Современные датчики уровня

Курсовая работа

по дисциплине Средства получения информации Современные датчики уровня

Датчик, сенсор (от англ. sensor) — термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления.

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.

Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, например термометры, расходомеры, барометры, прибор «авиагоризонт» и т. д. Обобщающий термин датчик укрепился в связи с развитием автоматических систем управления, как элемент обобщенной логической концепции датчик — устройство управления — исполнительное устройство — объект управления. Специальный случай представляет использование датчиков в автоматических системах регистрации параметров, например, в системах научных исследований.

Определения понятия датчик.

Широко встречаются следующие определения:

— чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например — пневматический сигнал;

— законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.

— датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающий естественно закодированную информацию от этого объекта.

— датчик — конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая один или несколько первичных преобразователей, а также один или несколько промежуточных преобразователей.

Эти определения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик это небольшое, обычно монолитное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах (фото) и др. В третьем и четвертом определении акцент делается на том, что датчик является конструктивно обособленной частью измерительной системы, воспринимающей информацию, а следовательно обладающий самодостаточностью для выполнения этой задачи и определенными метрологическими характеристиками.

Применение датчиков В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.

Классификация датчиков.

Классификация по виду выходных величин:

— активные (генераторные)

— пассивные (параметрические) Классификация по измеряемому параметру.

Датчики давления:

— абсолютного давления

— избыточного давления

— разрежения

— давления-разрежения

— разности давления

— гидростатического давления Датчики расхода:

— механические счетчики расхода

— перепадомеры

— ультразвуковые расходомеры

— электромагнитные расходомеры

— кориолисовые расходомеры

— вихревые расходомеры Уровня:

— поплавковые

— ёмкостные

— радарные

— ультразвуковые Температуры:

— термопара

— термометр сопротивления

— пирометр Датчик концентрации:

— кондуктометры Радиоактивности (также именуются детекторами радиоактивности или излучений):

— ионизационная камера

— датчик прямого заряда Перемещения:

— абсолютный шифратор

— относительный шифратор

— LVDT

Положения:

— контактные

— бесконтактные Фотодатчики:

— фотодиод

— фотосенсор Датчик углового положения:

— сельсин

— преобразователь угол-код

— RVDT

Датчик вибрации:

— датчик пьезоэлектрический

— датчик вихретоковый Датчик механических величин:

— датчик относительного расширения ротора

— датчик абсолютного расширения Датчик дуговой защиты.

Классификация по принципу действия:

— оптические (фотодатчики)

— магнитоэлектрические (На основе эффекта Холла)

— пьезоэлектрические

— тензо преобразователь

— ёмкостной датчик

— потенциометрический датчик

— индуктивный датчик

— индукционный датчик Классификация по характеру выходного сигнала:

— дискретные

— аналоговые

— цифровые

— импульсные Классификация по количеству входных величин:

— одномерные

— многомерные Классификация по технологии изготовления:

— элементные

— интегральные В данной курсовой работе я буду рассматривать современные датчики уровня.

Датчики предназначены для непрерывного контроля уровня жидких продуктов в емкостях технологических и товарных парков.

Системы предназначены для:

— измерения уровней различных жидких продуктов, а также измерения температуры контролируемой среды в одной или нескольких точках (в зависимости от типа подключенных датчиков);

— коррекции измеряемых датчиками уровней с учетом температуры контролируемой жидкости;

— вычисления объема жидкости с использованием градуировочных таблиц резервуаров с индикацией измеренных параметров на встроенном индикаторе, а также возможностью осуществления цифрового обмена по последовательному интерфейсу с ЭВМ верхнего уровня.

Датчики могут осуществлять:

-контактное автоматическое измерение уровня жидких продуктов;

— контактное автоматическое измерение до четырех уровней раздела несмешиваемых жидких продуктов;

— измерение температуры контролируемой среды;

— измерение давления контролируемой среды.

Они выполнены во взрывозащищенном исполнении, достигается это ограничением токов и напряжений в их электрических цепях до искробезопасных значений.

Ограничение токов и напряжений в датчиках обеспечивается путем использования в комплекте с датчиками вторичных приборов, имеющих вид взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь», уровень взрывозащиты «Взрывобезопасный» для взрывоопасных смесей категории IIB и параметры искробезопасных выходов UО 12 В, IО 80 мА.

1. Одноканальный уровнемер жидкости ВК1700

Область применения:

Уровнемер предназначен для оперативного измерения уровня жидкости в технологическом аппарате и может быть использован в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности.

Режимы работы:

Автоматическое непрерывное измерение уровня, с предоставлением результата измерения на графическом дисплее. Уровнемер имеет токовый и интерфейсный (RS485) выходы. Выдача сигнала на токовый выход происходит непрерывно во время измерения, через интерфейсный выход — по запросу от внешнего устройства. Логический протокол обмена для передачи данных по интерфейсу — MODBUS RTU. Уровнемер осуществляет контроль одного верхнего и одного нижнего предельных уровней. (Два верхних уровня — для щитового исполнения). При достижении предельных уровней срабатывает звуковая сигнализация и включаются реле. Имеется возможность задать разные уровни для включения и выключения сигналов предельных уровней.

Принцип действия:

Работа уровнемера основана на измерении времени прохождения ультразвуковой волны по волноводу расстояния от излучателя до поплавка.

Состав:

Уровнемер состоит из первичного преобразователя, монтируемого на технологическом аппарате во взрывоопасной зоне и вторичного преобразователя, устанавливаемого в щите управления, которые соединяются между собой коаксиальным кабелем типа РК-75.

Вид взрывозащиты:

Искробезопасная электрическая цепь соответствует ГОСТ Р 51 330.10−99, ГОСТ Р 51 330.0−99. Маркировка взрывозащиты: первичного преобразователя — «1ExibIIAT5», вторичного преобразователя — «[Exib]IIA» .

Особенности конструкции:

Первичный преобразователь легко сворачивается в кольцо, что значительно облегчает монтаж и транспортирование. Уровнемер комплектуется титановым поплавком, стойким к агрессивной среде и избыточному давлению. Датчик выполнен из фторопластовой трубки, что делает его устойчивым к воздействию агрессивных сред, малопроницаемым для проникновения легких фракций нефти.

Дополнительные возможности:

Уровнемер может работать с избыточным давлением до 1 МПа при установке первичного преобразователя в охранный корпус в виде трубы из немагнитного материала (нержавеющая сталь, титан). Охранный кожух может быть поставлен за дополнительную плату (в стоимость уровнемера не входит).

Название фирмы-производителя датчика:

ООО НПП «Автоматика ВК «уже более 15 лет занимается разработкой и производством уровнемеров для нефти и нефтепродуктов. За это время накоплен значительный опыт производства, применяется современное технологическое оборудование. 1

Таблица 1.1-Технические характеристики одноканального уровнемера жидкости ВК1700.

2. Датчики уровня (первичные преобразователи) ВК1700

Область применения:

Датчики уровня (первичные преобразователи) работают только в комплекте с вторичными преобразователями ВК1700 и предназначены для оперативного измерения уровня жидкости в технологическом аппарате и могут быть использованы в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности. Межфазовый датчик уровня может измерять два уровня раздела сред (два поплавка). В отличие от конкурирующих приборов, поплавки могут находится на любом расстоянии друг от друга, вплоть до сближения

Принцип действия:

Работа уровнемера основана на измерении времени прохождения ультразвуковой волны по волноводу расстояния от излучателя до поплавка. Для связи между первичными и вторичными преобразователями разработана новая система телемеханики — передача сигнала высоковольтными импульсами, обладающая высокой помехоустойчивостью. Соединение между первичным и вторичным преобразователями осуществляется дешевым кабелем РК-75 или другим радиочастотным — по одному кабелю идет как питание датчика уровня, так и передача данных. Состав:

Датчик уровня (первичный преобразователь) состоит из: головки датчика и волновода с намотанной на него катушкой, которые защищены корпусом в виде фторопластовой трубки. (Дополнительно можно заказать корпус в виде трубы из нержавеющей стали). В зависимости от исполнения датчика уровня, в комплект также входят один или два поплавка из титана диаметром 108 или 144 мм (уточняется при заказе). Кабель связи первичного и вторичного преобразователей — любой радиочастотный (например, РК-75), — в комплект поставки не входит.

Вид взрывозащиты:

Искробезопасная электрическая цепь соответствует ГОСТ Р 51 330.10−99, ГОСТ Р 51 330.0−99. Маркировка взрывозащиты: первичного преобразователя — «1ExibIIAT5», вторичного преобразователя — «[Exib]IIA»

Особенности конструкции:

Первичный преобразователь легко сворачивается в кольцо, что значительно облегчает монтаж и транспортирование. Уровнемер комплектуется титановым поплавком, стойким к агрессивной среде и избыточному давлению

Дополнительные возможности:

Уровнемер может работать с избыточным давлением до 1 МПа при установке первичного преобразователя в охранный корпус в виде трубы из немагнитного материала (нержавеющая сталь, титан). Охранный кожух может быть поставлен за дополнительную плату (в стоимость уровнемера не входит).

Название фирмы-производителя датчика:

ООО НПП «Автоматика ВК «уже более 15 лет занимается разработкой и производством уровнемеров для нефти и нефтепродуктов. За это время накоплен значительный опыт производства, применяется современное технологическое оборудование. [1]

датчик уровень классификация преобразователь

Таблица 2.1-Технические характеристики (первичные преобразователи) ВК1700.

3. Системы измерительные гамма для объемного учета жидкостей на базе контроллера ГАММА₁₀

Системы предназначены для:

— измерения уровней различных жидких продуктов, а также измерения температуры контролируемой среды в одной или нескольких точках (в зависимости от типа подключенных датчиков);

— коррекции измеряемых датчиками уровней с учетом температуры контролируемой жидкости;

— вычисления объема жидкости с использованием градуировочных таблиц резервуаров с индикацией измеренных параметров на встроенном индикаторе, а также возможностью осуществления цифрового обмена по последовательному интерфейсу с ЭВМ верхнего уровня.

Устройство и принцип работы:

Измерение уровня продукта основано на измерении времени распространения в стальной проволоке короткого импульса упругой деформации. По всей длине проволоки намотана катушка, в которой протекает импульс тока, создавая магнитное поле. В месте расположения поплавка с постоянным магнитом, скользящего вдоль проволоки, в ней под действием магнитострикционного эффекта возникает импульс продольной деформации, который распространяется по проволоке и фиксируется пьезоэлементом, закрепленным на ней. Кроме того, возникает импульс упругой деформации, отраженный от нижнего конца ЧЭ датчика и фиксируемый пьезоэлементом.

В датчиках измеряется время от момента формирования импульса тока до момента приема импульсов упругой деформации, принятых и преобразованных пьезоэлементом.

Датчики ДУУ5 и ДУУ2М-10−1, входящие в состав систем ГАММА-10/ДУУ5 и ГАММА-10/ДУУ2 соответственно, измеряют время прохождения импульса упругой деформации, сформированного поплавком и время, прохождения импульса упругой деформации, отраженного от нижнего конца ЧЭ датчика. Это позволяет вычислить расстояние до местоположения поплавка, определяемого положением уровня жидкости, при известной эффективной длине датчика.

Датчики ДУУ2М-10−0, входящие в состав систем ГАММА-10/ДУУ2/ДТМ2, измеряют время прохождения импульса упругой деформации, сформированного поплавком. Это позволяет вычислить расстояние до местоположения поплавка, определяемого положением уровня жидкости, при известной скорости звука.

Измерение температуры в датчиках ДУУ2М и ДУУ5 осуществляется с помощью цифрового интегрального термометра фирмы Maxim Integrated Products, Inc., расположенного на нижнем конце чувствительного элемента датчика.

Условия эксплуатации и степень защиты систем:

Датчики предназначены для установки на объектах в зонах класса 1 и класса 2 по ГОСТ Р 51 330.9, где возможно образование смесей горючих газов и паров с воздухом категории IIB по ГОСТ Р 51 330.11 температурной группы T5 включительно согласно ГОСТ Р 51 330.0.Датчики имеют взрывозащищенное исполнение, соответствуют требованиям

ГОСТ Р 51 330.0, ГОСТ Р 51 330.10, имеют вид взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь», уровень взрывозащиты. «Взрывобезопасный» для взрывоопасных смесей категории IIВ

по ГОСТ Р 51 330.11, температурной группы T5 по ГОСТ Р 51 330.0,маркировку взрывозащиты «1ExibIIBT5 X» по ГОСТ Р 51 330.0.

Название фирмы-производителя датчика:

Закрытое акционерное общество «Альбатрос» (ЗАО «Альбатрос») — российский разработчик и производитель контрольно-измерительных приборов, средств и систем промышленной автоматизации (КИП и А). 3],[4]

Таблица 3.1-Технические характеристики: измерительная система ГАММА (10/ДУУ5)

4. Двухканальный уровнемер жидкости ВК1700

Область применения:

Уровнемер предназначен для оперативного измерения уровня жидкости в технологическом аппарате и может быть использован в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности.

Режимы работы:

Автоматическое непрерывное измерение уровня, с предоставлением результата измерения на графическом дисплее. Уровнемер имеет токовый и интерфейсный (RS485) выходы. Выдача сигнала на токовый выход происходит непрерывно во время измерения, через интерфейсный выход — по запросу от внешнего устройства. Логический протокол обмена для передачи данных по интерфейсу — MODBUS RTU. Уровнемер осуществляет контроль одного верхнего и одного нижнего предельных уровней. (Два верхних уровня — для щитового исполнения). При достижении предельных уровней срабатывает звуковая сигнализация и включаются реле. Имеется возможность задать разные уровни для включения и выключения сигналов предельных уровней.

Принцип действия:

Работа уровнемера основана на измерении времени прохождения ультразвуковой волны по волноводу расстояния от излучателя до поплавка.

Состав:

Уровнемер состоит из первичного преобразователя, монтируемого на технологическом аппарате во взрывоопасной зоне и вторичного преобразователя, устанавливаемого в щите управления, которые соединяются между собой коаксиальным кабелем типа РК-75 или другим рабиочастотным.

Вид взрывозащиты:

Искробезопасная электрическая цепь соответствует ГОСТ Р 51 330.10−99, ГОСТ Р 51 330.0−99. Маркировка взрывозащиты: первичного преобразователя — «1ExibIIAT5», вторичного преобразователя — «[Exib]IIA» .

Особенности конструкции:

Первичный преобразователь легко сворачивается в кольцо, что значительно облегчает монтаж и транспортирование. Уровнемер комплектуется титановым поплавком, стойким к агрессивной среде и избыточному давлению. Датчик выполнен из фторопластовой трубки, что делает его устойчивым к воздействию агрессивных сред, малопроницаемым для проникновения легких фракций нефти.

Дополнительные возможности:

Уровнемер может работать с избыточным давлением до 1 МПа при установке первичного преобразователя в охранный корпус в виде трубы из немагнитного материала (нержавеющая сталь, титан). Охранный кожух может быть поставлен за дополнительную плату (в стоимость уровнемера не входит).

Название фирмы-производителя датчика:

ООО НПП «Автоматика ВК «уже более 15 лет занимается разработкой и производством уровнемеров для нефти и нефтепродуктов. За это время накоплен значительный опыт производства, применяется современное технологическое оборудование. 1]

Таблица 4.1-Технические характеристики двухканального уровнемера жидкости:

5. Сигнализатор уровня ультразвуковой СУР-6

Назначение.

Сигнализатор уровня ультразвуковой СУР-6 (далее «прибор») предназначен для сигнализации уровня (уровня раздела сред) различных жидкостей в двух точках технологических емкостей и управления производственными агрегатами и установками на объектах в зонах класса 0, 1 и класса 2 по ГОСТ Р 51 330.9, где возможно образование смесей горючих газов и паров с воздухом категории IIB по ГОСТ Р 51 330.11 температурной группы T5 включительно согласно ГОСТ Р 51 330.0.

Применяется в системах автоматизации производственных объектов нефтегазовой, нефтехимической, химической, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслей промышленности в аппаратах с атмосферным или избыточным (до 2,0 МПа) давлением.

Датчики положения уровня, входящие в состав прибора, имеют взрывозащищенное исполнение, соответствуют требованиям ГОСТ Р 51 330.0, ГОСТ Р 51 330.10, имеют вид взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь», уровень взрывозащиты «Особовзрывобезопасный» для взрывоопасных смесей категории IIВ по ГОСТ Р 51 330.11, температурной группы T5 по ГОСТ Р 51 330.0, маркировку взрывозащиты «0ExiаIIBT5 X» по ГОСТ Р 51 330.0.

Контролируемая среда.

Нефть, нефтепродукты, растворители, сжиженные газы, кислоты, щелочи, другие агрессивные и неагрессивные среды, в том числе сильнопенящиеся, обладающие высокой плотностью и вязкостью. Стойкость к агрессивным средам определяется материалами, контактирующими с агрессивной средой — нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, фторопласт-4.

Состав прибора:

— датчик положения уровня ДПУ6А (жесткий чувствительный элемент) или ДПУ6МА (гибкий чувствительный элемент);

— вторичный преобразователь ПВС5.

Датчик ДПУ6А (ДПУ6МА) подключается к вторичному преобразователю ПВС5 с помощью двухпроводного экранированного кабеля. Характеристики кабеля см. в п. 4.7.7 настоящего раздела.

Датчики комплектуются поплавками типа II или IV (уровень), III или V (уровень раздела). Характеристики поплавков.

Название фирмы-производителя датчика:

Закрытое акционерное общество «Альбатрос» (ЗАО «Альбатрос») — российский разработчик и производитель контрольно-измерительных приборов, средств и систем промышленной автоматизации (КИП и А). 2]

Технические данные прибора

Основные технические характеристики прибора и условия эксплуатации датчиков и вторичного преобразователя даны в таблице.

Таблица 5.1 Технические характеристики сигнализатора уровня ультразвуковой СУР-6

Заключение

Итак, в данной курсовой работе были рассмотрены некоторые датчики уровня, датчики уровня предназначен не только для автоматического дистанционного непрерывного определения уровня жидкости в резервуаре и отображения результата измерения на цифровом дисплее, а также выдачи результата измерения в виде аналогового токового сигнала в систему управления, сигнализации, регистрации.

Список использованных источников

1.Электронный ресурс: http://

2. http://www.albatros.ru/Page2.html

3. http://neftebazaua.narod.ru/doc_stat_all/IZMERIT_SIST_GAMMA.pdf

4. http://www.drillings.ru/work-gamma10