ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИПА РАБОТЫ
.
методическое руководство к лабораторным работам по курсу
"АВТОМАТИЗАЦИЯ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА"
для специальности 180400. "Электропривод и автома-
тика установок и технологических комплексов".
(для студентов очного и очно-заочного обучения)
- 2007 г. -
Составитель: доц. САЖИНА Р.А.
УДК 658.5
ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИПА РАБОТЫ
УРАВНЕМЕРА УЛЬТРОЗВУКОВОГО
Приведено описание устройства и принципа работы ультрозвукового уровнемера типа ВК 1200-2М.
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.
1.
Целью лабораторной работы является знакомство с устройством и принципом работы и характеристиками ультразвукового уровнемера типа ВК 1200-2М.
2.НАЗНАЧЕНИЕ УРОВНЕМЕРА ВК1200-2М.
Ультразвуковой уровнемер типа ВК 1200-2М предназначен для установки в нефтеналивные и водяные емкости (буллиты) и может безопасно работать во взрывоопасных средах.
3.ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫУРОВНЕМЕРА ВК 1200-2М
1. Диапазон измерения, см 100 – 1700;
2. Нижний уровень измерения, см 100;
3. Цена деления измерения, см 1;
4. Погрешность измерения, не более, см 1;
5. Переодичность измерений, сек, не более 6;
4. УСТРОЙСТВО УРОВНЕМЕРА ВК 1200-2М
Ультразвуковой уровнемер типа ВК 1200-2М состоит из вертикально установленной гибкой трубы 3 с размещенным внутри ее ферромагнитным звуководом с выраженным магнитоупругим эффектом, обмотки 2, намотанной на звуководе, электроакустического излучателя 1, установленного в верхней части герметизированной трубы, поплавков с постоянными магнитами, установленными концентрично с герметизированной трубой, и свободно перемещающихся вдоль нее. Уровнемер содержит электронный блок с пьезоэлектрическим излучателем и вторичным преобразователем сигнала.
Питание электронного блока и передача информации во вторичный преобразователь осуществляются через линию связи.
Общая принципиальная схема ультразвукового уровнемера ВК1200-2М представлена на Рис.1..
 |
Рис.1. Схема ультразвукового уровнемера ВК1200-2М
Вторичный преобразователь содержит блок вычислений уровня нефти и блок вычислений уровня воды. В первом блоке производится вычисление уровня нефти по формуле:
Hyj =H61 -hi
Во втором блоке производится вычисление уровня воды по формуле:
Ну2 =Нб2 +h2,
Где: H61 и Нб2 - значения базовых размеров датчика соответственно по
нефти и воде (Нб2=88м для двенадцатиметрового датчика).;
hi и h2 - расстояния от пьезорезонансного
преобразователя до первого и второго
поплавков
Принцип работы этого датчика уровня состоит в том, что излучатель ультразвуковых колебаний 1 посылает по волноводу 3 импульс ультразвуковых колебаний, который распространяется по волноводу и деформируют его. С другой стороны постоянный магнит поплавка намагничивает волновод в области их соприкосновения, создавая в этой области магнитное поле. Согласно магнитострикционному эффекту деформация магнитопровода (волновода) вызывает изменение магнитного
поля (в области его соприкосновения с поплавком). В свою очередь изменение магнитного поля вызывает появление ЭДС в воспринимающей катушке 2, расположенной внутри этого волновода. Эта ЭДС проявляется в виде короткого вторичного (отраженного) импульса напряжения в катушке 2, смещенного на время прохождения колебаний по волноводу. Система измерения датчика (вторичный преобразователь) определяет время между появлением излучаемого и отраженного от поплавка импульсов, величина которого прямо пропорциональна положению поплавка на волноводе. Таким образом, принцип действия уровнемера заключается в измерении времени прохождения ультразвуковой волной в металлическом стержне от пьезорезонансного преобразователя до первого поплавка (в случае измерения уровня нефти) и измерении времени прохождения ультразвуковой волной пути от пьезорезонансного преобразователя до конца стержня и обратно до второго поплавка (в случае измерения уровня воды).
6. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО БЛОКА.
Принципиальная схема измерительного блока уровнемера ВК 1200-2М представлена на Рис.2..
 |
Рис.2. Принципиальная схема измерительного блока уровнемера
Принципиально измерительный блок уровнемера ВК-1200 состоит из первичного и вторичного преобразователей. Первичный преобразователь устанавливается непосредственно на датчике ВК-1200, в то время как вторичный преобразователь устанавливается на пульте диспетчера. Длина линии связи между этими преобразователями не должна превышать 600 метров.
Назначение первичного преобразователя состоит в том, чтобы создать ударный ультразвуковой импульс, который затем распространяется по волноводу к поплавкам.
Этот импульс создается двумя кварцевыми резонаторами, которые деформируют под действием электрического импульса генератора. Вторичный импульс наводится в катушке и через приемник и линию связи передается во вторичный преобразователь.
Во вторичном преобразователе этот импульс делится на два потока. В первом потоке этот импульс (КТ1) направляется на пороговый формирователь на входе которого появится прямоугольный импульс только тогда, когда амплитуда этого импульса будет выше некоторого опорного сигнала, составляющего две трети от максимальной амплитуды основного импульса. Поступая на элемент задержки 1 выходной прямоугольный импульс (КТ7) поддерживается на верхнем уровне в течении 0,2 мсек. Величину этого импульса можно наблюдать в контрольной точке КТ7.
В втором потоке вторичного преобразователя этот импульс направляется в резонансный контур, в котором он усиливается и преобразуется в биполярный. В результате чего в его спектре наблюдается несколько амплитудных всплесков, которые можно проследить в контрольной точке КТ4. Первый биполярный всплеск (КТ4)наблюдается от пускового импульса, после некоторого затухания которого наблюдается несколько последующих амплитудных всплесков.
Все эти положительные амплитудные всплески преобразуются последующим формирователем в прямоугольные импульсы различной скважности (ширины), которые можно наблюдать в контрольной точке КТ6.
Характер изменения всех контрольных сигналов можно наблюдать на осциллограмме, представленной на Рис.з.
Рис 3. Осциллограмма сигналов в контрольных точках вторичного преобразователя уровнемера ВК 1200-2М.
 |
8
Началом для отсчета времени распространения звуковой волны может быть передний фронт прямоугольного сигнала КТ7, а концом этого отсчета может быть передний фронт биполярных импульсов преобразованных в прямоугольные сигналы КТ6. Однако в спектре этого сигнала присутствует преобразованный прямоугольный пусковой импульс, передний фронт которого не должен останавливать время отсчета поэтому он не должен считываться для анализа. С этой целью элементом задержки 2 продляется действие прямоугольного импульса КТ7 до тех пор пока уровень первого импульса КТ6 не достигнет нулевой отметки.
Элемент задержки 2 включается триггером Т1 при подаче на него переднего фронта первого импульса сигнала КТ6. В это же время триггер Т2 сигналом КТ7 переводится в нулевое состояние хотя на него также воздействуеи сигнал КТ6. Своим инверсным выходом триггер Т2 включает через ключ «И» счетчик делитель частоты сигналы с которого подаются на последовательные счетчики импульсов.
Во вторичном преобразователе имеется две пары таких счетчиков, один входной импульс которых дает на выходе 1 см счета. Т.е. каждый входной импульс изменяет показания счетчиков на 1 см. Максимальное число, которое могут зафиксировать эти счетчики равно 2048, это есть максимальный числовой порог данного вторичного преобразователя.
Выходы одной системы последовательных счетчиков подключены к параллельным регистрам, которые в свою очередь подключены к соответствующим входам регистра сдвига. С помощью этого регистра полученный двоичный числовой результат передается в последовательном коде в порт ЭВМ.
Выходы второйой системы последовательных счетчиков подключены к дешифраторам, которые преобразуют показания каждого из четырех последовательных счетчиков в соответствующую цифру на световом индикаторе, пеобразуя тем самым показания счетчиков в четырех разрядное десятичное число.
Остановка в работе счетчиков произойдет при подаче переднего фронта второго импульса сигнала КТ6. В этот момент сигнал КТ7 будет на нулевом уровне (сигналы элементов задержки 1 2 нулевые), поэтому триггер Т2 не
будет обнуляться и закроет через логический ключ «И» подачу импульсов от генератора этих импульсов. Одновременно запускается элемент задержки 3, который через 1 мсек. На обнуление всех счетчиков, чтобы подготовить их для нового цикла измерения. Этот цикл начинаеися с подачи пускового импульса с первичного преобразоваиеля.
7. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ НА СТЕНДЕ
Лабораторный стенд для измерений уровней состоит из горизонтально расположенного уровнемера 1 (ВК-1200-2М), с перемещающимся поплавком 2. Измерительной линейки (рулетки) 3 и электронного измерительного блока 4.
 |
Рис.4. Схема измерительного стенда уровнемера ВК-1200-2М
7.1. ПОРЯДОК ВЫОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ.
Для начала выполнения измерений необходимо поплавок 2 переместить в крайнее левое положение. Включить электронный блок уровнемера. Переместить поплавок вправо
на 5 см. и снять показания с цифрового индикатора электронного блока. Последовательно перемещая поплавок через 5 см аналогично снимать показания индикатора на каждом положении. Все показания свести в следующую таблицу:
| № п/п | Перемещение поплавка (см) | Показания прибора (см) | Абсолютная погрешность (см) |
| И.т.д. |
Абсолютная погрешность уровнемера расчитывается по формуле:
D = Y(рулетки) – Y(прибора)
Где: Y(рулетки) - показания рулетки;
Y(прибора) - показания индикатора.
По этой формуле вычислить абсолютную погрешность для всех снятых значений и построить график зависимости абсолютной погрешности от перемещения поплавка.
Абсолютная
погрешность
0 Перемещение поплавка
Результаты оформить в виде отчета.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОВРОСЫ.
1 Почему в катушке возникает отраженный от поплавка
импульс тока.
2 Какую роль выполняет постоянный магнит в поплавке.
3 Какую роль играют последовательные импульсные
счетчики во вторичном преобразователе уровнемера.
4 Как игнорируется пусковой импульс резонансного контура последовательными импульсными счетчиками.
5 Как запускаются последовательные импульсные счетчики.
6 Как прекращается счет последовательных импульсных счетчиков.