Tehnik-ast.ru

Электро Техник
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Поплавковые уровнемеры и область их применения

Поплавковые уровнемеры и область их применения

Измерение уровня различных жидкостей можно проводить разными способами. Один из способов измерения предполагает использование поплавка, который опускается на поверхность жидкости и частично погружается в нее. Чаще всего жидкости имеют достаточно однородную плотность, поэтому нет никакой разницы, в каком именно месте будет находиться поплавок — глубина его погружения будет одинаковой, значит и расстояние до поплавка тоже будет одинаковым. Попробуем разобраться, что это такое и зачем это нужно.

Какие бывают поплавковые уровнемеры

виды уровнемеров с поплавком

Поплавок, погруженный в жидкость, подвергается воздействию двух сил: силы тяжести и выталкивающей силы Последняя равна по значению силе тяжести, но противоположна ей по знаку. Силу тяжести вычисляют умножением погруженного в жидкость объема поплавка на плотность самой жидкости. Из этого становится понятно, что если будет изменяться плотность жидкости, то и поплавок будет погружаться на разную глубину, что будет приводить к появлению погрешности в измерении уровня жидкости.

Чтобы свести к минимуму эту погрешность, поплавок делают из максимально легкого материала, что сводит к минимуму влияние неоднородности жидкости. Второй способ уменьшить погрешность — сделать поперечное сечение поплавка как можно большим, чтобы он погружался в жидкость на минимальную глубину, благодаря чему измерения при помощи поплавкового уровнемера становятся максимально точными.

Простейшая схема поплавкового уровнемера

Поплавок соединяется со стрелкой указателя уровня через гибкую механическую связь, поэтому чтобы уровнемер смог правильно измерить уровень, необходимо чтобы поплавок своей массой мог обеспечить достаточное натяжение этой гибкой связи. С другой стороны, поплавок не может быть очень большим, потому что тогда придется увеличивать размеры всего уровнемера, что крайне нежелательно. Исходя из всего этого, для измерения уровня различных типов жидкостей изготавливают уровнемеры с разным размером и формой поплавка, а так же из разных материалов, что повышает точность измерения.

схема поплавкового уровнемера

1 – поплавок
2 – трос
3 – шкала
4 – противовес

Типы поплавковых уровнемеров

Чтобы измерять уровень жидкостей, имеющих невысокую температуру и которые находятся под низким давлением, чаще всего применяют уровнемеры типа УДУ. Поплавковые уровнемеры этого типа имеют довольно высокий показатель точности, их погрешность составляет порядка четырех миллиметров, при этом глубина сосуда может достигать двадцати метров. Измерения можно производить при температуре от -50 градусов по Цельсию до +50 градусов по Цельсию, а избыточное давление может составлять от 1,5 до 3 кПа.

Недостатком этого типа поплавковых уровнемеров является то, что их установка не позволяет обеспечить высокую герметизацию резервуара, поэтому чаще всего их применяют для определения уровня нефтепродуктов.

В случаях, когда жидкость находиться под большим давлением, или если ее температура находится вне допустимого диапазона измерения ее уровня при помощи уровнемера типа УДУ, используют поплавковый уровнемер типа ПМП, в конструкции которого используется магнитный преобразователь. Точность измерения таким уровнемером достигает пяти миллиметров, а глубина емкости, в которой происходит измерение, может достигать шести метров.

Где применяются уровнемеры поплавкового типа

Поплавковые уровнемеры нашли самое широкое применение, ведь с их помощью можно точно измерять не только уровень достаточно однородных жидкостей, но и уровень так называемых двухфазных жидкостей. В этом случае применяются уровнемеры, в конструкции которых используются два поплавка, измеряющих жидкость определенной плотности.

Область применения таких уровнемеров очень широкая, их устанавливают на баках для контроля за уровнем воды в них, используют для контроля уровня воды нефтепродуктов в резервуарах и даже для слежения за количеством химических веществ в специальных хранилищах. С помощью поплавкового уровнемера можно контролировать не только степень заполнения водохранилищ, но и уровень воды в реках, отслеживать состояние коллекторов и отстойников.

Классификация приборов измерения уровня

Для измерения уровня жидкостей применяются специальные средства измерений – уровнемеры.

Многообразие типов уровнемеров, принцип действия которых основан на различных физических методах, объясняется разнообразием свойств измеряемых жидкостей. Наибольшее распространение в промышленном использовании получили следующие виды уровнемеров: буйковые, пьезометрические, гидростатические, поплавковые, и ёмкостные.

Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на изме-рении перемещения буйка или силы гидростатического давления, действующей на буёк.

Буёк в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружён в жидкость и перемещается в зависимости от её уровня. Буйковые уровнемеры наиболее часто применяются для измерения уровня однородных, в том числе агрессивных, жидкостей, находящихся при высоких рабочих давле-ниях (до 32 МПа), широком диапазоне температур (от –200 до +600С) и не обладающих свойствами адгезии (прилипания) к буйкам.

Главной особенностью буйковых уровнемеров является возможность измерения уровня границы раздела двух жидкостей.

Недостатком буйковых уровнемеров являются зависимость их точности от плотности и температуры измеряемой среды, ограниченность использования для больших (свыше 16 м) диапазонов измерения уровней жидкостей и жидкостей обладающих адгезией к буйку.

Пьезометрический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на преобразовании гидростатического давления жидкости в давление воздуха, подаваемого от постороннего источника и барботирующего через слой жидкости.

Читайте так же:
Диод fr154 характеристики аналоги

У этого уровнемера чувствительный элемент не находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, а воспринимает гидростатическое давление через воздух, что является его достоинством. Для пьезометрических уровнемеров также характерна погрешность измерения из-за изменения плотности измеряемой среды.

Гидростатический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении манометром или напоромером гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты её уровня. Уровнемеры этого вида обычно используют для измерения неагрессивных, незагрязнённых жидкостей, находящихся под атмосферным давлением. Для измерения уровней агрессивных сред используют специальные разделительные устройства.

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

Поплавковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на из-мерении перемещения поплавка, плавающего на поверхности жидкости (поплавок как бы отслеживает уровень жидкости).

Поплавковые уровнемеры не пригодны для вязких жидкостей (дизельного топлива, мазута, смол) из-за залипания поплавка, обволакивания его вязкой средой. При измерении уровня криогенных жидкостей из-за кипения верхнего слоя возникает вибрация поплавка, что приводит к искажениям результатов измерения. Наиболее часто поплавковые уровнемеры используют для измерения уровней в больших открытых резервуарах, а также в закрытых резервуарах с низким давлением. Применение магнитной связи для передачи перемещения поплавка позволяет герметизировать вывод передачи в измерительный блок, упростить конструкцию, повы-сить надёжность, измерять уровень в резервуарах под давлением.

Ёмкостной уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на раз-личии диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха. В связи с этим по мере погружения электродов датчика уровнемера в жидкость изменяется ёмкость между ними пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Менее распространены акустические, магнито-стрикционные, радиоизотопные, вибрационные уровнемеры.

Устройство для отслеживания уровня воды в резервуаре и передачи данных по беспроводной сети

Шаг первый: об устройстве
Идея состоит в том, чтобы установить ультразвуковой датчик в верхней части резервуара. Этот датчик работает как локатор, излучающий звуковые волны, которые затем отражаются от поверхности воды. По времени, необходимому для возвращения волн, и скорости звука, можно рассчитать расстояние до поверхности воды и определить, насколько заполнен резервуар.

Поскольку у него нет электросети рядом с резервуаром, важно, чтобы устройство работало автономно, от батареи. Значит, при проектировании устройства нужно учитывать энергопотребление.

Для передачи данных мастер решил использовать встроенный Wi-Fi микрочипа ESP8266. Хотя Wi-Fi довольно энергоемкий, у него есть преимущество перед другим типом радиосвязи: пользователь может напрямую подключаться к беспроводной сети.

Для экономии энергии большую часть времени ESP8266 находится в режим сна, а выполняет измерения только раз в час. Для данной задачи такого интервала более чем достаточно. После сканирования данные отправляются в ThingSpeak (облачное хранилище), а затем их можно будет прочитать на смартфоне через приложение.

Скорость звука, используемая в алгоритме работы устройства, зависит от температуры и, в меньшей степени, от влажности. Для точных наружных измерений в разные сезоны мастер добавил датчик BME280, который измеряет температуру, влажность и давление. В качестве бонуса это делает данное устройство еще и мини-метеостанцией.

Шаг второй: ультразвуковой датчик
Устройство будет измерять расстояние до поверхности воды с помощью ультразвукового датчика HC-SR04-P. Как и в случае с летучей мышью, этот датчик использует локатор. Он посылает звуковой импульс с частотой, слишком высокой для человеческого уха, т.е. ультразвуковой, и ждет, пока он ударится об объект, отразится и вернется.

Конкретно, если триггерный вывод находится в высоком положении в течение не менее 10 мкс, датчик отправляет пакет из 8 импульсов с частотой 40 Гц. Ответ затем получается на выводе Echo в виде импульса с длительностью, равной времени между отправкой и получением ультразвукового импульса. Затем нужно разделить на 2, так как ультразвуковой импульс идет вперед и назад, и нужно время прохождения в одном направлении умножить на скорость звука, которая составляет около 340 м / с.

Но, скорость звука зависит так же от температуры и, в меньшей степени, от влажности. Насколько это актуально в данном случае? Зимой, при -5 ° C, скорость составляет 328,5 м / с, а летом,при 25 ° C, 347,1 м / с. Предположим, что время прохождения в одну сторону 3 мс. Значит, зимой расстояние будет 98,55 см, а летом 104,13 см. Это большая разница. Значит необходимо установить термометр для отслеживания и корректировки согласно его показаниям. Мастер решил установить датчик BME280, который измеряет температуру, влажность и давление. В коде, который он использовал в функции speedOfSound, есть формула, которая вычисляет скорость звука учитывая все три параметра.
Есть еще один важный нюанс относительно HC-SR04. На рынке представлены две версии: стандартная версия работает от 5 В, а HC-SR04-P может работать в диапазоне напряжений от 3 до 5 В. Поскольку 3 аккумуляторные батареи AA обеспечивают примерно 3×1,25 В = 3,75 В, нужна именно P-версия.

Читайте так же:
Давильно раскатной станок для ротационной вытяжки металла


Шаг третий: выбор платы ESP8266
Чтобы датчик работал от батареи как можно дольше, нужно сэкономить на энергопотреблении. Хотя Wi-Fi ESP8266 обеспечивает очень удобный способ подключения датчика к облаку, он также довольно энергоемкий. В процессе работы ESP8266 потребляет около 80 мА. Таким образом, с батареями на 2600 мАч устройство сможет проработать не более 32 часов.

К счастью, у ESP8266 есть режим глубокого сна, в котором почти все функции выключены. Идея состоит в том, чтобы большую часть времени помещать ESP8266 в глубокий сон и периодически будить его, чтобы провести измерения и отправить данные по Wi-Fi в облако. Согласно этого руководства , максимальное время глубокого сна у ESP8266 составляло около 71 минуты, но с момента выхода ядра ESP8266 Arduino 2.4.1 оно увеличилось примерно до 3,5 часов. Мастер установил интервал в один час.

Большинство плат для ESP8266, используют регулятор напряжения AMS1117, который потребляет много энергии. Единственным исключением является WEMOS D1 mini, который поставляется с более экономичным ME6211. WEMOS D1 mini потребляет около 150 мкА в глубоком сне.
Еще экономичней в этом плане ESP-12F. У этой платы нет USB UART или регулятора напряжения. Потребление в режиме глубокого сна у нее составляет всего 22 мкА.

Шаг четвертый: облачная служба
Для хранения данных мастер будет использовать ThingSpeak, облачную службу Интернета вещей. Переходим на https://thingspeak.com/ и создаем учетную запись. После входа в систему кликаем кнопку «New Channel». В настройках канала вводим название и описание. Затем мы называем поля каналов и активируем их, устанавливая флажки справа.

Авторские настройки полей следующие:
Field 1: water level (cm) — (уровень)
Field 2: battery level (V) — (батарея)
Field 3: temperature (°C) — (Температура)
Field 4: humidity (%) — (влажность)
Field 5: pressure (Pa) — (давление)

Для дальнейшего использования нужно записать идентификатор канала , ключ API чтения и ключ API записи, которые можно найти в меню ключей API.

В дальнейшем можно считать данные из облака на смартфоне с помощью приложения. На телефоне с Android мастер использует виджет IoT ThingSpeak Monitor.

Шаг четвертый: программирование ESP-12F
Для программирования мастер будет использовать IDE Arduino.Чтобы подготовить его к работе с ESP8266, выполните следующие действия:
Загружаем IDE Arduino .

Далее в меню File — Preferences — Settings добавляем URL http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json к дополнительным URL-адресам Board Manager. Далее в меню Tools — Board — Boards Manager устанавливаем esp8266.
Выбираем в качестве платы : Generic ESP8266 Module.

Для работы с ESP-12F мастер использовал плату расширения. Он припаял микросхему к плате, а затем припаял разъемы к пластине. После монтажа он обнаружил, что плата расширения слишком широка для стандартной макетной платы. Сбоку не остается свободных контактов для подключения.

Решение, которое он выбрал, — использовать U-образные провода и соединить их, как на фото ниже. Таким образом, GND и VCC подключаются к направляющим на макетной плате, и оставшиеся контакты становятся доступными. Недостатком является то, что макетная плата, после монтажа устройства будет вся оплетена проводами.

Другое решение — соединить две макетные платы вместе, как показано в этом видео .

Далее, чтобы запрограммировать ESP-12F через USB-порт компьютера, нужен переходник. Мастер использовал программатор FT232RL FTDI. У программатора есть перемычка для выбора напряжения между 3,3 В или 5 В. В данном случае нужно установить 3,3 В. Установка драйверов должна быть автоматической, но если программирование не получится можно попробовать установить их вручную с этой страницы .

ESP8266 имеет режим программирования для загрузки новой прошивки во флэш-память и режим флэш-памяти для запуска текущей прошивки из нее. Для выбора между этими режимами контакты должны принимать определенное значение во время загрузки:
Программирование: GPIO0: low, CH-PD: high, GPIO2: high, GPIO15: low
Память: high, CH-PD: high, GPIO2: high, GPIO15: low
Кроме того, убедитесь, что вы подключили вывод TX FT232RL к выводу RXD ESP8266.

Последовательность программирования следующая:
Установите GPIO2 на низкий уровень, закрыв переключатель программирования.
Выполните сброс ESP8266, закрыв, а затем снова открыв переключатель сброса. ESP8266 теперь загружается в режиме программирования.
Установите GPIO2 обратно на высокий уровень, открыв переключатель программирования.
Загрузите новую прошивку из Arduino IDE.

Перезагрузите ESP8266 еще раз, замкнув и снова открыв переключатель сброса. ESP8266 теперь загружается во флэш-режиме и запускает новую прошивку.

Теперь можно проверить, работает ли программирование, загрузив скетч Blink.
С помощью скетча проверяются контакты GND, VCC, GPIO2, RST, TXD и RXD.

Прежде чем продолжить, он бы рекомендовал также проверить другие контакты с помощью мультиметра. Для этого нужно использовать этот скетч , который устанавливает все контакты в высокий уровень один за другим на 5 секунд, а затем переводит ESP8266 в глубокий сон на 20 секунд. Чтобы ESP8266 проснулся, необходимо подключить RST к GPIO16.

Читайте так же:
Зарядное устройство с десульфатацией своими руками

Устройство для отслеживания уровня воды в резервуаре и передачи данных по беспроводной сети

Шаг пятый: загрузка эскиза
Код можно скачать здесь .
В начале файла необходимо ввести некоторую информацию: имя и пароль используемой WLAN, данные статического IP -адреса, а также идентификатор канала и ключ API канала ThingSpeak.

Следуя совету в этом блоге , вместо DHCP, где маршрутизатор динамически назначает IP-адрес, нужно использовать статический IP-адрес. При такой настройке обмен данными намного быстрее и следовательно, мы экономим активное время и энергию аккумулятора. Поэтому мы должны установить доступный статический IP-адрес, а также IP-адрес маршрутизатора (шлюза), маску подсети и DNS-сервер. Если вы не знаете, что вводить, прочтите о настройке статического IP-адреса в руководстве к вашему роутеру. На компьютере с Windows, подключенном через Wi-Fi к вашему маршрутизатору, запустите оболочку ( кнопка Windows-r , cmd ) и введите ipconfig / all. Вы найдете большую часть необходимой информации в разделе Wi-Fi.

Вот основные особенности кода:
После пробуждения код устанавливает для switchPin (по умолчанию GPIO15) высокий уровень. Это действие включает транзистор, который, в свою очередь, включает датчик HC-SR04-P. Перед тем, как погрузиться в глубокий сон, он снова устанавливает на контакте низкий уровень, выключая транзистор и HC-SR04-P.

Если modePIN (по умолчанию GPIO14 ) низкий, код переходит в режим OTA вместо режима измерения. С помощью OTA (обновление по воздуху) мы можем обновлять прошивку через Wi-Fi, а не через последовательный порт. В данном случае это довольно удобно, так как не нужно подключать последовательный порт к USB-адаптеру. Просто установите GPIO14 на низкий уровень (с помощью переключателя OTA в электронной схеме), сбросьте ESP8266 (с помощью переключателя сброса).

На аналоговом PIN ( A0 ) измеряется напряжение АКБ. Это позволяет выключить устройство, если напряжение станет слишком низким и заменить батарею.

Измерение расстояния датчика HC-SR04-P выполняется в функции DistanceMeasurement. Для повышения точности измерение повторяется numMeasuresDistance (по умолчанию 3 раза).

Здесь есть функция для расчета скорости звука на основе измерений температуры, влажности и давления датчиком BME280. По умолчанию I2C адрес BME280 является 0x76, но если он не работает, потребуется изменить его на 0x77: BOOL bme280Started = bme280.begin (0x77);
Мастер будет использовать BME280 в принудительном режиме, что означает, что производится одно измерение и он снова переходит в спящий режим для экономии энергии.

Если пользователь устанавливаете емкость (л), полное расстояние (см) и площадь (м2), код вычисляет оставшийся объем резервуара по измеренному расстоянию: двойной оставшийся объем = емкость + 10,0 * (полное расстояние) * площадь; и загружает данные в Tоблако. Если вы сохраните значения по умолчанию, он загружает расстояние до поверхности воды в сантиметрах.

Выше представлена схема. Она довольно велика для одной макетной платы, особенно с учетом негабаритной платы расширения и U-образными проводами.

Для питания устройства используется напряжение от батареи (около 3,75 В) и 3,3 В, которые питают ESP8266 и BME280. Мастер спланировал 3,3 В на левую сторону платы, а 3,75 В на правую. Регулятор напряжения преобразует 3,75 В в 3,3 В. Он добавил конденсаторы 1 мкФ на вход и выход регулятора напряжения для повышения стабильности.

GPIO15 ESP8266 подключается к затвору транзистора. Это позволяет ESP8266 включать транзистор и, следовательно, ультразвуковой датчик, когда он активен, и выключать его при погружении в глубокий сон.

GPIO14 подключается к переключателю OTA. Замыкание переключателя подает сигнал ESP8266, что мы хотим запустить следующий режим в режиме OTA, то есть после того, как мы нажмем (закроем и откроем) переключатель RESET и загрузим новый скетч по беспроводной сети.
Контакты RST и GPIO2 подключаются, как показано на схеме программирования. Вывод RST теперь также подключен к GPIO16, чтобы позволить ESP8266 выйти из глубокого сна.

Контакты TRIG и ECHO ультразвукового датчика подключены к GPIO12 и GPIO13, а контакты SCL и SDA BME280 подключены к GPIO5 и GPIO4.
Наконец, аналоговый вывод АЦП через делитель напряжения подключен к входному напряжению. Это позволяет измерить входное напряжение для проверки заряда батарей. Вывод ADC может измерять напряжение от 0 до 1В. В качестве делителя напряжения мастер выбрал резисторы 100К и 470К.

Даже когда схема работает от батарей, можно подключить USB к последовательному адаптеру. Просто не забудьте отключить VCC адаптера и подключить GND, RX и TX, как показано на схеме программирования. Это позволяет открыть Serial Monitor в Arduino IDE, чтобы прочитать отладочные сообщения и убедиться, что все работает должным образом.

Для всей схемы потребление тока в режиме глубокого сна при работе от батарей 50 мкА.
Общее время активности составляет около 7 секунд, из которых 4,25 секунды для подключения к Wi-Fi и 1,25 секунды для отправки данных в облако. После ряда вычислений он пришел к результату, что аккумулятора 2600 мАч теоретически хватает на 12400 часов = 515 дней.

Приборы для измерения и регулирования уровня жидкостей и сыпучих материалов

В процессе производства измерение уровня жидкостей и сыпучих материалов необходимо для учета их наличия и расхода, определения отклонения фактического уровня от заданного значения, а также для отмеривания нужного количества используемого материала.

  • по роду исследуемого материала: для измерения уровня жидкостей, сыпучих материалов и кусковых твердых тел;
  • по назначению: для контроля и сигнализации предельных значений уровня; для непрерывного измерения значений уровня; для определения границы раздела двух несмешивающихся сред, обладающих различной плотностью и акустическим сопротивлением (например, вода и керосин);
  • по принципу действия: визуальные, механические, манометрические, электрические и акустические.
Читайте так же:
Как правильно варить полипропилен

Примером механических уровнемеров может служить поплавковый прибор с пружинным уравновешиванием УДУ, предназначенный для измерения уровня в больших резервуарах.

Принцип его работы основан на действии поплавка, плавающего на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с ее уровнем (рис. 1).

Поплавок 1, подвешенный на перфорированной мерной ленте 3, при изменении уровня жидкости скользит вдоль направляющих струн 2. Лента, проходя через систему угловых роликов и гидрозатвор, вступает в зацепление со штырями мерного шкива 14 показывающего прибора. Перемещение шкива передается на отсчетный механизм 13, показания которого соответствуют уровню жидкости в резервуаре.

Пружина двигателя постоянного момента 11, который обеспечивает натяжение мерной ленты, одним концом прикреплена к ведущему барабану 12, сидящему на одной оси со шкивом-накопителем 9; другой конец пружины свободно охватывает барабан 10, создавая постоянный момент в направлении, показанном стрелкой. Когда поплавок находится в верхнем положении, мерная лента смотана на шкив-накопитель, а лента пружинного двигателя — на барабан 10.

Кинематическая схема поплавкового уровнемера типа УДУ

При понижении уровня жидкости поплавок преодолевает момент трения в подвижной системе прибора, а также момент, создаваемый пружинным двигателем, и перемещается вниз. Мерная лента, вращая шкив-накопитель, одновременно перематывает пружину двигателя постоянного момента с барабана 10 на барабан 12, накапливая тем самым энергию. При повышении уровня вес поплавка компенсируется выталкивающей силой жидкости, натяжение мерной ленты уменьшается, пружинный двигатель преодолевает момент трения в подвижной системе прибора и сматывает мерную ленту на шкив-накопитель.

Натяжные устройства 4 осуществляют натяжение направляющих струн.

На рис. 2 показана принципиальная схема дистанционной приставки, служащей для подачи на вторичный показывающий прибор электрических сигналов, которые дублируют значения уровня, показываемого счетным механизмом уровнемера типа УДУ. С помощью приставки подаются сигналы о крайних положениях уровня жидкости.

Принципиальная схема дистанционной приставки к уровнемеру типа УДУ

Принципиальная схема работы дистанционной приставки указателя уровня с мостом

Дистанционная приставка к уровнемеру типа УДУ

Под воздействием этого напряжения двигатель моста перемещает ползунок реохорда и напряжение небаланса уменьшается. Когда оно уменьшится до нуля, вращение электродвигателя прекратится, ползунок реохорда остановится в положении, строго соответствующем положению щетки датчика. Конструкция прибора изображена на рис. 4.

Реохорд 18 представляет собой кольцо с равномерно намотанной манганиновой проволокой. Он крепится в пластмассовом основании 17, в котором армированы два токосъемных кольца 6 и закреплены шунтирующее реохорд сопротивление, а также два сопротивления по 2750 Ом, входящие в плечи измерительного моста.

Ось 1, вращающаяся в подшипниках скольжения 19 и 12, имеет сальниковое уплотнение, состоящее из асбестографитовой набивки 5, грундбуксы 4, пружины 2 и нажимной гайки 3.
Щетка метров 16 жестко закреплена на втулке 10, свободно вращающейся на оси. Вращение оси приставки передается втулке 10 через двухступенчатый редуктор 14. Один конец щетки метров скользит по токосъемному кольцу, а второй — по торцовой поверхности реохорда.

Полному повороту щетки метров соответствует четырнадцать оборотов щетки сантиметров 24, которая жестко укреплена на оси 1. Один конец щетки сантиметров скользит по токосъемному кольцу, а второй, несущий константановый контакт,— по внутренней поверхности реохорда.

Устройство для сигнализации крайних положений уровня состоит из шкалы 8, стрелки 9 и электроконтактного механизма 15. Стрелка плоской пружиной прижимается к торцу шестерни редуктора и при ее вращении перемещается вместе с ней. Такое скрепление позволяет произвести поворот стрелки относительно заторможенной шестерни. При повороте стрелки до одного из двух крайних контактных упоров 23 замыкается цепь сигнализации крайних положений уровня жидкости в резервуаре. Упоры за счет перемещения вдоль пазов кольца электроконтактного устройства настраиваются на определенную величину крайних положений измеряемого уровня резервуара. Один упор соответствует верхнему измеряемому уровню жидкости в резервуаре, а второй — нижнему.

В верхней части крышки дистанционной приставки имеется пробка со щупом 11 для заливки масла и контроля уровня, а в нижней — пробка 13 для слива масла.
Провода в дистанционную приставку подводятся через муфту 21, закрепляются в ней и подсоединяются к клеммной колодке 7, после чего крышка 20 закрывается. Для обеспечения взрывобезопасности на наружной поверхности приставки и внутри вводной клеммной коробки имеются зажимы под болты заземления 22.

Манометрические уровнемеры работают по принципу определения разности гидростатических давлений в измеряемой и сравнительной емкостях. Схема уровнемера показана на рис. 5.

Принципиальная схема манометрического уровнемера

Преобразователь 1, уменьшающий пульсацию давления воздуха при выходе пузырьков, представляет собой полый замкнутый цилиндр с горизонтальными щелями. Дроссель 4 предназначен для ограничения подачи воздуха, который прокачивают через линию питания 3 в заданных пределах. Манометр 5 обеспечивает силовую компенсацию массы столба
жидкости в резервуаре. Если в импульсную трубку 2 подать сжатый воздух, то в ней установится давление, равное гидростатическому давлению столба жидкости на уровне расположения щели в преобразователе.

Читайте так же:
Краскопульт с маленьким расходом воздуха

Давление воздуха, прокачиваемого по трубке, всегда будет равно гидростатическому:
P=H*p*g, где Н — высота столба жидкости над обрезом трубки; p — плотность жидкости; g — ускорение свободного падения.

Электрические уровнемеры представляют большую группу приборов, использующих изменение электрических параметров — емкости, индуктивности и др.— в зависимости от изменения уровня контролируемой среды.

Наибольшее распространение получил емкостный уровнемер ЭИУ-2. В этом приборе измерение электрической емкости производится с помощью индуктивно-емкостного моста. При изменении уровня контролируемой среды вдоль оси прибора изменяется электрическая емкость, нарушается равновесие моста и на его выходе появляется напряжение, пропорциональное изменяющемуся уровню.

На производстве широко применяются сигнализаторы и регуляторы уровня. Электрическая функциональная схема регулятора-сигнализатора уровня ЭРСУ-3 показана на рис. 6.

Электрическая функциональная схема регулятора-сигнализатора уровня ЭРСУ-3

Схема включает в себя три транзисторных каскада (Д1. ДЗ), нагрузкой каждого из которых является выходное реле К1. К3, а также выпрямитель У1 и силовой понижающий трансформатор Т1. Принцип работы прибора основан на преобразовании изменения электрического сопротивления между электродом преобразователя и стенкой сосуда в электрический релейный сигнал. Погружение электрода преобразователя в контролируемую электропроводную среду вызывает уменьшение сопротивления, а осушение—его увеличение. Два преобразователя (датчика) служат для поддержания уровня контролируемой среды в рабочем диапазоне, а третий — для контроля за аварийным положением уровня.

Принцип работы дистанционного электрического индикатора уровня показан на рис. 7.

Схема дистанционного электрического индикатора уровня

В измерительную схему входят две индукционные катушки, одна из которых (обмотка 1 и 3) помещена в датчик, а другая (обмотки 4 и 6) — во вторичный прибор, который состоит из усилителя 9 и реверсивного двигателя 7, приводящего в движение сердечник 5 катушки посредством кулачка 8.

При подаче напряжения переменного тока на первичные обмотки 1 и 6 во вторичных обмотках 3 и 4 каждой катушки индуктируется ЭДС. Когда сердечник 2 катушек датчика находится в среднем (нейтральном) положении, ЭДС Е1 и Е2 равны и направлены навстречу друг другу, т. е. ΔU = Е1 — Е2 = 0. Если сердечник 5 катушки вторичного прибора тоже находится в среднем положении, то разность ЭДС секций этой катушки также равна нулю.

В этом случае во вторичной цепи тока нет и напряжение на входе усилителя ΔU = 0. При смещении сердечника 2 катушки датчика от среднего положения вследствие изменения контролируемой величины меняется распределение магнитных потоков в секциях вторичной обмотки 3, индуктируемые в них ЭДС уже не равны друг другу. Во вторичной цепи измерительной схемы возникает ток небаланса, создающий на входе усилителя падение напряжения ΔU. Значение этого напряжения практически является функцией линейного перемещения сердечника 2 датчика, а его фаза — функцией направления перемещения сердечника от среднего положения. Напряжение небаланса через усилитель 9 поступает на управляющую обмотку двигателя 7, который, придя во вращение, перемещает с помощью кулачка 8 сердечник 5 катушки вторичного прибора до момента согласования положений сердечников 2 и 5, т. е. до получения равенства напряжений, индуктируемых во вторичных обмотках обеих катушек. С осью двигателя 7 механически связаны показывающее, записывающее и регулирующее устройства.

Экономному и рациональному расходованию сырья и материалов способствует применение сигнализаторов предельных значений с выдачей звуковых и световых сигналов. Электрическая схема такого устройства показана на рис. 8.

Электрическая схема сигнализатора уровня

Сигнализатор состоит из преобразователя (датчика), электронно-релейного блока и сигнального прибора (электрического звонка громкого боя). Сигнальные лампы включаются при помощи электронного реле в зависимости от положения уровня жидкости по отношению к контактам датчика.

Примером современного такого датчика уровня является РОС 301, характеристики и принцип действия которого можно почитать на сайте kip-alan.ru.

При понижении уровня жидкости сверх установленного положения нижнего контакта датчика к обеим базам триодов будет приложено положительное напряжение через резисторы R1 и R2, транзисторы VT1 и VT2 будут закрыты, контакты реле К1 и К2, включенных в эмиттерные цепи транзисторов, разомкнутся. Нормально замкнутые контакты в этом случае включают лампу Е3 и звонок, сигнализирующие о том, что уровень жидкости ниже нормы.

Если уровень находится между верхним и нижним контактами датчика, нижний контакт через жидкость соединяется с корпусом (землей), минусовое напряжение подается на базу транзистора VT2, он открывается и обеспечивает срабатывание реле К2: замыкаются нормально открытые контакты, а нормально закрытые размыкаются, отключая лампу Е3 и звонок, включается лампа Е2, сигнализирующая о том, что уровень жидкости в пределах нормы.

При повышении уровня и достижении им предела, установленного верхним контактом датчика, транзистор VT1 открывается; срабатывает реле К1, загорается лампочка Е1 и замыкается цепь звонка. Минус постоянного выпрямленного напряжения соединен с корпусом блока.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector