|
|
ваываы. Измерение уровня топлива в баке
Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики
Реферат по дисциплине «Физические основы получения информации» на тему: «Измерение уровня топлива в баке»
Выполнил: студент группы ПР-1-05 (б) Андреев И.А.
Проверил:
Москва 2007г.
Содержание.
1.Введение........................................................................................................
2.Способы измерения уровня. Виды уровнемеров......................................
3.Поплавковый способ измерения уровня топлива......................................
4.Ультразвуковой способ измерения уровня топлива..................................
5.Измерения уровня топлива в резервуаре (на АЗС).
Пример современного уровнемера топлива...............................................
1.Введение
Уровнемеры и датчики уровня предназначены для измерения уровня жидкостей с различными характеристиками и сыпучих материалов. Область применения датчиков очень широка: они используются в резервуарах и баках, трубопроводах, траншеях и предоставляют информацию об их наполнении; применяются в качестве концевых выключателей для сигнализации о переполнении или для предотвращения «сухого» режима работы помпы. В основе работы лежат известные физические принципы: различная плотность сред, отражение от поверхности, разность диэлектрической проницаемости и т.п.
2.Способы измерения уровня. Виды уровнемеров.
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.
Для измерения уровня жидкости применяют поплавковые, буйковые, гидростатические, ультразвуковые и акустические приборы, для измерения уровня жидкости и твердых сыпучих материалов — емкостные и радиоизотопные.
Поплавковые уровнемеры
В поплавковых уровнемерах имеется плавающий на поверхности жидкости поплавок, в результате чего измеряемый уровень преобразуется в перемещение поплавка. В таких приборах используется легкий поплавок, изготовленный из коррозионно-стойкого материала. Показывающее устройство прибора соединено с поплавком тросом или с помощью рычагов. Поплавковыми уровнемерами можно измерять уровень жидкости в открытых емкостях.
Буйковые уровнемеры
В буйковых уровнемерах применяется неподвижный погруженный в жидкость буек. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной буйком. Количество вытесненной жидкости зависит от глубины погружения буйка, т. е. от уровня в емкости. Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень преобразуется в пропорциональную ему выталкивающую силу. Поэтому зависимость выталкивающей силы от измеряемого уровня линейная. В буйковых уровнемерах буек передает усилие на рычаг промежуточного преобразователя. Выходной сигнал первого уровнемера — унифицированный пневматический, второго — унифицированный электрический сигнал (постоянный ток).
Принцип действия буйковых уровнемеров позволяет в широких пределах изменять их диапазон измерения. Это достигается как заменой буйка, так и изменением передаточного отношения рычажного механизма промежуточного преобразователя.
Гидростатические уровнемеры
Гидростатический способ измерения уровня основан на том, что в жидкости существует гидростатическое давление, пропорциональное глубине, т. е. расстоянию от поверхности жидкости. Поэтому для измерения уровня гидростатическим способом могут быть использованы приборы для измерения давления или перепада давлений. В качестве таких приборов обычно применяют дифманометры.
При включении дифманометра перепад давлений на нем будет равен гидростатическому давлению жидкости, которое пропорционально измеряемому уровню.
При измерении уровня агрессивных жидкостей дифманометр защищается разделительными сосудами или мембранными разделителями, что позволяет заполнить его камеры и трубки неагрессивной жидкостью.
При измерении уровня суспензий и шламов, осадки которых могут забивать импульсные трубки дифманометров, их непрерывно продувают сжатым воздухом. Импульсные трубки все время заполнены продуваемым воздухом. При небольшом расходе воздуха его давление в минусовой камере оказывается равным давлению над жидкостью в емкости, а в плюсовой — давлению в жидкости. Поэтому перепад давлений в дифманометре будет равен гидростатическому давлению жидкости и, следовательно, пропорционален измеряемому уровню.
Емкостные уровнемеры
Работа таких уровнемеров основана на различии диэлектрической проницаемости жидкостей и воздуха. Простейший первичный преобразователь емкостного прибора представляет собой электрод (металлический стержень или провод), расположенный в вертикальной металлической трубке. Стержень вместе с трубой образуют конденсатор. Емкость такого конденсатора зависит от уровня жидкости, так как при его изменении от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости воздуха до диэлектрической проницаемости жидкости.
Емкостные уровнемеры могут измерять уровень не только жидкостей, но и твердых сыпучих материалов: цемента, извести и т. п.
Большое распространение получили емкостные сигнализаторы уровня. Для повышения чувствительности их электроды устанавливают в горизонтальном положении.
Радиоизотопные уровнемеры
Такие уровнемеры применяют для измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов в закрытых емкостях. Их действие основано на поглощении у-лучей при прохождении через слой вещества.
В радиоизотопном уровнемере источник и приемник излучения подвешены на стальных лентах , на которых они могут перемещаться в трубах по всей высоте бака . Ленты намотаны на барабан, приводимый в движение реверсивным электродвигателем.
Если измерительная система (источник и приемник у-лучей) расположена выше уровня измеряемой среды, поглощение излучения слабое и от приемника по кабелю на блок управления будет приходить сильный сигнал. По этому сигналу электродвигатель получит команду на спуск измерительной системы. При снижении ее ниже уровня среды поглощение Y-лучей резко увеличится, сигнал па выходе приемника уменьшится, и электродвигатель начнет поднимать измерительную систему.
Таким образом, положение измерительной системы будет отслеживать уровень в емкости (точнее, она будет находиться в непрерывном колебании около измеряемого уровня). Это положение в виде угла поворота ролика преобразуется измерительным устройством в унифицированный сигнал — напряжение постоянного тока U.
Ультразвуковые и акустические уровнемеры
Действие уровнемеров этого типа основано на измерении времени прохождения импульса ультразвука от излучателя до поверхности жидкости и обратно. При приеме отраженного импульса излучатель становится датчиком. Если излучатель расположен над жидкостью, уровнемер называется акустическим; если внутри жидкости — ультразвуковым. В первом случае измеряемое время будет тем больше, чем ниже уровень жидкости, во втором — наоборот.
Электронный блок служит для формирования излучаемых ультразвуковых импульсов, усиления отраженных импульсов, измерения времени прохождения импульсом двойного пути (в воздухе или жидкости) и преобразования этого времени в унифицированный электрический сигн
Поплавковый способ измерения уровня топлива
Указатель уровня топлива в баке автомобиля (рисунок 1). электромагнитный, логометрического типа. Прибор состоит из датчиков, установленных в топливных баках, и приемника типа 13.3806, расположенного на щитке прибора. Датчик указателя представляет собой реостат, изменяющий сопротивление в зависимости от уровня топлива в баке, а приемник — электромагнитный лагометр с неподвижными катушками и подвижным постоянным магнитом, связанным со стрелкой.
Рисунок 1
1- реостат; 2-постоянный магнит; 3,5-7 – катушки; 4 – стрелка;
8 – предохранитель; 9 – выключатель зажигания; 10 – аккумулятор; 11 – топливо; 12 – поплавок.
Принцип действия. При изменении уровня топлива, поплавок 12 изменяет свое положение, что приводит к перемещению ползунка по «подкове» реостата 1. Так как вся цепь, после включения зажигания 9, становится замкнутой, то по ней начинает протекать ток – от + аккумулятора 10, через контакты выключателя зажигания 9, предохранитель 8, на клемму «Б» измерительной системы. Далее через катушки 5,6,7 на клемму «Д», и через подкову и ползунок на «землю». Если поплавок 12, изменяет положение, то, соответственно происходит изменение сопротивления реостата 1, что приводит к изменению силы тока во всей цепи. Так как изменяющийся ток также протекает через катушки, то происходит изменение магнитного потока, создаваемого катушками, и соответственно происходят изменения показаний стрелки 1. Постоянный магнит 2 служит для установки стрелки 1 на ноль.
Ультразвуковой способ измерения топлива
Область применения:
Использование средств неразрушающего контроля для измерения уровня жидкости или определения наличия/отсутствия жидкости в емкостях и трубопроводах.
Проблема:
Как мы уже говорили выше, существует много способов измерения уровня жидкости, самым простым из которых является использование щупа или индикаторного поплавка. Однако, в некоторых случаях эти способы использовать нельзя, например, при измерении уровня жидкости в герметичных емкостях, которые не могут быть открыты, или их содержимое не может быть подвержено воздействию воздуха. Кроме этого, иногда возникает необходимость быстрого автоматического измерения уровня жидкости в большом количестве емкостей в процессе из наполнения. В подобных случаях оптимальным решением часто является измерение уровня жидкости с помощью ультразвука.
Некоторые характерные случаи использования ультразвукового неразрушающего контроля включают:
Поточный контроль уровня жидкости в различных автомобильных узлах, таких как баки для горючего, коробки передач, поддоны картеров и дифференциалы. В данном случае необходимы быстрые и надежные измерения средствами неразрушающего контроля. При использовании ультразвуковых измерительных приборов информация отображается менее, чем через секунду после проведения измерения. Кроме этого, результаты измерений могут быть сохранены на неопределенно долгий срок.
Измерение уровня едких и химически активных жидкостей при контроле процессов химического обогащения. В этих случаях емкости не могут быть вскрыты по причинам безопасности, а свойства химических препаратов не позволяют установить внутренний поплавковый уровнемер.
Обнаружение в трубопроводах стоячих жидкостей. Некоторые технологические операции требуют проверки наличия или отсутствия жидкостей в трубопроводах. В частности, такие измерения проводятся при необходимости открыть или разрезать трубопровод в процессе его обслуживания.
Измерение в нефтеперерабатывающих системах толщины слоя жидких нефтепродуктов, находящегося поверх слоя воды. В принципе, ультразвуковыми средствами можно измерить толщину одиночного слоя любой жидкости, находящейся поверх другой жидкости, если акустический импеданс этих жидкостей различен.
В целом, измерения уровня жидкости разделяются на два типа: в первом случае требуется измерение реального уровня жидкости (по глубине или по высоте), во втором случае необходимо только определить наличие/отсутствие жидкости в выбранной точке. Отдельное описание оборудования и порядка проведения измерений этих двух типов приведены ниже.
Оборудование для измерения уровня:
В целом уровень жидкости (до 500 мм) измеряется обычным эхо-импульсным методом, с использованием модифицированных версий стандартных ультразвуковых толщиномеров. Выбор преобразователей для проведения измерений уровня жидкости зависит от конкретных условий контроля. Обычно используются преобразователи с частотой 1 МГц или 2,25 МГц.
Для измерения траекторий прохождения ультразвука в жидкости, имеющих очень большую протяженность, могут быть использованы дефектоскопы EPOCH 4В, EPOCH 4, EPOCH III, и EPOCH IIIB (протяженность траектории, измеряемая дефектоскопом EPOCH III, может составлять более 1,25 м).
Для большинства жидкостей точность измерения составляет ± 2,5 мм.
Порядок измерения уровня жидкости:
Для измерения уровня жидкости, находящейся в емкости, преобразователь приставляется ко дну емкости (при этом используется подходящая контактная жидкость). Электрический сигнал, поступающий с прибора на преобразователь, вызывает короткий ультразвуковой импульс, который проникает через стенку емкости и попадает в жидкость. Проходя через жидкость, импульс достигает поверхности жидкости, отражается от нее и возвращается обратно на преобразователь.
Эхосигнал от поверхности жидкости прецизионно отсчитывается от временной точки электронного нуля, установка которой позволяет вычесть от общего времени время прохождения ультразвука через стенку емкости. Время прохождения ультразвукового сигнала до отражающей поверхности и обратно преобразуется в значение уровня жидкости по следующей формуле:
где  - уровень жидкости,
 - скорость звука в жидкости (которая должна быть установлена с использованием средств компенсации изменений скорости ультразвука прибора)
 - время прохождения ультразвука до отражающей поверхности и обратно
Уровень жидкости отображается на цифровом жидкокристаллическом дисплее.
Для наиболее эффективного использования этого способа измерения уровня жидкости необходимо учитывать следующие факторы:
Тип и толщина материала стенок емкости являются первым фактором, который должен учитываться при оценке конкретных условий измерения ультразвуковыми средствами. При этом необходимо учитывать свойства и диапазон уровня жидкости. Стальные емкости со стенками большой толщины могут серьезно ограничить минимальный измеряемый уровень жидкости из-за эффекта "отзвука". Пластмассовые емкости, в свою очередь, обладают акустическими свойствами, близкими к акустическим свойствам большинства жидкостей, поэтому обеспечивают эффективную передачу ультразвука с преобразователя в жидкость, уменьшая "отзвук" до минимума.
Состояние поверхности стенок емкости. Корродированные или изъязвленные поверхности могут искажать ультразвуковой импульс, поступающий в жидкость, и тем самым затруднять измерения или делать их совершенно невозможными.
Кривизна емкости. Сильно искривленные емкости могут искажать ультразвуковой импульс и приводить к нарушению контакта преобразователя с емкостью, не позволяя получить надежные результаты измерений.
Акустические свойства жидкости. Степень рассеяния ультразвука в жидкости часто определяет максимальный измеряемый уровень жидкости. В целом, больше всего рассеивают ультразвук жидкости с высокой степенью вязкости или с высокой концентрацией твердых частиц.
Влияние температуры. Изменение температуры жидкости приводит к изменению скорости распространения в ней ультразвука. Если компенсация скорости ультразвука настроена на приборе неправильно, показание уровня жидкости будет неверным.
Движение поверхности жидкости. Для получения точного эхосигнала поверхность жидкости в емкости должна оставаться неподвижной.
Состав жидкости. Для получения точных результатов измерения жидкость должна быть равномерной по составу и иметь одинаковую температуру. В ней также не должно быть пузырьков газа.
Контакт преобразователя со стенкой емкости. Равномерный контакт преобразователя со стенкой емкости необходим для прохождения ультразвукового импульса с преобразователя через стенку емкости в жидкость.
Оборудование для определения наличия/отсутствия жидкости:
Во многих случаях для такого типа контроля можно использовать дефектоскоп или генератор импульсов/приемник. В этом случае оператор визуально определяет наличие/отсутствие жидкости по форме отображаемого эхосигнала. При этом можно использовать строб-импульсы.
Порядок определения наличия/отсутствия жидкости:
В эхо-импульсном режиме сигнал с преобразователя проникает в стенку емкости. Если в контрольной точке есть жидкость, часть ультразвуковой энергии проходит через жидкость, отражается от противоположной стенки емкости и возвращается через жидкость и стенку емкости обратно на преобразователь. Если жидкости нет, то донный эхосигнал отсутствует. Однако при этом может наблюдаться некоторое количество эхосигналов от внутренней поверхности стенки емкости, с которой контактирует преобразователь. См. рисунок 2.
 
Отсутствие жидкости Наличие жидкости
Рисунок 2
Логическая цепь прибора отслеживает временной интервал появления эхосигналов от противоположной стенки емкости. Если в этом временном интервале появляются эхосигналы, зажигается световой индикатор наличия жидкости. Отсутствие эхосигналов в этом интервале свидетельствует об отсутствии жидкости в контрольной точке. В этом случае зажигается световой индикатор отсутствия жидкости.
Измерения уровня топлива в резервуаре (на АЗС). Пример современного уровнемера топлива.
Уровнемер “Струна-М” - прибор измерения уровня топлива.
Уровнемер “Струна-М” - это прибор автоматизированного измерения уровня и других параметров светлых нефтепродуктов при приеме, хранении и оперативном контроле резервуарного парка АЗС.
Уровнемер предназначен для измерения уровня, температуры, плотности, вычисления объёма и массы светлых нефтепродуктов, сигнализации наличия подтоварной воды, повышения уровня пожарной и экологической безопасности, автоматизации процессов учета нефтепродуктов на АЗС стационарного и контейнерного типа.
Система “Струна-М” обеспечивает:
Высокоточное дистанционное измерение уровня, температуры, плотности топлива в резервуарах АЗС, вычисление объема и массы по градуировочным таблицам резервуаров,
возможность автоматизации учета движения нефтепродуктов на одной или нескольких АЗС при совместном использовании с системами отпуска,
автоматический контроль герметичности одностенных и двустенных (с жидким наполнителем) резервуаров в статическом режиме с включением звуковой и световой сигнализации, предотвращение перелива топлива при наполнении резервуаров путем подачи программируемых управляющих сигналов на отключение насосов, включение (отключение) звуковой и световой сигнализации,
самоконтроль функционирования и метрологических характеристик системы во всех режимах работы, включая контроль динамики изменения уровня во время приёма нефтепродуктов, отображение результатов измерения и вычисления параметров на автономном индикаторе или (и) вывод информации в систему пользователя по стандартному интерфейсу RS-232C или RS-485,
метрологическую поверку без демонтажа первичных преобразователей (ППП) с помощью встроенных средств,
значительное сокращение времени простоя АЗС при передаче смены.
Состав уровнемера “Струна-М”
Первичный преобразователь параметров (ППП)
ППП с датчиками уровня топлива, температуры, плотности и подтоварной воды. Выполнен во взрывобезопасном исполнении с маркировкой “OExiaIIBT5”, устанавливается в резервуарах/
Первичный преобразователь параметров (ППП) для сжиженного газа с датчиками уровня и температуры. Выполнен во взрывобезопасном исполнении с маркировкой "Oexia IIBT5 в комплекте "Струна-М" и устанавливается в резервуарах. Рабочая температура от - 40 до + 50 гр. С. Категория защиты IP54.
|
|
|
Блок вычислительный (БВ), устанавливается в помещении и имеет маркировку взрывозащиты “ExiaIIB”. Предназначен для сбора, предварительного преобразования и обработки информации параметров резервуаров (до 16), подготовки информации к представлению в единицах измерения и связи с внешними системами,
Категория защиты IP20.
Размеры 250*160*120.
|
|
Специализированный блок питания (БП), устанавливается в помещении и имеет маркировку взрывозащиты “ExiaIIB”,
Категория защиты IP20.
Размеры 270*190*90.
|
|
Блок индикации (БИ), настольного исполнения, устанавливается в помещении и предназначен для представления информации о параметрах нефтепродуктов в резервуарах и сообщений о состоянии системы на индикаторе 2 строки по 16 знаков.
Категория защиты IP20.
Размеры 195*185*45.
|
|
Устройство управления (УУ), устанавливается в помещении и предназначено для управления световой и звуковой сигнализацией, а также исполнительными механизмами, (от 1 до 64 каналов). Состоит из одного блока контроллера управления (БКУ) и до 4-х блоков коммутации нагрузки (БКН).
Категория защиты IP20.
Размеры блоков 200*130*65.
|
|
Блок соединительный (БС), устанавливается в помещении и имеет маркировку “ExiaIIB”. Предназначен для подсоединения кабелей от преобразователей ППП к блоку БВ.
Категория защиты IP20.
Размеры 250*160*50
|
|
Блок световой и звуковой сигнализации.
|
|
Технические характеристики
Диапазон измерения уровня (без плотности) мм от 150 до 4000
Диапазон измерения уровня (с плотностью), мм от 200 до 4000
Абсолютная погрешность измерения уровня мм ± 1,0
Порог чувствительности мм 0,2
Температурный диапазон эксплуатации ППП 0 С от - 40 до + 50
Абсолютная погрешность измерения температуры н/продукта "С ± 1,0
Диапазон измерения плотности 600-880 кг/м3:
- диапазон (АИ-80) кг/м3 от 690 до 760
- диапазон (АИ-92, АИ-95, АИ-98) кг/м3 от 715 до 785
- диапазон (ДТ) кг/м3 от 810 до 880
Абсолютная погрешность измерения плотности кг/м3 ± 1,5
Сигнализация наличия подтоварной воды на уровне мм 25
Количество контролируемых резервуаров шт. до 16
Длина кабеля от каждого резервуара до операторской М до 200
Количество выходов управления силовыми цепями на каждый резервуар шт. 4
Параметры цепи управления (коммутации):
силовые цепи В/А 220/0,5
маломощные цепи (сухой контакт): В/А =27/0,5
=12/1,0
=5/1,5А
Питание:
Напряжение В 220+10-15%
потребляемый ток А 0,6
Условия поставки и ввод в эксплуатацию уровнемера “Струна-М”
Для изготовления датчиков уровнемера “Струна-М” необходимо знать следующую информацию о резервуарах:
- максимальная высота взлива нефтепродукта в резервуаре Н1, (рис.1);
- расстояние от днища резервуара до крышки горловины Н2 (рис. 1);
- расстояние от крышки горловины до крышки приямка или крыши навеса контейнерных АЗС, H3 (рисунок 3);
- градуировочные таблицы на каждый резервуар (при необходимости);
- вид топлива в резервуаре (для датчиков плотности).
Рисунок 3.
Датчики уровнемера поставляются с крепежным фланцем, обеспечивающим герметичность и вертикальность установки его в резервуаре. |
|
|
Скачать 180 Kb.