4. Опис структурної схеми та функціональної схеми технологічного процесу вимірювання рівня Опис структурної схеми технологічного процесу вимірювання рівня .

Для забезпечення живлення використовуємо схему стабілізації напруги, яка дозволяє зменшити похибку при вимірюванні. При заповненні речовини у вимірювальному резервуарі до певного рівня спрацьовує мікроперемикач і напруга матиме значення 0,1... 1 В. Таке значення технологічно важко передавати на велику відстань, тому сигнал спочатку підсилюється, і вже потім подається на вхід аналогово-цифрового перетворювача. Дискретний сигнал разом з сигналом від генератора синусоїдального сигналу надходить на помножувач, або модулятор. В цьому пристрої дискретний сигнал "заповнюється" синусоїдальним з певною частотою, що забезпечить захист та дозволить передавати його на великі відстані. Канал зв'язку в даному випадку може бути як дротовий, так і сотовий або радіочастотний. Щоб передавати сигнал на відстані необхідно використовувати канапо утворюючу апаратуру як на вході каналу зв'язку, так і на його виході. Для розкодування сигналу на стороні приймача необхідно встановити демодулятор та, якщо показуючий прилад буде аналоговим, - цифро-аналоговий перетворювач. Найкращим варіантом в цій ситуації є використання дискретного сигналу і підведення його через пристрій зв'язку з об'єктом до цифрової електронно-обчислювальної машини. Можливо також замість ЕОМ використовувати пристрій узгодження каналу зв'язку з системою реєстрації інформації та передавати отриманий сигнал на пристрій реєстрації або відображення інформації.

Функціональна схема системи вимірювання рівня

Дія рівнемірів цього типу заснована на вимірюванні часу проходження імпульсу ультразвуку від випромінювача до поверхні рідини і назад. При прийомі відображеного імпульсу випромінювач стає датчиком. Якщо випромінювач 1 розташований над рідиною, рівень називається акустичним; якщо усередині рідини - ультразвуковим. В першому випадку час, що виміряється, буде тим більше, чим нижче рівень рідини Н, в другому - навпаки.

Електронний блок 2 служить для формування випромінюваних ультразвукових імпульсів, посилення відображених імпульсів, вимірювання

часу проходження імпульсів подвійного шляху (в повітрі або рідини) і перетворення цього часу в уніфікований електричний сигнал. Наприклад, акустичний рівнемір ЛУНА - 1 використовується для вимірювання рівня неоднорідних (із змінною по висоті густиною),

Кристалізуються і випадаючих в осад рідин в баках висотою до 3 м. і має вихідний сигнал постійного струму.

5 Проектне рішення та розрахунок параметрів приладу для вимірювання рівня.

Рівень рідкої або сипучої речовини - це відстань від поверхні матеріалу до дна резервуара, у якому воно зберігається.

В агропромисловому комплексі застосовуються різноманітні рівнеміри, за допомогою яких можна здійснювати як безперервний контроль рівня, так і фіксування його певних положень, звичайно верхнього й нижнього.

За принципом дії рівнеміри діляться на наступні основні групи: механічні; гідростатичні; електричні; хвильові.

Механічні рівнеміри найпоширеніші. У них вимірювана речовина механічно впливає на чутливий елемент.

Ємнісні сигналізатори верхнього і нижнього рівнів досить ши­роко поширені. Вони спрацьовують при наближенні поверхні змінюва­ної речовини до цих рівнів.

Хвильові рівнеміри діють за принципом відбиття звукових або електромагнітних хвиль від поверхні вимірюваної рідини або сипучо­го тіла. Узагальнена принципова схема такого рівнеміра наведена на рис.1 (додаток 1).

Хвильові рівнеміри діють за принципом відбиття звукових або електромагнітних хвиль від поверхні вимірюваної рідини або сипучо­го тіла.

Звичайно у хвильових рівнемірах виміряється час запізнювання відбитого сигналу щодо випромінюваного:

де h — відстань від випромінювача до поверхні, м; V - швидкість поширення хвилі в середовищі над вимірюваною поверхнею, м/с.

Швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі залежить від властивостей середовища

Швидкість поширення, наприклад, у повітрі становить 299 ∙ 10⁶ м/с; та

— абсолютна діелектрична (Ф/м) и магнітна (Гн/м) прони­кність середовища.

Швидкість звукової хвилі в повітрі

де ε_с - коефіцієнт стискання газів, м²/ Н; К_R - універсальна газова постійна, рівна 8134 Дж/(кг ∙ К); р и Т- тиск і температура середо­вища, відповідно Па и К.

Акустичні рівнеміри застосовуються звичайно для виміру рівня від 1 до 10 м.

Радіочастотні рівнеміри використовують для виміру рівня до 100 м (наприклад, у силосах елеваторів). Ці прилади одні з перспек­тивних, тому що з їхньою допомогою можна вимірювати рівень без контакту з матеріалом у закритих резервуарах, при високих тисках середовища іт.д.

5.1 Розрахувати рівень речовини радіохвильовим методом (рис. 1) (додаток 1).

Вихідні дані:

Час затримки відбитого сигналу τ=0,1 мкс

Відстань від випромінення до поверхні l=25 м

Розв’язання:

У відповідності до формул та рівень знаходиться з формули h = l-Vτ/2; h = 25 - 299∙10⁶ ∙10^-7 /2 = 10 м

5.2 Розрахувати частоту роботи випромінювача та час запізнення (рис.1) (додаток 1).

Вихідні дані:

Максимальний рівень рідини в резервуарі λ =10 м

Відстань випромінювання рівноміра від його дна l=19 м

Розв’язання:

Використовуючи формулу довжини хвилі λ = сf , де с- швидкість світла З∙10¹⁰ см/с, знаходимо f = λc = 10 МГц. c=299∙10⁶ м/с (швидкість поширення в повітрі). Час затримки знаходимо по формулі де h - відстань від випромінювача до поверхні: h = 19-10=9м

h = 2∙9/299∙10⁶=0,060∙10^-6 =60мс.

5.3 Визначити час запізнення відбитого акустичного сигналу

Вихідні дані:

Зміна відстані між джерелом і поверхнею зерна h від 10 до 5 м

Температура повітря Т = 293 К

Коефіцієнт стискання ε_с = 1,3 м²/Н

Розв’язання.

Час затримки відбитого сигналу відносно випромінюючого

де h — відстань від випромінювача до поверхні, м;

V - швидкість поширення хвилі в середовищі над вимірюваною поверхнею, м/с.

Швидкість звукової хвилі в повітрі:

де ε_с - коефіцієнт стискання газів, м²/ Н; К_R - універсальна газова постійна, рівна 8134 Дж/(кг ∙ К); р и Т- тиск і температура середо­вища, відповідно Па и К.

V= м/с

τ=2∙10/1760=0,011с=11мс

τ=2∙5/1760=0,0055с=5,5мс

5.4 Визначити мінімальну зміну рівня в акустичному рівнемірі

Вихідні дані:

Дозволяюча здатність блока реєстрації інтервалу часу τ=0,1 мс

Стан повітря: р=760 мм рт.ст., ρ_v=1,13 кг/м³, ε_с= 1,2 м²/Н

Розв'зання.

Швидкість звукової хвилі в повітрі:

де р=760 мм рт. ст., ρ_v = 1,13∙10^-12 кг/м³

V= м/с

Час затримки відбитого сигналу відносно випромінюючого

Звідси , h= =0,0166м

Мінімальна зміна рівня становить 0,17 м

5.5 Визначити похибку вимірювання рівня в акустичному рівнемірі.

Вихідні дані:

Температура повітря Т = 293 К

Атмосферне повітря р=760 мм рт.ст.

Температура повітря Т₀ = 308 К

Атмосферне повітря р₀=780 мм рт.ст.

Розв'язання:

Роз'язок знаходимо з системи рівнянь:

і

Поділив друге на перше, знайдемо:

,

Відповідно. Відносна похибка складає 25% в бік заниження рівня.

5.6 Визначити вихідний струм та чутливість акустичного рівнеміра

Вихідні дані:

Статична характеристика акустичного рівноміра І=10+k_нh² (мА)

h=2;4;10 м, k_н=1 мА/м .

Розв'язання:

І₁=10+1·2²=14мА; І₂=10+1·4²=26мА; І₃=10+1·10²=110мА.

Чутливість акустичного рівнеміра S=2k_нh (мА/м)

S₁=2·1·2=4 мА/м; S₂=2·1·4=8 мА/м; S₃=2·1·10=20 мА/м