69191

Электрические уровнемеры

Лекция

Физика

Принцип действия этих уровнемеров основан на зависимости от уровня жидкости электрических параметров преобразователей: емкости индуктивности и активного сопротивления. Емкостной преобразователь уровня это электрический конденсатор емкость которого изменяется в зависимости...

Русский

2014-10-01

51.5 KB

7 чел.

     Электрические уровнемеры

А) емкостные уровнемеры.

Уровнемеры этого вида относятся к группе электрических уровнемеров.

Принцип действия этих уровнемеров основан на зависимости от уровня жидкости электрических параметров преобразователей: емкости, индуктивности и активного сопротивления.

Наиболее широкое распространение получили емкостные уровнемеры.

Емкостной преобразователь уровня - это электрический конденсатор, емкость которого изменяется в зависимости от изменения уровня жидкости.

Конструктивно он представляет собой две или несколько коаксиально расположенных труб или несколько параллельных пластин, между которыми находится жидкость.(см рис. .).

На рисунке показана схема емкостного уровнемера для не электропроводных жидкостей. Он состоит из 2-х коаксиально расположенных электродов 1 и 2, помещенных в резервуар 3. Они закреплены в изоляторе 4. Электроды образуют цилиндрический конденсатор, емкость которого изменяется при изменении уровня жидкости. Емкость измеряется электрическим блоком 5,который выдает сигнал на вторичный прибор 6.

Суммарная емкость равна:

С = С1 + С2 + Сn

Где С1 - емкость части конденсатора, находящаяся в жидкости;

      С2 - емкость части конденсатора, находящаяся в воздухе;   

      Сn - емкость походного изолятора.

Достоинства: простота конструкции, высокая надежность.

Недостатки : 1) невозможность использования для контроля вязких, кристаллизующихся и выпадающих в осадок жидкостей.

                      2) высокая чувствительность к изменению электрических свойств жидкостей и соединительных проводов.

Б) омические уровнемеры

Для контролируемого уровня электропроводных жидкостей ( кислот, щелочей ) применяют омические уровнемеры, представляющие собой участок электрической цепи, обладающей определенным омическим сопротивлением.

Принцип действия основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представляющую собой участок электрической цепи с определенным омическим сопротивлением.

На рис. показана схема включения омического сигнализатора уровня, когда резервуар 1 выполнен из токопроводящего материала и выполняет роль одного из электродов в соединении с землей. Сигнализаторы уровня помещены в емкость с контролируемой средой и включены в схему электронного реле Р 3, сигнал с которого подается в систему сигнализации 4. Данная схема контролирует 2 значения уровня, а есть схемы контролирующие 1; 3 значения.

Недостатки : 1) невозможность применения в средах кристаллизующихся, вязких, имеющих твердые осадки и налипающих на электроды уровнемеров.

                      2) возможно их практически применять для контроля сред с проводимостью от 2 . 10-3См и более.

В) индуктивные уровнемеры

  Принцип действия индуктивных уровнемеров основан на зависимости индуктивности катушки или взаимной индуктивности двух катушек от глубины погружения их электропроводную жидкость. Эта зависимость обусловлена возникновением в жидкости под действием магнитного поля переменного тока возбуждения вихревых токов, магнитное поле которых оказывает размагничивающее действие на поле тока возбуждения, т.к. направлено встречно магнитному полю катушки. Таким образом, индуктивность нагруженной катушки меньше, чем сухой.

На рис. изображен простейший индуктивный преобразователь. Он состоит из обмотки возбуждения 1, по которой протекает ток возбуждения, встречной обмотки 2, с которой снимается выходной сигнал. Преобразователь помещен в металлический защитный герметичный чехол 3.

Выпускаются также дискретные уровнемеры, представляющие собой ряд коротких катушек, помещенных в виде столба внутри металлического защитного чехла ( трубы).

Недостатки: 1) зависимость выходного сигнала от активного сопротивления обмоток;

                      2) защитный чехол (он ослабляет чувствительность преобразователя);

                      3) зависимость выходного сигнала от изменения активного сопротивления контролируемой среды при изменении температуры, а также при изменении состава сред.

Г) резонансные уровнемеры

В последнее время получили применение высокочастотные резонансные уровнемеры, преобразователи которых выполнены в виде отрезков однородной и неоднородной длинной линии.

Простейшая длинная линия представляет собой два параллельных, расположенных близко друг к другу прямолинейных проводника. Между проводниками существует активное и реактивное сопротивление.

Принцип действия резонансных уровнемеров основан на зависимости собственной частоты отрезка длинной линии как колебательного контура от степени погружения его в жидкость.

Отрезки длинной линии помещают в резервуар с контролируемой средой и включают в электрическую измерительную схему. При измерении уровня жидкости (уровня погружения преобразователя в контролируемую жидкость ) измеряется его частотная характеристика.

Следовательно выходной характеристикой уровнемера является зависимость изменения частоты колебаний высокочастотного генератора, в частотозадающий контур которого включен чувствительный элемент, от степени погружения чувствительного элемента в контролируемую среду.

???? величина характеризующая уровень изменения резонансной частоты ????

Задача измерительной схемы сводится к определению резонансной частоты преобразователя.

Такой уровнемер изображен на рис. . чувствительный элемент представляет собой тонкостенную металлическую трубу 1, с боковыми отверстиями и соосно расположенных в ней металлический стержень 2.

При повышении уровня контролируемой проводящей жидкости, она шунтирует чувствительный элемент, уменьшая его длину, и тем самым изменяет собственную частоту преобразователя, которая увеличивается.

Измерительная схема состоит из 4-х модулей. Она изображена на рис. .

М1 - первичный преобразователь. Он содержит чувствительный элемент и генератор высокой частоты.

М2 - высокочастотный преобразователь. Он выполняет операцию приведения всех частотных диапазонов к одному частотному диапазону последовательности прямоугольных импульсов с длительностью, пропорциональной входной частоте.

М3 - измерительный модуль, преобразующий последовательность прямоугольных импульсов в постоянное напряжение.

М4 - источник питания М!, М2, М3.

Применение: такие уровнемеры применяются для контроля уровня электропроводящих жидкостей и жидких металлов.

Погрешность измерения составляет 1,0 - 1,5%.

Г) измерение уровня сыпучих материалов

 

Задача измерения уровня сыпучих материалов более сложная по сравнению с измерением уровня жидкостей, так как

  1.  отсутствует горизонтальность плоскости раздела газ - материал из-за действия сил трения и сцепления между частицами материала;
  2.  не однородность веществ в объеме, связанная с наличием пространства между твердыми частицами, заполненного газом;

способность к налипанию на чувствительные элементы измерительных преобразователей.

Способы измерения уровня:

  1.  наиболее широко распространен метод уровня путем взвешивания бункера. См. Рис. .бункер помещают на три опоры, одна из которых содержит измерительный преобразователь веса.
  2.  Из электрических методов наиболее широко применяются емкостные преобразователи (см. рис. ), в виде тросов или труб 1, где вторым электродом является стенка бункера 2.

Для сигнализации предельных уровней сыпучих тел применяют и такую схему, где

Т - триод;

РП - обмотка электромагнитного реле, включенная в цепь коллектора;

В - выпрямитель, питающий схему постоянным напряжением 24В;

К - контакты реле РП;

R1иR2 - делитель напряжения подающий на базу Т постоянный потенциал, для стабилизации во времени нулевого тока коллектора;

R3 - устанавливается при малом переходном сопротивлении топлива для ограничения управляющего тока базы;

При загрузке бункера до верхнего уровня электрод Э1 замыкается через слой топлива на "землю", триод отпирается и через обмотку реле РП потечет ток, реле срабатывает и включает сигнал о заполнении бункера до верхнего уровня, одновременно при этом реле замыкает контакт в цепи электрода Э2 нижнего уровня. При снижении уровня ниже конца электрода Э2 реле отключается и подает сигнал об опорожнении бункера.

  1.  На рис. показана схема лотового уровнемера, где чувствительным элементом является массивное тело (лот) 1, подвешенное на гибком тросе 2. При уменьшении уровня лот опускается под действием собственного веса. Сигнальное устройство 3 по натяжению троса передает на отсчетное устройство 4 сигнал об уменьшении натяжении троса, сигнальное устройство 3 дает сигнал на включение механизма подъема лота 5, до положения, соответствующей определенной степени натяжения.     

------------------------------------------------

Блок питания 22БП-36

Блок питания осуществляет преобразование напряжения 220В или 240В переменного тока в стабилизированное напряжение 36В постоянного тока.

Основные технические данные:

  1.  питание блоков питания осуществляется от сети 220 +22,-33В или 240 +24,-36В, частотой(50±1)Гц или (60±20)Гц;
  2.  номинальное значение выходного напряжения блоков питания -36В;
  3.  наработка на отказ блоков питания от 100000 или 200000 часов;
  4.  блоки имеют защиту от короткого замыкания и перегрузок по каждому каналу;
  5.  блоки питания имеют 4-е варианта исполнения:
  •  одноканальный;
  •  двухканальный;
  •  четырехканальный;
  •   восьмиканальный.

Устройство и принцип работы.

Блок питания выполнен по модульному принципу построения.

На шасси блока установлена плата.

Одноканальный блок питания имеет одну плату, двух канальный блок две одинаковые платы. На плате размещены:

  •  понижающий трансформатор;
  •  выпрямитель
  •  элементы схемы стабилизатора напряжения.

Электрическая схема 1-го блока включает в себя:

  •  понижающий трансформатор;
  •  выпрямительный диодный мост;
  •  вставку плавкую;
  •  лампочку индикации включения блока;
  •  электронный стабилизатор напряжения.

Электрическая схема 2-го (двухканального) блока питания состоит из двух одинаковых гальванически разделенных каналов аналогичных выше приведенному.

Электрическая схема 4-го (четырехканального) блока содержит два модуля и трансформатор, а схема 8-го блока включает 4 модуля и 2-а трансформатора.

Кроме выше перечисленного на шасси установлена клемная коробка, предназначенная для подключения внешней питающей сети 220В или 240В и для электрического соединения блока питания с измерительными преобразователями "Сапфир-22"

Д/З

Схему внешних соединений блока выполнить самостоятельно в рабочих тетрадях на с/п.

Блоки извлечения корня БИК-1.

Назначение: одноканальные и двухканальные блоки извлечения корня БИК-1 предназначены для линеаризации статической характеристики и питания дифманометров комплекса преобразователей "Сапфир-22" при измерении расхода газообразных и жидких сред.

Блоки БИК различного исполнения предназначены для питания преобразователей "Сапфир" с любым выходным информативным сигналом.

Основные технические требования.

  1.  питание блоков от сети переменного тока напряжением 220В частотой 50Гц;
  2.  входные цепи блоков рассчитаны на подключение унифицированных сигналов постоянного тока (0-5)мА и (4-20)Ма;
  3.  выходная цепь блоков обеспечивает формирование унифицированных сигналов постоянного тока (0-5)мА, или (4-20)мА;
  4.  предел основной погрешности блоков

   при входном сигнале                   на выходе               [%]

                          0-5[мА]                   0-5[мА]              0,5    0,25

                                                           0-20                    0,5    0,25

                                                           4-20                     1      0,5

                          4-20                          0-5                       1      0,5

                                                           0-20                     1       0,5

                                                           4-20                     1       0,5

  1.  средняя наработка на отказ -100000ч.

Устройство и работа блока.

Блок конструктивно состоит из шасси, корпуса и функциональных узлов. Функциональные узлы объединены в отдельные модули. Каждый модуль представляет собой плату, оканчивающуюся печатными ламелями, предназначенными для вставки в разъемы, расположенные на общей коммутационной плате.

Блок извлечения корня БИК-1 обеспечивает формирование унифицированного выходного сигнала, связанного с входным сигналом зависимостью, определяемой следующей формулой:

 

где Iвых - выходной сигнал,мА;

I выхmin - нижнее предельное значение выходного сигнала, мА;

ΔIвых - диапазон изменения выходного сигнала, мА;

ΔIвх - диапазон изменения входного сигнала, мА;

Iвх - текущее значение входного сигнала, мА;

Iвхmin - нижнее предельное значение входного сигнала, мА.

Блок схема приведена на рис. и содержит следующие основные узлы:

  1.  - резистивный преобразователь входного тока;
  2.  - двухвходовый амплитудный модулятор с диодно-резистивной обратной связью, выполненный по схеме однополупериодного выпрямителя;
  3.  - фильтр нижних частот;
  4.  - широтно-импульсный модулятор с однополярным выходным сигналом;
  5.  - преобразователь напряжения в ток;
  6.  - стабилизатор напряжения;
  7.  - генератор с использованием одной обмотки положительной обратной связи;
  8.  - стабилизатор двух полярного напряжения питания;
  9.  - выпрямитель.

Узлы объединены в модули в виде элементов А1,А2,А3,А4;

Узлы 1,2,3,4 входят в А1 в виде модуля МИК;

Узел 5 входит в А3 представляющий модуль МНТ;

Узел 6 входит в А2 в виде модуля МПП;

Узлы 7,8,9 входят в АЧ в виде модуля МПР;

где

     МИК - модуль извлечения корня

     МНТ - модуль напряжение-ток

     МПП - модуль питания преобразователя

     МПР - модуль питания кондуктивного разделителя.

Рассмотрим функциональную взаимосвязь узлов блок-схемы одноканального блока БИК-1.

Резисторный преобразователь 1 осуществляет преобразование входного токового сигнала в сигнал напряжения, который подается на инвертирующий вход операционного усилителя с RC-обратной связью, работающего в режиме фильтра нижних частот 3.

Сигнал, снимаемый с выхода фильтра 3, поступает на ШИМ 4, который преобразует сигнал напряжения постоянного тока в однополярные импульсы прямоугольной формы, следующие с переменной скважностью, зависящей от величины сигнала, подаваемого на его вход. Выходной сигнал ШИМ подается на один из входов амплитудного модулятора 2, выполненного по схеме однополупериодного выпрямителя и собранного на операционном усилителе. На другой вход амплитудного модулятора 2 поступает выходной сигнал фильтра 3. Во время формирования импульса ШИМом 4 выходной сигнал фильтра 3 не проходит через амплитудный модулятор 2, а во время паузы между импульсами указанный сигнал проходит через амплитудный модулятор на вход фильтра 3.

Фильтром 3 осуществляется выделение средней составляющей преобразованного входного сигнала (информативного). Сформированный фильтром 3 сигнал напряжения постоянного тока далее поступает на узел 5 для преобразования в унифицированный сигнал тока (0-5) или ( 4-20)мА.

Преобразователь 7 постоянного тока в переменный, выполнен по схеме генератора с использованием одной обмотки положительной обратной связи, на выходе которой установлены выпрямители 8 и 9. В узле 8 осуществлена дополнительная стабилизация выпрямительного напряжения. Преобразователь 7 питается от стабилизированного источника напряжения 6 постоянного тока.

Блок схема двухканального блока содержит также основные узлы (1,2,3,4,5), а так же узлы 11,12,13.

Это три стабилизатора напряжения. Блок-схема приведена на рис. .

Вывод: в основе операции извлечения корня лежит принцип преобразования сигнала путем двойной модуляции (импульсной и амплитудной) с последующей фильтрацией импульсного сигнала активным фильтром.

 

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58606. Операционная система компьютера 287.5 KB
  Тип урока: урок объяснения нового материала. Компьютеры в классе работают под управлением операционной системы Windows 98. Признаком того что ОС загрузилась в MSDOS является появление курсора в командной строке в Windows 9х появление Рабочего стола на экране монитора и стрелки...
58607. Табличные информационные модели 106.5 KB
  Предмет усвоения: табличные информационные модели таблица типа объекты-свойства таблица типа объекты-объекты один таблица типа объекты объекты несколько таблица типа объекты свойства объекты. Средства усвоения: Логический анализ: Таблица типа ОС это таблица содержащая информацию...
58610. Семейное право 50.5 KB
  Цель урока: дать характеристику основ семейного права РФ и продолжить формирование способностей учащихся к выбору действий и поступков в морально-правовой ситуации в соответствии с нормами семейного законодательства и морали. Задачи урока: формирование системы знаний семейного права...
58612. Менеджмент 33.5 KB
  Ход урока. Мы с вами вместе вспомнили о менеджменте его функциях факторах внутренней и внешней среды менеджмента роли коммуникаций Самоанализ урока Анализ структуры. На данном занятии присутствовали все основные этапы прохождения урока.
58613. Темперамент и выбор профессии 60.5 KB
  Задачи урока: Образовательная ознакомить учащихся с понятиями тип темперамента характер; Развивающая развить у учащихся интерес к выбору будущей профессии; Воспитательная содействовать воспитанию трудолюбия стремления к выбору будущей профессии...