Разработка измерительной системы уровня и концентрации жидкости

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАГСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

Курсовая работа по дисциплине «Технические измерения и приборы»

на тему «Разработка измерительной системы уровня и концентрации жидкости»

Выполнил: студент группы АП2−111-ОБ Плетнёв Р.И.

Воронеж 2013

• Задание на курсовой проект
• Введение
• 1. Описание физической сущности измеряемых технических параметров
• 2. Структурное моделирование измерительных каналов
• 3. Разработка схемы автоматизации измерительной системы
• 4. Выбор комплекса технических средств измерительной системы
• 5. Выбор передаточной функции и анализ характеристик средств измерений
• 6. Рекомендации по использованию разработанной измерительной системы
• Заключение
• Список используемой литературы

Задание на курсовой проект.

по дисциплине «Технические измерения и приборы»

на тему «Разработка измерительной системы уровня и концентрации жидкости»

Примерное содержание:

· Введение.

· Описание физической сущности измеряемых технических параметров.

· Структурное моделирование измерительных каналов.

· Разработка схемы автоматизации измерительной системы.

· Выбор комплекса технических средств измерительной системы.

· Выбор передаточной функции средств измерений.

· Анализ характеристик средств измерений.

· Рекомендации по использованию разработанной измерительной системы для технических процессов деревообрабатывающей отросли.

· Заключение.

· Список используемых источников.

автоматизация измерительный жидкость концентрация

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, открывая человеку действующие в природе закономерности.

Высокопроизводительная, экономическая и безопасная работа технологических процессов требует применения современных методов и средств измерения величин, характеризующих ход производственного процесса и состояния оборудования. Автоматический контроль является логически первой ступенью автоматизации, без успешного функционирования которых невозможно создание эффективных АСУ ТП.

Актуальность разработки измерительной системы уровня и концентрации жидкости. В данной курсовой работе для разработки используются датчики уровня и концентрации жидкости, регулятор и преобразователь сигналов.

Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль над уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах. Среди существующих разновидностей уровнемеров поплавковые являются наиболее простыми. Получили распространение поплавковые уровнемеры узкого и широкого диапазонов.

1. Описание физической сущности измеряемых технических параметров

Измерение уровня:

На предприятиях деревообрабатывающих производств одним из показателей при управлении оперативными запасами являются уровень измельчённых древесных материалов и вязких жидких продуктов в промежуточных резервуарах и емкостях.

При проектировании автоматических средств контроля уровня необходимо учитывать физико-механические свойства среды, заполняющей промежуточные емкости, — измельченной древесины и вязких жидкостей.

Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль над уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах. Кроме того, зная площадь любой емкости, по величине уровня можно определить количество вещества в ней. Часто по условиям технологического процесса нет необходимости в измерении уровня по всей высоте аппарата. В таких случаях применяют узкопредельные, но более точные уровнемеры. Особую группу составляют уровнемеры, используемые только для сигнализации предельных значений уровня.

Для измерения уровня жидкости применяют поплавковые, буйковые, гидростатические, ультразвуковые и акустические приборы, для измерения уровня жидкости и твердых сыпучих материалов — емкостные и радиоизотопные.

Концентрация — величина, характеризующая количественный состав жидкости.

Концентрацией раствора называют содержание вещества в единице объема воды, выраженное в процентах или в единицах массы (мг/л). В производственных условиях для непрерывного контроля концентрации растворов применяют специальные приборы, которые в зависимости от назначения и группы измеряемых веществ делятся на солемеры (определяют концентрацию растворов солей) и концентратомеры (определяют концентрацию растворов кислот и щелочей).

Для контроля водных растворов кислот, щелочей, отвердителей, электролитов и смол на производствах отрасли применяют приборы для измерения концентрации водородных ионов. Активностью ионов водорода в растворах определяется их кислотные и щелочные свойства.

2. Структурное моделирование измерительных каналов

· ПДУ-И — Поплавковый датчик уровня.

· DC-40x — Измеритель плотности и концентрации жидкости.

· ТРМ148 — Измеритель регулятор микропроцессорный.

· АС3-М — Автоматический преобразователь интерфейсов.

3. Разработка схемы автоматизации измерительной системы

4. Выбор комплекса технических средств измерительной системы

Поплавковые датчики уровня ПДУ-И

Магнитный поплавковый уровнемер конструктивно состоит из измерительного стержня и магнитного поплавка, перемещающегося вдоль стержня. Внутри стержня установлены герконы с шагом 1 геркон на10 мм длины. При изменении вертикального положения поплавка вдоль чувствительного стержня в результате подъема или спада уровня жидкости изменяется выходное сопротивление датчика, которое обрабатывается измерительной схемой и преобразуется в аналоговый токовый сигнал 4…20 мА. Таким образом, выходной сигнал аналогового уровнемера прямо пропорционален уровню жидкости. В качестве чувствительного элемента в датчиках используются магнитно-чувствительные герконы в герметичных пластиковых корпусах.

Таблица 1.

DC-40x — измеритель плотности и концентрации жидкостей в резервуарах для постоянных и единичных измерений в резервуарах

Индустриальный измеритель плотности и концентрации жидкостей DC-40x для непрерывных и единичных измерений жидкостей и сжиженного нефтяного и природного газа (СНГ и СПГ), предназначен для измерений в режиме реального времени, постоянного мониторинга и контроля в таких сферах применения, как нефтехимия, химическая и пищевая промышленность, металлургия, производство удобрений и др.

Области применения:

Наблюдения за плотностью, концентрацией и температурой в резервуарах для хранения или транспортировки жидкостей:

· Нефтепродукты, топливо, смазочные материалы, сжиженные углеводородные газы.

· Концентрированные кислоты и другие агрессивные химические вещества.

· Пищевая и молочная промышленности, напитки.

· Определение продуктов и их физических параметров.

· Исследования концентраций готовых растворов, а также в процессе растворения.

· Наблюдения за ходом реакций в химических реакторах.

· Перемешивание и введение добавок в резервуары.

· Производство удобрений.

· Любая другая промышленность, использующая в процессах жидкости и сжиженные газы.

Принцип действия:

Принцип действия прибора DC-40x основывается на резонансном методе измерений при помощи виброэлемента. В его основе изменения резонансной частоты датчика в зависимости от плотности измеряемой жидкости. При помощи фазовой модуляции возбуждающей частоты производится коррекция показаний плотности жидкости от ее вязкости. Прибор имеет встроенный канал измерения температуры, построенный с использованием прецизионных платиновых терморезисторов типа ПT-1000. Плотностные и температурные градуировочные коэффициенты определяются путем калибровки по эталонным жидкостям при определенной температуре и сохраняются во внутренней памяти приборов.

Преимущества приборов:

· Непрерывное наблюдение за плотностью и концентрацией в условиях процесса в режиме реального времени.

· Точные измерения плотности и концентрации жидкостей с вязкостью до 1200 сСт.

· Тщательная заводская калибровка и тестирование датчиков.

· Возможность работы в резервуарах под давлением.

· Возможность погружения сенсора на глубину до 30 метров.

· Отсутствие подвижных частей, электронная система управления.

· Возможность исполнения приборов по индивидуальным заказам и спецификациям.

· Работа во взрывоопасной, пожароопасной и опасной для здоровья человека среде.

· Работа при любых уровнях жидкости, больших давлениях, перемешивании и

· Турбулентности.

· Большой выбор установок и конфигураций стандартных продуктов.

Спецификации.

ТРМ148 — Измеритель регулятор микропроцессорный Назначение прибора:

Прибор предназначен для измерения и автоматического регулирования температуры (при использовании в качестве первичных преобразователей термометров сопротивления или термоэлектрических преобразователей), а также других физических параметров, значение которых первичными преобразователями (датчиками) может быть преобразовано в напряжение постоянного тока или унифицированный электрический сигнал постоянного тока. Информация о любом из измеренных физических параметров может отображаться в цифровом виде на встроенном индикаторе. Приборы могут быть использованы в системах контроля и регулирования производственными технологическими процессами в различных областях промышленности, в том числе подконтрольных Ростехнадзору, в сельском и коммунальном хозяйстве.

Основные функции прибора:

Прибор выполняет следующие основные функции:

— измерение физических параметров объекта, контролируемых входными первичными преобразователями;

— цифровая фильтрация измеренных параметров от промышленных импульсных помех;

— коррекция измеренных параметров для устранения погрешностей первичных преобразователей;

— вычисление значений параметров объекта по заданной формуле;

— отображение результатов измерений или вычислений на встроенном светодиодном четырехразрядном цифровом индикаторе;

— регулирование физической величины по ПИД или двухпозиционному закону;

— реализацию коррекции регулируемой физической величины в соответствии с задаваемыми графиками изменения в зависимости как от внешних параметров, так и/или от времени;

— регистрация измеренной или вычисленной физической величины;

— формирование аварийного сигнала при обнаружении неисправности первичных преобразователей с отображением его причины на цифровом индикаторе;

— формирование аварийного сигнала при выходе регулируемой величины за допустимые пределы;

— формирование аварийного сигнала при обнаружении неисправности исполнительного механизма (контроль LBA;

аварии);

— отображение заданных параметров регулирования на встроенном светодиодном цифровом индикаторе;

— передачу в сеть RS-485 текущих значений измеренных или вычисленных величин, а также выходного сигнала регулятора и параметров состояния объекта; и др.

Таблица 2. Характеристики прибора Автоматический преобразователь интерфейсов RS-232/RS-485 ОВЕН АС3-М Предназначен для взаимного преобразования сигналов интерфейсов RS-232 и RS-485. Позволяет подключать к промышленной информационной сети RS-485 устройство с интерфейсом RS-232 (персональный компьютер, считыватель штрих-кодов, электронные весы и т. д.)

5. Выбор передаточной функции и анализ характеристик средств измерений

Датчик уровня ПДУ-И является усилительным звеном с коэффициентом усиления k=0.006мА/мм (отношение выходного сигнала 4−20 мА к входному диапазону измерений уровня от 0 до 250…2000мм).

Статическая характеристика.

При поступлении сигнала на вход, сигнал на выходе пропорционально ему возрастанию в k раз.

Переходная характеристика.

При поступлении сигнала на вход, сигнал на выходе принимает постоянное значение после времени переходного процесса (t_п=0). В данном случае установившееся значение выходного сигнала равно 0.006.

АЧХ

В усилительном звене АЧХ равно коэффициенту усиления (0,006).

ФЧХ

В усилительном звене ФЧХ равно 0.

Датчик уровня DC-40x является усилительным звеном с коэффициентом усиления k=0.6мА* см3/ г (отношение выходного сигнала 4−20 мА к входному диапазону измерений коэффициента до 2000 кг/м3(до 2 г/см3)).

Статическая характеристика.

При поступлении сигнала на вход, сигнал на выходе пропорционально ему возрастанию в k раз.

Переходная характеристика.

При поступлении сигнала на вход, сигнал на выходе принимает постоянное значение после времени переходного процесса (t_п=0). В данном случае установившееся значение выходного сигнала равно 0.6.

АЧХ

В усилительном звене АЧХ равно коэффициенту усиления (0,6).

ФЧХ

В усилительном звене ФЧХ равно 0.

6. Рекомендации по использованию разработанной измерительной системы

В настоящее время операция измерения уровня является ключевой для организации контроля и управления технологическими процессами в химическом, нефтехимическом и нефтеперерабатывающем производствах, в пищевой промышленности, промышленности строительных материалов, в системах экологического мониторинга и во многих других отраслях.

На предприятиях деревообрабатывающих производств одним из показателей при управлении оперативными запасами являются уровень измельчённых древесных материалов и вязких жидких продуктов в промежуточных резервуарах и емкостях.

Для контроля водных растворов кислот, щелочей, отвердителей, электролитов и смол на производствах отрасли применяют приборы для измерения концентрации водородных ионов.

Нефтепродукты, топливо, смазочные материалы, сжиженные углеводородные газы. Концентрированные кислоты и другие агрессивные химические вещества. Пищевая и молочная промышленности, напитки. Определение продуктов и их физических параметров. Исследования концентраций готовых растворов, а также в процессе растворения. Наблюдения за ходом реакций в химических реакторах. Перемешивание и введение добавок в резервуары. Производство удобрений. Любая другая промышленность, использующая в процессах жидкости и сжиженные газы.

Заключение

В данном курсовом проекте были разработаны измерительные системы уровня и концентрации жидкости. Разработана схема автоматизации измерительной системы. Проанализированы характеристики (временная, статистическая, АЧХ, ФЧХ) средств измерения.

Выполнение данного проекта позволило:

— систематизировать и закрепить знания по разделам дисциплины;

— сформировать навыки логического моделирования поставленной задачи и способов ее разрешения;

— сформировать навыки анализа функционирования отдельных звеньев системы;

— сформировать навыки в выборе комплекса технических средств для ее реализации.

Список используемой литературы

1. Музалевский «Технические измерения и приборы в лесной промышленности».

2. Кулаков «Технические измерения и приборы в химической промышленности».