лабораторная. ЛР№3 СУХТП. Описание установки
 Скачать 0.94 Mb.
|
|
Цель работы: изучить принцип действия и устройство магнитострикционного и емкостного уровнемеров. Получить навыки контроля метрологических характеристик уровнемера У1500 и калибровки емкостного уровнемера. Описание установки: Магнитострикционный уровнемер изучается по физической модели. Лабораторная установка (рисунок 1) представляет собой размещенный горизонтально в специальных подставках 2 датчик 1 магнитострикционного уровнемера типа У1500. На волноводе 3 закреплена металлическая измерительная рулетка 4 для определения текущего значения уровня, изменение которого имитируется ручным перемещением поплавка 5 по волноводу. Датчик уровнемера соединен с измерителем 6 кабелем типа PK-75 или РК-50. На лицевой панели измерителя (рисунок 2) размещаются: цифровой дисплей 2, программные переключатели для задания предельных уровней 3, светодиодные индикаторы режимов работы 4. На задней панели размещаются: клеммы заземления 1 и 9, разъемы искробезопасной цепи 5, аналогового выхода и выходных цепей предельных уровней 6, предохранитель 7, шнур питания 8. Внутри корпуса установлены печатные платы 10 и 11, трансформатор 12 и телефонный капсюль 13.  Рисунок 1 – Схема лабораторной установки  Рисунок 2 – Панели измерителя Теоретическая часть: В основе магнитострикционного метода лежит комбинация из эффектов магнетизма и ультразвука. Периодически генерируемый электроникой сенсора токовый импульс передается по волноводу в направлении поплавка с расположенным в нем постоянным магнитом (рисунок 4). В измерительном элементе (волноводе), в точке пересечения магнитного поля, вызванного токовым импульсом, с магнитным полем постоянного магнита возникает механическая (акустическая) волна, которая движется обратно с постоянной скоростью в направлении измерительной головки сенсора. Измеренное время между стартом токового импульса и приходом (возвращением) импульса в виде ультразвуковой волны является мерой расстояния до поплавка, т.е. уровня.  Рисунок 3 – Магнитострикционный уровнемер 1 – направляющая труба; 2 – волновод; 3 – поплавок; 4 – постоянный магнит; 5 – корпус прибора Более подробно работа магнитострикционного уровнемера показана на рисунке 4. Измеряемый уровень определяется положением постоянного магнита, который окружает волновод. Этот магнит создает магнитное поле в волноводе и связан с объектом измерения.  Рисунок 4 – Использование магнитострикционного эффекта при измерении уровня При измерении короткий импульс тока посылается из электронной части сенсора с помощью волновода. При перемещении импульса возникает радиальное магнитное поле вокруг волновода. При пересечении с магнитным полем постоянного магнита-позиционера возникает пластическая деформация магнитострикционного волновода, которая является высокодинамичным процессом, вследствие скорости токового импульса. Из-за этого возникает ультразвуковая торсионная волна, которая распространяется от места возникновения в оба конца волновода, однако в одном из концов она полностью гасится и, таким образом, помехи и искажения сигнала исключаются. Детектирование и обработка торсионного импульса происходит на другом конце волновода в специальном преобразователе. Преобразователь торсионных импульсов состоит из расположенной поперек волновода и жестко связанной с ним полосы из магнитострикционного металла; детектирующей катушки индуктивности и одного неподвижного постоянного магнита. Датчик (рисунок 5) состоит из измерительного элемента (волновода), помещенного вовнутрь защитной трубы, или металлического гибкого кожуха. Сенсорная головка состоит из литого корпуса или корпуса из нержавеющей стали и содержит электронику обработки сигнала. Единственно подвижной частью сенсора является поплавок, свободно перемещающийся вдоль зонда. Для случаев эксплуатации датчиков в жидкостях с кристаллизирующимися свойствами поплавок изготавливается с увеличенным внутренним диаметром, чем гарантируется свободное его перемещение вдоль зонда.  Рисунок 5 – Датчик магнитострикционного уровнемера Уровнемер У1500 предназначен для автоматического дистанционного непрерывного определения уровня жидкости (или уровня раздела фаз) в резервуаре и отображения результата измерения на цифровом дисплее, а также выдачи результата измерения в виде аналогового токового сигнала в систему управления, сигнализации, регистрации. Кроме того, предусмотрена возможность задавать и непрерывно контролировать два значения уровня (верхний и нижний), при достижении которых срабатывают звуковая и световая сигнализации, а также активизируются реле и оптрон. Параметры измеряемой среды должны соответствовать следующим требованиям: – рабочее избыточное давление, МПа, не более (в зависимости от исполнения корпуса датчика)..............................................................0,04 или 1,6 – диапазон температур, °С ……………………………….………… от 0 до +50 – плотность, г/см3 , не менее ............................................................ 0,5 – содержание сероводорода, %, не более ..........................................3 Вязкость не ограничивается при отсутствии застывания измеряемой среды на элементах конструкции датчика и отсутствии отложений на поплавке, препятствующих перемещению поплавка. Уровнемер состоит из двух составных частей: датчика, устанавливаемого на резервуаре; измерителя, устанавливаемого на щите управления. Датчик и измеритель соединяются между собой кабелем типа PK-75 или РК-50. Конструктивно корпус датчика выполнен в двух исполнениях: гибкая конструкция (рисунок 6, а) - для рабочего избыточного давления не более 0,04 МПа; жесткая конструкция (рисунок 6, б) - для рабочего избыточного давления не более 1,6 МПа. Датчик состоит из измерительного элемента 1, помещенного в корпус 2, по которому перемещается поплавок 3 с магнитной системой внутри поплавка. Для крепления датчика на крышке люка резервуара предусмотрен сальниковый узел 4. Груз 5 обеспечивает натяжение трубы корпуса датчика гибкой конструкции. Измерительный элемент представляет из себя стальную проволокузвуковод диаметром 3 мм с намотанной на нее по всей длине однослойной обмоткой. На верхнем конце звуковода имеется резонатор с двумя пьезоэлементами. Обмотка и пьезоэлементы подключены к блоку усилителя, установленному в головке корпуса датчика.  Рисунок 6 – Варианты исполнения корпуса датчика: а – гибкая конструкция; б – жесткая конструкция Схема установки уровнемера У1500 на технологическом аппарате показана на рисунке 7, а, а его внешний вид – на рисунке 7, б. Уровнемер может иметь один или два датчика и один измеритель. Выпускается четырех типов: одноканальный с двумя сигнализируемыми уровнями и одним поплавком; одноканальный с четырьмя сигнализируемыми уровнями и одним поплавком; двухканальный (двухдатчиковый) с одним поплавком на каждом датчике; двухпоплавковый (двухканальный, двухуровневый).  Рисунок 7 – Установка уровнемера У1500 в резервуаре: а – установка в резервуаре; б – внешний вид В емкостных уровнемерах используются диэлектрические свойства контролируемых сред, т.е. положение уровня жидкости преобразуется в изменение электрической емкости. Ёмкостный преобразователь является электрическим конденсатором, ѐмкость которого изменяется в зависимости от изменения уровня жидкости. Емкостные уровнемеры могут применяться для измерения уровня преимущественно непроводящих жидкостей в широком диапазоне давлений и температур, независимо от агрессивности сред. Цилиндрический ѐмкостный преобразователь (рисунок 8) представляет собой две или несколько коаксиально расположенных труб.  Рисунок 9 – Емкостной уровнемер для неэлектропроводных сред Основная погрешность связана с изменением диэлектрической проницаемости контролируемой среды при изменении температуры. Ход работы: Подключили вилку разъема датчика уровнемера к соответствующему гнезду на задней панели измерителя. Установили на лицевой панели измерителя значение верхнего предельного уровня 2 м, значение нижнего предельного уровня 0 м. Подключили измеритель к сети. Установили поплавок уровнемера поочередно в пяти точках по мерной линейке (по заданию преподавателя) сначала по возрастанию – прямой ход, а затем в тех же точках по убыванию – обратный ход, и занесли соответствующие показания прибора в таблицу 1. Установку поплавка по мерной линейке необходимо производить таким образом, чтобы середина поплавка соответствовала заданному уровню. После включения уровнемера в сеть отсчет показаний производить после выдержки не менее 30 секунд. Таблица 1 – Результаты калибровки
Рассчитали основную абсолютную погрешность уровнемера по формуле:  ,где hп.пр (обр) – показание прибора при прямом или обратном ходе; hд – действительное значение уровня.  .В таблицу 1 заносится то значение с, которое будет максимальным (независимо от того, при каком ходе – прямом или обратном – оно получено). Рассчитали основную приведенную погрешность уровнемера по формуле:  ,где hв и hн – соответственно верхний и нижний пределы измерений.  %Рассчитали вариацию показаний по формуле:   .Занесли полученные результаты в таблицу 1 и сравнили их с паспортными данными. Установили на лицевой панели измерителя верхнее и нижнее предельные значения уровня (по заданию преподавателя), и проследили за работой световой и звуковой сигнализации, установив предварительно поплавок уровнемера: а) внутри установленного диапазона; б) на расстоянии 0,1 м слева от установленного диапазона; в) на расстоянии 0,1 м справа от установленного диапазона. Показания прибора, соответствующие моменту срабатывания сигнализации, занесли в таблицу 2. Таблица 2 – Результаты проверки срабатывания сигнализации
Рассчитали абсолютную и относительную погрешности срабатывания сигнализации по формулам:   .  .Занесли полученные результаты в таблицу 2. Вывод: в ходе выполнения данной лабораторной работы изучили принцип действия и устройство магнитострикционного и емкостного уровнемеров. Получили навыки контроля метрологических характеристик уровнемера У1500 и калибровки емкостного уровнемера. Проверили работу световой и звуковой сигнализации в заданных точках при нижнем и верхнем значениях уровня 0,60 и 1,50 соответственно, и определили показания прибора, соответствующие моменту срабатывания, для нижнего 0,48 и верхнего 1,53. А также рассчитали абсолютную и относительную погрешности срабатывания сигнализации. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||