Портативные электронно-акустические устройства измерения уровня жидких сред

• Автор: Борминский, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 206 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ИЗМРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

1Л Классификация устройств измерения уровня жидкости

1.2. Модификация конструкций акустических УИУЖ.

1.3 Теоретические проблемы построения электронноакустических УИУЖ и постановка

задачи исследований

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИЗА УИУЖ.

2Л Математическая модель волноводноакустических методов измерения.

2.2 Анализ влияния материала волновода, формы импульсов и параметров излучателя на условия распространения акустических сигналов .

2.3 Способ электронноакустического измерения уровня жидкости

Глава 3. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УИУЖ.

3.1 Основные погрешности УИУЖ
3.2 Дополнительные погрешности УИУЖ
Выводы9
Глава 4. КОНСТРУКТИВНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И СХЕМО
ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ УИУЖ
4.1 Выбор и технические характеристики элементной базы..
4.2 Схемотехника УИУЖ.
4.2.1 Установка для электронноакустических измерений.
4.2.2 УИУЖ Питон11 Ю
4.2.3 УИУЖ Питон2
4.2.4 УИУЖ Питон3
4.2.5 Алгоритмы микроконтроллеров.
Выводы.
Глава 5. Экспериментальные исследования и практическое использование электронноакустических УИУЖ.
5.1 Результаты исследований с помощью экспериментальной установки.
5.2 Анализ результатов измерений приборами Питон
Основные результаты и выводы
Список источников


Физические принципы функционирования емкостною уровнемера: I - бак с измеряемой жидкостью; 2 - жидкость; 3 - измеритель электрической емкости; 4 - электрод; Н -измеряемый уровень; Нр - высота резервуара; С - ёмкость между электродом и стенкой бака; к - коэффициент, зависящий от физических параметров бака и электрода; ? К преимуществам метода стоит отнести относительную простоту, отсутствие движущихся элементов, возможность работы практически в любых средах, в том числе и сыпучих. Точность измерений можно повысить путём размещения одного или нескольких датчиков диэлектрической проницаемости по высоте контролируемой емкости, что позволит учитывать реальную диэлектрическую проницаемость в среде, однако это приводит к дополнительному усложнению конструкции. Кондуктометрический метод измерения [] уровня жидкости отличается от ёмкостного тем, что производится измерение электрического сопротивления между электродом и баком, поэтому область применения кондуктометрических уровнемеров ограничивается только электропроводящими жидкостями. Благодаря простоте конструкции распространение получили кондуктометрические сигнализаторы уровня воды, классическое применение которых приведено на рисунке 1. Такая система применяется в водонапорных башнях: сигнализатор нижнего уровня включает, а верхнего выключает насос, закачивающий воду в бак, откуда производится потребление воды. Для того, чтобы исключить такие эффекты, как электролиз, в датчиках используются малые токи. Рисунок 1. Преимуществами метода являются простота и надежность конструкции. Кондуктометрические устройства функционируют только с электропроводными жидкостями, что ограничивает их применение. Радиоизотопный метод измерения [2] основан на измерении затухания гамма-излучения, проходящего через слой жидкости (рисунок 1. Гейгера в оконечный результат. Рисунок 1. Слабое гамма-излучение от источника, проникая через стенки сосуда и его внутреннюю полость, улавливается приемником. В счётчике Гейгера происходит ионизация заполняющего его газа. За счёт приложенного к электродам счётчика высокого потенциала возникает импульсный ток. При заполнении бака каким либо продуктом часть гамма-излучения поглощается последним, контроллер распознает изменение интенсивности потока гамма-излучения. При измерении уровня жидкости, как правило, поток гамма-излучения пропускается вертикально и горизонтально. Горизонтальный поток необходим для измерения затухания среды, находящейся в баке, а с помощью вертикального собственно и производят измерения. Основное преимущество способа заключается в отсутствии необходимости устанавливать внутрь бака различные системы, что позволяет измерять уровень жидкостей при больших давлениях и агрессивных сред. Недостатками являются применение источника гамма излучения с использованием цезия или кобальта, невозможность работы с толстыми металлическими стенками, небольшой диапазон измерений, а также стационарность метода. Верхняя зона* блокирования. Рисунок 1. Электромагнитный метод измерения [9, , , ] уровня основан на измерении времени распространения электромагнитной волны от прибора до границы сред и обратно. При известной скорости распространения импульса и измеренном временном интервале можно вычислить расстояние, пройденное импульсом. В таблице 1. Таблица 1. Время прохождения 0. Расстояние, с 0. НС . НС . Скорость распространения электромагнитной волны мало зависит от окружающих факторов []: плотности среды, температуры, влажности, давления, поэтому основным преимуществом способа является наивысшая точность среди всех методов измерения. Использующие электромагнитный принцип приборы измерения уровня могут иметь относительную погрешность порядка* 0,% и лучше []. Важным фактором в пользу метода является отсутствие прямого контакта прибора с жидкостью, что позволяет измерять уровень агрессивных сред, а также эксплуатировать прибор во взрывоопасных зонах. Недостатками являются крайне высокая цена устройства, поскольку в процессе работы требуется измерять нано и пикосекундные интервалы времени (см. Также электромагнитные измерители уровня работают только с жидкостями, диэлектрическая проницаемость которых более 1. Акустические методы измерения уровня жидкости подразделяются по принципу действия на две категории: и временные и частотно-резонансные. Временные уровнемеры используют .