ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Российский Государственный университет нефти и газа

им. И.М.Губкина

Кафедра информационно-измерительных систем

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

«Система контроля уровня жидкости в резервуаре»

Выполнила:

Студентка гр. АИ-06-7

Морозова В.Г.

Проверил:

Доцент Храбров И.Ю.

Москва, 2010 г

Содержание:

Постановка задачи………………………………………………………………..………………....3

Описание метода измерения……………………………………………………………..………...4

Разработка структурной схемы………………………………………………………...……........12

Разработка принципиальной схемы……………………………………………………...…...….13

Принцип работы схемы…………………………………………………………………..….……14

Технические характеристики микросхемы К1401УД2Б…………………………………..……17

Моделирование в программе Multisim 11.0………….………………………………………......19

Список использованной литературы……………………………………………………………..24

Постановка задачи

Разработать систему контроля уровня жидкости в резервуаре.

Первичный преобразователь – поплавковый.

Уровень отображать на светодиодной шкале.

Введение Описание метода измерения

В общем объеме измерительных операций в нефтепереработке, нефтехимии и газовой промышленности измерение уровня составляет 18 - 20 %.

Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной поверхности, принятой за начало отсчета. Приборы, выполняющие эту задачу, называются уровнемерами.

Поплавковый метод измерения уровня.

Поплавковый уровнемер построен по принципу использования выталкивающей силы жидкости. Чувствительный элемент представляет собой тело произвольной формы (поплавок), плавающий на поверхности жидкости и имеющий постоянную осадку. Поплавок перемещается вертикально вместе с уровнем жидкости и текущее значение уровня определяется фиксацией положения поплавка.

Датчики уровня служат для контроля уровня жидкости в резервуарах и подачи сигналов о регулировании этого уровня.

Датчики уровня

Измеряют уровень жидких или сыпучих веществ в емкостях. Для измерения уровня электропроводных жидкостей используются контактные датчики уровня. Датчик имеет ряд стержней разной длины, которые опускаются в емкость. Стержни присоединены к цепочке резисторов, таким образом, что при достижении жидкостью уровня стержня образуется электрическая цепь: стенка емкости – жидкость – стержень – цепочка резисторов. При этом, стержень как бы замыкает часть цепочки, подключенной до него и общее сопротивление цепочки уменьшается. Таким образом электрическое сопротивление датчика говорит об уровне жидкости. Датчики такого типа дискретные, т.е. уровень измеряется ступеньками.

Поплавковые датчики используют тот же принцип цепочки резисторов, только замыкающими элементами служат, так называемые, «герконы» - герметичные магнитоуправляемые контакты. Цепочка резисторов с контактами расположена в герметичной пластмассовой трубке. Концы цепочки выведены наружу. Вдоль трубки свободно перемещается поплавок, на внутренней стороне которого расположен магнит. Датчик располагается вертикально в емкости. Поплавок плавает по поверхности жидкости. Магнит своим полем воздействует на ближайший магнитный контакт и замыкает его. Сопротивление цепочки резисторов соответственно меняется. При изменении уровня жидкости поплавок смещается и при этом замыкается другой контакт. Величина сопротивления датчика говорит об уровне жидкости. В зависимости от исполнения диапазон измерений от 0 до 1500 мм относительного расстояния.

Поплавковые датчики уровня  одни из самых недорогих и, вместе с тем, надежных устройств для измерения уровня жидкостей. Поплавковые датчики уровня воды и жидких сред устойчивы к пене и пузырькам в жидкости и могут работать с вязкими жидкостями.

Пример области применения поплавковых датчиков уровня воды — контроль уровня жидкости в транспортных средствах. Прежде всего, это задачи по контролю объема топлива в тяжелой технике: грузовиках, экскаваторах, тепловозах. Здесь датчики уровня работают в условиях сильной вибрации и волнения на поверхности жидкости. Для устранения влияния этих факторов поплавковый датчик помещают в специальную демпферную трубу, диаметром чуть больше, чем диаметр поплавка.

Если установка датчика сверху емкости невозможна, то поплавковый датчик уровня можно вмонтировать в стенку емкости. В этом случае поплавок с магнитом крепится на шарнире, а герконовый выключатель в корпусе датчика. Такие датчики срабатывают, когда жидкость достигает поплавка и предназначены для сигнализации предельного уровня. Датчики уровня поплавковые могут работать при температурах до 105°С в воде и в химически агрессивных средах. Следует помнить, что датчики уровня воды и других жидкостей поплавкового типа не подходят для измерения липких и засыхающих жидкостей, жидкостей с механическими включениями, а также в случае замерзания жидкости.

Варианты крепления датчиков уровня

Возможно два варианта крепления: горизонтальное (ПДУ-1.1) и вертикальное (ПДУ-2.1, ПДУ-3.1). Вертикальное крепление позволяет отслеживать как промежуточные, так и предельные (переполнение, недолив) уровни, горизонтальное – только промежуточные уровни. Датчик ПДУ-3.1, имеющий шарообразный поплавок, может работать с более вязкими жидкостями. Повышение уровня жидкости в резервуаре приводит к перемещению поплавка вверх и замыканию контакта датчика уровня. Если резервуар имеет конструкцию, показанную на рисунке, то возможен вариант вертикального крепления трех датчиков ПДУ-2.1 или ПДУ-3.1 с отслеживанием промежуточного уровня. Датчики подключаются к сигнализатору уровня.

Преимущества датчиков уровня:

• Ультразвуковые датчики уровня позволяют контролировать уровень жидкостей и сыпучих материалов без контакта со средой при глубине резервуара до нескольких десятков метров.

• Поплавковые датчики для контроля фиксированных уровней жидкости не требуют дополнительного питания и обеспечивают высокую надежность при низкой стоимости.

• Емкостные датчики позволяют контролировать уровень непрерывно или в фиксированных точках. Можно использовать для жидкостей и сыпучих материалов. В некоторых случаях измерение уровня может вестись через стенку емкости.

• Вибрационным сигнализаторам уровня не страшны сыпучие вещества, липкие и пастообразные продукты.

Характеристики датчиков уровня:

• Выходы: дискретный (датчики) или аналоговый (индикаторы).

• Материал исполнения датчиков уровня: пластик, металл, обычная и пищевая нержавеющая сталь, керамика и т.д.

• Высокотемпературное и взрывобезопасное исполнение.

Датчики уровня отличаются числом контрольных уровней, направлением срабатывания (нижний / верхний) и комплектуемым сигнализатором. Обозначение датчиков содержит: "ПМП - тип датчика - тип крепления - на­правление срабатывания (Н, В), размер контрольных уровней

Для точного и непрерывного измерения уровня используются датчики на других физических принципах, например на основе потенциометра или ультразвуковые.

Строение поплавковых уровнемеров Преобразователь ТАВ-1531 Напряжение питания 12…36 В пост. тока Входной сигнал 2 М Выходной сигнал 4…20 мА, 2 провода Диапазон регулировки 30% Диапазон рабочих температур -20…80°С Сопротивление контура при нагрузке Менее 500 Точность 0,1%

Виды головок и поплавков

Уровнемеры могут поставляться с различными типами головок и поплавков.

Серия экономичных уровнемеров FG-A/FG-B Тип головки: отсутствует Соединительный кабель: 3С, 1 м Выходной сигнал: по сопротивлению, 3-хпроводной Максимальное сопротивление: 3 МОм Температура окружающей среды: 60°С Диапазон рабочих температур: Трубка РР (полипропилен) -10…80°С Трубка PVDF и SUS (поливинилиденфторид) –20…120°С
Серия стандартных уровнемеров FG-xB Тип головки: тип В, алюминий, IP65 Выходной сигнал: 4…20 мА, 2-, 3-проводной выход по сопротивлению Диапазон рабочих температур: –20…120°С Максимальное сопротивление: 1 МОм Температура окружающей среды: 60°С

Датчики количества вещества используют либо принцип измерения веса вещества либо измеряют объем вещества, проходящий через калиброванное отверстие. Часто они представляют собой несколько датчиков в одной конструкции. В простом варианте датчик измеряет перемещение чашки пружинных весов. Это перемещение пропорционально весу. Другие датчики – расходомеры измеряют объем жидкости или газа, проходящий по трубопроводу по числу оборотов вертушки в измерительной камере.