Средства и инструменты измерения уровня жидкости и температуры
Классификация уровнемеров, обзор визуальных средств измерения уровня жидкости. Принцип поплавкового метода контроля уровня и его сфера применения. Особенности и алгоритм бесконтактного измерения температуры с применением радиационного пирометра.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.04.2015 |
| Размер файла | 104,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
1.Средства измерения уровня
уровнемер поплавковый пирометр
Уровнем - называют высоту заполнения технологического аппарата рабочей средой - жидкостью или сыпучим телом. Уровень рабочей среды является технологическим параметром, информация о котором необходима для контроля режима работы технологического аппарата, а в ряде случаев для управления производственным процессом. Средством измерения уровня называют уровнемерами. Уровень измеряют в единицах длины. Путем измерения уровня получают информацию о массе жидкости в резервуарах. Различают уровнемеры, предназначенные для измерения уровня рабочей среды; измерений массы жидкости в технологическом аппарате; сигнализации предельных значений уровня рабочей среды - сигнализаторы уровня. Классификация уровнемеров:
Визуальные средства измерения уровня;
Поплавковые средства измерений уровня;
Байковые средства измерения уровня;
Гидростатические средства измерений уровня;
Электрические средства измерений уровня;
Акустические средства измерений уровня.
По диапазону измерения различают уровнемеры широкого и узкого диапазонов.
Уровнемеры широкого диапазона (с пределами измерений 0,5 - 20 м) предназначены для проведения товароучетных операций, а уровнемеры узкого диапазона (пределы измерений (0 ч ± 100) мм или (0 ч ± 450) мм) обычно используются в системах автоматического регулирования.
Визуальные средства измерений уровня
К визуальным средствам измерений уровня относятся мерные линейки, рейки, рейки рулетки с лотами (цилиндрическими стержнями) и уровнемерные стекла. В производственной практике широкое применение получили уровнемерные стекла. Измерение уровня с помощью уровнемерных установки указательных стекол на стекол рисунок 1.17(а) основано на законе сообщающихся сосудов законе сообщающихся сосудов.
Рисунок 1.17 - Схема установки указательных стекол на технологических аппаратах
Указательное стекло 1 с помощью арматуры соединяют с нижней и верхней частями емкости. Наблюдая за положением мениска жидкости в трубке 1, судят о положении уровня жидкости в емкости. Для исключения дополнительной погрешности, обусловленной различием температуры жидкости в резервуаре и в стеклянной трубке, перед измерением осуществляют промывку уровнемерных стекол. Для этого предусмотрен вентиль 2.
Арматура уровнемерных стекол оснащается предохранительными клапанами, обеспечивающими автоматическое перекрывание каналов, связывающих указательное стекло с технологическим аппаратом при случайной поломке стекла. Из-за низкой механической прочности уровнемерные стекла обычно выполняют длиной не более 0,5 м. Поэтому для измерения уровня в резервуарах рисунок 1.17(б) устанавливается несколько уровнемерных стекол с тем расчетом, чтобы они перекрывали друг друга. Абсолютная погрешность измерения уровня уровнемерными стеклами плюс минус (1--2) мм. При измерении возможны дополнительные погрешности, связанные с влиянием температуры окружающей среды. Уровнемерные стекла применяются до давлений 2,94 МПа и до температуры 300°С. Поплавковые средства измерений уровня
Среди существующих разновидностей уровнемеров поплавковые являются наиболее простыми. Получили распространение поплавковые уровнемеры узкого и широкого диапазонов. Поплавковые уровнемеры узкого диапазона рисунок 1.18 обычно представляют собой устройства, содержащие шарообразный поплавок диаметром 80 - 100 мм, выполненный из нержавеющей стали.
Рисунок 1.18 - Схемы поплавковых уровнемеров
Поплавок плавает на поверхности жидкости и через штангу и специальное сальниковое уплотнение соединяется либо со стрелкой измерительного прибора, либо с преобразователем 1 угловых перемещений в унифицированный электрический или пневматический сигналы Уровнемеры узкого диапазона выпускаются двух типов: фланцевые рисунок 1.18(а) и камерные рисунок 1.18(б), отличающиеся способом их установки на технологических аппаратах. Минимальный диапазон измерений этих уровнемеров 10 ч 0 ч 10 мм, максимальный 200 ч 0 ч 200 мм. Класс точности 1,5.Поплавковые уровнемеры широкого диапазона рисунок 1.18(в) представляют собой поплавок 1, связанный с противовесом 4 гибким тросом 2. В нижней части противовеса укреплена стрелка, указывающая по шкале 3 значения уровня жидкости в резервуаре. При расчетах поплавковых уровнемеров подбирают такие конструктивные параметры поплавка, которые обеспечивают состояние равновесия системы «поплавок--противовес» описывается уравнением
,
где Gr , Gп - силы тяжести противовеса и поплавка;
S - площадь поплавка;h1 - глубина погружения поплавка;сж - плотность жидкости. Повышение уровня жидкости изменяет глубину погружения поплавка и на него действует дополнительная выталкивающая сила. В результате равенство нарушается, и противовес опускается вниз до тех пор, пока глубина погружения поплавка не станет равной h1. При понижении уровня действующая на поплавок выталкивающая сила уменьшается, и поплавок начинает опускаться вниз до тех пор, пока глубина погружения поплавка не станет равной h1. Для передачи информации о значении уровня жидкости в резервуаре применяют сельсинные системы передачи. Обычно ось сельсина датчика кинематически связана с барабаном, вращение которого осуществляется в процессе перемещения троса, а ось сельсина - приемника со счетным механизмом.
Уровнемер рисунок 1.18(г) представляет собой поплавок 1, подвешенный на перфорированной стальной (мерной) ленте 2. Для исключения горизонтальных перемещений поплавка предусмотрены направляющие струны 3. Отличительной особенностью уровнемера этого типа является то, что в нем осуществляется натяжение мерной ленты пружинным двигателем. Двигатель состоит из барабанов 5 и 6. Когда поплавок находится в крайнем верхнем положении, мерная лента 2 сматывается на барабан - накопитель 4. При понижении уровня жидкости сила тяжести поплавка преодолевает силы трения в подвижной системе и усилие, создаваемое пружинным двигателем. В результате поплавок перемещается вниз. Перемещение поплавка вниз сопровождается вращением барабана - накопителя 4 и сматыванием ленты 6 пружинного двигателя с барабана 5 на барабан 7. При перемещении поплавка вверх натяжение мерной ленты уменьшается, и лента пружинного двигателя перематывается на барабан - накопитель 4. В процессе перемещения мерная лента вступает в зацепление со штырями мерного шкива 9, на оси которого укреплен счетный механизм 8, представляющий собой десятичный счетчик с наименьшей ценой деления 1 мм. Для передачи информации на расстояние к валу отсчетного устройства может быть подключен преобразователь угла поворота в электрический или пневматический унифицированные сигналы. Для примера, рассмотрим уровнемер поплавковый многофункциональный УПМ-2 предназначен для измерения уровня воды и положения затвора в открытых водоемах, водовыпусках, водохранилищах. Допускается использование уровнемера в качестве перепадомера, работающего в режиме индикатора. Уровнемер имеет устройство местного отсчета, сигнализацию аварийного значения уровня и выход на телеметрическую систему контроля в виде частотного сигнала, а также на приборы, работающие от стандартных входных сигналов постоянного тока и напряжения, пропорциональных измеряемому уровню. Принцип работы поплавкового уровнемера основан на способе прямого слежения за уровнем системы поплавок -- противовес. Уровнемер поставляется 44 модификаций для обеспечения измерения различных диапазонов уровней и выполнения функций датчиков положения затвора и перепадомера (в конструкции датчика положения затвора отсутствует поплавок). Перепадомер снабжен двумя поплавками и двумя противовесами. Многофункциональность уровнемера обеспечивается за счет комплекта монтажных частей. Диапазон измерения уровня воды или положения затвора: 0--1; О--1,6; 0--2,5; 0--4; 0--6 м; индикации перепада уровней воды: 0--0,4; 0--0,6 м. Пределы допустимой основной погрешности плюс минус 1 процент. Предельные значения выходных сигналов: частотного -- 1--2; 2--4 кГц; токового -- 0--5; 0--20; 4--20 мА; напряжения -- 0--1; 0--10 В. Питание прибора постоянным током напряжением 24 В; потребляемая мощность 0,2 Вт. Уровнемер предназначен для работы при температуре окружающего воздуха от 5 до 50 °С и относительной влажности до 95 процентов. Температура воды от 5 до 25 °С. Габаритные размеры уровнемера 285x266x197 мм, диаметр поплавка 250 мм. При использовании прибора в качестве индикатора перепада уровня -- 775x325x197 мм; два поплавка диаметром 260 мм.
2.Методы измерения температуры, бесконтактный метод
Одним из основных параметров, определяющих ход технологических процессов, является температура.
Температура - это физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Она определяется кинетической энергией атомов и молекул тела. Под температурной шкалой понимается непрерывная совокупность чисел, линейно связанных с числовыми значениями температуры. Существуют шкалы Кельвина, Цельсия и Фаренгейта. Большая часть измерений, проводящихся в промышленности, и особенно это касается металлургии, это измерение температуры. Бесконтактное измерение высоких температур необходимо в тех случаях, когда измерение температуры контактным способом сильно затруднено или невозможно, например, измерение температуры движущейся полосы металла в горячем прокате.
О температуре нагретого тела можно судить на основании измерения параметров его теплового излучения, представляющего собой электромагнитные волны различной длины. Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называются пирометрами. Они позволяют измерять температуру в диапазоне от 100 до 6000С и выше.
Физические тела характеризуются либо непрерывным спектром излучения (твердые и жидкие вещества), либо избирательным (газы). Участок спектра в интервале длин волн 0,02…0,4 мкм соответствует ультрафиолетовому излучению, участок 0,4…0,76 мкм - видимому излучению, участок 0,76…400 мкм - инфракрасному излучению. Интегральное излучение - это суммарное излучение, испускаемое телом во всем спектре длин волн. Монохроматическим называют излучение, испускаемое при определенной длине волны.
Бесконтактные методы измерения температуры основаны на связи, существующей между температурой тела и количеством излучаемой им энергии. Эта связь описывается законом Планка:
,
где
М0(л,Т) - плотность мощности излучения испускаемого телом, находящимся при температуре Т, на длине волны л,
Т - температура абсолютно черного тела,
, где с0 - скорость света, h - постоянная Планка.
, где k - постоянная Больцмана.
В случае, если лТ<3000 мкм·град, можно воспользоваться приближением Вина:
Основным уравнением пирометрии суммарного, полного излучения является закон Стефана-Больцмана для полной энергетической светимости:
,
где Е0 - суммарная энергия черного тела, Т - температура черного тела,
- коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, постоянная, равная 5,6696·10-8 Вт/(м2·К4).
Законы теплового излучения - уравнения Планка, Вина и Стефана-Больцмана, показывают, что из измерений спектрального распределения плотности теплового излучения и интегральной плотности мощности можно определить температуру нагретых тел. В классических методах оптической пирометрии температуру поверхности объекта определяется по следующим характеристикам теплового излучения:
1. интегральному потоку всем диапазоне длин волн (пирометр полного излучения)
2. интенсивности в некотором ограниченном диапазоне длин волн (пирометр частичного излучения)
3. интенсивности или яркости на определенной длине волны (квазимонохроматический или яркостный пирометр),
4. отношению интенсивностей в двух или более спектральных интервалах (пирометр спектрального отношения или цветовой пирометр).
В соответствии с этой классификацией определяют и различные условные температуры.
Из-за отличия излучательной способности реальных тел от излучательной способности абсолютно черного тела, значения температуры, определенные по их тепловому излучению должны отличаться от истинного значения температуры. Поэтому говорят об «условных» или «пирометрических» температурах. В современных оптических пирометрах вклад инструментальной погрешности в общую погрешность измерения температуры, как правило, исключительно мал. Поэтому основной задачей оптической пирометрии является разработка методов введения поправок, устраняющих, или, по меньшей мере, уменьшающих, разность между истинной и условными температурами.
Ведение понятия условных температур связано прежде всего с тем, что единственным способом калибровки оптических пирометров является их градуировка по излучению абсолютно черному тела.
Также пирометры классифицируют по температурному диапазону:
- Низкотемпературные (инфракрасные радиометры). Обладают способностью показываться температуры объектов, обладающих даже отрицательными значениями этого параметра.
- Высокотемпературные. Оценивают лишь температуру сильно-нагретых тел, когда определение «на глаз» не представляется возможным. Обычно имеют сильное смещение в пользу «верхнего» предела измерения.
Пирометры полного излучения (радиационные)
В пирометрах этого вида полное излучение тела, температура которого подлежит измерению, направляется с помощью оптической системы (линза 1 и диафрагма 2) на рабочий конец приемника излучения 3 и нагревает его. В качестве приемника излучения в металлургии обычно используется термобатарея, представляющая собой несколько соединенных вместе термопар. В качестве приемника излучения применяются также болометры, тепловые быстродействующие индикаторы, пироэлектрические приемники. ТермоЭДС приемника излучения, устанавливающаяся в результате воздействия на нее потока лучистой энергии и теплообмена с окружающими деталями, измеряется прибором ИП. Через окуляр 5 с фильтром 4 производится наведение пирометра на объект измерения.
Количество тепла, получаемого рабочим концом термопары то нагретого тела, в соответствии с законом Стефана-Больцмана пропорционально четвертой степени температуры тела и для реальных тел равно:
,
где е(Т) - коэффициент теплового излучения тела;
Радиационная температура при этом равна:
При известном суммарном коэффициенте черноты тела возможен пересчет с радиационной температуры тела на его действительную (истинную) температуру:
Радиационные пирометры (РАПИР) выпускают в различных модификациях для измерения температур по полному тепловому излучению в диапазоне температур 400 - 2500°С.
Тепловая инерция пирометров полного излучения определяется в основном инерцией приемника излучения, к примеру, для термобатарей это время около 2с.
Положительной особенностью радиационных пирометров является то, что их можно применять также и для измерения невысоких температур, при которых объект измерения не дает видимого излучения. Возможно также измерение температуры тел, более холодных, чем окружающая среда. В последнем случае термобатарея не нагревается, а охлаждается во время радиационного теплообмена между ней и объектом измерения. В условиях, когда разница температур объекта измерения и окружающей среды невелика, необходимо тщательное термостатирование свободных концов термопар или всего корпуса телескопа пирометра.
В настоящее время радиационные пирометры применяются для измерения температур в диапазоне от -40 до 2500°С. Особенно удобно применение радиационных пирометров для бесконтактного измерения невысоких температур, при которых методы оптической и цветовой пирометрии неприемлемы, например, для измерения невысоких температур движущихся предметов.
Список использованной литературы
1. Скороспешкин В.Н. Технические средства систем автоматизации и управления. 2010 г. Стр. 134,151.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Особенности выбора типа датчиков. Создание датчиков контроля параметров внешней среды (уровня воды) в системе автоматизированного прогнозирования затоплений и подтоплений. Способы измерения уровня жидкости. Устройство датчиков для измерения уровня воды.
реферат [1,8 M], добавлен 04.02.2015Конструктивные схемы емкостных преобразователей, области их применения. Технические характеристики уровнемера ИСУ100И, принцип работы данного устройства. Физический принцип измерения уровня жидкости в резервуаре. Расчёт погрешности ёмкостных уровнемеров.
курсовая работа [286,7 K], добавлен 04.03.2014Разные шкалы и средства измерения температуры. Принцип действия оптической пирометрии как метода измерения температуры. Основные понятия и термины, связанные с влажностью воздуха. Виды гигрометров (датчики влажности), принципы и особенности их работы.
курсовая работа [664,8 K], добавлен 24.10.2011Обзор и сравнительный анализ методов измерения уровня жидкости. Основные виды уровнемеров. Выбор структурной схемы, разработка и расчет ее узлов. Разработка алгоритма программы для микроконтроллера. Расчет технико-экономических показателей проекта.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 12.05.2013Емкостные датчики измерения влажности: требования и функции. Технические характеристики датчика измерения температуры. Устройство и принцип работы датчиков измерения качества воздуха, основные требования в соответствии с условиями их эксплуатации.
реферат [968,1 K], добавлен 17.06.2014Понятие топливомеров, их классификация и типы, структура и взаимосвязь компонентов. Методы измерения количества топлива. Виды выходного сигнала. Принцип действия и конструкция поплавкового топливомера. Разработка цифрового показателя уровня топлива.
курсовая работа [662,7 K], добавлен 07.01.2013Особенности устройства измерения температуры, выполненного на микроконтроллере ATmega8515L и датчике температуры DS18S20. Определение требований к печатной плате. Требования к формовке выводов, лужению и пайке. Расчет конструктивных параметров.
курсовая работа [433,2 K], добавлен 25.04.2015Назначение и применение измерительной системы температуры. Пирометр как измерительный прибор для бесконтактного измерения температуры, области его применения, оптическое разрешение, фокусное расстояние, метрологические характеристики и методы поверки.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 07.04.2011Электронные потенциометры предназначены для непрерывного измерения электродвижущей силы постоянного тока, в данном случае - для измерения температуры. При измерении температуры на вход потенциометра подключается термоэлектрический преобразователь.
лабораторная работа [24,0 K], добавлен 27.05.2008Анализ существующих методов измерения вязкости нефтепродуктов. Принцип построения структурной схемы вибрационного вискозиметра. Температурный датчик с цифровым выходом. Разработка структурной схемы датчика для измерения вязкости, алгоритм работы.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 27.12.2011Приборы для измерения уровня шума (шумомеры). Основные способы выполнения требований стандартов по снижению уровня звукового воздействия. Разработка структурной принципиальной схемы индикатора уровня шума. Классификация видов операционных усилителей.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 15.01.2015Принцип измерения мощности инфракрасного излучения бесконтактными датчиками температуры. Преимущества терморезистивных термодатчиков. Функции, достоинства пирометров. Технические характеристики современных датчиков температуры отечественного производства.
курсовая работа [771,5 K], добавлен 15.12.2013Оцифровка приборов для измерения температуры. Структурная схема цифрового термометра. Преобразователь температура-частота. Генератор прямоугольных и секундных импульсов. Электронный счетчик импульсов. Использование операционного усилителя К574УД1Б.
курсовая работа [343,9 K], добавлен 07.01.2015Проектирование устройства измерения напряжения, температуры, генерирования звуков и реализация часов на микроконтроллере PIC 18F4520. Адресуемый универсальный синхронно-асинхронный приёмопередатчик (USART). Описание моделей с помощью языка ассемблер.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 25.04.2012Явления, происходящие в пьезоэлектрике. Пьезоэлектрические преобразователи: вилочные датчики для регулирования уровня жидкости; для измерения давления и виброскорости. Пьезоэлектрический преобразователь ламбда-зонд; глубиномеры микрометрические.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 05.12.2012Разновидности и описание уровнемеров: визуальные, поплавковые, гидростатические, электрические, радарные, волноводные, радиоизотопные. Методы измерения дальности. Импульсные радиодальномеры: следящие и не следящие. Обоснование выбора корпуса устройства.
дипломная работа [3,7 M], добавлен 09.08.2014Понятие расхода как количественной характеристики жидкости или газа, протекающего через сечение трубопровода в единицу времени. Классификация приборов, измеряющих расход. Новые методы измерения расхода жидкостей и газов. Сигнализаторы потока и протока.
презентация [459,5 K], добавлен 07.12.2012Выбор датчика температуры. Разработка структурной и функциональной схем измерительного канала. Основные технические характеристики усилителей. Настройка программного обеспечения. Оценка случайной погрешности. Классы точности измерительных приборов.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 19.11.2012Анализ области использования виброметра и принципов измерения вибрации. Изучение периодических, гармонических и импульсных колебаний. Характеристика пьезоэлектрических, емкостных и индукционных преобразователей. Алгоритм работы и структура датчика.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 13.09.2017Определение уровня сыпучих материалов с помощью уровнемера. Анализ объекта исследований, методов и приборов для измерения уровня. Выбор и описание конструкции прибора. Произведение математической обработки результатов, проверка однородности наблюдений.
курсовая работа [863,7 K], добавлен 30.11.2014
