Muratov_V_G_Metrologia_tekhnol_izmer_i_pribor

r — радіус капіляра; Fm — масова витрата рідини крізь капіляр; l — довжина капіляра; p — перепад тиску на капілярі.

При постійних значеннях Fm, k, r і l в’язкість μ = k1 p.

Нарис. 18.5 показанапринциповасхемакапілярноговіскозиметра. Крізь капілярну трубку 1 за допомогою дозуючого насоса 2 прокачують з постійною витратою контрольовану рідину. Перепад тиску на трубці вимірюють показуючим дифманометром 3, шкала якого проградуйована в одиницях в’язкості.

Віскозиметри з падаючою кулькою засновані на законі Стокса,

що зв’язує швидкість падіння кульки в рідині з її в’язкістю:

де k — постійний коефіцієнт, що залежить від одиниці вимірювання; ρ іρ0 — густинаматеріалукулькийрідини; r — радіускульки; g — прискорення вільного падіння; V — швидкість рівномірного руху кульки.

Закон Стокса застосуємо для ламінарного плину рідини щодо кульки. Поцьомувискозиметрізпадаючоюкулькоюдоситьчутливий до забруднення й неоднорідності рідини, що визначило його застосування для чистих однорідних рідин.

Нарис. 18.6 наведенапринциповасхемавіскозиметразпадаючою кулькою.

Мікроконтролер 1 управляє роботою віскозиметра періодичної дії. Спершу він включає електродвигун М насоса 2, який прокачує вимірювану рідину знизу нагору крізь мірну трубку 3, піднімаючи при цьому металеву кульку 4 від нижньої обмежувальної сітки 5 до верхньої 6. Мірна трубка оснащена ПП 7 і 8 положень кульки у двох контрольних відмітках на фіксованій відстані l між собою. Ці ПП підключені до мікроконтролера.

Коли кулька виявляється у своєму верхньому положенні, мікроконтролер 1 виключає насос 2, і кулька починає опускатися. У момент проходження нею верхньої контрольної відмітки мікроконтролерпочинаєвідлікчасуйзакінчуєйогоприпроходженні кулькою нижньої контрольної відмітки. Обмірюване значення часу τ, за яке кулька проходить відстань l, пропорційна в’язкості рідини: μ = k τ, де k — константа приладу. Мікроконтролер здійснює розрахунокμ,індикуєйогозначеннянацифровомутабло,виробляючи при цьому відповідний вихідний сигнал.

Потім цикл вимірювання повторюють.

Ротаційні віскозиметри засновані на вимірюванні моменту М протидії, обумовленої в’язкісним опором рідини при обертанні в ній тіла. Цей момент пропорційний динамічній в’язкості рідини:

де k — константа приладу; μ — динамічна в’язкість; ω — кутова швидкість обертового тіла.

Відома велика кількість приладів, що різняться формою обертового тіла й способом вимірювання крутного моменту.

Одна з конструкцій представлена на рис. 18.7. У проточному корпусі 1 ротаційного віскозиметра у вертикальній площині з постійною швидкістю обертається конусний диск 2. Чутливий елемент 3, виконаний у формі вилки, охоплює частину диска й закріплений плоскою пружиною 4 на опорі 5. При обертанні диска під дією в’язкістних сил виробляється зусилля ƒ, прикладене до ЧЕ й спрямоване до його переміщення у вертикальній площині. У застарілих модифікаціях віскозиметрів це переміщення вимірювали за допомогою дифтрансформаторних ПП (див. § 7.3), пов’язаних із чутливим елементом 3 за допомогою штанги 6. У сучасних приладах при практично нульовому переміщення ЧЭ зазначене зусилля вимірюють тензодатчиком або п’єзоелектричним ПП 7, підключеним до

мікроконтролера 8 віскозиметра, який індикує результат вимірювання на цифровому табло й виробляє відповідні вихідні сигнали.

Рис. 18.7. Ротаційний віскозиметр

Оскільки температура рідини впливає на в’язкість, у віскозиметрі передбачена температурна корекція за допомогою ПП температури 9, підключеного до мікроконтролера.

19. ІНФРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ

19.1. Призначення, архітектура, функції

Інформаційно-вимірювальні системи (ІВС), часто називані системами збору й обробки інформації, у харчовій промисловості застосовують як у вигляді самостійних систем, так і в якості інформаційних підсистем АСУ технологічними процесами й підприємством у цілому (див. рис. 6.4).

ІВС призначені для інформаційного забезпечення й підтримки прийняття рішень на різних рівнях керування, обумовлених структурою конкретного підприємства, наприклад:.

1.Місцевому — для персоналу, що обслуговує технологічне устаткування по місці його розміщення;

2.Оператора КВПіА — на щиті або пульті керування;

3.Автоматизованого робочого місця (АРМ) операторатехно-

лога, яке являє собою операторський комп’ютерний термінал (станцію), до складу якого входить комп’ютер із клавіатурою, монітором

іпринтером, включений у комп’ютерну мережу ІВС;

4.АРМ начальника цеху;

5.АРМ Головного технолога;

6.АРМ Головного енергетика;

7.АРМ Головного інженера;

8.АРМ комерційного директора підприємства і таке інше.

Кожному із цих рівнів відповідає специфічні функції, виконувані

ІВС, основними з яких є такі:

yвимірювання параметрів ТП і енергоносіїв;

yпараметричний і допусковий контроль (див. § 1.10.2) з використаннямсвітловоїйзвуковоїсигналізаціївідхиленьвимірюваних параметрів й режимів роботи устаткування за встановлені межі;

yоблік споживання сировини, енергоресурсів, готової продукції й видаткових матеріалів;

yобчислення техніко-економічних показників виробництва;

yархівування й створення баз даних, складання різного роду графіків, таблиць і звітів;

yдиспетчерський контроль виробництва;

yкерування якістю продукції;

yпланування виробництва;

yадміністративне керування підприємством, тощо.

Сучасні ІВС являють собою розподілені системи віддаленого

збору й обробки інформації з можливістю обмеженого посадовими інструкціями доступу АРМ операторів різного рівня до поточної й архівної інформації про об’єкт.

Багато виробників, такі як Siemens, Vega, Advantech та інші, пропонують ІВС із гнучкою нарощуваною структурою, принципи побудови яких на основі Web-технологій розглянуті в § 19.5.

19.2. Контроль споживання теплової енергії. Тепломіри

Тепломірами або теплолічильниками називають ЗВТ для комерційного обліку теплової енергії у відкритих (із втратою теплоносія) та закритих системах, із температурою подачі теплоносія до 160 °С

івитратами його від 0,6 до 3 000 м3 за годину.

Вкомплект сучасного тепломіра входить мікроконтролер, називаний обчислювачем, до якого підключають низку ПП температури й витрат теплоносія. Часто до обчислювача додатково підключають лічильники електричної енергії або аналізатори параметрів електромережі [25].

Вимірювання температури t і витрат F звичайно здійснюють у

трубопроводах подачі гарячого (FГ, tГ) теплоносія до споживача (рис. 19.1) та повернення відпрацьованого холодного (FХ, tХ) теплоносія в котельню.

Рис. 19.1. Схема установки тепломіра MULTICAL III

ТутвякостіприкладупоказанийтеплолічильниктипуMULTICAL III фірми Kamstrap, сертифікований і розповсюджений в Україні.

До обчислювача 1, призначеного для настінного монтажу, підключають ультразвукові, тахометричні або інші витратоміри, що мають імпульсний вихідний сигнал. Допускається також підключення двох додаткових витратомірів з герконовим контактним ви-

ходом для підрахунку витрат питної води й води на підживлення системи.

Тепломір має автономне живлення від батареї, встановленої в обчислювачі, зміну якої проводять один раз в шість років. При зміні батареї повірку тепломіру робити не потрібно.

Обчислювач 1 має цифровий рідкокристалічний індикатор 2 і кнопки 3, 4 управління. Вивід на індикацію значень вимірюваних параметрів у різних одиницях вимірювання й вибір режимів зчитування даних архіву здійснюють кнопкою 3. Кнопка 4 слугує для індикації дати, тарифів та іншої інформації.

Вимірювання температури здійснюють за допомогою двох термометрів опору (tГ, tХ) градуювання 500П, що монтують відповідно у прямому та зворотному трубопроводах.

Розрахунок спожитої теплової енергії NT (кВт) здійснюють за відомою формулою, коли витрати гарячого теплоносія до споживача (FГ, кг/с) і відпрацьованого холодного після (FХ, кг/с) споживача дорівнюють між собою (FГ = FХ):

В обчислювач, крім того, вводять тарифні коефіцієнти на тепло, гарячу і холодну воду. Це дозволяє врахувати вартість витраченого тепла і втраченого теплоносія, якщо FГ ≠ FХ.

При підключенні до тепломіру електролічильника у обчислювач вводять тарифні коефіцієнти на електроенергію (денні, нічні, пільгові), що дозволяє у фізичному і грошовому вигляді враховувати кількість спожитої енергії та періоди її використання.

MULTICAL III, крім того, здійснює архівацію середніх значень вимірюваних параметрів у різних одиницях вимірювання з погодинним і помісячним проміжком.

Усі зареєстровані дані можна вивести на принтер або комп’ютер 5 сталимпровіднимконтактнимзв’язкомабомобільнозадопомогою оптичного каналу зв’язку. Цей канал складається з інфрачервоного порту 6 обчислювача та оптичної головки 7, що підключають до комп’ютера, наприклад, переносного. Оптична головка представляє собою інфрачервоний приймач-передатчик на основі оптичної пари «світлодіод-фотодіод».Длязчитуванняданихголовку7приставляють

до такого ж оптичного порту 6 обчислювача, де вона фіксується за допомогою вбудованого в неї магніту, що забезпечує двобічний зв’язок тепломіра з комп’ютером.

Передачу даних у комп’ютер виконують, переводячи обчислювач в режими «1PRT» (середньогодинні дані за 38 діб) та «2PRT» (середньомісячні дані за 14 місяців) за допомогою кнопки 3. Перед тим оптичну головку 7 підключають до входу Сом2 персонального комп’ютера за допомогою кабелю зі стандартним розніманням.

Використовуючі стандартну програму зв’язку «Hyper Terminal» (Windows) переводять комп’ютер у режим очікування зчитування. Відразу після введення команди «ОК» комп’ютер переходить до зчитування даних, що починають надходити з обчислювача спочатку у режимі «1PRT», а потім «2PRT».

При використанні сталого провідного зв’язку обчислювач підключають до одного з комп’ютерів інформаційно-вимірювальної системи, наприклад, АРМа енергетика підприємства. Зчитування архівних даних обчислювача роблять тим же чином, що і при використанні оптичної головки.

19.3. Контроль споживання електричної енергії. Електролічильники

Відповідно до вимог Держенергонагляду розрізняють технологічний контроль і комерційний облік електроенергії, які на підприємстві повинні бути розділені між собою.

Технологічний контроль припускає вимірювання електроспоживання електродвигунів пресів, дробарок, електронагрівачів та іншого технологічного обладнання, режимами роботи яких управляють при веденні ТП.

Для вимірювання малих струмів використовують амперметри, що показують, прямоговключення, наприклад, типуЭ-365 класуточності 1,5 зі шкалою ~ 0…5А, ~ 0…10А, рідше ~ 0…20А, які призначені для щитового монтажу у силових та й інших щитах і пультах.

Для вимірювання великих струмів застосовують вимірювальні комплекти у складі таких же амперметрів, включених у ланцюзі вторинних обмоток вимірювальних трансформаторів струму. Вітчизняні вимірювальні трансформатори струму типу ТТ-0.6 класу

Їх вмикають за допомогою магнітних пускачів КМ1, КМ2 і КМ3 (електромагнітних реле великого розміру), при замиканні контактів яких напруга надходить до відповідного електроспоживача. Для захисту від короткого замикання в ланцюгах живлення обмоток магнітних пускачів включені контакти електротеплових реле КК, чутливі елементи яких показані на схемі.

Електротеплові реле КК бувають різних конструкцій, одна з яких заснована на застосуванні біметалічних реле (див. §9.1.2, §7.1). Чутливий елемент являє собою біметалічну пластину, яка при проходженні неприпустимо великого струму крізь електроспоживач (наприклад, за короткого замикання) нагрівається, звивається й розриває ланцюг живлення обмотки магнітного пускача. При цьому пускач розмикає свої силові контакти й знеструмлює ланцюг живлення електроспоживача.

За існуючими нормами струми споживання електрообладнання вимірюють в силових ланцюгах живлення між електротепловими реле і обладнанням, як показано на схемі.

Увесь струм споживання електродвигуном М1 проходить крізь амперметр прямого включення РА1. Амперметри непрямого включення РА2, РА3 працюють у комплекті з вимірювальними трансформаторами струму ТА1, ТА2.

Для введення інформації у ІВС використовують кілька шляхів.

yОдин з них за допомогою нормуючого перетворювача UZ змінної напруги, наприклад, типу ПНС-3 фірми «Мікрол», який включають послідовно з амперметром РА3 у ланцюг вторинної обмотки трансформатора струму ТА2. Уніфікований струмовий вихідний сигнал [0…5, 0…20 або 4…20] мА перетворювача подаютьнавхідмікроконтролера(тутнепоказаного), пов’язаного з комп’ютером відповідного АРМа.

yДругий — за допомогою мікропроцесорного аналізатора параметрів мережі із цифровим виходом, пов’язаного з комп’ютером АРМа. Аналізатор параметрів мережі, наприклад, серії DMK фірми Lovato electric являє собою мікропроцесорний мультиметр щитового виконання, що дозволяє вимірювати понад 250 параметрів мережі: фазну, лінійну й середню по трьох фазах напругу; струмукожнійфазійсереднійутрьохфазах; потужність активну, реактивну, повну; кількість електроенергії виробленої

або спожитої; коефіцієнт потужності по кожній фазі; частоту мережі; гармонійні викривлення та інше. Вихідний сигнал аналізатора — RS485 або RS232. Клас точності 0,5.

yТретій — за допомогою мікропроцесорного електролічильника,

що має цифровий вихід і з’єднаний з комп’ютером відповідного АРМа. Як правило, це електролічильники комерційного обліку спожитої електроенергії.

При цьому трансформатори струму часто встановлюють за місцем в силовому щиті з амперметрами, магнітними пускачами і тепловими реле. Нормуючі перетворювачі й аналізатори параметрів мережі монтують за місцем або в щиті КВПіА чи на пульті керування.

Комерційний облік електроенергії здійснюють за допомогою однофазних і трифазних електролічильників електромеханічних (застарілих типів), електронних або мікропроцесорних.

Електролічильники, розраховані на максимальний фазний струм iфmax = ~10А, використовують в мережах малопотужних споживачів електрики за схемою прямого включення, де увесь струм йде крізь лічильник. В мережах середньопотужних споживачів ( iфmax ≤ ~100А) використовують електролічильники прямого включення із вбудованими в них вимірювальними трансформаторами струму.

В мережах потужних споживачів ( iфmax ≥ ~100А) лічильники встановлюютьзасхемоюнепрямоговключення. Тутелектролічильникз iфmax = ~10А підключають до вторинних обмоток вимірювальних трансформаторів струму, що встановлені в струмоведучих шинах у ввідному силовому електрощиті, звідки живиться цех, будинок, тощо.

Електролічильники комерційного обліку PJ (рис. 19.3) для запобігання несанкціонованій корекції результатів вимірювання обгороджують усередині силового щита за допомогою закритого опломбованого ящика 1 зі скляним віконцем для зняття показань. Усередині цього ящика разом з електролічильником монтують вимірювальні трансформатори струму ТА1…ТА3, що унеможливлює їх використання з іншою крім комерційного обліку метою.

Введення інформації у ІВС виконують за допомогою мікропроцесорних електролічильників комерційного обліку з інтерфейсом та лінією зв’язку з комп’ютером АРМу, наприклад, головного енергетика підприємства.