Отчет по практике: Вимірювання рівнів

Такий буйок механічно з'єднаний з чутливим елементом 2 вторинного перетворювача, а його переміщення обмежується за допомогою пружини 3, закріпленої одним кінцем до верхньої частини буйка, а другим до нерухомої частини перетворювача. Такий буйок, що вільно підвішений на пружині, служить масштабним перетворювачем порівняно великих змін рівня (до 10-20 м) у порівняно невеликі переміщення буйка та чутливого елемента вторинного перетворювача. Залежно від рівня рідини на буйок буде діяти підйомна сила, внаслідок чого пружина стискається, а чутливий елемент, яким може бути, наприклад, плунжер індуктивного чи взаємоіндуктивного перетворювача, переміщується, змінюючи відповідно вихідну індуктивність (повний електричний опір) чи вихідну ЕРС.

Функцію перетворення буйкового перетворювача можна визначити, виходячи з таких положень. При зануренні буйка в досліджувану рідину на нього буде діяти виштовхувальна сила:

деН - рівень рідини;

х - переміщення буйка;

S - площа поперечного перерізу буйка;

ρ_p - питома густина рідини;

g - земне прискорення.

Сила пружності пружини змінилися на величину F_пр =Wx ,

деW -штивність пружини.

Прирівнявши ці дві сили, одержимо

Вторинними вимірювальними приладами рівнемірів і буйковим перетворювачем можуть бути прилади тилу КПД чи КСД (з компенсаційним вимірювальним колом з диференціально-трансформаторними перетворювачами), рисунок 3.

Рисунок 3 Схема буйкового рівнеміра з диференціально-трансформаторними перетворювачами

Останнім часом широко застосовуються буйкові та поплавкові рівнеміри з силовою компенсацією, а також статичного зрівноважувального перетворення (рисунок 4).

Рисунок 4 Схема буйкового рівнеміра зрівноважувального перетворення

Вихідною величиною в таких вимірювачах є струм. Буйкові рівнеміри такого типу з уніфікованим вихідним сигналом 0...5 та 0...20 мА призначаються для вимірювань рівня рідин в технічних місткостях з рівнем заповнення до 10...16 м. Їх зведена похибка знаходиться в межах до 1,5 %.

Принцип дії рівнемірів зрівноважувального перетворення. При зануренні буйка в досліджувану рідину на нього буде діяти виштовхувальна сила F_x , що приводить до переміщення буйка, яке за допомогою коромисла перетворюється в поворот осердя диференціально-трансформаторного перетворювача. Нерухома частина магнітопроводу виконана у вигляді Ш-подібного осердя. На середньому його стержні намотана первинна намагнічуюча обмотка, що живиться від джерела змінної напруги. Дві ідентичні вимірювальні обмотки, намотані на крайні стержні, утворюють два ідентичні перетворювальні елементи. Обмотки з'єднані послідовно і зустрічно.

Диференціально - трансформаторний перетворювач побудований так, що при нульовому значенні вимірюваного рівня чи деякому його номінальному значенні рухоме осердя займає симетричне щодо обох перетворювальних елементів положення, наведені в них ЕРС будуть однаковими, а їх різниця дорівнюватиме нулю. Зі зміною вимірюваного рівня і відповідним переміщенням рухомого осердя змінюються потоки в окремих перетворювальних елементах і наведені в них ЕРС. З'являється деяка різниця ЕРС, яка подається на підсилювач, вихідна напруга якого після перетворення змінного струму в постійний подається до вимірювальної обмотки зворотного магнітоелектричного перетворювача.

Струм I_x , що проходить через вимірювальну обмотку, взаємодіючи з полем постійного магнігу, створює компенсуючу силу F_k , спрямовану назустріч силі F_x . Струм, що протікатиме в момент рівноваги цих сил, буде мірою вимірюваного рівня. Дія точніших вимірювань струму I_x , використовують компенсатори постійного струму, що вимірюють спад напруги на вимірювальній котушці опору R₀ .

Ємнісні рівнеміри відрізняються універсальністю, високою чутливістю, простотою вимірювального кола, відсутністю рухомих елементів в зоні вимірюваного рівня. Однією з основних проблем при побудові ємнісних рівнемірів є компенсація змін відносних діелектричних сталих ε_x середовища, рівень якого вимірюють, та ε_n повітря між обкладками вимірювального перетворювача в зоні, що не заповнена досліджуваним середовищем. На рисунку 5 показана схема рівнеміра, в якій передбачене виключення впливу зміни названих діелектричних сталих за допомогою компенсуючих конденсаторів.

Рисунок 5 Структура давача та схема ємнісного рівнеміра

Давач рівнеміра (рисунок 5, а) має робочий конденсатор та три компенсуючі конденсатори, два з яких знаходяться у повітрі і один повністю занурений в досліджуване середовище.

Вимірювальне коло такого рівнеміра складається з генератора змінної напруги, підсилювача, вольтметра та двох трансформаторів Тр1 та Тр2 і працює в режимі статичного зрівноважувального перетворення.

Якщо коефіцієнт підсилення достатньо великий, то можна вважати, що напруга на його вході, зашунтованому паразитною ємністю буде наближатись до нуля, а це означає, що практично буде дорівнювати нулю сума струмів, які надходять на вхід підсилювача через ємності C_p , C_n1 , C_n2 , C_k .