5.5. Электромагнитный толщинометр

П ринцип измерения толщины бумажного полотна основан на измерении зазора между сердечником электромагнита и ярмом, рис. 5.20. На сердечник электромагнита наматывается провод, подключенный к генератору высокой частоты. Если магнитным поток сердечника не замкнут через ярмо, то индуктивность катушки будет небольшой. Индуктивность катушки определяется по формуле:

где - число витков катушки;

- магнитное сопротивление ферритового магнитопровода катушки;

- толщина зазора в магнитной цепи;

- магнитная проницаемость бумаги;

- площадь магнитного зазора.

При замыкании магнитного потока (соприкосновение сердечника и ярма) увеличивается индуктивность катушки, включенной в колебательный контур. Чем тоньше бумажное полотно, тем больше индуктивность катушки, тем меньше резонансная частота колебательного контура. Электронное устройство преобразовывает частоту колебательного контура в цифровой сигнал.

И ндуктивный метод измерения толщины бумажного полотна применяется на Сыктывкарском ЛПК. Над верхней частью бумажного полотна располагается эластичная мембрана в виде легкого сильфона. Незначительное избыточное давление сильфона, в который подается воздух, стабилизировано, рис. 5.21. К нижней части сильфона крепится мишень, представляющая собой металлическое ярмо, замыкающее магнитную цепь магнитопровода индуктивного датчика, описанного выше. Принцип действия схемы аналогичен предыдущему. При уменьшении толщины бумажного полотна металлическая мишень приближается к сердечнику и увеличивает индуктивность датчика, а, следовательно, его реактивное сопротивление.

Переменный ток усиливается операционным усилителем, при этом обеспечивается точность измерений до 1 микрона.

5.6 Измерение воздухопроницаемости бумаги

Д ля измерения воздухопроницаемости бумажного полотна применяют принцип высасывания воздуха через бумажное полотно и датчик, показанный на рисунке 5.22.

Неподвижное бумажное полотно располагается по поверхности датчика, к которому подведены трубки, отсасывающие воздух через бумажное полотно. Внутренняя часть диска-датчика имеет широкие прорези, через которые хорошо просасывается воздух, а по внешней кромке расположены мелкие отверстия, через которые воздух отсасывается несколько хуже чем через центральную часть. Создается разность расходов воздуха в трубках, которая зависит от воздухопроницаемости бумаги. Зарегистрировать столь слабое перемещение воздуха может микрорасходомер. По разности расходов воздуха, отсасываемого от центральной и периферийной зоны датчика можно судить о воздухопроницаемости бумаги.

При определении таких параметров, как зольность бумаги, используют различные изотопы элементов, таких как имеющих разные длины волн излучения и отличие свойств прохождения лучей через бумажное полотно. Производя сканирование бумажного полотна двумя источниками излучения и сравнивая выходные характеристики компьютер определяет зольность полотна.

5.7. Определение шероховатости или гладкости бумаги методом утечки воздуха

Шероховатостью по Бентсену является мера скорости, с которой воздух будет проходить между плоской кольцевой пластиной и листом бумаги или картона при испытании в заданных условиях и при рабочем давлении.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Испытуемый образец зажимают между плоской пластиной и кольцевой металлической площадкой, рис. 5.23. В пространство, заключенное внутри площадки подается воздух под номинальным давлением 1,47 кПа. Измеряется расход воздуха, протекающего между площадкой и испытуемым образцом.

Чем больше шероховатость поверхности бумаги, тем больше люфт между кольцом и бумагой, тем выше расход воздуха покажет расходомер. Гладкое кольцо должно прижиматься к испытуемому образцу стандартным постоянным давлением. Эту операцию выполняет моностат. Большая часть приборов Бентстена оснащена тремя моностатами, в которых создается стабилизированное давление в диапазонах . На каждом моностате маркируется номинальное воздушное давление.

Р отаметр, измеряющий расход воздуха, должен иметь диапазон от 5 до 150 ; от 50 до 500 и в некоторых приборах от 300 до 3000 .

Для каждой испытуемой поверхности должно быть вырезано не менее 10 образцов. Минимальный размер каждого 75x75 мм, а их поверхности должны быть идентифицированы, например, верхняя и нижняя сторона. Испытуемая поверхность не должна иметь складок, трещин или дефектов, обычно не характерных для бумаги и картона.

6 ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ И СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

6 .1 ПОПЛАВКОВЫЙ УРОВНЕМЕР

Принцип действия поплавкового уровнемера предельно прост, рис. 6.1. Герметично закрытый поплавок находится в верхней части жидкости и уравновешивается противовесом через систему блоков. На противовесе установлена стрелка, перемешающаяся по шкале уровнемера.

Изменение уровня жидкости приводит к перемещению груза с противовесом. Система блоков снижает сопротивление измерительной части конструкции и повышает точность измерений. К поплавку предъявляются простые требования - он не должен вступать в реакцию с измеряемой жидкостью, и должен быть геметичным.

6.2 БУЙКОВЫЙ УРОВНЕМЕР

По аналогичному принципу работают буйковые уровнемеры. Вместо поплавка имеется буек, расположенный в верхнем слое жидкости, рис. 6.2. Для обеспечения противодействия буйку устанавливается пружина. Система рычагов и редуктор позволяют передать информацию во внешнюю часть измерительного прибора.

К недостаткам буйкового уровнемера относите значительная зависимость показаний прибора от плотности жидкости, связанной с изменением температуры. С ростом температуры жидкости её плотность уменьшается, и показания прибора занижаются.

6.3 ЕМКОСТНОЙ УРОВНЕМЕР

Для измерения уровня жидкостей применяют емкостные уровнемеры, в которых уровень определяется по емкости конденсатора, выполненного в виде трубы покрытой диэлектриком, являющейся одной обкладкой конденсатора и стержня покрытого слоем диэлектрика - второй обкладки, рис. 6.3. Для измерения уровня таким уровнемером применяют генератор высокой частоты. Рассмотрим принцип работы емкостного уровнемера.

Труба и стержень не соприкасаются друг с другом и полностью погружены в сосуд. Известно, что диэлектрическая проницаемость среды показывает, во сколько раз данный диэлектрик ослабляет электрическое поле. При заполнении жидкостью межэлектродного пространства диэлектрическая проницаемость сосуда будет максимальной. Если же сосуд заполнен наполовину, то результирующая диэлектрическая проницаемость будет равна половине максимальной проницаемости, рис. 6.5. Изменение проницаемости среды приводит к изменению емкости конденсатора и, соответственно, его реактивного сопротивления.

П ри пропускании переменного тока по первичной обмотке трансформатора в двух вторичных симметричных обмотках трансформатора наводятся одинаковые ЭДС индукции. Если токи вторичных обмоток трансформатора одинаковы и одинаковы емкости конденсаторов, то реактивные сопротивления верхнего и нижнего контура (рис. 6.4.) одинаковы.

Известна формула емкости плоского конденсатора:

где - электрическая постоянная;

- относительная диэлектрическая проницаемость среды;

- площадь перекрытия пластин;

- расстояние между пластинами.

Известна и формула реактивного сопротивления конденсатора:

Рост уровня жидкости приводит к росту емкости конденсатора уменьшению его реактивного сопротивления. Ток верхней ветви электронного моста переменного тока выше тока нижней ветви. Разность токов контуров тем выше, чем выше уровень жидкости. Ток резистора нагрузки определяется результирующим разностным током соприкасающихся контуров. В схеме синим и красным цветом показаны токи в каждом полупериоде. Следует обратить внимание на то, что стрелки токов в резисторе нагрузки всегда в любой полупериод противоположны. Для этого достаточно посмотреть на направления красных стрелок токов, или синих.

К недостаткам емкостной схемы включения относится то, что показания прибора зависят от положения предметов вблизи объекта, так как они составляют емкостную систему, влияющую на емкость объекта. Вторым недостатком является необходимость применения высокой частоты и повышенного напряжения. Третьим недостатком является необходимость ведения экранированного монтажа провода, и как можно меньшей длины.

Е мкостные измерительные зонды или уровнемеры охватывают измерение уровней почти всех загруженных материалов, независимо от того, является ли загруженный материал жидким, порошкообразным или пастообразным. Это так же действительно и для прилипающих загружаемых материалов. Емкостные зонды измеряют одновременно объем загружаемого материала и омическое сопротивление загружаемого материала (оценку полных проводимостей). Тем самым могут быть так же измерены проблематичные продукты, как прилипающие, токопроводящие материалы и сыпучие навалочные материалы с колеблющейся влажностью.

Благодаря применению экранных труб защите сегментов на зонде могут быть созданы неактивные области, у которых загрязнения, образование конденсата или длительные отложения продукта не имеют влияния на результат измения.

Емкость конденсатора в значительной степени зависит от трех факторов:

1) длины поверхностей электродов;

2) площади поверхностей электродов;

3) вида диэлектрика между электродами.

6.4 ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ИЛИ ПЬЗОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Известен закон Паскаля, описывающий зависимость гидростатического давления от уровня жидкости:

где - гидростатическое давление;

- плотность жидкости;

- ускорение свободного падения - ;

- уровень.

Уровень жидкости определяется по формуле:

.

Из этой формулы следует, что уровень жидкости можно определять по показаниям манометра при условии, что плотность жидкости будет постоянной. В современных уровнемерах вместо простого манометра применяют или манометры МЭД, или уровнемеры на пьезокристаллах, которые вырабатывают унифицированный стандартный сигнал 4-20 мА и параллельно превращают его в цифровой сигнал.