Иследования электродинамического плотномера / ПРОЧЕЕ / 1

Балаковский Институт Техники Технологии и Управления

Инженерно-строительный факультет

КАФЕДРА “УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ

СИСТЕМАХ”

ОТЧЕТ

по дипломной практике

Выполнил: ст. гр. УИТ-52

Дорошенко а.в.

Руководитель проекта

Скоробогатова т.н. /_____/

“_____ ” ______ 2000 г

2000

Разрабатываемый плотномер имеет несколько функциональных составляющие, одна из которых выполняет функцию измерения уровня жидкости, то есть уровнемера.

Измерение уровня жидкости в резер­вуаре обычно требуется для определения ее количества. Приборы для его измерения можно разделить на две группы: уровнемеры с поплав­ком постоянного погружения и уровнемеры, основанные на использо­вании физических свойств жидкости. Показания приборов первой груп­пы мало зависят от вида и свойств жидкости. Датчики уровнемеров первой группы имеют поплавок, плавающий на поверхности жидкости, и преобразователь его вертикального пере­мещения в электрическую величину. Изменение уров­ня жидкости с помощью поплавка и рычага преобразуется в изме­нение положения движка реостатного преобразователя. Это изменя­ет токи I1 и I2 в обмотках логометрического измерительного механиз­ма. Последний градуируется в единицах уровня или количества жид­кости. Если поплавок имеет постоянное сечение Q, то сила, выталки­вающая его из жидкости,

где  — плотность жидкости; х — глубина погружения поплавка.

Сила F уравновешивается весом G подвижной части датчика, при­веденным к поплавку. Глубина погружения при этом

Изменение плотности жидкости изменяет глубину погружения и создает абсолютную погрешность измерения уровня

Эта погрешность систематическая и может быть скорректирована введением поправки. Погрешность может быть уменьшена путем умень­шения веса поплавка G и увеличения его сечения Q.

В торая группа уровнемеров более разнообразна по принципу дейст­вия. Широко применяются приборы с поплавком переменного погру­жения (буйковые уровнемеры). Входной величиной такого уровнемера является изменение веса жидкости, вытесненной поплавком (выталкивающая сила). Так же широко используются емкостные уровнемеры.

Рис. 1

Преобразователем в таком уровнемере служат два параллельных электрода, погруженных в резервуар, в котором измеряют уровень жидкости. На рис. 1, б показана схема уровнемера с цилиндрическими электро­дами. Емкость преобразователя эквивалентна параллельному соеди­нению двух цилиндрических конденсаторов, один из которых запол­нен жидкостью с относительной диэлектрической проницаемостью е_r и имеет высоту H, другой имеет высоту H-h и свободен от жид­кости. Емкость преобразователя

где Со — емкость единицы длины преобразователя без жидкости; Н — высота электродов; h — высота уровня жидкости в преобразовате­ле. Входной величиной емкостного уровнемера является произведе­ние h(e_r - 1).

Емкостный уровнемер типа РУС предназначен для измерения уровня диэлектрических и электропроводных жидкостей. Его датчик преобра­зует измеряемый уровень жидкости в унифицированный выходной сиг­нал постоянного тока. Для работы с электропроводными жидкостя­ми используются электроды, выполненные в виде проводов с фторопластовой изоляцией, для измерения уровня неэлектропроводных — неизолированные электроды, выполненные в виде коаксиальных труб, гибких тросиков, стальных лент. Диапазоны измерения лежат в преде­лах от 0-0,4 до 0-20 м. Классы точности - 0,5; 1,0; 1,5; 2,5.

Для измерения уровня агрессивных жидкостей, а также если жид­кость находится при высокой температуре или давлении, могут ис­пользоваться радиоактивные уровнемеры. В качестве примера на рис. 1, 6 приведена схема уровнемера ИУ-3. Уровнемер имеет источ­ник 7 излучения в виде проволоки 2, содержащей радиоактивный изо­топ кобальт-60, и ионизационный преобразователь 1 (счетчик Гейгера-Мюллера), расположенные по разные стороны резервуара. Работа при­бора основана на изменении поглощения -излучения при изменении уровня жидкости. С повышением уровня, когда жидкость входит в пространство между источником 2 и счетчиком 1, излучение, попадающее на счетчик, уменьшается. Для расширения диапазона измерения могут быть использованы несколько счетчиков, расположенных на высоте резервуара. Входной величиной данного уровнемера является произве­дение плотности жидкости на длину пути частицы от источника до пре­образователя.

Уровнемеры второй группы могут применяться для измерения уров­ня самых разнообразных жидкостей. Однако при изменении жидкости уровнемер должен быть переградуирован, поскольку градуировка за­висит от ее свойств.

Емкостные преобразователи

Принцип действия и конструкция. Емкостный преобразова­тель представляет собой конденсатор, электрические параметры которо­го изменяются под действием входной величины.

Конденсатор состоит из двух электродов, к которым подсоединены выводные концы. Пространство между электродами заполнено диэлект­риком. При изменении взаимного положения электродов или при из­менении диэлектрической проницаемости среды, заполняющей меж­электродное пространство, изменяется емкость конденсатора.

В качестве емкостного преобразователя широко используется плос­кий конденсатор. Его емкость определяется выражением

где  — расстояние между электродами; Q — их площадь; е_о — электрическая постоянная; е_r - относительная проницаемость диэлектрика.

Изменение любого из этих параметров изменяет емкость конденсатора.

У преобразователя с прямоугольными электродами (рис. 2, а) Q=bx и имеется некоторый диапазон перемещения пластин х, в котором емкость линейно зависит от х (рис. 2, б). Линейная зависимость искажается вследствие краевого эффекта. В области линейной зависимости чувствительность такого преобразователя

постоянна и. увеличивается с уменьшением расстояния между электро­дами .

Если изменяется расстояние  между электродами, функция преоб­разования С =f() представляет собой гиперболическую функцию. Чувствительность преобразователя

сильнее, чем в предыдущем случае, зависит от расстояния между пла­стинами .

Для увеличения чувствительности S целесообразно уменьшить S. Предельное его значение определяется технологическими соображениями и приложенным напряжением. Надо учитывать, что при малых  возможен электрический пробой между электродами.

Р ис. 2

Рис. 3

Если перемещать диэлектрическую пластину в зазоре плоского конденсатора (рис 3,а), то можно получить преобразователь с переменной диэлектрической проницаемостью. Емкость такого преобразователя определяется как емкость двух параллельно включенных конденсаторов. Один из них Се образован частью электродов с межэлектродным пространством, не заполненным пластинкой. Если пластинка с относительной диэлектрической проницаемостью е_r имеет толщину , равную расстоянию между электродами, то функция преобразователя описывается выражением

C=Ce+Ct=e₀[Q+Qe(e-1)]/ 

где Q - площадь электродов; Qe - часть площади диэлектрической пластины, находящейся между электродами.

Емкостные преобразователи могут выполняться по дифференциальной схеме. Схема дифференциального преобразователя углового перемещения с переменной площадью электродов приведена на рис. 3, б. В таких преобразователях средний подвижный электрод обычно соединяется с экраном.

Рис. 4

Емкость преобразователя (рис. 4) может быть определена как емкость двух параллельно соединенных конденсаторов. Один конденсатор С1 образован частью электродов и диэлектриком — жид­костью, уровень которой измеряется, а второй конденсатор Со — остальной частью электродов и диэлектриком — воздухом.

где lо—полная длина преобразователя (трубки);

l — длина трубки, заполненной жидкостью;

 — диэлектрическая проницаемость жидкости;

₀ — диэлектрическая проницаемость воздуха;

R1 и R2 — радиусы внешнего и внутреннего цилиндров.