ПАКУВАЛЬНЕ ОБЛАДНАННЯ

Характеристика витратомірів

Витрати продукції — це кількість речовини (маси або об’єму), що проходить через відповідний переріз канапу (трубопроводу) за одиницю часу, а прилади або компоненти приладів, які визнають витрати речовин за одиницю часу, називають витратомірами. Витратомір може бути забезпечений лічильником (інтегратором), що показує масу або об’єм 152

продукції, яка перемістилась через прилад за якийсь проміжок часу. Залежно від принципу дії, витратоміри, що найчастіше застосовуються в промисловості, поділяють на такі групи: постійного і змінного перепаду тиску, тахометричні, електромагнітні і ультразвукові.

У пакувальному обладнанні широкого застосування знайшли тахо­метричні, електромагнітні і ультразвукові витратоміри.

Тахометричні витратоміри застосовуються з різного типу лічильниками, що забезпечують задані витрати продукції і точність дозування.

До основних типів лічильників можна віднести: турбінні, кулькові, камерні, шестерінчасті. і

Принцип дії турбінних лічильників базується на вимірюванні числа обертів турбіни (крильчатки), що обертається зі швидкістю, пропорційною витратам рідини, яка переміщається в трубопроводі. За конструктивним виконанням їх можна поділити на дві основні групи: крильчасті (з тангенційним підведенням потоку продукції), в яких вісь обертання крильчатки перпендикулярна напряму руху рідини, і турбінні (з аксіальним підведенням потоку продукції), в яких вісь обертання турбіни паралельна напряму руху потоку рідини. Перша група лічильників застосовується для вимірювання малих, а друга — великих витрат продукції.

Крильчасті і турбінні витратоміри складаються з однакових за призначенням вузлів і мають однакову кінематичну схему. Обертання осі крильчатки (турбінки) через редуктор і магнітну муфту передається на лічильний механізм, який визначає витрати продукції, що перемістилась через трубу.

Кульковими називають витратоміри тому, що чутливим елементом є кулька, що безперервно рухається в одній площині по внутрішній поверхні трубки під дією попередньо закрученого потоку. Структурна схема витратоміра включає: первинний перетворювач витрат продукції і вимірювальний прилад.

Кульковий перетворювач витрат складається (рис. 3.79) з циліндричного корпуса 1, виконаного з немагнітного матеріалу, з двома розташованими тангенціальними патрубками 2 і 6. Всередині корпуса між обмежувальними кільцями 4, закріпленими на маточині 3, розташована кулька 5, виконана з гуми (або полімеру) з металевим наповнювачем. Потік продукції, що попадає в робочу камеру через вхідний патрубок, приводить кульку в обертальний рух.

Частота обертання кульки пропорційна витратам продукції і фіксується безконтактним перетворювачем 7 диференціально-трансформаторноготипу, що встановлюється зовні корпусу в зоні обертання кульки. Перетворювач складається з двох обмоток, на одну з яких подається живлення від генератора періодичних коливань 8. Кожне переміщення кульки, що має феромагнітні властивості, під перетворювачем моделює по амплітуді коливання несучої частоти, які з другої обмотки подаються на підсилювач 9 нормувального перетворювача 11. Нормувальний перетворювач забезпечує усереднення і підсилення імпульсів стабільної тривалості і амплітуди відповідно частоти, що пропорційна частоті обертання кульки. В операційному підсилювачі 9 відфільтровується несуча частота і здійснюється підсилення корисного сигналу, який потім надходить до формувальника 10 і мультивібратора 11, де формуються прямокутні імпульси постійної тривалості. Формувальник амплітуди 12 здійснює нормування імпульсів по амплітуді, а за допомогою фільтра 15 виділяється стала складова послідовності імпульсів. Генератор струму 16 за відсутності одержання нульового сигналу у вимірювальному каналі передбачає спеціальну фіксацію послідовності імпульсів. Живлення елементів схеми здійснюється від блока живлення 13, розташованого у корпусі приладу.

Кулькові витратоміри не чутливі до вібрацій, ударів і мають відносно просту конструкцію. Поряд з цим таким витратоміром можна визначити витрати пульсуючого потоку з амплітудою пульсації, що змінюється від нуля до максимального значення витрат.

Камерні витратоміри базуються на залежності між витратами і висотою рівня рідини у ємності, через яку безпосередньо протікає рідина. Застосовуються такі витратоміри здебільшого для визначення витрат агресивних рідин, а також рідин, що мають тверді зважені частинки.

Витратоміри з лічильниками у вигляді овальних шестерінок широко застосовуються у різних галузях народного господарства. Принцип дії таких лічильників базується на відрахуванні відповідних об’ємів рідкої продукції, що проходить через вимірювальну камеру під час обертання овальних шестерінок. Потік продукції надходить до лічильника через вхідний патрубок і, перемістившись через вимірювальний пристрій, втрачає частину напору на створення крутного моменту, що приводить овальні шестерінки в рух. Залежно від положення шестерінок кожна з них почергово є то ведучою, то веденою. Вимірювання кількості рідини здійснюється за рахунок періодичного відсікання відповідних її об’ємів, розташованих в порожнинах між циліндричною поверхнею корпуса пристрою і овальними шестерінками. За один оберт шестерінок відсікається чотири таких об’єми, а сумарна їх величина дорівнює робочому об’ємові вимірювальної камери. Облік рідини, що пройшла через лічильник, базується на відрахуванні числа обертів овальних шестерінок.

Електромагнітні (індукційні) витратоміри складаються з первинного перетворювача витрат продукції і вимірювального пристрою або передавального перетворювача.

Первинний перетворювач (датчик) — це ділянка іруби 1 (рис. 3.80),

виготовлена з немагнітного матеріалу (сталь 12Х18Н10Т), розташована між полюсами 2 електромагніта. Магнітне поле електромагніта направлено перпендикулярно до напряму потоку рідини. Із середини труба покрита ізоляційним матеріалом. Рідина під час переміщення по даній ділянці труби пересікає силові лінії магнітного поля. При цьому в рідині, як в рухомому провіднику, індукується ЕРС, величина якої пропорціональна середній швидкості потоку, тобто об’ємним витратам рідини. Індукувальна ЕРС знімається двома електродами 3, введеними діаметрально в поперечний переріз трубопроводу, підсилюється і вимірюється вторинним приладом. Для зменшення чутливості приладу до викривлення осьової симетрії розподілення швидкості потоку і зменшення довжини вимірювальної ділянки трубопроводу магнітне поле виконується не постійним, а за спеціальним законом.

Первинний перетворювач витрат може бути встановленим на горизон­тальній, вертикальній або похилій ділянці трубопроводу за умови, що весь об’єм туби перетворювача повинен бути рівним діаметру трубопроводу, а якщо діаметр трубопроводу менший, то на прямолінійній ділянці трубо-проводу встановлюється конічний патрубок для вирівнювання значень діаметрів.

Ультразвукові витратоміри мають велику швидкодію, перешкодо - стійкість, високу точність і великий діапазон вимірювань. Принцип роботи приладу базується на зміненні значення швидкості розповсюдження ультразвукового сигналу в рухомому середовищі залежно від зна­чення складових швидкості цієї рідини в напряму розповсюдження ультразвукового сигналу.

До складу витратоміру входять вимірювально-керуючий прилад і два п’єзодатчики. Первинним перетворювачем ультразвукового витратоміра є відрізок труби, на якому під кутом до її осі встановлено два п’єзометричні датчики (рис. 3.81). При стисканні і розтягуванні у відповідних напрямках п’єзоелементів на їх поверхнях виникають електричні заряди. Якщо до цих поверхонь прикласти різницю елективних потенціалів, то п’єзоелементи розтягуються або тискаються залежно від того, на якій з цих поверхонь буде більше напруження. Це явище називають зворотним п’єзоефектом і воно є основою роботи випромінювачів ультразвукових коливань, перетворюючи змінне електричне напруження в механічні коливання тієї ж частоти. Приймачі, перетворюючи ці коливання в змінне електричне напруження, працюють на прямому п’єзоефекті. Кожний із двох п’єзоелементів по черзі є випромінювачами і приймачами.

Основним функціональним вузлом вимірювально-керуючого приладу є субпанель вимірювання, яка має два синхрокільця. Імпульс із виходу фор­мувача запускаючих імпульсів 3 надходить на п ’єзоелектричний первинний

перетворювач І, який випромінює короткі ультразвукові сигнали. Цей сигнал проходить через продукцію і приймається п’зодатчиком 2 за проміжок часу, величина якого залежить від відстані L між датчиками і різниці швидкостей:

С-и1=Аи, (3.87)

де С — швидкість ультразвуку в середовищі продукції;

у — проекція вектора швидкості V продукції на напрямок розповсюд­ження ультразвукового сигналу.

Прийнятий ультразвуковий імпульс підсилюється блоком 4 і надходить на формувач, запускаючи імпульс 3, який знов формує імпульс, що надходить на перетворювач 1. Процес проходження сигналу повторюється, тому що виникає автоциркуляція імпульсів у першому синхрокільці.

Аналогічно працює друге синхрокільце. У цьому випадку імпульс із виходу формувача запускаючих імпульсів 5 надходить на п’єзоелектричний

перетворювач 2, що випромінює короткий ультразвуковий сигнал. Цей сигнал проходить через продукцію і приймається п’єзодатчиком 1 через проміжок часу, величина якого залежить від відстані між датчиками і суми швидкостей:

С + ц = Діл (3.88)

Прийнятий и’єзодатчиком 1 ультразвуковий імпульс підсилюється блоком 4 і надходить на формувач, запускаючих імпульсів 5, який знову формує імпульс, що надходить на п’зометричний перетворювач 2. У результаті повторення процесу проходження сигналів виникає автоциркуляці я імпульсів на другому синхрокільці. Обидва синхрокільці одночасно працюють в одному електроакустичному каналі. Відмінність веденого синхрокільця від ведучого в тому, що до складу формувача імпульсів 5 входить схема контролю співпадіння робочих імпульсів цих синхрокілець і відновлення роботи веденого синхрокільця із зсувом на півперіод.

Роботою синхрокілець керує блок 6, який забезпечує необхідну їх синхронізацію.

За допомогою схеми автопідстроювання блок 6 керує роботою генерато­рів імпульсів 7 і 8. Імпульси з виходом керованих генераторів 7 і 8 зв’язані за частотою і по фазі з імпульсами ведучого і веденого синхрокілець, але часто­ти відслідковування їх вище частот відслідковування імпульсів синхрокі­лець в 200 разів. Серії імпульсів від керованих генераторів 7 і 8 надходять на змішувач 9, який виділяє різницеву частоту, що лінійно залежить від швидкості рідини в трубопроводі і не залежить від швидкості ультразвуку в цій же рідині, тобто не залежить від змінення її фізичних властивостей.

Серія імпульсів різницевої частоти з виходу змішувача 9 через масш­табний перетворювач 10 подається на аналоговий перетворювач 12, який перетворює частоту в аналоговий сигнал, що надходить на індикатор витрат 13. Електромеханічний лічильник імпульсів 11 дає можливість контролювати кількість рідини, що перемістилась по трубопроводу.

Подальша інтенсифікація процесу дозування і фасування рідкої продукції вимагає застосування інших фізичних явищ в приладах для визначення витрат продукції.