CC BY
40
эффективно применение таких фильмов и динамических схем при исследовании, изучении очень сложных, громоздких, дорогих устройс тв и систем, которые сложно представить в оригинале.
Проведенный анализ позволяет сделать следующий вывод. В настоящее-время ИТАИ оснащен компьютерной техникой, периферийным оборудованием и программным обеспечением на должном уровне. Однако оно в малой степени применяется в учебном процессе. Это прежде всего связано с отсутствием у преподавателей соответствующих знаний, умений и навыков. В связи с этим в ИТАИ представляется необходимым создание центра для реализации возможностей информа-тизационных технологий и внедрения в процесс обучения принципиально новых средств.
В задачи центра предположительно должно входить:
1. Создание и реализация обучающих, тестирующих программ, учебных видеороликов, кинофильмов и т.д.
2. Консультации преподавателей и аспирантов в области информатизацион-ных технологий.
3. Создание и обновление единой информационной базы по различным направлениям и дисциплинам.
4. Решение организационных вопросов и оказание помощи в подготовке презентаций для руководителей и сотрудников.
5. Консультации и помощь в решении научно-исследовательских задач, обработке статистических данных, моделировании исследуемых процессов и явлений и др.
Таким образом, применение системы средств обучения при информатизацион-ном центре образования должно осуществлять поддержку процесса преподавания курса, обеспечивать широкое внедрение разработок, направленных на интенсификацию процесса обучения, совершенствование форм и методов организации учебного процесса, способствовать формированию культуры учебной деятельности обучающихся.
О.В. Цымбалист, II.М. Калепюк, И.В. Демина
РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТИ ДИСКРЕТНОГО УРОВНЕМЕРА
При разработке конструкций уровнемеров учитывают специфику производства и условия, в которых будут работать приборы. При прочих равных условиях каждый уровнемер должен быть точным, взрывобезопасным, устойчивым к коррозии, вибрациям и перегрузкам, потреблять мало энергии, быть простым в изготовлении, наладке и неприхотливым в эксплуатации.
Недостатком всех существующих конструкций уровнемеров является большая сложность и требование индивидуального исполнения для измерения уровня жидкости или сыпучих веществ при работе в различных по объему емкостях и различных условиях определения точности измерения.
В Алтайском государственном аграрном университете разработана конструкция дискретного уровнемера зачиненная
патентом Российской Федерации по заявке X» 2001130512 с приоритетом 12.11.01.
Па рисунке приведена блок-схема дискретного уровнемера.
Дискретный уровнемер содержит немагнитную трубу 1, нижний конец которой герметично закрыт, поплавок 2 с постоянным кольцевым магнитом 3, который установлен на трубе 1, трос 4, выполненный из гибкого проводника, геркон 5, кон такты которого соединены с тросом 4, немагнитный груз 6 натяжения троса 4, дополнительный постоянный магнит 7, жестко закрепленный на нижнем конце трубы 1, немагнитный ограничитель 8 хода поплавка, смонтированный на нижнем конце трубы 1, показывающий прибор 9 (микроконтролер с интерфейсом 11$-485). реверсивный двигатель 10, дискретный датчик угла поворота II, барабан 12 с винтовой образующей поверхностью,
10 11
12 13
14
А 1*-» ! і А 1 1
4Чі
Г^-1 1
Рис. Блок-схема дискретного уровнемера
ввинченный в опорную пластину 33. фо~ тодагчик-транслятор 14 срабатывания контактов геркона 5, фотодатчик начала отсчета 15 и шторку 16. установленную на верхнем конце трубы 1 с возможностью ее вертикального перемещения.
Работа дискретного уровнемера протекает следующим образом.
При пустой емкости поплавок 2 с постоянным магнитом 3 находится на ограничителе 8 хода поплавка под действием собственного веса. При этом трос 4 намотан на барабан 12 в один слой, шторка 16 приподнята грузом 6 так, что перекрывает световой поток фотодатчика 15, и электрический сигнал с его выхода не поступает на вход микроконтролера 9. В этом случае цифровой индикатор микроконтролера 9 показывает“07
При поступлении жидкости в емкость поплавок 2 с магнитом 3 перемещаются жидкостью вверх по трубе 1. Одновременно с этим с пульта оператора (или по внутреннему таймеру) на микроконтролер 9 поступает сигнал, включается реверсивный двигатель 10, и трос 4 разматывается с барабана 12 и грузом 6 перемещается вниз вдоль трубы 1. В момент начала разматывания троса 4 с барабана 12 шторка 16 опускается и фотодатчик 15, дает разрешение на счет импульсов от дискретного
датчика 1] угла поворота. Счет импульсов микроконтроллера 9 происходит до момента замыкания контактов геркона 5 постоянным магнитом 3. который находится на поплавке 2 на уровне жидкости. После этого происходит фиксация результатов отсчета. В момент замыкания контактов геркона 5 включается фогодахчик-трапс-лятор 14, и электрический сигнал с его выхода поступает на вход микроконт ролсра 9. Таким образом происходит измерение высоты Ьп от верхней части емкости до поверхности жидкости.
Определение уровня жидкости Ь в емкости производится ИЗ УСЛОВИЯ
ь = ь - Ь ,
е гг
где - высота емкости
Вычисления выполняет микроконтролер 9, и результат отображается на цифровом табло.
При работе уровнемера в режиме сканирования реверсивный двигатель 10 меняет направление вращения, и геркон 5 перемещается вверх до размыкания его контактов. Затем двигатель вновь меняет направление вращения и геркон 5 опускается вниз до замыкания его контактов, и цикл снова повторяется. Таким образом, геркон 5 совершает колебательные движения у поверхности жидкости. Направление счета импульсов от датчика угловых перемещений 9 в процессе движения геркона 5 совпадает с направлением его движения (вниз + 1, вверх -1). При вращении барабана 12 трос 4 равномерно наматывается (разматывается) на винтовую поверхность барабана в один ряд. Барабан 12 расположен в отверстии пластины 13 и находится в ней в винтовом зацеплении. При вращательном движении барабан 12, совершает и осевое перемещение на величину, равную толщине гроса, обеспечивая его расположение по центру грубы 1.
При перемещении геркона 5 из верхнего положения трубы 1 до замыкания его контактов магнитом 7 с датчиком угловых перемещений 11 поступают электрические импульсы на микроконтролер 9. Этим обеспечивается калибровка уровнемера, исключающая погрешность измерения
из-за уменьшения радиуса барабана 12, то есть из-за уменьшения длины окружности барабана.
Информация об измеренном уровне с микроконтролера 9 может быть передана для дальнейшей обработки на компьютер.
Уровнемер исключает дополнительную погрешность измерения за счет дополнительного магнита и немагнитного ограничителя, которые установлены на нижнем конце трубы.
Уровнемер надежен в работе из-за простоты и технологичности конструкции.
При определении величины погрешности, связанной с изменением объема (в связи с изменением температуры окружающей среды, которое вызывает изменение размеров бака и объема жидкости, находящейся в нем), например, цилиндрического бака высотой Н и жидкости в нем, за исходное соотношение принимаем
у — у = /г
бн ЖИ я
4
где У- и У - начальные объемы бака
он жн
и жидкости;
0 - диаметр бака;
Ь - высота уровня.
Все параметры определяют при нормальной температуре 0 .
При изменении температуры среды от0н до 0(на величину Д0 = 0-0 ) объемы жидкости и бака будут равны:
^,, = ^„(1+РД0) = ^Ь(1 + (ЗД0);
V _ лО2(1 + аД0)2 Ь(1 + аДв)
1 --------------------- ,
4
где р - коэффициент объемного расширения жидкости;
а - коэффициент линейного расширения материала бака.
Определяем приращения объемов жидкости и бака:
ДУж = Уж 0- Ужи - —Ь(1 + £Д<3) - — Ь = — Ьрде,
4 4 4
тг1)2(1+аД0)2й(1н-аД0) кЛ2 , ЛУБ - ---------------------------К
Отбрасывая величины второго и более порядка малости, получаем приращение объема бака:
ДУ6 =— ЬЗаДе2.
4
Разность приращений объемов жидкости и бака при рабочей температуре 0 равна абсолютной погрешности:
ЛУЖ -ДУ6 = гдг(1.^е--^1ь3аде;.
4 4
Зная разность объемных приращений, а также диаметр дна бака при рабочей температуре, равный О0=О(1+Д), определим погрешность, выраженную в виде приращения высоты ДЙ уровня жидкости, которое вызвано приращением температуры окружающей среды:
АУ. -АУ, ЬфДе-ЗосДе2)
Э, (1 + аЛе)2
2
где 5 = —^— (1 -н схА0) _ площадь бака при рабочей температуре.
Отбрасывая величины второго и более порядка малости, температурная погрешность, возникающая вследствие изменения объемов бака и жидкости, равна:
_ Ь((ЗА9 -ЗаАб ^
1+2аА0
Далее определяем приращение длины троса 4.
Наибольшее приращение длины троса 4 происходит при пустом баке:
АН т>= Н „ (1 + ат,&) - Н „ = Н ваа,3»,
где ДНТЗ-приращение длины троса 4 при пустом баке в м;
Н - высота бака при нормальной температуре в м;
Ннз - длина троса 4 при нормальной температуре в м;
атэ - температурный коэффициент линейного расширения материала троса 4 в град1;
Э = 0 - 293 - приращение температуры троса относительно нормальных условий в °К.
Приращение АНтз вызывает увеличение угла поворота ведущего барабана 12 и ведет к увеличению показаний уровнеме-
ра. Но этого не произойдет, если барабан будет расположен на баке и стенки бака, расширяясь, поднимут ось барабана вверх на величину ДНтУ Следовательно, трос и стенки бака должны быть выполнены из материала с одинаковыми температурными коэффициентами. Если они различны, то разность приращений длины троса и стенок бака, вызывая дополнительный поворот барабана 12, приводит к по* грешности.
Определяем приращение высоты бака с изменением температуры:
ДН6 =Ннаб-Э,
где аб~ температурный коэффициент линейного расширения стенок бака в град'1.
Зная приращение длины троса и высоты бака, находим приращение Дф и угла
115
поворота барабана:
Общая погрешность будет определят ься как сумма погрешностей:
(Д +ДН(.+Аф1).
Литература
1. Бобровников Г.Н. Методы измерения уровня. - М.: Машиностроение, 1977.
2. Соловцов В.К. Контрольно-измери-тельные приборы. - М., 1966.
3. Цейтлин В.Г. Техника измерений расхода и количества жидкостей, газов и паров. - М., 1968.
4. Яковлев А.Г. Погрешности контрольно-измерительных приборов и датчиков. - М.: Машгиз, 1961.
