Компенсация погрешностей от изменения характеристик жидкости
В реальных условиях в процессе работы дозаторов жидкости при колебаниях температуры, давления и других параметров могут происходить изменения характеристик жидкости, влияющих на величину ее расхода. Так, при изменении температуры происходит и изменение вязкости, причем в довольно широких пределах (рис. 1); при увеличении давления вязкость жидкостей также изменяется.
Рис. 1. Зависимость вязкости некоторых жидкостей от температуры.
1- анилин; 2 - вода; 3 - ацетон; 4 - бензол; 5 - спирт этиловый; 6 - сероуглерод;
7 - четыреххлористый углерод; 8 - хлороформ.
В результате, если не будет принято мер, процесс дозирования нарушится, и поэтому необходимо во всех случаях, когда в рабочих условиях характеристики жидкости, отражающиеся на точности дозирования, могут изменяться, анализировать возможность достижения требуемой точности и вводить при надобности компенсацию.
Имеется два принципиально различных пути компенсации погрешностей от изменения характеристик жидкости. Один из них основан на том благоприятном обстоятельстве, что с изменением одних трудноподдающихся контролю характеристик жидкости меняются одновременно и другие, обычно контролируемые в дозаторах прямого действия. Например, одновременно с уменьшением вязкости при повышении температуры падает и плотность. В этом случае возможно создание поплавкового датчика с таким профилем, который скомпенсирует влияние изменения вязкости.
Определение профиля подлавка производится в следующем порядке. Если известны зависимости
γ = φ (t) и η = ψ (t),
то всегда можно найти
η = F (γ).
По известной величине η можно найти
Q = ƒ(η),
с другой стороны,
Q = m √h,
где
m = μS√2g.
Приравнивая две последние формулы, получаем
ƒ(η) = m √h,
откуда
h = [ƒ(η)/m]2
Подставляя в последнюю формулу, значение η из η = F (γ), получаем
h = {F (γ)/m}2
Кроме того, нам известны зависимости
T+P = ψ (h, γ).
На основании этих зависимостей методами, изложенными в предыдущем параграфе, находится профиль боковой поверхности поплавка. Все рассмотренные преобразования могут быть проведены аналитическим путем при наличии соответствующих формул или графически по экспериментальным данным. В общем случае вместо вязкости температуры могут быть любые другие параметры. Таким же образом может быть проведена корректировка профиля поплавка на изменение некоторых параметров, присущих самому дозатору жидкости.
В случае отсутствия четко выраженной зависимости между плотностью жидкости и переменным параметром, влияющим на расход, возможен другой путь компенсации расхода: создание специальных компенсаторов.
В большинстве систем дозаторов прямого действия компенсацию расхода рационально вести за счет изменения сечения проходного отверстия. Непосредственное определение характеристик жидкости, хотя и является заманчивым, но технически трудно реализуемо. Поэтому для контроля характеристик жидкости полезно использовать параметры, с которыми характеристики жидкости связаны однозначными зависимостями. К числу таких параметров относятся температура и давление. В соответствии с выбранными параметрами можно наметить два типа устройств: компенсаторы по температуре, ре, компенсаторы по давлению.
В качестве компенсаторов по температуре можно использовать дилатометрические системы. На рис. 2,а представлен дилатометрический компенсатор. При изменении температуры жидкости диск 2 поворачивается относительно диска Л при этом происходит изменение проходного сечения за счет окон.
Рис. 2. Компенсаторы.
а - дилатометрический, (1 - неподвижный диск с окнами, 2 - подвижный диск с окнами, 3 - пружина, 4 - стержень),
б - сильфонный (подвижные лепестки, 2 - диск, 3 - профильный наконечник стержня 5,
4 -держатели, 6 - сильфон, 7 - стойка, 8 - отвод, 9 - пружины).
Конфигурация окон и величина угла поворота дисков определяют закон изменения сечения. Расчет конфигурации окон производят, исходя из следующих соображений. Оставляя в силе (γ = φ (t) и η = ψ (t)) и (Q = ƒ(η)) и обозначая
μ = √2gh,
получаем:
nS = ƒ[φ (t)].
Поскольку же
S = S1 + S0
где S1 площадь постоянной части проходного отверстия,
S0 - площадь сечения открытой части окон,
то
S0 = ƒ[φ (t)]/n - S1
На основании (nS = ƒ[φ (t)]) по известному углу поворота дилатометрической пружины определяется конфигурация окон.
Дилатометрический компенсатор может быть установлен как на неподвижном регулирующем органе, так и на подвижном, и тогда он является соединительным элементом между поплавком и диском.
Сильфонный компенсатор (рис. 2,6) может реагировать на величину внешнего давления от изменения собственно давления и от изменения плотности жидкости. Для разделения влияния этих факторов сильфон размещают различным образом относительно поверхности жидкости. Сильфон, расположенный над поверхностью жидкости, реагирует только на давление, а сильфон, расположенный на максимально возможной для данного дозатора глубине, чувствителен не только к давлению, но и к плотности жидкости. При деформации сильфона связанный с ним стержень 5 с профильным наконечником 3 перемещает лепестки У, изменяя площадь сечения кольцевой щели между диском 2 и не показанным на рисунке соплом.
Расчет приращения проходного сечения, а следовательно, и профиля наконечника производится аналогично расчету сечения окон дилатометрического компенсатора.
Для достижения близкой к линейной деформации при изменении плотности сильфон должен быть вакуумным. Однако при работе дозатора жидкости под значительным давлением внутри сильфона должно быть создано противодавление, близкое к внешнему давлению.
Возможность соединения сильфона с внешним источником давления (патрубок 8) может быть использована для введения компенсации расхода внешним пневмосигналом.
Конструктивно возможно выполнение компенсаторов обоих типов как с регулированием открытия окон в пределах контура диска, так и с изменением сечения кольцевого отверстия. В зависимости от конкретных условий регулирование производительности может выполняться или только за счет профильных деталей, изменяющих сечение, или за счет элементов, обеспечивающих перемещение регулирующих органов по высоте с соблюдением определенного закона.