Вопрос №10 Весы́ Назначение

Весы́ — устройство или прибор для определения массы тел (взвешивания) по действующему на них весу, приближённо считая его равным силе тяжести[1]. Вес тела может быть определён как через сравнение с весом эталонной массы (как в рычажных весах), так и через измерение этой силы через другие физические величины.

Классификация весов

Электронные весы для взвешивания мешков риса

Набор гирь для чашечных весов — разновес

Современные весы для взвешивания предметов малой массы

Согласно ГОСТ 29329-92[5] весы можно подразделить на следующие группы:

По области применения (эксплуатационному назначению):

вагонные; вагонеточные; автомобильные; монорельсовые; крановые; товарные; для взвешивания скота; элеваторные; для взвешивания молока; багажные; торговые; медицинские; почтовые.

По точности взвешивания:

среднего класса точности;

обычного класса точности.

По способу установки на месте эксплуатации:

встроенные; врезные; напольные; настольные; передвижные; подвесные; стационарные.

По виду уравновешивающего устройства:

электромеханические (электронные);

механические.

По виду грузоприемного устройства:

бункерные; монорельсовые; ковшовые; конвейерные; крюковые; платформенные.

По способу достижения положения равновесия:

с автоматическим уравновешиванием;

с полуавтоматическим уравновешиванием;

с неавтоматическим уравновешиванием.

В зависимости от вида отсчетного устройства:

с аналоговым отсчетным устройством;

с дискретным отсчетным устройством.

ГОСТ 24104-01, который описывает общие технические требования, предъявляемые к лабораторным весам, классифицирует их следующим образом:

По классу точности

специальный;

высокий;

средний.

Основные параметры весов

Наибольший предел взвешивания (НПВ) — верхняя граница предела взвешивания, определяющая наибольшую массу, измеряемую при одноразовом взвешивании.

Наименьший предел взвешивания (НмПВ) — нижняя граница предела взвешивания, определяется минимальным грузом, при одноразовом взвешивании которого относительная погрешность взвешивания не должна превышать допустимого значения.

Цена деления d — разность значений массы, соответствующих двум соседним отметкам шкалы весов с аналоговым отсчетным устройством, или значение массы, соответствующее дискретности отсчета цифровых весов.

Цена поверочного деления e — условная величина, выраженная в единицах массы, используемая при классификации весов и нормировании требований к ним.

Число поверочных делений n — значение НПВ/e.

Предельно допустимая погрешность измерений определяется ценой поверочного деления e. Обычно производитель весов гарантирует следующее соотношение: d = e. Чем ниже погрешность, тем выше точность измерений.

Дозатор — устройство для автоматического отмеривания (дозирования) заданной массы или объёма твёрдых сыпучих материалов , паст, жидкостей, газов.

Объёмные дозаторы

Применяют для дозирования газов, жидкостей, паст, реже твёрдых сыпучих материалов (см. Питатель). Дозы от долей см³ до сотен (тысяч для газов) м³, производительность от менее чем см³/ч до тысяч м³/ч (для газов десятков тысяч), погрешность от 0,5 до 10-20 %. Эти дозаторы просты по конструкции, достаточно надёжны. Недостатки: зависимость объёма дозы, от температуры и давления (особенно для газов), значительная погрешность при дозировании пенящихся сред. Дозаторы дискретного действия в простейшем случае состоят из одной калиброванной ёмкости, снабжённой датчиком уровня, двух клапанов на входе в ёмкость и выходе из неё (для повышения точности и производительности дозаторы могут иметь несколько разных по объёму ёмкостей) и блока управления — двухпозиционного автоматического регулятора. Погрешность до 1,5 %. Сравнительно низкую погрешность и габариты имеют дозаторы дискретного действия на основе объёмных счётчиков продукта (роторы — лопастные, с овальными шестернями, винтовые и др.). Угол поворота ротора, соответствующий объёму прошедшего продукта, преобразуется в сигнал, поступающий в блок управления, который вычисляет общий объем прошедшего продукта, сравнивает его с заданием и формирует сигнал на прекращение подачи продукта.

Массовые дозаторы

Применяют для дозирования жидкостей, паст, твёрдых сыпучих материалов (см. Питатель), реже газов. Дозы от долей см³ до сотен (тысяч для газов) м³, производительность от менее чем см³/ч до тысяч м³/ч (для газов десятков тысяч). Массовые дозаторы имеют значительные преимущества относительно других:

высокая точность дозирования, погрешность от 0,2 %

нет зависимости размера дозы от температуры и давления

малая погрешность при дозировании пенящихся сред

Массовые дозаторы главным образом строятся на базе массовых (кориолисовых) расходомеров, клапанов на входе и выходе и блока управления — чаще всего это контроллер, который получает сигнал от кориолисового расходомера о количестве прошедшего продукта, сравнивает его с заданием и формирует сигнал на прекращение подачи продукта. Основной недостаток массовых дозаторов — сравнительно высокая стоимость. Однако массовые дозаторы точны, надежны и полностью подходят к технологическим условиям, потому что как правило являются проектно-компонуемыми изделиями. Массовые дозаторы получили широкое применения во всех отраслях промышленности: от пищевой и фармацевтической до нефтегазовой и металлургической. Ставшие уже классическими применения массовых дозаторов: терминалы слива/налива нефтепродуктов, дозирование компонентов в процессе приготовления готового продукта в пищевой отрасли, фармацевтической, строительной, металлургической, химической отраслях.

Весовые дозаторы

Применяют для дозирования твёрдых сыпучих материалов, реже — жидкостей. Дозы от нескольких г до сотен кг, производительность от сотен до десятков т/ч, погрешность дозирования от 0,1 до 0,5 %. Из дозаторов дискретного действия бывают такие, в которых загружаемая ёмкость установлена на силоизмерительных преобразователях — тензометрических или платформенных весах. В открытых ёмкостях с жидкостями массу продукта при дозировании определяют по пропорциональной ей высоте слоя жидкости. В некоторых не отличающихся точностью дозаторах непрерывного действия регулируется скорость потока материала или площадь поперечного сечения его слоя. Дозируемый материал поступает на силоизмерительный транспортер. Вес материала на ленте, как полагают пропорционален производительности. Дозируемый материал поступает на силоизмерительный транспортер через питатель. Сигналы задания и расхода подаются в регулятор, который вырабатывает корректирующий сигнал на привод питателя, увеличивая или уменьшая скорость потока материала. Регулирование потока материала можно осуществлять также изменением скорости движения самого весоизмерительного транспортера. Существуют лотковые весовые дозаторы непрерывного действия. Их отличие от ленточных дозаторов заключается в том, что сыпучий материал из питателя подаётся на неподвижный лоток, закреплённый на тензометрическом датчике [2]. Преимущества такого дозатора в меньших габаритах и в отсутствии двигателя в конструкции лоткового расходомера.Одним из подвидов весового дозатора является Мультиголовочный дозатор. Его принцип работы основан на подборе комбинаций из нескольких бункеров для достижения заданного веса.

Вопрос №11 Термометры сопротивления

Назначение

Термометры сопротивления представляют собой бифилярно намотанную катушку из тонкого медного или платинового провода, размещённую в небольшом цилиндрическом корпусе (около Ф 4 х 20 мм), называемую чувствительным элементом. Для защиты от внешних повреждений и удобства подключения чувствительные элементы очень часто помещают в специальный корпус с боксом для подключения внешних проводников. Главное достоинство этих приборов - линейная нормированная (табличная) зависимость сопротивления от температуры, что позволяет легко производить замену датчиков и производить настройку цифровых термометров, используя только набор прецизионных резисторов, с сопротивлением, равным табличному значению сопротивления при выбранной температуре. Погрешность измерения в диапазоне температур от -200 град.С до +200 град.С не превышает 0,5 град.С , и , главное, показания достоверны. Термометры сопротивления выпускают с разными температурными характеристиками, называемыми градуировкой. Наиболее распространены медные термометры сопротивления градуировок 50М и 100М, которые указывают на сопротивление чувствительного элемента при 0 град.С.

Вопрос №12 Поляризованное электромагнитное реле

Назначение

Поляризованное электромагнитное реле отличается от нейтрального наличием постоянного магнита. В нем два магнитных потока: рабочий, создаваемый обмотками, по которым протекает ток, и поляризующий, создаваемый постоянным магнитом. Телеграфное поляризованное реле

Поляризованное реле состоит из стального сердечника (ярма) с двумя намагничивающими катушками, подвижного стального якоря, имеющего контакты слева и справа, двух подвижных контактов и постоянного магнита. Магнитный поток этого постоянного магнита Ф; проходит через якорь, а затем разветвляется: влево – Ф1 и вправо – Ф2 по ярму. В электромагнитном поляризованном реле имеются два независимых потока: Ф0, создаваемый магнитом, и рабочий (управляющий) поток Ф3, образованный катушкой электромагнита. Величина Ф0 остается постоянной, а Ф3 зависит от значения и направления тока в катушке, а также от величины воздушных зазоров между подвижным якорем и полюсами неподвижного сердечника. Изменением воздушных зазоров слева и справа изменяется сила тяги якоря.

Якорь этого реле может занимать три положения.

1. Если тока в обмотках электромагнита нет , якорь находится в нейтральном, среднем положении; так как это положение неустойчиво, якорь удерживается в нем специальными пружинами. Если снять пружины, то реле преобразуется в двухпозиционное.

2. При прохождении постоянного тока данного направления магнитный поток электромагнита Ф в одной части сердечника будет складываться с магнитным потоком постоянного магнита, а другой – вычитаться из него, поэтому якорь притягивается в ту или другую сторону и замыкает соответствующие контакты.

3. При изменении направления тока магнитные потоки будут складываться в другой части сердечника. Поляризованные реле обладают высокой чувствительностью, большим коэффициентом усиления и малым временем срабатывания, поэтому их применяют в схемах маломощной автоматики в тех случаях, когда требуется большая чувствительность или быстродействие.

Реле́ — электромагнитный аппарат (переключатель), предназначенный для коммутации электрических цепей (скачкообразного изменения выходных величин) при заданных изменениях электрических или не электрических входных величин. Широко используется в различных автоматических устройствах. Различают электрические, пневматические, температурные, механические виды реле, но наибольшее распространение получили электрические (электромагнитные) реле.

Основные части реле: электромагнит, якорь и переключатель. Электромагнит представляет собой электрический провод, намотанный на катушку с сердечником из магнитного материала. Якорь — пластина из магнитного материала, через толкатель управляющая контактами. При пропускании электрического тока через обмотку электромагнита возникающее магнитное поле притягивает к сердечнику якорь, который через толкатель смещает и тем самым переключает контакты. Переключатели могут быть замыкающими, размыкающими, переключающими.

У электромеханических реле есть ряд неоспоримых преимуществ по отношению к полупроводниковым.

• Большой диапазон коммутируемых токов и напряжений от микроамперов и микровольт до амперов и вольт.

• Низкое контактное сопротивление в замкнутом состоянии и высокое сопротивление изоляции в разомкнутом состоянии.

• Хорошие характеристики передачи сигналов.

• Устойчивость и надежность при эксплуатации в суровых условиях.

• Стойкость к электромагнитным помехам.

• Относительно низкая стоимость.

Вопрос №13 Реле́ вре́мени

Назначение

Реле́ вре́мени — реле, предназначенное для создания независимой выдержки времени и обеспечения определённой последовательности работы элементов схемы. Реле времени применяется в случаях, когда необходимо автоматически выполнить какое-то действие не сразу после появления управляющего сигнала, а через установленный промежуток времен

С электромагнитным замедлением

Реле времени с электромагнитным замедлением применяются только при постоянном токе. Помимо основной обмотки реле этой серии имеют дополнительную короткозамкнутую обмотку, состоящую из медной гильзы. При нарастании основного магнитного потока, он создает магнитный поток в дополнительной обмотке, который препятствует нарастанию основного магнитного потока. В итоге, результирующий магнитный поток увеличивается медленнее, время «трогания» якоря уменьшается, чем обеспечивается выдержка времени.

Этот вид реле времени обеспечивает выдержку времени при срабатывании от 0,07 с до 0,11 с, при отключении от 0,5 с до 1,4 с.

С пневматическим замедлением

Реле времени с пневматическим замедлением имеет специальное замедляющее устройство — пневматический демпфер, катаракт. Регулировка выдержки осуществляется изменением сечения отверстия для забора воздуха.

Этот тип реле времени обеспечивает выдержку времени от 0,4 до 180 с, с точностью срабатывания 10 % от уставки.С часовым или анкерным механизмом

Реле времени с часовым механизмом

Реле времени с анкерным или часовым механизмом работает за счёт пружины, которая заводится под действием электромагнита и контакты реле срабатывают только после того, как анкерный механизм отсчитает время, выставленное на шкале.

Этот тип реле времени обеспечивает выдержку времени от 0,1 до 20 с, с точностью срабатывания 10 % от уставки.

Моторные реле времени

Моторные реле времени предназначены для отсчета времени от 10 с до нескольких часов. Оно состоит из синхронного двигателя, редуктора, электромагнит для сцепления и расцепления двигателя с редуктором, контактов.

Электронные реле времени

Работа электронных реле времени основана на переходных процессах в разрядном контуре RC или RL.

Вопрос №14 Программное реле времени

Назначение

Программное реле времени предназначено для автоматического управления двумя независимыми электрическими цепями путем коммутации этих цепей по временным программам с повторяющимся суточным циклом. Задание программ осуществляется установкой шрифтов в соответствующие резьбовые отверстия программного диска. Условия эксплуатации реле:

* температура окружающего воздуха от минус 20 до плюс 50°С;

* относительная влажность до 80% при температуре 25°С.

Программа работы реле записывается с помощью органов управления, расположенных на лицевой поверхности. Реле имеют встроенный аккумулятор, который обеспечивает работу встроенных часов и автоматически подзаряжается при наличии сетевого питания. Энергонезависимая память сохраняет записанную программу неограниченно долго, даже при длительном отсутствии сетевого напряжения и разряде аккумулятора. Общие параметры программных реле времени

• Точность хода реле: 1,5 секунды в сутки при нормальной температуре;

• Реле имеют 2 независимых канала управления;

• Нагрузочная способность выходных контактов: до 10 А (220 В, 50 Гц) на активную нагрузку;

• Питание: сеть переменного тока 220 В, 50 Гц. Реле устойчиво работают в диапазоне напряжений сети 160...260 В, возможны исполнения на другие напряжения питания;

• Дискретность программы (минимальный интервал между командами): 1 мин;

• Время работы от встроенного аккумулятора без подзаряда: 1 месяц;

• Габариты корпуса: 92х90х56 мм;

• Масса: не более 0,25 кг;

• Диапазон рабочих температур: 1...40 °С;

• Крепление: на стене либо на DIN-рейке.

Вопрос №15 Магнитные системы промышленных устройств

Назначение

Магнитные системы промышленных устройств

Электромагнит грузоподъемного устройства

Магнитные удерживающие механизмы нашли широкое применение во многих промышленных

технологических установках для захвата грузоподъемными устройствами, фиксации на обрабатывающих станках, транспортировки изделий из ферромагнитных материалов. Для этих целей используются электромагниты постоянного или переменного тока, а также различные конструкции с постоянными магнитами с шунтированием магнитного потока или управлением импульсными токовыми катушками.

Электромагниты грузоподъемных устройств состоят из корпуса /, выполняющего функции магнитопровода и изготовленного из стали с высокой магнитной проницаемостью и высокой механической прочностью, катушки электромагнита 2, которая крепится герметично в корпусе при помощи немагнитной шайбы 3. Конструктивно электромагниты выпускают круглыми, вытянутыми, прямоугольными, многополюсными в зависимости от целевого назначения.

Удерживающее устройство с магнитным шунтированием

Для улучшения магнитного контакта с неровными поверхностями и увеличения силы притяжения полюса электромагнита снабжаются "плавающими" ферромагнитными башмаками. Исходными для расчета являются сила притяжения (грузоподъемность устройства), воздушный эквивалентный зазор между полюсами электромагнита и притягиваемой деталью, магнитные свойства детали. Так как в рабочем состоянии электромагнита потоки рассеяния невелики, то расчеты с достаточной точностью производятся с использованием эквивалентных схем магнитной цепи.

Удерживающее устройство на постоянных магнитах с использованием магнитного шунтирования для расцепления с грузом показано на рис. Оно состоит из неподвижного магнита 1, подвижного магнита 2 с магнитомягкими полюсами сегментной формы 3, магнитомягких полюсов 4 с сегментными проточками и рычага 5, которым производится поворот магнита 2. На рисунке изображено рабочее положение магнита 2. При повороте на 180° магнит 2 шунтирует поток магнита I и груз к полюсам не притягивается.

Вопрос №16 Электродинамический прибор

Электродинамический прибор, измерительный прибор, принцип действия которого основан на механическом взаимодействии двух проводников при протекании по ним электрического тока.Электродинамический приборсостоит из измерительного преобразователя, преобразующего измеряемую величину в переменный или постоянный ток, и измерительного механизма электродинамической системы (рис.). Наиболее распространеныЭлектродинамический приборс подвижной катушкой, внутри которой на оси со стрелкой расположена подвижная катушка. Вращающий момент на оси возникает в результате взаимодействия токов в обмотках катушек 1 и 2 и пропорционален произведению действующих значений этих токов. Уравновешивающий момент создаёт пружина, с которой связана ось. При равенстве моментов стрелка останавливается.Электродинамический прибор— наиболее точные электроизмерительные приборы, применяемые для определения действующих значений тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока. При последовательном соединении обмоток катушек угол поворота стрелки пропорционален квадрату измеряемой величины. Такое включение обмоток применяется вЭлектродинамический прибордля измерения напряжения и силы тока (вольтметры и амперметры). Электродинамические измерительные механизмы используют также для измерения мощности (ваттметры). При этом через неподвижную катушку пропускают ток, пропорциональный току, а через подвижную — ток, пропорциональный напряжению в измеряемой цепи. Показания прибора пропорциональны активному или реактивному значению электрической мощности. В случае исполнения электродинамических механизмов в виде логометров их применяют как частотомеры, фазометры и фарадометры.Электродинамический приборизготовляют главным образом переносными приборами высокой точности — классов 0,1; 0,2; 0,5. РазновидностьЭлектродинамический прибор— ферродинамический прибор, котором для усиления магнитного поля неподвижной катушки применяют магнитопровод из ферромагнитного материала. Такие приборы предназначаются для работы в условиях вибрации, тряски и ударов. Класс точности ферродинамических приборов 1,5 и 2,5.

Работа, основанная механизмом электродинамической системы – это взаимодействие магнитных полей токов, идущих в двух обмоткам, в которая одна из обмоток неподвижна, а другая может совершать обороты. Токовой обмоткой называют обмотку неподвижной катушки; её электрическое сопротивление мало; в цепь включается она последовательно. 

Сравнительно большим электрическим сопротивлением обладает обмотка подвижной катушки. Она в цепь включается параллельно и носит название обмотка напряжения. На момент включения прибора в цепь электрический ток идёт по обмоткам обеих катушек сразу. Взаимодействия магнитных полей токов катушек с обмоткой напряжения поворачивается на угол, значение которого пропорционально произведению токов, идущих в обмотках катушек. 

Одновременно может изменяться в обмотках лишь направление тока. В независимости от направления тока в цепи, катушка являющиеся подвижной, а стало быть, и указательная стрелка, поворачиваются только в одну сторону. Такой механизм электродинамической системы широко применяется в вольтметрах, амперметрах и ваттметрах. Так же наряду с механизмом электродинамической системы в измерительных приборах применяют механизмы ферродинамической системы. Их принцип работы механизмов систем одинаков. Ферродинамический механизм сконструирован с отличием, что его неподвижная обмотка установлена на магнитопроводе, отчего увеличивается чувствительность прибора. 

Главные достоинства приборов электродинамической системы: возможность измерить одним и тем же прибором переменные и постоянные токи, высокая точность. Недостатками таких приборов являются зависимость точности показаний от влияния внешних магнитных полей, особенно это относится к электродинамическому механизму, сравнительно малая устойчивость к перегрузкам, а также высокая стоимость. 

Вопрос №17 Работа, основанная механизмом

индукционной системы

Работа, основанная механизмом индукционной системы – взаимодействие магнитных полей, образуемых токами и идущих по двум обмоткам, с магнитным полем тока, индуцируемого в алюминиевом диске, установленным между этими обмотками. Как правило, механизмы индукционной системы используют в интегрирующих приборах. Из-за этого ось, на которой укреплен диск, через систему передач связывают не со стрелкой, а со счетным механизмом. В устройстве аналоговых счетчиков электрической энергии применён механизм индукционной системы. 

Мы все прекрасно помним и знаем, что при помощи счетчика электрической энергии определяют расход электроэнергии. Основные части счетчика электроэнергии – токовая обмотка, обмотка напряжения и алюминиевый диск. Внутри него выводы обмоток объединены с зажимами. Для подключения в цепь счетчика, его токовую обмотку присоединяют с электроприемниками последовательно, а обмотку напряжения – параллельно. 

В момент прохождения переменного тока по обмоткам счетчика в сердечниках обмоток образовываются переменные магнитные потоки. Они, пронизывая алюминиевый диск, индуцируют в нем вихревые токи. В итоге взаимодействия магнитных полей вихревых токов и магнитных полей сердечников в диске создается вращающий момент, который непосредственно действует на диск и вращает его. Более детальное рассмотрение указанных выше процессов физики и выполнение нужных расчетов определяют, что потребляемая электрическая энергия и частота вращения диска находятся в прямой пропорциональной зависимости. Следовательно, шкалу счетного механизма вполне возможно проградуировать в единицах электрической энергии. В приборах индукционной системы, в основном в счетчиках электроэнергии, успокоитель заключается в постоянном магните и алюминиевом диске.

18

Устройство.Приборы электростатической системы бывают двух разновидностей [2]: 1)  с изменяющейся площадью пластин; 2)  с изменяющимся расстоянием между пластинами (рис. 1.7): Обе разновидности имеют схожую конструкцию и состоят: – из системы параллельных неподвижных пластин 1; – стрелки 2; – оси 3; – секторообразной алюминиевой пластины 4. Остальные детали: подпятники, противодействующая пружина, балансные грузики, корректор, шкала, воздушный или магнитоиндукционный успокоитель подобны деталям приборов других систем.

 

Принцип действия.Перемещение подвижной части приборов этой системы происходит в результате взаимодействия электрически заряженных пластин (проводников), разделенных диэлектриками. При перемещении подвижной части изменяется ёмкость между пластинами вследствие изменения их площади или расстояния между ними.

В приборах с изменяющейся площадью пластинпри включении в измеряемую цепь неподвижные пластины заряжаются одноименными зарядами, а подвижная – зарядом противоположного знака. Под действием сил электрического поля подвижная пластина притягивается к неподвижным, поворачивается на оси и входит в зазор между ними, перемещая стрелку вдоль шкалы. Шкала прибора квадратична.

Приборы с изменяющимся расстоянием между пластинамисостоят из двух неподвижных пластин, одна из которых при измерениях заряжается положительно, а другая – отрицательно. Между ними размещается подвижная пластина, электрически соединенная с одной из неподвижных.

В результате взаимодействия подвижная пластина отталкивается от одной неподвижной пластины и притягивается к другой, перемещая ось и стрелку на угол .

Достоинства:

– пригодность для измерений в цепях переменного и постоянного токов;

– нечувствительность к изменению температуры окружающей среды;

– ничтожная потребляемая мощность;

– высокое входное сопротивление;

– широкий частотный диапазон;

– независимость показаний от формы кривой измеряемого напряжения (показания прибора соответствуют среднеквадратическому значению измеряемого напряжения).

Недостатки:

– нелинейность шкалы (квадратичная шкала);

– низкая чувствительность;

– невысокая точность;

– возможность пробоя между электродами;

– необходимость в экране.

Область применения.Приборы пригодны только для измерения напряжения (постоянное и переменное). Включаются в измеряемую цепь по схеме включения вольтметра. Применяют в высоковольтных маломощных цепях устройств проводной и радиосвязи.

Вопрос №18 Поплавковый метод изменения уровня.

Поплавковый магнитострикционный уровнемер РУПТ-А

При поплавковом методеиндикатором уровня служит поплавок. Для передачи информации от чувствительного элемента используются различные виды связи. Как правило, поплавок снабжен магнитом и заключен в измерительную трубу либо скользит по направляющему стержню. Магнит может влечь за собой ползунок реостата (как, например, в уровнемерах типаВМ-26 ). Изменение сопротивления преобразуется в электрический выходной сигнал, что дает помимо визуального контроля возможность дистанционной передачи показаний и включения в систему автоматизации.

Ряд поплавковых уровнемеров используют магнитострикционный эффект ( РУПТ-А, РУПТ-АМ, ДУУ2, ДУУ4 ). При этом направляющий поплавок стержень содержит волновод, заключенный в катушку, по которой подаются импульсы тока. Под действием магнитных полей тока и двигающегося магнита в волноводе возникают импульсы продольной деформации, распространяющиеся по волноводу и принимаемые пьезоэлементом вверху стержня. Прибор анализирует время распространения импульсов и преобразует его в выходные сигналы.

Герконовые уровнемеры (например, ПМП-062), содержат в теле направляющего стержня цепочку герконов, замыкаемых движущимся магнитом. Дискретность измерения уровня таких приборов – около 5 мм.

Важной характерной особенностью поплавковых уровнемеров, является высокая точность измерений (+/- 1…5 мм.) . Достаточно широка область применения этого метода. Метод явно неприменим только в средах, образующих налипание, отложение осадка на поплавок, а также коррозию поплавка и конструкции чувствительного элемента (ЧЭ). Температура рабочей среды: - 40…120 ºС, избыточное давление: до 2 МПа, для преобразователей с гибким ЧЭ - до 0,16 МПа. Плотность среды: 0,5..1,5 г/см3. Диапазон измерений – до 25 м. Поплавковый метод может с успехом применяться в случае пенящихся жидкостей. Типичным применением поплавковых уровнемеров является измерение уровня топлива, масел, легких нефтепродуктов в относительно небольших емкостях и цистернах в процессе коммерческого учета.

Вопрос №19 Манометрический метод

Измерение уровня гидростатическими уровнемерами сводится к измерению гидростатического давления Р, создаваемого столбом h жидкости постоянной плотности ?, согласно равенству:

P= ?gh

(7.10)

Измерение гидростатического давления осуществляется:

·                 манометром, подключаемым на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня;

·                 дифференциальным манометром, подключаемым к резервуару на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня, и к газовому пространству над жидкостью;

·                 измерением давления газа (воздуха), прокачиваемого по трубке, опущенной в заполняющую резервуар жидкость на фиксированное расстояние.

На рисунке 7.5, а приведена схема измерения уровня манометром. Применяемый для этих целей манометр 1 может быть любого типа с соответствующими пределами измерений, определяемыми зависимостью (7.10). Измерение гидростатического давления манометром может быть осуществлено и по схеме, приведенной на рисунке 7.5, б. Согласно данной схеме о значении измеряемого уровня судят по давлению воздуха, заполняющего манометрическую систему.

Рисунок 7.5 — Схемы измерения уровня манометрами

В нижней части  манометрической системы расположен колокол 2, отверстие которого перекрыто тонкой эластичной мембраной 1, а в верхней — манометр 3. Применение эластичной мембраны исключает растворение воздуха в жидкости, однако вводит погрешность в определение уровня из-за упругости мембраны. Преимуществом данной схемы измерения гидростатического давления является независимость показаний манометра от его расположения относительно уровня жидкости в резервуаре.

При измерении уровня по рассмотренным схемам имеют место погрешности измерения, определяемые классом точности манометров и изменениями плотности жидкости.

Измерение гидростатического давления манометрами целесообразно в резервуарах, работающих при атмосферном давлении. В противном случае, показания манометра складываются из гидростатического и избыточного давлений.

В тех случаях, когда манометрический способ измерения уровня оказывается неэффективным, применяютсядифференциальные манометры. С помощью дифференциальных манометров возможно также измерение уровня жидкости в открытых резервуарах, уровня раздела фаз и уровня раздела жидкостей.

В зависимости от требований, предъявляемых к автоматизации технологических процессов, применяют различные типы дифманометров. Если нет необходимости в дистанционной передаче показаний уровня, применяют дифманометры с непосредственным отсчетным устройством. Эти дифманометры могут быть снабжены контактным устройством для сигнализации предельных значений уровня. Для дистанционного измерения уровня могут быть использованы дифманометры с электрическим (или пневматическим) унифицированным выходным сигналом переменного или постоянного тока в комплекте с соответствующим вторичным прибором, либо аналоговым модулем для автоматического регулирования и контроля измеряемого параметра.

Поскольку жидкость, уровень которой необходимо измерять, может находиться под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением, то это учитывается при выборе типа и модели дифманометра, так как они выпускаются на различное предельно допускаемое рабочее избыточное давление. Предельный номинальный перепад давления дифманометра выбирается в зависимости от диапазона измерения уровня. Кроме того, для присоединения дифманометра к баку или другому устройству применяют различные типы уравнительных сосудов.

Предельные номинальные перепады давления (или сумма предельных номинальных перепадов давления) дифманометров — уровнемеров должны соответствовать верхним пределам измерений (или сумме абсолютных значений пределов измерений с учетом плотности жидкости) уровень которой измеряют. Если дифманометры работают с разделительными сосудами, то необходимо также учитывать плотность разделительной жидкости.

Вопрос №20 Мембранный дифманометр

Рассмотрим мембранный дифманометр, который представляет собой устройство снабженное унифицированным линейным дифференциально - трансформаторным преобразователем, схема которого показана в упрощенном виде на рисунке 7.6. Чувствительным элементом прибора является мембранный блок, состоящий из верхней и нижней мембранных коробок 3, и закрепленных на основании 2. Основание с верхней и нижней крышками корпуса прибора образует две камеры: нижнюю — «плюсовую» и верхнюю «минусовую». внутренние полости мембранных коробок, заполненные дистиллированной водой, сообщаются через отверстие в перегородке.

Рисунок 7.6 — Мембранный дифманометр

С центром мембраны верхней коробки с помощью немагнитного штока связан сердечник 4 дифференциально — трансформаторного преобразователя 5. Сердечник находится внутри разделительной трубки 6, изготовленной из немагнитной нержавеющей стали.

В дифманометре предусмотрено устройство, которое позволяет перемещать катушку дифтрансформатора вдоль разделительной трубки для первоначальной корректировки нулевого значения выходного параметра. Во время эксплуатации дифманометра корректировка нуля производится корректором нуля вторичного прибора.

Давления Р1 и Р2 к камерам дифманометра   подводятся  через  два    запорных  вентиля,     расположенных  на   вертикальных трубках. Для сообщения между собой плюсовой и минусовой камер служит уравнительный вентиль, расположенный ниже запорных вентилей. Уравнительный вентиль служит для принудительного создания нулевого перепада давлений в обоих камерах при корректировке (установки нуля) вторичного прибора в процессе эксплуатации устройства. Под воздействием разности давлений Р1-Р2 нижняя мембранная коробка сжимается, жидкость из неё перетекает в верхнюю коробку, вызывая перемещение центра мембраны верхней коробки, а вместе с ней и сердечника дифференциально — трансформаторного преобразователя. Это перемещение приводит к изменению взаимной индуктивности между первичной и вторичной обмотками преобразователя, а значит и к изменению напряжения на выходе пропорционально измеряемому перепаду давления.

Принципиальная электрическая схема дифтрансформатора с плунжерной катушки датчика приведена на рисунке 7.7.

Рисунок 7.7 — Электрическая схема дифтрансформатора  плунжерной катушки

Первичные обмотки (I) датчика и прибора соединены последовательно, на них подается напряжение. Две вторичные обмотки датчика соединены последовательно встречно, поэтому напряжение на обмотке (II) будет равно разности напряжений этих двух обмоток. Если плунжер находится в среднем положении, напряжение на обоих вторичных обмотках одинаково, и разность их напряжений равна нулю. При перемещении плунжера вверх, на верхней обмотке будет индуцироваться  напряжение больше, чем на нижней и на выводах 3 и 4 появится некоторое напряжение, фаза которого будет совпадать с фазой верхней вторичной обмоткой.

При опускании плунжера вниз (от его среднего положения) тоже будет происходить увеличение напряжения на обмотке (II), но фаза напряжения при этом поменяется на обратную.

Датчик (дифманометр) 1 через импульсные трубки 2 (рисунок. 7.8) подключен к ёмкости с водой, находящейся под давлением. Импульсные трубки в верхней и нижней части имеют запорные вентили 4. Импульсная трубка нижней камеры (плюс) подключена к верхней части сосуда через уравнительный бачок 3, которая заполнена доверху водой. Импульсная трубка верхней камеры (минус) подключена к нижней части сосуда и тоже заполнена водой. Уравнительный сосуд 3 применяется для компенсации статического давления, создаваемого столбом жидкости h₁в импульсной трубке. В процессе измерения уровень жидкости в уравнительном сосуде должен быть постоянным. Вентиль 4 служит для поддержания постоянного уровня в сосуде 3.

Рисунок 7.8 — Схема включения дифференциального манометра

Фактическое давление на мембрану датчика будет оказывать давление воды, показанное в формуле:

(7.11)

или

?P = hmax- h

(7.12)

?P действующий перепад давлений на мембрану датчика, h_max— постоянный (неизменяемый) столб воды «плюсовой» камеры; h — изменяющийся уровень в баке «минусовая» камера

Из формулы и рисунка 7.8 нетрудно увидеть, что при полном баке, то есть, когда «h_max» и «h» одинаковы, на мембрану «давят» два одинаковых по высоте столба воды. В этом случае мембрана не деформируется и находится в состоянии покоя, потому, что  перепад давлений равен нулю:

?P = hmax- h = 0,

(7.13)

     а плунжер в свою очередь занимает в катушке исходное положение.

Когда же бак пустой (h = 0), то на мембрану датчика будет воздействовать только столб воды «h_max» (напомним: h_max— постоянная величина давления для «плюсовой» камеры):

?P= Н — h = Н — 0 = Н

(7.14)

?P =H

(7.15)

При этом мембрана, а значит и плунжер, займет свое положение, соответствующее максимальному перепаду давлений (нулевой уровень).

Вопрос №21Гидростатические сигнализаторы

В гидростатических сигнализаторах — концевых выключателях HR-0211 фирмы PEPPERL+FUCHS (рисунок 7.9) используются различные способы подключения к измерительной системе; существуют модификации датчиков из нержавеющей стали и пластика.

Основные технические характеристики гидростатических сигнализаторов серии HR-0211:

напряжение питания — 250 В (макс.) переменного тока (50 Гц);

максимальный ток нагрузки — 6 А;

тип коммутационного устройства — переключающий;

допустимая температура окружающей среды —20…+700С;

степень защиты (исполнение) — IP54.

Рисунок 7.9 — Гидростатический концевой выключатель HR-0211

Вопрос №22 Гидростатические зонды

Гидростатические зонды для измерения уровня LGC фирмы PEPPERL+FUCHS (рисунок 7.10) являются датчиками гидростатического давления для измерения уровня пресной воды, питьевой воды и сточных вод. Модели со встроенным термопреобразователем сопротивления из платиновой проволоки Pt100 одновременно определяют температуру в месте установки датчика. Соответствующий преобразователь трансформирует сигнал термопреобразователя сопротивления в унифицированный токовый сигнал 4…20 мА.

Рисунок 7.10 — Гидростатические зонды серии LGC

Необходимо отметить следующие моменты:

-боковое перемещение кабеля зонда может вызвать ошибки измерения, поэтому зонд необходимо устанавливать в месте, где отсутствуют движение жидкости и турбулентные потоки, или применять направляющую трубу с внутренним диаметром более 23 мм;

-конец кабеля должен размещаться в сухом помещении или соответствующей распределительной оболочке;

-защитный колпачок предназначен для предупреждения механических повреждений измерительного элемента.

Широко используемые в химической, нефтехимической, фармацевтической или пищевой отраслях датчики гидростатического давления серии Barcon фирмы PEPPERL+FUCHS позволяют строить надёжные и недорогие измерительные системы, отличающиеся разнообразными гибкими возможностями. Основным элементом этих датчиков является первичный измерительный преобразователь. Керамические или металлические мембранные преобразователи, разнообразные способы монтажа на резервуары, многочисленные варианты конструкции корпусов датчиков, выполненных из разных материалов, обеспечивают многообразие изделий серии Barcon. Для данных устройств могут быть реализованы различные способы электрических подключений, в том числе на базе сетевых протоколов PROFIBUS или HART. Всё это позволяет создавать специальные измерительные приборы для решения конкретных задач заказчика.

Общие технические данные датчиков серии Barcon.

Датчики с керамическим измерительным элементом:

- керамический ёмкостный первичный измерительный преобразователь;

- диапазон измерений от 100 мбар до 40 бар;

- герметизированы с защитой от перегрузки;

- соответствуют высоким санитарно-гигиеническим требованиям;

- могут работать в коррозионных и абразивных средах.

Датчики с металлическим измерительным элементом:

- сварной пьезорезистивный металлический преобразователь;

- диапазон измерений от 1 до 400 бар;

-защита от перегрузки до 600 бар.

Точность измерения:

-не хуже 0,2% установленного диапазона;

-возможность установки диапазона измерения с диапазоном изменения в соотношении 10:1;

-долговременная нестабильность менее 0,3% диапазона за год.

-унифицированный токовый сигнал 4…20 мА;

-совместимость с HART-протоколом;

-PROFIBUS-PA.

Корпуса из нержавеющей стали и алюминия.

Монтаж и установка посредством резьбовых соединений типа G 1/2", 1/2" NPT, M20*1,5, стандартных и удлинённых фланцев, соединителей с герметизирующей мембраной для применений в условиях высоких санитарно-гигиенических требований.

Практически все современные датчики имеют встроенный микропроцессор и программируются. С помощью кнопок, расположенных на датчике вводится необходимый максимальный перепад давлений, некоторые другие параметры, имеется возможность принудительного «обнуления» датчика при его калибровке, когда на его входах выставлен «нулевой» перепад.

Вопрос №23 Уровнемеры

Уровнемеры, в которых измерение гидростатического давления осуществляется путем измерения давления газа, прокачиваемого по трубке, погруженной на фиксированную глубину в жидкость, заполняющую резервуар, называютпьезометрическими. Схема пьезометрического уровнемера приведена на рисунке 7.11.

 Рисунок 7.11 — Схема включения пьезометрического уровнемера

Пьезометрическая трубка 1 размещается в аппарате, в котором измеряется уровень. Газ поступает в трубку через дроссель2, служащий для ограничения расхода. Для измерения расхода газа служит стаканчик 3 (расход с помощью стаканчика определяется по числу пузырьков, пробулькивающих через заполняющую жидкость в единицу времени), а давление поддерживается постоянным с помощью стабилизатора давления 4. Давление газа после дросселя измеряется дифманометром 5 и служит мерой уровня.

При подаче газа давление в пьезометрической трубке постепенно повышается до тех пор, пока указанное давление не станет равным давлению столба жидкости высотой h. Когда давление в трубке станет равным гидростатическому давлению, из нижнего открытого конца трубки начинает выходить газ. Расход подбирают такой, чтобы газ покидал трубку в виде отдельных пузырьков (примерно один пузырек в секунду).

При большем расходе давление, измеряемое дифманометром, может быть несколько большим, чем гидростатическое, из-за дополнительного падения давления, возникающего за счет трения газа о стенки трубки при его движении. При очень малом расходе газа увеличивается инерционность измерения. Оба фактора могут увеличить погрешность измерения уровня.

В пьезометрических уровнемерах при больших изменениях уровня расход газа может существенно измениться, что, в свою очередь, может вызвать дополнительную погрешность измерения.

Для стабилизации расхода газа в пьезометрических уровнемерах промышленностью выпускается мембранный стабилизатор расхода, схема которого показана на рисунке 7.12.

Рисунок 7.12 — Схема мембранного стабилизатора расхода воздуха:

1-дроссель, 2-пружина, 3-крышка, 4-жесткий центр,

5-резинотканевая мембрана, 6-корпус, 7-отверстие, 8-пружина, 9-шарик, 10-толкатель, 11-ротаметр.

Вопрос №24 Стабилизатор

Действие стабилизатора основано на автоматическом регулировании постоянного перепада давления на дросселе 1, который обусловливает постоянство расхода через него. Для регулирования этого перепада используется статический мембранный регулятор который состоит из корпуса 6 и крышки 3, между которыми установлена резинотканевая мембрана5 с жестким центром 4. Последний опирается на толкатель 10, а сверху на него воздействует пружина 2. Шарик 9, на который воздействует пружина 8, образует вместе с отверстием 7 в корпусе управляемый клапан. Ротаметр 11 служит для измерения расхода газа, подаваемого к пьезометрической трубке. Дроссель 1 выполнен переменным, что позволяет задавать регулируемое значение расхода.

Стабилизатор расхода работает следующим образом. Если по каким-либо причинам расход газа изменяется, например уменьшается, соответственно уменьшается перепад давления на дросселе 1. В результате действующая на мембрану силаF₁обусловленная перепадом давления на мембране, также уменьшается. Из-за того что сила F₂, развиваемая пружиной 2,постоянна, уменьшение силы F₁вызовет перемещение мембраны вниз. При этом толкатель 10 несколько увеличит зазор между шариком 9 и отверстием 7, что увеличивает подачу газа под мембрану 5, а следовательно, и давление в пространстве под ней и на входе дросселя 1. Увеличение этого давления будет происходить до тех пор, пока с точностью до статической ошибки не будет восстановлен перепад давления на дросселе 1, а следовательно, и расход. В состоянии равновесия силы F₁и F₂, действующие на мембрану, равны.

Пьезометрические уровнемеры позволяют измерять уровень в широких пределах (от нескольких десятков сантиметров до 10— 15 м), и при использовании для измерения давления в пьезометрической трубке дифманометра с унифицированным выходным сигналом имеют относительную приведенную погрешность ±(1,0—1,5) %.

Основные достоинства гидростатического метода:

— точность;

— применим для загрязнённых жидкостей;

— реализация метода не предполагает использования подвижных механизмов;

— соответствующее оборудование не нуждается в сложном техническом обслуживании.

Недостатки:

— движение жидкости вызывает изменение давления и приводит к ошибкам измерения (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.