Терм анемометрические расходомеры
Терм анемометрические расходомеры работают на принципе пропорциональности тепла, переносимого веществом от одной точки к другой, массовому расходу этого вещества.
На рис.1.3,а показано, как два измерительных преобразователя температуры определяют температуру вещества до и после нагревания (t0 < t1), которое осуществляется нагревательным элементом, расположенным между ними.
Рис. 12.3
На рис.1.3,б расход вещества измеряется с помощью одиночного нагревательного элемента, расположенного в его потоке. Чем больше скорость протекания реагента, тем больше охлаждается нагревательный элемент.
Ультразвуковые расходомеры
Ультразвуковые расходомеры используют эффект Доплера, возникающий при распространении ультразвуковых колебаний в подвижной среде.
Рис. 12.4
Эффект Доплера заключается в том, что частота принимаемого сигнала f2 увеличивается по сравнению с f1, если среда – переносчик сигнала – перемещается по направлению от передатчика к приемнику (рис.1.4,а).
Для повышения точности ультразвуковые расходомеры строятся по дифференциальной схеме (рис.1.4,б). Такой расходомер позволяет определить не только скорость, но и направление движения потока реагента.
Вихревые расходомеры
Вихревые расходомеры (рис.1.5) используют в своей работе свойства распространения вихревых возмущений в среде движущегося реагента. Отличие от ультразвуковых расходомеров заключается в том, что изменения давления в среде реагента создаются специальным механическим устройством — вихревой форсункой, которая представляет собой возбужденную механическую систему, использующую при своей работе энергию протекающего реагента. Частота генерируемых колебаний зависит от скорости потока и улавливается приемником.
Рис. 12.5
Измерение давления
Измерители давления широко используются в различных системах автоматизированного контроля параметров технологических процессов, связанных с применением жидких или газообразных реагентов.
Основными чувствительными элементами, которые используются при измерении давления, являются:
мембраны;
анероидные коробки;
сильфоны;
трубки Бурдона.
Все эти устройства преобразуют разность давлений между двумя невзаимосвязанными полостями в механическое или угловое перемещение. Давление в одной из полостей считается опорным. В качестве опорного давления может выбираться вакуум, атмосферное давление или некоторая опорная величина давления технологического процесса.
При этом в независимости от вида чувствительного элемента измерители давления подразделяются:
Измерители абсолютного давления(давление вещества относительно вакуума);
Измерители дифференциального или разностного давления(давление вещества относительно некоторого ненулевого опорного давления);
Измерители избыточного давления(давление вещества относительно атмосферного давления).
Типовые устройства для измерения давления показаны на рис.1.6 и 1.7.
Рис. 12.6
На рис.1.6,а изображена диафрагма, которая смонтирована так, что измеряемое давление действует только на одну ее сторону. Если две диафрагмы устанавливаются задними сторонам друг к другу (рис.1.6,б) и измеряемое давление подводится к их середине, то образуется анероидная коробка. На рис.1.6,в показан сильфон.
На рис.1.7,а показана одиночная трубка Бурдона, на рис.1.7,б — двойная трубка Бурдона. Трубки Бурдона перемещаются при приложении к ним давления.
Рис. 12.7
Измерение влажности
Чувствительные элементы, у которых в зависимости от влажности изменяются некоторые свойства, используются в измерительных преобразователях влажности.
Относительной влажностью считается отношение текущей концентрации водяного пара и концентрации насыщенного пара при данной температуре. Абсолютной влажностью считается массовое содержание воды в воздухе. Измерители влажности по принципу действия подразделяются на:
абсорбционные;
емкостные;
электрохимические.
Абсорбционные датчики
В абсорбционных датчиках чувствительный элемент использует свойства определенных химических соединений абсорбции (поглощения) влаги, содержащейся в окружающем воздухе. К таким веществам относятся хлористый литий (LiCl), серная кислота (H2SO4), силикогель.
При построении абсорбционных датчиков используются два основных принципа:
Преобразование влажности в сопротивление приповерхностного слоя абсорбционного материала. На основе этого принципа строятся датчики прямого преобразования (рис.1.8,а). Они очень недолговечны, т.к. абсорбент испаряется.
Обычно абсорбционные датчики строятся на основе использования обратной точки росы (рис.1.8,б).
Емкостные датчики
Емкостные датчики являются более точным средством измерения влажности. Они строятся на основе измерения изменения емкости воздушного конденсатора. Изменение емкости происходит вследствие изменения концентрации влаги в воздухе. Изменение влажности воздуха от 0% до 100% изменяет диэлектрическую проницаемость среды примерно на 1%. Емкостные датчики определяют массовое содержание влаги в среде. Для получения сигнала об относительной влажности выходной сигнал должен быть прономерован температурой окружающей среды в соответствии с психрометрической таблицей.
Рис. 12.8
Электрохимические датчики
Электрохимические датчики (рис.1.9) строятся на основе материалов, имеющих значительную толщину оксидной защитной пленки (например, алюминий и титан). При этом поверхность материала покрывается тонким слоем золота (достаточно тонким, чтобы иметь поры), благодаря чему между золотой пленкой и основой материала возникает конденсатор, роль диэлектрика в котором выполняет оксидная пленка. Структура окиси алюминия такова. Что этот слой является пористым и впитывает пары воды, проникающие через отверстия золотого покрытия. Вследствие этого изменяется диэлектрическая постоянная и, следовательно, емкость конденсатора. Благодаря малой толщине оксида емкость конденсатора получается значительной (десятки-сотни пФ). Такой датчик имеет нелинейную характеристику и может использоваться в релейных системах.
Рис. 12.9
Измерение уровня
Наиболее распространенные способы определения уровня: