Система контроля уровня жидких сред в герметичных резервуарах

• Автор: Сорокин, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Анализ методов измерения объема в закрытых
резервуарах
1.1. Методы измерения объема
1.2. Измерение уровня жидкостей в закрытых резервуарах
1.3. Совмещенные методы измерения уровня жидких веществ
ГЛАВА 2. Расчет акустического поля при излучении с криволинейной поверхности
2.1. Обзор методов расчета акустического поля на поверхности излучателя
2.2. Особенности формирования акустического поля в резервуарах с произвольной кривизной стенок
2.3. Исследование датчиков
2.3.1. Ударное возбуждение
2.3.2. Возбуждение радиоимпульсом
2.3.3. Прохождение ультразвукового импульса через плоский слой
2.3.4. Прохождение ультразвукового импульса через криволинейную поверхность
2.4. Диаграмма направленности излучающей поверхности внутри резервуара в гомогенной жидкостной среде с учетом кривизны стенок
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 3. Методы обработки акустических сигналов
3.1. Анализ погрешностей акустических сигналов
3.2. Использование двух компараторов для компенсации погрешности определения момента прихода радиоимпульса
3.3. Определение временного положения акустического импульса методом аппроксимации огибающей сигнала степенным полиномом второй степени
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКИХ СРЕД В РЕЗЕРВУАРАХ
4.1. Структурная схема измерительного комплекса
4.2. Структурная схема Измерительного Контроллера
4.3. Ультразвуковая система
4.4. Манометрическая система
4.5. Система передачи данных в персональный компьютер
4.6. Алгоритм обработки информации
4.7. Программа ввода данных
4.8. Визуализация полученных данных, интерфейс пользователя
4.9. Программа анализа работы управляющего контроллера и учета пива „
4.10. Инструменты
ВЫВОДЫ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Во многих отраслях промышленности очень широко используются герметичные резервуары для хранения готовой продукции. Часто это токсичные, химически активные жидкости или пищевые продукты. Особенности этих веществ таковы, что безопасно с ними контактировать может ограниченное число материалов. Существует большое количество различных методов, при помощи которых возможно определение уровня жидкости в резервуаре [1]. Большая часть методов подразумевает помещение датчиков измерения уровня во внутреннее пространство резервуара. Для некоторых методов измерения уровня необходим физический контакт контролируемой среды с датчиком. Во многих случаях эти методы и средства не реализуемы. Существующие на сегодняшний день методы измерения объема продукции, основанные на использовании расходомеров и счетчиков количества, имеют невысокую точность, в лучшем случае доли процента, и позволяют измерить объем только во время перекачки продукции. Потери, обусловленные погрешностью измерения, значительно превышают стоимость приборов учета объема продукции, находящейся в герметичных резервуарах. Поэтому задачи последующего повышения эффективности ультразвукового метода, в частности точности, актуальны и по сей день. Перспективы повышения точности измерений в основном обеспечиваются в особенностях метода измерения и технологии производства приборов, реализующих этот метод.
Вопрос количественного учета продукции, находящейся в герметично закрытых резервуарах для современной промышленности очень актуален. Контроль и мониторинг за количеством продукции в закрытых резервуарах позволяет снизить как непроизводственные потери (хищения), так и производственные - протечки, переливы, не настроенные дозаторы и т.п. Известно большое количество систем контроля, позволяющих получить информацию об уровне
заполнения резервуара той или иной жидкостью. В своем большинстве эти сис-

дегида, уксусной, янтарной, лимонной и молочной кислот, диацетила, ацетоина, высших спиртов. В процессе брожения выделяется углекислый газ, который, растворяясь в пиве, тормозит процесс брожения. Кроме того, на определенном этапе производится принудительная карбонизация пива, вызывающая окончательную остановку процесса брожения. Карбонизация - насыщение пива углекислым газом - используется для консервации пива и сохранения его вкусовых качеств на длительное время. Все ингредиенты, входящие в состав пива, по-разному изменяют плотность пива, а соответственно, и скорость распространения ультразвука в нем: одни ингредиенты уменьшают скорость, например спирт, другие увеличивают. Наличие большого количества углекислого газа, растворенного в пиве, приводит к качественным изменениям состояния пива: при резких изменениях давления, пиво переходит в пенное состояние. Такое часто случается в процессе перекачки пива из бродильного цеха в форфасный. Перекачка пива осуществляется мощным насосом с производительностью 14 тонн в час. Объем танка 20 кубических метров. Если вовремя не остановить насос, то при полной загрузке танка происходит гидравлический удар, давлением выбивается технологический люк и почти все пиво выливается на пол. Поэтому при заполнении танка на 9/10 объема, скорость плавно снижают до 0. Но иногда это делается слишком быстро, что приводит к разрежению, и перенасыщенный углекислотой раствор пива меняет свое агрегатное состояние, переходя из жидкой фазы в состояние пены. Продемонстрировать это достаточно просто, достаточно пару раз энергично встряхнуть бутылку с пивом, а затем открыть пробку. Пиво как бы «вскипит». Для ультразвуковых волн пенное состояние представляет собой непреодолимую преграду, и ультразвуковой уровнемер перестает работать. Для решения данной проблемы необходимо введение дополнительного канала измерения уровня, для которого изменение агрегатного состояния не является препятствием. Например, измерить уровень жидкости в танке можно при помощи 2 манометров. Если один из них укрепить внизу танка, а второй наверху, то разница давлений в показаниях манометров даст уро-