1.3.3. Конструктивные особенности датчика х1600

Конструктивно датчик состоит из следующих блоков:

- измерительный элемент;

- формирователь;

- корпус;

- поплавок.

Измерительный элемент включает в себя:

Пьезорезонансный преобразователь, предназначенный для возбуждения ультразвуковой волны. Он состоит из пьезоэлемента и резонатора, причем пьезоэлемент выполнен в виде двух пластин из пьезокерамики ЦТС-19, приклеенных с двух сторон к резонатору.

Волновод, который выполнен из низкоуглеродистой стали Ст.3 с ярко выраженным магнитоупругим эффектом.

Измерительная обмотка, намотанная медным проводом по всей длине волновода. Обмотка своим нижним концом подпаивается к волноводу и наматывается изолированным проводом с небольшим натягом, который обеспечивает плотное закрепление обмотки на звукопроводе, не допуская смещения витков обмотки при изгибах волновода. К верхнему концу волновода подпаивается дополнительный выводной конец. Волновод при этом выполняет роль электрического проводника .

Формирователь предназначен для формирования запускающего импульса, активизирующего пьезоэлемент, а также для первого, не отраженного от конца волновода, ответного импульса, его усиления и передачи в линию связи. Питание формирователя и передача им информационного сигнала осуществляется через один и тот же коаксиальный кабель линии связи.

Корпус датчика выполнен из немагнитного материала. К нижнему концу волновода прикрепляется груз для его натяжения. Груз обеспечивает вертикальное рабочее положение волновода в резервуаре и предотвращает его колебания внутри резервуара при заливке или сливе жидкости, уровень которой контролируется.

Поплавок может свободно перемещаться вдоль звукопровода и его положение характеризует уровень жидкости в резервуаре. Для улучшения условий скольжения поплавка вдоль звукопровода внутренняя стенка поплавка выполнена из материала с малым коэффициентом трения скольжения, например, фторопласта.

В поплавке размещена система постоянных магнитов, которая состоит из двух кольцевых магнитов включенных встречно (рисунок 4). Один из служит для подмагничивания (увеличения напряженности) волновода, а другой для возврата намагниченности в исходное состояние путем прикладывания магнитного поля противоположной полярности.

Рис.4. Схема поплавка

Датчик обладает следующими достоинствами:

- чисто электрический тип уровнемера (то есть не зависит от других видов энергии, кроме электрической);

- отсутствие механических контактов в измерительной цепи;

- отсутствие подвижных и трущихся частей, нуждающихся в смазке;

-возможность измерения уровня раздела фаз "нефтепродукт – вода";

- возможность применения в аппаратах с избыточным давлением до 16кГс/см (до 100 кГс/см по спецзаказу);

- возможность монтажа, наладки и обследования (в том числе поверки) на действующих резервуарах с избыточным давлением не более 0,2 кГс/см без вмешательства в технологический цикл;

- не нуждается в текущем обслуживании;

- безопасность для человека и окружающей среды;

- цифровой сигнал на выходе.

2. Система измерения и регистрации уровня жидкости в резервуаре

Существует большое количество различных устройств и систем для контроля уровня жидкости в резервуарах, как общего уровня, так и уровня раздела фаз. При этом современной тенденцией является создание систем обеспечивающих не только требуемую точность измерения, но и удобство использования операторами и специалистами контрольно-измерительных приборов.

Как правило, эти системы разрабатываются для стационарного использования на установках подготовки нефти резервуарных парках и прочих достаточно крупных НГДУ. Вместе с тем существует большое количество объектов, исчисляемое в отдельных НГДУ до нескольких десятков, представляющих собой отдельно стоящие резервуары, не участвующие в технологическом процессе, а предназначенные для периодического отпуска и периодического пополнения нефтепродуктов.

На таких объектах зачастую не имеется ни должным образом оборудованного помещения, в котором можно было установить дорогостоящую технику, ни высококачественного обеспечения электроснабжением для работы этой техники. Кроме того, и с экономической точки зрения не целесообразно держать на таком объекте дорогие системы.

Тем не менее, задачи измерения и контроля уровня в резервуарах является актуальной.

Целесообразным решением в данной ситуации была бы установка в каждом резервуаре стационарного уровнемера с возможностью подключения к нему некоторой мобильной системы, позволяющей оперативно и достоверно оценить количество жидкости в резервуаре, а также сохранять эти результаты для дальнейшего анализа.

Такая система может быть построена на базе персонального компьютера с возможностью автономного электропитания и модуля связи датчика уровня с ним.

Структурная схема такой системы, а также описание основных узлов, которые составляют эту систему представлены на рисунке 5.

Рис.5. Система измерения уровня

Схема запуска, блок центрального процессора, блок первичной обработки сигнала и блок интерфейса с компьютером представляют собой модуль контроллера.

Система также включает в себя схему запуска, которая переводит модуль контроллера в режим формирования импульсов сканирования датчика уровня.

Работа датчика основана на использовании магнитоупругого эффекта, который заключается в том, что под действием упругой деформации, вызванной генерируемой в звукопроводе датчика акустической волной происходит изменение магнитной проницаемости звукопровода. Звукопровод выполнен из ферромагнитного материала и тем самым является еще и магнитопроводом. По всей длине этого магнитопровода намотана обмотка и на выходных концах этой обмотки формируется переменное напряжение. Чувствительным элементом датчика является поплавок с размещенной внутри магнитной системой.

Схема запуска состоит из типовой сертифицированной схемы искробезопасного блока и транзисторного усилителя напряжения. Импульс возбуждения датчика уровня проходит через схему усиления на транзисторах поступает на искрозащитный блок запуска, а оттуда на датчик.

Сигнал от датчика поступает на вход блока первичной обработки. Блок включает в себя два каскада усиления выполненных на операционных усилителях DA1,DA2 (К574УД1), компаратораDA3 (К554СА3) и управляемую схему задания опорных уровней для компаратора выполненный на мультиплексореDD1 (К555КП7). Мультиплексор управляется программно - аппаратно с блока центрального процессора.

Блок центрального процессора состоит из однокристального микроконтроллера КМ1816ВЕ51, ПЗУ выполненного на микросхемах DD3,DD4(КР580ИР82, К573РФ5). В ПЗУ хранится программа, в соответствии с которой работает модуль.

Блок интерфейса с компьютером включает в себя буфер-формирователь, выполненный на логических элементах, и обеспечивающий согласование выхода модуля контроллера с линией связи в стандартеRS-232. Далее данные передаются в персональный компьютер и обрабатываются, где проводится их дальнейшая обработка в соответствии с программой и архивирование.