Проектирование буйкового уровнемера для измерения уровня серной кислоты

Страницы работы

Фрагмент текста работы

нашем случае, буёк будет представлять полый стальной цилиндр, покрытый сверху фторлоном-3(так как необходимо измерять уровень агрессивной среды).

Рассчитаем основные характеристики буйка:

.Рис 3.2.Чувствительный элемент буйкового уровнемера.

На буёк находящийся в жидкости будут действовать сила тяжести и выталкивающая сила (сила Архимеда). Спроектируем их на ось Х.

Рис 3.3.Основные силы, действующие на буек, погруженный в жидкость.

G=FT – FA;

FT=mжg;

;

Для определения FT необходимо найти массу буйка. Зададимся размерами буйка:

НБ=1м;

dБ=0,04м.

Так как нам необходимо измерять уровень агрессивной среды(кислоты), то наш буёк будет покрыт фторлоном-3(). Толщина покрытия будет равна 1мм. Определим массу фторлона-3:

.

Внутренняя часть буйка будет изготовлена из стали().

Внутри буёк будет полым. Толщину стенки возьмём 2мм.

Определим массу стали:

.

кг.

G= mжg+  - статическая характеристика ПИП.

G=B-K0h;

B=2,87*9,8=28,1Н;

K0=.

G=28,1-17,2h;

Строим статическую характеристику ПИП.

Рис 3.4.Статическая характеристика чувствительного элемента.

Диапазон изменения усилия на рычаге будет составлять от 11,2Н до 28,1Н.

Рассчитаем чувствительность:

;

Динамическая характеристика ПИП.

Буйковые измерители уровня в динамическом отношении эквивалентны колебательным звеньям. Их передаточная функция выглядит следующим образом:

 ;

- перемещение буйка, м;

- изменение уровня жидкости, м;

T1,T2 – постоянные времени буйкового измерителя уровня, с;

K=1;

;

S- площадь поперечного сечения буйка;

m – приведённая масса буйка;

;

 - коэффициент вязкого трения;

;

Строим динамическую характеристику:

Рис 3.5.Динамическая характеристика чувствительного элемента.

Определим величину противовеса:

M1=M2;

;

l1=1,5м;

l3=2м;

;

Вес противовеса будет равен:

.

 

4. РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СИГНАЛА ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА.

Для преобразования изменения уровня в токовый сигнал используем преобразователь “сила-ток”.

Рис 4.1.Схема электрической системы передачи измерительной информации с преобразователем “сила-ток”.

В основу работы ПИП, оснащённых преобразователями “сила-ток”, положен принцип силовой компенсации. ПИП включает чувствительный элемент и преобразователь “сила-ток” .

Измеряемая величина h преобразуется чувствительным элементом  в усилие . Это усилие через рычаг 2 уравновешивается усилием обратной связи , развиваемым магнитоэлектрическим преобразовательным элементом. Магнитоэлектрический преобразовательный элемент состоит из стержневого постоянного магнита NS с П-образным магнитопроводом 3,в зазоре между постоянным магнитом NS и магниторповодом расположена круглая рамка 4, жестко закреплённая на рычаге 2. Обмотка рамки соединена с выходом электронного усилителя 7. Вход электронного усилителя соединён со вторичными обмотками L2 и L2’ индикатора перемещения 6 рычага 2. Индикатор перемещения выполнен в виде дифференциально-трансформаторного преобразователя, на первичную обмотку L1 которого подаётся питание с электронного усилителя.

При изменении значения h равновесие рычажной системы нарушается, что приводит к перемещению рычага и укреплённого на нём сердечника 5 из магнитомягкого материала. Перемещение сердечника преобразуется индикатором перемещения 6 в электрический сигнал , который поступает на вход электронного усилителя 7. Последний усиливает и преобразует  в ток Iвых , подаваемый в линию связи и на вход элемента обратной связи – магнитоэлектрического преобразовательного элемента. При протекании тока Iвых по катушке 4 магнитоэлектрического преобразовательного элемента формируется сила :

Rос=BnlIвых ,

B – магнитная индукция;

l – средняя длина витка катушки;

n – число витков катушки.

Перемещение рычага 2 под действием сил Rx и Roc происходит до тех пор пока не наступит равновесие :

;

В состоянии равновесия выходной сигнал преобразователя “сила-ток” связан с Rx зависимостью

 статическая характеристика преобразователя “сила-ток”

В свою очередь Rx=b-K0h следовательно

- коэффициент преобразования ПИП;

 - коэффициент преобразования чувствительного элемента;

;

Путём изменения коэффициента Кп можно изменять диапазон измерений преобразователя в пределах (10-20)%.

Для ПИП с диапазоном измерений hmin-hmax статическая характеристика имеет вид:

 , если диапазон изменения выходного сигнала 0-5 мА.

K0=17,2;

Kп=5;

;

Принимаем плечи l1=l2=1,5м.

Найдём значения B,l,n.

B=0,5Тл;

l=0,1м;

n=69.

Найдём значения Iвых при минимальном и максимальном значениях уровня:

;

.

Для получения унифицированного сигнала 05В воспользуемся следующей схемой на операционных усилителях:

 

Рис 4.2. Схема для получения унифицированного сигнала.

Rн = R2 =1кОм;

Uоп = -3,15В;

Uвых = 05В.

5. ВЫБОР ВТОРИЧНОГО ПРИБОРА ПО КАТАЛОГАМ ПиСА.

Для регистрации аналогового сигнала с выхода нормирующего

Похожие материалы

Информация о работе