Методи та засоби автоматичного вимірювання рівня рідких та сипких матеріалів у технологічних
Назва роботи: Методи та засоби автоматичного вимірювання рівня рідких та сипких матеріалів у технологічних процесах гірничого виробництва
Предметна область: Менеджмент, консалтинг та підприємництво
Опис: Лекція 13. Методи та засоби автоматичного вимірювання рівня рідких та сипких матеріалів у технологічних процесах гірничого виробництва Рівень як фізична величина вимірюється в одиницях довжини системи СІ у метрах m міжнародне позначення м українське обоз.
Дата завантаження: 2013-07-08
Розмір файлу: 145.5 KB
Роботу завантажили: 72 чол.
Методи та засоби автоматичного вимірювання рівня рідких та сипких матеріалів у технологічних процесах гірничого виробництва
Рівень як фізична величина вимірюється в одиницях довжини системи СІ в метрах (m – міжнародне позначення, м – українське позначення). Стандарт рекомендує до використання наступні кратні та подовжні значення від одиниці СІ: km – кілометр, міжнародне позначення, км – українське позначення, з m – сантиметр (см), mm ³ міліметр (мм); µ m (мкм) –мікрометр, nm (нм) – нанометр.
Рівень як технологічний параметр характеризує стан і багато технологічних апаратів, машин, устаткування й технологічних процесів загалом. Діапазон зміни вимірюваної величини рівня в процесах гірничого виробництва дуже широкий: від кількох міліметрів, як, наприклад, при вимірі рівня (висоти) пінного шару у флотаційній машині, до декількох метрів, як, наприклад, рівень руди в бункерах приймальних цеху подрібнення.
Як відомо, процеси гірничого виробництва характеризуються безперервністю, накопиченням матеріалу в бункерах, ємностях та їх подальшим розподілом по апаратах, секціях тощо.
Автоматичний контроль рівня запобігає спустошенню ємностей, отже, порушення безперервності процесу, і, як наслідок, втрату якості. Автоматичний контроль рівня забезпечує рівномірне навантаження на машини та обладнання, виключає переливи матеріалів, запобігає аварійному розвитку ходу процесів тощо.
У практиці здійснення автоматичних вимірювань рівня як сипких матеріалів (руда, компоненти шихти, концентрати), так і рідких продуктів (реагенти, пульпа, вода) ми стикаємося з необхідністю мати постійну безперервну (або дискретну) інформацію про рівень в об'єктах контролю, що відрізняються великим конструктивним різноманітністю та умовами вимірювань. Так, наприклад, рідина може знаходитися у відкритій та закритій ємності або під тиском. Рідина може бути агресивною, вибухонебезпечною, кристалізується і т. д., що створює певні труднощі при виборі методу та засоби вимірювання рівня.
За характером вихідного сигналу всі засоби вимірювання рівня поділяють на сигналізатори рівня та рівнівиміри.
Сигналізатор рівня - пристрій, що дозволяє здійснювати вимірювання (контроль) рівня в одній або декількох заданих точках.
Рівнеміри - здійснюють безперервний автоматичний вимір рівня.
За принципом дії засоби вимірювання рівня умовно поділяють:
акустичні та ін.
Розглянемо можливі принципи та засоби вимірювання рівня рідких продуктів. Система автоматичного вимірювання рівня, як і будь-якого іншого параметра, складається з вимірювального перетворювача та вторинного приладу.
Поплавкові датчики. В якості вимірювального перетворювача використовують поплавець з механічним та електричним проміжним та вихідним перетворювачами. За допомогою поплавцевих вимірювачіврівня (рис. 1) здійснюють вимірювання чистих рідин, що некристалізуються, пульпоподібних продуктів з постійною щільністю.
Діапазон вимірювання за допомогою датчиків поплавця незначний і визначається кінематичною схемою проміжного перетворювача.
Мал. 1. Схема вимірювання рівня поплавцевим датчиком
Пневматичні датчики рівня. Для вимірювання рівня рідких продуктів у відкритих ємностях застосовують пневматичні (бульбашкові) датчики рівня. Датчик є порожнистою п'єзометричною трубкою, в яку закачується повітря під тиском 1,4 кгс/см 2 (137,3 кПа). Трубка опускається у рідину, рівень якої вимірюється (рис. 2).
При постійній щільності рідини тиск у п'єзрубці відображатиме коливання рівня:
де h - вимірюваний рівень,
δ - густина рідини.
Мал. 2. Схема автоматичного вимірювання рівня пневматичним датчиком
Діапазон зміни вимірюваної величини (рівня) до одного метра. При організації вимірювань за допомогою п'єзометричних трубок необхідно дотримуватись умови
де Р Г - тиск, що розвивається (створюється) стовпом вимірюваної рідини;
Р ПІТ - тиск повітря, що подається в п'єзрубку від джерела стисненого повітря.
Ультразвукові рівнеміри. Рівень пульпи в зумпфах, камерах флотаційних машин може автоматично вимірюватись за допомогою ультразвукових датчиків. Принцип їхньої дії полягає в наступному. Джерело ультразвукових коливань (1) випускає серію імпульсів (рис. 3), відбившись від мішені, сприймаються приймачем випромінювання (2). Час проходження ультразвукового сигналу в обидві сторони (від випромінювача до поверхні контрольованої рідини і назад до приймача випромінювання) перетворюється вимірювальним перетворювачем (3),коригується з урахуванням температури (4, 5), фільтрується від перешкод (6) і перетворюється на струмовий сигнал у блоці 7 (4 - 20 мА), пропорційний вимірюваному рівню (див. рис. 3)
Фільтрація сигналу необхідна для усунення перешкод, що виникають внаслідок роботи електричних двигунів, обертання імпеллерів в агітаційних чанах, зумпфах, камерах флотомашин, де вимірюється рівень.
Сигнал про поточне значення передається на дисплей (8), конструктивно розташований разом з елементами ультразвукового перетворювача
Таким чином, відстань від джерела випромінювання до мішені визначиться як
де з - швидкість ультразвуку повітря;
t - сумарний час проходження сигналу від джерела до мішені та від мішені до приймача.
Якщо ультразвук під час t проходить подвійне відстань h , отже, щодо відстані до мішені (рівня рідини) схема перетворення враховуватиме половинний часовий інтервал ( t /2).
де L рівень рівня середовища,
Н | геометричні параметри ємності.
Мал. 3. Структурна схема ультразвукового датчика рівня
Гідростатичні рівнеміри. Вимірювання рівня рідини у відкритій ємності та ємності, що знаходиться під тиском можна здійснювати на базі датчика Метран-100-ДГ. Пристрій датчика показано на рис.4.
Мал. 5. Можлива структурна схема гідростатичного рівнеміру
Датчик складається з перетворювача тиску (сенсорного блоку) та уніфікованого електронного перетворювача.
Вхідна величина, що вимірюється, подається в камеру сенсорного блоку і перетворюється в деформацію чутливого елемента тензоперетворювача, викликаючи при цьому зміна електричного опору тензорезисторів.
Електронний перетворювачдатчика перетворює це зміна опору уніфікований аналоговий струмовий вихідний сигнал.
Чутливим елементом тензоперетворювача є пластина монокристалічного сапфіру з кремнієвими плівковими тензорезисторами (структура КНС), міцно з'єднана з металевою мембраною тензоперетворювача.
Сенсорний блок датчика складається з корпусу 1, важільного тензоперетворювача 2, розділової мембрани 3, жорсткого центру зі штоком 4, електронного перетворювача 5.
У датчиках гідростатичного тиску вимірюваний тиск Р впливає на мембрану 3 і перетворюється на зусилля на жорсткому центрі, яке через шток 4 передається на важіль тензоперетворювача 2. Надмірний статичний тиск підводиться до патрубка 6. Переміщення кінця важеля викликає деформацію вимірювальної мембрани. На вимірювальній мембрані розміщені тензорезистори. Тензорезистори з'єднані в бруківку схему. Деформація вимірювальної мембрани викликає зміну опору тензорезисторів та розбаланс мостової схеми. Електричний сигнал, що утворюється при розбалансі бруківки, подається в електронний перетворювач 5. Електронний перетворювач перетворює електричний сигнал від тензоперетворювача в стандартний струмовий вихідний сигнал.
Вимірювання рівня сипких матеріалів у ємностях (рівня подрібненої руди в бункерах) може здійснюватися різними методами. На підприємствах гірничої промисловості поширення набули кондуктометричний метод, радіоактивний та ін.
Кондуктометричний сигналізатор рівня. Принцип дії кондуктометричних сигналізаторів рівня заснований на відмінності електричного опору контрольованого середовища та повітря.
Кондуктометричні сигналізатори застосовують, як правило, дляконтролю та сигналізації верхнього рівня пульп, вологих та сухих сипучих матеріалів (концентратів, подрібненої руди тощо) у ємностях, чанах, зумпфах. За допомогою кондуктометричних датчиків можливо здійснювати контроль рівня в декількох точках, наприклад, верхній, середній, нижній, або, наприклад, при автоматизації шахтних водовідливних установок вимірюють нижній рівень, верхній, підвищений і аварійний. До складу кондуктометричних рівнемірів входять: датчик (електрод), що встановлюється в бункері (зумпфе), і підсилювальна схема (релейна або електронна). Схеми з релейними підсилювачами використовують, зазвичай, в сигналізаторах, де опір ділянки «електрод - земля» вбирається у 1 МОм. У разі зростання величини опору цієї ділянки до 20 МОм і вище застосовують електронні схеми. На рис. 5 наведено структурну схему кондуктометричного датчика рівня.
Мал. 5. Спрощена структурна схема кондуктометричного сигналізатора рівня
У кондуктометричних сигналізаторах рівня необхідно застосовувати спеціальні заходи для запобігання помилкових спрацьовувань через електропровідний пил, що осаджується на електрод.
Радіоактивні сигналізатори рівня є універсальними засобами контролю рівня заданої відмітці і можуть використовуватися як для контролю сипучих середовищ, так і рідин. Вони можуть також застосовуватися для контролю забивання течок (перевантажувальних вузлів), наявності матеріалу на стрічці конвеєра та інших цілей.
Принцип дії радіоактивних датчиків полягає в тому, що інтенсивність проникаючого потоку гамма-випромінювання залежить від густини контрольованого матеріалу. Принцип контролю рівня за допомогою радіоактивних датчиків пояснюється структурною схемою, зображеною на рис.
Рис.6. Структурна схемаконтролю рівня за допомогою радіоактивних датчиків рівня
Як джерело випромінювання застосовують ізотопи кобальту - 60 або цезію - 137 (З-60, S-137).
Сучасна елементна база (інтегральні мікросхеми, мікропроцесорні пристрої) дозволяє розробляти та створювати різні за призначенням гамма-електронні реле рівня зі стандартними вихідними сигналами, які можна підключати до системних блоків ЕОМ. Нині випускаються радіоактивні реле рівня типу РОС-111 (контроль рівня зумпфах) і РОС -301 (контроль рівня бункерах).
Радіоактивні датчики рівня (як, втім, та інші радіоактивні датчики), володіючи цілою низкою переваг, водночас вимагають спеціальних заходів щодо дотримання техніки безпеки, а також спеціальної служби на підприємстві, що займається питаннями зберігання радіоактивних речовин, їх експлуатації у системах контролю технологічних параметрів.