Ім'я файлу: лекция 7.docx
Розширення: docx
Розмір: 207кб.
Дата: 25.10.2021
Пов'язані файли:
Полозун О.О. КЕ-18у-1.docx
1620671037961_КОНСЕРВУВАННЯ, ЛЕКЦІЇ 1,2.docx
2_5418303970655342648.docx
dsty_2212-2003.pdf
Тема 3.2.docx
лекция КУХТ.docx
молоко дсту.doc

Электромагнитные расходомеры.

Электромагнитные (индукционные) расходомеры предназначены для измерения расхода различных жидких сред, кристаллизирующихся, пленкообразующихся, с твердыми включениями жидк., в том числе пульп с мелкодисперсными неферромагнитными частицами, с электрической проводимостью не ниже 5-10 См/м, протекающих в закрытых полностью заполненных трубопроводах. Широко применяются в различных отраслях пищевой промышленности.

Электромагнитные расходомеры выполняются в виде двух отдельных блоков: измерительного преобразователя расхода 1 и измерительного блока — передающего преобразователя, в котором осуществляется приведение сигнала, полученного от измерительного преобразователя, к стандартизованному виду, удобному для дальнейшего использования.

Измерительный преобразователь расхода электромагнитного расходомера состоит из немагнитного" участка трубопровода с токосъемными электродами4,5расположеного между полюсами 2,3 электромагнита. Электроды подключены к втор. прибору 6. При протекании электропроводных жидкостей по немагнитному трубопроводу через однородное магнитное поле, создаваемое магнитом, в жидкости, которую можно представить как движущийся проводник, возникает электродвижущая сила, снимаемая электродами. Эта ЭДСЕ прямо пропорциональна средней скорости потока:
E=BLVcp,

гдеВ —коэф. электромагнитной индукции в зазоре между полюсами магнита. L— расстояние между электродами, м; Vcp— средняя скорость вещества, м/с, движущаяся через расходомер.

Поскольку площадь сечения трубы постоянна, ЭДС, снимаемая
с электродов, будет пропорциональна средней скорости вещества, то есть его расходу.

Автоматический контроль физических свойств вещества.

Для анализа св-в вещ-ва надо измерить температуру и давление.

Для анализа количественных характеристик вещ-ва надо измерить: расход, дозу, соотношение, уровень и т.д.

Для характеристики общего состояния вещ-ва надо измерить: плотность, вязкость, влажность, концентрацию, рН и др. величины которые хар-ют в конечном итоге качество продукции.

Соотношение нескольких св-в вещ-ва назыв. - качеством продукции, а количественная хар-ка одного или двух св-в продукции называется показателем качества.

Плотность.

Плотность- это физ.величина хар-щая отношение массы вещ-ва к занимаемому им объёму.

ρ=m/V [кг/м3], в СИ [г/м3].

Относительная плотность жидкости – отношение ее плотности при 20ºС к плотности дистиллированной воды при 4ºС. ρ204.

Относительная плотность газовой смеси - отношение их плотности к плотности сухого воздуха при норм.усл. (t=20ºС, р=160мм.рт.ст.).

Приборы для измерения плотности- плотномеры.

По принципу действия:

- поплавковые

- весовые

- гидростатические

-гидрогазодинамические

- радиоизотопные и др.

Для жидкостей используются автоматические и ручные плотномеры, которые подразделяются по принципу действия: поплавковые, массовые, гидростатические, радиоизотопные, вибрационные, ультразвуковые.

Поплавковые, или ареометрические, плотномеры разработаны на основе закона Архимеда, по которому масса жидкости, вытесненная плавающим аэрометром, равна его массе, такие приборы имеют погрешность 0,2—2% от диапазона показаний плотности, охватываемого шкалой прибора.

Массовые плотномеры созданы на принципе постоянного взвешивания определенных объемов жидкости, погрешность прибора составляет 0,5—1%.

Гидростатические плотномеры позволяют измерять давление столба жидкости неизменной высоты, погрешность соответствует 4%.

Радиоизотопные плотномеры работают на принципе нахождения ослабления пучка у-излучения, полученного при его поглощении или рассеянии слоем жидкости. Погрешность этого прибора составляет примерно 2%.

Вибрационный плотномер разработан на принципе зависимости резонансной частоты колебаний, которые возбуждаются в жидкости, относительно ее плотности, погрешность прибора составляют (1—2) х х 10-4 г/см3.

Ультразвуковые плотномеры созданы на основе зависимости скорости звука в среде относительно плотности среды, погрешность этих приборов — в пределах 5%.

Лабораторные плотномеры используются в качестве ручного периодического измерения относительной плотности веществ, в основном это аэрометры, пикнометры и гидростатические весы.

Ареометры  подразделяются на приборы постоянной массы, которые применяются в большинстве случаев, и постоянного объема. Ареометры постоянной массы состоят из шкалы плотности, балласта или дроби, связующей массы, встроенного термометра. Ареометры постоянного объема имеют: балласт или дробь, связующую массу, тарелку для гирь, метку.

Поплавковые.



Работа поплавковых плотномеров основана на законе Архимеда. Поплавковые плотномеры изготовляют с плавающим и с полностью погруженным поплавком. В поплавковых плотномерах используется зависимость выталкивающей архимедовой силы, действующей на поплавок, от плотности жидкости или газа. Поплавковые плотномеры могут быть с плавающим и с полностью погруженным поплавком. В первых, называемых ареометрами постоянной массы, мерой измеряемой плотности жидкости служит глубина погружения поплавка определенных формы и массы. Во вторых, ареометрах постоянного объема, глубина погружения поплавка остается постоянной, а изменяется выталкивающая сила, действующая на поплавок и пропорциональная измеряемой плотности. Поплавковые плотномеры подразделяются на плавающие и погруженные в жидкость.

- Плотномер с плавающим поплавком для жидкости состоит из основного сосуда, переливного сосуда, поплавка, сердечника, катушки, из входной трубы, подводящей грубы, отводящей трубы, термометра сопротивления, вторичного прибора, индукционного моста.

- Плотномер с погруженным поплавком для жидкостей включает в себя камеру, поплавок, уплотнительный сифон, противовес, коромысло, ролик, рычаг, мембранную коробку, заслонку, сопло, вторичный прибор. Эти типы приборов имеют отличительные особенности. Для одного отношение глубины его погружения обратно пропорционально плотности применяемой жидкости, в другом случае плотность прямо пропорциональна массе поплавка. Также поплавковые плотномеры используются для определения плотности газов. Конструкция поплавкового плотномера для газов включает в себя камеру, герметичный и открытые шары, коромысло, устройство для балансировки и регулирования чувствительности коромысла, груз, мембранную коробку, фильтры, постоянный магнит, стрелку прибора. Измерения осуществляются в результате постоянного взвешивания шара с азотом в камере, которая заполняется исследуемым газом. Мера плотности определяется относительно утла наклона коромысла, движение которого, взаимодействуя с магнитом, переходит к стрелке прибора.

Массовые плотномеры разработаны на принципе пропорциональности плотности и массы жидкости постоянному объему. Конструкция массового плотномера: U-образная трубка, тяги, соединительные патрубки, рычаг, противовес, сильфон, трубка для подачи воздуха, заслонка, сопло. Такие плотномеры оснащаются пневматическим преобразователем, жидкость определенного объема, протекающая по трубопроводу, беспрерывно взвешивается. В конструкции предусмотрена U-образная трубка, по которой движется проверяемая жидкость, объединенная с заслонкой рычажной системой. Давление воздуха в сильфоне аппарата, а также плотности жидкости, которые меняются пропорционально, определяются по вторичному прибору. Массовые плотномеры измеряют плотность суспензий, вязких жидкостей и жидкостей, в состав которых входят твердые включения.

Гидростатические плотномеры основаны на принципе линейной зависимости гидростатического давления относительно высоты уровня и плотности жидкости. Измерение столба жидкости происходит непосредственно при косвенном способе — производится продувание воздуха сквозь жидкость. Давление такого воздуха пропорционально столбу жидкости. В данном случае применяется пьезометрический плотномер.

Конструкторское решение пьезометрического плотномера: сосуд с исследуемой жидкостью, сосуд со сравнительной жидкостью, фильтр, измерительный блок с манометром, дифманометр, вторичный прибор. Дифференциальный метод продувания позволяет исключить воздействие колебаний температуры и уровня жидкости, в этом случае продувание воздуха осуществляется одновременно через исследуемую и сравнительную жидкости, которые непременно должны быть одной температуры, т. е. термостатированные.

Измерение разницы давлений осуществляется при помощи дифманометра. В конструкции дифманометра предусмотрено наличие пневмопреобразователя, создающего передачу соответствующего сигнала на вторичный прибор.

Гидростатический плотномер, измеряющий плотность газов, работает на принципе сравнения давления столба исследуемого газа и эталонного, имеющих равную высоту. Такой плотномер состоит из трубки, дифманометра и термостата. Дифманометр фиксирует перепад давлений, который пропорционален плотности проверяемого газа.

Радиоизотопные плотномеры основаны на изменении интенсивности ионизирующих излучений в результате их прохождения сквозь рассматриваемую среду. Состоит радиоизотопный плотномер из основного источника излучения и дополнительного источника излучения, сосуда с жидкостью, основного приемника излучения и дополнительного приемника излучения, электронного усилителя, основного электронного преобразователя и дополнительного электронного преобразователя, компенсирующего  клина, реверсивного электродвигателя, индуктивного передатчика, вторичного прибора. Плотность среды находится в функциональной зависимости от характера излучений, их ослабления. В таких плотномерах главным образом используется у-излучение.

Исследования основываются на прохождении излучения от источника сквозь пласт жидкости в сосуде, затем происходит попадание в приемник излучения. Плотность измеряется, и в электронном усилителе происходит усиление сигнала приемника, отправляемого в электронный преобразователь. В преобразователь также направляется сигнал, который создается излучением дополнительного радиоизо-топного источника, получаемый при прохождении сквозь поглощающий металлический клин и дополнительный приемник. Формирование сигнала, функционально объединенного с разностью поступающих сигналов, также выполняет функцию управления реверсивным электродвигателем, который, в свою очередь, двигает клин для получения равновесия входных сигналов от основного и дополнительного источников излучения, происходит в преобразователе. Баланс движения клина соотносит индукционную передачу с вторичным прибором, размер перемещения клина пропорционален трансформации плотности жидкости.

Радиоизотопные плотномеры предназначены для бесконтактного контроля и регулирования плотности агрессивных, сильновязких, горячих сред, сгущенного молока, сахарных сиропов, жидкостей, которые находятся под воздействием больших давлений, и т. д. Также плотномеры такого типа применяются для измерения плотности твердых тел, в некоторых случаях даже для измерения плотности газов.

Вибрационные плотномеры оснащаются чувствительным элементом, разработанным в виде металлической трубки, внутренняя часть которой в обязательном порядке подвергается полированию. Чувствительный элемент устанавливается в потоке исследуемого вещества с помощью электронного устройства, предусмотренного в конструкции трубки, в потоке происходит осциллирование трубкой, частота собственных колебаний трубки обусловливается плотностью вещества.

В настоящее время в конструкторское решение технологических плотномеров включаются микропроцессоры и вычислительные блоки, которые способны производить корректирование параметров при видоизменении внешних условий. Нововведения позволяют увеличить конструктивный потенциал, а также метрологические, эксплуатационные характеристики плотномеров.

В связи с тем, что относительная плотность постоянна для всех химически однородных веществ и растворов при стандартной температуре, это позволяет по значениям плотности, полученным при помощи плотномера, определять состояние примесей в веществах и растворах. Плотномеры широко используются для проведения большого спектра анализов, а также способны давать результаты по контролю технологических процессов производства, помогая в составлении автоматического управления этими процессами. Эти приборы получили применение при правильной организации системы количеств учета материала при их приемке, в процессе хранения и при выдаче. Применяются в различных отраслях хозяйствования, для научно-исследовательских целей.

Вязкость.

Вязкость - св-во газов и жидкостей оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой при сдвиге, растяжении и др. видах деформации.

Динамическая (абсолютная) вязкость µ – сила, действующая на единичную площадь плоской поверхности, которая перемещается с единичной скоростью относительно другой плоской поверхности, находящейся от первой на единичном расстоянии.

  В международной системе единиц (СИ), динамическая вязкость измеряется в Паскаль - секундах [Па·с].

Кинематическая вязкость ν – отношение динамической вязкости µ к плотности жидкости ρ и определяется формулой: 
  ν = µ / ρ, где µ - динамическая вязкость, Па·с, ρ - плотность жидкости, кг/м³.


В международной системе единиц (СИ), кинематическая вязкость измеряется в квадратных метрах на секунду [м²/с].

С повышением т-ры вязкость газов увеличивается, поскольку она обусловлена интенсивностью теплового движения. Вязкость гелия при приближении к ОК становится исчезающе малой (т.н. сверхтекучее состояние). Жидкостей с повышением т-ры уменьшается благодаря снижению энергии межмол. взаимод., препятствующих  перемещению молекул. В представлениях теории своб. объема установлено количественное соответствие между увеличением своб. объема жидкости и ее вязкости с ростом т-ры.

С увеличением давления вязкость всегда возрастает. При течении жидкости в цилиндрич. канале из-за тормозящего действия вязкого сопротивления устанавливается распределение скоростей по радиусу канала: у стенки канала она равна нулю, а в центре максимальна. При ламинарном течении ньютоновской жидкости профиль скоростей оказывается параболическим, и вязкость выражается через перепад давления  , требуемый для создания определенного объемного расхода Q: , где R-радиус, Z-длина канала (ф-ла Гагена-Пуазёйля).

Измерительный прибор для определения вязкости- вискозиметр.

По принципу действия:

- вискозиметры истечения

- вискозиметры с падающим шариком

- ротационные вискозиметры

- вибрационные вискозиметры (самые надежные).

Вискозиметры истечения

Принцип действия вискозиметра основан на зависимости динамической вязкости от перепада давления на капиллярной трубке при постоянном расходе анализируемой жидкости, протекающей через капилляр. Для определения вязкости жидкости при определенной температуре измерительный узел прибора термостатируют. Для поддержания постоянного расхода в приборе применен дозирующий насос шестеренчатого типа, действия вискозиметра состоит в том, что при вращении кольцевых весов создается перепад уровней ртути, под действием которого исследуемое вещество перетекает через капилляр из одного колена в другое.

Принцип действия вискозиметра с падающим шариком или с падающим цилиндром основан на измерении скорости перемещения шарика ( или цилиндра) под действием заданной силы в большом цилиндре, заполненном исследуемым расплавом.

Ультразвуковые вискозиметры обычно предназначены для измерения динамической вязкости. Принцип действия вискозиметра основан на определении времени затухания ультразвуковых колебаний в испытываемой жидкости.



Рис. 7.28. Схемы ротационных вискозиметров



Влажность

Влажность газовых смесей.

Абсолютная влажность газ.смесей  (лат. absolutus — полный) — физическая величина, показывающая массу влаги содержащейся в 1 м³ смеси или воздуха. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе. Обычно обозначается буквой f. Обычно используемая единица абсолютной влажности: [f] = 1 г/м³.

Относительная влажность газ.смесей   — отношение массы газа содержащегося в 1 м³ смеси к максимально возможному содержанию влаги(точка насыщения)в этом же объеме при одной и той же температуре. Обозначается греческой буквой φ, измеряется гигрометром.

По принципу действия влагомеры бывают:

- психрометры

-влагомеры точки росы

- сорбционно-кулонометрические и тд.

Психрометры

Психрометр (гигрометр) — прибор для измерения влажности воздуха и его температуры.

Современные психрометры можно разделить на три категории: станционные, аспирационные и дистанционные. В станционных психрометрах термометры закреплены на специальном штативе в метеорологической будке. Основной недостаток станционных психрометров — зависимость показаний увлажнённого термометра от скорости воздушного потока в будке. Основной станционный психрометр — психрометр Августа. В аспирационном психрометре (например, психрометр Ассмана) термометры расположены в специальной оправе, защищающей их от повреждений и теплового излучения окружающих предметов, где обдуваются с помощью аспиратора (вентилятора) потоком исследуемого воздуха с постоянной скоростью около 2 м/с. При положительной температуре воздуха аспирационный психрометр — наиболее надёжный прибор для измерения температуры и влажности воздуха. В дистанционных психрометрах используются термометры сопротивления, терморезисторы.

сорбционно-кулонометрические влагомеры

Данный метод является абсолютным и не требует градуировки прибора по эталонным газовым смесям. Сорбционно-кулонометрические влагомеры применяют для измерения микроконцентрации влаги в газах. Принципиальная схема кулонометрического влагомере :Во внутреннем канале цилиндрического пластмассового корпуса  размещены два электрода , выполненных в виде спиралей. Между электродами нанесена пленка  частично гидратированного пятиоксида фосфора, обладающего очень высокой способностью сорбировать влагу. Через чувствительный элемент в направлении, указанном стрелками проходит контролируемый газовый поток со строго постоянным расходом. Геометрические размеры чувствительного элемента и расход контролируемого газа подбирают таким образом, чтобы влага практически полностью извлекалась из газа. Обычно длина канала чувствительного элемента несколько десятков сантиметров, диаметр 0.5 – 2 мм; диаметр электродов не более 0.2 мм.

Поглощенная влага, соединяясь с веществом пленки, образует раствор фосфорной кислоты с высокой удельной электрической проводимостью. К электродам подключен источник постоянного напряжения, которое должно превышать потенциал разложения воды; поэтому одновременно с разложением влаги происходит ее электролиз. Получающиеся в процессе электролиза кислород и водород уносятся потоком контролируемого газа. В установившемся режиме количество поглощенной и разложенной в единицу времени воды одинаково, и следовательно, в соответствии с законом Фарадея сила тока, измеряемая микроамперметром, включенным последовательно с источником питания, является мерой концентрации влаги в анализируемом газе.

Влажность твердых веществ

  • Влажность обычно характеризуется количеством воды в веществе, выраженным в процентах (%) от первоначальной массы влажного вещества (массовая влажность) или её объёма (объёмная влажность).

  • Влажность можно характеризовать также влагосодержанием, или абсолютной влажностью — количеством воды, отнесённым к единице массы сухой части материала. Такое определение влажности широко используется для оценки качества древесины.

Эту величину не всегда можно точно измерить, так как в ряде случаев невозможно удалить всю неконденсированную воду и взвесить предмет до и после этой операции.

  • Относительная влажность характеризует содержание влаги по сравнению с максимальным количеством влаги, которое может содержаться в веществе в состоянии термодинамического равновесия. Обычно относительную влажность измеряют в процентах от максимума.

Влажность зависит от природы вещества, а в твёрдых телах, кроме того, от степени измельчённости или пористости. Содержание химически связанной, так называемой конституционной воды, например гидроокисей, выделяющейся только при химическом разложении, а также воды кристаллогидратной не входит в понятие влажности. Установление степени влажности многих продуктов, материалов и т. п. имеет важное значение. Только при определённой влажности многие тела (зерно, цемент и др.) являются пригодными для той цели, для которой они предназначены. Жизнедеятельность животных и растительных организмов возможна только в определённых диапазонах влажности и относительной влажности воздуха. Влажность может вносить существенную погрешность в массу предмета. Килограмм сахара или зерна с влажностью 5 % и 10 % будет содержать разное количество сухого сахара или зерна.

Методы измерения влажности твердых и сыпучих тел условно можно разделить на две группы: прямые методы, позволяющие определять массу влаги или сухого вещества в пробе; косвенные методы, определяющие влажность по параметру, функционально связанному с влажностью. Прямые методы отличаются высокой точностью измерения и большой длительностью (до 10...15 ч).

Косвенные методы характеризуются высоким быстродействием и значительно меньшей точностью измерения. В технических измерениях применяются исключительно косвенные методы. Из них наибольшее распространение получили электрические методы, такие как кондуктометрический, емкостной и др. Большинство промышленных материалов являются капиллярно-пористыми. В сухом виде они представляют собой диэлектрики с удельным сопротивлением 108Ом*м и выше. При увлажнении капиллярно-пористые тела могут стать проводниками с удельным сопротивлением 104Ом*м. Зависимость электрического сопротивления от влажности (рис. 1) для капиллярно-пористых тел имеет вид:

R = C/Wn,

где С — постоянная; W — влажность материала; С и n определяются для каждого материала экспериментально.




Рис. 1. Зависимость электрического сопротивления от влажности капиллярно-пористых тел

Степенная зависимость сопротивления от влажности обеспечивает высокую чувствительность кондуктометрического метода. Однако его применение ограничено большим числом влияющих величин, таких как температура, структура материала, плотность  насыпки, химический состав, наличие электролитов, которые практически позволяют использовать этот метод только в лабораторных условиях.

Емкостный метод основан на том, что изменение влажности капиллярно-пористых тел приводит к существенному изменению их диэлектрической проницаемости. У сухих тел диэлектрическая проницаемость ε = 1...6, а у воды ε = 81. Изменение диэлектрической проницаемости вследствие изменения влажности материала определяют по изменению емкости конденсатора, между обкладками которого помещается анализируемый материал. Преобразователь емкостного влагомера выполняют в виде двух плоских пластин или двух концентрических цилиндров, пространство между которыми заполняется анализируемым материалом с помощью засыпки при падении материала с определенной высоты. В этом случае обеспечивается хорошая воспроизводимость результатов измерения. Емкость конденсатора определенных геометрических размеров может быть выражена формулой

С = kε

где ε — диэлектрическая проницаемость материала, определяемая его влажностью; k — постоянная, определяемая геометрическими размерами и формой конденсатора.

Включение емкостного преобразователя в высокочастотный колебательный контур позволяет использовать резонансные цепи в приборах для измерения емкости преобразователя, а по ней и влажности материала. Емкостные преобразователи малочувствительны к составу материала, его структуре и контактному сопротивлению между электродами и материалом. Так как для большинства материалов диэлектрическая проницаемость зависит от температуры, в промышленных приборах предусматривается автоматическое введение поправки на изменение температуры. Погрешность емкостных влагомеров может составлять 0,2...0,5%. Однако методика отбора пробы (заполнение материалом пространства между обкладками конденсатора) может влиять на результаты измерения. Например, даже изменение размеров частиц (кусочков) анализируемого материала существенно влияет на показания влагомера. В связи с этим применение влагомеров твердых и сыпучих тел в технических измерениях ограничено.
скачати

© Усі права захищені
написати до нас