Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения Крапивин Александр Михайлович

Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения
<
Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Крапивин Александр Михайлович. Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 : Москва, 2003 195 c. РГБ ОД, 61:04-5/1856

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1 Анализ проблемы автоматизации горно технологических процессов, связанных с измерением уровня жидких и сыпучих сред 7

1.1 Обзор методов и технических средств автоматического контроля и управления уровнем жидких и сыпучих сред 8

1.2 Основные электрофизические характеристики контролируемых сред 44

1.3 Разработка концепции контроля уровня на основе комплексного анализа электрофизических характеристик среды. 61

ГЛАВА 2 Разработка метода автоматического контроля и управления уровнем жидких и сыпучих сред во вмещающих емкостях средствами комплексного анализа электрофизических характеристик среды . 65

2.1 Диэлькометрический метод измерения текущих значений уровня и объема жидких и сыпучих сред для АСУ ТП 65

2.2 Построение математической модели измерения 70

2.2.1 Идеализированная модель метода на основе цилиндрического конденсатора 71

2.2.2 Основные характеристики модели 73

2.3 Оценка информационных характеристик модели 78

ГЛАВА 3 Анализ погрешностей исследуемого метода измерения 84

3.1 Погрешности нестабильности электрофизических свойств среды ...85

3.2 Погрешности нестабильности формы вмещающей емкости 95

3.3 Конструктивные погрешности устройства 98

3.4 Погрешности нестабильности электрофизических свойств измерительного зонда 101

ГЛАВА 4 Проблемы технической реализации диэлькометрического метода измерения для АСУ ТП 109

4.1 Требования к электрическим параметрам первичного преобразователя информации 109

4.2 Концепция построения функциональной измерительной схемы системы 113

4.3 Исследование способов расширения функциональных возможностей устройства с использованием методов цифровой обработки информации 120

4.4 Оценка параметров электромагнитной совместимости 125

ГЛАВА 5 Экспериментальные исследования разрабатываемого метода .. 136

5.1 Разработка макетного образца измерительного устройства. 136

5.2 Экспериментальные исследования макетных образцов уровнемера 140

5.3 Результаты сравнения теоретических выводов и экспериментальных исследований 151

5.4 Примеры практической реализации метода 153

Заключение 157

Библиография 160

Введение к работе

Сложившаяся производственная структура промышленного предприятия предопределила разделение автоматизированных систем по уровню управления. По этому критерию можно выделить три уровня: автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП); автоматизированная система управления предприятием (АСУП); организационно-технологическая автоматизированная система управления (АСУОТ).

АСУТП выполняет функции управления производственной деятельностью объекта в момент совершения событий, т. е. с помощью разветвленного комплекса технических средств (КТС) получают информацию о состоянии объекта и управляют им в реальном масштабе времени. АСУТП предназначены для измерения конкретных величин и параметров, характеризующих ход технологических процессов, их контроля и поддержания на определенном уровне, а также для управления этими процессами.

В АСУТП существует своя иерархичность управления. Различают три уровня АСУТП: нижний уровень - управление технологическим блоком или установкой; средний уровень - управление подгруппой или группой технологических установок; - верхний уровень - ' контроль, управление и диспетчеризация объекта в целом.

Функционирование АСУТП обеспечивается комплексом технических средств (КТС), состоящим из датчиков сигналов физических величин, исполнительных механизмов, регуляторов и других устройств локальной автоматики; устройств связи, предназначенных для передачи информации от мест ее регистрации к центральному или периферийному контроллеру и далее к потребителям; терминальных устройств, обеспечивающих сбор информации, ее подготовку к обработке, ввод в центральный процессор и вывод результатов; вычислительных и системных периферийных устройств [81,108].

Бесперебойная работа нижнего уровня АСУТП и, как следствие, всей системы в целом в большой степени зависит от надежной работы информационного звена КТС - датчиков сигналов физических величин.

Создание высокоточных и надежных измерителей параметров технологических процессов, способных работать в сложных эксплуатационных условиях, остается одной из актуальных проблем автоматизации производства. Комплексная автоматизация и эффективное применение автоматизированных систем управления технологическими процессами во многих случаях сдерживается из-за отсутствия надежных средств получения информации о состоянии процесса.

Общая тенденция в развитии датчиков неэлектрических величин и измерительных устройств в целом обусловлена повышением точностных требований к ним при одновременном усложнении эксплуатационных условий. Все это заставляет совершенствовать известные методы измерения и проводить поиск и раз- работку новых методов, позволяющих решать возникшие задачи.

Развитие химической, нефтяной, авиационной, металлургической, машиностроительной и ряда других отраслей промышленности, внедрение новых технологических процессов, ЭВМ для управления ими выдвинули множество разнообразных задач по измерению таких параметров, как уровень, количество (объем, масса) жидких и сыпучих сред, положение границ раздела между компонентами многокомпонентной среды, сплошность потока среды в трубопроводах, средняя плотность сыпучих сред, геометрические размеры изделий и т. п.

Говоря о задаче измерения уровня сред, следует отметить, что в ряде случаев к уровнемерам предъявляются более высокие точностные требования (погрешность измерения не должна превышать 1,0—0,1%). Возникло большое число задач по измерению уровня агрессивных, токсичных сред, находящихся в сосудах при высоких температурах и давлениях, значительном уровне внешней радиации. В связи с этим значительно повысились требования к надежности и конструктивной простоте датчика уровнемера, размещенного в сосуде. Датчик должен не только обеспечивать высокую точность измерения, но и сохранять свои выходные параметры в течение длительного времени, причем регламентные работы с его извлечением из сосуда подчас исключаются [61,130].

Для решения задач автоматизации контроля и управления уровнем важным является создание унифицированных измерительных комплексов, способных решать широкий класс задач измерения. В настоящее время предприятиями страны выпускается несколько сотен типов уровнемеров, сигнализаторов и регуляторов уровня, основанных на различных методах измерения, однако большинство выпускаемых устройств решает только отдельные частные задачи [34]. Создание унифицированного комплекса уровнемеров позволит повысить качество и надежность низовой автоматики.

Основные электрофизические характеристики контролируемых сред

При измерении уровня агрессивных жидкостей или недопустимости нарушения целостности сосуда, датчик помещается в специальном кармане вне сосуда, и излучение зондирующего и прием отраженного сигналов производится через стенку днища сосуда. В этом случае карман заполняется веществом с акустическим сопротивлением, близким к сопротивлению контролируемой среды, а частота зондирующего сигнала выбирается такой, при которой влияние стенки сосуда на показания уровнемеров было бы минимальным. Обычно диапазон рабочих частот составляет 20 -100 КГц.

Одно из основных условий нормального функционирования локационных уровнемеров - определенное взаимное положение источника - приемника ультразвуковых колебаний и отражающей поверхности - уровня. Волнение поверхности жидкости в сосуде, наклон сосуда или датчика-излучателя могут привести к тому, что отраженный сигнал либо вообще не попадет на приемник, либо попадет настолько ослабленным, что не вызовет срабатывания системы измерения времени. В подобных условиях приходится применять специальные меры - размещать датчик в успокоительной камере, использовать звуководные трубы и т. п.

Недостаток локационных уровнемеров - их повышенная чувствительность к включениям , в жидкости (микровзвесей, пузырьков газа). Основными факторами (кроме погрешностей измерительной схемы), влияющими на точность локационных уровнемеров, являются тепловое расширение сосуда и изменение скорости звука в среде. Влияние последнего фактора особенно существенно при локации через газ, так как скорость звука в газе зависит от его температуры, давления, влажности. Поэтому в уровнемерах с автоматической компенсацией изменения скорости распространения звука наряду с основным каналом для измерения уровня используется дополнительный компенсационный канал строго фиксированной длины / и постоянно заполненный веществом, через которое ведется локация уровня. Измерительная схема сравнивает время прохождения звуком основного (t) и компенсационного (т) каналов и выдает сигнал, пропорциональный текущему значению уровня h = 1- /.. Использование компенсационных схем позволяет существенно (до ±0,1 %) уменьшить погрешность локационных уровнемеров. Однако при этом существенно возрастает стоимость конструкции и затрат на обслуживание [20, 61, 68,130]. Принцип действия диссипативных ультразвуковых уровнемеров основан на явлении рассеивания (поглощения) звуковой энергии в веществе. Для сигнализации предельных величин излучатель и приемник должны располагаться внутри резервуара строго друг против друга на его стенках. При заполнении пространства между двумя вибраторами жидкостью или сыпучим материалом приемник вырабатывает сигнал. Диссипативный уровнемер (рис. 1.1.6) состоит из излучателя И и приемника /7, установленных на дне и крышке сосуда. Выходной сигнал U уровнемера, пропорциональный отношению интенсивностей излучаемой и регистрируемой звуковых волн, связан с текущим значением уровня зависимостью где а ,а2 - коэффициенты затухания амплитуды звуковой волны в жидкости и газе соответственно. Нелинейность функции преобразования (градуировочной характеристики), а также низкий КПД, обусловленный отражением звуковой энергии от границы раздела жидкость-газ (например, интенсивность преломленной ультразвуковой волны при прохождении через границу вода-воздух составляет всего 0,001 падающей), препятствует промышленному освоению диссипативных уровнемеров [13, 20,130,]. Принцип действия резонансных уровнемеров заключается в возбуждении колебаний столба газа над уровнем жидкости и в фиксации резонансной частоты, при которой наблюдается возникновение стоячей волны. Датчик уровнемера (рис. .1.1.6) представляет собой трубчатый резонатор, достаточный для образования стоячей волны длины L (L ДОЛЖНО быть не менее трех диаметров резонатора и обеспечивать требуемый диапазон измерения уровня н). Для возбуждения колебаний резонатора используются магнитоэлектрические преобразователи м -обычно ленточные микрофоны. Статическая характеристика преобразования резонансных уровнемеров описывается формулой Основные недостатки резонансных уровнемеров - сложность и громоздкость конструкции (особенно при больших диапазонах измерений уровня), а также существенное влияние на их показания изменений скорости с распространения звука в среде [20,67,118,130].

Принцип действия электрических уровнемеров основан на различии электрических свойств различных сред. При этом вещества, уровень которых измеряется, могут быть как проводниками, так и диэлектриками. Основным параметром, определяющим электрические свойства проводников, является их электропроводность, а диэлектриков - относительная диэлектрическая проницаемость.

В зависимости от того, какой выходной параметр (сопротивление, емкость или индуктивность) первичного преобразователя зависит от изменения уровня, электрические уровнемеры подразделяются на кондуктометрические, емкостные и индуктивные.

Кондуктометрические уровнемеры применяются для измерения уровня проводящих жидкостей (в том числе, и жидких металлов). Первичный преобразователь (рис. 1.1.8) кондуктометрического уровнемера представляет собой два электрода, глубина погружения которых в жидкость и определяет текущее значение ее уровня. Выходным параметром преобразователя является его сопротивление или проводимость. При измерении уровня веществ с высокой проводимостью "сверхпроводящих" жидкостей (например, жидких металлов) можно применять кондуктометрические уровнемеры с одним электродом, роль второго электрода при этом выполняет заземленный сосуд.

Основные факторы, ограничивающие точность кондуктометрических уровнемеров - непостоянство площадей поперечных сечений электродов (и вследствие этого непостоянство удельных сопротивлений по длине электродов), а также образование на электродах пленки (окисла, соли) с высоким удельным сопротивлением, что приводит к резкому неконтролируемому снижению чувствительности датчика.

Кроме того, на точность кондуктометрических уровнемеров существенное влияние оказывает изменение электропроводности рабочей жидкости, поляризация среды вблизи электродов.

Вследствие этого погрешности кондуктометрических методов измерения уровня (даже при использовании различных компенсационных схем) достаточно высоки (5 - 10%), поэтому они находят преимущественное применение в качестве сигнализаторов уровня проводящих жидкостей [24, 73,130].

Идеализированная модель метода на основе цилиндрического конденсатора

Зная одну из указанных пар параметров, можно, следовательно, вычислить любую другую пару. Можно пользоваться такими параметрами, как активные и реактивные составляющие комплексной удельной проводимости о и о" или комплексного удельного сопротивления р и /У.Поэтому при последующем анализе метода под диэлектрической проницаемостью и удельной проводимостью среды будем понимать их комплексные величины, а сам метод обозначим термином "диэлькометрический" [23].

Диэлькометрический метод может быть применен для измерения уровней широкого спектра жидких и сыпучих сред таких, как различные горные смеси, песок, цемент, известь и угольная пыль в бункерах и хранилищах, нефть, мазут, топливо, вода, кислоты, щелочи и вязкие материалы в открытых баках и баках, находящихся под давлением.

Практически входная измерительная цепь уровнемеров на основе диэлькометрического метода представляет собой конденсатор, образованный стенками резервуара и зондом, погруженным в его содержимое (рис.2.1.1). Верхняя часть конденсатора заполнена воздухом, нижняя часть - сыпучим материалом или жидкостью. Емкость конденсатора изменяется в зависимости от повышения или понижения уровня заполнения вмещающей емкости. Емкость равна сумме емкостей двух участков, а именно погруженного участка и участка, находящегося в воздушной среде (=1). Контролируемым параметром является положение по высоте конденсатора границы раздела веществ с различным значением є.

В емкостных уровнемерах необходимость покрытия зонда слоем диэлектрика (эбонит, стекло, поливинилхлорид, фторопласт и др.) диктовалась электропроводностью среды и ее коррозионными свойствами. В случае использования диэлькометрического метода измерения уровня применение зонда в виде металлического стержня, покрытого диэлектриком, позволяет унифицировать его конструкцию, а также обеспечивает общность дальнейших рассуждений.

Применение покрытия зонда необходимо также с точки зрения оптимизации технических решений на основе этого метода, так как в этом случае генератор переменного напряжения для входной цепи не перегружается малыми значениями активного сопротивления контролируемых проводящих сред.

В этом случае рассматриваемая задача непрерывного контроля текущего значения уровня может быть решена с помощью первичного преобразователя, построенного на основе измерения компонент первоначально созданного волнового электромагнитного поля, квазистационарного магнитного или квазистационарного электрического поля в ближней зоне излучения. Наиболее просто поставленная задача решается путем использования преобразователя емкостного типа.

Такой преобразователь следует отнести к области автоматических систем управления технологическими процессами в горной промышленности,. нефтеперерабатывающей, химической, металлургической, машиностроительной, и пищевой, в частности к способам определения ткущего значения уровня жидких и сыпучих сред во вмещающих емкостях, их объема и расхода. При этом задача измерения уровня среды сводится к задаче измерения проводимости конденсатора, обеспечивающего требуемый диапазон измерений величиной одной из своих геометрических характеристик. Подобный преобразователь может представлять собой цилиндрический конденсатор, образованный зондом и стенками вмещающей емкости.

Методы измерения электрической емкости в настоящее время развиты достаточно хорошо. Так по литературным данным возможно измерение емкостей до 0,00001 пФ с точностью не хуже 0,02% с помощью измерительных трансформаторных мостов с тесной взаимно индуктивной связью между плечами. Одновременно современные емкостные измерительные приборы позволяют оценивать другие электрические характеристики исследуемого материала, а также осуществлять эффективную защиту измерительной цепи от воздействия паразитных дестабилизирующих факторов. [71,75,89].

Раздельное измерение емкостной и резистивнои составляющих комплексной проводимости среды может быть осуществлено при квадратурном измерении с синхронным детектированием емкостной и резистивнои составляющих полезного сигнала, сдвинутых по фазе на 90.

Амплитудное детектирование малых уровней полезного сигнала в известных устройствах вследствие принципиальных ограничений (наличие «пятки» у диодов) заменялось вычислением среднего квадратичного значения емкостной и резистивнои составляющих этого сигнала, что приводило к усложнению схемотехнического решения уровнемера. Современная элементная база (инструментальные усилители) позволяет осуществлять амплитудное детектирование минимальных значений полезного сигнала при очевидной простоте схемотехнического решения. С учетом этого диэлькометрический метод дает возможность одновременного измерения текущего значения комплексной проводимости среды и ее составляющих. Таким образом, применение диэлькометрического метода, измерения текущего значения уровня среды в вмещающих емкостях позволит повысить чувствительность уровнемеров, унифицировать их конструкцию и снизить эксплуатационные расходы за счет комплексного анализа электрических характеристик контролируемой среды.

Погрешности нестабильности формы вмещающей емкости

Оценка информационных характеристик модели первичного преобразователя диэлькометрического уровнемера и анализ погрешностей предложенного метода, проведенные соответственно в главах 2 и 3, показывают, что принципиально суммарная относительная погрешность измерений уровня устройством на основе диэлькометрического метода может составлять сотые доли процента. Требуемая погрешность измерений является основой исходных данных для разработки конкретного варианта уровнемера и определяется требованиями технического задания, разрабатываемого с учетом специфики технологического процесса, в автоматизации которого предполагается использование уровнемера, выбранного типа. Полный перечень исходных данных для разработки диэлькометрического уровнемера с квадратурным разделением измерительных каналов должен включать следующие основные параметры технологического процесса и условий его автоматизации: - минимальное и максимальное значения контролируемого уровня; - максимальная скорость измерения уровня; - значение основной погрешности измерений уровня; - диапазон изменения диэлектрической проницаемости и удельной проводимости контролируемой среды; допустимая величина напряжения на измерительном зонде; - требуемые вид и диапазон величин выходных сигналов; - рабочий диапазон температур; - допустимая величина дополнительной погрешности измерений; - максимальная допустимая мощность потребления от источников электропитания; - допустимые габарит и вес узлов устройства. На основании исходных данных для разработки с использованием предложенных методик и алгоритмов могут быть разработаны требования к основным электрическим параметрам первичного преобразователя информации. К основным электрическим параметрам первичного преобразователя диэлькометрического уровнемера относятся: - максимально допустимое отклонение от линейности входной характеристики преобразователя "уровень электрический сигнал"; - амплитуда переменного напряжения на измерительном зонде; - рабочая частота; - коэффициент гармоник переменного напряжения на измерительном зонде; - крутизна входной характеристики; - допустимая величина коэффициента развязки квадратурных каналов; - полоса пропускания измерительного тракта; - коэффициент защиты от электромагнитных помех; - максимальное допустимое расстояние от измерительного зонда до блока электронного; - напряжение электропитания аппаратуры. Расчет основных электрических параметров диэлькометрического уровнемера производится в следующей последовательности: 1. На основании заданных технологическим процессом вида контролируемого вещества и рабочих диапазонов температуры, давления и влажности определяется максимальная величина флуктуации диэлектрической проницаемости этого вещества Дє2. 2. На основании допустимой величины дополнительной погрешности измерений с использованием выражений (2.2.3.3 и 2.2.3.4) при заданных геометрических размерах вмещающей емкости определяются необходимые величина относительной толщины изоляционного покрытия измерительного зонда а и отношение радиуса вмещающей емкости к радиусу измерительного зонда. 3. С учетом полученных значений а-—- и (R2 = const) определяется величина радиуса г измерительного зонда г. 4. На основании определенных таким образом величин R2 и г и заданных констант с использованием выражений (2.2.1.3) определяется диапазон измерений входной электрической емкости первичного преобразователя {Cmin\ Стах). 5. По определенному значению и требованиям к величинам выходных сигналов уровнемера определяется общий ( В Л коэффициент преобразования системы к — . 6. С учетом определенных Cmin и Стах, а также рабочего диапазона температур, рассчитываются параметры трансформаторной мостовой измерительной цепи, в том числе коэффициент преобразования км и добротность Q. 7. По определенной величине добротности резонансного моста Q с учетом оптимальной величины коэффициента развязки квадратурных каналов измерения определяется допустимая нестабильность частоты измерительного генератора Af. 8. С учетом определенного ранее км вычисляется коэффициент усиления согласующей цепи между измерительным мостом и квадратурным детектором кс. 9. По заданной разрешающей способности системы определяется необходимая разрядность АЦП. 10. В соответствии с технологическим заданием определяется дополнительные выходные сигналы микроконтроллера. При необходимости измерения объемно-весовых параметров контролируемого вещества в ПЗУ микроконтроллера должны быть введены аналитическое выражение, описывающее форму вмещающей емкости, или, в случае неправильной формы этой емкости, калибровочная таблица.

Практическая реализация теоретических положений, обосновывающих диэлькометрический метод измерения уровня, заключается в создании в контролируемом объеме однородного электрического поля определенной частоты и напряженности и измерении с его помощью величины комплексной проводимости конденсатора, образованного измерительным зондом и стенками вмещающей емкости. При этом, как отмечалось в главе 2, информационные характеристики диэлькометрического метода существенно расширяются за счет применения методов компонентной обработки сигналов. В этом случае становится целесообразным применение входных измерительных цепей в виде мостов переменного тока вместо известных методов измерительного генератора.

Применение компонентного измерителя составляющих комплексной электропроводности среды основано на трудах Е. Г. Момота [9\ ], К. Б. Карандеева [7 А ] и В. Ю Кнеллера [75] и содержит два независимых канала, обеспечивающих квадратурную фазовую селекцию сигналов.

Концепция построения функциональной измерительной схемы системы

Очевидно, что при YJB2 = (резонансный режим) чувствительность моста максимальна, что во многих случаях позволяет отказаться от предварительного усилителя, а это существенно улучшает метрологические характеристики измерительной цепи. Однако при реализации резонансного режима возникают проблемы, связанные с необходимостью настройки и удержания частоты измерительного генератора на резонансной частоте моста при условиях изменения его параметров, например, при изменении значения измеряемой емкости. С целью упрощения настройки частоты генератора в измерительную цепь может быть введена система фазовой автоподстройки частоты. При этом генератор должен вырабатывать возможно более монохроматический синусоидальный сигнал с мощностью, определяемой требованиями электромагнитной совместимости и электробезопасности. Диапазон рабочих частот генератора определяется частотными характеристиками электрофизических параметров контролируемой среды.

Выходной сигнал первичного преобразователя после фильтрации и усиления поступает на входы двух синхронных детекторов 1 и 2, выделяющих соответственно сигналы, имеющие нулевой сдвиг фазы и сдвиг фазы на 90 по отношению к входному сигналу моста. Для обеспечения правильного функционирования детектирующих каналов с минимальными переходными искажениями формирователь опорных напряжений должен вырабатывать сигналы строго сфазированные с сигналом, поступающим на измерительный зонд, а также сдвинутые относительно него на угол 90. Например, для обеспечения 1% точности измерения раздельно электропроводности и диэлектрической проницаемости контролируемой среды допустима ошибка в фазовом сдвиге не более 0,5. Для данных целей хорошо подходит генератор, предложенный в работе [103].

Сигнал с нулевым сдвигом фазы соответствует величине действительной части G комплексной проводимости входной цепи первичного преобразователя, а сигнал со сдвигом фаз на 90 -мнимой части В. Эти сигналы после усиления и преобразования в двоичный код поступают на входы центрального процессора, где происходит их анализ, на основании которого с заданной точностью могут быть определены уровень заполнения вмещающей емкости.

Необходимо отметить, что при измерении уровня в технологических процессах, обеспечивающих высокую стабильность электрофизических параметров контролируемой среды, предложенные входная мостовая измерительная схема и генератор могут быть заменены на устройство, приведенное на рис. 4.2.2 [134].

Устройство для измерения емкости содержит: входной полосовой фильтр 1, неинвертирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 2, детектор 3 и второй фильтр 4.

Первый электрод измеряемого конденсатора подключен к полосовому фильтру и через него к первому входу регулируемого неинвертирующего усилителя. Первый выход усилителя соединен со вторым электродом измеряемого конденсатора, а второй выход с входом детектора. Выход детектора через второй фильтр соединен со вторым входом регулируемого усилителя.

Устройство работает следующим образом. Элементы и соединения устройства образуют автоколебательную систему, самовозбуждающуюся на резонансной частоте полосового фильтра, т.е. рабочая частота всегда совпадает с центральной частотой полосового фильтра. При этом выходной сигнал регулируемого усилителя 2 детектируется детектором 3 и на выходе второго фильтра 4 вырабатывается постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде колебаний на выходе усилителя 2. Это напряжение поступает на второй (управляющий) вход усилителя 2 и изменяет его коэффициент усиления, стремясь стабилизировать амплитуду выходного напряжения. Условие генерации автоколебаний в данном случае записывается в виде:

Другими словами выходное напряжение устройства пропорционально величине реактивного сопротивления измеряемого конденсатора, что, в частности, создает дополнительные преимущества при измерении уровня диэлькометрическим методом.

При этом отпадает необходимость в подстройке частоты измерительного генератора при изменении величины измеряемой емкости, так как система автоматически перестраивается под новое значение резонансной частоты полосового фильтра 1, что обеспечивает высокие метрологические характеристики измерительного устройства. Предложенная структура позволяет использовать высокодобротные полосовые или избирательные фильтры, в частности, кварцевые резонаторы. [134]

Похожие диссертации на Автоматизированный контроль и управление уровнем жидких и сыпучих материалов на основе диэлькометрического метода измерения