Содержание. Оглавление

Оглавление 1

Введение 2

Техническое задание 3

1. Краткий обзор технических средств измерения уровня жидкости в резервуарах 3

1.1. Общие сведения 3

1.2. Физические основы метода 6

1.3. Ультразвуковой датчик уровня Х1600 7

1.3.1. Назначение датчика Х1600 7

1.3.2. Принцип работы датчика Х1600 8

1.3.3. Конструктивные особенности датчика Х1600 11

2. Система измерения и регистрации уровня жидкости в резервуаре 14

2.1. Описание и расчет принципиальной схемы 17

2.1.1. Расчет усилительного каскада 17

2.1.2. Компаратор 21

2.1.3. Блок канала опорных напряжений 23

2.1.4. Блок памяти 23

2.1.5. Блок интерфейса с компьютером 24

2.1.6. Микроконтроллер КР1816ВЕ51 25

2.1.7. Таймер – счетчик 27

2.1.8. Последовательный интерфейс 28

2.1.9. Стабилизатор напряжения 29

2.2. Интерфейс RS-232 30

2.3. Расчет мощности потребляемой устройством 31

3. Метрологическая часть 32

3.1. Методическая погрешность определения уровня 32

3.2. Погрешность усилителей 32

3.3. Погрешность компаратора 34

6. Заключение 35

Список литературы 36

Приложение 1. ОУ К574УД1 37

Приложение 2. Компаратор К554СА3 39

Приложение 3. Мультиплексор К155КП1 40

Приложение 4. Буферный регистр КР580ИР82 42

Приложение 5. Микросхема памяти К573РФ5 44

Приложение 6. Микроконтроллер КР1816ВЕ51 45

Приложение 7. Трансформатор 47

Приложение 8. Стабилизатор 48

Приложение 9. Плавкий предохранитель 49

Введение

В промышленности и во многих отраслях хозяйства весьма распространенной задачей является измерение уровня, а также его регистрация.

Компании добывающие, транспортирующие или потребляющие нефть и нефтепродукты, стоят перед проблемой учета каждого грамма или литра нефти или нефтепродукта. Этот учет напрямую определяет прибыль компании. Несовершенство же измерительных устройств, приводит к тому, что часть жидких продуктов не учитывается и, таким образом теряется.

Российские производители нефти и нефтепродуктов испытывают большую потребность в точных, деловых и современных системах контроля и управления технологическим оборудованием. Решением этой проблемы может стать установка не дорогих устройств сопряжения с уже имеющимся оборудованием.

Современная промышленность выпускает огромное количество самых разнообразных уровнемеров. К сожалению, рамки данной работы не позволяют рассмотреть и оценить их все, поэтому придется ограничиться только лишь поверхностным обзором.

Преимущества ультразвуковых уровнемеров за последние несколько лет стало на столько очевидным, что и в данной работе я предпочел разработать систему измерения уровня на основе именно ультразвукового датчика Х1600.

Техническое задание

1. Диапазон измерения уровня – (0,2 – 8) метров.

2. Число каналов – 6.

3. Время обновления результата измерения – 1 сек.

4. Диапазон рабочих температур – (-30 - +60) град.

5. Относительная привидённая погрешность, не более 1,5%.

1. Краткий обзор технических средств измерения уровня жидкости в резервуарах

1.1. Общие сведения

Уровнем называют высоту заполнения технологического аппарата рабочей средой – жидкостью или сыпучим телом. Уровень рабочей среды является технологическим параметром, информация о котором необходима для контроля режима работы технологического аппарата, а в ряде случаев для управления производственным процессом.

Путем измерения уровня можно получать информацию о массе жидкости в резервуарах. Подобная информация широко используется для проведения товароучетных операций и для управления производственным процессом. 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 (с пределами измерений 0,5–2 м) предназначены для проведения товароучетных операций, а уровнемеры узкого диапазона (пределы измерений (0  100) мм или (0  450) мм) обычно используются в системах автоматического регулирования.

Внастоящее время измерение уровня во многих отраслях промышленности осуществляют различными по принципу действия уровнемерами.

По физическому принципу построения первичных преобразователи уровня бывают: механические, поплавковые, буйковые, гидростатические, весовые; акустические (локационные, диссипативные, резонансные); электрические (кондуктометрические, ёмкостные, индукционные); оптические (визуальные, фотометрические); тепловые (дилатометрические, тензометрические, тепло ЭДС).

Рассмотрим вкратце основные типы первичных преобразователей с точки зрения их физического принципа построения.

Механические.

Поплавковые используют эффект плавучести поплавка. К жидкости предъявляются требования малой вязкости, достаточной плотности. Обеспечивает точность 1-5 мм.

Буйковые – основаны на действии закона Архимеда; гидростатичес-кие – на изменении давления на дне сосуда; весовые – на взвешивании вещества в сосуде. От жидкости при этом требуется отсутствие налипания на поверхности буя и стенок, а также постоянства удельного веса. Отсюда высокая составляющая температурной погрешности. Основная погрешность достигает 1-1,5%.

Акустические (локационные) – основаны на измерении времени прохождения акустической волны.

Диссипативные – на поглощении энергии волны. У последнего метода недостатками являются нелинейность характеристики и низкий КПД.

Резонансные – используют фиксацию резонансной частоты, при которой возникает стоячая волна. При этом получается громоздкая и сложная конструкция. Основная погрешность достигает 0,1%.

Электрические.

Кондуктометрические  основаны на шунтировании жидкостью. Для этого жидкость должна быть электропроводной. Однако возможно засаливание датчика. При этом погрешность составляет 5-10%.

Ёмкостные – использование различий диэлектрической проницаемости жидкости и газа.

Индуктивные – основаны на различии магнитной проницаемости жидкости и газа. При этих методах необходимо постоянство температуры и состава жидкости. Погрешность 0,1- 0,5%.

Оптические.

Визуальные – непосредственное наблюдение, например в сообщающейся прозрачной трубке. Необходимое условие - малая вязкость жидкости. Недостатком является сложность дистанционных измерений и применения в автоматики.

Фотометрические – используется отражающая способность поверхности. Погрешность может достичь 0,1- 0,01 мм.

Тепловые.

Дилатометрический, тензорезисторный, термоЭДС  принцип действия основывается на различии температур и теплопроводности жидкости и газа. Недостатками являются малый динамический диапазон, инертность измерения и низкая точность.

Широкое применение нашли ультразвуковые уровнемеры. Их преимуществом является возможность использования для контроля как электропроводных, так и неэлектропроводных жидкостей, в том числе взрывоопасных и токсичных. Отсутствие гальванической связи элементов датчиков со средой и возможность работы при малых акустических и электрических мощностях позволяют применять ультразвуковые уровнемеры во взрывоопасных условиях. Точность измерений в среднем составляет от 2 до 4%.