Кулонометрические влагомеры

В основу метода положено измерение силы тока, необходимой для непрерывного и полного электролиза влаги, поглощаемой влагочувствительным элементом преобразователя. Этот метод является разновидностью электролитического метода измерения. Аналогично осуществляется бифилярная намотка внутри канала, по которо­му поступает анализируемый газ с постоянным расходом. Между обмотками нане­сена пленка гидратированной пятиокиси фосфора. Расход воздуха устанавливается таким образом, чтобы влага полностью извлекалась из газа.

В датчике протекают два процесса: поглощение влаги пленкой с образованием фосфорной кислоты и электролиз кислоты с регенерацией фосфорного ангидрида:

P₂ O ₅+ H ₂O→ 2 HPO₃ ;

4 HPO₃→2H₂+ O₂ +2 P₂O₅ .

В установившемся режиме количество поглощенной и количество разложенной влаги эквивалентны. Следовательно, сила тока в сети пропорциональна концентрации влаги в анализируемом газе. Сила тока (по закону Фарадея):

I= k m/et ,

где k - коэффициент, Кл / моль;

m - количество воды, подвергнутой электролизу, моль;

e - химический эквивалент воды ;

t - длительность электролиза, с.

Влажность воздуха

W =I/Q ▪Э ,

где I - ток электролиза, А ;

Q- расход газа, см/с;

Э - электрохимический эквивалент, А∙с /г (для воды Э=1,07∙10⁴).

Недостатком метода является то обстоятельство, что даже небольшие примеси аммиака или аминов приводят к быстрому выходу из строя чувствительных элементов прибора.

Наличие спиртов также приводит к появлению погрешности. При этом происходит гидролизация на пятиокиси фосфора с образованием воды. Погрешность измерений этим методом составляет ±5 % .

Глава 5. ПЛОТНОМЕРЫ

Одним из важных показателей пищевых продуктов, характеризующих их качество и однородность, является плотность. Автоматические приборы для контроля этого параметра широко используются при производстве сгущённых продуктов для управления вакуум-выпарными аппаратами, для автоматизации нормализации молока в потоке и других технологических процессов. По принципу действия плотномеры подразделяются на поплавковые, весовые, гидростатические, ультразвуковые, виброчастотные и радиоизотопные.

Плотность вещества определяется по формуле

ρ =m/V, кг/м³ ,

где m - масса вещества, кг;

V - объём вещества, м³.

Зависимость плотности от температуры характеризуется выражением

r_t=r_t1 [1- b(t – t₁)],

где r_t - плотность жидкости при рабочей температуре t;

r _t1 - плотность жидкости при некоторой температуре t₁;

b - коэффициент объемного теплового расширения.

Поплавковые плотномеры

Этот тип плотномеров основан на законе Архимеда. Поплавковые плотномеры имеют две модификации: с плавающим поплавком и c полностью погруженным. В первом случае мерой плотности служит глубина его погружения, во втором – величина выталкивающей силы.

В молочной промышленности применяют приборы первой модификации, называемые лактоденсиметрами: типа А с термометром (диапа­зон измерения 1015–1040 кг/м³, цена деления 1 кг/м³) и типа Б без термометра (диапазон измерения 1020–1040 кг/м³, цена деления 0,5 кг/м³).

В других областях пищевой промышленности применяют ареометрические плотномеры. В корпус емкости помещается поплавок в качестве чувствительного элемента. К поплавку с помощью штока крепится плунжер дифференциального трансформатора, а к верхней части плунжера - калиброванная изме­рительная пружина. При изменении плотности поплавок перемещается и линейное перемещение плунжера через дифференциально-трансформаторную систему передается вторичному прибору, градуированному в единицах плотности. Диапазон измерения таких приборов 1000-1400 кг/м³ с погрешностью ± 2 % .

Весовые плотномеры

В молочной промышленности нашли широкое применение весовые плот­номеры. В основу принципа действия этих приборов положено непрерывное автоматическое взвешивание постоянного объема анализируемой жидкости.

Рис. 5.1

Контролируемая среда (рис. 5.1) протекает по петлеобразной трубе 1, которая присоединяется к технологическому трубопроводу 2 с помощью гибких манжет или металлических сильфонов 3. Труба закрепляется в вилке 4, которая свободно поворачивается вокруг оси скобы 5. Петля тягой 6 соединяется с рычагом 7, который поворачивается на оси 2. Справа размещены противовес 9 и тяга 10, связанная с сильфоном обратной связи 11 пневматического преобразователя.

При изменении плотности жидкости соответственно изменяется масса петлеобразной трубы. Ее перемещение передается через тягу 6 рычагу 8. При этом изменяется зазор между заслонкой 12 и соплом 13. Изменение давления в системе приводит к перемещению сильфона 11 и тяги 10, с помощью которой оказывается воздействие на рычаг 7 до восстановления равновесия. Давление в сильфоне измеряется вторичным прибором, шкала которого градуируется в единицах плотности.

Передаточная функция весового плотномера:

W(p)=K_к(1+T_ос)К_чэ/Т²_кТ_оср³+(Т_к²+Т_дТ_ос)р²+(Т_д+ Т_ос)р+К_кК_ос+1,

где К_к - коэффициент усиления балансного рычага (4,10-7 Н-1);

Т_ос - постоянная времени обратной связи (2 с);

К_чэ - коэффициент усиления чувствительного элемента (1,7▪10 Н^-1м⁴);

Т_к и Т_д - постоянная времени балансного рычага при демпфировании (0,1 и 0,29 с);

Т_ос - постоянная времени обратной связи (2 с);

К_ос - коэффициент усиления обратной связи (1,43▪10^-3 Н▪м);

р – комплексный оператор из преобразования Лапласа.

В молочной промышленности используются весовые плотномеры. Так, на заводах по производству детских сухих продуктов используют плотномеры типа фирмы «Серег» (Франция).

Пределы контроля 1000-1250 кг/м³. Погрешность ±4 % .

В приборе предусмотрен датчик температуры, имеющий аналоговый выходной сигнал, с помощью которого осуществляется температурная компенсация измерения.

Аналогично действие отечественного прибора типа ДМП-Э-П2 для сгущен­ных молочных продуктов. Токовый сигнал на выходе его составляет 0–20 мА.

Для измерения плотности сливок в системах нормализации молока в потоке используется датчик плотности типа МК-4 фирмы «Ротаметр Maнуфакчуринг» (Великобритания). В датчике использован пневмосиловой преобразователь. Диапазон из­мерения 913,5-1003,5 кг/м. Диапазон из­мерения 913,5-1003,5 кг/м³. Погрешность составляет ± 1 %.