Материал: Основы автоматизации производства

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.

5. Уровнемеры жидкостей и сыпучих материалов

Для контроля уровня жидкостей наибольшее распространение получили указательные стекла, поплавковые, буйковые, манометрические уровнемеры.

Наиболее простыми приборами для измерения уровня являются указательные стекла (водомеры), применяемые в паровых котлах, а также в различных емкостях для измерения уровня осветленных жидкостей. Они представляют собой стеклянную трубку с нанесенными на нее давлениями и соединенную с емкостью, в которой контролируется уровень жидкости.

Таблица 15

Технические характеристики поплавковых уровнемеров с пружинным уравновешиванием

Поплавковые уровнемеры широко применяют для измерения уровня разнообразных жидкостей (табл. 15). Простейший уровнемер (рис. 82, а) представляет собой плавающий поплавок 1, подвешенный на гибком тросе, перекинутом через блок. На втором конце троса вне сосуда для его натяжения подвешен груз 2 с укрепленной на ней стрелкой (указателем уровня), передвигающейся вдоль рейки со шкалой 3.

Буйковые уровнемеры (табл. 16) применяют в тех случаях, когда необходимо уменьшить перемещение поплавка относительно изменения уровня жидкости. В буйковом уровнемере (рис. 82, б) используется цилиндрический поплавок (буек) 2, закрепленный на пружине 1. Масса буйка зависит от глубины его погружения в жидкость, а жесткость пружины определяет коэффициент пропорциональности между изменением уровня и подъемом буйка. Класс точности 1,5 и 2,5.

Манометрические уровнемеры подразделяют, в свою очередь, на мембранные, пьезометрические и дифманометрические.

Мембранные уровнемеры предназначены для измерения уровня агрессивных сред в открытых емкостях. Они состоят из первичного преобразователя, преобразующего измеряемый параметр

в пневматический сигнал, и вторичного прибора.

Принцип действия преобразователя основан на пневматической силовой компенсации. Измеряемый параметр (высота столба жидкости) воздействует на чувствительный элемент – металлическую мембрану, установленную на дне емкости, и преобразуется в усилие, которое автоматически уравновешивается усилием, развиваемым давлением воздуха в сильфоне обратной связи. Эго давление является одновременно выходным сигналом датчика.

Рнс. 82. Схемы механических уровнемеров:

а – поплавкового; б – буйкового

Таблица 16

Технические характеристики буйковых уровнемеров

Действие пьезометрических (гидростатических) уровнемеров основано на следующем принципе. Если в емкость с жидкостью ввести вертикальную встроенную трубку, доходящую почти до дна, и подавать в нее чистый воздух, то его давление в трубке будет равно массе столба продуваемой жидкости, т. е. значению уровня.

Пьезометрические манометры применяют для контроля агрессивных жидкостей или эмульсий.

В дифманометрических уровнемерах об уровне судят по перепаду давления жидкости у дна сосуда и над ее поверхностью. Уровень жидкости этим способом можно контролировать как в открытых, так и в закрытых емкостях.

Для измерения уровня сыпучих материалов применяют емкостные, высокочастотные, радиационные, кондуктометрические, весовые и механические уровнемеры.

Емкостные уровнемеры предназначены для измерения уровня сыпучих материалов и жидкостей. Принцип их действия основан на использовании зависимости электрической емкости системы «измерительный электрод – измеряемая среда». В этих приборах чаще всего используют емкостной преобразователь, представляющий собой коаксиально расположенные трубки, помещенные в объеме материала. Емкость преобразователя измеряется индуктивноемкостным мостом. С изменением уровня измеряемой среды вдоль оси преобразователя меняется его емкость, что приводит к нарушению равновесия моста и появлению на выходе сигнала разбаланса, пропорционального уровню измеряемой среды.

В последнее время промышленность освоила выпуск унифицированных высокочастотных резонансных измерителей и сигнализаторов уровня сыпучих материалов и жидкостей, работа которых основана на высокочастотном методе измерения. Эти приборы с успехом могут быть использованы в литейных цехах для измерения уровня формовочных материалов.

Рис. 83. Весовой уровнемер

Радиационные уровнемеры можно применять и как уровнемеры, и как сигнализаторы уровня. В качестве первичного преобразователя контрольно-измерительной системы используют приемное устройство (детектор) радиоактивного излучения, источниками которого служат радиоактивный изотоп кобальта (церий 137).

Радиоактивные сигнализаторы уровня можно использовать также для контроля уровня расплавленного металла в плавильной печи.

Кондуктометрические уровнемеры используют для сигнализации предельных, значений уровня токопроводящих материалов. Принцип действия этих сигнализаторов основан на замыкании электрической цепи первичного преобразователя материалом измеряемой среды.

Измерительная система состоит из первичного преобразователя и релейного блока. Техническое исполнение измерительных систем может быть различным и зависит от вида контролируемого материала.

Весовые уровнемеры используют для измерения уровня формовочных или шихтовых материалов в бункерах.

В схеме весового уровнемера с тензометрическими преобразователями (рис. 83), принцип действия которых был рассмотрен в гл. 2, при изменении уровня сыпучих материалов в бункере 1 изменяется электрическое сопротивление тензорезистора 2. В качестве вторичного прибора используется уравновешивающий мост 3.

Для измерения уровня формовочных материалов в бункерах и уровня материалов в вагранках и других плавильных печах применяют механические нестандартные уровнемеры, к числу которых относят флажковые, зондовые и боковые сигнализаторы уровня.

Флажковый, или лопастной, сигнализатор уровня (рис. 84) используют для контроля уровня смеси в бункерах. На нижнем конце рычага 3 шарнирно закреплена лопасть 1, удерживаемая в вертикальном положении пластинчатой пружиной 2.

Рис. 84. Флажковый сигнализатор уровня

На верхнем конце рычага установлен регулировочный винт 4. При заполнении бункера 6 формовочной смесью рычаг поворачивается и с помощью винта 4 воздействует на кнопку микропереключателя 5. Пластинчатая пружина позволяет лопасти отклоняться без поворота рычага 3 при динамическом воздействии формовочной смеси, которое может иметь место в начальный момент заполнения бункера. Недостатком рассмотренной конструкции является снижение чувствительности датчика при налипании материала на лопасть.

Зондовый сигнализатор уровня применяют для определения уровня шихты в вагранке. Зондовый сигнализатор (рис. 85) имеет зонд 1, подвешенный на тросе, который через блок 2 соединяется с барабаном 3. Барабан приводится во вращение пневматическим цилиндром 4. С помощью электромагнитного клапана 5 в левую полость цилиндра 4 периодически подается сжатый воздух или полость соединяется с атмосферой. Во втором случае под действием веса зонд опускается и перемещает шток поршня влево. Если уровень шихты нормальный, то упор 6 штока не доходит до кнопки микропереключателя 7. При более низком уровне шихты упор нажимает на стержень микропереключателя и подается команда на загрузку очередной порции шихты в вагранку. Подъем зонда осуществляется подачей сжатого воздуха в левую полость цилиндра 4.

Боковой сигнализатор уровня работает аналогично зондовому (рис. 86). Щуп 1, закрепленный на штоке пневматического цилиндра 2, периодически вдвигается через отверстие в стенке вагранки. Длина хода щупа зависит от уровня шихты.

Рис. 85. Зондовый сигнализатор уровня

Рис. 86. Боковой сигнализатор уровня

6. Техника безопасности при контроле расхода, количества и уровня

К числу мероприятий по технике безопасности при эксплуатации приборов расхода, количества и уровня относятся следующие.

Основным мероприятием безопасной эксплуатации расходомеров переменного перепада является обеспечение сброса продуктов продувки в дренажные или канализационные линии, чтобы предотвратить загрязнение окружающего воздуха продуктами продувки.

Для всех приборов, счетчиков и установок, расположенных в труднодоступных для обслуживания местах, должны быть предусмотрены площадки или колодцы с лестничными хорошо освещенными подходами. Для счетчиков должны быть предусмотрены обводные линии.

Все элементы приборов, питаемые током опасного напряжения, должны быть надежно заземлены.

Основными сигнализаторами уровня, применяемыми в литейных и термических цехах, являются электрические, поэтому общими требованиями безопасной эксплуатации их являются обеспечение каждой автономной измерительной системы удобными средствами отключения питающей электрической линии при аварийных ситуациях, а также обеспечение каждого прибора средствами самостоятельной защиты от токов короткого замыкания. Корпуса релейных блоков, к которым подводится ток опасного напряжения, должны быть Надежно заземлены.

Для кондуктометрических сигнализаторов значение напряжения постоянного и переменного токов в электродной системе не должно превышать соответственно 24 и 36 В.

Радиоактивные приборы являются совершенно безопасными только в случае соблюдения всех требований эксплуатации, перечисленных в монтажно-эксплуатационной инструкции для каждого радиоактивного прибора.

Контрольные вопросы и задания

1. Что называется расходом вещества и в каких единицах он измеряется?

2. Расскажите о классификации приборов для измерения расхода жидкостей, газов, твердых и сыпучих материалов.

3. Расскажите о классификации приборов для контроля уровня жидкостей и сыпучих материалов.

4. Изложите принцип действия расходомеров обтекания.

5. Изложите принцип действия расходомеров переменного перепада давления.

6. Изложите принцип действия расходомеров переменного уровня.

7. Изложите принцип действия индукционных расходомеров.

8. Изложите принцип действия тахометрнческих расходомеров.

9. Расскажите об устройстве и работе счетчиков жидкости и газов.

10. Расскажите о работе и устройстве счетчиков и весов твердых и сыпучих материалов.

11. Изложите принцип действия поплавковых и буйковых уровнемеров.

12. Изложите принцип действия манометрических уровнемеров.

13. Изложите принцип действия емкостных и высокочастотных уровнемеров.

14. Изложите принцип действия радиационных и кондуктометрнческих уровнемеров.

15. Изложите принцип действия весовых уровнемеров.

16. Изложите принцип действия механических нестандартных уровнемеров.

Глава 10. Контроль специальных параметров

1. Контроль состава газа

В литейных и термических цехах приходится контролировать состав самых разнообразных газов: горючих газов и продуктов их сгорания, защитных атмосфер и газов в воздухе помещений цехов. Контроль состава газа позволяет судить о правильности протекания технологического процесса. Например, по составу защитных атмосфер в термических печах определяют качество процесса химико-термической обработки; по составу дымовых газов судят о полноте сгорания топлива в печах; по составу колошниковых газов в доменной печи ведут процесс плавки и т. д.

Газоанализаторами называют приборы, предназначенные для количественного определения состава газа (одного или нескольких компонентов). Они проградуированы в объемных процентах. По назначению различают переносные и технические газоанализаторы. Первые используют для лабораторных исследований и проверки автоматических газоанализаторов.