Изучение свойств емкостного уровнемера

Министерство образования и науки Украины Национальный технический университет

«Харьковский политехнический институт»

Кафедра приборов и методов неразрушающего контроля Изучение свойств емкостного уровнемера Харьков

Цель работы Целью работы является изучение установки для определения уровня непроводящих жидкостей на основе использования аналогового прибора с емкостным преобразователем.

1. Описание структурной схемы емкостного уровнемера

Рис. Схема емкостного уровнемера Задающий генератор выполнен на микросхеме Д1.1, вырабатывает импульсы, которые с помощью формирователя, собранного на микросхеме ДД1.2, преобразуются в сигнал «меандр».

Импульсы с помощью коммутатора, который выполнен на микросхеме ДА3.1, преобразуются в управляющий сигнал. Эти сигналы управляют коммутатором, который собран на микросхеме ДА1, он же подает на опорный конденсатор С0 импульсы, формируемые из выходного напряжения Uвых, а на измерительный конденсатор — импульсы, формируемые из опорного напряжения Uon.

На микросхеме ДА2 выполнен преобразователь заряда в напряжение, где разность зарядов на конденсаторе С0 и Сх преобразуется в импульсы напряжения.

В установившемся режиме работы:

i1 + i2 = 0;

i1 = q1/? = Cx? Uon/?; i2 = q2/? = C0Uвых/?

где i1 и і2 — токи, протекающие через измеряемую и опорную емкости Сх и С0;

? — время заряда конденсаторов;

q1 и q2 — заряды на емкостях Сх и С0.

Импульсы напряжения с выхода преобразователя заряда ДА2 накапливаются в дискретном интеграторе, выполненном на микросхемах ДА4 и ДА3.2. Синхронизация работы коммутаторов ДА1 и ДА3.2 обеспечивает детектирование выходного напряжения преобразователя заряда и его интегрирование.

На микросхеме ДА5 собран масштабный усилитель, нагрузкой которого служит измерительный прибор — микроамперметр мА (100 мА).

В схеме, предусмотрены устройства для установки «нуля» прибора, максимальных показаний измерителя и другие элементы. Схема содержит также двухполярный стабилизированный источник питания, собранный на микросхеме ДА6.

2. Таблицы данных наблюдений и расчетов Таблица 1

Таблица 3

Таблица 2

3. Определение уровня жидкости аналоговым емкостным измерителем Описанный емкостной измеритель уровня имеет линейную функцию преобразования, которая записывается в таком виде:

где I — ток микроамперметра;

N — коэффициент, характеризующий чувствительность прибора;

l — текущее значение уровня.

Порядок выполнения опыта следующий. Установить заданный преподавателем режим работы измерителя .

2 режим — режим наполнения объема емкостного датчика при нулевом начальном уровне.

После этого по заданному преподавателем шагу (шаг = 20мм) перемещения уровня жидкости снять показания микроамперметра для фиксированных положений уровней жидкости. Следует иметь ввиду, что в силу вязкости трансформаторного масла всякий раз при переходе с одного уровня на другой необходимо выждать определенное время до установления стрелки микроамперметра в фиксированное положение. Результаты измерений свести в таблицу 1.

Величины N находят из выражения (1). Значения Nx определяют по формуле:

После этого найти средние значения Nср и Nxср и записать аналитические функции преобразования I=f (l) и I=f (x).

По данным таблицы 1 построить графики функций преобразования I=f (l) и I=f (x) (рис. 1 и рис.2).

4. Определение чувствительности измерителя к изменению уровня

жидкости Абсолютная чувствительность прибора определяется по формулам:

Относительная чувствительность прибора к изменению уровня жидкости определяется по формулам:

Использую данные таблицы 1 и формулы (3) — (6) рассчитать значения абсолютных и относительных значений чувствительностей прибора к изменению уровня жидкости.

Результаты расчетов свести в таблицу 2.

Относительные отклонения итекущих чувствительностей от средних значений находят по формулам:

Величины и характеризуют нестабильности значений коэффициентов преобразования прибора.

По данным таблицы 2 построить графики зависимостей:

,

и (рис. 3, рис 4, рис. 5, рис. 6)

5. Оценка погрешностей измерения уровня жидкости Формула для оценки погрешностей измерения уровня жидкости аналоговым прибором с емкостным преобразователем получена при найденных в эксперименте функциях преобразования по методике расчета погрешностей косвенных измерений. При этом для указанного режима работы установки эта формула имеет вид при доверительной вероятности 0,95:

Для второго режима C=1

где — приведенная погрешность прибора (класс точности);

Imax — максимальное значение шкалы прибора; Imax=100 (мкА) Относительные погрешности определения параметра N находятся из выражения

Величина рассчитывается по формуле:

где — абсолютная погрешность измерения уровня механическим указателем — стрелкой: =0,5 (мм) Численные значения погрешностей и принимаются для всех режимов равным (0,2−0,3)% (т.е. характерным значением погрешностей, вызванных нестабильностью напряжений).

Результаты расчетов погрешностей измерения уровня свести в таблицу 3.

По данным таблицы 3 построить графики функций и (рис. 7 и рис. 8)

6. Графики и диаграммы уравнемер уровень жидкость погрешность

Выводы В ходе данной лабораторной работы я изучил установку для определения уровня непроводящих жидкостей на основе использования аналогового прибора с емкостным преобразователем.