Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» Кафедра : УК и ТР_ Курсовая работа по дисциплине “Автоматизация измерений, контроля и испытаний” на тему “Измерение концентрации растворов” Выполнил: Шамин Д.А. Принял: Орлов Д.Ю. Владимир, 2024 Содержание Задание на курсовой проект Введение 1. Описание физической сущности измеряемых технических параметров 2. Структурное моделирование измерительных каналов 3. Разработка схемы автоматизации измерительной системы 4. Выбор комплекса технических средств измерительной системы 5. Выбор передаточной функции и анализ характеристик средств измерений 6. Рекомендации по использованию разработанной измерительной системы Заключение Список используемой литературы Задание на курсовой проект. по дисциплине “Технические измерения и приборы” на тему “Разработка измерительной системы уровня и концентрации жидкости” Примерное содержание: Введение. Описание физической сущности измеряемых технических параметров. Структурное моделирование измерительных каналов. Разработка схемы автоматизации измерительной системы. Выбор комплекса технических средств измерительной системы. Выбор передаточной функции средств измерений. Анализ характеристик средств измерений. Рекомендации измерительной по системы использованию для разработанной технических деревообрабатывающей отросли. Заключение. Список используемых источников. автоматизация измерительный жидкость концентрация процессов Введение В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, открывая человеку действующие в природе закономерности. Высокопроизводительная, экономическая и безопасная работа технологических процессов требует применения современных методов и средств измерения величин, характеризующих ход производственного процесса и состояния оборудования. Автоматический контроль является логически первой ступенью автоматизации, без успешного функционирования которых невозможно создание эффективных АСУ ТП. Актуальность разработки измерительной системы уровня и концентрации жидкости. В данной курсовой работе для разработки используются датчики уровня и концентрации жидкости, регулятор и преобразователь сигналов. Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль над уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах. Среди существующих разновидностей уровнемеров поплавковые являются наиболее простыми. Получили распространение диапазонов. поплавковые уровнемеры узкого и широкого 1. Описание физической сущности измеряемых технических параметров Измерение уровня: На предприятиях деревообрабатывающих производств одним из показателей при управлении оперативными запасами являются уровень измельчённых древесных материалов и вязких жидких продуктов в промежуточных резервуарах и емкостях. При проектировании автоматических средств контроля уровня необходимо учитывать физико-механические свойства среды, заполняющей промежуточные емкости, - измельченной древесины и вязких жидкостей. Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль над уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах. Кроме того, зная площадь любой емкости, по величине уровня можно определить количество вещества в ней. Часто по условиям технологического процесса нет необходимости в измерении уровня по всей высоте аппарата. В таких случаях применяют узкопредельные, но более точные уровнемеры. Особую группу составляют уровнемеры, используемые только для сигнализации предельных значений уровня. Для измерения уровня жидкости применяют поплавковые, буйковые, гидростатические, ультразвуковые и акустические приборы, для измерения уровня жидкости и твердых сыпучих материалов емкостные и радиоизотопные. Концентрация - величина, характеризующая количественный состав жидкости. Концентрацией раствора называют содержание вещества в единице объема воды, выраженное в процентах или в единицах массы (мг/л). В производственных условиях для непрерывного контроля концентрации растворов применяют специальные приборы, которые в зависимости от назначения и группы измеряемых веществ делятся на солемеры (определяют концентрацию растворов солей) и концентратомеры (определяют концентрацию растворов кислот и щелочей). Для контроля водных растворов кислот, щелочей, отвердителей, электролитов и смол на производствах отрасли применяют приборы для измерения концентрации водородных ионов. Активностью ионов водорода в растворах определяется их кислотные и щелочные свойства. . Структурное моделирование измерительных каналов ПДУ-И - Поплавковый датчик уровня. DC-40x - Измеритель плотности и концентрации жидкости. ТРМ148 - Измеритель регулятор микропроцессорный. АС3-М - Автоматический преобразователь интерфейсов. 3. Разработка схемы автоматизации измерительной системы 4. Выбор комплекса технических средств измерительной системы Поплавковые датчики уровня ПДУ-И Магнитный поплавковый уровнемер конструктивно состоит из измерительного стержня и магнитного поплавка, перемещающегося вдоль стержня. Внутри стержня установлены герконы с шагом 1 геркон на10 мм длины. При изменении вертикального положения поплавка вдоль чувствительного стержня в результате подъема или спада уровня жидкости изменяется выходное сопротивление датчика, которое обрабатывается измерительной схемой и преобразуется в аналоговый токовый сигнал 4…20 мА. Таким образом, выходной сигнал аналогового уровнемера прямо пропорционален уровню жидкости. В качестве чувствительного магнитно-чувствительные элемента герконы в в датчиках герметичных используются пластиковых корпусах. Таблица 1. Наименование параметра Электрические параметры Схема подключения Род питающего тока Напряжение питания, В Выходной сигнал, мА Потребляемая мощность, Вт, не более Сопротивление нагрузки, Ом, не более Значение Двухпроводная Постоянный 10…36 4…20 1 определяется по формуле: (U - 8)·50, где U - напряжение питания, В Метрологические характеристики Диапазон измерений уровня, мм Дискретность измерения уровня (разрешающая способность), мм Погрешность измерения уровня, мм Дополнительная погрешность измерения от температуры, % на 10 °С, не более Конструктивные параметры Расположение оси крепежного отверстия датчика в резервуаре Типоразмер присоединительной резьбы Размер «под ключ», мм Диаметр наружной оболочки соединительного кабеля, мм Сечение соединительных проводов, мм2 Материал рабочей части датчика Степень защиты по ГОСТ 14254 Взрывобезопасные параметры* Маркировка взрывозащиты Максимальное входное напряжение Ui, В Максимальный входной ток Ii, мА Максимальная внутренняя емкость Ci, мкФ Максимальная внутренняя индуктивность Li, мГн от 0 до 250...2000 (в зависимости от исполнения) 10 ±(10 + 0,01·L ), где L - диапазон измерений уровня 0,2 Вертикально G2 36 4...8 0,2…2 Сталь 12Х18Н10Т IP65 0ExiaIICT4 31,8 88 0,05 0,1 DC-40x - измеритель плотности и концентрации жидкостей в резервуарах для постоянных и единичных измерений в резервуарах Индустриальный измеритель плотности и концентрации жидкостей DC-40x для непрерывных и единичных измерений жидкостей и сжиженного нефтяного и природного газа (СНГ и СПГ), предназначен для измерений в режиме реального времени, постоянного мониторинга и контроля в таких сферах применения, как нефтехимия, химическая и пищевая промышленность, металлургия, производство удобрений и др. Области применения: Наблюдения за плотностью, концентрацией и температурой в резервуарах для хранения или транспортировки жидкостей: Нефтепродукты, топливо, смазочные материалы, сжиженные углеводородные газы. Концентрированные кислоты и другие агрессивные химические вещества. Пищевая и молочная промышленности, напитки. Определение продуктов и их физических параметров. Исследования концентраций готовых растворов, а также в процессе растворения. Наблюдения за ходом реакций в химических реакторах. Перемешивание и введение добавок в резервуары. Производство удобрений. Любая другая промышленность, использующая в процессах жидкости и сжиженные газы. Принцип действия: Принцип действия прибора DC-40x основывается на резонансном методе измерений при помощи виброэлемента. В его основе изменения резонансной частоты датчика в зависимости от плотности измеряемой жидкости. При помощи фазовой модуляции возбуждающей частоты производится коррекция показаний плотности жидкости от ее вязкости. Прибор имеет встроенный канал измерения температуры, построенный с использованием прецизионных платиновых терморезисторов типа ПT-1000. Плотностные коэффициенты жидкостям и определяются при определенной температурные путем калибровки температуре и градуировочные по эталонным сохраняются во внутренней памяти приборов. Преимущества приборов: Непрерывное наблюдение за плотностью и концентрацией в условиях процесса в режиме реального времени. Точные измерения плотности и концентрации жидкостей с вязкостью до 1200 сСт. Тщательная заводская калибровка и тестирование датчиков. Возможность работы в резервуарах под давлением. Возможность погружения сенсора на глубину до 30 метров. Отсутствие подвижных частей, электронная система управления. Возможность исполнения приборов по индивидуальным заказам и спецификациям. Работа во взрывоопасной, пожароопасной и опасной для здоровья человека среде. Работа при любых уровнях жидкости, больших давлениях, перемешивании и Турбулентности. Большой выбор установок и конфигураций стандартных продуктов. Спецификации. ТРМ148 - Измеритель регулятор микропроцессорный Назначение прибора: Прибор предназначен для измерения и автоматического регулирования температуры (при использовании в качестве первичных преобразователей термометров сопротивления или термоэлектрических преобразователей), а также других физических параметров, значение которых первичными преобразователями (датчиками) может быть преобразовано в напряжение постоянного тока или унифицированный электрический сигнал постоянного тока. Информация о любом из измеренных физических параметров может отображаться в цифровом виде на встроенном индикаторе. Приборы могут быть использованы в системах контроля и регулирования производственными технологическими процессами в различных областях промышленности, в том числе подконтрольных Ростехнадзору, в сельском и коммунальном хозяйстве. Основные функции прибора: Прибор выполняет следующие основные функции: измерение физических параметров объекта, контролируемых входными первичными преобразователями; цифровая фильтрация измеренных параметров от промышленных импульсных помех; коррекция измеренных параметров для устранения погрешностей первичных преобразователей; вычисление значений параметров объекта по заданной формуле; отображение результатов измерений или вычислений на встроенном светодиодном четырехразрядном цифровом индикаторе; регулирование физической величины по ПИД или двухпозиционному закону; реализацию коррекции регулируемой физической величины в соответствии с задаваемыми графиками изменения в зависимости как от внешних параметров, так и/или от времени; регистрация измеренной или вычисленной физической величины; формирование аварийного сигнала при обнаружении неисправности первичных преобразователей с отображением его причины на цифровом индикаторе; формирование аварийного сигнала при выходе регулируемой величины за допустимые пределы; формирование аварийного сигнала при обнаружении неисправности исполнительного механизма (контроль LBAаварии); отображение заданных параметров регулирования на встроенном светодиодном цифровом индикаторе; передачу в сеть RS-485 текущих значений измеренных или вычисленных величин, а также выходного сигнала регулятора и параметров состояния объекта; и др. Таблица 2. Характеристики прибора Автоматический преобразователь интерфейсов RS-232/RS-485 ОВЕН АС3-М Предназначен для взаимного преобразования сигналов интерфейсов RS-232 и RS-485. Позволяет подключать к промышленной информационной сети RS-485 устройство с интерфейсом RS-232 (персональный компьютер, считыватель штрих-кодов, электронные весы и т. д.) . Выбор передаточной функции и анализ характеристик средств измерений Датчик уровня ПДУ-И является усилительным звеном с коэффициентом усиления k=0.006мА/мм (отношение выходного сигнала 4-20 мА к входному диапазону измерений уровня от 0 до 250...2000мм). k 0 . 0 0 6 x 0 1 0 0 0. 10 01 Статическая характеристика. yx () k x 0 . 0 6 0 . 0 4 0 . 0 2 0 2 4 y( x) 0 6 8 1 0 x При поступлении сигнала на вход, сигнал на выходе пропорционально ему возрастанию в k раз. Переходная характеристика. x (t) 1 yt () k xt () y (t) k x( t) 6 3 . 1 00 1 3 . 1 0 0 0 6 6 1 y ( t) 3 0 3 . 1 9 0 9 5 5 5 5 3 . 1 90 9 1 0 5 0 5 1 0 t При поступлении сигнала на вход, сигнал на выходе принимает постоянное значение после времени переходного процесса (tп=0). В данном случае установившееся значение выходного сигнала равно 0.006. АЧХ A () k 3 . 1 0 0 1 6 3 . 1 0 0 0 6 6 1 A( ) 3 0 3 . 1 9 0 9 5 5 5 3 . 1 9 0 9 0 2 5 4 6 8 1 0 В усилительном звене АЧХ равно коэффициенту усиления (0,006). ФЧХ () 0 1 0 ( ) . 5 . 5 0 0 1 0 2 4 6 8 1 0 В усилительном звене ФЧХ равно 0. Датчик уровня DC-40x является усилительным звеном с коэффициентом усиления k=0.6мА* см3/ г (отношение выходного сигнала 4-20 мА к входному диапазону измерений коэффициента до 2000 кг/м3(до 2 г/см3)). k 0 . 6 x 0 1 0 0 0. 10 01 Статическая характеристика. yx () k x 6 4 y( x) 2 0 0 2 4 6 8 1 0 x При поступлении сигнала на вход, сигнал на выходе пропорционально ему возрастанию в k раз. Переходная характеристика. x (t) 1 yt () k xt () 0 0 y( t) 0 0 . 6 0 . 6 0 0 . 6 . 5 9 . 5 9 1 0 5 1 0 5 9 5 9 0 5 1 0 t При поступлении сигнала на вход, сигнал на выходе принимает постоянное значение после времени переходного процесса (tп=0). В данном случае установившееся значение выходного сигнала равно 0.6. АЧХ A () k 0 . 0 A ( ) 6 0 . 6 0 0 . 6 . 5 9 0 0 . 0 5 2 9 1 0 5 9 5 4 9 6 8 1 0 В усилительном звене АЧХ равно коэффициенту усиления (0,6). ФЧХ () 0 1 0 ( ) . 5 . 5 0 0 1 0 2 4 6 8 1 0 В усилительном звене ФЧХ равно 0. 6. Рекомендации по использованию разработанной измерительной системы В настоящее время операция измерения уровня является ключевой для организации контроля и управления технологическими процессами в химическом, производствах, нефтехимическом в пищевой и нефтеперерабатывающем промышленности, промышленности строительных материалов, в системах экологического мониторинга и во многих других отраслях. На предприятиях деревообрабатывающих производств одним из показателей при управлении оперативными запасами являются уровень измельчённых древесных материалов и вязких жидких продуктов в промежуточных резервуарах и емкостях. Для контроля водных растворов кислот, щелочей, отвердителей, электролитов и смол на производствах отрасли применяют приборы для измерения концентрации водородных ионов. Нефтепродукты, топливо, смазочные материалы, сжиженные углеводородные агрессивные газы. Концентрированные химические вещества. кислоты Пищевая и и другие молочная промышленности, напитки. Определение продуктов и их физических параметров. Исследования концентраций готовых растворов, а также в процессе растворения. Наблюдения за ходом реакций в химических реакторах. Перемешивание и Производство удобрений. введение добавок Любая другая в резервуары. промышленность, использующая в процессах жидкости и сжиженные газы. Заключение В данном курсовом проекте были разработаны измерительные системы уровня и концентрации жидкости. Разработана схема автоматизации измерительной системы. Проанализированы характеристики (временная, статистическая, АЧХ, ФЧХ) средств измерения. Выполнение данного проекта позволило: систематизировать и закрепить знания по разделам дисциплины; сформировать навыки логического моделирования поставленной задачи и способов ее разрешения; сформировать навыки анализа функционирования отдельных звеньев системы; сформировать навыки в выборе комплекса технических средств для ее реализации. Список используемой литературы 1. Музалевский «Технические измерения и приборы в лесной промышленности». 2. Кулаков «Технические измерения и приборы в химической промышленности».
