текст ВКР (1228382), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Имеется ли возможность проникновения сквозь стенку резервуара или пребывания внутри него? Для некоторых методов вообще не требуется проникновения в резервуар. Если содержимое отличается повышенной реакционной способностью или бак находится под высоким давлением, проникновение вовнутрь может вызвать затруднения. Если обстоятельства требуют организации возможности измерений в имеющемся резервуаре, а подходящий зонд или канал в нем отсутствуют, может потребоваться доработка конструкции.

Насколько хорошо известны размеры внутреннего пространства. Если конечной целью является измерение объема, ему должна быть дана полная количественная оценка на основании всех внутренних размеров за вычетом объема перегородок, мешалок, компонентов теплообменных устройств и т.д. Точный отсчет уровня при некорректно определенных размерах невозможен.

Одним из простейших и наиболее надежных способов определения степени наполнения резервуара является его взвешивание. Это единственный метод, который дает истинное значение массы независимо от того, известны ли внутренние размеры резервуара. Степень наполнения резервуара можно определить при помощи тензодатчиков, помещенных под его опорой, вычитая собственный вес. Этот метод пригоден для любого типа содержимого и при отсутствии помех со стороны трубопроводов или других соединений способен обеспечить высокую точность измерений. Имеются практические ограничения по общим габаритным размерам, но упускать из виду это очевидное решение нельзя.

Если его использование окажется нецелесообразным, придется прибегнуть к другим, значительно более сложным решениям, применимость которых зависит от сочетания различных требований.

Наиболее общим критерием при выборе методики измерения уровня является содержимое резервуара. Определяется жидкость как субстанцию, которая устанавливается на едином уровне и обладает способностью течь по трубам. Твердофазное вещество может обладать такой же степенью текучести, но не обязательно образует однородную поверхность, а также не стекает по стенкам сосуда. Поведение жидкостей, обладающих значительной вязкостью или имеющих высокое содержание твердых частиц, характерно скорее для сыпучих веществ.

Ниже приводится краткая характеристика методов измерения уровня. Сравните их с учетом предполагаемых областей применения, указанных на врезке. Примите во внимание то обстоятельство, что непрерывные методы можно использовать для выполнения функций, определяемых дискретным положением уровня, а совокупность точечных измерений уровня можно рассматривать как непрерывные данные, что может оказаться полезным несмотря на их некоторую приблизительность. Как перечень областей применения, так и обзор методик не являются исчерпывающими. Для каждой прикладной задачи существуют методы, которые не упомянуты, а для каждого общего случая возможны обоснованные исключения.

Электромеханические решения.

Общим признаком для подобных устройств является наличие движущейся части какого-либо типа поплавка, опирающегося на поверхность, либо устройства, которое должно двигаться сквозь содержимое.

Поплавок — использование поплавка на поверхности жидкости является простым и надежным методом измерения ее уровня при условии, что содержимое не препятствует свободному перемещению. Существует множество клапанов, переключателей и датчиков положения, активируемых поплавком и обеспечивающих регистрацию положения уровня или непрерывное считывание показаний в ограниченном диапазоне.

В некоторых из наиболее современных конструкций для непрерывных измерений с использованием поплавка применяется магнитострикционная сенсорная технология. Поплавок имеет форму тороида и перемещается снаружи трубчатого волновода. Длина волноводов может достигать 50 футов (15 м), поэтому они используются в очень крупных резервуарах. В поплавке содержится постоянный магнит, который вызывает прерывание электрического импульса,
направляемого вниз по волноводу. Точка прерывания регистрируется приборами с высокой воспроизводимостью и исключительной точностью, достигающей ±< 0,001 дюйма. После установки и настройки устройств дополнительная калибровка не требуется.

Вибрация и лопастное колесо — подобие этих двух методов состоит в том, что они предусматривают погружение движущегося зонда в содержимое. Погружаемый в материал вибрационный зонд напоминает камертон, в котором при помощи пьезоэлектрического кристалла создается непрерывная вибрация. Если зонд не погружен в содержимое, он вибрирует свободно. При погружении характер вибрации изменяется, что распознается механизмом с подачей соответствующего сигнала.

Аналогично, в лопастном колесе используется подвижная лопасть или флажок в виде плавника, установленные на валу, присоединенном к небольшому двигателю. При погружении в твердофазный продукт устройство не может вращаться и подает сигнал. После выпуска содержимого вращение возобновляется. В обоих методах используются погружные датчики, подвергаемые разрушающему воздействию содержимого резервуара.

Давление — Подобно измерениям массы (взвешивание резервуара), методы измерения по давлению или по разности давлений позволяют определить уровень путем измерения высоты напора у днища емкости (или в месте, где расположен прибор). Если резервуар сообщается с атмосферой, можно обойтись обычным манометром. Однако, если резервуар закрыт и находится под давлением либо откачивается, для автокомпенсации разности внутреннего и атмосферного давлений используется отсчет показаний дифференциального давления между днищем и свободным пространством в верхней части емкости. Этот метод работает хорошо, но требует прокладки дополнительных трубопроводов.

Электрические отражательные методы.

Преимуществом ультразвуковых и радиолокационных методов является возможность их использования в многочисленных областях применения без какого-либо контакта с материалом. Поскольку точка доступа в резервуар не требуется (за исключением сквозных точечных замеров), приборы располагаются наверху. Оба метода способны преодолевать внутренние помехи различного типа, и каждый из них имеет собственные ограничения по применимости.

Ультразвук — Эта технология может быть воплощена различными способами, что придает ей эксплуатационную гибкость. Звуковой импульс посылается в резервуар, и момент возврата эхо-сигнала регистрируется датчиком. С учетом влажности и температуры можно рассчитать расстояние до поверхности. Ультразвуковые измерения затрудняются при наличии пыли и пены; разнообразие этих проблем определяется областью применения. Кроме того, этот метод может использоваться в относительно ограниченном диапазоне давлений и температур по сравнению с радиолокатором.

Различные типы ультразвуковых датчиков могут монтироваться на стенке резервуара и обеспечивать точечное измерение уровня без проникновения в сосуд. Эхо звукового импульса определяется, если по другую сторону стенки имеется жидкий или твердый материал. В некоторых случаях метод позволяет отличить наполнение до заданного уровня от слоя липкого материала, покрывающего стенки. Это техническое решение особенно полезно в случаях, когда измерения емкости невозможны, и контакт с продуктом, а тем более проникновение в резервуар, недопустимы.

Радиолокация — Эта технология известна уже более 25 лет, но ее популярность возросла совсем недавно по мере совершенствования возможностей и снижения затрат на эксплуатацию. В прошлом из-за чрезмерной стоимости, больших размеров и высокого потребления мощности радиолокационные датчики использовались только в наиболее ответственных областях; в настоящее время разнообразие способов применения этого метода непрерывно расширяется. Радиолокационные датчики аналогичны ультразвуковым, но имеют меньше ограничений к применению и отличаются большей точностью: микроволновый импульс обладает лучшей способностью проникновения сквозь пену и пыль, и в меньшей степени подвержен воздействию давления и температуры.

Радиолокационные датчики могут быть сконфигурированы для бесконтактной работы, или использовать волновод, углубленный в содержимое резервуара. Бесконтактная конструкция применяется чаще, но конфигурация с волноводом помогает в ситуациях, когда жидкость имеет очень низкую диэлектрическую постоянную и не способна к отражению микроволнового излучения в достаточной степени. Конструкция с волноводом оснащена зондом для передачи энергии к поверхности жидкости и обратно. Интенсивность отраженного сигнала намного выше, если контакт с продуктом не вызывает осложнений.

Радиолокационные датчики особенно пригодны для использования в реакторах, работающих при высоких внутренних давлениях и температурах, а также в присутствии аэрозолей, паров, турбулентности и в других проблематичных условиях. Крупнейшей проблемой является пена. Рекомендует конструкции с волноводом, потому что они обладают лучшей проникающей способностью сквозь толстый слой пены.

Разнообразие конфигураций антенн радиолокационных датчиков позволяет Вам выбрать наилучшее решение, подходящее для внутреннего пространства резервуара и характеристик жидкости. Более того, имеется возможность подобрать частоту применительно к особым свойствам жидкости и тяжелым условиям работы.

Электрические зонды

В случаях, когда можно ограничиться дискретным измерением уровня и допускается контакт с продуктом, несложным и надежным решением задачи становится использование емкостных и проводниковых зондов.

Проводниковые зонды отличаются простотой и обеспечивают считывание положения уровня проводящих жидкостей. Часто их монтируют в блоке по два или более для измерения верхнего и нижнего уровней. Если жидкость не электропроводна, необходимо использовать другой подход.

Емкостные зонды определяют наличие твердого или жидкого содержимого за счет изменения емкости зонда, снабженного несколькими электродами. На электроды подается ток высокой частоты, и его изменение, обусловленное диэлектрическими свойствами контактирующего вещества, можно измерить. Некоторые конструкции дают возможность определять диэлектрическую постоянную продукта, благодаря чему с их помощью можно отличать различное содержимое. Например, показания зонда, погруженного в масло, отличаются от показаний при его погружении в воду. Это может помочь в ситуациях, когда в резервуаре содержится более одного продукта.

Некоторые емкостные датчики обеспечивают считывание через стенку неметаллического резервуара, что позволяет определять положение уровня без проникновения в резервуар или без контакта с продуктом. Датчик можно установить на плоской стенке резервуара или навить вокруг неметаллической трубы. Если резервуар выполнен из металла, датчик можно разместить на смотровом окне или в колодце, изготовленном из пластиковой трубы. Емкостные датчики великолепно работают с большинством сыпучих материалов. Некоторые неоднородные материалы, например, содержащие хлор моющие средства, образуют покрытие внутри резервуара и изменяют характеристики пластмасс. При этом емкостные датчики обычно блокируются и дают ложные показания, но более совершенные устройства успешно преодолевают это затруднение.

Тепловые зонды погружаются в резервуар. В них используется небольшой нагревательный элемент для разогрева наконечника; прирост температуры измеряется. Если вокруг зонда отсутствует жидкость, прирост температуры может быть относительно большим. Однако в присутствии жидкости тепло отводится и зонд нагревается в меньшей степени.

Подбор методики для конкретных прикладных задач.

Здесь приводятся четыре типа прикладных задач с рекомендуемыми техническими решениями для каждой из них.

Точечное измерение уровня жидкостей:

• емкостной метод;

• проводниковые зонды уровня;

• поплавковый;

• тепловой;

• светолучевой методы.

Непрерывное измерение уровня жидкостей:

• по давлению;

• поплавковый;

• ядерный;

• ультразвуковой ;

• радиолокационный.

Точечное измерение уровня твердофазных сред:

• емкостной метод;

• вибрационный;

• лопастной;

• светолучевой методы.

Непрерывное измерение уровня твердофазных сред:

• ядерный;

• ультразвуковой;

• радиолокационный.

Светолучевые датчики.

Реагируют на преграду между светоизлучателем и приемником. При наличии твердого материала или жидкости луч света блокируется или рассеивается, что указывает на присутствие вещества. Надежность этого метода зависит от способности продукта к истечению без блокирования света, что дает ложные показания.

Ядерные (радиационные) датчики.

Несмотря на высокую эффективность этого решения оно остается методом, к которому обращаются в последнюю очередь – из-за дороговизны и специализированных требований. Метод очень прост: радиоактивный источник гамма-излучения размещается с одной стороны резервуара. На другой стороне монтируются датчики, аналогичные счетчику Гейгера, для считывания показаний уровня. Содержимое резервуара, твердое или жидкое, поглощает гамма-лучи предсказуемым образом, что позволяет определить уровень при помощи электронной аппаратуры. Точность измерений определяется количеством датчиков, поэтому обычно этот метод используют для регистрации верхнего и нижнего пределов.

Радиационные датчики.

Не требуют проникновения ни в объем продукта, ни даже в резервуар вообще, поэтому этот метод особенно ценен для установок с высоким давлением и температурой, при обработке дорогостоящих продуктов, а также в случае нецелесообразности переделки имеющегося оборудования. Однако, с учетом способности радиоактивного источника пронизывать излучением типичный стальной резервуар, для работы с ним потребуются специальные разрешения и обучение операторов, поэтому это техническое решение требует тщательной продуманности и предварительной подготовки.

Как и для большинства типов средств технологического контроля, поставщики датчиков уровня ищут более эффективные пути использования электроэнергии и стремятся к снижению потребляемой мощности. В этом отношении некоторые технические решения обладают определенными преимуществами. Низкое потребление мощности, как правило, способствует сопряжению датчиков с беспроводными передающими устройствами и расширяет возможности применения в опасных зонах. Большинство датчиков обеспечивают периодическое переключение, но способность к быстрому срабатыванию при малом потреблении мощности остается серьезной проблемой. Например, датчики, использующие магнитострикционную технологию в этом смысле предпочтительнее, чем лопастные или тепловые. Разумеется, потребление электроэнергии – это лишь один из кусочков головоломки. Все остальные соображения в пользу того или иного решения при рассмотрении прикладной задачи остаются в силе.

2 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПОЛИВА

2.1 Принцип работы

Характеристики

Список файлов ВКР