Ознакомление с принципом действия, конструкцией, назначением и характеристиками уровнемеров жидких сред

Цель работы: ознакомление с принципом действия, конструкцией» назначением я характеристиками уровнемеров жидких сред.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Преобразователи уровня жидких сред используются в систе­мах управления и регулирования для ведения технологических процессов. С помощью уровнемеров определяют величины различ­ных параметров: количество среды, расход, давление н т.д. Так как уровнемеры являются элементом CAP или САУ. они долж­ны быть сопрягаемы с другими элементами системы и удовлетво­рять по виду и параметру выходного сигнала, точности измере­ния и надежности.

Одними из наиболее применимыми в настоящее время явля­ются механоэлектрические и оптические уровнемеры.

В качестве чувствительных элементов в механоэлектричес­ких уровнемерах /МЭУ/ наиболее часто применяют поплавковые ус­тройства, при работе которых могут быть получены достаточные для приведения в действие последующих звеньев местного указа­теля и дистанционной электрической передачи показаний на пульт оператора. Кроме этого, надо отметить конструктивную простату МЭУ, небольшой вес и габариты, возможность питания постоянным и переменным током, высокую точность измерения. В качестве элемента, преобразующего входной сигнал /уровень жидкой среды или перемещение поплавка/, в выходной электрический сигнал в МЭУ чаще всего используются индуктивные датчики. Принцип дей­ствия индуктивных датчиков основан на изменении индуктивности системы под воздействием входной величины /перемещение, уси­лия/, следствием этого является изменение выходного тока /нап­ряжения/.

Принцип действия оптических уровнемеров /ОЗУ/ основан на явлении поглощения, преломления, фокусирования. отражения, поляризации н рассеивания лучисто, энергии средой, уровень ко­торой контролируется. Этот класс уровнемеров отличает надежность конструкции, удобство эксплуатации, дистанционное управле­ние и измерение» Кроме этого, ОЗУ используют для измерения жидких агрессивных сред, используют в расходомерных установках и как сигнализатора уровней.                                   

Рис. I» Схема экспериментальной установки для исследования характеристик МЭУ

Рис. 2. Схема включения индуктивного датчика

Рис. 3. Схема погружения поплавка МЭУ

ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Схема лабораторного стенда, предназначенная для исследо­вания характеристик МЭУ, представлена на рис.1. В бак 3 за­ливается жидкая среда 2, на поверхности которой размещен поплавок 1. Поплавок 1 имеет жесткую связь  с подвижным серде­чником соленоидного одинарного индуктивного датчика 5. Катушка индуктивного датчика запитывается через трансформатор 6 от сети переменного напряжения. Изменение индуктивности датчика при изменении положения сердечника, а, следовательно, при изменении уровня жидкости, фиксируется микроамперметром 7. Этот прибор может быть отградуирован в единицах уровня жидко­сти в баке.

Обмотка индуктивного датчика выполнена медным проводом диаметром 1 мм. число витков 20000; сердечник датчика диаме­тром 3 мм и длиной 10 мм выполнен из стали.

Схема включения индуктивного датчика приведена на рис. 2. На рис.3 приведена схема погружения поплавка МЭУ в рабочую жидкость. Поплавок 1 выполнен из пористого полиэтилена сечением 0,0011 м; в качестве изоляции поплавка 1 от рабочей жид­кости 2 используется лакоткань.

На рис. 4 подставлена схема лабораторной установки по исследованию оптического уровнемера /ОЗУ/. Сосуд 1 заполняется непрозрачной жидкостью 2, уровень которой необходимо изме­рить. На стенки этого прозрачного сосуда прикрепляются два фото резистора типа СФ2-2. Фоторезистор 3 предназначен для из­мерения нижнего уровня, а фото резистор 4–для измерения вер­хнего уровня. Работу фоторезисторов обеспечивает электрическая схема 5. Время наполнения жидкости от нижнего фоторезистора 3 до 4 фиксируется секундомером 6.

Рис. 4. Схема эксперимвнталъной установки для исследований характеристик ОЗУ .

На рис.5 показана электрическая схема включения фоторези­сторов и включения сигнализации. Устройство состоит из 2 фото­реле , собранных на транзисторах VТ1, VT2 , VТ3 , VT4. В фотореле верхнего уровня уменьшение сопротивления фоторезисто­ра R3 приводит к уменьшению потенциала базы транзистора VT1 относительно его эмиттера, вследствие чего VT1 перекрывается, ток через его коллектор уменьшается, падение напряжения между эмиттером и его коллектором увеличивается. Это приводят к увеличению базового тока транзистора VТ2, а следовательно, VT 2 открывается, ток через сопротивление R7 увеличивается. 

В связи с этим возрастает напряжение на R 7 и еще более уменьшается напряжение на переходе база-эмиттер транзис­тора VT1, тем самым больше закрывая его. Т.о. в фотореле применен триггер на двух транзисторах с сильной положитель­ной обратной связью. Этот триггер имеет два устойчивых сос­тояния, точку перехода из одного положения в другое этого триггера подстраивает переменным сопротивлением R 2. Нагруз­кой триггера является реле KI типа РЭС-10.

 Аналогичным образом работает триггер на транзисторах VT3 и VТ4. Только при увеличении светового потока, падавше­го на фоторезистор R4, транзистор VТ3 открывается, а VT4закрывается и наоборот.

Если сосуд не заполнен  жидкостью, то фоторезисторы R 3 и R 4 освещены. В этом случае транзисторы VT1 и VT4 закры­ты, а VT2 и VT3 открыты. Реле KI включено, а реле К2 выклю­чено. Цепь исполнительного устройства разомкнута.

Жидкость, поступающая в сосуд, затеняет фоторезистор VT3 и он закрывается, а VT4 -открывается. Реле К2 включается и цепь исполнительного устройства замыкается. Начинается отс­чет времени наполнения жидкости. При достижении жидкости верхнего уровня фоторезистор R3 затеняется. Открывается транзистор VТ1 и закрывается VТ2. Реле К2 срабатывает, тем самым размыкая цепь исполнительного устройства. Отчет времени прекращается и напряжение R6 возрастает до 30 В.

Стабилитроны VД5 и VД6 /рис.6/ открываются и узел на транзисторах VT5 и VT6 подает напряжение питания на схе­му звуковой индексации. Звуковой сигнализатор собран на тран­зисторах VT9 и VTI 0 по схеме усиления с положительной об­ратной связью, за счет которой осуществляется генерация звуковых колебаний в телефонном консуле. Мультивибратор на тран­зисторах VT7 и VT8 периодически прерывает,  питание звукового генератора на транзисторах VТ5 и VТ10.

Резистор в цепи эмиттера VT6 служит для гашения ниж­него напряжения. В результате на мультивибратор подается нап­ряжение 8,2 В, а конденсатор СЗ сглаживает пульсации. при   сливании жидкости все происходит в обратном порядке. Питают­ся оба фотореле от раздельных полупериодных выпрямителей

Рис.5. Схема включения фоторезисторов и сигнализации

/VД2, C1 и VД4, С2/. Избыточное напряжение гасится нa сопротивлвниях R 14, RI5 и R 16, R17.

-       ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении лабораторной работы необходимо выполнять общие правила техники безопасности:

- установку включать в сеть только после ознакомление с ее устройством и только по разрешению преподавателя;

- перед включением установки в сеть предупредить всех присутствующих членов бригады;

-при обнаружении неисправности /искрение, запах • т.д./ немедленно отключить установку от сети и сообщить преподавателю;

- категорически запрещается производить устранение неисправ­ности при включенном стенде;

- не допускать попадания рабочей жидкости на электрические соединения схемы;

- работать на установке разрешается в составе бригады не ме­нее двух студентов.                                     :

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ        '

I. Ознакомиться с лабораторной установкой, записать техничес­кие данные приборов, подготовить необходимые таблицы для записи результатов наблюдений.

2. Снять статическую характеристику индуктивного соленоидного  датчика и градировочную характеристику М9У:

- включить стенд в питающую цепь;

- из дополнительной емкости вливать в измерите дыши бак рабочую жидкость;

 - фиксировать изменение силы тока по миллиамперметру и записать в таблицу 1

Т а б л и ц а  1

l	мм
Iд	мА

Рис. 6

фиксировать изменение силы тока по миллиамперметру и перемещение поплавка постоянного напряжения /табл. 2/

             Таблица 2

lп, мм
I, мА

3. Отработать режим работы ОЗУ я режиме сигнализатора уровня, при этом, заливая в рабочий сосуд непрозрачную рабочую среду, зафиксировать срабатывание сигнализации.

4. Отработать режим работы ОЗУ в режиме измерения расхода.

 - подача рабочей жидкости осуществляется из мерной емкости, время заполнения фиксируется по электрическому секун­домеру, входящему в электрическую схему озу. Количество измерений должно быть не менее 7 и фиксироваться в табли­це З.

Таблица 3

T,с			^
Q,м3/с						- -.. '. :