ДЕФОРМАЦИОННЫЕ МАНОМЕТРЫ 11 страница

Катодные цепи обеих половин двойного триода в точках а и b измерительной диагонали моста включены через последо­вательные резисторы с сопротивлениями R4, R5 и R6, причем

При загрузке датчика влажной щепой емкость конденса­тора С_д изменяется тем больше, чем больше влажность щепы. В диагонали ab будет протекать уравнительный ток, пропорцио­нальный изменению С_д. Регулируя значение переменного рези­стора с сопротивлением R5, подбирают предел изменения вы­ходного сигнала в виде напряжения таким образом, чтобы под­ключить стандартный измерительный прибор, автоматический электронный потенциометр, имеющий модификации со встроен­ными электрическими, струнными и пневматическими выход­ными преобразователями ГСП.

Блок регулировок БР служит для периодической поверки нуля и чувствительности прибора. В положении «Контроль» ключа ВК$ реле Р1 включает вместо датчика С_д контрольные конденсаторы. Сперва поверяется нуль прибора включением ключа ВК2 в положение «Начало». При этом реле Р2 подклю­чает в цепь датчика конденсаторы С6 и С7. Изменяя СП и R8, добиваются наличия нуля на выходе мостовой цепи. Затем по­веряют чувствительность влагомера переключением ключа ВК% в положение «Конец» шкалы. Реле Р2 включает вместо датчика конденсаторы С9 и С8. Изменением R5 получают наибольшее градуировочное значение шкалы влагомера.

Шкала измерительного прибора ИП, самопишущего потен­циометра, градуируется в процентах относительной влажности. Этот влагомер предназначен для измерения влажности щепы в пределах 20—55 %. Максимальное значение абсолютной по­грешности прибора составляет ±2 %.

Влагомеры для дрожжей как и для древесной щепы осно­ваны на зависимости диэлектрической проницаемости дрожжей от их влажности.

Структурная схема влагомера для сухих дрожжей типа АВД-ЗМ-У4 приведена на рис. 7-44.

Влагомер состоит из емкостного датчика Д высокочастот­ной измерительной мостовой цепи в виде блока измеритель­ного БИ, предварительного электронного усилителя низкой час-стоты — блока усилителя БУ, выходного прибора ВП, автома­тического электронного моста типа КСМ-2, блока генератора БГ, питающего измерительную мостовую цепь напряжением с ча­стотой 5—6 кГц, и блока питания БП, предназначенного для питания всех частей прибора.

Первичный измерительный преобразователь представляет собой конденсатор рассеивающего поля с переменной (в зави­симости от влажности дрожжей) емкостью С_д (так же, как для Древесной щепы). Он изготовлен из фольгированногостеклотек­столита, а электроды образованы с помощью фотохимического

травления. В датчике предусмотрены корректирующие конден­саторы для получения линейной зависимости от влажности дрожжей, для взаимозаменяемости датчиков и для компенсации температурного влияния.

Измерительный блок БИ содержит мостовую цепь с тесной индуктивной связью, которая построена по схеме сравнения то­ков (рис. 7-45, с). В этой схеме двумя плечами моста с пита­нием напряжением U_T служат измеряемая С_и и уравновеши­вающая Су емкости. Двумя другими плечами служат обмотки трансформатора L1 и L2, между которыми осуществляется тес­ная индуктивная связь с коэффициентом близким к единице. Обмотки Ы и L2 включены так, что созданные их токами маг­нитные потоки вычитаются. Активные сопротивления обмоток существенно меньше реактивных, поэтому условия равновесия моста приблизительно определяют равенством

Cy"i = С_ип₂, (7-29)

где n_t и п₂ — число витков обмоток L1 и L2 соответственно.

Выходное напряжение моста и_вых снимается с третьей об­мотки, расположенной на том же магнитопроводе. Его зависи­мость от измеряемой емкости С_и показана на рис. 7-45,6.

Для фиксации минимума выходного напряжения мостовой цепи используется модуляция выходного напряжения с часто­той 50 Гц таким образом, что при равновесии моста модулиро­ванный сигнал отсутствует, а при разбалансе моста фаза и ве­личина модулированного сигнала пропорциональны его знаку и величине.

Выходной сигнал из измерительного блока пропорциональ­ный измеряемой емкости, предварительно усиливается в усили­тельном блоке и поступает на вход стандартного усилителя прибора автоматического электронного моста типа КСМ-2 (см. гл. 9). Реверсивный двигатель прибора связан с уравновеши­вающей емкостью Сд и изменяет ее до тех пор, пока на измери­тельной обмотке l/цых не станет минимальным, т. е. модулиро­ванное напряжение частотой 50 Гц будет равно нулю (точнее порогу чувствительности усилительного блока).

Прибор проградуирован в значениях относительной влаж­ности дрожжей от 7 до 15 %. Абсолютная погрешность не пре­вышает ±1 %- Температура сухих дрожжей может колебаться от 40 до 70 °С.

7.8. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

Технологические процессы целлюлозно-бумажного производ­ства отличаются разнообразием, сложностью и достаточно спе­цифичны. Поэтому для измерения технологических величин, ха­рактеризующих производства целлюлозы, бумаги, картона, пирта, дрожжей, таллового масла, канифоли и других сопут­ствующих видов продукции, требуется широкая номенклатура отраслевых специальных средств измерения. Кроме того, для решения проблемы охраны окружающей среды в ЦБП необхо­димо предусмотреть создание современных очистных сооруже­ний, функционирование которых невозможно без систем конт­роля и управления, что в свою очередь требует разработки спе­цифичных для этой отрасли промышленности измерительных датчиков и устройств.

Действительно, начиная с измерения количества и сорта дре­весины, поступающей на лесную биржу и кончая определением технологических величин, характеризующих окончательную пе­реработку основной и вспомогательной продукции вплоть до ее упаковки, везде требуются специальные отраслевые измери­тельные приборы.

Создание и внедрение отраслевых средств измерения для целлюлозно-бумажного производства происходит в два этапа. Сначала разрабатываются средства лабораторного измерения, на стадии внедрения которых проводятся периодические экс­пресс-анализы технологических величин и отрабатываются ме­тодика и техника измерений. Затем разрабатываются техничес­кие средства измерения, которые используют для контроля или автоматизации технологических процессов.

Многие отраслевые анализаторы технологических величин находятся на первой стадии развития ввиду чрезвычайной слож­ности измерения ряда технологических параметров и трудоемко­сти разработки новых датчиков и приборов, особенно для ЦБП.

Рассмотрим ряд приборов, получивших применение в произ­водственных измерениях или перспективных с этой точки зре­ния.

Анализатор содержания костры. Определение содержания костры и других включений в целлюлозной и бумажной массе онтролирует полноту ее провара, очистки, отбелки, размола и качества сортирования при подготовке для машин. Такое ши­рокое применение этого показателя предопределило важность пнедрения приборов для лабораторного и технического измере­ния содержания костры.

На рис. 7-46 схематично показано устройство прибора для непрерывного измерения содержания костры непосредственно в трубопроводах.

Автоматический пробоотборник, установленный на трубопро­воде, отбирает пробу массы, которая далее разбавляется, про­пускается через грубую сетку для исключения посторонних пред­метов и заполняет мерный бак. При заполнении бака автомати­чески включается анализатор костры. Он состоит из двух плоских расположенных под углом 90° друг другу источников ин­фракрасного излучения / и 3 и двух фотоэлементов 2 и 4, вос­принимающих инфракрасное излучение, прошедшее через стек-

лянный элемент с исследуемой массой. Костра при сильном раз­бавлении, попадая в область инфракрасного излучения, абсор­бирует его, что отмечается фотоэлементами 2 и 4, регистриру­ется и накапливается счетчиком за один измерительный цикл, составляющий 10—15 мин. В приборе амплитудный анализа­тор 5, подразделяет костру по толщине на два класса, а ре­зультаты подсчета соответствующих импульсов представлены в счетчиках б и 7. Предел содержания костры каждого из двух классов может быть выбран в соответствии с качеством выпус­каемой продукции. В приборе 8 предусмотрена сигнализация о его превышении.

Анализатор содержания костры имеет выходной стандарт­ный сигнал и может быть подключен к системам управления или ЭВМ.

Рис. 7-46

Измерение степени помола и фракционного состава бумаж­ной массы. Важными показателями качества полуфабрикатов, влияющими как на ход технологических процессов производства бумаги и картона, так и на потребительские свойства готовой продукции, являются степень помола и фракционный состав бумажной массы.

Объективными показателями степени помола массы служат средняя длина и ширина волокон или фракционный их состав, степень их фибрилляции, гидратационные свойства и т. д. Од­нако определить каждое из этих свойств не представляется воз­можным. Поэтому под степенью помола древесной, целлюлоз­ной или бумажной массы понимают способность массы более или менее интенсивно пропускать воду, т. е. скорость ее обезво­живания в условиях свободного стекания воды, иначе садкость массы.

Степень помола измеряют в большинстве стран в условных единицах—градусах Шоппер-Риглера (°ШР) на лабораторных приборах того же названия. Последние основаны на измерении интенсивности оттекания жидкости при определенном объеме, температуре и концентрации массы через сетчатое дно. Такой способ измерения имеет невоспроизводимые результаты и не отражает реальных условий водоотдачи массы, например в мок­рой части машин.

Степень помола является очень важной характеристикой процесса отлива массы на сетке, так как она определяет при прочих равных условиях скорость и равномерность формиро­вания полотна, удержание наполнителей, воздухопроницае­мость, впитываемость, механические и печатные свойства бу­маги и картона. Именно степенью помола определяется макси­мально возможная скорость отлива и формирования полотна на сеточной части машины, где оно должно получить достаточ­ную прочность, обеспечивающую передачу его в прессовую часть без обрывов. Это в свою очередь определяет максимально возможную скорость машин при заданном качестве полотна. Решению задачи измерения степени помола для управления размольным оборудованием массоподготовительных цехов пос­вящен ряд разработок у нас и за рубежом [35].

Естественным измерителем степени помола является сама бумаго- или картоноделательная машина. При прочих равных условиях степень помола характеризуется положением линии, ограничивающей зеркало отлива, значением вакуума в отсасы­вающих ящиках или гауч-вале и т. д. Однако из-за влияния пе­ременных факторов (количества массы, подаваемой на сетку, состояния сетки, рН массы и др.) по перечисленным характери­стикам можно судить о степени помола массы кратковременно, при стабильной работе машины.

УкрНПОБумпром разработало и испытало регулятор садко-сти бумажной массы. Садкость массы в этом устройстве опре­деляется по изменению расхода подсеточной воды, отбираемой непосредственно в двух точках, выбранных на рабочей части сетки машины на различных расстояниях от напорного ящика. Эта разность расхода преобразуется в сигнал, используемый в системе управления процессом размалывания целлюлозы на размольном оборудовании.

Такой метод измерения весьма эффективен в технологичес­ких измерениях, так как лишен большого числа составляющих погрешностей. Выбор измеряемой величины исключает те не­достатки, которые присущи описанному выше измерительному устройству, поскольку разность расходов характеризует реаль­ную фильтрацию воды на сетке машины. Использование же этой измерительной информации для управления размольным оборудованием из-за значительного запаздывания (связанного с наличием больших промежуточных емкостей) нецелесооб­разно.

Многие зарубежные фирмы в качестве датчика, контроли­рующего степень помола (садкость) массы, используют спе­циальное устройство, в котором тем или иным путем реализу­ется фильтрация массы определенного объема, концентрации, температуры через сетки различных конструктивных исполне­ний. Объем отфильтрованной воды (или понижение давления в закрытой полости датчика) является измеряемым показате-

Рис. 7-47 Рис. 7-48

лем, связанным со степенью помола. УкрНПОБумпром внедрило отраслевой прибор для измерения степени помола

массы типа КСП, также основанный на определении этого по­казания по времени наполнения определенного объема отфиль­трованной водой. Измерение производится в открытом бачке, через который проходит поток массы, причем датчик КСП пе­риодически погружается в исследуемую массу и определяется время его наполнения до заданного уровня. Период измерения составляет 8 мин. В большинстве случаев условия фильтрации не соответствуют тем, которые сопутствуют отливу массы на движущихся сетках машин. Кроме того, в рассматриваемых устройствах период измерения настолько велик, что измери­тельный сигнал не может использоваться для управления бы­стродействующим размольным оборудованием.

В существующих системах регулирования для размольного оборудования используются косвенные показатели: мощность двигателя, перепад температур или концентраций ионов до и после размола и др. Однако эти показатели не могут обеспечить постоянства степени помола, особенно при колебаниях исход­ного помола массы и ее расхода. Поэтому задача измерения сте­пени помола должна решаться с помощью автоматических из­мерительных устройств с достаточным быстродействием.

Одним из перспективных приборов для лабораторного опре­деления фракционного состава массы являются кондуктометри­ческие анализаторы состава частиц по их длине и толщине (рис. 7-47). Сильно разбавленная исследуемая суспензия с во­локнами проливается из одного сосуда / в другой 2 через калиб­ровочное отверстие 3. При разности потенциалов между элект­родами 4 и 5 по раствору протекает ток, величина которого зависит от величины отверстия 3. Если по отверстию проходит волокно, то амплитуда тока уменьшится из-за увеличения сопро­тивления цепи между электродами 4 и 5 пропорционально тол­щине волокна, а длительность этого импульса будет зависеть от плины волокна. Таким образом, в форме импульса тока заклю­чена двойная информация — о толщине и длине волокна, про­ходящего через отверстие.

Импульсы тока через усилитель 6 поступают на амплитуд­ный и временной анализатор 7, который позволяет рассортиро­вать сигналы на несколько градаций. Затем счетчики импульсов 8 подсчитывают количество импульсов по каждому каналу, а двухкоординатные самописцы 9 регистрируют кривые распре­деления волокон по длине и толщине (или только по объему). Имея эти данные, можно с помощью вычислительных устройств найти средний диаметр, среднюю длину или средний объем во­локон.

Приборы для измерения массы квадратного метра бумаги и картона. В отечественной и международной практике для тех­нических измерений массы 1 м² бумажного и картонного полотна преимущественно применяются радиоизотопные устройства. Это объясняется возможностями бесконтактного измерения массы 1 м² полотна, независимостью результатов измерений от вида бумаги, от скорости движения полотна, а также стабильностью, надежностью и сравнительной простотой этих устройств.

В последнее время делаются попытки использовать объем­ные СВЧ-резонаторы с различными резонансными частотами для определения массы 1 м² полотна отдельно и в комплекте с аналогичными СВЧ-влагомерами. По данным разработчиков [23], эта аппаратура будет более точной, простой и дешевой, чем радиоизотопные приборы.

Зависимость (7-14) показывает, что интенсивность радиоак­тивного излучения /, прошедшего через материал, определяется плотностью, толщиной или массой ленточного материала, а также его физическими и химическими свойствами. При про­чих постоянных характеристиках материала можно считать, что I=f(m), где га— масса 1 м² ленточного материала. Значение f находится экспериментально при градуировке прибора для каж­дого вида полотна.

Так как основная цель измерения этого параметра состоит в контроле за поддержанием его заданного (образцами) значе­ния, которое достигается с помощью системы автоматического регулирования (САР), то все устройства схемно и конструктивно выпускаются как регуляторы массы 1 м² исследуемого мате­риала.

Поток радиоактивного излучения (как правило, р-частиц), проходит через материал и, попадая в ионизационную камеру, вызывает ионизационный ток, значение которого обратно про­порционально массе 1 м² исследуемого материала.

Измерительные радиоизотопные устройства основаны на сравнении сигналов рабочего и нерабочего преобразователей Для уменьшения влияния на величину ионизационного тока ста­рения источника радиоактивного излучения, его загрязнения,

колебания температуры и влажности воздуха, окружающего датчик, и т. д. Причем ввиду того, что измерительный сигнал используется в САР, в качестве источника сигнала сравнения выбирается аналогичный измерительному нерабочий преобразо­ватель, у которого с помощью шторки переменной толщины (массы 1 м²), устанавливается такое значение сигнала, которое соответствует заданному значению массы 1 м² по условиям тех­нологического процесса. Разностный сигнал измеряется и воз­действует на САР.

Первоначальная градуировка и периодическая поверка (при­мерно через 250 ч) прибора, а также перестройка прибора при переходе с одного вида бумаги на другой осуществляется с по­мощью образцов, масса 1 м² которых соответствует требуемому номинальному значению. Образец устанавливают перед измери­тельным рабочим преобразователем, при этом перемещением шторки в нерабочем преобразователе добиваются одинакового значения ионизационных токов в обоих преобразователях. Та­кой способ градуировки и периодической поверки датчика улуч­шает его метрологические характеристики, позволяет обеспечить стабильность показаний во времени и в некоторой степени иск­лючить влияние ряда дестабилизирующих факторов.

Однако так как уравновешиваюший сигнал не связан с тех­нологическим процессом, то изменения температуры, влажности, фракционного и композиционного состава полотна будут вно­сить погрешности в результирующий выходной сигнал датчика. Отсюда появляется необходимость уменьшить действие наибо­лее значительных факторов введением корректирующих воздей­ствий.

Рассмотрим в качестве примера устройство наиболее широко используемого радиоизотопного регулятора массы 1 м² типа РРВ-64. Структурная схема измерительной части РРВ-64 пред­ставлена на рис. 7-48.

Полотно / проходит между рабочим источником излучения 2 и рабочей ионизационной камерой 4 датчика 3. Величина иони­зационного тока в камере 4 определяется реальной массой 1 м² полотна. Заданное значение компенсирующего ионизационного тока устанавливается в нерабочей компенсационной камере 5 при настройке источника излучения 7. Настройка производится по образцу шторкой (задатчиком) 6. Собирающие электроды обеих ионизационных камер подключены к общему нагрузоч­ному сопротивлению предварительного электромеханического усилительного каскада 8.

Разностный ток (при отклонении значения массы 1 м² от но­минального значения) усиливается фазочувствительным усили­телем 9. На выходе последнего после выпрямления образуется напряжение постоянного тока, пропорциональное по значению и знаку измеренному отклонению массы 1 м². Для стабилизации выходного напряжения во времени и под действием окружаю­щих условий в усилителе 9 используется глубокая отрицатель­ная обратная связь. К выходу усилителя 9 подключен автома­тический электронный потенциометр 10 (типа ПСР-1), снабжен­ный переменными навесными шкалами (г/м² и %) для бумаги всех видов, выпускаемых на данной бумаго- и картоноделатель-ной машине. С выхода усилителя 9 через блок управления // сигнал поступает на блок регулирования 12, с которым связан исполнительный механизм. Сканирующее устройство 13, управ­ляемое блоком 11, комплектуется камерой рабочего источника 2 и датчиком 3. Оно предназначено для перемещения датчика по­перек полотна для статистического исследования распределения массы по ширине полотна. Сканирующее устройство использу­ется двух типов. Для машин шириной до 3 м оно выполняется в виде скобы (в регуляторах массы 1 м² типа РРБ-2, РРВ-64, РВТБ), а для машин шириной более 3 м в виде двухбалочной О-образной конструкции (в регуляторе влажности и массы 1 м² типа ВВМ-1). В последнем случае жесткость конструкции до­стигается значительно большая, чем у скобы.

При переработке бумаги и картона, например при нанесении на полотно-основу или полотно-подложку специальных покры­тий, требуется контролировать толщину или массу 1 м² покры­тий. В этом случае датчики радиоизотопных измерителей 1 м² типа РВП устанавливаются на полотно-основу и на полотно со специальным покрытием на значительном расстоянии друг от друга. Чтобы сравнивать измерительные сигналы с обоих датчи­ков, необходимо предусмотреть линию задержки для первого датчика при подаче его измерительного сигнала в цепь сравне­ния. Время задержки определяется скоростью движения по­лотна и расстоянием, которое оно проходит до второго датчика. В измерительном устройстве используется вычислительный блок, в котором определяется масса 1 м² полотна-основы, по­лотна с покрытием и покрытия.

При необходимости контроля равномерного нанесения пок­рытий по ширине полотна используют синхронные сканирую­щие устройства, перемещающие одновременно оба датчика, а на регистрационном устройстве фиксируется изменение массы 1 м² покрытия по ширине полотна-основы [35, 40].

Дальнейшее совершенствование радиоизотопных измерите­лей массы 1 м² происходит в нескольких направлениях.

Во-первых, улучшаются их метрологические характеристики и в первую очередь их метрологическая надежность. Это дости­гается использованием новейшей элементной базы, структурным, схемным, конструктивным и технологическим их совершенство­ванием. Современные устройства характеризуются достаточно малой основной погрешностью: приведенная погрешность не превышает у= ±0,5 %. Для уменьшения погрешности нестабиль­ности измерителей 1 м² предусматриваются автоматические пе­риодические поверки устройства по условным рабочим этало-

нам, или мерам, воспроизводящим постоянные номинальные значения массы 1 м² материала с последующей автоматической коррекцией их показаний.

Во-вторых, для исключения влияния на показания радио­изотопных измерителей 1 м² изменения влажности полотна соз­даются комбинированные многопараметрические измерительные устройства массы 1 м² и влажности для одновременного их из­мерения и определения с помощью вычислительных устройств

влажности (с учетом измеренной массы 1 м²), массы 1 м² (с учетом измеренной влажности) и содержания абсолютно су­хого вещества.

В-третьих, масса 1 м² и влажность, являясь случайными величинами при из­мерении их вдоль и поперек полотна, мо­гут быть полностью охарактеризованы только статистическими оценками. Для получения таких оценок требуется прово­дить статистическую обработку много­кратных измерений массы 1 м² и влаж­ности (с учетом их корреляции) вдоль и поперек полотна. Это осуществляется в современных многопараметрических уст­ройствах для определения параметров полотна, в состав которого входит вычис­лительный блок, предназначенный для нахождения статистических оценок па­раметров полотна и их распределения вдоль и поперек полотна.

Перечисленные три направления со­вершенствования этих устройств реали­зованы в автоматических устройствах совместного измерения влажности и мас­сы 1 м² типа ВВМ. Упрощенная структурная схема такого устройства приведена на рис. 7-49.

Датчики влажности Д_т и массы 1 м² Д_т совместно с вторич­ными измерительными преобразователями ВИП перемещаются сканирующим устройством СУ поперек полотна. После измери­тельных устройств ИУ_Х и ИУу сигналы хну, пропорциональные влажности w и массе 1 м² m соответственно, поступают в блок математической обработки БМ01 для определения w, так как

y = f(m, w) = F (га_а, т_ъ), (7-30)

где от_а — масса сухого вещества, т_в — содержание влаги.

На выходе БМ01 получаем сигнал У, пропорциональный со­держанию влаги в полотне т_в. Сигнал У и сигнал, пропорцио­нальный массе 1 м² х, подаются на блок математической обра­ботки БМ02, где определяется X, пропорциональное содержа­нию абсолютно сухого вещества т_а, так как m_a=rn—m_B. Оба сигнала поступают на соответствующие блоки математической обработки БМОЗ и БМ04 для статистической обработки с це­лью нахождения среднего значения параметров и распределе­ния параметров поперек полотна, причем среднее значение т_& используется для регулирования концентрации массы, подавае­мой в напорный ящик. Данные о распределении массы по по­перечному профилю полотна позволяют управлять напускным устройством напорного ящика машины. А сигнал, пропорцио­нальный влажности, корректирует САР нагрева цилиндров су­шильной части машины.

Все вычисленные результаты представляются для оператора на дисплее и регистрируются с помощью цифропечатающегО уст­ройства.

Современные многопараметрические устройства для измере­ния параметров полотна содержат большое число датчиков, включая датчики массы 1 м², влажности, толщины, непрозрач­ности полотна и другие, микро- или мини-ЭВМ для обработки и вычисления результатов по сложным алгоритмам и для управ­ления цепями внутри устройства, например с целью автомати­ческой поверки измерительных каналов, а также сложные уст­ройства для представления и хранения измерительной инфор­мации (см. гл. 9).

Толщиномеры для бумаги и картона. В производстве бумаги и картона необходимо контролировать толщину полотна или тол­щину специальных покрытий, которые наносятся на бумагу (осо­бенно на технические сорта бумаги) и картон. Контроль тол­щины позволяет не только получить однородное качество, что очень важно для дальнейшей переработки или использования бумаги, но и сэкономить расход ценного сырья.