Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет исследование конструкции и характеристик преобразователей уравня жидких сред

Методические указания к выполнению

лабораторной работы по курсу “Элементы и устройства систем управления”

для студентов специальности 2101

Одобрено

редакционно‑издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2001

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 явля­ется 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, использует в расходомерных установках и как сигнализатора уровней.

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

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

На ряс. 4 представлена схема лабораторной установки по исследованию оптического уровнемера /ОЭУ/. Сосуд 1 заполняет­ся непрозрачной жидкостью 2, уровень которой необходимо измерить. На стенках этого прозрачного сосуда прикрепляются два фоторезистора 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 сигнализация. Устройство состоит из 2 фото­реле, собранных на транзисторах VТ1 , VТ2 , VТ3 , VТ4. В фотореле верхнего уровня уменьшение сопротивления фоторезистора R3 приводит к уменьшению потенциала базы транзистора VТ1 относительно его эмиттера, вследствие чего VТ1 перекрывается, ток через его коллектор уменьшается. падение напряжения между эмиттером и его коллектором увеличивается. Это приводит к

увеличению базового тока транзистора VТ2, а следовательно, VТ2 открывается, ток через сопротивление R7 увеличивается.

В связи с этим возрастает напряжение на R7 и еще более уменьшается напряжение на переходе база-эмиттер транзис­тора VТ1, 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 К1 типа РЭС-10.

Аналогичным образом работает триггер на транзисторах VТ3 и VТ4. Только при увеличении светового потока, падающего на фоторезистор R4, транзистор VТ З открывается, а VТ4 закрывается и наоборот.

Если сосуд не заполнен жидкостью, то фоторезисторы R3 и R4 освещены. В этом случаи транзисторы VТ1 и VТ4 закры­ты, а VТ2 и VТЗ открыты. Реле К1 включено, а реле К2 выключено. Цепь исполнительного устройства разомкнута.

Жидкость, поступающая в сосуд, затеняет фоторезистор VТЗ и он закрывается, а VТ4-открывается. Реле К₂ включается и цепь исполнительного устройства замыкается. Начинается отс­чет времени наполнения жидкости. При достижении жидкости верхнего уровня фоторезистор RЗ затемняется. Открывается транзистор VТ1 и закрывается VТ2. Реле К2 срабатывает, тем самым размыкая цепь исполнительного устройства. Отчет времени прекращается и напряжение R6 возрастает до 30 В.

Стабилитроны VД5 и VД6 /рис. 6/ открываются и узел на транзисторах VТ5 и VТ6 подает напряжение питания на схему звуковой индексации. Звуковой сигнализатор собран на транзисторах VТ9 м VТ10 по схеме усиления с положительной об­ратной связью за счет которой осуществляется генерация звуковых колебаний в телефонном копсуле. Мультивибратор на транзисторах VТ7 и VТ8 периодически прерывает питание звукового генератора на транзисторах VТ9 и VТ10.

Резистор в цепи эмиттера VТ6 служит для гашения нижнего напряжения. В результате на мультивибратор подается напряжение 8,2 В. а конденсатор С3 сглаживает пульсации. При сливании жидкости все происходят в обратном порядке. Питаются оба фотореле от раздельных полупериодных выпрямителей

/VД 2, С1 и VД4, С2/. Избыточное напряжение гасится на сопротивлениях R14,R15 и R16,R17.