Частотный датчик уровня (стр. 1 из 4)
Техническое задание. Частотный датчик уровня
Измерение уровня заполнения на основе изменения сопротивления при постоянном и переменном токе
Гидростатический и пневматический методы
Определение параметров уровнемерной трубки
Расчёт профиля уровнемерной трубки
Расчёт системы возбуждения-съёма
Определение характеристики датчика, погрешности нелинейности, температурной погрешности
Техническое задание. Частотный датчик уровня
| Вариант | 1 | 2 |
| Диапазон измерения, м | 0…0,5 | 0,25…0,75 |
| Контролируемая среда | Трансформаторное масло | Спирт этиловый |
| Плотность, r, кг/м3 | 850 | 790 |
| Параметры электропитания | В зависимости от выбранного варианта исполнения | |
| Климатическое исполнение | У | Т |
| Место размещения | 3,1 | 3 |
| Содержание коррозионных агентов | 1 | 11 |
| Производство | Серийное | |
| Монтаж | Горизонтальная поверхность | |
| металлическая | цементная | |
Предусмотреть возможность периодической промывки уровне мерной трубки.
Расчет:
1. Определение параметров уровне мерной трубки.
2. Расчет системы возбуждения-съема.
3. Расчет упругой опоры.
4. Определение характеристики датчика, погрешности нелинейности, температурной погрешности.
Сравнительная характеристика датчиков. обоснование выбора рекомендованного способа измерения, его достоинства и недостатки, а также способы уменьшения недостатков
В ряде отраслей промышленности требуются автоматические датчики для измерения уровня заполнения емкостей и сосудов.
В ряде случаев требуется только сигнализация определённого предельного уровня; в других случаях необходимо непрерывное измерение уровня заполнения.
К уровнемерам предъявляют ряд различных требований:
· физические и химические свойства материала (температура, абразивные свойства, вязкость, электрическая проводимость, радиоактивность, химическая агрессивность и т.д.).
· рабочие условия в резервуаре или около него (давление, вакуум, нагревание, охлаждение, способ заполнения или опорожнения (пневматический пли механический) резервуара, наличие мешалки, огнеопасность и взрывоопасность.)
Механические способы
При помощи поплавка в качестве чувствительного элемента измеряют высоту уровня жидкости. Физический принцип поясняется примером перемещения поплавка на поверхности жидкости (Рис.1).
Важнейшими возмущающими факторами являются: FR - сила действующая на поплавок; температура 0t, влияющая на ρ1 и, возможно, на ρ2; давление Р2. влияющее на ρ2.
В качестве поплавков применяют преимущественно полые шаровидные или сфероцилиндрические тела, плотность которых меньше плотности жидкости. Вследствие чего они могут плавать на ее поверхности. Изменение плотности жидкости или условий трения в системе передачи показаний приводит к искажению результата измерения. Этот эффект проявляется в отношении высоты подъема тем менее, чем более плоской формой обладает поплавок.
В простейшем случае поплавок крепят к тросику или цепочке, перекинутым через ролик или зубчатое колесо. В этом случае измеренная величина передается механическим способом. Для обеспечения непрерывного "функционирования к другому концу тросика или цепочки крепят противовес.
При данном способе угол поворота ролика соответствует изменению уровня жидкости. Ось направляющего ролика можно соединить с ползуном потенциометра, чтобы осуществить электрическую передачу измеренной величины.
Весьма прост механический способ передачи данных об уровне заполнения открытых резервуаров с помощью системы тросиков или в замкнутых резервуарах - с помощью ввода через сальник, если расстояния для перёдачи данных невелики.
Однако в большинстве случаев как в открытых, так и в замкнутых резервуарах применяют системы электрической передачи данных, особенно, если результат измерения поступает в вычислительное устройство.
Метод измерения с помощью измерительных пластин.
Измерительные пластины представляют собой плоские пластинки, имеющие, как правило, большую, чем у жидкости, плотность; при этом с помощью тросов и системы противовесов или посредством сервосистем с питанием от вспомогательных источников энергии пластины поддерживают погруженными в жидкость на половину их высоты. Такой метод часто применяют в прецизионных измерительных приборах, так как изменения плотности жидкости вызывают лишь незначительные погрешности. Приборы такой конструкции, снабженные средствами тарировки, имеют погрешность измерения ±0,3 промилле, или 1 мм.
Электромеханические методы
Электромеханические методы сочетают механическую систему передачи сигналов о перемещении поплавка с электрическим устройством съема сигналов и электрической системы дальнейшей передачи информации об этом перемещении.
Метод измерения с помощью потенциометрических датчиков.
Существуют различные технические способы преобразования чисто. Механических величин измерения в электрические. В предыдущем разделе была указана возможность использования для этой цели потенциометра. Для измерения уровня жидкости используют, например, спиральный многооборотный потенциометр; при этом снятое ползуном напряжение, соответствующее уровню жидкости, передается на электрический индикатор.
Метод измерения о помощью сельсина.
Вместо потенциометра часто применяют также сельсин, например в сочетании с редуктором. Электромеханическая передача представляет собой "электрический вал", так как вторичный прибор также состоит из сельсина, соединенного со счетным механизмом. При вращении ротора сельсина вращается одновременно барабан счетного механизма и па индикаторе появляются цифры, указывающие уровень жидкости.
Индикация уровня с магнитной передачей перемещения поплавка.
Принцип магнитной связи основан на том, что в поплавке находится кольцевой магнит, который взаимодействует со стержневым магнитом. На рисунке показана конструкция подобного прибора. Поплавок этого прибора скользит вдоль направляющей трубки снаружи, а стержневой магнит - внутри трубки. Перемещение поплавка (внутреннего магнита) передается наружу посредством тросика или стержня. Переданное таким механическим способом перемещение можно преобразовать в электрический сигнал. (Рис.2)
Рис.2. Схема поплавкового уровнемера с магнитной связью:
(1 - направляющая трубка; 2 - стержневой магнит, 3 - кольцевой магнит.)
Уровнемеры с индуктивными датчиками.
В большинстве случаев перемещение поплавка, обусловленное изменением уровня жидкости, передается на индуктивный датчик, как показано на (Рис.3). Благодаря отсутствию сальника и связанного с ним трения достигается более точная индикация уровня, чем это имеет место при других электромеханических методах. Для точных измерений необходима установка механических направляющих движений поплавка и ферромагнитного сердечника индуктивного датчика.
Рис.3 Рис.4
На (Рис.4) показан уровнемер, известный под названием "глазок Вейса", разработанный специально для резервуаров высокого давления. Трубчатый поплавок (в емкостях высокого давления сплошной алюминиевый стержень) свободно подвешен на пружине. В зависимости от уровня жидкости в резервуаре на стержень в большей или меньшей степени действует подъемная сила, вследствие чего пружина сжимается и соответственно укорачивается. При этом важно, чтобы стержень не погружался полностью. Поплавок с помощью стержня из немагнитного материала соединен с плунжером соленоидного дифференциально-трансформаторного датчика. Плунжер перемещается в прочной герметичной гильзе из отпущенной легированной стали с содержанием 0,2 % ванадия. Гильза расположена в передающей системе, содержащей первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка этой схемы дифференциального трансформатора состоит из двух встречно включенных полуобмоток.
Электромеханический метод измерения с применением отвеса.
Этот метод применяют преимущественно при измерении уровня заполнения сыпучим материалом; однако его можно применять и для измерения уровня жидкости. Принцип измерения основан в этом случае на использовании обычного отвеса, опускающегося на тросике до тех пор, пока не изменится натяжение тросика в момент его касания с поверхностью измеряемого материала. При измерении уровня жидкости в результате действия подъемной силы погружение отвеса изменяет усилия натяжения. Для обеспечения точности измерения необходимо учитывать влияние растяжения тросика вследствие воздействия массы отвеса и массы части смотанного с барабана тросика. Недостаток этого метода заключается прежде всего а том, что непрерывно контролировать изменения уровня невозможно, необходимо периодическое зондирование в каждом конкретном случае.