Файл: Курсовая работа по дисциплине технические измерения и приборы.docx
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 157
Скачиваний: 7
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Курганский государственный университет»
Кафедра «Автоматизация производственных процессов»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ»
Выполнил
студент группы ИТЗ-1540121У
Сузина Ксения Евгеньевна
№ зачетной книжки: 664955
Проверила: Дмитриева О.В.
Дата: _____________________
Курган 2023 года
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………..……..3
-
Описание объекта измерения……………………………………………...6 -
Разработка структурной схемы ИИС……………………………………..7 -
Выбор измерительных преобразователей……………………………….10 -
Выбор промежуточных преобразователей……………………………...18 -
Расчет точности ИИС……………………………………………………..25
Заключение………………………………………………………………..28
Список литературы……………………………………………………….29
ВВЕДЕНИЕ
Для обеспечения безопасности и рентабельности производственных процессов, они должны быть оснащены измерительными устройствами, позволяющими точно измерить уровень. Основная задача измерения уровня - определить положение поверхности среды в хранилище, реакторе или другом резервуаре. Более точное измерение уровня состоит в определении расстояния по горизонтали между поверхностью жидкости (обычно это дно емкости), и поверхностью жидкой среды (чаще всего это сыпучая среда). Измерение уровня воды в резервуаре, емкости или иных резервуарах имеет важное значение для большинства технологических процессов на предприятии.
Уровни можно измерять с помощью различных типов приборов и систем. Значения погрешности и принципы работы прибора могут различаться, но каждый рассчитан на измерение уровня с конечной погрешностью. Взаимодействие между продуктом, содержащимся в резервуаре, и чувствительным элементом прибора или системы — это то, что включает в себя измерение уровня.
Методы измерения уровня имеют как преимущества, так и недостатки. Методы измерения могут использоваться в некоторых процессах. Радар с временным разрешением (TDR), микроимпульсный радар (MIR) также называют волноводным радаром (GWR). Со скоростью света распространяется маломощный микроволновый импульс. В точке контакта между зондом и жидкостью большое количество энергии отражается и возвращается к приемнику.
Существует два основных способа излучения радиоволн.
Импульсный бесконтактный радар излучает радиоволны, которые отражаются от поверхности измеряемой среды и возвращаются обратно в приемник. Уровнемер измеряет временную задержку между излучением и приемом излучаемого и отраженного сигналов, после чего встроенный микропроцессор рассчитывает расстояние до поверхности измеряемой среды.
На крыше резервуара находится ультразвуковой датчик уровня. Поверхность жидкости отражает звук ультразвукового импульса. Уровнемер измеряет время задержки между моментом излучения и приема отраженного импульса, встроенный микропроцессор рассчитывает расстояние до поверхности жидкости.
Наиболее распространенной технологией измерения уровня жидкости являются датчики давления. Они просты в установке и работают в широком спектре приложений.
Уровнемер имеет большую емкость. Конденсатор образуется в резервуаре после установки электрода уровня. Металлический стержень электрода представляет собой одну из пластин конденсатора, а стенка резервуара — другую пластину. Воздух или газ, окружающие электрод, вытесняются при повышении уровня. Изменение среды между пластинами является причиной изменения емкости. Изменение обнаруживается электроникой и преобразуется в команду для выходного реле или пропорционального выходного сигнала.
Буек может быть установлен на крыше резервуара или в выносной камере, которая используется для сообщения с резервуаром. Уровнемер состоит из вытеснителя, установленного на подвеске, соединенной с торсионным валом, или подвешенной на подпружиненной подвеске, которая связана с электронным преобразованием уровнемера или сигнализатором. Буек выполнен таким образом, чтобы быть тяжелее жидкости, в которой он будет работать, так что даже при полном погружении вытеснителя в жидкость на подвес действует сила тяжести.
На поверхность среды направляется источник сфокусированного ИК-излучения, который используется для калибровки лазерного уровнемера. Лазерное излучение можно увидеть из различных сред. Расстояние от уровнемера до поверхности измеряется с высокой точностью.
-
Описание объекта измерения
Согласно варианта задания:
Контролируемая среда – жидкость;
Технологический параметр – уровень;
Диапазон измерения – 0,5…13 м;
Метод измерения – ультразвуковой.
Время прохождения акустического УЗ импульса через звуковод, установленный вертикально внутри резервуара, измеряется от излучателя до приемника при УЗ измерении уровня жидкости.
Для измерения уровня жидкости можно использовать ультразвуковые толщиномеры или дефектоскопы. Требования к управлению могут повлиять на выбор датчиков.
Условия анализа будут влиять на диапазон и точность приборов. Для большинства жидкостей точность измерения составляет ± 2,5 мм.
Существует процедура измерения уровня жидкости.
Для крепления преобразователя ко дну резервуара используется контактная жидкость. Короткий ультразвуковой импульс создается электрическим сигналом от устройства к датчику. Импульс проходит через жидкость и возвращается к преобразователю.
Момент времени нуля электрона используется для расчета эхо-сигнала от поверхности жидкости. Цифровой экран отображает уровень жидкости.
2. Разработка структурной схемы ИИС
Структура измерения уровня (рисунок 1) состоит из пьезометрического преобразователя 1, электронного блока и вторичного прибора 5. Электронный блок включает в себя генератор 6, задающий частоту повторения импульсов; генератор импульсов 2, посылаемый в жидкость, уровень которой измеряется; приёмного устройства-усилителя 3; схемы измерения времени 4–. Генератор, задающий частоту повторения импульсов, управляет работой генератора импульсов и схемой измерения времени. Генератор создает электрические волны с определенной частотой повторения, которые преобразуются в звуковые волны с помощью преобразователя на дне резервуара. Ультразвуковые импульсы, распространяясь в жидкой среде, отражаются от плоскости границы раздела жидкость-газ и попадают на один и тот же пьезометрический преобразователь. После преобразования в электрические отраженные импульсы усиливаются и формируются усилителем и подаются на схему измерения времени. На вход вторичного устройства подается выходной сигнал с измерительной схемы.
1 – пьезоэлектрический преобразователь; 2 – генератор; 3 – приемное устройство усилитель; 4 – схема измерения времени; 5 – вторичный прибор; 6 – генератор задающий
Рисунок 1 — Структурная схема ультразвукового уровнемера
Ультразвуковой метод имеет ряд преимуществ.
- бесконтактный;
– загрязненные жидкости применимы;
– способ не предъявляет высоких требований к износостойкости и прочности оборудования;
– контролируемая среда имеет плотность.
Недостатки:
– конус излучения имеет большую расходимость;
– ошибки измерения могут быть вызваны отражениями от нестационарных препятствий;
– применяются только резервуары с нормальным атмосферным давлением;
– пыль, пар, газовые смеси и пена могут влиять на сигнал.
Для наиболее эффективного использования метода ультразвукового измерения уровня жидкости необходимо учитывать следующие факторы.
1. Толщина и тип стены. Толстостенные стальные контейнеры могут сильно ограничивать минимальный измеряемый уровень жидкости из-за эхо-эффекта. Акустические свойства пластиковых контейнеров близки к свойствам большинства жидкостей, что обеспечивает эффективную передачу звука от преобразователя к жидкости.
2. Стенки контейнера имеют поверхность. Ультразвук, попадающий в жидкость, может быть искажен коррозией или ямками на поверхностях.
3. Контейнер имеет определенную кривизну. Преобразователь может разорвать контакт с емкостью, если он изогнут, что может привести к искажению ультразвукового импульса.
4. Препятствия. Путь между дном емкости и поверхностью жидкости должен быть свободным.
5. Жидкость обладает определенными акустическими свойствами. Максимальный уровень жидкости часто определяется величиной россыпи. Больше всего разлетаются жидкости с высокой степенью вязкости или высокой концентрацией частиц.
6. На это влияет температура. Изменение температуры жидкости вызывает изменение распространения звуковых волн. Показания уровня жидкости будут неверными, если компенсация скорости ультразвука установлена неправильно.
7. В воздухе есть газ. Пузырьки воздуха рассеивают звуковые волны и могут привести к ложным показаниям.
8. Жидкость движется. Поверхность контейнера должна оставаться неподвижной для приема эхо-сигнала.
9. Жидкость имеет состав. Для получения точных результатов измерения жидкость должна быть однородной по составу и температуре.
10. Акустический контакт между стенкой резервуара и преобразователем. Для прохождения ультразвукового импульса необходим равномерный акустический контакт между зондом и стенкой сосуда.
-
Выбор измерительных преобразователей
Ультразвуковые уровнемеры являются наиболее экономичными бесконтактными датчиками, лишенными недостатков контактных приборов. При контроле агрессивных сред на опасных производствах ультразвуковые датчики уровня являются единственной альтернативой.
Датчики уровня используются в следующих областях.
нефтепродукты, нефть, топливо входят в нефтегазовую отрасль.
Кислоты, щелочи, спирты и растворители входят в химию и фармацевтику.
Водоподготовка, водоснабжение и жилищно-коммунальные услуги включены.
На газораспределительных станциях используются сжиженные газы и одоранты природного газа.
Производятся потребительские товары.
– Инжиниринг
Оргтехника может использоваться в офисе.
– Металлургия
Пищевая промышленность.
Агропромышленный комплекс.
– Строительство
Жидкости токсичные, легковоспламеняющиеся и агрессивные.
– Материалы вязкие.
Этот тип устройства решил основные задачи:
– контроль перелива и пустых промышленных контейнеров;
– технологический процесс может быть использован для предотвращения аварийных ситуаций;
– включено управление заводом и технологическим процессом;
– в зоне его действия есть объекты;
– в печатных машинах обнаруживаются защемления листов
– нанесение пленок на материал — один из способов проверить наличие отслаивающихся пленок;
– используются системы сортировки бумаги;
– определяется положение суставов;
– есть объекты на конвейере;
– на вредных производствах осуществляется своевременная сигнализация падения уровня в РЭО;
– есть системы автоматизации.
На рынке представлены различные типы измерителей уровня. Существуют переключатели уровня, которые являются экономически эффективными. Помимо основной функции, последний часто имеет аналоговый выход с выдачей через него мгновенных результатов измерения.
Широкий круг задач можно решить с помощью уровнемера. Уровни для жидкостей и твердых тел можно найти здесь.
К более специализированным устройствам относятся датчики уровня. Задач из списка очень много. Они используются в ответственных операциях и имеют высокую скорость. Есть цена на датчики уровня, обычно он ниже уровня указателя.
Используются различные типы датчиков.
– имеется сигнал контрольных точек с выхода дискретного выхода;
– все расстояние измерялось аналоговым выходом;
– когда объект пересекает луч, он отражает, луч движется только в одном направлении с методом прерывания луча.
На рынке существуют разные цены и возможности ультразвуковых датчиков уровня. Некоторые из них представлены в таблице 1: