7

Лабораторна робота № 6

Прилади для вимірювання рівня

6.1. Мета роботи

Вивчення загальних методів вимірювання витрати, принципів дії, будови електромагнітного витратоміра й водоміра та проведення їх повірки.

6.2. Загальні відомості

При здійсненні технологічного процесу потрібно враховувати кількісні фактори, які визначають витрату сировини, продуктів чи напів продуктів виробництва, а також таких допоміжних агентів як пара, вода, повітря та ін. Облік кількісних факторів складається з урахування кількості речовини в об’ємних або вагових одиницях, витрачених за певний проміжок часу.

Змінна міттєва витрата визначається за формулою

або (6.1)

де та – відповідно об’ємна та масова міттєві витрати.

Спостереження за міттєвою витратою дозволяють слідкувати за стабільністю режимів роботи, забезпечувати задану продуктивність та налагоджувати процес на заданий режим.

Прилади для вимірювання кількості речовини називаються лічильниками кількості, а для вимірювання витрати речовини – витратомірами.

За принципом дії прилади для вимірювання рівня можна поділити на наступні групи:

а) витратоміри змінного перепаду тиску, засновані на залежності від витрати перепаду тиску, який створюється спеціальним пристроєм, встановленим в трубопроводі; до цієї групи відносяться витратоміри із звужувальним пристроєм (діафрагмою, стоплом, трубою Вентурі та ін.);

б) витратоміри постійного перепаду тиску або витратоміри обтікання, засновані на залежності від витрати речовини вертикального переміщення тіла, що змінює при цьому площу прохідного отвору приладу таким чином, що перепад тиску з обох боків поплавка залишається постійним; до цієї групи відносяться ротаметри;

в) витратоміри змінного рівня, засновані на залежностівід витрати висоти рівня рідини в резервуарі за вільного витоку її через калібрований отвір у дні або боковій стінці резервуара; до цієї групи відностяться шілинні витратоміри;

г) тахометричні витратоміри, засновані на залежності від швидкості речовини швидкості руху тіла, встановленого в трубороводі; до цієї групи належать витратоміри турбінні (з обертовою крильчаткою), з рухомою кулькою та камерні з одним та більше рухомими елементами, які відміряють при своєму русі певні об’єми рідини або газу;

д) силові витратоміри

4.1.1. Прицип дії індукційного витратоміра

Принцип дії електромагнітного (електродинамічного, індукційного) витратоміра грунтується на явищі електромагнітної індукції Фарадея. Воно полягає в тому, що під час переміщення будь-якого провідника у магнітному полі на його кінцях виникає електрорушійна сила , яка пропорційна довжині провідника, швидкості переміщення , магнітній індукції та синусу кута між магнітною індукцією та напрямком руху провідника:

(5.1)

Немагнітна труба

B

Електроди

Провідна рідина

+

V

v

–

Рис.4.1. Принципова схема роботи електродинамічного датчика вимірювання витрати рідини.

Під час проходження електропровідної рідини по трубопроводу (рис.4.1), що розташовується в однорідному електромагнітному полі, у рідині як у рухомому металевому провіднику наводиться ЕРС, тому що рухомий потік перетинає магнітні силові лінії під кутом , а . Індукована ЕРС матиме вигляд:

, (4.2)

де – діаметр умовного проходу трубопроводу.

На рис 4.2 наведена принципова схема індукційного витратоміра. Електромагніт, який живиться змінним струмом, створює всередині ділянки немагнітної труби, виконаної із нержавіючої сталі та вкритої всередині шаром ізоляційного матеріалу, рівномірне однорідне магнітне поле. ЕРС, утворювана у рухомій рідині, яка перетинає магнітне поле, знімається двома електродами, розташованими діаметрально протилежно у стінці труби. У потоці рідини між двома електродами створюється умовний рухомий провідник, що перетинає магнітні силові лінії між полюсами електромагніту під кутом 900.

Рис.4.2. Принципова схема індукційного витратоміра

Витрати рідини у трубопроводі дорівнюють добутку площі перетину трубопроводу на швидкість потоку:

, (4.3)

де – середня швидкість потоку

У результаті спільного розв’язання рівнянь (4.2) та (4.3)

, (4.4)

де k – постійний коефіцієнт для даного типу індукційних витратомірів, залежний від конструкції приладу.

Як видно з рівняння 4.4, витрата рідини у трубопроводі, вимірювана за допомогою індукційного витратоміра, буде пропорційна ЕРС Е. Сигнал первинного перетворювача індукційного витратоміра містить, крім корисної складової, що визначається формулою (4.1) і є мірою витрати, трансформаторну ЕРС, що наводиться електромагнітним полем перетворювача в рухомому рідинному провіднику. Трансформаторна ЕРС зсунута за фазою відносно корисного сигналу на 90 і компенсується за допомогою резисторного подільника напруги, який входить до конструкції індукційного витратоміра.

Корисний сигнал подається на підсилювач (на схемі не зазначений) і вторинний показувальний прилад зі шкалою, розташовані у вимірювальному блоці витратоміра.

4.2.2. Принцип дії водоміра СХВК–1,6

Принцип дії водоміра СХВК–1,5 базується на вимірюванні середньої швидкості потоку з подальшим підсумовуванням об’ємної кількості за визначений проміжок часу.

Чутливим елементом водоміра (рис.4.3) є млинок з лопатками 2, що приводиться у дію потоком вимірюваної рідини. У корпусі 1 водоміра виконано тангенціально спрямований канал, що направляє потік рідини перпендикулярно лопаткам млинка 2. Млинок за допомогою передавального механізму зв’язаний з лічильником обертів млинка і шкалою водоміра 3. Середня швидкість потоку пропорційна числу обертів млинка водоміра:

, (4.5)

де n – число обертів за секунду; с – постійний коефіцієнт.

Об’ємна кількість речовини, що вимірюється водоміром за визначений час, виражається залежністю

(4.6)

де S – площа перетину трубопроводу лічильника, ; - час роботи водоміра, с.

Рис.4.3. Схема водоміра типу СХВК: а-схема; б-шкала.

4.3. Будова та призначення витратоміра SITRANS FM MAG 6000

Електромагнітний витратомір Sitrans FM MAG 6000 є керованим мікропроцесорним вимірювальним перетворювачем із вбудованою текстовою індикацією режиму налаштування та роботи.

Комплект Sitrans FM MAG 6000 призначений для вимірювання витрати потоку практично всіх електропровідних рідин, а також суспензій та паст. Єдиною умовою його нормальної роботи є наявність хоча б мінімальної (5 мікросименс/см) електропровідності вимірюваного середовища.

Температура, тиск, в’язкість та густина рідини не впливають на результати вимірювань.

Витратомір здійснює вимірювання витрати агресивних та частково абразивних середовищ за умови правильного вибору матеріалу внутрішньої труби та електродів. Тверді частинки, що попадають у вимірювальний перетворювач одночасно з вимірюваним середовищем (рідиною), як правило, не впливають на результати вимірювань.

а) б)

Рис.4.4. Зовнішній вигляд і конструкція Sitrans FM MAG 600

4.4. Перелік приладів

Індукційний витратомір типу Sitrans FM MAG 6000

Межі вимірювання витрат, м3/год 0…1,6

Електропровідність вимірюваних

середовищ, См/м не нижче 510-16

Температура вимірюваних середовищ, °С 5…50

Живлення витратоміра, В/Гц 220, 50

Максимальна похибка вимірювання для MAG 6000 складає 0,25% от від верхньої межі вимірювання витрати, враховуючи похибку первинного вимірювального перетворювача.

Водомір СХВК-1,5

Номінальні витрати, м /год 1,5

Температура вимірюваних середовищ, С 0…30

Клас точності 0,15

Електронасос типу ВЦН1

з електронним частотним перетворювачем для зміни швидкості обертання двигуна насосу і відповідно зміни подачі види, в діапазоні від 0,2 до 1,5 м /год.

4.5. Опис лабораторної установки

На передній панелі стенду 4 для вимірювання витрати змонтоване наступне обладнання: компактний витратомір Sitrans FM MAG 6000 з первинним перетворювачем MAGFLO і регулювальні вентилі . Живлення на стенд подається вимикачем “Мережа 220 В”, а ввімкнення електронасоса здійснюється чорною кнопкою «Пуск». Для проведення лабораторної роботи установка обладнана замкненим водяним колом. Витрата води у контурі змінюються регулюванням швидкості обертання двигуна насосу за допомогою частотного регулятора.

4.6. Порядок проведення повірки витратоміра Sitrans FM MAG 6000 з первинним перетворювачем MAGFLO

за допомогою водоміра типу СВК—1,5

4.6.1. Ввімкнути стенд тумблером “Мережа 220 В” та таймер.

4.6.2. За допомогою кранів перекрити всі інші ділянки трубопроводу, крім ділянки, на якій до водяного кола під’єднаний Sitrans FM MAG 6000.

4.6.3. Ввімкнути чорною кнопкою «Пуск» схему живлення водяного насосу. «Регулятор обертів» двигуна вивести в крайнє ліве (проти годинникової стрілки) положення, що відповідає мінімальним витратам.

4.6.4. Зняти пряму характеристику перетворення Sitrans FM MAG 6000.

Для цього:

– за допомогою «Регулятора обертів» двигуна насосу змінювати покази витратоміра Sitrans FM MAG 6000 доки їх значення не зупиниться на оцифрованій мітці «200 л/год.», яка відповідає мінімальним витратам (див. колонку в таблиці повірки «Покази витратоміра»).

4.6.5. Зафіксувати покази лічильника води (одночасно зафіксувати час на таймері) і занести їх до таблиці повірки в колонку «Початок». По закінченні поточної хвилини зняти покази лічильника води і занести їх в колонку «Кінець».

4.6.6. За допомогою «Регулятора обертів» повільно збільшувати швидкість обертання електродвигуна насосу, що дозволяє збільшувати витрату, і виводити покази Sitrans FM MAG 6000 (через кожні 100 л/год) на інші оцифровані значення, які зазначені в таблиці (верхня межа діапазону вимірювання дорівнює 800 л/год). Після цього повторити дії за п. 4.6.6.

4.6.7. Зняти зворотну характеристику перетворення приладу. Для цього поступово зменшувати оберти електродвигуна насосу, виводячи покази Sitrans FM MAG 6000 на ті ж самі оцифровані значення і виконюючи дії по пункту 4.6.6. Отримані результати занести в таблицю у колонку «Зворотний хід».

Вимкнути послідовно двигун насосу, натиснувши червону кнопку «Стоп», таймер та живлення стенду (“Мережа 220 В”).

4.6.8. Обробити результати проведених спостережень.

Всі розрахунки занести до таблиці. За дійсні значення витрати води прийняти результати, що отримані за показам водоміра.

Таблиця

Показання витра-томіра MAG FLO (л/год)	Показання MAG6000 в м3/год	Дійсні значення витрати за водоміром, м3/год	Показання водоміра СВК-1,5 , л			Похибки			Варі­ація, м3/год
			Поча­ток	Кінець	Різни­ця (витрати за хвилину)	Абсо­лютна, м3/год	Відносна, %	При­ведена, %
200
300
400
500
600
700
800
700
600
500
400
300
200

4.7. Контрольні запитання

1. Який принцип дії електромагнітного витратоміра?

2. Який принцип дії водоміра?

3. Будова і застосування витратоміра Sitrans FM MAG 6000.

4. Особливості функціонування витратомір Sitrans FM MAG 6000.

5. Як здійснюється повірка витратомір Sitrans FM MAG 6000 ?