Прилади для вимірювання витрат

У харчовій промисловості основні технологічні процеси характеризуються змішуванням різних компонентів і складових сировини з метою отримання кінцевого продукту високої якості, у результаті чого збільшується актуальність вимірювання технологічних параметрів і особливо витрат.

Використання витратомірів спрощує вирішення багатьох технічних задач із визначення та контролю витрат пари, газу, води та інших енергоносіїв, дозволяє швидко визначити оптимальний технологічний процес залежно від конкретних умов виробництва. Вимірювання кількості та витрат рідин та газів в харчових виробництвах має важливе значення як для контролю результатів роботи виробництв, так і для управління технологічними процесами.

Витрата - це кількість речовини, яка проходить по поперечному розрізу транспортного каналу (трубопроводу) за одиницю часу. Одиниці вимірювань витрат: об'ємні (м³

/с; л/с), масові (кг/с; т/с). Витрати масові з об'ємними пов'язані залежністю: F_M=F₀Р де F_M і F₀ - масова та об'ємна витрати; Р - густина речовини, кг/м

. Кількість речовини це сумарний об'єм або маса речовини, що проходить по поперечному розрізу транспортного каналу (трубопроводу) за одиницю часу.

Витрати вимірюються витратомірами. Для вимірювання кількості рідин і газів використовуються тахометричні (швидкісні) та камерні (об'ємні) лічильники. Принцип дії об'ємних лічильників грунтується на вимірюванні об'єму рідини чи газу, витісненого із вимірювальної камери під впливом різниці тисків з наступним складанням цих результатів. Швидкісні лічильники працюють за принципом вимірювання середньої швидкості потоку рідини чи газу в трубопроводі.

Швидкісні та об'ємні лічильники розраховані на робочий тиск рідини до 1 М Па і температуру до 40°С. Похибка лічильників становить ±2,5-3%. Крім лічильників для визначення кількості твердих та сипучих речовин, досить часто використовуються дозатори та вагові пристрої: механічні, автоматичні, безперервної та періодичної дії. Витратоміри змінного перепаду тиску найбільш поширені нині пристрої вимірювання витрати рідини, пари і газу.

В основу роботи пристрою покладено залежність перепаду тиску на звужуючому пристрої, установленому на трубопроводі, від витрати вимірюваного середовища. Звужуючими пристроями можуть бути стандартні пристрої: діафрагми, подовжені та короткі сопла. Вентурі і нестандартні пристрої з гідравлічним опором (крани, клапани, заслінки, теплообмінники тощо). Рисунок 1 - Профіль руху потоку через діафрагму

На рис.1 зображено профіль руху потоку через діаграму, завихрення, а також розподіл тиску по довжині трубопроводу. Звуження потоку розпочинається перед діафрагмою, проходить діафрагму і по інерції зменшується в перерізі на певній віддалі за діафрагмою, а потім зростає в перерізі і поступово, заповнює весь переріз трубопроводу. Перед діафрагмою і за нею утворюються зони з вихровим зустрічним рухом до основного потоку.

Завихрення за діафрагмою значно більші, ніж перед діафрагмою. Зменшення площі поперечного перерізу потоку через діафрагму пов'язане як із збільшенням швидкості потоку і кінетичної енергії, так і зі зменшенням потенціальної енергії і відповідно статичного тиску вимірювального середовища. Тиск потоку перед діафрагмою дещо зростає за рахунок підпору перед діафрагмою і знижується до найменшого значення за діафрагмою, де буде найменша площа перерізу потоку, але найбільша його швидкість.

Потім по мірі заповнення трубопроводу середовищем тиск зростає, проте не досягає попереднього свого значення. Втрати частини тиску Р_т пов'язані головним чином з завихренням та тертям. Перепад тисків (∆Р=Р₁-Р₂) на діафрагмі залежить від швидкості потоку, який протікає по звужуючому пристрою, в свою чергу швидкість прямопропорційна витраті. Залежність між витратою рідини та перепадом тиску, виходячи із закону збереження енергії і нерозривності потоку, можна записати: Перша формула – для об'ємної витрати; друга – для масової витрати, де а - коефіцієнт витрати; ξ - коефіцієнт адіабатичного розширення; S₀- площа прохідного отвору діафрагми; ρ - густина середовища. Таким чином, перепад тиску на звужуючому пристрої є мірою витрати речовини, яка проходить по трубопроводу з встановленою діафрагмою.

Витратоміри постійного перепаду тиску (ротаметри) використовуються, для вимірювання витрати однорідних і чистих рідин та газів. Широко використовуються ротаметри у виноробній та спиртовій промисловості. Принцип дії ротаметрів заснований на залежності витрати речовини від вертикального переміщення обтічного буйка, що призводить до зміни прохідного перерізу між буйком і конусним корпусом. Ротаметр як витратомір постійного перепаду тиску

Ротаметр (рис. 2) - це витратомір, первинний перетворювач якого є вертикальна конусна труба (1), в якій під дією потоку рідини чи газу переміщується буйок (2). Буйок переміщується до тих пір, поки площа кільця між буйком і корпусом не досягає такого значення, при якому не наступить рівновага діючих на буйок сил. Буйок при цьому замирає в зрівноваженому стані на висоті, пропорційній витраті. Рисунок 2 - Ротаметр

Промисловістю випускаються ротаметри скляні типу РМ і РМФ та ротаметри із нержавіючої сталі, звичайні, з обігрівом і футеровані фторопластом з електро- та пневмоперетворювачами типів РЕТММ, РПММ. Клас точності ротаметрів 1,5 і 2,5. Максимальна витрата становить 63 м³

/год.

Питання для самоконтролю

1. Температурні шкали і їх характеристика.
2. Міжнародна практична температурна шкала МПТШ-68. Принцип її побудови.
3. Міжнародна практична температурна шкала МТШ-90. У чому її особливості?
4. Класифікація засобів вимірювання температури.
5. Механічні термометри: принцип дії у використання, будова та принцип роботи.
6. Термометри розширення: типи, використання, будова та принцип роботи.
7. Термоелектричні перетворювачі, принцип дії, рівняння ТЕРС.
8. Статичні характеристики термоелектричних перетворювачів, використання в промисловості, типи, будова.
9. Магнітоелектричні мілівольтметри: типи, будова, принцип роботи.
10. Автоматичні потенціометри: основні типи і використання в промисловості, будова і принцип дії.
11. Терморезисторні перетворювачі (термометри опору) використання в промисловості, статичні та динамічні характеристики, принцип дії.
12. Мідні термометри опору: типи, діапазон вимірювання температури, похибки вимірювання температури, будова, принцип дії.
13. Платинові термометри, опору: типи, діапазон вимірювання температури, будова, принцип дії.
14. Автоматичні зрівноважені мости: рівняння рівноваги і призначення резисторів вимірювальної схеми, принцип роботи. Основні промислові типи автоматичних мостів.
15. Поняття витрати та кількості, одиниці їх виміру.
16. На чому грунтується принцип дії швидкісних лічильників?
17. На чому грунтується принцип дії об'ємних лічильників?
18. Стандартні звужуючі пристрої, їх особливості та характеристики, переваги, недоліки.
19. Витратоміри змінного перепаду тиску: принцип роботи, виведення рівняння витрати.
20. Похибки вимірювання витрат витратомірами змінного перепаду тиску.
21. Методика розрахунку витратомірів змінного перепаду тиску.
22. Ротаметричні перетворювачі витрат; використання, будова. принцип дії.
23. Класифікація методів і приладів для вимірювання рівня рідин і сипучих продуктів.
24. Поплавцеві рівнеміри: використання, типи, будова, принцип роботи.
25. Буйкові рівнеміри; використання, типи, принцип роботи.
26. Ємнісні сигналізатори рівня: комплектність, призначення їх елементів, будова і принцип роботи.Ємнісні рівнеміри: комплектність і призначення їх елементів, будова і принцип роботи.
27. Механічні мембранні рівнеміри: використання, типи. Будова, принцип їх роботи.