Основные сужающие устройства

При выборе сужающего устройства необходимо учитывать следующее. Потери давления в сужающих устройствах увеличивается в следующей последовательности: труба Вентури, длинное сопло Вентури, короткое сопло Вентури, сопло, диафрагма. Изменение или загрязнение входного отверстия сужающего устройства в процессе эксплуатации влияет на коэффициент расхода диафрагмы в большей степени, чем на коэффициент расхода сопла.

Диафрагмапредставляет собой тонкий диск 1 с круглым отверстием, ось которого располагается по оси трубы. Передняя (входная) часть отверстия имеет цилиндрическую форму, а затем переходит в коническое расширение. Передняя кромка должна быть прямоугольной (острой) без закруглений и заусениц.

Рисунок 1 - Расположение диафрагмы в трубе, вид в разрезе (1 - кольцевые камеры, 2 - диафрагма, 3 - отдельные отверстия для отбора давления, 4 - выводы импульсных трубок)

При измерении расхода загрязнённых жидкостей и особенно газов у стандартной диафрагмы, установленной на горизонтальной трубе, могут образовываться отложения. Чтобы не допустить это применяют сегментные и эксцентричные диафрагмы. Сегментные диафрагмы представляют собой кольцо, в которое вварен диск с вырезанным в его нижней части сегментом или сектором. Кольцо зажимается между фланцами трубопровода. Кромка диафрагмы со стороны потока должна быть острой. Отверстия сегментной и эксцентричной диафрагм располагают в нижней части сечения трубы, а выводы импульсных трубок - в верхней части трубопровода вне пределов отверстия. Они могут применяться для измерений расхода жидкостей, из которых выделяются газы; в этом случае отверстия истечения располагают вверху. Сегментные диафрагмы могут устанавливаться на трубопроводах диаметром от 50 до 1000 мм.

При измерении малых расходов, перепад давления на диафрагме может быть не достаточен для организации измерения. В таких случаях возможен вариант с установкой двух диафрагм с разным диметром и отбором разницы давлений до первой и после второй.

Диафрагмы занимают первое место среди сужающих устройств по стоимости, простоте изготовления и монтажа.

Сопла. В случае измерения расхода газа, сопла могут устанавливаться на трубопроводе диаметром не менее 50 мм, в случае измерения расхода жидкости - не менее 30 мм. На рисунке вверху показан отбор статических давлений через кольцевые камеры, внизу - через отдельные отверстия.

Рисунок 2 - Схематичное расположение сопло в трубе (1-кольцевые камеры,2- сопло, 3- отдельные отверстия для отбора давления, 4- выводы импульсных трубок)

Профиль входной части сопла образуется двумя дугами окружности, из которых одна касается торцевой поверхности сопла со стороны входа, а другая - цилиндрической поверхности отверстия. Сопряжение обеих дуг происходит почти без излома.

Сопло Вентури устанавливают на трубопроводах диаметром от 65 до 500 мм. Сопло Вентури состоит из профильной входной части, цилиндрической средней части (горловины) и выходного конуса. Профильная часть выполняется так же, как у нормального сопла для соответствующих значений m. Цилиндрическое отверстие должно переходить в конус без радиусного сопряжения. Сопло Вентури может быть длинным или коротким. У первого наибольший диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода, у второго он меньше диаметра трубопровода. Перепад давления следует измерять через кольцевые камеры. Заднюю (минусовую) камеру соединяют с цилиндрической частью сопла Вентури с помощью радиальных отверстий.

Труба Вентури устанавливается в трубопроводах диаметром от 50 до 1400 мм. Труба Вентури состоит из входного патрубка 1, входного конуса 4, горловины 5 и диффузора 6.Во входном конусе и горловине выполнены кольцевые усредняющие камеры 2. Они сообщаются с внутренними полостями входного конуса и горловины с помощью нескольких отверстий 3, которые при наличии в измеряемой жидкости взвешенных частиц прочищают с помощью специальных приспособлений. В нижней части кольцевых камер устанавливают пробковые краны для спуска жидкости. Труба Вентури называется длинной, если наибольший диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода, или короткой, если указанный диаметр меньше диаметра трубопровода.

Иногда, если не требуется высокая точность измерения, применения промышленных расходомеров нецелесообразно. В этих случаях может быть использован перепад давления, образующийся при протекании жидкости или газа через местное сопротивление.

Наиболее изученными местными сопротивлениями являются центробежные преобразователи расхода.Другими словами это закругленные участки трубопровода, например колено, создающие перепад давления на внешнем и внутреннем радиусах закругления в результате действия центробежных сил в потоке. Центробежный преобразователь расхода вместе с дифференциальным манометром, измеряющим создаваемый перепад давления, образует центробежный расходомер. Преимущество такого расходомера состоит в том, что не требуется вводить в трубопровод какие-либо дополнительные устройства. В качестве местного сопротивления для измерения расхода может быть также использован конический переход который можно рассматривать как входную часть трубы Вентури.

Расходомеры с гидравлическим сопротивлением основаны на измерении перепада давления, создаваемым этим сопротивлением. Для того чтобы перепад давления был пропорционален расходу, в расходомерах данного типа стремятся создать ламинарный режим потока. Т. е. такой поток, при котором жидкость или газ будут перемещаться слоями без перемешивания и пульсаций. Преобразователями обычно является капиллярная трубка или пакет таких трубок, как показано на рисунке. Расходомеры с гидравлическим сопротивлением применяются редко, в основном для измерения малых расходов.

Напорное устройство-преобразователь расхода жидкости (газа), в котором создается перепад давления, зависящий от динамического давления в одной или нескольких точках поперечного сечения потока.

Расходомер с напорным устройством – это расходомер переменного перепада давления, принцип действия которого основан на помещении в трубопровод Г-образной трубки (трубка Пито), направленной изгибом на поток. Трубка воспринимает полное давление в трубопроводе равного сумме динамического (зависит от скорости потока) и статического давления трубопровода.

Недостатком данного метода является то, что он применим только в трубопроводах большого диаметра.

Расходомер с напорным усилителем- расходомер переменного перепада давления, в котором сочетаются напорное и сужающее устройства. Перепад давления создается напорным усилителем как в результате перехода кинетической энергии струи в потенциальную, так и в результате перехода потенциальной энергии струи в кинетическую.

Чаще всего комбинируют: диафрагму с трубкой Пито (рисунок), а так же трубку Пито с трубкой Вентури, Это делается при небольших скоростях газовых потоков, если перепад давления очень маленький (действия одной трубки Пито не достаточно).

Расходомеры ударно-струйные основаны на принципе измерения перепада давления, возникающего в процессе удара струи о твердое тело непосредственно или через слой измеряемого вещества. Они применяются для измерения малых расходов жидкости и газа.

16. Автоматизация измерений расхода жидкости в ИК ИИС расходомерами переменного перепада давления.

17. Автоматизация измерений плотности жидкости в ИК ИИС.

Методы на основе определения давления. Для осуществления данных методов берется разница давлений между двумя уровнями жидкости или газа hρg, причём h это высота между уровнями, ρ – это плотность вещества в жидком состоянии и g – ускорение земного притяжения.

· методы на основе перепада давления. При поддержании постоянного уровня жидкости давление ниже поверхности жидкости и показывает её плотность. Можно замерять перепад давления между двумя разными уровнями жидкости. Этот перепад прямо пропорционален плотности жидкости. Этот метод носит название метода «с мокрой трубой», в которой находится разделительная жидкость, у которой плотность выше плотности рабочей жидкости, которую измеряют. Если нет возможности использования разделительной жидкости, используется повторитель давления, воспроизводящий давление в верхнем уровне и позволяющий прибору следить за перепадом давления между уровнями жидкости.

· плотномеры гидро- и аэростатического действия. Плотномеры гидростатического типа могут применяться, как для определения характеристик плотности жидкостей, так и для газовых сред. При измерении показателей плотности в жидкой среде анализируемая жидкость постоянно проходит через камеру с расположенными в ней измерительными сильфонами. Между этими сильфонами существует определенное расстояние по высоте, составляющее определенную величину Н, на один сильфон действует при этом большее гидростатическое давление, чем на другой. Сильфоны заполняются вспомогательной жидкостью. Один из сильфонов служит для компенсации температуры и, по существу, является жидкостным термометром с манометром. Разность усилий, возникающая по причине разности гидростатических давлений в сильфонах, создает на измерительном устройстве момент вращения, который передается в преобразователь силы, где происходит преобразование в унифицированный сигнал (электрический / пневматический).

· гидростатический плотномер для снятия показаний плотности в среде газа работает по методу, основанному на замере гидростатического давления. Принцип измерения базируется на продувке сжатого газа. Устройства данного типа находят спрос в технологических процессах на предприятиях химического производства, где измерение показаний плотности осуществляется уже в самих устройствах технологического оборудования, в которых устанавливаются трубки при их размещении на разной глубине погружения. Газ, как правило, воздух, подаётся от регулятора расхода на пневматические дроссели, а затем и на трубки. Через открытые отверстия трубок газ барботирует через жидкость. Гидростатическое давление в столбах жидкостей определяет давление находящегося в трубках газа. Разность давлений в трубках замеряет дифференциальный манометр, на котором потом выдается сигнал.
Использование двух трубок исключает вероятность воздействия измененного уровня жидкости на окончательные показания измерений.

· аэростатический плотномер газов. Работа данного плотномера основана на принципе действия, при котором анализируемый газ и воздух проходят при постоянных давлениях через вертикальные трубки. Внутренние камеры трубок образуют одинаково высокие столбы контролируемого газа и воздуха. Разность аэростатических давлений в столбах измеряет дифманометр колокольного типа, работающий по принципу уравновешивания, достигаемого посредством измерения выталкивающей силы. Передвижение колокола дифманометра преобразователь преобразует в унифицированные сигналы (электрический / пневматический).

· пузырьковый метод. Данный метод используется и для измерения уровня. Принцип данного метода основывается на выходе газа в виде пузырьков. Газ проходит в трубки, открытые концы которых погружаются в жидкую среду на разных глубинах, ограничивая давление в трубках. Размещение трубок в жидкости на разной глубине дает перепад давления между трубками. Измерением перепада давления в трубках определяется плотность рабочей жидкости. Данный метод не пригоден для контроля и определения плотности жидкостей, содержащихся в закрытых ёмкостях и имеющих твердые частицы, способные заблокировать трубки. Однако, хорошо подходит для агрессивных жидкостей при условии защиты погружаемых в эту жидкость трубок от агрессивных воздействий.

· вибрирующая труба. Жидкость, плотность которой мы определяем, протекает по трубке. На каждом конце трубки плотно зафиксированы грузы. Магнитные силы катушки возбуждения приводят трубу при прохождении через неё электрического тока (переменного) в колебательные движения. Вторая катушка, служащая приёмником, регистрирует амплитуду колебаний. Выходной сигнал служит обратной связью через усилитель, которые питает катушку возбуждения. При возбуждении поддерживаются колебательные движения трубы с её собственной частотой, зависящей от массы трубы, включая её содержимое. При постоянном объёме трубы частота её колебаний меняется в зависимости от плотности жидкости, находящейся в ней. Данный метод можно применять для жидкостей и жидкостей с содержанием твёрдых частиц для измерения значений плотности до 3000 кг/м³. Точность измерения данным методом с помощью вибрирующей трубы составляет ± 0,2%.

· вибрационные плотномеры проточного типа. Сегодня широкое применение в промышленности находят плотномеры проточного типа. Данный метод используется в автоматизированных системах по учету жидкостей, чистых и однородных, при их поточной подаче в продуктопроводы, где необходимо периодическое дистанционное определение плотности, температурных характеристик и кинематической вязкости анализируемых жидкостей, например, на магистралях с нефтепроводами, на станциях переработки товарной нефти. Проточные вибрационные плотномеры могут применяться при определении плотности жидкостей в автоматическом режиме с макс. кинематической вязкостью 1000 мм2/с при температурах - 40 °С до +85 °С. Измеренные показатели значений могут быть переданы в контроллер системы управления или в ПК. Жидкость для замера поступает в трубки, принцип действия которых аналогичен функции вибрирующей трубы, описанной выше и основанной на частоте колебаний, которую устанавливает плотность проверяемой жидкости. К вычислительному блоку подключены термометры сопротивления, изготовленные из платины и дающие возможность корректировки сигнала плотномера.

· вибрационный плотномер погружного типа, камертонный, для газов. Упоминая характеристику плотности газа, следует заметить, что это, пожалуй, один из самых важных показателей среди физических характеристик газов. Мы имеем в виду их плотность, определяемую при соблюдении нормальных условий: температуры 0 °С, соответственно, давления 760 мм рт. столба. Данный прибор хорошо подходит при осуществлении замеров плотности газов в условиях непрерывной работы. Плотномер камертонного типа оснащен электромеханическим генератором, который состоит из приемных катушек с магнитом, катушек возбуждения с магнитом, камертона, расположенного в отдельном корпусе, и усилителя электронного типа. На выходе происходит сравнение частоты колебаний усилителя с частотой кварцевого генератора. Частотомер измеряет разность частот этих колебаний, которые в конечном итоге и замеряют плотность газа. Прибор имеет высокий класс точности.

18. Электрохимические анализаторы жидкостей: потенциометрические; кондуктометрические.

Принцип действия потенциометрических анализаторов, относящихся к электрохимическим средствам измерений, основан на измерении потенциала электрода, размещенного в электролите, по которому определяется концентрация определяемого компонента анализируемого вещества.

В настоящее время Потенциометрические анализаторы используются для измерения концентраций различных ионов в жидкостях (ионометрия), для контроля окислительно-восстановительного (редокс) потенциала (редоксметрия), а также в газовом анализе.

В силу того что электродный потенциал непосредственно измерить нельзя, его измеряют косвенным путем по ЭДС гальванического элемента, составленного из измерительного (индикаторного) электрода 1 и сравнительного (вспомогательного или опорного) электрода 2. Оба электрода погружены в исследуемый электролит, например анализируемую жидкость, протекающую через ячейку 3. Потенциал измерительного электрода Е_Иизменяется при изменении концентрации ионов в анализируемой среде, а потенциал сравнительного электрода Е_СРостается постоянным, так как он не зависит от концентрации ионов в анализируемой среде. ЭДС такого гальванического элемента Е определяется разностью потенциалов измерительного и сравнительного электродов:

Измерение этой ЭДС при постоянном потенциале Е_СР позволяет получить информацию о концентрации определяемых ионов в анализируемой жидкости или о ее окислительно-восстановительных свойствах.

Для получения однозначной связи между ЭДС гальванического элемента и концентрацией определяемого иона измерительный электрод должен обладать селективностью к этому иону и не реагировать на изменение концентраций других ионов, содержащихся в анализируемой жидкости. На практике это требование трудно реализуемо, а потенциометрические анализаторы успешно применяются в основном в автоматическом контроле бинарных и псевдобинарных жидкостей.

В потенциометрии при создании гальванических элементов и электродов используются следующие потенциалы: электродный, возникающий при погружении металлических электродов в раствор их ионов; мембранный, возникающий на мембранах, обладающих селективной проницаемостью для одного типа ионов (полупроницаемые мембраны) и разделяющих два одинаковых раствора, содержащих эти ионы в различных концентрациях; окислительно-восстановительный (редокс-потенциал), устанавливающийся на инертных металлических электродах, помещенных в раствор окислительно-восстановительных веществ; диффузионный, возникающий в месте контакта двух растворов одного и того же вещества, обладающих разной концентрацией, или между двумя растворами разных веществ.

Потенциал металлического электрода, погруженного в раствор, содержащий ионы того же металла, из которого изготовлен электрод, описывается уравнением Нернста, полученным для разбавленных растворов в предположении, что поведение ионов в них подчиняется законам для идеальных газов:

В общем случае вместо понятия концентрации при определении электродного и других потенциалов используют понятие активной (эффективной) концентрации (активности) а _Ме++, которая отражает тот факт, что с увеличением концентрации ионов в растворе за счет их взаимного влияния в образовании электродного потенциала принимает участие лишь часть из них. Тогда уравнение (11.46) запишем так:

Окислительно-восстановительный потенциал, являющийся мерой окислительной или восстановительной способности раствора, возникает на электродах, металл которых не принимает участия в электродных процессах, а лишь обменивается электронами с компонентами окислительно-восстановительной реакции, протекающей в растворе. При этом электрод принимает потенциал, соответствующий равновесию этой реакции, описываемый выражением

Значение упомянутого диффузионного потенциала зависит от природы соприкасающихся растворов, их концентраций, скорости истечения и других факторов.

НАЗНАЧЕНИЕ АНАЛИЗАТОРОВ ЖИДКОСТЕЙ. АНАЛИЗАТОРЫ ЖИДКОСТЕЙ ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ АНАЛИЗАТОРОВ. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА АНАЛИЗА СОСТАВА ЖИДКОСТИ. КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА КОНТАКТНОГО КОНДУКТОМЕТРА. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ АНАЛИЗАТОРОВ

Анализаторы состава жидкостей представляют собой средства измерений, предназначенные для получения измерительной информации о количестве вещества или его концентрации, а также о сумме компонентов веществ в анализируемой жидкости. Анализаторы состава жидкостей состоят из первичного измерительного преобразователя (измеряемый компонент преобразуется в сигнал измерительной информации). Анализаторы состава жидкостей широко применяются в различных отраслях пищевой промышленности для определения качества сырья, промежуточных и готовых продуктов. По принципу действия анализаторы состава жидкостей подразделяются на электрохимические, оптические, диэлькометрические, титрометрические, радиоизотопные, акустические и тепловые.

Электрохимические анализаторы основаны на использовании электрохимических явлений, происходящих в специальных электродных системах, погружаемых в анализируемую жидкость.

Кондуктометрический метод, как контактный, так и бесконтактный, основан на измерении электрической проводимости анализируемых растворов.

Удельная электрическая проводимость растворов:

Удельная электрическая проводимость растворов

где f — коэффициент активности, учитывающий электростатические силы междуионного, притяжения, Кл/моль; С — концентрация электролита, моль/м3; a — степень диссоциации молекул; U — подвижность ионов. Электрическая проводимость многокомпонентного раствора зависит от концентрации каждого входящего в его состав электролита:

Электрическая проводимость многокомпонентного раствора

Кондуктометрический метод является интегральным и может с успехом использоваться для анализа бинарных и псевдобинарных смесей, в которых концентрации всех неопределяемых компонентов постоянны.

Контактные кондуктометрические анализаторы – анализаторы, принцип действия которых основан на непосредственном контакте электродов с анализируемым раствором. Чувствительный элемент прибора – измерительная ячейка — состоит из двух электродов, помещенных в анализируемый раствор на определенном расстоянии друг от друга. Сопротивление ячейки определяется только электрической проводимостью раствора. Сопротивление измерительной ячейки равно:

Величина K=L/S называется константой измерительной ячейки. Измерение электрической проводимости производится как на постоянном, так и на переменном токе.

Принципиальная электрическая схема кондуктометрического концентратомера (анализатора) моющих растворов

Концентратомер моющих растворов включает измерительный преобразователь (датчик) 1 и измерительное устройство 2. Датчик состоит из электродной ячейки ЭЯ, температурного компенсирующего резистора Rтс и шунтирующего резистора Rт для настройки схемы. Измерительное устройство представляет собой уравновешенный мост переменного тока и состоит из измерительной мостовой схемы М, электронного усилителя ЭУ и реверсивного электродвигателя РД, воздействующего на движок реохорда. Резисторы служат для настройки начала шкалы и регулировки прибора в процессе работы. Принцип: при изменении концентрации моющего раствора изменяется сопротивление между электродами измерительной ячейки ЭЯ, что приводит к разбалансу моста и к появлению на входе электронного усилителя сигнала, пропорционального изменению концентрации раствора. Этот сигнал усиливается и в зависимости от фазы разбаланса включается реверсивный электродвигатель РД, который перемещает движок реохорда в направлении ликвидации разбаланса системы.

19. Оптические анализаторы жидкостей: абсорбционно-оптические; рефрактометрические; люминесцентные; нефелометрические и турбидиметриче- ские.

Фотоколориметры или абсорбционно-оптические анализаторы. Принцип действия основан на зависимости поглощения поток проходящего монохроматического излучения от концентрации раствора или на зависимости оптической плотности раствора от его концентрации. Модель измерения выводится из уравнения Бугера–Ламберта–Бера:

где Фλ, Ф_λ0 – монохроматический поток излучения (прошедший через раствор и падающий, исходный); ε_λ – коэффициент поглощения данной длины волны λ; l – толщина слоя раствора (кюветы); C – концентрация.

Получим отношение Фλ,/Ф_λ0 = ехр(-ε_λ ·l ·C). Прологарифмировав отношение Фλ,/ Ф_λ0 и умножив на -1 правую и левую части уравнения, получим выражение, называемое оптической плотностью раствора Dλ.:

Рис. 40. Принципиальная схема одноканального абсорбционно-оптического анализатора

1 – источник; 2 – фильтр-монохроматор; 3– кювета; 4 – фотоприемник; 5 – усилитель; 6 –регистратор.

Выходной сигнал анализатора определяется следующими параметрами:

где S _λ– спектральная характеристика оптического фильтра (пропускание); U = Ф_λ0S_λКпКу; Кп – коэффициент преобразования фотоприемника; Ку – коэффициент усиления усилителя 5.

Рис. 41. Статическая характеристика абсорбционно-оптического анализатора

Более сложные абсорбционно-оптические анализаторы построены по многоканальной схеме с компенсационными измерительными схемами (рис. 42).

Рис. 42. Принципиальные схемы абсорбционно-оптических анализаторов:

а – одноканальные 2-хлучевые; б – двухканальные однолучевые.

Анализаторы, работающие по схеме а не имеют дополнительной погрешности из-за изменения спектральных характеристик источника 1 и фотоприемников 7, но могут иметь погрешность из-за неодинакового состояния кювет. Двухканальные однолучевые свободны от этого недостатка, но могут иметь мультипликативную погрешность из-за старения источника и фотоприемников.

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: