Краткий обзор методов измерения заданной величины

Содержание

 

 

Введение. Краткий  обзор методов измерения заданной величины

1. Описание объекта измерения……………………………………………...9
2. Разработка структурной схемы ИИC……………………………………16
3. Выбор измерительных преобразователей……………………………….22

Выводы по работе

Список литературы

 

Введение. Краткий обзор методов  измерения уровня жидкости.

 

Измерение количества жидкого  или твердого вещества в резервуаре является одной из основных задач  технологического контроля, решение  которой восходит к незапамятным временам. Поскольку, как правило, речь идет об измерении уровня в емкости, в большинстве случаев требуются сведения о текущем значении объема. Обстоятельства, при которых требуется определение собственно уровня, распространены гораздо в меньшей степени. В зависимости от технологического процесса методы измерения уровня весьма разнообразны и могут основываться на многочисленных технических решениях. В данной курсовой работе рассматривается методика, которая пригодна для организации компьютерной регистрации данных и широко доступна для большинства производителей.

Выбор датчика уровня начинается с определения потребностей конкретного процесса с учетом ограничений, накладываемых особенностями прикладной задачи. Измерения уровня могут быть непрерывными или привязанными к  определенной точке (дискретными). При этом либо указывается уровень в резервуаре, либо отмечается положение уровня выше или ниже определенной точки. Если Вам необходимы 100 галлонов жидкости из данной емкости для технологического процесса, то при этом может быть достаточным знать, что замер превышает 100 галлонов, а насколько больше - не имеет значения. Аналогичным образом, Вам может потребоваться сигнализация при падении уровня ниже определенной точки прежде, чем бак будет откачан полностью, или сигнализация высокого уровня для предупреждения переполнения.

 

Методы измерения уровня жидкости:

а) Точечное измерение уровня жидкостей:

• Емкостной метод
• Проводниковые зонды уровня,
• Поплавковый
• Тепловой
• Светолучевой методы

б) Непрерывное измерение уровня жидкостей:

• По давлению
• Поплавковый
• Ядерный
• Ультразвуковой
• Радиолокационный

Выбор наилучшего метода измерения уровня в резервуаре начинается с выяснения потребностей технологического процесса.

Возможен ли контакт  с содержимым? Многие методы предусматривают  проникновение в сосуд и контакт с его содержимым. В некоторых случаях этого не требуется.

Имеется ли возможность  проникновения сквозь стенку резервуара или пребывания внутри него? Для  некоторых методов вообще не требуется  проникновения в резервуар. Если содержимое отличается повышенной реакционной способностью или бак находится под высоким давлением, проникновение вовнутрь может вызвать затруднения. Если обстоятельства требуют организации возможности измерений в имеющемся резервуаре, а подходящий зонд или канал в нем отсутствуют, может потребоваться доработка конструкции.

Насколько хорошо известны размеры внутреннего пространства? Если конечной целью является измерение  объема, ему должна быть дана полная количественная оценка на основании  всех внутренних размеров за вычетом  объема перегородок, мешалок, компонентов теплообменных устройств и т.д. Точный отсчет уровня при некорректно определенных размерах невозможен.

Одним из простейших и  наиболее надежных способов определения  степени наполнения резервуара является его взвешивание. Это единственный метод, который дает истинное значение массы независимо от того, известны ли внутренние размеры резервуара. Степень наполнения резервуара можно определить при помощи тензодатчиков, помещенных под его опорой, вычитая собственный вес. Этот метод пригоден для любого типа содержимого и при отсутствии помех со стороны трубопроводов или других соединений способен обеспечить высокую точность измерений.

Ниже приводится краткая  характеристика методов измерения  уровня. Непрерывные методы можно использовать для выполнения функций, определяемых дискретным положением уровня, а совокупность точечных измерений уровня можно рассматривать как непрерывные данные, что может оказаться полезным несмотря на их некоторую приблизительность. Как перечень областей применения, так и обзор методик не являются исчерпывающими. Для каждой прикладной задачи существуют методы, которые не упомянуты, а для каждого общего случая возможны обоснованные 
исключения.

Общим признаком для  подобных устройств является наличие  движущейся части какого-либо типа поплавка, опирающегося на поверхность, либо устройства, которое должно двигаться сквозь содержимое.

Поплавок — использование  поплавка на поверхности жидкости является простым и надежным методом измерения ее уровня при условии, что содержимое не препятствует свободному перемещению. Существует множество клапанов, переключателей и датчиков положения, активируемых поплавком и обеспечивающих регистрацию положения уровня или непрерывное считывание показаний в ограниченном диапазоне.

Вибрация и лопастное колесо — подобие этих двух методов состоит в том, что они предусматривают погружение движущегося зонда в содержимое. Погружаемый в материал вибрационный зонд напоминает камертон, в котором при помощи пьезоэлектрического кристалла создается непрерывная вибрация. Если зонд не погружен в содержимое, он вибрирует свободно. При погружении характер вибрации изменяется, что распознается механизмом с подачей соответствующего сигнала.

Давление — подобно измерениям массы (взвешивание резервуара), методы измерения по давлению или по разности давлений позволяют определить уровень путем измерения высоты напора у днища емкости (или в месте, где расположен прибор). Если резервуар сообщается с атмосферой, можно обойтись обычным манометром. Однако, если резервуар закрыт и находится под давлением либо откачивается, для автокомпенсации разности внутреннего и атмосферного давлений используется отсчет показаний дифференциального давления между днищем и свободным пространством в верхней части емкости. Этот метод работает хорошо, но требует прокладки дополнительных трубопроводов.

Преимуществом ультразвуковых и радиолокационных методов является возможность их использования в  многочисленных областях применения без  какого-либо контакта с материалом. Поскольку точка доступа в  резервуар не требуется (за исключением сквозных точечных замеров), приборы располагаются наверху. Оба метода способны преодолевать внутренние помехи различного типа, и каждый из них имеет собственные ограничения по применимости.

Ультразвук — Эта  технология может быть воплощена различными способами, что придает ей эксплуатационную гибкость. Звуковой импульс посылается в резервуар, и момент возврата эхо-сигнала регистрируется датчиком. С учетом влажности и температуры можно рассчитать расстояние до поверхности. Ультразвуковые измерения затрудняются при наличии пыли и пены; разнообразие этих проблем определяется областью применения. Кроме того, этот метод может использоваться в относительно ограниченном диапазоне давлений и температур по сравнению с радиолокатором.

Различные типы ультразвуковых датчиков могут монтироваться на стенке резервуара и обеспечивать точечное измерение уровня без проникновения  в сосуд. Эхо звукового импульса определяется, если по другую сторону  стенки имеется жидкий или твердый  материал. В некоторых случаях метод позволяет отличить наполнение до заданного уровня от слоя липкого материала, покрывающего стенки. Это техническое решение особенно полезно в случаях, когда измерения емкости невозможны, и контакт с продуктом, а тем более проникновение в резервуар, недопустимы.

Радиолокация — Эта  технология известна уже более 25 лет, но ее популярность возросла совсем недавно  по мере совершенствования возможностей и снижения затрат на эксплуатацию. В прошлом из-за чрезмерной стоимости, больших размеров и высокого потребления мощности радиолокационные датчики использовались только в наиболее ответственных областях; в настоящее время разнообразие способов применения этого метода непрерывно расширяется. Радиолокационные датчики аналогичны ультразвуковым, но имеют меньше ограничений к применению и отличаются большей точностью: микроволновый импульс обладает лучшей способностью проникновения сквозь пену и пыль, и в меньшей степени подвержен воздействию давления и температуры.

Проводниковые зонды  отличаются простотой и обеспечивают считывание положения уровня проводящих жидкостей. Часто их монтируют в блоке по два или более для измерения верхнего и нижнего уровней. Если жидкость не электропроводна, необходимо использовать другой подход.

Емкостные зонды определяют наличие твердого или жидкого содержимого за счет изменения емкости зонда, снабженного несколькими электродами. На электроды подается ток высокой частоты, и его изменение, обусловленное диэлектрическими свойствами контактирующего вещества, можно измерить. Некоторые конструкции дают возможность определять диэлектрическую постоянную продукта, благодаря чему с их помощью можно отличать различное содержимое. Например, показания зонда, погруженного в масло, отличаются от показаний при его погружении в воду. Это может помочь в ситуациях, когда в резервуаре содержится более одного продукта.

Некоторые емкостные  датчики обеспечивают считывание через  стенку неметаллического резервуара, что позволяет определять положение  уровня без проникновения в резервуар  или без контакта с продуктом. Датчик можно установить на плоской стенке резервуара или навить вокруг неметаллической трубы. Если резервуар выполнен из металла, датчик можно разместить на смотровом окне или в колодце, изготовленном из пластиковой трубы.

Тепловые зонды погружаются в резервуар. В них используется небольшой нагревательный элемент для разогрева наконечника; прирост температуры измеряется. Если вокруг зонда отсутствует жидкость, прирост температуры может быть относительно большим. Однако в присутствии жидкости тепло отводится и зонд нагревается в меньшей степени.

Светолучевые датчики  реагируют на преграду между светоизлучателем и приемником. При наличии твердого материала или жидкости луч света  блокируется или рассеивается, что  указывает на присутствие вещества. Надежность этого метода зависит от способности продукта к истечению без блокирования света, что дает ложные показания.

Ядерные (радиационные) датчики. Несмотря на высокую эффективность  этого решения оно остается методом, к которому обращаются в последнюю очередь - из-за дороговизны и специализированных требований. Метод очень прост: радиоактивный источник гамма-излучения размещается с одной стороны резервуара. На другой стороне монтируются датчики, аналогичные счетчику Гейгера, для считывания показаний уровня. Содержимое резервуара, твердое или жидкое, поглощает гамма-лучи предсказуемым образом, что позволяет определить уровень при помощи электронной аппаратуры. Точность измерений определяется количеством датчиков, поэтому обычно этот метод используют для регистрации верхнего и нижнего пределов.

 

1. Описание объекта измерения

 

Выбор методики измерения  следует начинать с анализа технологического процесса и определения необходимой информации:

Содержимое представляет собой цистерну с топливом на АЗС, емкостью 10000 литров.

Точность измерений. Обычно этот вопрос относится только к непрерывным измерениям; в зависимости от размеров сосуда измерения могут быть очень точными (±<1%), но при этом потребуются значительные затраты. Необходимость выполнять точные измерения в крупном резервуаре в широких пределах встречается редко.

 

Рисунок 1 - Типовые методы считывания уровня

 

Для ведения технологических процессов  большое значение имеет контроль за уровнем жидкостей и твердых  сыпучих материалов в производственных аппаратах. Кроме того, зная площадь любой емкости, по величине уровня можно определить количество вещества в ней. Часто по условиям технологического процесса нет необходимости в измерении уровня по всей высоте аппарата. В таких случаях применяют узкопредельные, но более точные уровнемеры. Особую группу составляют уровнемеры, используемые только для сигнализации предельных значений уровня.