Уровнемеры
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИЖЕНЕРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ имени В.П. Горячкина
Кафедра:
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по автоматизации:
«Автоматизация измерения уровня»
Выполнил: студент 41 группы
Факультета ПриМА
Иванов П.П.
Проверил:
.
Москва 2012
Содержание.
Аннотация
Введение
1. Обзорная часть
2.Конструктивная часть
3.Технологическая часть
Заключение
Список литературы
Аннотация.
Данная курсовая работа выполнена в соответствии с курсом «Автоматизации» и содержит все обязательные для выполнения в течение семестра практические задания.
В первом разделе данной работы изучается методы измерения уровнемерами; во втором-третьем разделах рассказывается о выбранном приборе, о методах поверки, конструкции уровнемера.
Работа выполнена на 19 листах формата А4 (210х297 мм), содержит таблицы и рисунки.
Введение
Управление любым технологическим процессом или объектом в форме ручного или автоматического воздействия возможно лишь при наличии измерительной информации об отдельных параметрах, характеризующих процесс или состояние объекта. Параметры эти весьма своеобразны. К ним относятся электрические (сила тока, напряжение, сопротивление, мощность и другие), механические (сила, момент силы, скорость) и технологические (температура, давление, расход, уровень и другие) параметры, а также параметры характеризующие свойства и состав веществ (плотность, вязкость, электрическая проводимость, оптические характеристики, количество вещества и т.д.). Измерения параметров осуществляется с помощью самых разнообразных технических средств, обладающих нормированными метрологическими свойствами. Технологические измерения и измерительные приборы используются при управлении (ручном или автоматическом) многими технологическими процессами в различных отраслях народного хозяйства.
Средства измерений играют важную роль при построении современных автоматических систем регулирования отдельных технологических параметров и процессов (АСР) и особо автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), которые требуют представления большого количества необходимой измерительной информации в форме, удобной для сбора, дальнейшего преобразования, обработки и представления ее, а в ряде случаев для дистанционной передачие в выше ниже стоящие уровни иерархической структуры управления различными производствами.
В основе измерений параметров и физических величин лежат различные физические явления и закономерности. Измерительные схемы с использованием современных достижений микроэлектронной техники: микропроцессорных схем, твердых или полупроводниковых электрохимических элементов и другие.
1. Обзорная часть.
Уровнемеры - приборы для измерения или контроля уровня жидкостей и сыпучих материалов в резервуарах, хранилищах, технол. аппаратах хим. произ-в и т. п. Приборы для определения кол-ва жидкости или сыпучего материала с целью их учета и сигнализации о переполнении бункеров, расходных баков и др. сосудов наз. У. широкого диапазона измерений. Последний определяется в данном случае ге-OM. размерами сосудов. Эти приборы снабжены шкалами с делениями, к-рые находятся по одну сторону от нулевой отметки (расположена в начале отсчета); шкалы градуируются в см, дм и м. При необходимости поддержания уровня на заданной высоте приборы показывают величину его отклонения от нормального положения и наз. У. узкого диапазона измерений (100-150 мм). Шкалы данных приборов имеют деления по обе стороны от нулевой отметки (находится посередине) и градуируются в мм и см.
Уровнемеры для жидкостей
По принципу действия эти У. разделяются на визуальные, поплавковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые, радиоизотопные.
Визуальные уровнемеры (рис. 1) - простейшие измерители уровня жидкости. К технол. аппарату 1 через запорные вентили 2 подсоединено ука-зат. стекло (трубка 3). Аппарат и трубка представляют собой сообщающиеся сосуды, поэтому уровень Hжидкости в трубке всегда равен ее уровню в аппарате и отсчитывается по шкале.
Поплавковые уровнемеры. Чувствит. элемент - поплавок, находящийся на пов-сти жидкости (рис. 2, а). Поплавок 1 уравновешивается грузом 3, к-рый связан с поплавком гибким тросом 2. Уровень жидкости определяется положением груза отно сительно шкалы 4. Пределы измерений устанавливают в соответствии с принятыми значениями верх. (ВУ) и ниж. (НУ) уровней.
Значительно надежнее тонущие поплавки - массивные буйки (рис. 2, б). При изменении уровня жидкости по закону Архимеда изменяется действующая на конец рычага 2 выталкивающая сила (вес буйка 1). Соотв. изменяющийся момент сил, действующих на рычаг 2, от буйка передается через вал 5, закрепленный в донышке 7, на трубку 6 и уравновешивается моментом ее скручивания. Изменение угла скручивания трубки пропорционально величине уровня.
Гидростатические уровнемеры. Их действие основано на уравновешивании давления столба жидкости pв аппарате (хранилище) давлением столба жидкости, заполняющей измерит, прибор, или пружинным механизмом ( р = Hr, где r = const - плотн. жидкости). При достаточно больших значениях уровня Я и в отсутствие избыточного давления над жидкостью в качестве У. можно применять манометр с трубчатой пружиной (см. Манометры), устанавливаемый на отметке т. наз. нулевого уровня (рис. 3).
Рис. 2. Поплавковые уровнемеры: а - с плавающим поплавком; б - с тонущим поплавком.
Рис. 4. Дифманометрические уровнемеры: измерение уровня в открытом резервуаре (а)и аппарате, работающем под давлением ( б).
Дифманометрические уровнемеры позволяют измерять уровень в открытых (атм. давление) или закрытых (давление либо разрежение) резервуарах (рис. 4). Относительно постоянный уровень жидкости в одном из колен измерит, прибора (дифманометра), а следовательно, и в контролируемом аппарате обеспечивается уравнит. сосудом (наполнен до определенного уровня той же жидкостью, что и в аппарате). Высота столба жидкости в др. колене дифманомет-ра изменяется с изменением уровня в аппарате. Каждому значению уровня в нем отвечает нек-рый перепад давления, обусловленный расстоянием по высоте между аппаратом и прибором. Если аппарат работает при атм. давлении, уравнит. сосуд размещают на отметке нулевого уровня (рис. 4, а), если под давлением - на высоте макс. уровня (рис. 4, б).
Пьезометрические уровнемеры (рис. 5) основаны на принципе гидравлич. затвора (обычно водяного). Для измерения уровня используют воздух или инертный газ, к-рый под давлением рпродувают через слой жидкости ( р х- давление над ней). Кол-во воздуха ограничивают диафрагмой 1 или регулирующими вентилями 2 так, чтобы скорость движения его в трубопроводе была минимальна (с целью уменьшения потерь на трение). Для контроля расхода воздуха устанавливают спец. стаканчики 3 или ротаметры. Уровень жидкости x)/p ж,> где р ж- плотн. замыкающей жидкости в дифманометре. Перепад давления ( р-р х )определяется по высоте столба жидкости hв манометре. В случае измерения уровня агрессивных жидкостей необходимо подводить воздух в обе линии, подсоединяемые к дифманометру. Пьезометрич. приборы широко применяются для измерения уровня жидкости в подземных резервуарах.
Электрические уровнемеры (рис. 6). В них измеряемые значения уровня жидкости преобразуются в соответствующие электрич. сигналы. Наиб. распространены емкостные и омические приборы.
Рис. 6. Электрические уровнемеры: а - емкостный; б - омический.
Рис. 7. Ультразвуковой уровнемер: 1, 2 - генераторы, соотв., управляющий и импульсов; 3 - пьезоэлектрич. излучатель; 4 - усилитель импульсов; 5 - измеритель времени; 6 - вторичный прибор.
Емкостные уровнемеры (рис. 6, а). Вместе со стенками сосуда 1 электрод 2 образует чувствит. элемент -цилиндрич. конденсатор, электрич. емкость к-рого изменяется пропорционально уровню жидкости. Емкость измеряется электронным блоком 3, сигнал из к-рого поступает в блок 4, представляющий собой релейный элемент (в схемах сигнализации достижения определенного уровня) или указывающий прибор (в схемах измеренного уровня).
Омические (кондуктометрические) уровнемеры (рис. 6, б)основаны на измерении сопротивления при замыкании электрич. цепи, образованной электромагн. реле 1, электродом 2 и контролируемой средой (уровень У) электропроводностью от 2
2.Конструктивная часть.
Уровнемер поплавковый РУПТ-АМ.
Назначение, принцип действия:
Уровнемеры поплавковые
РУПТ-АМ, взрывозащищенные, предназначены:
-для непрерывного преобразования значения
уровня и уровня раздела жидких сред в
стандартный токовый выходной сигнал
0-5; 0-20; 4-20 мА
-определения температуры жидких сред
(определение температуры осуществляется
с ненормированной точностью);
-определения объема контролируемой среды
в резервуаре с ненормированной точностью;
-цифровой индикации одного из параметров
(уровня в мм, уровня раздела сред в мм,
температуры в °С, объема в единицах, указанных
в градуировочной таблице) или всех перечисленных
параметров по очереди;
-визуальной и релейной (типа сухой контакт)
сигнализации назначенных пользователем
4-х аварийных уровней среды;
-передачи информации об измеряемых параметрах
по каналу связи на верхний уровень обработки.
Уровнемер состоит из преобразователя первичного (ПП) и преобразователя передающего (ППР).
Первичный преобразователь имеет вид взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь", уровень взрывозащиты "взрывобезопасный", маркировку взрывозащиты "1ExibllBT5 в комплекте РУПТ-АМ" или "1ExibllCT5 в комплекте РУПТ-АМ", соответствует требованиям ГОСТ Р 51330.0, ГОСТ Р 51330.10 и предназначен для установки во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок согласно главе 7.3 ПУЭ и другим нормативным документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных условиях.
Передающий преобразователь имеет выходные искробезопасные электрические цепи уровня "ib", маркировку по взрывозащите "[Exib]IIC в комплекте РУПТ-АМ", соответствует требованиям ГОСТ Р 51330.10 и предназначен для установки вне взрывоопасных зон помещений и наружных установок.
Уровнемеры успешно
применяются на объектах, взамен пневматических
уровнемеров буйковых типа УБ-П, РУП, ПИУП,
УПП и др., а также буйковых уровнемеров
Сапфир-22 ДУ, при этом имея существенные
преимущества:
— высокая точность и стабильность показаний
±0,15;
— независимость показаний от температурных
изменений среды и окружающего воздуха;
— простота настройки при первичной установке
и в эксплуатации;
— отсутствие пневматических линий и
электропневмопреобразователей
Основные технические характеристики
Верхние пределы измерений
уровня (диапазоны измерений уровня),
м.:
— ПП с жестким чувствительным элементом
(ж) —1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0
— ПП с гибким чувствительным элементом
(г) — 4,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0; 16,0
Предел допускаемой основной приведенной
погрешности при преобразовании уровня
(или уровня раздела) среды в стандартный
токовый выходной сигнал %, не более —
±0,15
Предел допускаемой основной абсолютной
погрешности измерений уровня по цифровому
выходу, мм, не более:
— ПП с верхним пределом измерения до
3 м ±2 (±1*)
— ПП с верхним пределом измерения более
3 м ±2
* - по требованию Заказчика
Предел допускаемой основной абсолютной
погрешности измерений уровня раздела
сред по цифровому выходу не более ± 2 мм
Вариация выходного сигнала
не превышает абсолютного значения предела
допускаемой основной погрешности.
Межповерочный интервал 2 года;
Погрешность срабатывания сигнализации,
не более ±2 мм;
Дифференциал срабатывания сигнализации,
не менее 5 мм;
Диапазоны токовых выходных сигналов,:
0-5; 4-20; 0-20 мА;
Температура контролируемой среды, °С,
от минус 40 до плюс 80 или от минус 40 до плюс
120 (в зависимости от исполнения ПП);
Плотность контролируемой среды, не менее
0,5 г/см3;
Разность плотностей верхней и нижней
фаз при контроле уровня раздела сред
не менее, 0,1 г/см3;
Избыточное давление контролируемой
среды не более, Мпа;
— для ПП с жестким чувствительным элементом
1,6 (4,0*);
— для ПП с гибким чувствительным элементом
0,2;
* - по требованию Заказчика
По устойчивости
к климатическим воздействиям уровнемер
имеет исполнение УХЛ по ГОСТ 15150:
— первичный преобразователь — категория
размещения 1.1 при температуре от минус
50 °С до плюс 50 ° С;
— передающий преобразователь — категория
размещения 4.2 при температуре от плюс
5 °С до плюс 40 ° С.
По защищенности от воздействия
окружающей среды уровнемер имеет пылеводозащищенное
исполнение IP54 (по отдельному заказу IP65
для ПП) по ГОСТ 14254.
Параметры питания:
— напряжение питания переменного тока
(187-242)В
— частота переменного тока, (50±1) Гц
— напряжение питания постоянного тока
(12±1,5 и 24±2,0)В
Мощность, потребляемая уровнемером,
не более 15В-А
Масса, кг, не более:
— ПП — 20
— ППР — 1,5
Конструкция и принцип работы
Первичный преобразователь
(ПП) уровнемера имеет два исполнения(рис.1,2):
— с одним поплавком - для измерения уровня
одной среды или уровня раздела двух сред;
— с двумя поплавками - для одновременного
измерения уровня и уровня раздела.
Первичный преобразователь (ПП) устанавливается на емкость с измеряемой средой с помощью резьбового штуцера с наружной резьбой М27х1,5.
При изменении контролируемого уровня среды поплавок с магнитной системой перемещается по звукопроводному стержню первичного преобразователя (ПП). Первичный преобразователь преобразует изменение уровня контролируемой среды в информационный сигнал (последовательность токовых импульсов), который после усиления подается на преобразователь передающий (ППР).
ППР смонтирован на двух печатных платах, конструктивно размещенных в пластиковом корпусе настенного исполнения.
На лицевую панель
ППР выведены:
— шестиразрядный светодиодный индикатор,
служащий для индикации измеренных значений
уровня, раздела сред, температуры, вычисленного
объема;
— четыре кнопки для настройки, программирования
и ввода информации;
— индикаторы "Сеть" и "Авария";
— 4 индикатора визуальной сигнализации
аварийных уровней ("Уровень 1 "..."Уровень
4").
ППР формирует напряжения, необходимые для работы всех узлов прибора, искробезопасное напряжение питания ПП, преобразует информацию, поступающую с ПП, в стандартный токовый сигнал, пропорциональный уровню среды, обеспечивает цифровую индикацию.
ППР обеспечивает также вычисление объема по данным градуировочной таблицы резервуара, хранение информации о настройках и калибровке в отсутствии питания и передачу информации об измеряемых параметрах по последовательному интерфейсу RS-232 или RS-485.
Уровнемер имеет линейную возрастающую характеристику.
Рис.1 Габаритные и присоединительные размеры преобразователя
Рис.2 Габаритные и присоединительные
размеры преобразователя (ПП) для
измерения уровня двух несмешивающихся
жидких сред
3. Технологическая часть.
Кроме измерения уровня жидкости поплавковый уровнемер РУПТ-АМ позволяет:
· определить температуру жидких сред с ненормированной точностью;
· определить объем контролируемой среды в резервуаре с ненормированной точностью;
· позволяет выводить в виде цифровой индикации один из измеренных параметров ( уровень в мм, уровеь раздела сред в мм, температура в °С, объема в единицах, указанных в градуировочной таблице) или всех перечисленных параметров по очереди;
· обемпечить визуальную и релейную (типа сухой контакт) сигнализацию о достижении назначенных пользователем 4-х аварийных уровней среды;
· передачу информации об измеряемых параметрах по каналу связи на верхний уровень обработки.
Задачи, требующие измерения уровня жидких продуктов, исключительно многообразны и встречаются в различных областях техники. Измерение уровня требуется в большинстве производственных процессов; в системах экологического мониторинга и безопасности; для учета массы, расхода жидких продуктов при их хранении и транспортировке. Актуальность измерения уровня жидкостей возрастает по мере повышения степени автоматизации производственных процессов, систем контроля и учета. К характерным задачам относятся:
- в пищевой, химической и нефтехимической промышленности – измерение уровня жидких субстанций и конечной продукции в резервуарах и трубах, учет объема и массы при погрузке и выгрузке, контроль утечек, контроль аварийных ситуаций.
- на транспорте – измерение объема и массы топлива в топливных баках автомобилей, дизельных локомотивов; учет топлива и жидких реагентов в цистернах при их перевозке.
- в жилищно-коммунальном хозяйстве – определение объема канализационных стоков промышленных предприятий и населения, контроль уровня и объема воды в резервуарах насосных станций, мониторинг баланса воды предприятий, городов и поселков.
- в сельском хозяйстве и системах экологического мониторинга – определение уровня воды в реках, озерах, оросительных каналах для управления системами искусственного орошения, прогнозирования наводнений, проведения экологических исследований.
- в судостроении и мореплавании – контроль количества воды для бытовых, хозяйственных и технологических нужд, а также грязной (использованной) воды, измерение объема и массы топлива в топливных резервуарах, сигнализация аварийных ситуаций.
Каждой группе задач соответствуют определенные требования к методу измерения и оборудованию. Существуют общие требования, которые необходимо выполнять при решении большинства практических задач, и специальные, предъявляемые к отдельным группам применений. Основными из общих требований являются:
- большой срок службы измерителя уровня (не менее 5–15 лет) при минимальном количестве регламентных работ;
- высокая надежность в реальных условиях эксплуатации;
- стабильная работа и плавное снижение точности при увеличении силы воздействия дестабилизирующих факторов (температуры, плотности жидкости, волнения поверхности, наклона резервуара и т.д.);
- обеспечение требуемой точности измерения уровня при работе с реальными жидкостями;
- умеренная для решаемой задачи стоимость;
- удобство эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.
Специальных требований существует большое количество в каждой области применения измерителей уровня, но наиболее значимыми из них являются:
- на транспорте – работа в условиях вибраций и наклона резервуара;
- в жилищно-коммунальном хозяйстве – работа в движущихся, сильно загрязненных жидкостях (вода, канализационные стоки);
- в сельском хозяйстве и системах экологического мониторинга – работа от автономных источников питания с возможностью передачи информации по беспроводным сетям, минимальная стоимость;
- в пищевой, химической и нефтехимической промышленности – измерение уровня с малой погрешностью, работа при наличии пыли, конденсата, пены.
Методов измерения уровня жидких продуктов существует более двадцати. Наиболее распространенные методы, реализованные в промышленном оборудовании, показаны на рис. 1.
Рис. 1. Методы измерения уровня жидких продуктов
В волновых измерителях уровня используются эффекты, связанные с распространением электромагнитных или акустических волн в жидкости, парогазовой смеси либо в конструктивных элементах (волноводах, звуководных трубах), контактирующих со средами.
В неволновых измерителях уровня используются иные принципы измерения уровня, основанные на изменении емкости конструктивного конденсатора, давления столба жидкости, выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело.
Комбинированные измерители уровня сочетают в себе элементы волновых и неволновых. В магнитострикционном уровнемере уровень фиксируется поплавком, определение положения которого производится с помощью механических колебаний в звукопроводе.
При поплавковом методе индикатором уровня служит поплавок. Для передачи информации от чувствительного элемента используются различные виды связи. Как правило, поплавок снабжен магнитом и заключен в измертельную трубу либо скользит по направляющему стержню. Магнит может влечь за собой ползунок реостата (как, например, в уровнемерах типа ВМ-26 ). Изменение сопротивления преобразуется в электрический выходной сигнал, что дает помимо визуального контроля возможность дистанционной передачи показаний и включения в систему автоматизации.
Ряд поплавковых уровнемеров используют магнитострикционный эффект (РУПТ-А, РУПТ-АМ, ДУУ2, ДУУ4 ). При этом направляющий поплавок стержень содержит волновод, заключенный в катушку, по которой подаются импульсы тока. Под действием магнитных полей тока и двигающегося магнита в волноводе возникают импульсы продольной деформации, распространяющиеся по волноводу и принимаемые пьезоэлементом вверху стержня. Прибор анализирует время распространения импульсов и преобразует его в выходные сигналы.
Герконовые уровнемеры (например, ПМП-062), содержат в теле направляющего стержня цепочку герконов, замыкаемых движущимся магнитом. Дискретность измерения уровня таких приборов – около 5 мм.
Важной характерной особенностью поплавковых уровнемеров, является высокая точность измерений (+/- 1…5 мм.). Достаточно широка область применения этого метода. Метод явно неприменим только в средах, образующих налипание, отложение осадка на поплавок, а также коррозию поплавка и конструкции чувствительного элемента (ЧЭ). Температура рабочей среды: - 40…120 ºС, избыточное давление: до 2 МПа, для преобразователей с гибким ЧЭ - до 0,16 МПа. Плотность среды: 0,5..1,5 г/см3. Диапазон измерений – до 25 м. Поплавковый метод может с успехом применяться в случае пенящихся жидкостей. Типичным применением поплавковых уровнемеров является измерение уровня топлива, масел, легких нефтепродуктов в относительно небольших емкостях и цистернах в процессе коммерческого учета.
Заключение.
В заключение, следует отметить, что универсального уровнемера, пригодного для решения существующих практических задач, нет. Несмотря на прогресс, достигнутый в последние годы в реализации волновых «бесконтактных» методов, они не являются панацеей от всех проблем, возникающих при измерении уровня жидкости из-за ряда недостатков. Поплавковые методы измерения уровня имеют большой потенциал совершенствования и остаются одними из самых востребованных в современной технике.
Основными преимуществами
поплавковых рычажных
Список литературы.
1. «Автоматизация технологически
процессов пищевых производств»
2. Нудлер Г.И., Тульчик
И.К, «Основы автоматизации
3. Исаакович Р.Я. «
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта