере 1 под действием разности давлений

Р₁ – Р₂ в потоке свободно вращаются две овальные шестерни 2. В положении I на левой шестерне возникает вращающий момент М, поворачивающий ее против часовой стрелки, а левая шестерня перемещает правую. В положении II момент действует и на правую шестерню. Таким образом, в положении II моменты действуют на обе шестерни. В положении III вращение правой шестерни осуществляется за счет вращения левой (аналогично положению I). Следовательно, за один оборот счетчик пропускает четыре измерительных объема Q. Учет жидкости, протекающей через счетчик, заключается в отсчете числа оборотов шестерен. Неравномерность вращения шестерен не влияет на процесс измерения. Вращение одной шестерни с помощью магнитной муфты передается на счетный механизм, который имеет стрелочный указатель.

4. Счетчики и весы твердых и сыпучих материалов

В литейных цехах необходим автоматический учет форм, движущихся на литейном конвейере, и отливок, перемещающихся на пластинчатых транспортерах или по наклонным роликовым транспортерам. Система автоматического учета в этих случаях, как правило, состоим из устройства, выдающего механический или электрический сигнал при прохождении мимо него изделия, и счетчика, суммирующего эти сигналы.

Применяемые датчики сигналов подразделяют на механические и электрические, а счетчики – на механические и электромагнитные.

Механические датчики с рычажным приводом через кинематическую передачу воздействуют на механические счетчики, установленные в непосредственной близости от датчика. Механический счетчик представляет собой набор цифровых барабанов, связанных определенным образом между собой. На каждом барабане нанесены цифры от 0 до 9, цифры первого барабана соответствуют количеству единиц, второго – количеству десятков, и т. д.

Электроконтактные датчики импульсов представляют собой рассмотренные в гл. 4 путевые выключатели, которые срабатывают при прохождении литейной формы и подают электрический сигнал на электромагнитный счетчик.

Фотоэлектрические датчики основаны на явлении фотоэффекта. Принцип их действия был рассмотрен в гл. 2.

Радиоизотопные датчики импульсов применяют в системе учета остывания отливок и нагретых изделий. Радиоизотопные датчики содержат излучатель, испускающий поток радиоактивных лучей, и воспринимающее устройство. При прохождении между ними контролируемого предмета (отливки или изделия) часть лучей поглощается, и облучение воспринимающего устройства снижается, в результате чего на его выходе появляется электрический сигнал.

Наиболее распространенными устройствами, предназначенными для измерения количества твердых сыпучих материалов, являются весы. Различают два вида весов: порционные и конвейерные. Порционные весы используют для отвеса одного или нескольких порций заданного количества вещества. Конвейерные весы служат для непрерывного определения вещества, прошедшего за заданный промежуток времени. Такие весы называют ленточными весоизмерителями и используют для определения расхода формовочной и стержневой смеси, песка и других сыпучих материалов.

Порционные весы в зависимости от назначения и конструкции подразделяют на весы с ручной наводкой, платформенные, автомобильные, автоматические.

Весы с ручной наводкой (компарирующие) используют для взвешивания небольших количеств материалов. По конструкции их делят на гиревые, циферблатные и шкальные. Такие весы называют также рычажными. К весам с ручной наводкой относят и пружинные весы, в которых измеряемая величина определяется деформацией пружины под действием веса тела.

Платформенные и автомобильные весы предназначены для измерения массы груженых вагонов и автомобилей. Платформенные весы встраивают в железнодорожные пути, а автомобильные – у ворот цеха. Они состоят из платформы и системы противовеса (гирь). Для облегчения обслуживания такие весы оборудуют дистанционным управлением.

Автоматические порционные весы применяют для взвешивания различных формовочных материалов.

Рис. 81. Автоматические порционные весы

Все узлы весов размещают на раме (рис. 81). На этой же раме устанавливается тарельчатый питатель, диск 5 которого приводится во вращение электродвигателем 11 через червячный редуктор 12. Формовочный материал из бункера 10 подается на вращающийся диск в питатель, откуда он снимается ножом 6 и через рукав 4 попадает в ковш 1. Для предупреждения зависания материала и его разрыхления в питателе предусмотрен лопастной рыхлитель 9. В нижней части бункера 10 имеется окно, перекрываемое заслонкой 7 с помощью электромагнита 8. В начальный момент взвешивания окно полностью открыто. При достижении заданной массы заслонка 3 с помощью электромагнита 2 перекрывает подачу материала из рукава 4 в ковш 1, который системой рычагов связан с циферблатным прибором 13. На корпусе циферблатного прибора укреплен контакт 14 нулевого положения стрелок, а на его задней стенке – сельсин- приемник со стрелкой 15 с закрепленными на ней двумя контактами: 17 и 18. Контакт 17 предназначен для точного отвеса, контакт 18 – для грубого. Стрелка 15 устанавливается с помощью сельсина-приемника в положение, соответствующее массе навески. Масса порции задается на пульте управления путем поворота оси сельсин-датчика. Команды на управление электромагнитами 8 и 2 дает стрелка 16, которая при подходе к контактам 17 и 18 замыкает их.