Министерство науки, высшей школы и технической политики

Российской Федерации.

БИТТиУ.

Кафедра УИТ.

Лабораторная работа по курсу:

Элементы и устройства СУ.

Исследование конструкции и характеристик преобразователей уровня жидких сред.

Выполнили студенты группы УИТ 42В

Бармин А

Васенин А

Колчанов В

Манышев Ю

Проверил преподаватель

Токарев АН

Балаково 2002 г.

Цель работы: ознакомление с принципом действия, конструкцией, назначением и характеристиками уровнемеров жидких сред.

Основные понятия.

Преобразователи уровня жидких сред используются в систе­мах управления и регулирования для ведения технологических процессов. С помощью уровнемеров определяют величины различных параметров: количество среды, расход, давление и т.д. Так как уровнемеры являются элементом САР или САУ, они долж­ны быть сопрягаемы с другими элементами системы, и удовлетво­рять по виду и параметру выходного сигнала, точности измере­ния и надежности.

Одними из наиболее применимыми в настоящее время явля­ются механоэлектрические и оптические уровнемеры.

В качестве чувствительных элементов в механоэлектричес­ких уровнемерах /МЭУ/ наиболее часто применяют поплавковые устройства, при работе которых могут быть получены достаточные для приведения в действие последующих звеньев местного указа­теля и дистанционной электрической передачи показаний на пульт оператора. Кроме этого, надо отметить конструктивную простату МЭУ, небольшой вес и габариты, возможность питания постоянным и переменным током, высокую точность измерения. В качестве элемента, преобразующего входной сигнал (уровень жидкой среды или перемещение поплавка), в выходной электрический сигнал в МЭУ чаще всего используются индуктивные датчики. Принцип дей­ствия индуктивных датчиков основан на изменении индуктивности системы под, воздействием входной величины (перемещение, уси­лия), следствием этого является изменение выходного тока (нап­ряжения).

Принцип действия оптических уровнемеров /ОЭУ/ основан на явлении поглощения, преломления, фокусирования, отражения, поляризации и рассеивания лучистой энергии средой, уровень ко­торой контролируется. Этот класс уровнемеров отличает надежность конструкции, удобство эксплуатации, дистанционное управле­ние и измерение. Кроме этого, ОЭУ используют для измерения жид­ких агрессивных сред, используют в расходомерных установках и как сигнализатора уровней.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для исследования характеристик МЭУ

Рис. 2. Схема включения индуктивного датчика.

Рис. 3. Схема погружения поплавка МЭУ.

ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

Схема лабораторного стенда, предназначенная для исследо­вания характеристик МЭУ, представлена на рис.1. В бак 3 за­ливается жидкая среда 2, на поверхности которой размещен поплавок 1. Поплавок 1 имеет жесткую связь 4 с подвижным серде­чником соленоидного одинарного индуктивного датчика 5. Катуш­ка индуктивного датчика напитывается через трансформатор 6 от сети переменного напряжения. Изменение индуктивности датчика при изменении положения сердечника, а, следовательно, при изменении уровня жидкости, фиксируется микроамперметром 7. Этот прибор может быть отградуирован в единицах уровня жидко­сти в баке.

Обмотка индуктивного датчика выполнена медным проводом диаметром 1 мм, число витков 20000; сердечник датчика диаме­тром 3 мм и длиной 10 мм выполнен из стали.

Схема включения индуктивного датчика приведена на рис.2. На рис.3 приведена схема погружения поплавка МЭУ в рабочую жидкость. Поплавок 1 выполнен из пористого полиэтилена сече­нием 0,0011 м; в качестве изоляции поплавка 1 от рабочей жидкости 2 используется лакоткань.

На рис. 4 представлена схема лабораторной установки по исследований оптического уровнемера /ОЭУ/. Сосуд 1 заполняет­ся непрозрачной жидкостью 2, уровень которой необходимо изме­рить. На стенки этого прозрачного сосуда прикрепляются два фото резистора типа СФ2-2. Фоторезистор 3 предназначен для из­мерения нижнего уровня, а фоторезистор 4 - для измерения вер­хнего уровня. Работу фоторезисторов обеспечивает электричес­кая схема 5. Время наполнения жидкости от нижнего фоторезисто­ра 3 до 4 фиксируется секундомером 6.

На рис.5 показана электрическая схема включения фоторезисторов и включения сигнализации. Устройство состоит из 2 фотореле, собранных на транзисторах VT1, VT2, VT3, VT4. В фотореле верхнего уровня уменьшение сопротивления фоторезисто­ра R 3 приводит к уменьшению потенциала базы транзистора VT1 относительно его эмиттера, вследствие чего VT1 перекрывается, ток через его коллектор уменьшается, падение напряжения между эмиттером и его коллектором увеличивается. Это приводит к увеличению базового тока транзистора VТ2, а следовательно, VT 2 открывается, ток через сопротивление R7 увеличивается.

Рис. 4. Схема экспериментальной установка для исследований характеристик ОЗУ

В связи с этим возрастает напряжение на R7 и еще бо­лее уменьшается напряжение на переходе база-эмиттер транзис­тора VTI, тем самым больше закрывая его. Т.о. в фотореле применен триггер на двух транзисторах с сильной положитель­ной обратной связью. Этот триггер имеет два устойчивых сос­тояния, точку перехода из одного положения в другое этого триггера подстраивают переменным сопротивлением R2. Нагруз­кой триггера является реле KI типа РЭС-10.

Аналогичным образом работает триггер на транзисторах VT3 и VT4. Только при увлечении светового потока, падающего на фоторезистор R4 транзистор VT3 открывается, а VT4 закрывается и наоборот.

Если сосуд не заполнен жидкостью, то фоторезисторы R3 и R.4 освещены. В этом случае транзисторы VT1 и УТ4 закры­ты, a VT2 и VT3 открыты. Реле KI включено, а реле К2 выклю­чено. Цепь исполнительного устройства разомкнута.

Жидкость, поступающая в сосуд, затеняет фоторезистор VT3, и он закрывается, а VT4 открывается. Реле К2 включается и цепь исполнительного устройства замыкается. Начинается отс­чет времени наполнения жидкости. При достижении жидкости верхнего уровня фоторезистор RЗ затеняется. Открывается тран­зистор VT1 и закрывается VТ2. Реле К2 срабатывает, тем самым размыкая цепь исполнительного устройства. Отчет времени прекращается и напряжение R6 возрастает до 30 В.

Стабилитроны VТ5 и VТ6 (рис.6) открываются и узел на транзисторах VT5 и VT6 подает напряжение питания на схемy звуковой индексации. Звуковой сигнализатор собран на транзисторах VT9 и VТ10 по схеме усиления с положительной обратной связью, за счет которой осуществляется генерация звуковых колебаний в телефонном консуле. Мультивибратор на транзисторax VT7 и VT8 периодически прерывает питание звукового генератора на транзисторах VT9 и VТl0.

Резистор в цепи эмиттера VТ6 служит для гашения нижнего напряжения. В результате на мультивибратор подается нап­ряжение 8,2 В, а конденсатор СЗ сглаживает пульсации. При сливании жидкости все происходит в обратном порядке. Питаются оба фотореле от раздельных полупериодных выпрямителей.

Рис.5. Схема включения фоторезисторов и сигнализации.

(VD2, C1 и VD4, C2). Избыточное напряжение гасится на сопротивлениях R14, R15 и R16, R17.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Ознакомиться с лабораторной установкой, записать техничес­кие данные приборов, подготовить необходимые таблицы для записи результатов наблюдений.

2. Снять статическую характеристику индуктивного соленоид­ного датчика и градировочную характеристику МЭУ:

- включить стенд в питающую цепь;

- из дополнительной емкости вливать в измерительный бак рабочую жидкость;

- фиксировать изменение силы тока по миллиамперметру и записать в таблицу 1.

Таблица 1.

l, мм	0.5	1	1.5	2	3	4	4.5	5.5
Ig, мА	0	2	5	14	18	38	43	57

Рис. 6.

- фиксировать изменение силы тока по миллиамперметру я пе­ремещение поплавка постоянного напряжения /табл. 2/.

Таблица 2.

lП, мм	0.5	1.5	2.5	3.5	4.5	5.5	6
I, мА	79	77	74	68	62	54	50

3. Отработать режим работы ОЭУ в режиме сигнализатора уровня, при этом, заливая в рабочий сосуд непрозрачную рабочую среду, зафиксировать срабатывание сигнализации.

4. Отработать режим работы ОЭУ в режиме измерения расхода:

- подача рабочей жидкости осуществляется из мерной емкости, время заполнения фиксируемся по электрическому секундомеру, входящему в электрическую схему ОЭУ. Количество измерений должно быть не менее 7 и фиксироваться в табли­це 3.

Таблица 3.

t, c
Q, м3/с