ЛР1ЗАРНИЦА. И. М. Губкина кафедра автоматизации технологических процессов В. А. Салащенко Лабораторная работа
 Скачать 2.14 Mb.
|
|
1 МИНОБРНАУКИ РОССИИ РГУ НЕФТИ И ГАЗА (НИУ) ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Кафедра автоматизации технологических процессов В. А. Салащенко Лабораторная работа Исследование статических характеристик уровнемеров на стенде «ЗАРНИЦА» Методическое пособие к лабораторным работам по курсам : « Методы и средства измерений, испытаний и контроля » « Автоматизация производственных процессов » « Основы техники измерений » Москва - 2020 Введение 2 Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) получают результаты измерений в процессе обработки многократных зависимых (прямых или косвенных) наблюдений на различных временных интервалах. На каждом интервале применяется свой метрологический подход к оценке достоверности получаемой инфор- мации. Измерительную информацию и результаты ее автоматизированной обработки в АСУ ТП используют для контроля технологических параметров и состояния оборудова- ния, оперативного управления, определения оперативных и долговременных технико- экономических показателей. От точности измерений зависят качество и эффективность управления технологическим процессом, достоверность определения фактических и расчетных технико-экономических показателей, правильность оценки производственно- хозяйственной деятельности предприятия и, следовательно, потери в производстве. Специфика метрологического обеспечения АСУ ТП состоит в том, что измерительные каналы формируются на объекте, и поэтому метрологические приемы и методы, используемые при метрологичеком обслуживании средств измерений уровня будут изучены на учебных стендах фирмы «ЗАРНИЦА» Россия. Общий вид стенда представ- лен на рис. 1. На стенде установлены промышленные интеллектуальные приборы измерения уровня, расхода, температуры, давления информация которых поступает на контроллер фирмы «Siemens» и с помощью программного обеспечения «WinCC» создана SCADA - система регулирования технологических параметров. Цель лабораторной работы: - изучить конструкцию, принцип действия промышленных приборов для измерения уровня, расхода, давления, температуры: - исследовать статические и динамические характеристики приборов для измерения уровня, расхода, давления, температуры: - провести калибровку и поверку приборов для измерения уровня, расхода, давления, температуры: - исследовать статические и динамические характеристики объектов регулирования технологических параметров уровня, расхода, давления, температуры: - исследовать динамические характеристики влияния законов управления (П, ПИ, ПД, ПИД) в системах регулирования уровня, расхода, давления, температуры: 3 Рис.1 Учебный стенд фирмы «ЗАРНИЦА» 1 – корпус стенда, 2 – центробежный насос, 3 – вентиль, 4 – бак (резервуар), 5 – нагреватель, 6 – сигнализатор уровня (геркон), 7- эталонный термометр, 8 – датчик температуры, 9 – пневматический клапан,10 – модуль подключения к сети, 11 – тумблер включения сети. 12 – индикатор эталонной температуры, 13 – контроллер, 14 – уровне- мер ультразвуковой, 15 – бак (резервуар), 16 – сигнализатор уровня емкостной, 17 – вен- тиляторы,18 - манометр механический, 19 - бак, 20 - электромагнитный расходомер, 21 - электромагнитный клапан. На стенде установлены три резервуара, соединенные между собой технологическими трубопроводами, на которых установлены вентили. Направление потока воды по трубопроводам осуществляется с помощью вентилей, Положение вентилей (ЗАКРЫТО) или (ОТКРЫТО) устанавливается в ручном режиме. Центробежный насос Центробежный насос предназначен для перекачки воды из резервуара в резервуар по трубопроводам. Общий вид центробежного насоса показан на рис.2. Конструкция центробежного насоса представлена на рис.3 4 Рис.2 Общий вид центробежного насоса 1 - центробежный насос Рис.3 Конструкция центробежного насоса 1 – корпус насоса, 2 – рабочее колесо насоса, 3 – прокладка, 4 – винты, 5 – статор электродвигателя, 6 –подшипник, 7 – керамическая ось, 8 – прокладка, 9 – ротор электродвигателя Электродвигатель вращает рабочее колесо насоса, производительность насоса меняется при изменении напряжения постоянного тока подаваемого на двигатель в пределах от 0 до 10 В. Аналоговый и цифровой сигнал величины напряжения формируется контроллером и выводится на регистрацию. Пропорциональный клапан Пропорциональный клапан предназначен для регулирования расхода воды в трубопроводе по линейному закону. На рис.4 представлен общий вид клапана. На рис.5 представлена принципиальная схема клапана 5 Рис.4 Пропорциональный клапан. Входной сигнал постоянного напряжения в диапазоне от 0 до 10 В преобразуется контроллером в сигнал широтно-импульсной модуляции, который поступает на электромагнит. Усилие электромагнита уравновешивается усилием возвратной пружины, обеспечивая необходимый зазор между плунжером и седлом клапана, таким образом клапан закрывается и открывается пропорционально напряжению в диапазоне от 0 В до 10 В. Рис.5 Принципиальная схема пропорционального клапана. 1 –пружина, 2 – седло, 3 – плунжер, 4 – седло, 5 – корпус, 6 – подвижное кольцо Расход воды через клапан будет пропорционален напряжению управления, при 0 В клапан закрыт – расхода нет, при 10 В клапан открыт – расход максимальный. Электромагнитный расходомер Принцип действия расходомера основан на явлении индуцирования электро- движущей силы (ЭДС) в движущемся в магнитном поле проводнике – измеряемой среде. Индуцированная ЭДС, значение которой пропорционально расходу (скоро- сти) измеряемой среды, воспринимается электродами и поступает на электронный 6 блок преобразования, который выполняет обработку сигнала, вычисляет объём и объёмный расход и преобразует его в стандартизированные выходные аналоговые и цифровые сигналы. Общий вид электромагнитного расходомера представлен на рис. 6. Рис. 6. Общий вид электромагнитного расходомера Расходомер состоит из измерительного участка (ИУ), электронного блока (ЭБ) и внешнего (выносного) адаптера. ИУ представляет собой футерованный защитным материалом отрезок трубопровода из немагнитной стали, заключенный в кожух, защищающий элементы магнитной системы расходомера. ИУ может быть полнопро- ходным или с сужением (L-канал). Электронный блок расходомера выполнен в герметичном корпусе, внутри которого расположены печатная плата и элементы присоединения внешних цепей. Электронный блок обеспечивает формирование выходного цифрового сигнала пропорциональным расходу измеряемой среды. Адаптер обеспечивает передачу информации о результатах измерений и диагностики на внешний ПК по интерфейсам RS232, RS485 или Ethernet. Расходомер имеет графический ЖКИ индикатор для отображения результатов измерений и диагностики, а также служебной и настроечной информации. Данные представляются на 4-х последовательно сменяемых экранах (рис. 7). 7 Рис. 7. Графические жидко-кристаллические индикаторы расходомера. В процессе работы расходомер контролирует состояние измеряемой среды и работоспособность электронной схемы. При выявлении нештатных ситуаций фор- мируется код ошибки, который записывается в архивы событий и архивы измере- ний, а также отображаются на индикаторе. Различают 2 типа нештатных ситуаций: – ошибки, при которых невозможно измерить текущий расход. Тип ошибки отобра- жается на индикаторе вместо значения текущего расхода и дублируется цифровым значением в треугольнике. – предупреждения, при которых расходомер измеряет расход, но следует устранить выявленные замечания. Коды предупреждений: Датчики давления 8 Манометр с трубчатой пружиной Манометр с чувствительным элементом трубкой Бурдона измеряет давление в емкости В103 (металлический резервуар), диапазон измерения избыточного давления в диапазоне от 0 до 1 бар, класс точности 1,5. На рис.8 представлен общий вид механичес- кого манометра. Схема манометра с трубчатой пружиной (трубка Бурдона) изображена на рис. 9. Под действием давления среды (жидкости или газа), подаваемой во внутреннюю полость через штуцер 8, деформируется чувствительный элемент (упругая трубка Бурдона). Перемещение конца трубки через промежуточный рычаг передается зубчатому сектору, который вращает шестеренку с осью, на которой закреплена стрелка. На корпусе прибора закреплена шкала с оцифрованными делениями, по положению стрелки на шкале определяется давление. Рис.8 Манометр механический Рис.9. Схема манометра с трубчатой пружиной. 1 — шкала; 2 — стрелка шкалы манометра; 3 — спиральная пружина; 4 — шестеренка с осью; 5 — полая металлическая трубка, запаянная с одного конца (трубка Бурдона); 6 — зубчатая передача; 7 — промежуточный рычаг; 8 — штуцер для подачи 9 давления среды При сбросе давления трубка должна вернуться в исходное состояние. Величина невоз- врата называется упругим гистерезисом и является источником неустранимой погреш- ности прибора. Зазор (люфт) в зубчатой передаче устраняется за счет жесткости пружи- ны, один конец которой закреплен на подвижной опоре в корпусе прибора, а второй — на оси с указательной стрелкой. Вращая подвижную опору, можно установить стрелку на начало отсчета (ноль шкалы). Очевидно, что чем больше величина перемещения, тем больше значение выходного сигнала. Вместе с тем, чем больше перемещение, тем больше упругое последействие материала чувствительного элемента, а значит, и нелинейность, гистерезис, временная нестабильность. Электрический манометр На рис.10 представлен электрический манометр с керамической мембраной и пьезорезистивным чувствительным элементом, который измеряет избыточное давление от 0 до 400 КПа, и преобразует давление в выходной электрический сигнал в диапазоне от 0 до 10 В., класс точности 0,5. Рис.10 Электрический манометр Пневматический клапан Клапан с пневматическим исполнительным устройством предназначен для перепуска воды из верхнего бака в нижний. Общий вид клапана представлен на рис. 11. 10 Рис. 11 Пневматический клапан При подаче электрического сигнала на электромагнитное реле, воздух проходит в камеру поворотного механизма и перемещает поршень до упора, что приводит к повороту на 90 о шарового органа и вода свободного перетекает из бака в бак. Положение поворотного механизма контролируется визуально и электрическими сигнализаторами. Красный цвет соответствует положению « КЛАПАН ЗАКРЫТ», желтый цвет соответствует положению « КЛАПАН ОТКРЫТ». Электрические сигналы с двух микро-переключателей соответственно выводятся на экран пульта управления «CLOSED/OPEN». Вентили Вентили конструктивно выполнены с шаровыми запорными органами, которые можно поворачивать вручную.и создавать различное проходное сечение для движущегося потока жидкости в трубопроводе. На рис.12 представлен общий вид вентиля. С помощью вентилей можно задавать различные схемы движения потока по трубопроводам, для этих целей каждый вентиль маркируется номером и устанавливается в открытом или закрытом положении. Если черная полоса на вентиле устанавливается перпендикулярно трубопроводу, то вентиль «ЗАКРЫТ», если черная полоса на вентиле устанавливается вдоль трубопровода, то вентиль «ОТКРЫТ». Рис. 12 Вентиль (положение«ЗАКРЫТ») Прямоточный запорно-регулировочный вентиль, полнопроходной 11 На рис.13 представлен вентиль в положении «ОТКРЫТ»(цвет зелёный), а на рис.14 представлен вентиль в положении «ЗАКРЫТ»(цвет красный). Рис.13. Вентиль в положении «ОТКРЫТ»(цвет зелёный), шкала 100. Рис.14. Вентиль в положении «ЗАКРЫТ»(цвет красный), шкала 0. Особенности конструкции планетарного механизма (рис.15) – разворот вентильной головки по ходу движения потока – обеспечивает повышенную пропускную способность вентиля. Планетарный механизм получил свое название из-за размещения шестеренок в нём как планет вокруг солнца, в центре находится солнечная шестерня, вокруг нее крутятся сателлиты (как планеты) связанные между собой водилом, а снаружи сателлитов идет коронная шестерня. Все виды шестеренок могут быть связаны или с входным валом или выходным. Рис. 15. Планетарный механизм вентиля. 1 - коронная шестерня, 2- водило, 3 – планетарные шестерни (сателлиты), 4 – солнечная шестерня. 12 Уровнемер ультразвуковой Общий вид уровнемера представлен на рис. 16. Конструктивно уровнемер выполнен в корпусе цилиндрической формы из никелированной латуни с резьбой М30х1,5. Рис. 16. Общий вид ультразвукового уровнемера. Уровнемер представляет собой устройство, состоящее из следующих частей: • электронная плата преобразователя, расположенная внутри корпуса; • излучатель, расположенный на торце нижней части корпуса; • трех символьный дисплей с двумя кнопками для настройки датчика и двумя светодиодами, отображающими подачу питания и состояние выходов, рас- положенный в верхней части корпуса. Все датчики поставляются с заводской настройкой. На рис.17 представлены зоны срабатывания ультразвукового уровнемера. Рис.17 Зона уверенного приема сигнала. Рабочий диапазон – 250 мм, слепая зона – 30 мм. Принцип действия основан на измерении времени прохождения ультразвуковой волны от датчика до объекта и обратно. Так как скорость звука в воздухе зависит 13 от температуры, датчики оснащены сенсором температуры для обеспечения компенсации. Расстояние рассчитывается по формуле (1): S= vt/2 (1) где: S – расстояние между датчиком и объектом, м; v – скорость распространения, м/с; t – время прохождения ультразвуковой волной расстояния от датчика до объекта и обратно, с. Зависимость между скоростью ультразвуковой волны и температурой определяется согласно формуле (2): v=331,6 (1+ 273/Т) 0.5 (2) где: Т — температура воздуха, °С. Излучатель датчика, выполненный на основе пьезокерамического элемента, излучает несколько ультразвуковых импульсов путем подачи управляющего напряжения электронной схемой датчика. После этого, отраженные от объекта ультразвуковые импульсы возвращаются обратно к излучателю: они вызывают деформацию пьезокера- мики, в результате из-за обратного пьезоэффекта, в электронной схеме датчика появляются импульсы напряжения. По времени между началом отправки импульсов и принятием первого отражен- ного импульса электронной схемой датчика вычисляется расстояние до объекта. Из-за того, что излучатель датчика является одновременно и приемником, датчики имеют слепую зону; измерение расстояния до объекта в этой зоне не- возможно. Слепая зона зависит от модификации датчика и не зависит от настроек пользователя. Уровнемер имеет временной интервал корректной работы температурной компенсации. Так как во время работы происходит самонагрев датчика, работа температурной компенсации будет оптимальной только по истечении примерно 30 минут работы датчика. На рис.18 представлена теоретическая зависимость между температурой воздуха, давлением и скоростью звука. 14 Рис.18 Зависимость между температурой воздуха, давлением и скоростью звука. Поскольку в промышленных ультразвуковых датчиках вычисляется время эха сигнала датчики термокомпенсированы. Эта особенность способствует устранению температур- ных влияний на выходе датчика. Для определения абсолютной точности измеренного значения ультразвукового датчика, необходимо учитывать следующие факторы: - температуру, - атмосферное давление, - относительную влажность, - турбулентность, - участки перегрева в воздухе, окружающем датчик или объект, - датчик в горячем состоянии рабочего режима. Сигнализаторы уровня Сигнализатор уровня (геркон) Герко́н (сокращение от « ГЕРметичный КОНтакт») — электромеханическое устройство, представляющее собой пару ферромагнитных контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбу, соприкасающимися под действием магнитного поля. Магнитодвижущая сила срабатывания — значение напряженности магнитного поля, при котором происходит замыкание контактов геркона. Магнитодвижущая сила отпускания — значение напряженности магнитного поля, при котором происходит размыкание контактов геркона. На рис. 19 представлен общий вид сигнализатора уровня. Герконовый поплавковый датчик-реле — сигнализатор уровня состоит из направляющей, поплавка со встроенным магнитом, присоединительного кабеля. Поплавок с магнитом внутри, свободно движется по вертикальной трубке (направляющей) в соответствии с уровнем жидкости. Как только жидкость поднимается до намеченной точки, происходит взаимодействие магнита с закрепленными выше контактами. Различают герконы 15 работающие на замыкание, переключение и размыкание электрической цепи. Это дает возможность осуществления электрического контакта в различных средах: влажным, запыленным, радиоактивным, с активными жидкостями и газами, с температурой от минус 60 0 С до плюс 150 0 С. Рис. 19. Общий вид сигнализатора уровня. 1 – поплавок (магнит), 2 – контакты. На рис. 20 представлен монтаж сигнализаторов уровня в нижнем баке. Рис. 20. Монтаж сигнализаторов уровня в нижнем баке. Герконовые сигнализаторы изготавливаются с нормально-разомкнутым или нормально- замкнутыми контактами. Световые сигналы на пульте управления указывают режим 16 работы контактов геркона. Контакты замкнуты цвет индикатора «ЗЕЛЕНЫЙ», контакты разомкнуты цвет индикатора «СИНИЙ». Сигнализатор S111 установлен внутри нижнего бака на отметке «Уровень 1» рис. 20. Сигнализатор S111 размыкает контакты цвет «СИНИЙ», если уровень воды поднимается, Сигнализатор S111 замыкает контакты цвет «ЗЕЛЕНЫЙ», если уровень воды снижается. Сигнализатор S117 установлен внутри нижнего бака на отметке «Уровень 2» рис. 20.Сигнализатор S117 размыкает контакты цвет «СИНИЙ», если уровень воды поднимается, Сигнализатор S117 замыкает контакты цвет «ЗЕЛЕНЫЙ», если уровень воды снижается. Среда внутри стеклянной колбы препятствует окислению контактов и образованию искр при замыкании. Датчики сигнализаторов работают при температурах до +105 °С в химически агрессивных средах. Основной конструкционный материал деталей датчика – нержавеющая сталь (12X18H10T). Датчики-сигнализаторы уровня поплавкового типа не подходят для измерения липких и засыхающих жидкостей, жидкостей с механическими включениями, а также в случае замерзания жидкости. Сигнализатор уровня ёмкостной Два ёмкостных сигнализатора уровня В113 и В114 установлены на боковой стенке верхнего бака. На рис. 21 представлен общий вид ёмкостного сигнализатора уровня. На рис. 22 представлен монтаж ёмкостного сигнализатора уровня. . Рис. 21 Общий вид сигнализатора уровня емкостного 17 Рис. 22 Монтаж ёмкостного сигнализатора уровня. Принцип действия сигнализатора основан на изменении электрической ёмкости конденсатора, включенного в цепь RC – генератора Если вблизи сигнализатора появляется вода, то ёмкость конденсатора увеличивается и изменяется частота RC – цепи. Величина ёмкости конденсатора зависит от расстояния, размеров и диэлектри- ческих констант материалов. Преимуществом ёмкостных уровнемеров является отсут- ствие движущихся частей, долговечность, надежно работают в сосудах под давлением, вакуумом, при достаточно широком диапазоне по температуре. Сигнализатор способен работать с жидкостями, имеющими разные физические свойства: температуру, плотность, вязкость, диэлектрическую проницаемость. При этом ёмкостный сигнализатор благодаря особенностям работы подойдет также и для опасных и агрессив- ных видов жидкостей. Сигнализатор В113 размыкает контакты цвет «СИНИЙ», если уровень воды снижается, Сигнализатор В113 замыкает контакты цвет «ЗЕЛЕНЫЙ», если уровень воды поднимается. Сигнализатор В114 размыкает контакты цвет «СИНИЙ», если уровень воды снижается, Сигнализатор В114 замыкает контакты цвет «ЗЕЛЕНЫЙ», если уровень воды поднимается. Порядок выполнения лабораторной работы На рис.23 представлена схема соединения блоков управления лабораторной установки. Рис.23 Схема соединения блоков управления лабораторной установки 1 – блок аналого-цифрового преобразователя, 2 – устройство связи с контроллером, 3 – кабель связи, 4 – блок передачи аналоговых сигналов, 5 - кабель передачи аналоговых сигналов, 6 – блок питания, 7 – провода напряжения питания (красный и синий), 8 – кабель «USB» для связи с персональным компьютером. Шаг 1. Включите тумблер пилота «НАПРЯЖЕНИЕ 220 В». Шаг 2. Включите тумблер на системном блоке компьютера «ВКЛ». 18 Шаг 3. Включите тумблер на блоке питания «ВКЛ» рис.24 позиция 2. Рис. 24 Блок питания 1- Аварийный выключатель, 2- тумблер питания «ВКЛ», 3- тумблер напряжение « 24 V », 4- индикатор температуры о С, 5- индикатор «СЕТЬ». Шаг 4. Включите на стенде тумблер напряжение « 24 V» рис.24 позиция 3. Шаг 5. После загрузки ОС WINDOWS на экране компьютера двойным нажатием левой клавиши мыши по ярлыку «Complex» загрузите программу «Complex» , рис.25. Рис. 25. Ярлык программы «Complex» . Откроетсяосновное окно программы «Complex», рис.26. В нижней левой части окна располагается информация о состоянии подключения персонального компьютера к цифро-аналоговому преобразователю. Рис. 26. Основное окно программы «Complex» 19 Шаг 6. При некорректном подключении (модуль не подключен к ПК c помощью USB кабеля AM-BM, не подключен кабель питания 24В, текущий проект, загруженный в него, не соответствует требуемому) левая нижняя часть окна программы примет вид рис. 27. Рис.27 Некорректное подключение модулей. Шаг 7. Убедитесь, что все требования по подключению соблюдены, после чего повторите попытку, нажав на кнопку «ПОДКЛЮЧИТЬ». при корректном подключении левая нижняя часть окна программы примет вид рис. 28. Рис.28 Корректное подключение модулей. Шаг 8. При нажатии на кнопку «НАСТРОЙКИ» откроется окно рис. 29. Рис.29. Меню «НАСТРОЙКИ» 1- «Канал измерения», 2-«Выходной сигнал», 3- «Коэффициент усиления», 20 4- «Смещение», 5- «Фильтр», 6-«Расчётное значение», 7-«Максимальное значение», 8- «Потенциометр электродвигателя насоса», 9- «Потенциометр электроклапана», 10- импульсный выход электромагнитного расходомера,11 - открытие шарового крана с электро-пневматическим управлением, 12 - выход верхнего поплавкового датчика уровня S111, 13 - включение нагревателя, 14 - выход нижнего поплавкового датчика уровня S117, 15 - старт/стоп драйвера насоса с аналоговым управлением, 16- выход нижнего ёмкостного датчика уровня B113, 17 - режим управления насосом: Вкл. – насос включен; Выкл. – насос подключен к драйверу с аналоговым управлением 0 – 10 В,18 - выход верхнего ёмкостного датчика уровня B114, 19 - не используется, 20 - датчик положения шарового крана V102 с электропневматическим управлением, 21 - включение вентилятора, 22 - не используется, 23 - не используется, 24 - не используется, 25 – перезагрузка ( выключение питания) драйвера насоса. Шаг 9. Совместите положение чёрного ползунка рис. 29 (позиция 8) с курсором и передвинте на отметку 10 В. на потенциометре насоса рис. 30. Шаг 10. Совместите положение чёрного ползунка рис. 29 (позиция 9) с курсором и передвинте на отметку 10 В. на потенциометре электроклапана рис. 30. Рис. 30. Подключение аналоговых сигналов к насосу и электроклапану. Рабочий диапазон и слепая зона ультразвукового уровнемера. Шаг 11. Вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили 21 «ЗАКРЫТЬ». Для определения рабочего диапазона и слепой зоны ультразвукового уровнемера необходимо самотёком заполнить полностью водой нижний бак. Убедившись, что воды в верхнем баке нет, подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция 15 ) и щелкните левой клавишей мыши. Включится насос и вода будет перекачиваться из нижнего бака в верхний. Когда вода в верхнем баке достигнет по шкале отметки 150 мм., вентиль V114 «ЗАКРЫТЬ», выключите насос, для этого подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция15) и щелкните левой клавишей мыши. Шаг 12. Воду из верхнего бака самотёком небольшими объёмами сбросить в нижний бак открывая (закрывая) вентиль V114, при этом постоянно контролируя по шкале вольтметра рис. 31 электрический выходной сигнал ультразвукового уровнемера пропорциональный расстоянию от уровнемера до уровня воды в верхнем баке. Рис. 31 Электрический выходной сигнал ультразвукового уровнемера Воду из верхнего бака самотёком небольшими объёмами сбрасывать в нижний бак открывая (закрывая) вентиль V114, уменьшая показания выходного сигнала до нуля рис. 32. Рис. 32. Граница рабочей зоны срабатывания ультразвукового уровнемера. Шаг 13. Зафиксируйте по линейке высоту жидкости L мин в верхнем баке в миллиметрах, при которой электрический выходной сигнал равен нулю. По заводским настройкам ультразвукового уровнемера рабочий диапазон равен 250 мм., а слепая зона 30 мм., следовательно верхняя граница рабочей зоны срабатывания, при которой ультразву- ковой уровнемер сформирует максимальный электрический сигнал можно определить из выражения (3). L раб = 250 + L мин (3) 22 Следовательно максимальный диапазон можно определить из выражения (4). L мах = 30 + L раб (4) Калибровка ультразвукового уровнемера по каналу измерения высоты уровня воды в баке Шаг 14. Для калибровки ультразвукового уровнемера по каналу измерения высоты уровня жидкости в вехнем баке необходимо вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили «ЗАКРЫТЬ». Подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция 15) и щелкните левой клавишей мыши. Включится насос и вода будет перекачиваться из нижней емкости в верхнюю. Когда вода в верней емкости достигнет отметки L 1 = L мин + 10 мм. (5) вентиль V114 «ЗАКРЫТЬ», тумблер выключить, для этого подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция15) и щелкните левой клавишей мыши. Записать выходной сигнал уровнемера U 1 в вольтах, который соответствует уровню воды L 1 мм. Шаг 15. Вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили «ЗАКРЫТЬ». Подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция 15) и щелкните левой клавишей мыши. Включится насос и вода будет перекачиваться из нижней емкости в верхнюю. Когда вода в верхней емкости достигнет отметки 370 мм., вентиль V114 «ЗАКРЫТЬ», тумблер выключить, для этого подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция15) и щелкните левой клавишей мыши. Шаг 16. Необходимо с помощью вентиля V114 (открывая и закрывая шаровой орган вентиля) сбросить воду из верхнего бака в нижний бак и установить уровень воды в верхнем баке на отметке L 2 = 350 мм. Записать выходной сигнал уровнемера U 2 в вольтах, который соответствует зоне уверенного приема сигнала. Шаг 17. Необходимо решить уравнения: L 1 = К L U 1 + b L (6) L 2 = К L U 2 + b L (7) Определить коэффициент усиления К L и смещение b L и записать их значения в соответствующие окна меню рис.29 (позиции 3, 4). Поверка канала измерения высоты уровня воды в баке Шаг 18. С помощью вентиля V114 (открывая и закрывая шаровой орган вентиля) сбросить воду из верхнего бака в нижний бак на фиксированных отметках. Записать в 23 таблицу выходной сигнал уровнемера Uк в вольтах, расчетное значение уровня Lк в миллиметрах. Полученные данные внесите в таблицу 1. Таблица 1. Экспериментальные данные поверки измерения уровня воды в баке. № Уровень воды в баке L б (мм) Выходной сигнал U К (В) Уровень расчетный L К (мм) Абсолютная ошибка Δ L б = L б -L К (мм) Приведенная погрешность φ=100(L б -L К )/ (L МАХ –L MIN ) (%) 1 370 2 355 3 340 4 325 5 310 6 295 7 280 8 265 9 250 10 235 11 220 12 195 13 180 14 165 15 150 16 135 17 130 18 18 20 Шаг 19. По полученным экспериментальным данным оценить результаты измерения. Вычислить среднее арифметическое значение приведенных погрешностей измерения, вычислить оценку среднего квадратического отклонения приведенных погрешностей измерения, вычислить доверительные границы приведенных погрешностей измерения при заданной вероятности Р=0,95 и проверить гипотезу о том, что результаты измерений принадлежат закону распределения Стьюдента. Поверка канала измерения расстояния до уровня воды в баке Шаг 20. Для калибровки ультразвукового уровнемера по каналу измерения расстояния 24 от датчика уровня до поверхности жидкости в баке необходимо вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили «ЗАКРЫТЬ». Подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция 15) и щелкните левой клавишей мыши. Включится насос и вода будет перекачиваться из нижней емкости в верхнюю. Когда вода в верней емкости достигнет отметки (Lмин +10 мм.), вентиль V114 «ЗАКРЫТЬ», тумблер выключить, для этого подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция 15) и щелкните левой клавишей мыши. Шаг 21. Необходимо с помощью вентиля V114 (открывая и закрывая шаровой орган вентиля) сбросить воду из верхнего бака в нижний бак и установить уровень воды в верхнем баке на отметке Dm ах= 400 - Lмин (8) Записать выходной сигнал уровнемера Umin в вольтах, который соответствует Dmах максимальному расстоянию до поверхности воды. Шаг 22. Вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили «ЗАКРЫТЬ». Подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция15) и щелкните левой клавишей мыши. Включится насос и вода будет перекачиваться из нижней емкости в верхнюю. Когда вода в верхней емкости достигнет отметки 370 мм., вентиль V114 «ЗАКРЫТЬ», тумблер выключить, для этого подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция15) и щелкните левой клавишей мыши. Шаг 23. Необходимо с помощью вентиля V114 (открывая и закрывая шаровой орган вентиля) сбросить воду из верхнего бака в нижний бак и установить уровень воды в верхнем на отметке Dmin.= 400 - 370 = 30 мм. Записать выходной сигнал уровнемера Umax в вольтах, который соответствует зоне уверенного приема сигнала. Шаг 24. Необходимо решить уравнения: Dm ах = К D Umin + b D (9) Dmin = К D Umax + b D (10) Определить коэффициент усиления К D и смещение b D и подставить их значения в соответствующие окна меню рис.29 (позиции 3, 4). Шаг 25. Выполнить поверку канала измерения расстояния от датчика уровня до поверхности жидкости в верхнем баке ультразвуковым уровнемером. С помощью вентиля V114 (открывая и закрывая шаровой орган вентиля) сбросить воду из верхнего бака в нижний бак на фиксированных отметках. Записать в таблицу выходной сигнал 25 уровнемера Uк в вольтах, расчетное значение расстояния до поверхности воды Dк в миллиметрах. Полученные данные внесите в таблицу 2. Таблица 2. Экспериментальные данные поверки измерения расстояния до воды в баке. № Расстояние до воды в баке D б (мм) Выходной сигнал U К (В) Расстояние до воды расчетное D К (мм) Абсолютная ошибка Δ D б = D б -D К (мм) Приведенная погрешность φ=100(D б -D К )/ (D МАХ –D MIN ) (%) 1 30 2 45 3 60 4 75 5 90 6 105 7 130 8 145 9 160 10 175 11 190 12 205 13 220 14 235 15 250 16 265 17 280 18 295 19 310 20 325 21 340 22 355 23 370 Шаг 21. По полученным экспериментальным данным оценить результаты измерения. Вычислить среднее арифметическое значение приведенных погрешностей измерения, вычислить оценку среднего квадратического отклонения приведенных погрешностей измерения, вычислить доверительные границы приведенных погрешностей измерения при заданной вероятности Р=0,95 и проверить гипотезу о том, что результаты измерений принадлежат закону распределения Стьюдента. 26 Определение диапазона срабатывания сигнализаторов Шаг 22. Для определения диапазона срабатывания сигнализатора S111 уровня воды в нижнем баке, необходимо вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили «ЗАКРЫТЬ». Необходимо с помощью вентиля V114 (открывая и закрывая шаровой орган вентиля) сбросить воду из верхнего бака в нижний бак. Когда вода в емкости достигнет поплавка сигнализатора S111 уровня, он начнет подниматься и включится «Синий» свет индикатора (рис.29 позиция 12) т.е. контакты сигнализатора разомкнутся. Зафиксируйте уровень воды по линейке в миллиметрах, при котором произошло срабатывание сигнализатора. Полученные данные внесите в таблицу 3 . Шаг 23. Для определения диапазона срабатывания сигнализатора S111 уровня воды в нижнем баке, необходимо вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили «ЗАКРЫТЬ». Подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция 15) и щелкните левой клавишей мыши. Включится насос и вода будет перекачиваться из нижней емкости в верхнюю, поплавок сигнализатора уровня начнет опускаться и включится «Зеленый» свет индикатора (рис.29 позиция 12) т.е. контакты сигнализатора замкнутся. Необходимо вентиль V114 «ЗАКРЫТЬ», тумблервыключить, для этого подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция 15) и щелкните левой клавишей мыши. Зафиксируйте уровень воды в миллиметрах, при котором произошло срабатывание сигнализатора. Для определения среднего значения диапазона срабатывания сигнализатора S111 уровня воды в баке необходимо повторить испытания шаг 23 и шаг 24. Шаг 24. Для определения диапазона срабатывания сигнализатора S117 уровня воды в нижнем баке, необходимо вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили «ЗАКРЫТЬ». Необходимо с помощью вентиля V114 (открывая и закрывая шаровой орган вентиля) сбросить воду из верхнего бака в нижний бак. Когда вода в емкости достигнет поплавка сигнализатора S117 уровня, он начнет подниматься и включится «Синий» свет индикатора (рис.29 позиция 14) т.е. контакты сигнализатора разомкнутся. Зафиксируйте уровень воды по линейке в миллиметрах, при котором произошло срабатывание сигнализатора. Полученные данные внесите в таблицу 3 . Шаг 25. Для определения диапазона срабатывания сигнализатора S117 уровня воды в нижнем баке, необходимо вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили «ЗАКРЫТЬ». Подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция 15) и щелкните левой клавишей мыши. Включится насос и вода будет перекачиваться из нижней емкости в верхнюю, поплавок сигнализатора уровня начнет опускаться и включится «Зеленый» свет индикатора (рис.29 позиция 14) т.е. контакты сигнализатора замкнутся. Необходимо вентиль V114 «ЗАКРЫТЬ», тумблервыключить, для этого подведите курсор к тумблеру 27 (рис.29 позиция 15) и щелкните левой клавишей мыши. Зафиксируйте уровень воды в миллиметрах, при котором произошло срабатывание сигнализатора. Для определения среднего значения диапазона срабатывания сигнализатора S117 уровня воды в баке необходимо повторить испытания шаг 24 и шаг 25. Шаг 26. Для определения диапазона срабатывания сигнализатора В113 уровня воды в верхнем баке, вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили «ЗАКРЫТЬ». Необходимо с помощью вентиля V114 (открывая и закрывая шаровой орган вентиля) сбросить воду из верхнего бака в нижний бак. Когда вода в баке опустится ниже сигнализатора В113 уровня включится «Зеленый» свет индикатора (рис.29 позиция 16) т.е. контакты сигнализатора разомкнутся. Зафиксируйте уровень воды по линейке в миллиметрах, при котором произошло срабатывание сигнализатора. Полученные данные внесите в таблицу 3 . Шаг 27. Для определения диапазона срабатывания сигнализатора В113 уровня воды в верхнем баке, необходимо вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили «ЗАКРЫТЬ». Подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция 15) и щелкните левой клавишей мыши. Включится насос и вода будет перекачиваться из нижней емкости в верхнюю, когда уровень воды будет выше места монтажа сигнализатора уровня включится «Синий» свет индикатора (рис.29 позиция 16) т.е. контакты сигнализатора замкнутся. Необходимо вентиль V114 «ЗАКРЫТЬ», насос остановить тумблервыключить, для этого подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция 15) и щелкните левой клавишей мыши. Зафиксируйте уровень воды в миллиметрах, при котором произошло срабатывание сигнализатора. Для определения среднего значения диапазона срабатывания сигнализатора В113 уровня воды в баке необходимо повторить испытания шаг 26 и шаг 27. Шаг 28. Для определения диапазона срабатывания сигнализатора В114 уровня воды в верхнем баке, необходимо вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили «ЗАКРЫТЬ». Необходимо с помощью вентиля V114 (открывая и закрывая шаровой орган вентиля) сбросить воду из верхнего бака в нижний бак. Когда вода в баке опустится ниже сигнализатора В114 уровня включится «Зеленый» свет индикатора (рис.29 позиция 18). Шаг 29. Для определения диапазона срабатывания сигнализатора В114 уровня воды в 28 верхнем баке, необходимо вентили V 103, V 107, V 108, V 114 «ОТКРЫТЬ» все остальные вентили «ЗАКРЫТЬ». Подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция 15) и щелкните левой клавишей мыши. Включится насос и вода будет перекачиваться из нижней емкости в верхнюю, когда уровень воды будет выше места монтажа сигнализатора уровня включится «Синий» свет индикатора (рис.29 позиция 18) т.е. контакты сигнализатора замкнутся. Необходимо вентиль V114 «ЗАКРЫТЬ», насос остановить тумблервыключить, для этого подведите курсор к тумблеру (рис.29 позиция 15) и щелкните левой клавишей мыши. Зафиксируйте уровень воды в миллиметрах, при котором произошло срабатывание сигнализатора. Внесите данные в таблицу 3. Для определения среднего значения диапазона срабатывания сигнализатора В114 уровня воды в баке необходимо повторить испытания шаг 28 и шаг 29 . Таблица 3 . Экспериментальные данные сигнализаторов. Наименование параметров (измерение от дна бака) Сигнализаторы S111 геркон S117 геркон B113 ёмкостной B114 ёмкостной 1 2 3 4 5 Монтажный уровень, мм 320 120 150 300 Контакты замкнуты, цвет «Зеленый», мм Контакты разомкнуты, цвет «Синий», мм Шаг 33. Оформить протокол испытаний уровнемеров. 29 |