Файл: Kурсовая работа по ТИП.doc

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на том, что при распространении ультразвуковых колебаний в движущейся среде скорость ультразвука относительно трубопровода равна векторной сумме скоростей ультразвука в среде и скорости самой среды. Поэтому, если на трубопроводе на некотором расстоянии друг от друга установить две пары пьезоэлектрических элементов, служащие излучателями и приемниками, то сигналы к приемнику против потока будут приходить с акустической разностью хода, которая является однозначной функцией скорости среды.

Измерение акустической разности хода сводится к измерению разницы времени распространения ультразвука по потоку и против потока. Для определения акустической разницы хода используются электронные блоки, реализующие следующие методы:

• частотно-импульсный;

• фазовый;

• время-импульсный.

1.4. Измерение уровня

Уровнем называют высоту заполнения технологического аппарата рабочей средой – жидкостью или сыпучим телом. Путем измерения уровня можно получить информацию о массе жидкости в резервуарах. Уровень измеряют в единицах длины. Средства измерения уровня называют уровнемерами.

Различают уровнемеры, предназначенные для измерения уровня рабочей среды, измерений массы жидкости в технологическом аппарате, сигнализации предельных значений уровня рабочей среды – сигнализаторы уровня.

По диапазону измерения различают уровнемеры широкого и узкого диапазонов. Уровнемеры широкого диапазона предназначены для проведения товароучетных операций, а уровнемеры узкого диапазона обычно используются в системах автоматического регулирования.

В настоящее время измерение уровня во многих отраслях промышленности осуществляют различными по принципу действия уровнемерами, из которых распространение получили поплавковые, буйковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые и радиационные.

Принцип действия поплавковых приборов основан на использовании выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело.

Поплавковые уровнемеры узкого диапазона обычно представляют собой устройства, содержащие шарообразный поплавок диаметром 80 – 200 мм, выполненный из нержавеющей стали. Поплавок плавает на поверхности жидкости и через штангу и специальное сальниковое уплотнение соединяется либо со стрелкой измерительного прибора, либо с преобразователем угловых перемещений в унифицированный электрический или пневматический сигнал. Минимальный диапазон измерений этих уровнемеров –10 - 0 – 10 мм, максимальный -200 – 0 – 200 мм. Класс точности 1,5.

2.2 Поплавковые уровнемеры широкого диапазона представляют собой поплавок, связанный с противовесом гибким тросом. минимальный диапазон измерений 0 – 12 м, максимальный 0 – 20 м. Абсолютная погрешность + 4 мм и +10 мм.

---

В основу работы буйковых уровнемеров положено физическое явление, описываемое законом Архимеда. Чувствительным элементом в этих уровнемерах является цилиндрический буек, изготовленный из материала с плотностью, большей плотности жидкости. Буек находится в вертикальном положении и частично погружен в жидкость. При изменении уровня жидкости в аппарате масса буйка в жидкости изменяется пропорционально изменению уровня. Преобразование веса буйка в сигнал измерительной информации осуществляется с помощью унифицированных преобразователей «сила – давление» и «сила – ток». В соответствии с видом используемого преобразователя силы различают пневматические и электрические буйковые уровнемеры.

Минимальный верхний предел измерений пневматических и электрических уровнемеров с унифицированным сигналом составляет 0,02 м, максимальный 16 м.

Верхние пределы измерений уровнемера с унифицированным электрическим сигналом ограничены значениями 0,02 – 16.

Буйковые средства измерения применяются при температуре рабочей среды от –40 до 400^оС и давлении рабочей среды до 16 МПа. Классы точности буйковых уровнемеров 1,0 и 1,5.

Измерение уровня гидростатическими уровнемерами сводится к измерению гидростатического давления Р, создаваемого столбом h жидкости постоянной плотности , согласно равенству

Р=gh. (4)

Измерение гидростатического давления осуществляется:

• манометром, подключаемым на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня;

• дифманометром, подключаемым к резервуару на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня, и к газовому пространству над жидкостью;

• измерением давления газа (воздуха), прокачиваемого по трубке, опущенной в заполняющую резервуар жидкость на фиксированное расстояние.

Измерение гидростатического давления манометрами целесообразно в резервуарах, работающих при атмосферном давлении. В противном случае, показания манометра складываются из гидростатического и избыточного давлений.

Для измерения уровня жидкости в технологических аппаратах, находящихся под давлением, широкое применение получили дифференциальные манометры.

Уровнемеры, в которых измерение гидростатического давления осуществляется путем измерения давления газа, прокачиваемого по трубке, погруженной на фиксированную глубину в жидкость, заполняющую резервуар, называют пьезометрическими. Пьезометрические уровнемеры позволяют измерять уровень в широких пределах от нескольких десятков сантиметров до
10 – 15 м.

По виду чувствительного элемента электрические средства измерений уровня подразделяют на емкостные и кондуктометрические.

В емкостных уровнемерах используется зависимость электрической емкости от уровня жидкости. Конструктивно емкостные чувствительные элементы выполняют в виде коаксиально расположенных цилиндрических электродов или параллельно расположенных плоских электродов. Преобразование электрической емкости чувствительных элементов в сигнал измерительной информации осуществляется мостовым, резонансным или импульсным методом.

---

Емкостные уровнемеры имеют классы точности 0,5; 1,0; 2,5. Их минимальный диапазон измерений составляет 0 – 0,4 м, максимальный 0 – 20 м; давление рабочей среды 2,5 – 10 МПа; температура от –60 до 100^оС или от 100 до 250^оС.

Разработаны емкостные уровнемеры сыпучих сред. Верхние пределы измерений уровнемеров ограничены значениями 4 – 20 м. Класс точности 2,5.

Кондуктометричесие сигнализаторы предназначены для сигнализации уровня электропроводящих жидких и сыпучих сред с удельной проводимостью более 10^-3См/м. Электроды, применяемые в кондуктометрических сигнализаторах уровня, изготавливают из стали специальных марок или угля, причем угольные электроды используются только при измерении уровня жидких сред.

В настоящее время предложены различные принципы построения ультразвуковых уровнемеров, из которых широкое распространение получил принцип локации.

В соответствии с этим принципом измерение уровня осуществляют по времени прохождения ультразвуковыми колебаниями расстояния от излучателя до границы раздела двух сред и обратно до приемника излучения. Локация границы раздела двух сред осуществляется либо со стороны газа (воздуха), либо со стороны рабочей среды ( жидкости или сыпучего материала). Уровнемеры, в которых локация границы раздела двух сред осуществляется через газ, называют акустическими, а уровнемеры с локацией границы раздела двух сред через слой рабочей среды – ультразвуковыми.

Преимуществом акустических уровнемеров является независимость их показаний от физико-химических свойств и состава рабочей среды. Это позволяет использовать их для измерения уровня неоднородных и выпадающих в осадок жидкостей. К недостаткам следует отнести влияние на показания уровнемеров температуры, давления и состава газа.

Диапазоны измерений уровня 0 – 1; 0 – 2; 0 – 3 м. Класс точности 2,5. Температура контролируемой среды 10 – 50^оС, давление в технологическом аппарате до 4 МПа.

Акустические уровнемеры сыпучих сред по принципу действия и устройству аналогичны акустическим уровнемерам жидких сред. Классы точности 1,0; 1,5. Минимальный диапазон измерений 0 – 2,5 м, максимальный
0 – 30 м. Контролируемая среда – гранулы диаметром 2 – 200 мм.

Как и акустические радарные уровнемеры используют принцип локации границы раздела двух сред, но реализуют его с помощью СВЧ-сигналов. В радарных системах контроля уровня применяются две технологии: с непрерывным частотно-модулированным излучение и импульсным излучением сигнала.

В первом случае уровнемер излучает микроволновый сигнал, частота которого изменяется непрерывно по линейному закону между двумя значениям частот. Отраженный от поверхности контролируемой среды сигнал принимается той же антенной и обрабатывается. Его частота сравнивается с частотой сигнала, излучаемого в данный момент времени, и разность частот прямо пропорциональна расстоянию до поверхности.

---

В радарных уровнемерах импульсного типа используется метод определения расстояния, основанный на непосредственном измерении времени прохождения СВЧ-импульса от излучателя до контролируемой поверхности и обратно.

Радарные уровнемеры импульсного типа обладают рядом преимуществ. Во-первых эхо-сигналы разнесены во времени, что обеспечивает их более простое разделение. Во-вторых среднее энергопотребление импульсных уровнемеров на 1-2 порядка ниже. И в-третьих, электронная часть для обработки сигналов намного проще, и надежность прибора получается потенциально выше.

2. Порядок выполнения курсовой работы

1. Номер варианта заданий выбирается по двум последним цифрам номера зачетной книжки.

2. Темой контрольной работы является анализ методов и средств измерений различных технологических параметров и выбор наиболее оптимального варианта приборов и схемы измерения для заданного технологического параметра и условий измерений.

3. Содержание курсовой работы:

- Введение. Краткий обзор методов измерения заданной величины. (2-3 стр.)

- Описание объекта измерения (1-2 стр.) с постановкой задачи измерения

- Разработка структурной схемы ИИC (3-5 стр.)

- Выбор измерительных преобразователей (8-10 стр.)

- Выбор промежуточных преобразователей (8-10 стр.)

- Расчет точности ИИС (6-8 стр.)

- Выводы по работе (1 стр)

- Список литературы (1 стр)

Во введении для заданного технологического параметра должны быть рассмотрены методы измерения; промышленно выпускаемые приборы.

При описании объекта измерения необходимо остановиться на требованиях к проектируемой информационно-измерительной системе по условиям функционирования, показателям точности и пределам измеряемой величины.

При разработке структурной схемы ИИС на основе анализа методов и средств измерения физической величины должны быть рассмотрены альтернативные варианты преобразования сигнала измерительной информации и сформирована структура системы. Необходимо учитывать точность методов измерения; возможность физической реализации методов измерений; особенности применения разных методов, то есть диапазоны измерений, условия использования, возможные источники погрешностей

При выборе первичных и промежуточных измерительных преобразователей по измеряемому параметру и дополнительным требованиям надо обосновать целесообразность использования выбранного прибора по условиям эксплуатации и метрологическим характеристикам, к которым относятся: статическая (градуировочная) характеристика; чувствительность; порог чувствительности; диапазон измерений; динамические характеристики; предел допускаемой погрешности и др.

Необходимо привести сравнительный анализ используемых в промышленности средств измерений по: условиям применения; точности; особенностям монтажа и эксплуатации.

---

В данном разделе желательно рассмотреть современные средства измерения технологических параметров, выпускаемые зарубежными фирмами и применяемые на предприятиях.

Характеристики средства измерения желательно привести из его паспортных данных и другой нормативно-технической документации.

При расчете точности ИИС необходимо рассмотреть вопросы метрологического обеспечения, а также требования к монтажу, наладке и эксплуатации прибора.

В заключении необходимо проанализировать результаты работы.

Все схемы, рисунки, формулы, таблицы, заимствованные из литературы обязательно нумеруются и снабжаются указанием источника информации: литература и интернет, конце работы формируется список используемых источников.

4. Задание на курсовую работу по вариантам представлено в таблице 4.

Таблица 4

Варианты заданий

Номер варианта	Контролируемая среда	Технологический параметр	Дополнительные требования
1, 21,41, 61,81	Пар в трубопроводе	Температура 120…150оС	Вторичный прибор –автоматический мост
2, 22, 42, 62, 82	Вода в трубопроводе	Расход 6 – 8 м3/с	Преобразователь расхода «Метран – 300ПР»
3, 23, 43, 63, 83	Жидкость в резервуаре	Уровень 0,5 – 13 м	Ультразвуковой метод, выходной сигнал 4 – 20 мА
4, 24, 44, 64, 84	Печь кипящего слоя	Температура 500…550оС	Термометр сопротивления, выходной сигнал 0 – 5 мА
5, 25, 45, 65, 85	Агрессивная среда	Давление 1 – 1,5 МПа	Преобразователь давления SITRANS Р
6, 26, 46, 66, 86	Сыпучий материал в резервуаре	Уровень 1 – 18 м	Радарный метод, выходной сигнал 4 – 20 мА
7, 27, 47, 67, 87	Обжиговая печь	Температура 800…850оС	Вторичный прибор –потенциометр
8, 28, 48, 68, 88	Вода в трубопроводе	Расход 0,5 – 1 м3/с	Электромагнитный метод
9,29, 49, 69, 89	Газ в закрытом резервуаре	Давление 1,5-2,0 МПа	Точность не хуже 0,2%, жидкости в резервуаре
10, 30, 50, 70,80	Пары металла	Температура 1450…1750оС	Термопара, выходной сигнал 0 – 5 мА
11, 31, 51, 71, 91	Пар в трубопроводе	Температура 120…150оС	Вторичный прибор –автоматический мост
12, 32, 52, 72, 92	Вода в трубопроводе	Расход 6 – 8 м3/с	Преобразователь расхода «Метран – 300ПР»
13, 33, 53, 73, 93	Вода в трубопроводе	Расход 0,5 – 1 м3/с	Электромагнитный метод
14, 34, 54, 74, 94	Газ в закрытом резервуаре	Давление 1,5-2,0 МПа	Точность не хуже 0,2%, жидкости в резервуаре
15, 35, 55, 75, 95	Жидкость в резервуаре	Уровень 0,5 – 13 м	Ультразвуковой метод, выходной сигнал 4 – 20 мА
16, 36, 56, 76, 96	Печь кипящего слоя	Температура 500…550оС	Термометр сопротивления, выходной сигнал 0 – 5 мА
17, 37, 57, 77, 97	Пары металла	Температура 1450…1750оС	Термопара, выходной сигнал 0 – 5 мА

---