Автоматизация технологического процесса производства хлебного кваса

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования

" Могилевский государственный университет продовольствия"

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств Курсовой проект по дисциплине «Метрология, технологические измерения отрасли и сертификация приборов»

Автоматизация технологического процесса производства хлебного кваса Могилев 2012

Содержание Введение

1. Описание технологического процесса

2. Описание функциональной схемы автоматизации

3. Выбор и обоснование средств измерений

3.1 Средства измерения уровня

3.2 Средства измерения расхода и количества

3.3 Средства измерения температуры

3.4 Средства измерения концентрации

3.5 Средства измерения давления Заключение Список использованных источников Спецификация приборов Введение Схемой автоматизации предусматривается автоматизация основных технологических процессов. При производстве кваса требуется автоматическое дозирование компонентов, регулирование и сигнализация уровней в сборниках ККС, сахарного сиропа, закваски, в настойном и бродильно-купажном аппаратах, измерение расхода ККС, измерение и регулирование температуры воды, поступающей в аппараты, квасного сусла в бродильно-купажном аппарате и кваса после теплообменника, измерение количества сахарного сиропа, квасного сусла и закваски, поступающей в бродильно-купажный аппарат, измерение давления воздуха в бродильно-купажном аппарате, плотности и кислотности кваса, количества приготовленного кваса, направляемого на розлив, давления жидкости в трубопроводе. Также требуется местное и дистанционное управление электродвигателями насосов, вентилями и исполнительными механизмами.

Целью курсового проекта является автоматизация технологического процесса производства хлебного кваса. Задачей курсового проекта является выбор средств автоматического контроля параметров и средств автоматизации технологического процесса производства хлебного кваса.

Автоматизация технологического процесса производства кваса обеспечивает повышение производительности труда, снижение производственных потерь, улучшает условие труда обслуживающего персонала.

1. Описание технологического процесса Технологический процесс производства хлебного кваса состоит из операций приготовления квасного сусла, сахарного сиропа и колера, разводки чистых культур дрожжей и молочнокислых бактерий, сбраживания квасного сусла, купажирования сброженного сусла с сахарным сиропом и другими составляющими.

Концентрат квасного сусла или хлебный экстракт в жидком виде из специализированных цистерн насосом направляется в мерник, затем перекачивается в сборник для хранения. В мернике и сборнике уровень концентрата квасного сусла не должен превышать 1,5±0,005 м.

Приготовление квасного сусла производится в настойном аппарате. В него поступает расчетное количество концентрата квасного сусла или экстракта, которое контролируется расходомером на уровне 20±0,135 м³/ч, и теплая вода из теплообменника температурой 36±3,5 ^оС. Затем включают мешалку. Содержимое в аппарате растворяется за 10−15 минут. Уровень квасного сусла в настойном, бродильно-купажном аппарате и в сборнике закваски не должен превышать 80±2,5%. Концентрация квасного сусла после настойного аппарата должна быть равна 4±2%

Сахарный песок из склада подается транспортером, затем элеватором в бункер и потом в дозатор. Из дозатора сахар направляется в смеситель-растворитель, куда одновременно подается подогретая вода и лимонная кислота. Содержимое перемешивается мешалкой и нагревается до кипячения. Варка продолжается 30 минут. Готовый сахарный сироп фильтруется, перекачивается насосом через теплообменник в сборник для хранения. Уровень сахарного сиропа в сборнике не должен превышать 1,5±0,005 м.

Чистые культуры дрожжей и молочнокислых бактерий разводят на специальных установках Ганзена или Грейнера или в системе сборников.

Процесс сбраживания квасного сусла и купажирование совмещают и производят в бродильно-купажном аппарате. В аппарат подается насосом квасное сусло, вода, сахарный сироп и комбинированная закваска (смесь чистых культур дрожжей и молочнокислых бактерий). Количество сахарного сиропа, закваски и квасного сусла, подаваемых в бродильно-купажный аппарат должно равняться 40±2 м³/час. Содержимое перемешивают. Сусло оставляют бродить при температуре 27±3,5 ^оС на восемь часов. После окончания процесса брожения сусло охлаждают до температуры 7±3,5 ^оС. При этом основная масса дрожжей оседает и после окончания процесса брожения в аппарате удаляется в сборник кормовых дрожжей. Далее производится купажирование. Оно заключается в смешивании сусла с сахарным сиропом до плотности. Скупажированный квас выдерживают в течение 30−60 минут. Затем его окончательно охлаждают до температуры 7±3,5 ^оС в теплообменнике и направляют на розлив. Количество кваса, подаваемого на разлив должно быть равным 20±0,135 м³/ч Количество сахарного сиропа, закваски и квасного сусла, подаваемых в бродильно-купажный аппарат должно равняться 40±2 м³/час.

Давления жидкостей в трубопроводах, а также давления, создаваемые насосами, должно быть равным 0,3±0,0025МПа.

технологический квас автоматизация производство

2. Описание функциональной схемы автоматизации Автоматическая сигнализация и регулирование уровня в мернике производится регулятором-сигнализатором уровня ЭРСУ-3М (позиция 2б), электродный датчик которого установлен в сборнике. При достижении верхнего предельного уровня концентрата квасного сусла подается сигнал в электрическую схему управления, которая посредством магнитного пускателя КМ1 выключает электродвигатель насоса АИР56В4 (позиция 2в). Работа насоса на месте контролируется по показаниям манометра МТП-100/1 (позиция1а). При этом загорается сигнальная лампочка HL1 на щите. Для переключения схемы управления с автоматического режима на ручной служит переключатель HS (позиция SA1). Управление электродвигателем насоса АИР56В4 (позиция 2в) осуществляется кнопочной станцией SB1.

Автоматическая сигнализация и регулирование уровня в сборнике производится регулятором-сигнализатором уровня ЭРСУ-3М (позиция 4б), электродный датчик которого установлен в сборнике. При достижении верхнего предельного уровня концентрата квасного сусла подается сигнал в электрическую схему управления, которая посредством магнитного пускателя КМ2 выключает электродвигатель насоса АИР56В4 (позиция 4в). Работа насоса на месте контролируется по показаниям манометра МТП-100/1 (позиция3а). При этом загорается сигнальная лампочка HL2 на щите. Для переключения схемы управления с автоматического режима на ручной служит переключатель HS (позиция SA2). Управление электродвигателем насоса АИР56В4 (позиция 4в) осуществляется кнопочной станцией SB2.

Автоматическая сигнализация и регулирование уровня в сборнике производится регулятором-сигнализатором уровня ЭРСУ-3М (позиция 9б), электродный датчик которого установлен в сборнике. При достижении верхнего предельного уровня сахарного сиропа подается сигнал в электрическую схему управления, которая посредством магнитного пускателя КМ3 выключает электродвигатель насоса АИР56В4 (позиция 9в). Работа насоса на месте контролируется по показаниям манометра МТП-100/1 (позиция 8а). При этом загорается сигнальная лампочка HL5 на щите. Для переключения схемы управления с автоматического режима на ручной служит переключатель HS (позиция SA3). Управление электродвигателем насоса АИР56В4 (позиция 9в) осуществляется кнопочной станцией SB3.

Индикатор уровня РИС101 (позиция 5б), стержневой датчик ПП-025 (позиция 5а) которого укреплен в сборнике закваски, сигнализирует лампочкой HL3 о достижении предельного уровня в сборнике.

Индикатор уровня РИС101 (позиция 6б), стержневой датчик ПП-025 (позиция 6а) которого укреплен в настойном аппарате, сигнализирует лампочкой HL4 о достижении предельного уровня в аппарате.

Индикатор уровня РИС101 (позиция 11б), стержневой датчик ПП-025(позиция 11а) которого укреплен в бродильно-купажном аппарате, сигнализирует лампочкой HL6 о достижении предельного уровня в аппарате.

Измерение расхода концентрата квасного сусла, направляемого в настойный аппарат, производится комплектом индукционного расходомера Rosemount8700 в состав которого входит датчик расхода 8721 (позиция 16а), установленный на трубопроводе. На месте установлен показывающий прибор (позиция 16б) с электрической дистанционной передачей. На щите управления электропневматический преобразователь 8712E (позиция 16в) и показывающий вторичный прибор ПВ10.1Э (позиция 16г).

Измерение расхода концентрата квасного сусла, направляемого на розлив, производится комплектом индукционного расходомера Rosemount8700 в состав которого входит датчик расхода 8721 (позиция 17а), установленный на трубопроводе. На месте установлен показывающий прибор (позиция 17б) с электрической дистанционной передачей. На щите управления электропневматический преобразователь 8712E (позиция 17в) и показывающий вторичный прибор ПВ10.1Э (позиция 17г).

Измерение температуры воды, поступающий в настойный аппарат, осуществляется автоматической системой из термопреобразователя сопротивления ТСМ-0879 (позиция 10а), установленного на трубопроводе подачи воды в сборник, логометра ЛР-64И (позиция 10б).

Измерение температуры квасного сусла в бродильно-купажном аппарате осуществляется автоматической системой из термопреобразователя сопротивления ТСМ-0879 (позиция 13а), установленного на трубопроводе подачи квасного сусла, логометра ЛР-64И (позиция 13б).

Измерение температуры кваса после теплообменника осуществляется автоматической системой из термопреобразователя сопротивления ТСМ-0879 (позиция 18а), установленного на трубопроводе, логометра ЛР-64И (позиция 18б).

Измерение концентрации квасного сусла после настойного аппарата производится бесконтактным кондуктометрическим анализатором КС-1М-3 (позиция 20б), первичный преобразователь индукционного типа проточного исполнения (позиция 20а) которого установлен на трубопроводе.

Количество сахарного сиропа, закваски и квасного сусла, подаваемых в бродильно-купажный аппарат, контролируется счетчиками ВТ-Г (позиции соответственно 12а-12б, 14а-14б, 21а-21б).

Контроль давления жидкостей в трубопроводах осуществляется манометрами МТП-100/1-ВУ (позиция 7а, 15а, 19а).

Управление электродвигателями насосов, вентилями и исполнительными механизмами производится по месту кнопочными станциями SB1… SB4, SB6… SB10, SB16… SB17, SB20 и со щита управления кнопочными станциями SB5, SB11… SB15, SB18, SB19, SB21. Сигнальные лампочки H1… HL16 сигнализируют о работе электродвигателей.

3. Выбор и обоснование средств измерений

3.1 Средства измерения уровня Электронный кондуктометрический регулятор — сигнализатор ЭРСУ-3М Принцип действия прибора основан на преобразовании изменения электрического сопротивления между электродом датчика и стенкой резервуара в электрический релейный сигнал.

При погружении электрода датчика в контролируемую среду сопротивление уменьшается, срабатывает реле и загорается светодиод соответствующего канала. При отсутствии среды сопротивление увеличивается, происходит отпускание реле и гаснет светодиод.

Прибор имеет три независимых канала, позволяющих контролировать 3 уровня жидкости в одном или разных резервуарах.

На рисунке 1а представлено устройство первичного преобразователя сигнализатора уровня типа ЭРСУ. Он состоит из изолированного электрода 8 постоянной длины и неизолированного электрода 5, длину которого можно изменять. Штуцер 9 служит для установки датчика в стенке резервуара, а пластмассовый колпачок 3 фиксатором датчиков внутри корпуса. Электроды 5 и 8 соединены наконечником 7 и гайкой 6. Усадка фторопластового изолятора электрода 8 компенсируется пружиной 4. Соединительный провод подключается к электроду гайками 2, которые изолируются резиновым колпачком. Провод от корпуса резервуара подсоединяется к лепестку 10.

На рисунке 1 представлена схема контроля уровня трехканальным сигнализатором. К электронному блоку прибора ЭБ подсоединены три датчика 2 нижнего уровня (ДНУ), среднего (ДСУ) и верхнего (ДВУ).

а — конструкция датчика; б — схема контроля уровней Рисунок 1 — Схема прибора ЭРСУ Датчики установлены в стенке резервуара 1 через изолирующие прокладки 3. Каждый из датчиков подключен к усилительному релейному блоку (УРБ) УРБ1… УРБЗ. На выходе УРБ установлены электромагнитные реле KV1… KV3. При достижении уровня жидкости соответствующего датчика, через нее замыкается цепь входного напряжения U_вх на соответствующий УРБ, что вызывает срабатывание выходного реле KV и замыкание и размыкание его контактов (на схеме не показаны).

Метрологические характеристики: температура контролируемой среды не выше 200 ^оС; погрешность ±5 мм.

Технические характеристики: выходной сигнал — переключающие контакты реле; нагрузка на контакты выходного реле: ток 0,5−2,5 А, частота 50, 60 Гц, напряжение 12−250 В, допустимое увеличение тока на время не более 0,1 с. не более 5А; верхнее значение сопротивления срабатывания 5000 Ом; длина линии связи между датчиками и передающим преобразователем при сопротивлении каждой жилы до 20 Ом 1000 м; параметры питания (номинальное значение): напряжение переменного тока 220,240,380 В, частота 50, 60 Гц, потребляемая мощность не более 7,0 Вт; полный средний срок службы 12 лет.

Достоинством кондуктометрических сигнализаторов является возможность контроля нескольких уровней и высокая точность срабатывания. Основной недостаток заключается в невозможности контроля уровня неэлектропроводящих сред.

Общий вид, габаритные и установочные размеры датчика представлены на рисунке 2. Подключение внешних проводов или кабелей производится под винт, уплотнение осуществляется прокладками, в которых необходимо пробить отверстие, соответствующее наружному диаметру провода или кабеля. Длина погружаемой части датчика должна быть равна 0,6 метра при вертикальном монтаже или 0,1 метра при горизонтальном монтаже.

L — длина погружаемой части датчика Рисунок 2 — Общий вид, габаритные и установочные размеры датчика

3.2 Средства измерения расхода и количества Расходомер электромагнитный Rosemount 8700

Принцип действия электромагнитного расходомера основан на взаимодействии движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, подчиняющемся закону электромагнитной индукции. На рисунке 3 представлена принципиальная схема электромагнитного расходомера. Расходомеры измеряют электродвижущую силу (ЭДС), индуктируемую в жидкости, при пересечении ею магнитного поля. Для этого между полюсами магнита или электромагнита устанавливают участок трубопровода, который изготовлен из немагнитного материала и внутри покрыт неэлектропроводной изоляцией, вводятся два электрода в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля. Это закон Фарадея.

1 — трубопровод; 2 — полюса магнита; 3 — электроды для съема ЭДС Рисунок 3- Принципиальная схема электромагнитного расходомера По формуле (1) определяется разность потенциалов на электродах

(1)

где Е — разность потенциалов на электродах, В;

В — магнитная индукция, Тл;

D — расстояние между концами электродов, равное внутреннему диаметру трубопровода, м;

v — средняя скорость, м/c;

Q₀ — объёмный расход жидкости, м³/с.

Из формулы видно, что измеряемая разность потенциалов прямо пропорциональна объёмному расходу жидкости .

Расходомеры электромагнитные состоят из сенсора расхода и преобразователя. Сенсор расхода устанавливается непосредственно в трубопровод и представляет собой трубу из нержавеющей стали (футерованную неэлектропроводным материалом), с приваренными к ней фланцами; на трубе установлены две катушки индуктивности (индуктор) и два изолированных от трубы электрода. Электроды и индуктор герметично защищены кожухом, состоящим из двух полуцилиндров, приваренных к двум кольцам, установленным на трубе. К кожуху крепится стойка, на которой размещена плата с клеммами для подключения к преобразователю. В корпусе преобразователя установлены электронный блок, выходные клеммы, клеммы питания и заземления.

Применим сенсор расхода модели 8721 для санитарных исполнений. Применяемые материалы в данном сенсоре отвечают санитарным требованиям. Удаленно монтируемый преобразователь 8712Е. На рисунке 4 представлена схема электропневматического преобразователя.

Электропневматические преобразователи 8712Е предназначены для преобразования электрического аналогового сигнала постоянного тока 0… 5 мА в унифицированный пневматический аналоговый сигнал 20… 100 кПа.

Преобразователь состоит из двух функционально различных блоков: электромеханического преобразователя (совокупность магнитоэлектрического механизма и рычажной системы) и пневматического усилителя. Входной электрический сигнал подводится к катушкам возбуждения 7 магнитоэлектрического механизма 6, в результате чего возникает магнитный поток, который перемещает якорь 5, изготовленный из ферромагнитного материала.

Рисунок 4 — Схема электропневматического преобразователя Перемещение рычага 2 вызывает изменение давления в линии сопла 1, которое усиливается пневмоусилителем (применяются унифицированные пневмоусилители). Выходной пневматический сигнал поступает в линию связи и одновременно в сильфон обратной связи 4. Усилие, возникающее в устройстве 4 от действия выходного давления, уравновешивает усилие от входного сигнала. Пружина 3 предназначена для корректировки нуля преобразователя.

Преобразователь 8712Е имеет легкий в использовании локальный операторский интерфейс, 15-элементная клавиатура обеспечивает доступ к наиболее часто использующимся функциям, а дисплей, состоящий из 2 строк по 16 знакомест в каждой, ясно и четко отображает всю необходимую информацию: текущее значение объемного расхода или текущая скорость потока измеряемой среды, процентное значение текущего расхода или скорости относительно диапазона выходного сигнала, опции настройки и конфигурации расходомеров, диагностические сообщения.

Метрологические и технические характеристики: температура измеряемой средыот минус 29 до 177 ^оС; давление 0,05−1 МПа; минимальная электропроводность 5*10^-4 См/м;номинальный измеряемый расход при скорости потока 1 м/с 27,025 м³/ч; предел основной относительной погрешности ±0,5%; выходной сигнал преобразователя 8712 Е аналоговый, 4…20 мА; напряжение питания и частота расходомера — переменный ток 90−250 В, 50, 60 Гц; температура окружающего воздуха от минус 29 до 60 ^оС.

Габаритные размеры и схема монтажа представлена на рисунке 5.

Рисунок 5- Габаритные размеры преобразователя 8712Е Основные преимущества: широкий размерный ряд; высокая точность измерений; отсутствие движущихся частей; малые потери давления; прямолинейный участок трубопровода до расходомера — 5Dу, после расходомера — 2Dу.

Недостатки: наличие дополнительной погрешности от величины электропроводности жидкости; возможность отложения магнетита на стенках измерительного трубопровода расходомера и значительное увеличение погрешности при наличии окислов железа в воде; необходимость разрезки трубопровода, приварки фланцев и установки измерительного трубопровода, что часто невыполнимо.

Пневматический показывающий прибор ПВ 10.1Э Действие прибора основано на компенсационном методе измерения, при котором усилие на приемном элементе, возникающее от изменения входного давления, уравновешивается усилием пружины обратной связи, натяжение которой определяет положение указателя прибора.

Схема прибора изображена на рисунке 6. Контролируемый параметр, преобразованный в давление Р_вх, поступает в сильфон 7. При его увеличении сильфон растягивается и через шток 8 усилие передается рычагу 12, поворачивая его вокруг опоры 9 против часовой стрелки. На конце рычага закреплена заслонка 14, которая приближается к соплу 13, уменьшая сброс воздуха из него в атмосферу. Сжатый воздух давлением 0,14 МПа подается в сопло по пневмопроводу 10 через фильтр Ф и пневмосопротивление б. При уменьшении сброса воздуха через сопло 13 возрастает давление в пневмопроводах 11 и 1. По пневмопроводу 1 это давление поступаете коробку 18, воздействуя на резиновую мембрану 4. Через толкатель 5 усилие мембраны передается рычагу 3, поворачивая его вокруг опоры 6 по часовой стрелке. К концу рычага подсоединена лавсановая нить 2, перекинутая через блоки 16 и через пружину 15, соединенную с заслонкой 14. На нити закреплена показывающая стрелка 19, передвигающаяся по шкале 17. При повороте рычага 3 нить движется за ним, перемещая показывающую стрелку по шкале и растягивая пружину 15, стремясь повернуть рычаг 12 по часовой стрелке. Когда усилие пружины уравновесит усилие сильфона 7 на рычаге, его поворот прекратится и стрелка 19 покажет новое значение контролируемого параметра.

Рисунок 6 — Принципиальная схема пневматического измерительного прибора ПВ Технические и метрологические характеристики: диапазон изменения входного унифицированного аналогового сигнала 0,02−0,1 МПа; диапазон изменения давления задатчика 0,02−0,1 МПа; предел допускаемой основной погрешности по шкале от номинального диапазона входного сигнала ±1%; расход воздуха 6,5 л/мин.

Прибор можно использовать при температуре окружающей среды от 5 до 50? С и верхнем значении, относительной влажности воздуха 80% при 35? С и более низких температурах, без конденсации влаги.

К достоинствам прибора относят простоту конструкции, дешевизну, надежность. Недостатками являются отсутствие возможности использования в пожарои взрывоопасных помещениях, отсутствие возможности установки прибора в условиях агрессивных сред.

В конструкции прибора предусмотрено штекерное подсоединение регулятора (местная установка). Когда регулятор находится не у прибора контроля, а на некотором расстоянии от него (дистанционная установка), подсоединение регулятора к прибору контроля осуществляется посредством специальной вилки, которую прикладывают к прибору контроля и гнезда. На рисунке 7 приведена схема монтажа прибора.

Рисунок 7 — Схема монтажа прибора ПВ 10.1Э Поверку прибора ПВ10.1Э с классом точности ±0,1% производят при включенных кнопках переключателей Р и АП. При давлении 0.02 МПа перья и стрелка прибора устанавливаются на начальной отметке шкалы с допустимым отклонением ±1.0%. Собираем схему поверки согласно рисунку 8. Устанавливаем питание Р_пит =0,14 МПа, которое контролируется манометром М2. Задатчиком 3₁ устанавливаем по образцовому манометру Ml входное давление Рвх=0,02 МПа. При этом стрелка на пневматическом приборе должна установиться на нуле. Если этого не произошло, производим корректировку нуля. Задатчиком 3₁ устанавливаем по образцовому манометру М2 давление Рвх=0,1МПа. Стрелка на приборе ПВ должна установиться на 100%. При отклонении производим корректировку. Затем возвращаемся на нулевую позицию и производим поверку на всех оцифрованных точках. При этом задатчиком 3₁ изменяем давление до тех пор, пока стрелка не установится на поверяемую отметку на шкале прибора.

Рисунок 8 — Схема поверки прибора ПВ10.1Э Выходной сигнал снимаем с манометра Ml. После 3−5 минут выдержки на верхнем пределе измерения производим поверку при обратном ходе. Рассчитываем абсолютную (формула 2) и приведенную (формула 3) погрешности, вариацию в абсолютном (формула 4) и приведенном (формула 5) выражении

(2)

где — абсолютная погрешность, МПа;

А — значение, полученное при измерении, МПа;

А₀ — истинное значение измеряемой величины, МПа.

(3)

где — приведенная погрешность, %;

— абсолютная погрешность, МПа;

А — значение, полученное при измерении, МПа;

А₀ — истинное значение измеряемой величины, МПа;

А_н — показания прибора в начале шкалы, МПа;

А_к — показания прибора в конце шкалы, МПа.

(4)

где В — абсолютная вариация, МПа;

А_пр — показания измерительного прибора при прямом ходе, МПа;

А_обр — показания измерительного прибора при обратном ходе, МПа.

(5)

где В_пр — приведенная вариация, %;

А_пр — показания измерительного прибора при прямом ходе, МПа;

А_обр — показания измерительного прибора при обратном ходе, МПа;

А_н — показания прибора в начале шкалы, МПа;

А_к — показания прибора в конце шкалы, МПа.

В результате проведенной работы делаем заключение о соответствии прибора указанному классу точности. Межповерочный интервал — 1 год.

Турбинный счетчик ВТ-Г Принцип работы счетчика заключается в измерении числа оборотов турбины, вращающейся под действием протекающей воды. По формуле (6) можно рассчитать число оборотов винтовой вертушки

(6)

где n — число оборотов вертушки в секунду,

— объемный расход жидкости, м³/с;

F — площадь живого сечения прибора, м²;

k — постоянный коэффициент для данного счетчика;

l — шаг лопастей винтовой вертушки, м.

Скоростной счетчик с винтовой вертушкой служит для измерения больших объемов воды. На рисунке 9 представлено устройство скоростного счетчика с винтовой вертушкой. Поток жидкости 4, поступая в прибор, выравнивается струевыпрямителем 3 и попадает на лопасти вертушки 2, которая выполнена в виде многозаходного винта с большим шагом лопасти. Вращение вертушки через червячную пару и передаточный механизм 4 передается счетному устройству. Для регулировки прибора одна из радиальных лопастей струевыпрямителя делается поворотной, благодаря чему, изменяя скорость потока, можно ускорить или замедлить скорость вертушки. Счетчик воды турбинный ВТ-Г предназначены для измерения объема горячей сетевой воды, протекающей по трубопроводу.

Рисунок 9 — Устройство скоростного счетчика с винтовой вертушкой Метрологические характеристики: температура измеряемой среды от 5 до 90 ^оС; рабочее давление в трубопроводе не более 1 МПа; номинальный расход 60 м?/час; импульсный выход; пределы допускаемой относительной погрешности ±2% (дополнительная погрешность в диапазоне температур 90−150 °С на каждые 10 °C составляет 0,08%); межповерочный интервал 4 года.

К преимуществам приборов данного типа относятся простота конструкции, высокая чувствительность, возможность измерений больших и малых расходов. Существенными недостатками таких приборов являются износ опор и необходимость индивидуальной градуировки с помощью градуировочных расходомерных установок. Место установки счетчика ВТ-Г выбирают таким образом, чтобы прямой участок трубопровода до прибора составлял не менее 8 — 10 диаметров трубопровода, а после прибора 6 — 8 диаметров.

3.3 Средства измерения температуры Проводниковый термометр сопротивления ТСМ 0879

В проводниковых термометрах сопротивления используется зависимость электрического сопротивления чувствительного элемента от температуры. По формуле (7) можно рассчитать сопротивление чувствительного элемента датчика медного

R_t = R₀(1 + бt),(7)

где R_t — сопротивление чувствительного элемента датчика при температуре t °С, Ом;

R₀ — сопротивление датчика при 0 °C, определяемое его градуировкой, Ом;

б — температурный коэффициент электрического сопротивления (для меди б = 4,26 * 10 ^-3, 1/град).

Термопреобразователь сопротивления ТСМ-0879 предназначен для измерения температуры газообразных и жидких сред. В медных термометрах сопротивления в качестве ЧЭ используется медная проволока диаметром 0,03… 0,08 мм. Проволока наматывается на каркас из диэлектрика (плоский или цилиндрический) и закрывается защитным чехлом.

На рисунке 10 показана конструкция промышленного термометра сопротивления. Основными элементами являются корпус (тело) 5 термометра и головка 2. Тело на величину L (монтажную длину) помещена в контролируемый объект (40… 3 150 мм). В теле находится чувствительный элемент 4, который соединительными проводами, изолированными фарфоровыми бусинами б, соединен с клеммами 1, находящимися в головке. Штуцер 3 служит для крепления термометра на объекте. К линии связи с измерительным прибором термометр подсоединяют с помощью клемм через сальниковое уплотнение 7. При изменении температуры в измеряемой среде происходит изменение электрического сопротивления чувствительного элемента, которое передается на клеммы и регистрируется вторичным прибором.

1 — клеммы; 2- головка; 3-штуцер;4 — чувствительный элемент; 5- тело; 6- фарфоровые бусины; 7- сальниковое уплотнение Рисунок 10 — Промышленный термометр сопротивления Проводниковые термометры сопротивления работают в комплекте с логометрами и автоматическими мостами.

Габаритные размеры и схема соединений с вторичными приборами представлены на рисунке 11.

Рисунок 11 — Габаритные размеры и схема соединений прибора ТСМ 0879

К достоинствам термопреобразователей сопротивления относят линейную или близкую к линейной зависимость сопротивления от температуры, достаточно высокий температурный коэффициент сопротивления, дешевизну. Недостатком таких приборов является сильная окисляемость меди при повышенных температурах.

Метрологические характеристики: класс точности 1%; диапазон измеряемых температур от минус 50 до 150 °C; градуировки: 50 М, 100 М; показатель тепловой инерции при диаметре защитной арматуре d = 6 мм не более 15 с, при диаметре защитной арматуры d = 8 мм не более 30 с.

Логометр ЛР 64И Принцип действия логометров основан на взаимодействии магнитных полей токов в цепях термометра сопротивления и постоянного сопротивления. Измерительная система логометров состоит из двух рамок, помещенных в поле постоянного магнита. При измерении угол отклонения, а, следовательно, и уравновешивание подвижной системы логометра определяются отношением сил токов, проходящих через обе его рамки. Принципиальная схема логометра со скрещенными рамками приведена на рисунке 12. Здесь в междуполюсном пространстве постоянного магнита на общей оси укреплены две скрещенные и жестко связанные между собой рамки R_p и R'_p, изготовленные из тонкой изолированной медной проволоки. Эти рамки могут свободно поворачиваться в зазоре, образованном полюсными наконечниками и сердечником цилиндрической формы, закреплёнными так же, как и полюсные наконечники, неподвижно. Рамки логометра включены таким образом, что их вращающие моменты направлены навстречу друг другу. Из формулы (8) видно, что при определенном угле поворота моменты сравняются

M₁=M₂ или S₁ · n₁ · B₁ · I₁=S₂ · n₂ · B₂ · I₂(8)

где М₁, М₂ — вращающие моменты, Н· м;

S₁, S₂— площадь активной част рамок, м²;

n₁, n₂ — количество витков рамок R_P и R'_P, соответственно;

В₁, В₂ — магнитная индукция в зонах расположения рамок, Т;

I₁, I₂ — токи в соответствующих рамках, А.

Рисунок 12 -Принципиальная схема логометра со скрещенными рамками Подвод тока к рамкам производится с помощью тонких безмоментных вводов, сделанных из золотых ленточек и практически не создающих механического (упругого) противодействующего момента. На приведенной схеме R₁ и R₂ — постоянные сопротивления, a R_T -сопротивление термометра.

Ток от источника питания в точке, А разветвляется и далее проходит по двум ветвям: через рамку R_p, сопротивление R₁, а также рамку R'_p и сопротивление R₂. При протекании токов I₁ и I₂ через рамки логометра создаются магнитные поля, которые, взаимодействуя с полем постоянного магнита, создают вращающие моменты М₁ и М₂, направленные навстречу друг другу. Технические и метрологические характеристики: класс точности 1,5%; масса 3 кг; диапазон измерений от минус 50 до 150 ^оС.

Преимущества: конструкция и внутреннее устройство прибора простое и весьма надежное, равномерность шкалы, малое потребление энергии. Недостатки: не имеет противодействующего момента, невозможность работы на переменном токе без дополнительных преобразователей.

Логометр ЛР-64И на панели устанавливают на кронштейнах, прикрепленных к нему на шарнире. На рисунке 13 представлена схема монтажа прибора.

Рисунок 13 — Схема монтажа логометра ЛР 64И Оценим погрешность измерения температуры измерительной системой термометр сопротивлений ТСМ 0879 — логометр ЛР-64И. Термометр сопротивления градуировки 50 М. Стрелка прибора стоит на отметке 36 ^оС. Сопротивление соединительных проводов подогнано с точностью ±0,05 Ом. По формуле (9) рассчитаем предельную погрешность измерительной системы

,(9)

где — предельная погрешность измерительной системы, Ом;

— допускаемая погрешность термометра сопротивления, Ом;

— допускаемая погрешность соединительных проводов, Ом;

— допускаемая погрешность логометра, Ом.

Допускаемая погрешность медного термометра сопротивления ±0,214 Ом. Найдем по формуле (10) погрешность логометра

(10)

где К — класс точности логометра, %.

После подстановки в формуле (11) получаем погрешность измерения температуры измерительной системой

(11)

что соответствует погрешности измерения? t=±3,5 ^oC.

3.4 Средства измерения концентрации Бесконтактный кондуктометрический анализатор КС-1М-3

Прибор с бесконтактным первичным измерительным преобразователем трансформаторного типа является современным аналогом прибора КК-8. Прибор предназначен для непрерывного мониторинга удельной электрической проводимости жидких сред с повышенной химической агрессивностью.

Принцип действия кондуктометрических концентратомеров основан на зависимости электрической проводимости электролита от его концентрации. Удельная электропроводность раствора электролита определяется по формуле (12) законом Кольрауша (или закон аддитивности электропроводности при бесконечном разбавлении электролитов), который гласит, что в бесконечно разбавленном растворе перенос электричества осуществляется всеми ионами независимо друг от друга; при этом общая молярная электропроводность раствора равна сумме молярных электропроводностей отдельных ионов У=бСz (х_k+х_a), (12)

где б — степень электролитической диссоциации в растворе, См/м;

С — концентрация раствора, моль/л;

z — валентность ионов;

х_k и х_a — подвижность анионов и катионов соответственно, Ом^-1 см² г-экв^-1.

Принцип действия прибора КС-1М-3 заключается в бесконтактном измерении сопротивления жидкостного контура связи, электрически связывающего оба тороидальных трансформатора первичного преобразователя.

На рисунке 14 показана схема конструкции первичного преобразователя кондуктометрических концентратомеров КК-8. Первичный преобразователь прибора бесконтактный индукционного типа, проточного исполнения. Чувствительная часть преобразователя состоит из двух тороидальных трансформаторов — силового 5 и измерительного 6, разделенных электростатическим экраном, и встроенного термистора для температурной компенсации. Измерительный трансформатор имеет две обмотки — измерительную и компенсационную. Чувствительная часть первичного преобразователя помещена в корпус 4 из полипропилена и закрыта заглушкой 7, которая приварена к корпусу. Первичный преобразователь проточного исполнения заключен в специальный корпус с фланцами для установки в трубопроводе.

Принципиальная электрическая схема концентратомера показана на рисунке 14. Жидкостной контур связи ЖК, образованный потоком контролируемого раствора, протекающего через первичный преобразователь, является вторичной обмоткой по отношению к силовому трансформатору I. Сила тока в контуре связи пропорциональна его электрической проводимости. Изменение силы тока в контуре связи изменяет наводимое им напряжение в измерительной обмотке II. По отношению к этой обмотке жидкостной контур является первичной обмоткой. Напряжение в обмотке II изменяется путем создания электрическим током встречного магнитного потока в компенсационной обмотке III, расположенной на сердечнике измерительного трансформатора. Напряжение с измерительной обмотки подается на усилитель ЭУ и приводит во вращение реверсивный двигатель РД. Двигатель перемещает по шкале стрелку прибора и движок реохорда R_p, который включен в компенсационную схему. При полной компенсации магнитных потоков, создаваемых жидкостным контуром связи и компенсационной обмоткой III, напряжение, подаваемое на вход усилителя, станет равным нулю, и вращение вала реверсивного двигателя прекратится.

а — конструкция первичного преобразователя, б — принципиальная электрическая схема: 1…9 — клеммы Рисунок 14 — Кондуктометрический концентратор.

В измерительной схеме прибора предусмотрена температурная компенсация, которая осуществляется терморезистором R₁, помещенным в чувствительной части первичного преобразователя, и подстроечным сопротивлением R₂. Для настройки шкалы на различные пределы измерения служат переменные сопротивления начала и конца шкалы — R₃ и R₄, для изменения диапазона измерения на один порядок — сопротивление R₅.

Метрологические характеристики: предел допускаемого значения основной приведенной погрешности от ближайшего верхнего значения десятичного разряда не более 2%; диапазон измерений удельной электрической проводимости 0,1−200 См/м; диапазон измеряемой концентрации 0−10%; выходной сигнал 0−5мА или 4−20мА; температура анализируемой среды 0−100 ^оС; давление анализируемой среды до 0,5МПа.

Технические характеристики: питание от сети переменного тока 50Гц; напряжение 220 В или 36В; температура окружающего воздуха 0−50 ^оС; относительная влажность воздуха до95% при 35 ^оС.

Достоинствами прибора являются программируемый выбор шкалы выходного тока в приделах 0−5 мА, 4−20 мА или 0−20 мА, цифровая термокомпенсация с приведением к заданной температуре, сигнализация превышения заданной по удельной электрической проводимости и температуре, возможность программным путем корректировать показания прибора с помощью встроенной клавиатуры, первичный преобразователь, покрыт полипропиленовой защитной оболочкой, что делает возможным его применение в химически агрессивных средах.

Монтируют строго по заводским инструкциям. Место установки преобразователя прибора выбирают с учетом удобства его обслуживания в цехе. Его нельзя располагать вблизи источников электромагнитных полей (например, силовых трансформаторов, электродвигателей). Подвод и отвод раствора к преобразователю выполняют через его входной и выходной фланцы.

Вторичный прибор концентратомера устанавливают в щитовом помещении с чистым сухим воздухом и без резких колебаний температуры. В месте установки вторичного прибора не допускается вибрация стен и конструкций. Расстояние между преобразователем и вторичным прибором должно быть выбрано исходя из условия, что длина экранированного кабеля для их соединения между собой не может превышать 100 м.

3.5 Средства измерения давления Манометр показывающий МТП-100/1-ВУ Манометр показывающий виброустойчивый с мембранным разделительным устройством типа МТП-100/1-ВУ предназначен для измерения избыточного давления в трубопроводах сепараторов пищевых продуктов. Принцип действия манометра основан на уравновешивании измеряемого давления силами упругой деформации манометрической пружины.

Прибор состоит из манометра и мембранного разделительного устройства. Внутренняя полость трубчатой манометрической пружины и надмембранное пространство разделительного устройства заполнены полиэтилсилоксановой жидкостью. Конструкция прибора представлена на рисунке 15.

Рисунок 15 — Конструкция прибора МТП-100/1-ВУ Измеряемое давление подается на мембрану 7 разделительного устройства и через разделительную жидкость действует на внутреннюю полость манометрической пружины 1, один конец которой жестко закреплен, а другой свободен. Под действием избыточного давления свободный конец пружины перемешается, и это перемещение через тягу 3 передается на сектор 4 и трубку 5 с насаженной на ее ось стрелкой 6. Отсчет показаний производится по круговой шкале 2.

Метрологические характеристики: диапазон показаний 0 — 1 МПа; класс точности 2,5%; устойчивы к температуре окружающего воздуха от минус 10 до плюс 60 °C и относительной влажности до 100% при 25 °C; выдерживает воздействие измеряемой среды с температурой до плюс 95 ^оС; межповерочный интервал 1 год.

Технические характеристики: масса манометра не более 1,5 кг.;по устойчивости к воздействию вибрации при частоте 5 — 120 Гц с амплитудой смещения 0,15 мм и с ускорением до 19,6 м/с^2.

Достоинствами прибора являются простота конструкции, портативность, дешевизна, большой диапазон измерений. К недостаткам относят изменение упругих свойств деформируемого элемента или дефектов передаточного механизма, влияние температуры окружающей среды на деформируемый элемент и передаточный механизм.

Габаритные размеры и схема монтажа представлены на рисунке 16.

Рисунок 16 — Габаритные размеры и схема монтажа прибора МТП-100/1-ВУ Заключение В ходе выполнения курсового проекта была произведена автоматизация технологического процесса производства хлебного кваса.

Список использованных источников

1 Общие требования и правила оформления учебных текстовых документов: СТП СМК 4.2.3−01−2011. — Введ. 2011;04−07. — Могилев.: Могилевск. гос. ун-т продовольствия, 2011.— 43 с.

2 Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Кн.2/ Под общ. Ред. Е. А. Шорникова.-5-е изд., перераб. И доп. — СПб.: Политехника, 2004. — 412 с.

3 Селевцов Л. И. Автоматизация технологических процессов: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования/ Л. И. Селевцов, А. Л. Селевцов. — Москва: издательский центр «Академия», 2011. — 352 с.

4 Гермаш И. И. Автоматизация технологических процессов в производстве солодовых экстрактов и безалкогольных напитков: монография.- Киев: Урожай, 1990. — 136 с.

5 Калинский М. Л. Монтаж приборов и систем автоматизации: учеб. Пособие. — Москва: Академия, 2009. — 420 с.

6 Справочник инженера по контрольно-измерительным приборам и автоматике/ под ред. А. В. Калиниченко. — Москва: Инфра — Инженерия, 2008. — 565 с.

Спецификация приборов Таблица А.1 — Перечень приборов