Преобразователь уровня воды в резервуаре

 

ФГБОУ ВПО «Госуниверситет  – УНПК»

 

Кафедра: «Приборостроение,

метрология и сертификация»

 

Допустить к защите

«___»_________________2012 г.

Руководитель: Давыдова Н.В.

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Физические основы получения информации»

 

Тема курсовой работы: «Преобразователь уровня воды в резервуаре»

 

Проект выполнил студент: Пырсикова А.С.

УНИИ ИТ

Группа: 31 – П

Шифр: 100026

Специальность: 200101 Приборостроение

Курсовая работа защищена с оценкой__________ «___»_____________2012 г.

 

Руководитель___________________/________________________________/

Члены комиссии________________/________________________________/

                            ________________/________________________________/

 

 

 

Орёл 2012

Аннотация Целью данного курсового  проекта являлось проектирование преобразователя  уровня воды в резервуаре. Решение  задачи производилось по следующей  схеме: обзор преобразователей уровня; выбор конкретного типа преобразователя; расчет параметров преобразователя. Рассмотрение различных  типов преобразователей данной величины велось по книжным, журнальным источникам, включая использование патентов и интернета. В результате было рассмотрено  несколько принципов действия и  построения преобразователей, решающих поставленную задачу. В итоге был  выбран конкретный тип преобразователя  для проектирования. Далее, на него было составлено техническое задание  и произведен расчет для выявления  его рабочих параметров и погрешностей. В заключении отражены выводы о проделанной  работе. Цель курсового проекта  была достигнута, разработан преобразователь  уровня воды в резервуаре, удовлетворяющий  заданным требованиям и параметрам.
31-П		100026		КП по дисциплине ФОПИ «Преобразователи уровня воды в резервуаре»
	Фамилия	Подп	Дата
Разраб	Пырсикова А.С.			Аннотация	Лит			Лист	Листов
Пров	Давыдова Н.В.
					ФГБОУ ВПО  «ГУ –УНПК» ПМиС
Н контр

 

 

 

Содержание 

Введение………………………………………………………..…………4

1. К вопросу о понятии ………………………………………...…….…...5
2. Обзор преобразователей………………...……………………………...7
1. Поплавковые уровнемеры……………………………………………...7
2. Емкостной преобразователь……..……………………………………10
3. Ультразвуковой уровнемер…...……………………………………….13
4. Гидростатический уровнемер ……………………………...…………19
5. Резонансный акустический уровнемер……………………………….26
3. Выбор преобразователя…………………………………………….….30
4. Техническое задание…………………………………………………...32
1. Назначение и область применения……..……………………………..32
2. Основные требования к преобразователю………..….……………….32
5. Конструкторский раздел……….……….……………………………...33

5.1 Введение…………………………………………………………………...33

5.2 Принцип действия преобразователя……………………………………..33

5.3 Разработка и проектирование  конструкции……………………………..34

Заключение…………………………………………………………………….39

Список использованных источников…………………...……………………40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 

 

В настоящее время операция измерения уровня является ключевой для организации контроля и управления технологическими процессами во многих отраслях промышленности. К приборам для измерения уровня заполнения ёмкостей и сосудов, или уровнемерам  предъявляются различные требования:  в одних случаях требуется только сигнализировать о достижении определённого предельного значения,  в других необходимо проводить непрерывное измерение уровня заполнения.

Современные системы автоматизации  производства требуют статистических и информационных данных,  позволяющих оценить затраты,  предотвратить убытки, оптимизировать управление производственным процессом,  повысить эффективность использования сырья. Этот постоянно возрастающий спрос на информацию приводит к необходимости применения в системах контроля не простых сигнализаторов,  а средств, обеспечивающих непрерывное измерение. 

Проблема точного определения уровня жидкости в резервуарах достаточно актуальна на сегодняшний день. Особую значимость она принимает при транспортировке дефицитных материалов и использовании жидкого топлива, т. к. даже небольшая погрешность в измерениях приводит к потере имеющихся ресурсов.  Так,  предприятия транспортной отрасли используют все известные способы экономии топлива,  однако требуются    новые,  более прогрессивные системы измерения и их разработки для дальнейшего развития отрасли и ее направлений.

 

 

 

 

1. К вопросу о понятии

Уровнем называют высоту заполнения технологического аппарата рабочей  средой —  жидкостью или сыпучим телом.  Уровень рабочей среды является технологическим параметром,  информация о котором необходима для контроля режима работы технологического аппарата,  а в ряде случаев для управления производственным процессом.

Путем измерения уровня можно  получать информацию о массе жидкости в резервуарах. Подобная информация широко используется для проведения товароучетных операций и для управления производственным процессом. Уровень измеряют в единицах длины. Средства измерений уровня называют уровнемерами.

Различают уровнемеры,  предназначенные  для измерения уровня рабочей  среды; измерений массы жидкости в технологическом аппарате;  сигнализации предельных значений уровня рабочей среды — сигнализаторы уровня.

По диапазону измерения  различают уровнемеры широкого и  узкого диапазонов. Уровнемеры широкого диапазона (с пределами измерений 0.5—20 м) предназначены для проведения товароучетных операций, а уровнемеры узкого диапазона [пределы измерений (0¸±100)  мм или (0¸±450)  мм]  обычно используются в системах автоматического регулирования.

Задачи измерения уровня жидких и сухих веществ в современных системах автоматизации технологических процессов сегодня обыденны и привычны, но, тем не менее, всегда актуальны. При решении задач измерения уровня специалистам необходимо ответить на ряд вопросов:

1. может ли датчик уровня встраиваться в резервуар?
2. допускается ли прямой контакт датчика уровня жидкости с контролируемой средой?
3. необходим непрерывный контроль уровня или достаточно измерять наличие продукта в пороговых точках?
4. возможно, ли будет регулярное техническое обслуживание?
5. совместим ли физический принцип работы датчика с решаемой задачей измерения?
6. какие ограничения накладывает контролируемый процесс?

К характерным задачам  относятся:

1. в пищевой, химической и нефтехимической промышленности – измерение уровня жидких субстанций и конечной продукции в резервуарах и трубах, учет объема и массы при погрузке и выгрузке, контроль утечек, контроль аварийных ситуаций.
2. на транспорте – измерение объема и массы топлива в топливных баках автомобилей, дизельных локомотивов; учет топлива и жидких реагентов в цистернах при их перевозке.
3. в жилищно-коммунальном хозяйстве – определение объема канализационных стоков промышленных предприятий и населения, контроль уровня и объема воды в резервуарах насосных станций, мониторинг баланса воды предприятий, городов и поселков.
4. в сельском хозяйстве и системах экологического мониторинга – определение уровня воды в реках, озерах, оросительных каналах для управления системами искусственного орошения, прогнозирования наводнений, проведения экологических исследований.
5. в судостроении и мореплавании – контроль количества воды для бытовых, хозяйственных и технологических нужд, а также грязной (использованной) воды, измерение объема и массы топлива в топливных резервуарах, сигнализация аварийных ситуаций.

 

 

 

 

2. ОБЗОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УРОВНЯ ВОДЫ В РЕЗЕРВУАРЕ

1. Поплавковые уровнемеры

Поплавковый уровнемер относится  к механическим преобразователям. Поплавковые датчики уровня одни из самых недорогих и, вместе с тем, надежных устройств для измерения уровня жидкостей.

Сущность: поплавковый уровнемер, включающий выполненный в виде центрально-симметричного тела вращения поплавок, имеющий на концах продольной оси шейки и связанный с корпусом резервуара частично намотанными на шейки растяжками, закрепленными в нижней и верхней точках резервуара, и шкалу, согласно изобретению уровнемер снабжен третьим гибким звеном, одним концом, намотанным по центру поплавка, а другим концом, связанным с противовесом, имеющим указатель уровня и размещенным в установленной вне корпуса резервуара направляющей, при этом шкала размещена на направляющей.

 

Рисунок 1- Общий вид поплавкового уровнемера

 

Размещенный в резервуаре 1 с жидкостью, уровень 2 которой необходимо замерять, поплавковый  уровнемер содержит поплавок 3, выполненный  в виде центрально-симметричного  тела вращения и имеющий на своих  концах продольной оси жестко прикрепленные  шейки 4. На обе шейки навиты три-четыре витка трения двух гибких звеньев 5, нижние концы которых закреплены на днище резервуара, а верхние  через упругий элемент 6 (пружину, резину) для небольшого натяжения  звеньев 5 - к верхней части резервуара, при этом поплавок 3 изготовлен таким  образом, что его продольная ось  совмещена с уровнем 2 жидкости.

 

 

Рисунок 2 – Разрез А-А по рисунку 1

 

По центру поплавка навито измерительное гибкое звено 7, один конец которого закреплен  на поплавке, а другой конец пропущен через отверстие в верхней  части резервуара, огибает блоки 8 и закреплен на противовесе 9, размещенном  внутри направляющей 10, установленной  вне резервуара.

 

Рисунок 3 – Разрез Б-Б по рисунку 1

 

Для удобства обслуживания на противовесе закреплены две стрелки 11 и с двух сторон направляющей нанесены две шкалы 12.

Величина  диаметров поплавка и его шеек выбрана с соответствующим соотношением к высоте между возможными нижним и верхним уровнями жидкости в  резервуаре.

Поплавковый уровнемер работает следующим образом.

Выталкивающее усилие поплавка вызывает его вертикальное перемещение, при этом при перемещении  поплавка одновременно происходит вращение его вокруг собственной оси и  перемотка ветвей гибких звеньев 5.

Изображенный  на рисунке 1 поплавок при увеличении уровня 2 жидкости будет перемещаться вверх с одновременным вращением  против часовой стрелки, а следовательно, с наматыванием измерительного гибкого  звена 7 на поплавок и с перемещением вверх противовеса 9. Закрепленные на противовесе стрелки 11 поднимаются  вверх и по шкалам 12 показывают увеличение уровня 2.

Предложенный  уровнемер применим независимо от формы  стенок резервуара, от светлости жидкости, хранящейся в резервуаре, от высоты между минимальным и максимальным уровнями жидкости и от соотношения высоты и поперечного сечения резервуара.

Поплавковый уровнемер имеет минимальную  металлоемкость, прост в обслуживании и изготовлении.

 

2. Емкостной преобразователь

 

Емкостной уровнемер — один из типов электрических датчиков-измерителей уровня. Основан на принципе измерения уровня жидкости в резервуаре при помощи измерения электрической ёмкости датчика.

Емкостной метод – простой, дешевый и надежный. Он обеспечивает хорошую точность порядка , имеет те же ограничения, что и поплавковый - среда не должна налипать и образовывать отложения на чувствительном элементе. 

В ёмкостных уровнемерах чувствительным элементом служит конденсатор, ёмкость которого изменяется пропорционально изменению уровня жидкости. 

 

Рисунок 4 – Общий вид емкостного уровнемера

 

 

 Емкостной способ измерения уровня жидкостей осуществляют прибором 1 для измерения электрической  емкости, подключенным к двухэлектродному конденсаторному датчику 2 уровня жидкости, установленному вертикально в резервуаре 3 с контролируемой жидкостью, путем  поочередного измерения емкости C_A самого двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и после параллельного подключения к нему конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств, полость которого постоянно заполнена контролируемой жидкостью, и измеряют общую емкость двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и параллельно подключенного к нему конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств, после чего рассчитывают уровень от верхней отметки двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкостей.

Устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре 3 содержит двухэлектродный  конденсаторный датчик 2 уровня жидкости, соединенный параллельно с конденсаторным датчиком 4 диэлектрических свойств, установленным в нижней части  устройства для измерения уровня жидкости. Двухэлектродный конденсаторный датчик 2 уровня жидкости выполнен в  виде коаксиального конденсатора с  цилиндрическими электродами 5, внутренним, и 6, внешним. Нижний конец внутреннего  электрода 5 двухэлектродного конденсаторного  датчика 2 уровня жидкости соединен с  одним из электродов конденсаторного  датчика 4 диэлектрических свойств  через замыкающий контакт герконового  реле 7. Нижний конец внешнего электрода 6 двухэлектродного конденсаторного  датчика 2 уровня жидкости соединен со вторым электродом конденсаторного  датчика 4 диэлектрических свойств. Конденсаторный датчик 4 диэлектрических  свойств выполнен в виде произвольно  уложенных проволочных электродов, покрытых изоляцией, межэлектродное пространство которых постоянно заполнено  контролируемой жидкостью. Двухэлектродный конденсаторный датчик 2 уровня жидкости подключен к прибору 1 для измерения электрической емкости. Устройство для измерения уровня жидкости может быть использовано как для диэлектрических жидкостей, так и для токопроводящих жидкостей. В этом случае хотя бы один из электродов двухэлектродного конденсаторного датчика 2 уровня жидкости и конденсаторного датчика 4 диэлектрических свойств должен иметь изолирующее покрытие из одного и того же диэлектрика.