Реферат: Мікропроцесорна система вимірювання рівня рідини
Як у рівнемірах для електропровідних, так і
для неелектропровідних рідин електроди перетворювачів можуть бути виконані у
вигляді стержнів, плоских пластин чи циліндрів. Другим електродом може бути
металева стінка посудини з досліджуваною речовиною.
Найпростішою та найпоширенішою є
конструкція коаксіатьного перетворювача (рисунок 1.2.1, а). Перетворювач
складається з внутрішнього 1 та зовнішнього 2 циліндричних електродів, взаємне
розміщення яких зафіксоване прохідними ізоляторами 3. Він міститься в
резервуарі 4 з досліджуваною рідиною. Якщо резервуар рідиною не заповнений, то
ємність між електродами перетворювача
 (1.2.1)
де  - повна довжина електродів;  , та  - радіус
внутрішнього електрода та відстань між електродами; Co - ємність, зумовлена
прохідними ізоляторами та з'єднувальними дротами від електродів до вторинної
вимірювальної апаратури.
Рисунок 1.2.1. Ємнісні перетворювачі рівня
рідини
Після заповнення резервуара до рівня Н ємність
зміниться до значення
 (1.2.2).
Наведений вираз є спрощеною функцією
перетворення ємнісного перетворювача неелектропровідної рідини. Еквівалентна
ємність такого перетворювача є сумою трьох з'єднаних паралельно ємностей. Якщо
діелектричну проникність досліджуваного середовища можна вважати сталою,
інформативною є лише третя складова еквівалентної ємності. Оскільки перші дві
складові є неінформативними, то для збільшення чутливості ємнісного
перетворювача повинна бути передбачена їх схемна компенсація.
Необхідно також відзначити, що в реальних
умовах  може
змінюватись, наприклад, внаслідок зміни температури досліджуваної рідини, її
хімічного складу тощо. Для зменшення впливу на результат вимірювання зміни  конструкцію
ускладнюють додатковим компенсаційним конденсатором, розміщеним в нижній
частині основного перетворювального елемента, зображеного на рисунку 1.3.1, б.
Тут І та 2 - електроди робочого перетворювача, ємність якого залежить як від
рівня досліджуваної рідини, так і від її діелектричної проникності, 3 -
додатковий (компенсаційний) конденсатор, котрий постійно знаходиться в досліджуваній
рідині, а його ємність залежить лише від  . Під час ввімкнення у
вимірювальне коло ємність компенсаційного конденсатора може використовуватись
для корекції вихідного сигналу рівнеміра при зміні  .
Оскільки простір над досліджуваною рідиною
завжди буде забруднений парами досліджуваної речовини, а його діелектрична
проникність буде відрізнятись від є повітря, то для зменшення впливу зміни
діелектричної проникності повітря в ємнісних перетворювачах застосовують другий
компенсацій ний конденсатор 4, розміщеним над робочим кондекнсатором.
В ємнісних перетворювачах рівня
електропровідних рідин один із електродів виконається у вигляді ізольованого
стержня, іншим можуть служити металеві стінки резервуара, а для неметалевих
резервуарів - неізольований циліндр, що охоплює металевий ізольований стержень.
На рисунку 1.2.2, показаний ємнісний
перетворювач рівня рідини, виконаний у вигляді стержня І, покритого шаром
ізоляції 2 і поміщеного в металевий резервуар. 3. Еквівалентна ємність такого
перетворювача дорівнюватиме
 (1.2.3)
Рисунок 1.2.2 Ємнісний перетворювач рівня
електропровідних рідин
де  - ємність, обумовлена
з'єднувальними дротами від перетворювача до вторинної апаратури;  та  - відповідно
еквівалентні ємності між стержнем 1 та металевим резервуаром 3 в повітрі та
рідині.
Складові  та  еквівалентних ємностей  та  відповідно
дорівнюють:
  (1.2.4)
  (1.2.5)
де  - діелектрична проникність
ізоляції;  -
її товщина;  -
відстань між ізольованим електродом та резервуаром;  - радіус внутрішнього електрода
без ізоляції;  , - радіус внутрішнього електрода
з ізоляцією.
Нехтуючи товщиною ізоляції електрода щодо його
радіуса  одержимо,
що
 (1.2.6)
 (1.2.7)
Тоді спрощений вираз для еквівалентної
ємності перетворювача після відповідних перетворень набере вигляд:
 . (1.2.8)
Порівнюючи вирази для функцій перетворення
перетворювачів рівнів неелектропровідних та електропровідних рідин, можна
констатувати, що вони є подібними і при реалізації останніх виникають
аналогічні проблеми, зв'язані зі зміною  та  і ці проблеми вирішуються
способами, аналогічними описаним вище.
Ємнісні рівнеміри характеризуються
порівняно низькою вартістю, простотою, зручністю монтажу в резервуарі. Їх
перевагою є можливість їх використання в широкому діапазоні температур. До
недоліків належить непридатність для вимірювань рівнів в'язких рідин, рідин, що
кристалізуються, випадають в осад. Їх недоліком є також висока чутливість до
зміни електричних властивостей досліджуваної рідини, зміни ємності між дротами
лінії, що з'єднує перетворювач з вторинною _ппаратурою. Зведена похибка
звичайних ємнісних рівнемірів становить 2…..5%.
ВИСНОВКИ
Отже, спираючись на всі подані вище вище
матеріали самим оптимальним методом вимірювання є метод, оснований на
використанні ємнісних перетворювачів. Такі перетворювачі відносно недорогі,
мають широкий діапазон вимірювань і невелику похибку вимірювання, можуть
використовуватись в різних середовищах.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Поджаренко В.А., Кухарчук В.В. Метрологические основы
компьютерно-измерительной техники. – К.: УМК ВО, 1989. – 216 с.
2. Поджаренко В.О., Кухарчук В.В. Вимірювання і
комп’ютерно-вимірювальна техніка. – К.: УМК ВО, 1991. – 240 с.
3. Циделко В.Д. Проектирование микропроцессорных измерительных приборов
и систем. – К.: Техніка, 1984. – 244 с.
4. Полішко С.П., Трубенок О.Д. Точність засобів вимірювання. – К.: Вища
школа, 1992. – 173с.
5. Циделко В.Д. Проектирование микропроцессорных измерительных приборов
и систем. – К.: Техніка, 1984. – 244 с.
6. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: Структуры и
алгоритмы, системотехническое проектирование. – М.: Энергоатомиздат, 1985.
7. Кузьмин И.В. Оценка эффективности и оптимизации автоматических
систем контроля и управления. – М.: Советское радио, 1971.
|
