Разработка системы автоматического контроля уровня сыпучих материалов в цилиндрическом резервуаре (стр. 1 из 15)

Дипломная работа

Разработка системы автоматического контроля уровня сыпучих материалов в цилиндрическом резервуаре

Реферат

Дипломный проект 127 с., 33 рис., 11 табл., 23 источника, 1 прил.

УЛЬТРАЗВУК, УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ, ТЕРМОДАТЧИК, 1-Wire, ИМПУЛЬС, ГЕНЕРАТОР.

Объектом разработки является система, измеряющая уровень сыпучих материалов при помощи излучения и приёма отражённого ультразвукового сигнала.

Целью настоящей разработки является проектирование системы, выбор схемы прибора, написание для него программного обеспечения. А также, обеспечение лёгкости в эксплуатации этого прибора.

В процессе проектирования системы проводилась настройка аналоговой части устройства. Обработка данных была симулирована в специализированной программе компьютера по разработке программного обеспечения для AVR микроконтроллеров.

Данная система контроля имеет широкий круг применения в промышленности и быту. Имеет нейтральное воздействие на исследуемый материал и пожаробезопасен.

Пояснительная записка к дипломному проекту выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2007.

Abstract

The degree project 127 with., 33 fig., 11 tab., 23 sources, 1 enc.

ULTRASOUND, ULTRASONIC FLUCTUATIONS, THERMODE, 1-Wire, THE IMPULSE, THE GENERATOR.

Object of development is the system measuring a level of loose materials by means of radiation and reception of the reflected ultrasonic signal.

The purpose of the present development is designing system, a choice of a circuitry of the instrument, a writing for it the software. And also, maintenance of ease in operation of this device.

During designing system adjustment of an analog part of the device was spent. Data processing has been feigned in the specialized program of a computer on development of the software for AVR microcontrollers.

The given monitoring system has the broad audience of application in the industry and a life. Has neutral influence on an investigated material and it is fireproof.

The explanatory note to the degree project is executed in text editor Microsoft Word 2007.

1. Введение

Управление технологическими процессами во многих отраслях промышленности связан с измерениями уровня жидкости или сыпучих материалов в тех или иных резервуарах, цистерн и т.д. Современные системы автоматизации производства требуют статистических и информационных данных, позволяющие оценить затраты, предотвратить убытки, оптимизировать управление производственным процессом, повысить эффективность использования сырья (расходомеры). Это постоянно возрастающий спрос на информацию приводит к необходимости применения в системах контроля не простых сигнализаторов, а средств, обеспечивающих непрерывное измерение.

В последнее время контроль за уровнем жидких продуктов в технологических емкостях приобрёл особо важное значение с точки зрения обеспечения безопасности производства и точного автоматизированного учёта ресурсов и материалов. Для решения этой задачи перспективным является использование уровнемеров. К приборам для измерения уровня заполнения ёмкостей и сосудов предъявляются различные требования: в одних случаях требуется только сигнализировать о достижении определённого предельного значения, в других необходимо проводить непрерывное измерение уровня заполнения. Существует широкая номенклатура средств измерения уровня, использующих различные физические методы. Наибольшее распространение получили локационные ультразвуковые и радиолокационные уровнемеры, обеспечивающие наилучшие точностные характеристики. При выборе уровнемера необходимо учитывать такие химические и физические свойства контролируемой среды, как температура, влажность (для воздуха), вязкость, сыпучесть, электрическая проводимость и др.

Однако, применение ультразвука не ограничивается уровнемерами и расходомерами, он также очень широко применяется в медицине для выявления различных заболеваний и отклонений размеров, функций каких – либо органов и частей организма; для сварки полимеров и др. Но «медицинский» ультразвук высокочастотный (до 10МГц), в отличие от промышленного ультразвука (обычно от 30 кГц до 500 кГц).

В нашем случае рассматривается только промышленный ультразвук. Ультразвуком также «просвечивают» сварные швы труб различных трубопроводов на выявление дефектов в швах, так как этот метод контроля, в отличие от рентгеновского метода, безопасный. Но зачастую для выявления микротрещин на поверхностях труб применяют магнитный метод, основанный на намагничивании трубы и просмотр магнитного поля на его изменения, где присутствуют микротрещины.

Ультразвук также применяется на автомобилях для измерения расстояния до соседних автомобилей в потоке машин, а также при парковке автомобиля для безопасности маневрирования.

При необходимости измерения плотности или вязкости жидкостей также применяется ультразвуковой метод. Так как при разных плотностях жидкости скорость распространения звука разная, что является информационным параметром. Здесь измеряется время между испускающими импульсами и приёмными, при известной длине или высоте ёмкости, в которой находится жидкость.

2. Основные методы непрерывного измерения уровня

Приборы для непрерывного контроля уровня жидких и сыпучих материалов создаются с применением различных физических принципов и методов измерения (таблица 2.1).

Таблица 2.1 – Методы непрерывного измерения уровня

Метод	Непрерывное измерение
	Жидкости	Сыпучихматериалов
Гидростатический	да	Нет
Ультразвуковой	да	Да
С использованием погружных зондов	да	Нет
Кондуктивный	да	Нет
Емкостной	да	Нет

2.1 Гидростатический метод

Данный метод измерения уровня основан на определении гидростатического давления, оказываемого жидкостью на дно резервуара. Величина гидростатического давления на дно резервуара зависит от высоты столба жидкости над измерительным прибором (h) и от плотности жидкости (ρ):

соответственно , где g = 9,8 м/c2 (это справедливо только для неподвижных жидкостей).

Пьезорезистивный тензодатчик (или ёмкостной керамический измерительный преобразователь, который не заполнен усредняющем давление веществом) связан с жидкостью через изолирующую мембрану из нержавеющей стали и вещество, усредняющее давление. Выходной сигнал тензодатчика преобразуется формирователем в сигнал, соответствующий уровню жидкости.

Пена, отложения, изменения электрических свойств жидкости и форма резервуара не оказывают влияния на результат измерения при реализации гидростатического метода.

Достоинства:

точность измерения;

применим для загрязнённых жидкостей;

реализация метода не предполагает передвижение резервуара;

соответствующее оборудование не нуждается в сложном техническом обслуживании.

Недостатки:

движение жидкости вызывает изменение давления и приводит к ошибкам измерения уровня (давление относительно плоскости отсчёта зависит от скорости потока жидкости – следствие закона Бернулли);

атмосферное давление должно быть скомпенсировано;

изменение плотности жидкости может быть причиной ошибки измерения.

2.2 Метод с использованием погруженных зондов

Принцип работы этих зондов основан на следующем: постоянный магнит, смонтированный на поплавке зонда, вызывает срабатывание герметизированных контактов, установленных на направляющей трубе. При срабатывании эти контакты включаются между последовательно включёнными резисторами внутри направляющей трубы: таким образом, при перемещениях поплавка общее значение сопротивление изменяется квазинепрерывно, в зависимости от разрешающей способности зонда. Точность измерения не зависит от свойств среды, а также от давления, температуры и плотности.

Достоинства:

простой принцип действия;

несложный монтаж;

не нуждаются в сколь – нибудь значительном обслуживании;

не требуется регулировка в месте установки.

Недостатки:

подъёмная сила зависит от размера поплавка;

фактическое положение уровня, соответствующее точке

срабатывания;

можно использовать только в очищенных жидкостях [4].

2.3 Кондуктивный метод

Этот метод основан на измерении силы тока. При пустом резервуаре сопротивление между двумя электродами бесконечно велико; при погружении концов электродов в проводящую среду сопротивление уменьшается соответственно величине её проводимости. Область применения метода распространяется исключительно только на контроль уровня проводящих жидкостей. Следовательно, уровень сыпучих или вязких материалов измерять указанным методом нельзя. Необходимо наличие у контролируемого вещества определённой минимальной проводимости, чтобы при измерении уровня кондуктометрическим методом можно было получить различимый сигнал изменения тока.

Настоящий метод применяют главным образом для измерения предельного уровня в цистернах, баках и паровых котлах. Воспламеняющиеся жидкости, такие как различные виды топлива, масла и растворители, являются диэлектриками, поэтому этот метод неприменим в отличие от кислот и щелочных растворов, содержащих воду и являющихся проводниками.

При реализации кондуктометрического метода два электрода устанавливаются выше поверхности проводящей жидкости, уровень которой контролируется. Когда жидкость достигает той точки, где оба электрода контактируют с жидкостью, электрический ток вызывает срабатывание реле.

На основе данного метода может быть легко реализовано определение не только предельного, но и межфазного уровня; например, достаточно просто выявить границу между водой и непроводящей жидкостью.

Достоинства:

простота и прочность;

отсутствие движущихся механических частей;

нечувствительны к турбулентности;

простая регулировка и обслуживание;

технологическим процессом допускаются высокая температура и

давление.

Недостатки:

непригодны для клейких веществ и диэлектриков;