Введение 3
1. Анализ методов и средств измерения уровня жидких сред 6
1.1 Основные параметры жидких сред 6
1.2 Классификация методов измерения и контроля уровня жидких сред. 7
1.2.1 Поплавковый уровнемер 11
1.2.2 Буйковый уровнемер 14
1.2.3 Емкостной уровнемер 16
1.2.4 Ультразвуковой уровнемер 19
1.2.5 Радарный уровнемер 21
1.2.6 Волноводный уровнемер 23
1.2.7 Тепловый уровнемер 25
2. Математические модели систем обработки измерительных сигналов
емкостных преобразователей 30
2.1 Особенности емкостного метода преобразования измерительной
информации при построении математической модели 30
2.2 Методы преобразования значения электрической емкости на
переменном токе 35
2.3 Метод преобразования электрической емкости по параметрам
переходных процессов 40
3. Математическая модель многоэлементного ёмкостного датчика уровня 43
4. Разработка конструкции измерительно-вычислительного устройства 47
5. Экспериментальные исследования устройства для контроля уровня жидких
сред 51
6. Основные результаты и выводы 68
7. Финансовый енеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 69
Введение 69
7.1. Предпроектный анализ 69
7.2. Инициация проекта 80
7.3. Планирование научно-исследовательских работ 82
7.4. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 92
8. Социальная ответственность 96
Введение 96
8.1. Профессиональная социальная безопасность 96
8.2. Экологическая безопасность 102
8.3. Безопасность в ЧС 102
8.4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности.
106
9. Заключение 108
Список использованных источников 109
Список публикаций студента 112
Приложение А 113
Scanning system for the interface and Multiphase Level Measurement 113

Купить

Ключевые слова: измерение уровня, границы раздела многофазных сред, ёмкостной датчик уровня, математическая модель многоэлементного ёмкостного датчика.
Объектом исследования является многофазные жидкости.
Цель работы - исследование и разработка системы измерения уровня и границ раздела жидких сред.
Методология проведения работы и аппарату анализ методов и средств измерения уровня жидких сред; выбор оптимальной конструкции преобразователя; разработка технологии определения уровня многофазных жидких сред и границ разделов; разработка математической модели, описывающей метод измерений, основанный на применении приборов с емкостными датчиками уровня.
В результате исследования исследованы и разработаны различные варианты конструктивных решений чувствительных элементов многоэлементного емкостного датчика для измерения уровня жидких сред. Предложена методика расчета значения выходной емкости многоэлементного емкостного измерительного датчика на базе математической модели для плоского конденсатора. Предложены варианты конструкций многоканальных емкостных датчиков уровня, которые позволяют получать измерительную информацию от отдельных измерительных каналов измерительного датчика и варьировать основные технические характеристики этих каналов, чтобы выполнить поиск решения конкретных измерительных задач.
Основные конструктивные, технологические и технико - эксплуатационные характеристики: диапазон измерения уровня жидкости от 0 до 15 см.
Степень внедрения: проведены экспериментальные исследования по измерения уровня растительного масла и двухфазной среды (растительное масло и дистиллированная вода).
Область применения: в нефтяной промышленности, на предприятиях газовой или пищевой промышленности.
Экономическая эффективность/значимость работы контроль уровня жидких сред и границ раздела.
В будущем планируется создать опытный образец измерительной установки.
Одной из приоритетных задач современной информационно-измерительной техники является измерение и контроль уровня различных жидких и сыпучих сред. Подобная актуальная проблема наиболее широко представлена в различных областях современной промышленности: в нефтяной промышленности (измерение уровня на всех этапах переработки нефти и отпуска различных нефтепродуктов), на предприятиях газовой промышленности (контроль уровня сжиженных газов и границы их раздела) или на предприятиях пищевой промышленности (измерение уровня различных молочных продуктов, пищевых растворов или консервантов). Аналогичные измерительные задачи также присутствуют и в других областях современной промышленности: частности в гидрологии (измерение уровня воды в задемпфированных колодцах) или в химическом производстве (контроль уровня различных агрессивных жидких сред)[1].
Во всех этих случаях широко используются различные типы уровнемеров: как контактного типа (такие, как емкостные, электромеханические, и термические), так и бесконтактные варианты (акустические, ультразвуковые, радиоизотопные). Обе разновидностей современных уровнемеров обладают рядом недостатков, которые не позволяют использовать один и тот же тип приборов для контроля и измерений при изменении свойств и параметров разнообразных жидких сред, а также при различных условиях работы. В ряде случаев с помощью этих уровнемеров также не удается достичь необходимого диапазона или точности измерения.
Для устранения перечисленных выше недостатков более предпочтительными являются измерительные системы измерения и контроля уровня, и определения границ раздел жидких сред, принцип действия которых основан на оригинальных математических моделях, а также различных физических явлений. Необходимо отметить, что в настоящее время в технической литературе описано достаточно большое количество вариантов структурных схем построения подобных измерительных систем и устройств, однако объем информации об практически реализованных измерительных устройствах подобного типа весьма ограничен, что говорит об их недостаточном распространении подобных измерительных для решения выше перечисленных задач. В связи с этим все еще остается достаточно актуальным вопрос исследования, разработки и практической реализации информационно измерительной системы для контроля уровня различных жидких сред, которая бы обладала широким диапазоном измеряемых уровня жидких сред, простотой конструкции, стабильностью показаний, высокой точностью измерений, и позволяла бы автоматизировать процесс измерения, а также обеспечить быструю адаптацию к условиям конкретной задачи измерения уровня разнообразных жидких и сыпучих сред. Наиболее полно отвечает перечисленным требованиям измерительная система с несколькими измерительными датчиками, которая и явилась объектом научных исследований.
Целью выпускной квалификационной работы является исследование и разработка системы измерения уровня и границ раздел жидких сред.
Для достижения указанной цели в ВКР решались следующие основные задачи:
- разработка технологии определения значения уровня многофазных жидких сред и границ разделов;
- разработка математической модели, описывающей методы измерений, основанной на применении приборов с емкостными датчиками уровня;
- измерение и контроль текущего уровня;
- измерение и контроль положения уровня раздела сред;
- разработка структурной схемы измерителя уровня жидкости;
- оптимизация инструментальных и электронных средств аппаратной реализации измерительной системы.
Теоретической основой ВКР являются исследования в области методов и средств измерения уровня жидких сред, теории ёмкостных измерительных приборов, интеллектуальных измерительных систем, средств аналоговой и цифровой электроники.
В процессе выполнения ВКР активно применялись аналитические и экспериментальные методы исследований. Аналитические методы исследований базировались на общей теории математического моделирования схемных технических решений и натурного эксперимента в лабораторных условиях.
Для компьютерного моделирования была применен интегрированный пакет для автоматизации математических и инженерно-технических расчетов MathCAD, ориентированный на применение на платформе IBM - совместимых персональных компьютеров.
Практическая ценность ВКР заключается в разработке варианта построения автоматизированной измерительной системы, которая позволяет производить измерения положения уровня многофазных жидких сред.
Отличительной особенностью практического варианта разработанной измерительной системы является обеспечение достаточно высокой точности контроля уровня жидкости при большом перепаде измеряемых значений уровня. Для разработанного варианта измерительной системы не имеет определяющего значения проводимость жидкости, её плотность, температура окружающей среды, давление. Для результатов измерений имеет второстепенное значение наличие злектроизоляции, толщина стенок резервуара по высоте, форма резервуара, его проводимость и прозрачность.
Купить