АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ УРОВНЯ

В деревообработке уровень измеряют для управления опера­тивными запасами измельченных древесных материалов и жидких продуктов в резервуарах и емкостях.

Существует большое число принципиальных решений конструк­ций автоматических уровнемеров. Рассмотрим некоторые из них, нашедшие наибольшее распространение.

Поплавковые уровнемеры.Чувствительным элементом в них является поплавок, плавающий на поверхности жидкости, который перемешается вверх или вниз в зависимости от повышения или по­нижения уровня.

На рис. 48, а показан поплавковый уровнемер с сельсином. Поплавок 1 подвешен на тросе 2, навиваемом на мерительный ба­рабан 3. Один оборот барабана соответствует перемещению поплавка на 0,5 м. На ось 4 барабана 3 насажено зубчатое колесо 6, сцеплен­ное с шестерней валика счетчика 7. Натяжение троса обеспечивает противовес 8, который укреплен на тросе 9, навивающемся на ба­рабан 10. Барабаны 3 и 10 жестко укреплены на оси 4.

Сельсин-датчик 5 связан с сельсином-приемником вторичного прибора, благодаря чему осуществляется дистанционная передача показаний. Когда уровень повышается, поплавок перемещается вверх, натяжение троса 2 ослабевает, но под действием груза 8 трос 9 начинает сматываться с барабана 10 и вновь натягивает трос 2, при этом вращение передается ротору сельсина-датчика 5 и ва­лику счетчика 7. Диапазон измерения уровня 0—10 м.

Чувствительным элементом буйкового уровнемераявляется ме­таллический цилиндрический буек, частично погруженный в кон­тролируемую жидкость. На рис. 48, б показана схема одного из типов буйковых уровнемеров.

Объект 1, уровень жидкости в котором контролируется, сооб­щен с камерой 11, где находится буек 10, подвешенный на тросе к рычагу 3. Через упругий элемент 2 рычаг выведен из камеры

и кинематически связан с заслонкой 9 и сильфоном обратной связи 4. К соплу 8 через постоянный дроссель 7 подается сжатый воздух под давлением 1,37 МПа.

Изменение уровня в объекте скажется и на величине уровня в камере 11, в результате чего изменится выталкивающая сила, действующая на буек, и он переместится либо вверх (при повыше­нии уровня), либо вниз (при его понижении). При этом переме­стится рычаг 3, а вместе с ним и заслонка 9 относительно сопла 8. Это вызовет изменение давления воздуха в линии 6 вторичного прибора 5 и внутри сильфона 4, который, воздействуя на рычаг 3, стремится возвратить заслонку в исходное положение. Шкала при­бора 5 проградуирована в миллиметрах или метрах.

Уровнемеры этого типа широко применяют для измерения уровня различных жидкостей в диапазоне от 0 до 9000 мм на раз­личных объектах и при любых давлениях.

Для измерения уровня сыпучих материалов, изменяющихся в широком диапазоне — до нескольких десятков метров, приме-

няют специальные лотовые установки, в которых уровень непре­рывно контролируется с помощью груза (лота), находящегося на поверхности материала. На рис. 48, в показана структурная схема уровнемера для емкостей с большим диапазоном изменения уровня. Основной его элемент — электромеханическая лебедка 1 с электро­тормозом 2, приводимая во вращение от электродвигателя. На цилиндрический барабан лебедки наматывается трос, к которому подвешивается груз 4. С валом барабана через механический ре­дуктор соединен сельсин-датчик 5, электрически связанный с сель­сином-приемником 6 вторичного прибора. Трос, на котором под­вешен груз, проходит через направляющие ролики, а также через ролик реле троса 3 — чувствительного элемента установки. Уп­равление осуществляет блок 7 управления, в котором расположены все кнопки управления, релейная схема, реле времени, а также сигнальная арматура. До начала измерения груз 4 находится в бун­кере в верхнем фиксированном положении. При необходимости измерения однократно нажимается кнопка «Пуск». Далее весь цикл измерения производится автоматически.

При измерении включается электролебедка, груз опускается до уровня материала и ложится на него, натяжение троса при этом ослабевает. Ослабление троса вызывает срабатывание реле троса, которое отключает цепь электродвигателя, и электролебедка оста­навливается. Через несколько секунд выдержки, необходимой для регистрации показаний значения уровня, лебедка включается на подъем груза. Дойдя до исходного положения, лебедка с помощью конечного выключателя останавливается. Затем начинается но­вый цикл измерения.

Электрические уровнемеры.Чувствительный элемент электри­ческих уровнемеров выдает сигнал, пропорциональный уровню в объекте измерения.

Чаще других применяют емкостные уровнемеры, чувст­вительным элементом которых является электрический конден­сатор специальной конструкции, погружаемый в контролируемую среду. На рис. 48, г показана упрощенная схема емкостного уров­немера, которая состоит из емкостного датчика Д, измерительного моста переменного тока М, выпрямителя и вторичного прибора ВП со шкалой, проградуированной в единицах уровня, и генера­тора высокой частоты (на схеме не показан).

Емкостный датчик представляет собой цилиндрический конден­сатор, выполненный в виде двух ?соосно расположенных металли­ческих трубок. Емкость такого конденсатора зависит от уровня контролируемой среды в технологическом объекте. .

Измерительный мост М, плечи которого образованы индуктив-ностями L₂ и L₃, переменным конденсатором С2 (для регулировки моста при установке нуля) и емкостным датчиком Д, питается от генератора высокой частоты через колебательный контур, образо­ванный индуктивностью L₁ и конденсатором С1. При изменении уровня в контролируемом объекте изменяется емкость датчика в результате чего нарушается равновесие моста М, и на вход вы-

прямителя поступает сигнал в виде высокочастотного напряжения разбаланса. С выхода выпрямителя сигнал, уже в виде постоянного тока, поступает на вход вторичного прибора ВП (милливольтметр или потенциометр), шкала которого градуирована в единицах длины, т. е. уровня.

В зависимости от модификации приборы этого типа обеспечи­вают измерение уровня различных жидкостей (вода, растворы кис­лот и щелочей, смол и др.) в диапазоне 0—5м. Возможна конструк­ция уровнемера, при которой датчик имеет один электрод, а вто­рым является корпус объекта, в котором измеряется уровень.

§ 27. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ВЛАЖНОСТИ

Влажность древесины и древесных материалов — один из важ­нейших показателей качества самого материала, который оказы­вает непосредственное влияние на многие эксплуатационные и тех­нологические свойства деталей и изделий.

Рис. 49. Автоматические влагомеры: нейтронный (а), инфракрасный (б)

Для измерения влажности древесины и древесных материалов в технологических потоках применяются влагомеры различных типов.

Нейтронные влагомеры.Эти приборы предназначены для изме­рения влажности сыпучих материалов (щепа, стружка). Упрощен­ная схема установки такого влагомера в технологическую емкость показана на рис. 49, а. В измерительную схему такого влагомера входят: первичный преобразователь, состоящий из плутоний-бе-риллиевого источника 1 быстрых нейтронов и газоразрядного счетчика 2 медленных нейтронов, защитное устройство 3 от излу­чения, регистрирующий 4 и вторичный 5 приборы. Первичный преобразователь погружен внутрь объекта, заполненного мате­риалом, который облучается потоком быстрых нейтронов с энер­гией 11 МэВ. В результате соударения с ядрами элементов, входя­щих в состав контролируемого материала, быстрые нейтроны те­ряют свою энергию и превращаются в тепловые нейтроны, с энер­гией 0,025—0,5 МэВ. По числу медленных нейтронов, полученных в результате рассеяния нейтронного потока в материале, можно определить число атомов водорода в нем, а так как подавляющее

большинство атомов водорода содержится во влаге, то по числу атомов водорода можно определить влажность материала.

Под действием медленных нейтронов в счетчике 2 образуются импульсы напряжения с амплитудой 0,05—0,16 В. Эти импульсы поступают в регистрирующий прибор 4, в котором происходит их усиление и преобразование средней частоты следования этих импульсов в аналоговый сигнал, пропорциональный измеряемому потоку медленных нейтронов, т. е. влажности материала. Напря­жение от регистрирующего прибора 4 подается на вторичный при­бор 5, шкала которого проградуирована в единицах влажности. Основная погрешность такого влагомера не более ± 2,5 % от диа­пазона измерения.

Инфракрасные влагомеры (ИК-влагомеры).Такие приборы ис­пользуют для измерения влажности древесины и древесных мате­риалов. Эти влагомеры строятся на основе двухволнового метода. Это объясняется тем, что такой метод позволяет полностью исклю­чить влияние на результат измерения влажности материала ряда факторов: цвета древесины, параметров окружающей среды (тем­пературы, запыленности и т. д.) и др. Суть этого метода заключается в сравнении коэффициентов отражения влажного материала на двух длинах волн: _а — аналитической, на которой происходит интенсивное поглощение ИК-энергии влагой материала, и _э — эталонной, на которой не происходит поглощения ИК-энергии вла­гой материала. Таким образом, сравнивая коэффициенты отраже­ния влажного материала на разных длинах волн, можно оценить влажность материала, исключив влияние других факторов (цвет и т. д.).

В качестве рабочих длин волн в ИК-влагомерах обычно ис­пользуются _э = 1,7—1,8 мкм и _а = 1,93—1,95 мкм.

На рис. 49, б приведена упрощенная схема ИК-влагомера. Источником ИК-излучения является электрическая лампа нака­ливания 5 с вольфрамовой нитью. Сфокусированные световые лучи от этой лампы через систему линз 6 и 10 зеркал 2 и 9, светофильт­ров с диском 7 попадают на поверхность контролируемого мате­риала 1 (цельная древесина, плиты, стружка, щепа и т. д.).

Для получения ИК-излучения соответствующих длин волн ис­пользован диск 7 светофильтров. В этом диске сделаны отверстия, в которые вставлены два типа светофильтров, пропускающие ИК-излучения только на длинах _а и _э. Эти светофильтры поочередно устанавливают в отверстия диска. Диск 7 приводится во вращение электродвигателем 8. При вращении диска 7 в начальный момент, например, излучается волна _а, в следующий момент волна _э, за­тем — _а и т. д. Таким образом, благодаря диску поверхность контролируемого материала поочередно облучается ИК-излуче-нием с длинами волн _а и _э.

Отраженные от поверхности контролируемого материала ИК-волны попадают на параболическое зеркало 4, в фокусе которого расположен фотоприемник 3 с максимумами спектральной харак­теристики в ИК-Диапазоне.

На выходе фотоприемника 3 показан типичный двухуровневый сигнал. Высокий уровень сигнала (излучение волны _э) зависит от параметров окружающей среды и окраски древесины. Сигнал низкого уровня (излучение волны _а) зависит от всех вышеперечис­ленных факторов, а также от влажности самого материала. На разность уровней этого сигнала влияет только влажность мате­риала. Уровень этого сигнала не зависит от параметров окружаю­щей среды и других свойств самого материала.

Сигнал с выхода фотоприемника 3 через усилитель-преобразо­ватель УП поступает на вторичный прибор ВП, шкала которого проградуирована в единицах влажности.

ИК-влагомеры позволяют измерять влажность древесины и дре­весных материалов от 0 до 100 %. Основная погрешность измере­ния ± 1 % от диапазона измерения.

§ 28. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ РАСХОДА И ДАВЛЕНИЯ

Расходомеры переменного перепада давления широко приме­няют в деревообработке для измерения расхода энергоресурсов в виде сжатого воздуха, насыщенного и перегретого пара, горячей воды и т. д. Основными элементами такого расходомера являются: 1) сужающее устройство, создающее перепад давления в потоке измеряемой среды; 2) дифференциальный манометр, измеряющий перепад давления в потоке; 3) система дистанционной передачи показаний.

Чаще всего в качестве сужающих устройств в тех­нологических потоках применяют стандартные диафрагмы. Диаф­рагма представляет собой металлический диск с круглым отвер­стием, центр которого должен совпадать с осью трубопровода при монтаже. Со стороны входа диафрагма имеет прямоугольную кромку, а со стороны выхода — коническую расточку под углом 30—45°.

В трубопроводах диаметром до 400 мм отбор давлений до и по­сле диафрагмы осуществляют с помощью кольцевых камер. На рис. 50, а показана камерная диафрагма. Она состоит из собст­венно диафрагмы 1 и двух кольцевых камер 2 и 3, предназначен­ных для отбора давлений. Кольцевые камеры 2 и 3 представляют собой два профилированных кольца, расположенных по обе сто­роны диафрагмы. Выточки в кольцах при сборке образуют камеры, которые соединены с внутренним пространством трубопровода че­рез кольцеобразные щели, расположенные непосредственно у тор­цевой поверхности диафрагмы. Таким образом, отбор давления в камерных диафрагмах производят по периметру трубопровода-т. е. измеряют среднее значение давления. К камерам присоеди-нены трубки 4 и 5, передающие перепад давления от диафрагмы к дифманометру.

Для измерения перепада давления на сужающем устройстве применяют различные дифференциальные мано-

метры. На рис. 50, б представлена схема сильфонного дифма-нометра ДС-П, состоящего из измерительного блока и пневмоси-лового преобразователя.

Чувствительными элементами измерительного блока дифмано-метра являются сильфоны 2, 5, расположенные в корпусе 4 и од­ним концом жестко связанные с основанием рычага 6, а другим -—

Рис. 50. Расходомер переменного перепада давления:

а — сужающее устройство; б —- дифманометр; в — вторичный прибор

с клапанами 3. Внутренняя полость чувствительных элементов заполнена кремнийорганической жидкостью или дистиллирован­ной водой в зависимости от температуры окружающей среды.

Конструкция вывода рычага 6 обеспечивает возможность его поворота вместе с траверсой 14 относительно своей оси, что позво­ляет изменять влияние рабочего избыточного давления на выход­ной сигнал прибора.

Пневмосиловой преобразователь состоит из передаточного ме­ханизма, включающего Г-образный рычаг 8 и Т-образный рычаг 9, один конец которого прикреплен к пружине 7 и связан шарниром с траверсой 14 измерительного блока; индикатора рассогласова-

ния, содержащего сопло 11 и заслонку 12; усилителя 13 и сильфона 10 отрицательной обратной связи.

При изменении перепада давления сильфоны 2 деформируются, перемещая связывающий их шток. При движении штока рычаг 6 поворачивается относительно точки опоры в центре гибкой разде­лительной мембраны 15 трубки 1. С другой стороны мембраны к рычагу 6 тягой подсоединен Т-образный рычаг 9, который пере­мещает заслонку 12 относительно сопла 11, к которому подводится воздух через усилитель мощности 13. После усиления воздух с давлением Р_ВЫх направляется на выход к вторичному прибору и к сильфону 10 отрицательной обратной связи. Последний, воз­действуя через рычаги 8 и 9 на заслонку 12, обеспечивает пропор­циональность между давлением воздуха на выходе преобразова­теля и перепадом давления на сильфонном блоке.

Сигнал Р_Вых с выхода дифманометра подается по линии связи на вход вторичного прибора. На рис. 50, в показана схема вторичного пневматического прибора ПВ1.3. Входной сиг­нал поступает в сильфон / измерительного механизма. Усилие, раз­виваемое сильфоном, передается на рычаг-заслонку 2, которая поворачивается вокруг опоры 3. Заслонка 2 перемещается относи­тельно сопла 12 пропорционально значению входного сигнала Р_вых , что приводит к изменению давления воздуха, поступающего в мем­бранное устройство 7. Давление в линии сопла будет определяться положением заслонки 2 относительно сопла, так как воздух к нему поступает через дроссель 4, диаметр которого значительно меньше диаметра сопла 12.

Прибор работает следующим образом. При изменении перепада давления изменится давление Р_вых на выходе дифманометра, ко­торое поступает в сильфон 1. Заслонка приблизится к соплу, и давление в линии сопла и мембранного устройства возрастет. Ча­шечная мембрана 6 выгнется и отведет вправо рычаг 5. Нить 8 через ролики 9 переместится вместе со стрелкой 10. Пружина 11 при этом растянется и будет воздействовать на заслонку 2, отводя ее от сопла 12. Равновесие в измерительной схеме наступит тогда, когда усилие, развиваемое измерительным сильфоном 1, уравно­весится усилием, развиваемым в противоположном направлении пружиной 11.

Существует ряд дифференциальных манометров-расходомеров, у которых измеряемый перепад давления преобразуется в электри­ческий сигнал.