 |
Изучение систем измерения уровня
|
|
|
|
Цель лабораторной работы: изучение принципа действия и функциональной схемы ёмкостного уровнемера, конструкции датчиков, определение погрешности измерений.
Порядок работы:
1. Изучить и закрепить теоретические знания по теме.
2. Изучить порядок проведения опытов.
3. Подготовить инструменты, приборы и оборудование.
4. Выполнить опыты. Произвести расчёты. Заполнить таблицу.
5. Сделать выводы.
6. Пользуясь описанием теории данного методического пособия и учебником, ответить письменно на вопросы.
Продолжительность: 2часа
Теоретическая часть
Измерение уровня жидкости
Целью измерения уровня жидкостей и сыпучих тел является определение количества вещества в ёмкости и контроль за положением уровня в производственном аппарате при осуществлении технологического процесса. По характеру работы уровнемеры могут быть непрерывного и прерывистого (релейного) действия. Релейные уровнемеры срабатывают при достижении определённого уровня; они используются для сигнализации и поэтому называются сигнализаторами уровня.
Наиболее распространёнными приборами для измерения уровня жидкости являются указательные стёкла, поплавковые, гидростатические, электрические, изотопные и ультразвуковые уровнемеры.
В электрических уровнемерах положение уровня жидкости преобразуется в какой-либо электрический сигнал. Из электрических уровнемеров наибольшее распространение получили ёмкостные и оптические. В ёмкостных уровнемерах используются диэлектрические свойства контролируемых сред; в омических – свойство контролируемой среды проводить электрический ток.
При изменении высоты уровня агрессивных жидкостей, а также электропроводных жидкостей обкладки преобразователя выполняются из химически стойких сплавов и каждую из обкладок покрывают тонкими плёнками, обладающими высокими изолирующими свойствами.
|
|
|
Определение погрешностей при измерении уровня
В процессе проведения лабораторной работы определяются следующие виды погрешностей:
Абсолютная – разность между показаниями прибора и действительным значением измеряемого уровня:
∆ = hизм – hдейст (1)
Относительная – разность между показаниями прибора и действительным значением измеряемого уровня в процентах от действительного значения измеряемого уровня:
Δ = (∆ / hдейст) * 100%(2)
Приведённая – абсолютная погрешность в процентах от разности между верхним и нижним пределами шкалы данного прибора:
γ = [ ∆ / (hв – hн)] * 100%(3)
hв – верхний предел шкалы уровнемера в %
hн – нижний предел шкалы уровнемера в %
Об устойчивости показаний поверяемого уровнемера судят по величине вариации – разности показаний прибора при прямом и обратном ходе, соответствующем одному и тому же действительному значению измеряемого уровня:
В = hпр – hобр (4)
Если приведённая погрешность прибора велика, прибор подвергается регулировке. Для этого необходимо элементами настройки индикатора выставить 0% при нулевом уровне жидкости в резервуаре и 100% при уровне жидкости, соответствующем этому значению.
Схема лабораторной установки для измерения уровня
В сосуд с жидкостью 1, уровень которой необходимо измерить, опущен электрод 2, покрытый изоляционным материалом. Электрод вместе со стенками сосуда образует цилиндрический конденсатор, ёмкость которого меняется при колебаниях уровня жидкости. Величина ёмкости измеряется электронным блоком 3, который затем даёт сигнал в блок 4, представляющий собой миллиамперметр, шкала которого проградуированна в процентах от 0 до 100.
В качестве электронного блока взят индикатор уровня электронный ЭИУ-2.
|
|
|
Принцип работы индикатора уровня ЭИУ-2, основан на измерении электрической ёмкости датчика при изменении уровня контролируемой среды вдоль оси датчика. Функциональная схема ЭИУ-2 приведена на рис.1.
Измерение электрической ёмкости датчика производится с помощью индуктивно-емкостного моста, образованного трансформатором Т и конденсаторами С1¸С5, в одно из плеч которого включен датчик.
Рис. 1 – Схема лабораторной установки для измерения уровня
Измерительный мост питается от генератора G синусоидальных колебаний частотой 100 КГц, собранного на транзисторе по емкостной трёхточечной схеме с LC контуром в коллекторной цепи. При изменении уровня контролируемой среды вдоль оси датчика электрическая ёмкость его изменяется, равновесие моста нарушается и на выходе моста появляется напряжение, пропорциональное изменившемуся уровню. С выхода моста напряжение поступает на линейный усилитель У, состоящий из согласующего, усилительного и выходного каскадов, собранных на транзисторах с резестивно-емкостными связями между каскадами. В эмиттерную цепь выходного каскада включен амперметр. Одновременно с сопротивления R снимается выходной сигнал 0¸100 мВ.
Элементами для настройки индикатора уровня являются конденсатор «установка 0» и потенциометр «установка 100%» (на схеме не указан), расположенные на верхней плате. Индикатор уровня рассчитан на диапазон изменения электрической ёмкости датчика 100-400 пФ, 100-700 пФ, 100-1300 пФ.
Стартовое положение
Стартовое положение прибора в данной лабораторной работе представлено на рисунке 2.
Рис. 2 - Внешний вид электронного равновесного моста КСМ2 в лаборатории.
Порядок действий
1. Включите прибор.
2. Вынимая датчик уровня из резервуара, записать значения уровня жидкости по показаниям прибора и образцовой линейки, жёстко связанной с датчиком.
Значения уровня для выполнения лабораторной работы:
1 группа – 10мм; 30мм; 70мм; 55мм; 85мм.
2 группа – 5мм; 25мм; 40мм; 70мм; 90мм.
3 группа – 15мм; 45мм; 75мм; 85мм; 95мм.
4 группа – 20мм; 50мм; 60мм; 75мм; 90мм.
5 группа – 35мм; 10мм; 65мм; 45мм; 85мм.
3. Поверку обратного хода производить в тех же точках, что и при прямом ходе.
|
|
|
4. Данные прямого и обратного хода занести втаблицу.
5. Определить погрешности измерений и сделать вывод о необходимости настройки прибора.
Таблица 10 – Протокол поверки уровнемера
| Поверяемое значение измеряемой величины hизм,% | Действительное значение уровня | Погрешность поверяемого прибора в % нормирующего значения или в единицах измерения | Вариация В | ||||||
| при прямом ходе hизмпр | при обратном ходе hизмобр | прямой ход | обратный ход | ||||||
| D | d | g | D | d | g | ||||
Контрольные вопросы:
1. Цель измерения уровня.
2. Виды уровнемеров.
3. Принцип действия емкостных уровнемеров.
4. Типы датчиков емкостных уровнемеров.
5. Виды погрешностей и оценка дальнейшей пригодности прибора к эксплуатации.
6. Настройка емкостного уровнемера типа ЭИУ-2.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Тему, цель работы.
2. Описание конструкции и принципа действия емкостных датчиков уровнемеров.
3. Описание принципа действия емкостного уровнемера.
4. Протокол поверки уровнемера.
5. Выводы о пригодности поверяемого прибора к дальнейшей эксплуатации (необходимости настройки прибора).
6. Ответы на контрольные вопросы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
|
|
|
