Система контроля плотности газа

(е)схе ет- тем а на ь- тетеОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(54) СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ ГАЗА(57) Изобретение относится к системам контроля плотности газа преимущественно в печах для химико-термической обработки изделйй. Цель изобретения - повышение точности, надежности и расширение области использования системы. Сущность изобретениязаключается в том, что в рабочемпространстве печи установлена крылчатка 1 вентилятора с электродвигалем 2, создающая направленный газовый поток. Пневматическая трубка 3,выполненная Г-образной формы, из ряет полное давление (Р л ) пот газа, создаваемого крыпьчаткой 1 пневмометрическая трубка 4 измер статическое давление (Рс ). Мик манометр 5, соединенный с трубка и 4, измеряет величину динамичес давления РАин = Рполн - Рот с пом обкладок 15, установленных на на клонной трубке 7 микроманометра Термопарой 8 и электронным потен метром 9 измеряется температура газа в печи. С помощью мостовой мы, образованной конденсаторами С 2, СЗ, С 4, индикатором 1 О измер ся плотность газа при нормальной пературе по формуле р = РА(1+ + /273)/К, где К =1 /2; Ч - ск рость газового потока, Поставлен цель достигается также и тем, чт пневмометрическая трубка 4 снабж отражающим экраном 4, что приво к увеличению чувствительности си мы, 1 з,п. ф-лы, 1 ил.Изобретение относится к поверхностной обработке металлического материала диффузией элементов через поверхность, в частности к области диффузионного насыщения поверхност ного слоя металлических иэделий элементами из газовой фазы, конкретно к контролю процессов газового азотирования, газовой цементации и нитроцементации, а также других процессов химико-термической обработки металлов газами, -Целью изобретения является повышение точности, надежности и расширение области использования системы.На чертеже показана схема системы с привязкой ее к печи для химико- термической обработки металлов.В состав системы входят вентилятор с крыльчаткой 1 и электродвигателем 2, датчик в виде пневмометрических трубок 3 и 4, микроманометр 5, заполненный жидкостью 6 и имеющий наклонную трубку 7 для показания изме ряемого давления, термоэлектрический термометр, состоящий из термопары 8и электронного потенциометра 9, самопишующий индикатор 1 О состава газа, регулятор 11, исполнительный меха низм 12, регулирующий орган 13, отражательный экран 14, измерительный конденсатор С 1, образованный обкладками 15, постоянный кэнденсатор С 2, компенсирующий конденсатор СЗ, корректировочный конденсатор С 4, тахо- генератор 16.Конденсаторы С 1-С 4 соединены в емкостный мост, питаемый напряжением Б, и своим выходом подключенный к самопишущему индикатору 10 состава газа. Конденсаторы СЗ и С 4 - переменные (типа радиотехнических, с подвижными пластинами), причем подвижные пластины конденсатора СЗ соединены с выходом индикатора 10, а подвижные пластины конденсатора С 4 - с выходом термоэлектрического термометра. Микроманометр, трубка 7 которого расположена между обкладками 15 конденсатора С 1, дифференциально подключен к пневмометрическим трубкам 3 и 4 полного и статического давления.Работа устройства заключается в следующем. 55Отбрасываемый центробежным действием крыльчатки вентилятора газовый поток в направлении стрелки А развивает полное давление (Па): Р Р + Р (1)при этом динамическое давление,. Ч- .4ий (2)где р - плотность газа, кг/м притемпературе процесса 1, С7 - скорость газового потока,м/с;Р, - статическое давление, Па,Трубка 3 своим открытым концом направлена навстречу потоку, поэтому она воспринимает полное давление РпонТрубка 4 расположена в перпендикулярном к потоку направлении, следовательно, она воспринимает статическое давление Р . Микроманометр 5, дифференциально подключенный к трубкам 3 и 4 измеряет величину динамического давления (Па):Рд = Р Р (3)С помощью измерительного конденсатора С 1, реагирующего на изменение диэлектрической постоянной среды между обкладками (жидкость, воздух), уровень Ь (м) жидкостиРдинЬ = ---- (4)Рхгде р. - плотность жидкости, кг/м9,81 м/с - ускорение силытяжестипреобразуется в сигнал переменного емкостного сопротивления (Ом)1Е =-- = Е(Ь)(5)2 ИС 1где й - частота электропитания, Гц;С - емкость измерительного конденсатора С 1, Ф.Скорость газового потока Ч в выражении (2) однозначно определяется частотой вращения Ь вала двигателя вентилятора и геометрией лопаток его крыльчатки 1. При обычно имеющей место малой нагруженности двигателей частота вращения их вала близка к частоте холостого хода и является величиной почти постоянной. Величина плотности р является функцией двух переменных: температуры газа и его состава.Зависимость плотности газа от температуры (кг/м )Ро61 + г./273где о - плотность газа при 0 С.0Подставляя выражение (6) в (2), получаютили 1 1 1 127 ГС 2 ГЕСд гмГС гиЕСоткуда следует, что колебания часто О ты, а также и питающего напряжения не оказывают влияния на баланс рассматриваемого моста. После преобразований уравнение (12) приобретает вид 55(8)дим273Таким образом, чтобы получить сиг-О нал плотности при нормальной температуре (О С), необходимо осуществить операцию пересчета:1= - Р (1+ в -) (9)К д 2735В свою очередь, состав и следовательно плотность газа существенно изменяются при его диссоциации. Так, например, для аммиака (газовое аэотирование) имеет место реакция:МНз 0,5 М + 1,5 Н 2 (10) т.е. объем продуктов диссоциации вдвое больше, а следовательно, плотность их вдвое меньше, чем у аммиака. Это обеспечивает высокую чувствительность системы. Дальнейшее повышение чувствительности достигается путем установки экрана 14, отражающего газовый поток в направлении, перпендикулярном к оси трубки 4, и уменьшающего, таким образом, величину статического давления в месте установки этой трубки. В результате, на основании выражения (3) измеряемое динамическое давление возрастает.Мостовая схема, составленная из конденсаторов С 1-С 4 балансируется индикатором 1 О типа электронного равновесного моста. Условие баланса в фун-О кции емкостных сопротивлений и соответствующих емкостных сопротивлений и соответствующих емкостей С;(1.1,4) выражается равенством(11) 452 С С Сз Кз"где о - величина выходного сигнала" 273 д р, С,К, оПолученное выражение подтверждает, что показания индикатора 10 предлагаемой системы в состоянии баланса поэволяют однозначно судить о составе газа или степени его диссоциации в рабочем пространстве печи, т.е. о ходе контролируемого технологического процесса в целом.Выходной сигнал самопишущего индикатора может быть использован для регулирования подачи газа в печь с помощью регулятора 1, исполнительного механизма 12 и регулирующего органа 13.В значительных колебаниях напряжения в сети электропитания системы (и печи) частота вращения вала электродвигателя печного вентилятора может отклоняться от номинала. Для компенсации дополнительной погрешности измерения состава газа в рабочем пространстве печи, которая при этом может возникнуть, в состав предлагаемой системы входит тахогенератор переменного тока, вал которого соединен с валом электродвигателя. Выход тахогенератора нагружен на резистор К, включенный в указанную конденсаторную схему. В результате этого, падение напряжения на резисторе К вызывает автоматическую коррекцию результата контроля состава газовой фазы в рабочем объеме печи.Система обладает широкой областью применения для любых процессов химико-термической обработки металлов газами, так как процессы термической диссоциации последних всегда сопровождаются изменением их плотности,1315522 а выделение при диссоциации твердойсажеобразной фазы (процессы газовойцементации, газового борирования ипрочие) не влияет на показания газоанализатора системы контроля. Формула и з о б р е т е н и я Составитель А, АбросимовРедактор Н. Гунько Техред М.Моргентал Корректор М. Пожо Заказ 2320/28 Тираж 936 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграФическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 1, Система контроля плотности газа, преимущественно в печи для химико-термической обработки изделий, содержащая датчик и самопишущий индикатор, проградуированный в значениях степени диссоциации, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности, надежности и расширения области использования, она снабжена двумя пневмометрическими трубками полного и статического давления газового потока, жидкостным микроманометром с наклонной трубкой, вентилятором с тахогенератором и крйльчаткой, термопарой с электронным потенциометром, сопротивлением, емкостным мостом с одним постоянным и тремя переменными конденсаторами,один иэ которых установлен на наклонной трубке микроманометра, другоймеханически соединен с выходом элек тронного потенциометра, а третий механически соединен с самопишущим индикатором, к входу которого такжеподсоединен первый выход тахогенератора, второй выход которого подсо О единен к первому входу самопишущегоиндикатора и через сопротивление кпервому переменному конденсатору,второй вход самопишущего индикаторасоединен с постоянным конденсатором 15 и вторым переменным конденсатором,причем крыльчатка вентилятора установлена в рабочем объеме печи, апневмометрическая трубка для замерадинамического давления выполнена Г образной формы.Г2. Система по п. 1, о т л и ч а -ю щ а я с я тем, что пневмометрическая трубка для измерения статическогодавления снабжена отражающим экраном.