курсовая Средство измерения уровня. курсовая, Буторина Ирина, Б02-011-1 (1). Средства измерения уровня
 Скачать 0.69 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова» (ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М.Т.Калашникова») Факультет “Машиностроительный” Кафедра “Системный анализ и управление качеством”
Курсовая работа по дисциплине «Мерология и сертификация» на тему «Средства измерения уровня»
Рецензия: Степень достижения поставленной цели работы _________________________________ Полнота разработки темы_____________________________________________________ Уровень самостоятельной работы студента______________________________________ Недостатки работы__________________________________________________________ Ижевск 2020 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ В нашей жизни человек постоянно имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как объем, длина, вес, длина и время и другие. Цель моей работы: узнать какие бывают средства измерения уровня, их принцип работы, недостатки и преимущества каждого из видов. Измерение уровня является одним из наиболее часто встречаемых технологических параметров на подавляющем большинстве предприятий. И в этой работе я попробую ответить на такие вопросы как: Для чего нужны средства измерения уровня? Какие вообще существуют средства измерения уровня? Нужны ли эти средства измерения? Цель моей работы: узнать какие бывают средства измерения уровня, их принцип работы, недостатки и преимущества каждого из видов. ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ Уровнем называется условная горизонтальная линия или плоскость, которая показывает границу высоты чего-либо. Измерение уровня - это определение расстояния от верхней поверхности жидкости или сыпучего вещества, находящегося в резервуаре, до любой произвольно выбранной отметки выше или ниже этой поверхности. Уровень измеряют единицами длины для небольших по размеру емкостей—миллиметр, для крупных емкостей—метр. Другие единицы длины применяют редко. Уровнемер — прибор, предназначенный для определения уровня содержимого в открытых и закрытых сосудах, резервуарах, хранилищах и других ёмкостях. Методы измерения уровня: контактный и бесконтактный. Контактный метод измерений применяется в любых средах и реализуется обычно в емкостных, гидростатических, буйковых и поплавковых уровнемерах. Эти приборы легко установить в резервуаре любой формы и размера либо в непосредственной близости от него, они отличаются низкой стоимостью, механической прочностью, простотой и монтажа и надежностью измерений. Бесконтактные методы позволяют измерять уровень без непосредственного контакта с измеряемой средой и заключается в зондировании звуком(ультразвуковые), зондирование электромагнитных излучением (радарные и рефлексные) и зондирование радиационным излучением. Такие датчики стоит использовать в вязких, агрессивных, пенящихся и кристаллизирующихся, пенящихся средах, где есть риск засорения или коррозии элементов прибора. 1.2 СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ Для измерения уровня нашли применение следующие методы и средства. Уровнемеры делятся на разные виды: -емкостные -гидростатические -поплавковые -буйковые -ультразвуковые -радарные и рефлексные 1)Емкостные уровнемеры Простейший первичный преобразователь емкостного прибора представляет собой электрод, расположенный в вертикальной металлической трубке. Емкость такого конденсатора зависит от уровня жидкости, т.к. при его изменении от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости воздуха до диэлектрической проницаемости жидкости. Емкостный метод обеспечивает хорошую точность порядка 1,5% имеет те же ограничения, что и поплавковый – среда не должна налипать и образовывать отложения на чувствительном элементе.  Рисунок 1. Емкостный уровнемер (схема)  Рисунок 2.Емкостный уровнемер (прибор) 2)Гидростатический уровнемер В этих приборах измерение уровня жидкости постоянной плотности сводится к измерению давления, создаваемого столбом жидкости, т.е. p=ρgh (1) В схемах гидростатического измерения уровня используют дифференциальные манометры и специальные емкости, уровень жидкости в которых поддерживают постоянным. В случае, когда в измеряемой емкости давление отличается от атмосферного, основную и вспомогательную емкости соединяют импульсной трубкой.  Рисунок 3. Принцип измерения гидростатического измерения  Рисунок 4. Гидростатический уровнемер 3)Буйковые уровнемеры Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила. Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень преобразует в пропорциональную ему выталкивающую силу. Действие этой силы воспринимает тензопреобразователь, либо индуктивный преобразователь, либо заслонка, перекрывающая соло. Зависимость выталкивающей силы от измеряемого уровня линейная. Условие равновесия буйка имеет вид: S*l*ρ*g=L*Z(2) где S-площадь поперечного сечения, ρ-плотность материала буйка, g-ускорение свободного падения, Z-жесткость пружины  Рисунок 5. Схема перемещения поплавка буйкового уровнемера а) без жидкости б) в жидкости  Рисунок 6.Буйковый уровнемер 4)Поплавковые уровнемеры В поплавковом уровнемере чувствительный элемент – поплавок, плавающий на поверхности жидкости. Поплавок перемещается вверх или вниз вместе с перемещением контролируемого уровня жидкости. Наиболее часто поплавковые уровнемеры используют для измерения уровня неагрессивных сред (легких нефтепродуктов, топлива, масел), а также пенящихся жидкостей. Поплавковые уровнемеры используются в больших открытых или закрытых резервуарах с низким давлением.  Рисунок 7. Поплавковый уровнемер(схема)  Рисунок 8. Поплавковый уровнемер (прибор) 5)Ультразвуковой уровнемер Ультразвуковые бесконтактные уровнемеры осуществляют зондирование рабочей зоны волнами ультразвука, т.е. волнами ультразвука с частотой свыше 20 кГц. Расстояние до границы раздела двух сред вычисляется по формуле: H=c*t/2 (3) гдес-скорость ультразвуковых волн в данной среде, t-время между началом излучения и приходом отраженного сигнала, определяемое электронным блоком уровнемера.  Рисунок 9.Ультразвуковой уровнемер (схема)  Рисунок 10. Ультразвуковой уровнемер (прибор) 6)Рефлексные и радарные уровнемеры Радарные уровнемеры-наиболее универсальные средства измерения уровня и подобно акустическим уровнемерам, используют явление отражение электромагнитных колебаний от плоскости раздела сред жидкости – газ. От ультразвуковых бесконтактных уровнемеров их выгодно отличает гораздо меньшая чувствительность к температуре и давлению в рабочей емкости, а также большая устойчивость к запыленности, испарениям с контролируемой поверхности, пенообразованию.  Рисунок 11. Рефлексный уровнемер (схема)  Рисунок 12.Рефлексный уровнемер (прибор) ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 2.1 КАК ПРИМЕНЯЮТСЯ НА ПРАКТИКЕ? Уровнемеры успешно применяются в различных отраслях промышленности и используются для измерения уровня очень разнообразных жидких и сыпучих материалов. В настоящее время они достаточно востребованы на рынке, поэтому с ростом науки и техники появятся новые типы уровнемеров, более точных и удобных в использовании. С развитием измерительной техники, каждый метод приобретает характерный набор своих технических реализаций, которые в каждом конкретном случае имеют как преимущества, так и недостатки. Уровнемеры применяются во многих отраслях промышленности: химической и нефтехимической, нефтегазовой, целлюлозно-бумажной; фармацевтической; пищевой промышленности и производстве напитков; контроле питьевой воды и сточных вод; энергетике (плотины и гидро- и электростанции) и др. 2.2 НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ Требования к уровнемерам: 1)Определенный вид выходной характеристики уровнемера, т. е. определенная зависимость выходного параметра уровнемера от входного (уровня). 2)Высокая чувствительность, равная отношению изменения выходного параметра уровнемера к вызвавшему его изменению входной величины (уровня). Высокую чувствительность уровнемера желательно получать за счет высокой чувствительности первичного датчика, так как применение промежуточного усиления сигнала датчика-<преобразователя ведет к увеличению погрешности уровнемера. 3.Высокая воспроизводимость, т. е. постоянство передаточной функции вход (уровень) — выход в процессе измерения и при многократном его повторении. Это требование включает в себя такие качества, как отсутствие гистерезиса характеристики и стабильность ее во времени. 4.Малая инерционность, т. е. минимальный сдвиг во времени между изменением входной величины (уровня) и соответствующим изменением выходной величины. Инерционность уровнемера характеризуется постоянной времени, которая для реальных уровнемеров, в зависимости от назначения и принципа построения, изменяется в диапазоне от сотых долей до десятков секунд. 5.Направленность действия уровнемера, т. е. отсутствие обратного влияния функционирования уровнемера на протекание технологической операции. 6.Высокая избирательность, т. е. уровнемер должен реагировать на изменение только той величины, для измерения которой он предназначен (уровня). 7.Минимальное изменение характеристики уровнемера под воздействием внешних факторов (температура, давление, вибрации, напряженность электрических и магнитных полей и так далее). 8.Технологичность конструкции уровнемера, простота монтажа, наладки и обслуживания. 9.Высокая надежность уровнемера. 10.Вид выходного параметра уровнемера в случае необходимости должен обеспечивать его работу в системе автоматического управления технологическим процессом. Если уровнемер входит в систему ГСП, то он должен иметь унифицированный выходной сигнал (электрический или пневматический), регламентированный ГСП (ГОСТ 13033—67). 2.3 ПРЕИМУЩЕСТВО И НЕДОСТАТКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ НА ПРАКТИКЕ 1)Емкостные уровнемеры. Преимущества: - простота изготовления, использование недорогих материалов для производства; - малые габариты и вес; - низкое потребление энергии; - высокая чувствительность; - отсутствие контактов (в некоторых случаях – один токосъем); - долгий срок эксплуатации; - потребность весьма малых усилий для перемещения подвижной части емкостного датчика; - простота приспособления формы датчика к различным задачам и конструкциям; Недостатки: - сравнительно небольшой коэффициент передачи (преобразования); - высокие требования к экранировке деталей; - необходимость работы на повышенной (по сравнению с 50 Гц) частоте; 2)Гидростатический уровнемер: Преимущества: - простота монтажа и обслуживания; -высокая надежность; -гидростатические уровнемеры отлично работают с вязкими жидкостями и при большом избыточном давлении. -точность; -реализация метода не предполагает использования подвижных механизмов; Недостатки: - движение жидкости вызывает изменение давления и приводит к ошибкам измерения (давление относительно плоскости отсчёта зависит от скорости потока жидкости — следствие закона Беррнулли); - атмосферное давление должно быть скомпенсировано; - изменение плотности жидкости может быть причиной ошибки измерения. - чувствительный элемент находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, что требует для датчиков специальных материалов, существенно сужая область их использования. 3)Буйковые уровнемеры: Преимущества: - просто - дёшево Недостатки: - контактный метод, при выборе поплавка необходимо учитывать: химическую совместимость со средой, плавучесть, вязкость, плотность и температуру - не подходит для измерения уровня очень вязкой жидкости, шлама - а также жидкости, которая прилипает к поплавку и стержню - или содержит металлические кусочки, которые могут вызвать ложные срабатывания магнитных выключателей. 4)Поплавковые уровнемеры: Преимущества: -точность, высокая степень повторяемости и простота конструкции - низкая цена - независимость показателей измерений от химического состояния жидкости. Недостатки: -точности поплавкового уровнемера зависят от колебаний в жидкости, поэтому любые вибрации, например, плескания в емкости, могут исказить показания поплавка 5)Ультразвуковые уровнемеры: Преимущества: - Цена ультразвуковых уровнемеров значительно ниже других приборов бесконтактного типа, к коим относятся, например, микроволновые радарные измерители - Не требуется физический контакт с продуктом, точность измерения сохраняется высокой - Измерения не зависят от плотности среды. На результат измерений не влияют химические и физические свойства среды (устройства хорошо работают с агрессивными, вязкими средами) - Компактные габариты - Мультизадачность прибора (у разных моделей свои особенности, но все они содержат полезные дополнительные функции) - Возможность полностью автономной работы (у некоторых моделей) Недостатки: -Большая конусность излучения и возможные отражения сигнала от стационарных препятствий, способные вызвать ошибки в измерениях - Качественная работа возможна только при нормальном атмосферном давлении - Влияние на сигнал сильных испарений, запыленности, ветра. Неприменимость для очень мелкодисперсных и пористых гранулированных продуктов - Сигнал не распространяется в вакууме 6)Рефлексные уровнемеры: Преимущества: - возможность измерять жидкости, твердые сыпучие вещества, вещества с низкой диэлектрической проницаемостью; - независимость от физических параметров измеряемой среды – повышенного давления, значительной температуры; - надежность работы даже в сложных условиях окружающей среды – повышенной запыленности, наличии взвеси, испарений, газов, пены; - стабильность работы во время быстрого изменения уровня; - интуитивно удобное управление; - легкость монтажа и настройки; - совместим с любыми типами емкостей; - высокая точность измерения благодаря использованию специальных алгоритмов вычислений; - взрывозащитное исполнение; - большой выбор моделей с различными видами и размерами зондов. Недостатки: -использование уровнемера ограничивает чрезмерная липкость и вязкость веществ. Клейкие материалы способны налипать на зонд; - датчик определяет только верхний уровень материала; - допустимая диэлектрическая проницаемость продукта – Еr>1,4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, в ходе проделанной работы, даны ответы на поставленные ранее вопросы: рассмотрены основные понятия о приборах измерения уровня, конструкция и работа некоторых уровнемеров, таких как ультразвуковые, емкостные уровнемеры, и другие приборы. Уровнемеры необходимы прежде всего для определения уровня содержимого в открытых и закрытых сосудах, резервуарах, хранилищах и других ёмкостях, также дает возможность измерять градации уровня, а не только его граничные значения. Эти приборы требуются также для автоматизации производства и достижении при этом максимальной его эффективности. Уровнемеры являются устройствами сложными и недешевыми, но полностью оправдывают себя функционально. При этом все разнообразие этих устройств обусловлено ограничениями на применение в каждом конкретном случае. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Rusautomation.ru.Интернет-магазин https://rusautomation.ru/datchiki_urovnya/urovnemery (5 мая 2020г.) otherreferats.allbest.ru.Реферат: Средства измерения уровня //https://otherreferats.allbest.ru/manufacture/d00138546.html (14 августа 2011 г.) ppt-online.org. Презентация «Измерение уровня» //https://ppt-online.org/183895 (11 апреля 2020 г.) 900igr.net. Презентация «Средства измерения уровня» //http://900igr.net/prezentacija/matematika/izmerenie-urovnja-222764.html Кулаков M. В., Технологические измерения и приборы для химических производств, 3 изд., M., 1983; Шкатов E. Ф., Технологические измерения и КИП на предприятиях химической промышленности, M., 1986. |