18429

Методы и средства автоматического измерения уровня жидких и сыпучих материалов в технологических процессах горного производства

Лекция

Менеджмент, консалтинг и предпринимательство

Лекция 13. Методы и средства автоматического измерения уровня жидких и сыпучих материалов в технологических процессах горного производства Уровень как физическая величина измеряется в единицах длины системы СИ в метрах m международное обозначение м русское обоз...

Русский

2013-07-08

145.5 KB

70 чел.

Лекция 13.

Методы и средства автоматического измерения уровня жидких и сыпучих материалов в технологических процессах горного производства

Уровень как физическая величина измеряется в единицах длины системы СИ в метрах (m - международное обозначение, м - русское обозначение). Стандарт рекомендует к использованию следующие кратные и дольные значения от единицы СИ: km - километр, международное обозначение, км - русское обозначение, сm - сантиметр (см), mm – миллиметр (мм); µm (мкм) -микрометр, nm (нм) - нанометр.

Уровень как технологический параметр характеризует состояние и работу многих технологических аппаратов, машин, оборудования и технологических процессов в целом. Диапазон изменения измеряемой величины уровня в процессах горного производства весьма широк: от нескольких миллиметров, как, например, при измерении уровня (высоты) пенного слоя во флотационной машине, до нескольких метров, как, например, уровень руды в приемных бункерах цеха измельчения.

Как известно, процессы горного производства характеризуются непрерывностью, накоплением материала в бункерах, емкостях и их последующим распределением по аппаратам, секциям и т. п.

Автоматический контроль уровня предотвращает опустошение емкостей, а, следовательно, нарушение непрерывности процесса, и, как следствие, потерю качества. Автоматический контроль уровня обеспечивает равномерную нагрузку на машины и оборудование, исключает переливы материалов, предотвращает аварийное развитие хода процессов и т. д.

В практике осуществления автоматических измерений уровня как сыпучих материалов (руда, компоненты шихты, концентраты), так и жидких продуктов (реагенты, пульпа, вода) мы сталкиваемся с необходимостью иметь постоянную непрерывную (или дискретную) информацию об уровне в объектах контроля, отличающихся большим конструктивным разнообразием и условиями измерений. Так, например, жидкость может находиться в открытой и закрытой емкости или под давлением. Жидкость может быть агрессивной, взрывоопасной, кристаллизующейся и т. д., что создает определенные трудности при выборе метода и средства измерения уровня.

По характеру выходного сигнала все средства измерения уровня делят на сигнализаторы уровня и уровнемеры.

Сигнализатор уровня — устройство, позволяющее осуществлять измерение (контроль) уровня в одной или в нескольких заданных точках.

Уровнемеры - осуществляют непрерывное автоматическое измерение уровня.

По принципу действия средства измерения уровня условно делят:

на механические;

электромеханические;

электрические;

радиоактивные;

фотоэлектрические;

акустические и др.

Рассмотрим возможные принципы и средства измерения уровня жидких продуктов. Система автоматического измерения уровня, как и любого другого параметра, состоит из измерительного преобразователи и вторичного прибора.

Поплавковые датчики. В качестве измерительного преобразователя используют поплавок с механическим и электрическим промежуточным и выходным преобразователями. С помощью поплавковых измерителей уровня (рис. 1) осуществляют измерение чистых, некристаллизующихся жидкостей, пульпообразных продуктов с постоянной плотностью.

Диапазон измерения с помощью поплавковых датчиков незначительный и определяется кинематической схемой промежуточного преобразователя.

Рис. 1. Схема измерения уровня поплавковым датчиком

Пневматические датчики уровня. Для измерения уровня жидких продуктов в открытыхмкостях применяют пневматические (пузырьковые) датчики уровня. Датчик представляет собой полую пьезометрическую трубку, в которую закачивается воздух под давлением 1,4 кгс/см2 (137,3 кПа). Трубка опускается в жидкость, уровень которой измеряется (рис. 2).

При постоянной плотности жидкости давление в пьезотрубке будет отражать колебания уровня:

Р = h · δ,

где h - измеряемый уровень,

     δ - плотность жидкости.

Рис. 2. Схема автоматического измерения уровня пневматическим датчиком

Диапазон изменения измеряемой величины (уровня) до одного метра. При организации измерений с помощью пьезометрических трубок необходимо соблюдать условие

РГПИТ,

где РГ - давление, развиваемое (создаваемое) столбом измеряемой жидкости;

РПИТ - давление воздуха, подаваемое в пьезотрубку от источника сжатого воздуха.

Ультразвуковые уровнемеры. Уровень пульпы в зумпфах, камерах флотационных машин может автоматически измеряться с помощью ультразвуковых датчиков. Принцип их действия заключается в следующем. Источник ультразвуковых колебаний (1) испускает серию импульсов (рис. 3), отразившись от мишени, воспринимаются приемником излучения (2). Время прохождения ультразвукового сигнала в обе стороны (от излучателя до поверхности контролируемой жидкости и обратно до приемника излучения) преобразуется измерительным преобразователем (3), корректируется с учетом температуры (4, 5), фильтруется от помех (6) и преобразуется в токовый сигнал в блоке 7 (4 - 20 мА), пропорциональный измеряемому уровню (см. рис. 3)

Фильтрация сигнала необходима для устранения помех, возникающих вследствие работы электрических двигателей, вращения импеллеров в агитационных чанах, зумпфах, камерах флотомашин, где измеряется уровень.

Сигнал о текущем значении передается на дисплей (8), конструктивно расположенный вместе с элементами ультразвукового преобразователяю

Таким образом, расстояние от источника излучения до мишени определится как

h = c · t/2,

где с - скорость ультразвука в воздухе;

      t - суммарное время прохождения сигнала от источника до мишени и от мишени до приемника.

Если ультразвук за время t проходит двойное расстояние h, следовательно, при определении расстояния до мишени (уровня жидкости) схема преобразования будет учитывать половинный временной интервал (t/2).

L = H - h

где L — уровень среды,

     Н — геометрические параметры емкости.

Рис. 3. Структурная схема ультразвукового датчика уровня

Гидростатические уровнемеры. Измерение уровня жидкости в открытой емкости и в емкости, находящейся под давлением можно осуществлять на базе датчика
Метран-100-ДГ. Устройство датчика показано на рис.4.

Рис. 5. Возможная структурная схема гидростатического уровнемера

Датчик состоит из преобразователя давления (сенсорного блока) и унифицированного электронного преобразователя.

Измеряемая входная величина подается в камеру сенсорного блока и преобразуется в деформацию чувствительного элемента тензопреобразователя, вызывая при этом изменение электрического сопротивления тензорезисторов.

Электронный преобразователь датчика преобразует это изменение сопротивления в унифицированный аналоговый токовый выходной сигнал.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.

Сенсорный блок датчика состоит из корпуса 1, рычажного тензопреобразователя 2, разделительной мембраны 3, жесткого центра со штоком 4, электронного
преобразователя 5.

В датчиках гидростатического давления измеряемое давление Р воздействует на мембрану 3 и преобразуется в усилие на жестком центре, которое через шток 4 передается на рычаг тензопреобразователя 2. Избыточное статическое давление подводится к патрубку 6. Перемещение конца рычага вызывает деформацию измерительной мембраны тензопреобразователя. На измерительной мембране размещены тензорезисторы. Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны вызывает изменение сопротивления тензорезисторов и разбаланс мостовой схемы. Электрический сигнал, образующийся при разбалансе мостовой схемы, подается в электронный преобразователь 5. Электронный преобразователь преобразует электрический сигнал от тензопреобразователя в стандартный токовый выходной сигнал.

Измерение уровня сыпучих материалов в емкостях (уровня дробленой руды в бункерах) может осуществляться различными методами. На предприятиях горной промышленности распространение получили кондуктометрический метод, радиоактивный и др.

Кондуктометрический сигнализатор уровня. Принцип действия кондуктометрических сигнализаторов уровня основан на различии электрического сопротивления контролируемой среды и воздуха.

Кондуктометрические сигнализаторы применяют, как правило, для контроля и сигнализации верхнего уровня пульп, влажных и сухих сыпучих материалов (концентратов, дробленой руды и т. п.) в емкостях, чанах, зумпфах. С помощью кондуктометрических датчиков возможно осуществлять контроль уровня в нескольких точках, например, верхний, средний, нижний, или как, например, при автоматизации шахтных водоотливных установок измеряют нижний уровень, верхний, повышенный и аварийный. В состав кондуктометрических уровнемеров входят: датчик (электрод), устанавливаемый в бункере (зумпфе), и усилительная схема (релейная или электронная). Схемы с релейными усилителями используют, как правило, в сигнализаторах, где сопротивление участка «электрод - земля» не превышает 1 МОм. При возрастании величины сопротивления этого участка до 20 МОм и выше применяют электронные схемы. На рис. 5 приведена структурная схема кондуктометрического датчика уровня.

Рис. 5. Упрощенная структурная схема кондуктометрического сигнализатора уровня

В кондуктометрических сигнализаторах уровня необходимо применять специальные меры для предотвращения ложных срабатываний из-за осаждающейся на электрод электропроводящей пыли.

Радиоактивные сигнализаторы уровня являются универсальными средствами контроля уровня на заданной отметке и могут использоваться как для контроля сыпучих сред, так и жидкостей. Они могут также применяться для контроля забивки течек (перегрузочных узлов), наличия материала на ленте конвейера и для других целей.

Принцип действия радиоактивных датчиков заключается в том, что интенсивность проникающего потока гамма-излучения зависит от плотности контролируемого материала. Принцип контроля уровня с помощью радиоактивных датчиков поясняется структурной схемой, изображенной на рис.6

.

Рис.6. Структурная схема контроля уровня с помощью радиоактивных датчиков уровня

В качестве источника излучения применяют изотопы кобальта - 60 или цезия - 137 (Со-60, Сs-137).

Современная элементная база (интегральные микросхемы, микропроцессорные устройства) позволяет разрабатывать и создавать различные по назначению гамма-электронные реле уровня со стандартными выходными сигналами, которые можно подключать к системным блокам ЭВМ. В настоящее время выпускаются радиоактивные реле уровня типа РОС-111 (контроль уровня в зумпфах) и РОС -301 (контроль уровня в бункерах).

Радиоактивные датчики уровня (как, впрочем, и другие радиоактивные датчики), обладая целым рядом преимуществ, в то же время требуют специальных мер по соблюдению техники безопасности, а также специальной службы на предприятии, занимающейся вопросами хранения радиоактивных веществ, их эксплуатации в системах контроля технологических параметров.

PAGE  73


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5190. Генетика людини. Основи загальної генетики. Курс лекций 496.5 KB
  Галузь біології, яка вивчає явища спадковості та мінливості живих організмів, називається генетикою. Наука генетика поділяється на загальну та спеціальну, або прикладну частини. Загальна генетика вивчає закони, закономірності та механізми спад...
5191. Генетика микроорганизмов. Наследственные факторы микроорганизмов 92.5 KB
  Генетика микроорганизмов Сохранение специфических структурных и функциональных свойств организмов, т. е. постоянство признаков на протяжении многих поколений, называют наследственностью. Впервые материалы для познания механизма наследственности был...
5192. Генетика микроорганизмов. Фенотипическая и генотипическая изменчивость 34.5 KB
  Генетика микроорганизмов Общие понятия. Наследственность – способность живых организмов сохранять определенные признаки на протяжении многих поколений. Изменчивость – приобретение новых признаков, отличающих их от других поколений по...
5193. Загальна характеристика мітохондріальної патології. Клініка, діагностика, лікування 99.5 KB
  Загальна характеристика мітохондріальної патології. Клініка, діагностика, лікування. Характеристика мітохондріального геному. Етіопатогенез мітохондріальних захворювань. Класифікація мітохондропатій. Клініка найбільш поширени...
5194. Генетика микроорганизмов. Основные понятия о генетике микроорганизмов 35.5 KB
  Генетика микроорганизмов. Основные понятия о генетике микроорганизмов. Фенотипическая изменчивость. Генотипическая изменчивость. Диссоциация особая форма изменчивости. Практическое значение изменчивости. Основные понятия о генетике...
5195. Генетика популяций. Разнообразные подходы к изучению генетики популяций 72.5 KB
  Генетика популяций Термин популяция происходит от латинского populus – население. Долгое время (начиная с конца XVIII в.) популяцией называли (а часто называют и сейчас) любую группировку организмов, обитающих на определенной территории. В 1903...
5196. Генетика статі 37.5 KB
  Генетика статі Мета: ознайомити студентів з явищем зчепленого зі статтю успадкування, взаємодія генів, множинна дія генів, позаядерна спадковість. Формувати навички розв’язування задач з генетики. План Хромосомне визначення статі Сп...
5197. Генетика в тестах и задачах 674 KB
  Генетика в тестах и задачах В учебном пособии даны тестовые вопросы к зачетному занятию по общей генетике. Показаны схемы решения задач на разные типы взаимодействия генов: аллельных, неаллельных, сцепленных с полом, сцепления генов, молекулярной ге...
5198. Наследственность и изменчивость 79.5 KB
  Наследственность и изменчивость Наследственность – свойство организмов передавать свои признаки и особенности развития следующему поколению. Материальными носителями наследственности являются гены локализованные (расположенные) в ядерных структ...