Сұйықтық деңгейінің сигнализаторлары

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 16 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

Кіріспе 4
1 Сұйықтықтың көлемін өлшеу әдістерін талдау 5
1.1 Сұйықтық деңгейінің сигнализаторлары 6
1.2 Деңгейдiң қалтқы датчиктерi 6
1.3 Деңгейдің оптикалық сигнализаторлары 7
1.4 Деңгейдің діріл датчиктары 7
1.5 Деңгейдің гидростатикалық датчиктары 8
1.6 Деңгейдің сыйымдылық түрлендіргіштері 8
1.7 Деңгейдің ультрадыбыс түрлендіргіштері 9
2 Техникалық талаптарды жасап шығару 11
2.1 Тағайындауға қойылатын талаптар 10
2.2 Ішкі жүйенің техникалық сипаттамаларына қойылатын талаптар 10
3 Құрылымдық сұлбаны жасап шығару және құрылғыны таңдау 11
3.1 Құрылымдық сұлбаны жасап шығару 12
3.2 Құрылғыларды таңдау 12
3.2.1Датчиктерді таңдау 11
3.2.2Аналогты сандық түрлендіргішті таңдау 13
3.2.3Микроконтроллерді таңдау 14
3.2.4Дисплейді таңдау 15
3.2.5Интерфейсті таңдау 17
4 Принципиалды сұлбаны жасап шығару 18
5 Аспаптың жұмыс істеу алгоритмі 19
Қорытынды 20
Қолданылған әдебиеттер тізімі 21
Кіріспе

Берілген курстық жобада сұйықтықтың көлемін басқару және өлшеу жүйесі
қарастырылады. Мұндай жүйе көптеген өндірістік аймақтарда қолданылуы
мүмкін.
Жобалаудың мақсаты мен міндеті микропроцессорлық жүйеде сұйықтықтың
көлемін өлшеуді жетілдіру. Берілгенді жүзеге асыруға мүмкіндік беретін
программа алгоритмін жетілдіру. Курстық проекті жобалау PIC
микроконтролерлердің Microchip Technology Inc фирмасының бақылаудың жүйесі
мен технологиялық объектттердің басқарудың комплексті тапсырмаларды өздік
шешуін дамытады.
Курстық жобаны жасау барысында келесідей негізгі міндеттер қойылады:
жобалаудың әдістемесін түсіну және микропроцессорлық жүйе өлшемдерін өңдеу,
техникалық әдебиеттермен қолдануды үйрену; сөздіктермен, каталогтармен және
МЕСТ; ЕСКД бойынша есепті-түсіндірмелік хаттаманы дайындау мен әзірлеуді
дамыту.

1 Сұйықтықтың көлемін өлшеу әдістерін талдау

Сұйықтық – заттың агрегаттық күйінің бір түрі. Сұйық күйді қатты зат пен
газ тәрізді заттардың аралығы деп есептеу қабылданған: газ көлемі мен
пішінің сақтамайды, ал қатты зат екеуін де сақтай алады. Зат сұйық күйінде
белгілі бір температура интервалына дейін болады, егер одан төмендесе
қатты күйге (кристаллизация немесе қатты аморфты күйге – шыныға айналады),
ал жоғарласа газ тәріздес (булану болатындықтан) күйге ауысады. Бұл
интервалдың шекарасы қысымға тәуелді болады
Сұйықтықтардың физикалық-механикалық қасиеттері:
●аққыштық – әр түрлі саңылаулардан сұйықтың белгілі бір жылдамдықпен
аға алу қабілеті. Ол тұтқырлыққа кері пропорционалжәне сұйықтардың аққыштық
шегі болмайды;
●тұтқырлық – бір бөліктің екінші бөлікке қатысты орын ауыстыруына
кедергі көрсете алу қабілеті;
●булану – заттың сұйық күйінің біртіндеп газ тәріздес күйге өтуі;
● конденсация – заттың газ тәріздес күйінен сұйық күйге өтуі яғни,
булануға кері процесс болып табылады;
●сулау – сұйықтың бетке жабысуын және оның сол бетте жайылуын
(немесе керісінше жайылмауын) сипаттайды;
●тығыздық – бірлік көлемдегі сұйық массасының саны.
Сұйықтықтардың деңгейін өлшеу үшін механикалық (қалтқылы, дірілді,
байпасты), гидростатикалық, электрлік (кондуктивті, сыйымдылық), магниттік,
оптикалық және радиолакациялық жұмыс принципіне негізделген деңгей
өлшеуіштері қолданылады.

Сурет 1 – Сұйықтық деңгейін өлшеуіштер
Сұйықтықтар үшiн деңгейдiң датчиктерi функционалды түрде шектi деңгейдiң
сигнализаторлары және деңгейдi өлшеуiштерге жiктеледi.
Сұйықтық деңгейінің сигнализаторы – сұйық деңгейнің шектік шамаларын
бақылауға арналған деңгей датчиктары. Деңгей сигнализаторының шығыстық
сигналы сезімтал элемент өлшенетін сұйықтықпен толтырылғанда немесе
босатылғанда өзгереді.
Сұйықтықтардың деңгейін өлшеуіштер – бұл сұйықтықтың деңгейін бақылауға
арналған датчиктар. Деңгей өлшеуіштер белгілі бір уақыт интервалында
деңгейдің градияциясын зерттеп отырады.

1. Сұйықтық деңгейінің сигнализаторлары

1.2 Деңгейдiң қалтқы датчиктерi

Деңгейдiң қалтқы датчиктерi деңгейді басқару автоматизациясының ең
қарапайым элементі. Қазіргі уақытта ол әр түрлі сұйықтықтар деңгейінің
сигнализациясының ең сенімді және экономикалық тұрғыдан арзан әдістерінің
бірі: дистилляцияланған судан бастап агрессивті сұйықтықтарға дейін.
Деңгейдің қалтқы сигнализаторларының түрінің көптеген классификациясы бар.
Бірақ, олардың жұмыс істеу принципі ығыстырушы күштің қалтқыға әсер етуіне
яғни, оның көлемдік тығыздығының бақыланатын сұйықтықтың тығыздығынан аз
болуына негізделген. Деңгейдің қалтқы датчиктары қалтқы корпусына
орналастылыған микроқосқыштан және байланыстырушы кабельден тұрады. Қалтқы
ретінде полипропиленді шар тәріздес және сферацилиндрлік денелер бола
алады. Кейбір өндірушілер сигнализаторларды жасалған материал түріне
байланысты атайды – пропиленнен жасалған қалтқы сигнализаторлары.
Байланыстырушы кабель полиуретан немесе поливинилхлорид материалдарынан
жасалынады. Мұндай датчиктар аз концентрацияланған қышқыл ерітінділері мен
сілтілерге, бейорганикалық ерітінділерге, бензинға және дизель жанар
майынының әсеріне өте төзімді. Жалғастырушы элемент ретінде құрамында сынап
болмайтын сұйық металды сөндіргіштер қолданылады. Ауыстырып қосу процесі
датчиктің көлденең жазықтықтан 3-18º бұрышқа ауытқуынан басталады.
Коммутациялаушы кернеулер диапозоны 20-265VAC немесе 6-60VDC аралығында
болады. Температуралық диапозоны +120ºС дейін. Қалтқы сигнализаторлары
қосымша жүктемемен жабдықталуы мүмкін.

Сурет 2 – Деңгейдің қалтқы датчиктері
1.3 Деңгейдің оптикалық сигнализаторлары

Деңгейдің оптикалық датчиктарының жұмыс істеу принципі оптикалық сәуле
екі ортаның шекарасынан өткенде сыну коэффиценті шамасының өзгеруіне
негізделген. Бірінші орта – датчиктің өзінің линзасы, ал екіншісі – сыртқы
орта. Егер сұйықтың деңгейі датчиктің сезімтал бетінен кіші болса, онда
орта ауалық болады. Әдетте оптикалық сәуле көзі ретінде инфрақызыл жарық
диоды қолданылады. Ауалық ортада жарық диодынының инфрақызыл сәулесі
датчик линзасының ішкі қабатынан шағылысады және шығылысуды тіркейтін фото
қабылдағыштың аумағына келіп түседі. Қабылдағыштың шығысында электрлік
сұлба сигналды өңдеп, оны шығыстық сандық сигналға немесе логикалық
деңгейдегі сигналға түрлендіреді.

Сурет 3- Деңгейдің оптикалық сигнализаторлары

1.4 Деңгейдің діріл датчиктары

Айыр немесе шеңбер әлде ромб қималы дірілдеткіш түрінде жасалған діріл
зонды пьезоэлектрлік элементпен механикалық байланысқан және
пьезоэлементтің резонанстық жиілігінде діріл пайда болады. Берілген
құрылғылардың функциялауы бақыланатын заттың физикалық қасиеттерінің
флуктуациясынан тәуелді емес. Діріл сигнализаторлары турбуленттілікке,
көпіктің пайда болуына және сыртқы дірілге сезімтал емес. Зондтың тұрақты
механикалық дірілі белгілі бір шекте өзі-өзінен тазалануына септігін
тигізеді. Деңгейдің діріл сигнализаторлары сенімді әрі күтімді қажет
етпейтін сұйықтық деңгейі мен кейбір сусымалы метериалдарды бақылауға
арналған аспап.

Сурет 4 – Деңгейдің діріл датчиктері
1.5 Деңгейдің гидростатикалық датчиктары

Шекті деңгейдің гидростатикалық сигнализаторлары резервуар түбіне
түсірілген гидростатикалық қысымды анықтау әдісіне негізделген. Резервуар
түбіне түсірілген гидростатикалық қысымның шамасы өлшеуіш аспаптан сұйық
бағанасының деңгейінен және сұйықтың тығыздығынан тәуелді. Өлшеу принципі:
гидростатикалық қысымның әсерінен серпімді сезімтал элементтің
деформациясын тоқ сигналына түрлендіруге негізделген. Орнатылған шамадан
тоқ шамасының жоғарлауы қысымның шектік шамадан және орнатылған деңгейден
асқанын көрсетеді яғни, шығыстық кілт күйінің өзгеруіне алып келеді.
Деңгейдің гидростатикалық сигнализаторлары – бұл шектік қысымның
датчиктары, сондықтан датчик атмосферамен байланыста болуы қажет.
Деңгейдің батырмалы сигнализаторларын қолданғанда атмосфералық түтіктің
резервуардан бөлек шығарылуын қамтамасыз ету қажет. Деңгейдің
гидростатикалық сигнализаторларын монтаждау кезінде процесс материалын
толтырған уақытта сұйықтың ағысы шектік қысымды тудыруы мүмкін. Ал шектік
қысым жалған iске қосылудың пайда болуына әкеліп соқтырады. Сондықтан
датчиктерді турбуленттілік аумағынан қашық жерге орналастыру керек.

Сурет 5 - Деңгейдің гидростатикалық датчиктері

1.6 Деңгейдің сыйымдылық түрлендіргіштері

Сыйымдылық деңгей өлшеуіштері шекті деңгейдің сыйымдылық
түрлендіргіштері секілді жұмыс принципін қолданады. Аспатың активті зонды
(өзек, трос, кабель) немесе сыйымдылықтың өткізгіш қабырғасы (екінші
жерлестірілген зонд, егер сыйымдылық қабырғасы өткізбейтін материалдардан
жасалса, онда зондты қаптайтын құбыр) конденсатордың пластиналарын жасайды.
Бұл конденсатордағы оқшаулағыш ретінде ауа немесе қарапайым конденсатордың
пластиналарының арасында диэлектрик болып табылатын басқа материал болуы
мүмкін. Сыйымдылық бос болғанда, конденсатордың бастапқы сыйымдылығы С0
тең, ал ауа үшін диэлектриктік коэффициент "ε" 1 тең болады. Ауа
диэлектриктік коэффициенті ауаның диэлектриктік коэффициетінен жоғары
өнімнің әсерінен ығыстырылынады яғни, сыйымдылықтағы өлшенетін өнімнің
артуынан сыйымдылық шамасы өзгеріп отырады. Сыйымдылықтың бұл өзгерісі
аспаппен деңгейдің өзгеру шамасына пропорцинал шама шығыстық сигнал мәніне
турлендіріледі. Деңгей өлшеуіштің көрсеткіші өнімнің деңгейінің өзгерісіне
және конденсатор сыйымдылығының өзгерісіне тура пропорционал. Сыйымдылық
пластиналар арасындағы қашықтықтан тәуелді. Екінші зондтың қолданылуы
ерекше формалы яғни, қабырғалары вертикаль емес сфералық формалар кезінде
қолданылады.
Өлшеу диапозоны қолданылатын зондтың түріне байланысты 30 метрге дейін
өлшей алады. Өлшеу дәлдігі деңгейдің шамасы байланысты және ол ±0,3% көп
болмайды. Өлшенетін өнімнің температурасы +200ºС дейін. Стандартты
протоколдардың шығыстық сигналдары 4 - 20 мА, HART және т.б.

Сурет 6 – Деңгейдің сыйымдылық түрлендіргіштері

1.7 Деңгейдің ультрадыбыс түрлендіргіштері

Ультрадыбыс деңгей өлшеуіштері – үздіксіз әрекет ететін контактісіз
деңгей датчиктары. Бұл түрлендіргіштердің жұмыс істеу принципі газ- қатты
зат орталарынан ультрадыбыстың шағылу құбылысын пайдалануға негізделген
Ультрадыбыс деңгей өлшеуіштің электрондық блогы датчиктан шағылысқан
ультрадыбыстық импульстің орталардың бөліну шекарасына барып қайту уақытын
өлшеуге негізделген. Сыйымдылықтың материалының деңгейінің шамасы доғары
болған сайын импульстің материалға барып қайту уақытының шамасы аз болады.
Ауадағы дыбыстаң таралу жылдамдығы 331 мсек.,ал өлшей алатын деңгейінің
шамасы 70 метрға дейін болғандықтан деңгейді өлшеу әр секунд сайын
жүргізіледі. Осының арқасында ультрадыбыс датчиктары үздіксіз өлшей алады.
Ультрадыбыс датчиктары индикаторлық құрылғы мен бағдарламалау блогы түрінде
жасалады. Шығыстық сигналдар стандарттық протоколдар түрінде 4-20 мА, HART
түрінде құрастырылады. Деңгейді өлшеу диапазоны 25 метрге дейін. Өлшеу
дәлдігі 0,25%. Процестің температурасы +90ºС.
2 Техникалық талаптарды жасап шығару

2.1 Тағайындауға қойылатын талаптар

Жасап шығарылатын өлшеу жүйесі сұйықтықтың деңгейін өлшейтін датчиктан
ақпаратты жинау, деңгейдің шамасын көлем шамасына түрлендіру және
технологиялық сыйымдылықта ақпаратты диспетчерлік пунктке жіберілуін
қамтамасыз етуі тиіс.

2.2 Ішкі жүйенің техникалық сипаттамаларына қойылатын талаптар

Жасап шығарылатын жүйе кесте 1 талаптарға сәйкес келуі тиіс

Кесте 1
Техникалық сипаттамалар

Аталуы
Нормасы

Сұйықтық көлемінің өлшеу диапазоны, м3
1

Көлемді өлшеу қателігі, %
±1

Өлшеу циклінің уақыты, с,
1

Өлшеу нүктелерінің саны, дана
1

Байланыс сызығының ұзындығы, м
100

Қорек кернеуі, В
220

Қорек кернеуінің мүмкін болатын ауытқуы, %
+10, -15

2.3 Қолдану шарттарына қойылатын талаптар

Қоршаған ортаның температурасы

3. Құрылымдық сұлбаны жасап шығару және құрылғыны таңдау

3.1 Құрылымдық сұлбаны жасап шығару

Сұйықтықты өлшеуге арналған жүйенің жасап шығарылатын құрылымдық
сұлбасы сурет 8 көрсетілген

Сурет 8 – Сұйықтық деңгейін өлшеуге арналған жүйенің құрылымдық сұлбасы

3.2 Құрылғыларды таңдау

3.2.1 Датчикті таңдау

Сыйымдылықтардың деңгейін өлшеуге арналған NivoCAP екі өткізгішті
деңгей өлшеуіш. Ол өнімнің деңгейін, көлемін өткізгіш және өткізбейтін
сұйықтықтарда өлшеуге арналған. Бұл деңгей өлшеуіштер 1-ден 20 метрге
дейінгі деңгейді өлшеуге арналған.
Қоректену кернеуі: 12-36 V DC
Процестің температурасы: -30 °C -дан +200 °C дейін
Қоршаған ортаның температурасы: -25 °C–дан +70°C дейін
Жылытқышты қолданған кездегі қоршаған ортаның температурасы: -70°С-дан
+70°C дейін
Қысым: максимал шамасы 40 bar
Қосылу принципі: Бұрандалы 1", 12" немесе фланцті
Қорғаныс деңгейі: IP 67
Берілген аспап деңгейді көлемге қайта есептейтін функциясы бар. Ол үшін
аспапты қажет бағдарламалық қамтамасыздандыру, деңгейді көлемге қайта
есептеуге арналған арифметикалық формуланың көмегімен бағдарламалауға
болады. Аспаптың көрсеткіші деңгейді, көлемді өлшеуге байланысты 4-20мА
арасындағы тоқ сигналына түрлендіріледі. Қосымша SAP-202 құрылғы көмегін
қолданғанда өлшеу нәтижесі аспаптың экранына шығарылады және HART
протоколды қолданғанда шығыстық драйвермен қамтамысыз етілуі мүмкін.

Сурет 9 – NivoCAP деңгей өлшеуіші

Жұмыс істеу принципі

Аспаптың активті зонды немесе жерлестірілген екінші зонд конденсатор
пластиналарын құрастырады. Бұл конденсатордағы оқшаулағыш ретінде ауа
немесе қарапайым конденсатордың пластиналарының арасында диэлектрик болып
табылатын басқа материал болуы мүмкін. Сыйымдылық бос болғанда,
конденсатордың бастапқы сыйымдылығы С0 тең, ал ауа үшін диэлектриктік
коэффициент "ε" 1 тең болады. Ауа диэлектриктік коэффициенті ауаның
диэлектриктік коэффициетінен жоғары өнімнің әсерінен ығыстырылынады яғни,
сыйымдылықтағы өлшенетін өнімнің артуынан сыйымдылық шамасы өзгеріп
отырады. Сыйымдылықтың бұл өзгерісі аспаппен деңгейдің өзгеру шамасына
пропорцинал шама шығыстық сигнал мәніне ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.