XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Создание стенда для измерения уровня в резервуарах
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Организация учебного процесса в колледже призвана обеспечить современный научный уровень в подготовке кадров, связать в единый комплекс все виды учебной работы, осуществить определенную последовательность и взаимосвязь как между видами учебных занятий, так и между учебными дисциплинами. Особое внимание должно быть уделено практическим и лабораторным занятиям с применением приборов и оборудования.
Актуальность темы обусловлена необходимостью повышения качества подготовки студентов технических специальностей колледжа. Наглядность является одним из лучших способов сделать обучение доходчивым, а, следовательно, и успешным. Это объясняется тем, что зрительные восприятия обычно более доходчивы, чем сложные пояснения. Как известно, средствами наглядного обучения являются натуральные (детали, механизмы, учебные разрезные агрегаты и стенды) и изобразительные наглядные пособия (учебные плакаты, чертежи, схемы, модели, макеты, учебные кинофильмы, диафильмы и т. п.). Лучшим способом применения наглядных пособий является переход от схемы (или другого вида изобразительного наглядного пособия) к действительному устройству механизма, агрегата или системы. Такой способ соответствует одному из принципов обучения — от простого к сложному.
Натуральным наглядным пособием, позволяющим углубить понимание принципов функционирования, может являться разрабатываемый стенд для измерения уровня жидкости в резервуарах. Демонстрационный стенд представляет собой устройство, которое содержит каркас, на котором размещены: резервуары, соединяемые между собой с связками труб, а также установленными в резервуарах датчиками уровня. Для заполнения резервуаров жидкостью используются насосы, которые подключены через пульт управления к сети на 12 В. Изначально резервуар вручную заполняется жидкостью, далее включается вручную тумблер и начинается заполнения другого резервуара.
Восприятие стенд, как объемной формы, естественно для студентов всех курсов. Стенд ближе к реальным аналогам, так как обладает большей наглядностью, чем плоскостное изображение, и поэтому в начальном обучении может быть более понятен. Стенд во время учебного проектирования по специальности 15.02.12 «Монтаж, техническое обслуживание и ремонт промышленного оборудования (по отраслям)»на начальных этапах работы над проектом позволяет студенту в эскизной форме понятнее и быстрее прочувствовать и раскрыть объем, осмыслить положение его в пространстве, сопоставить масштабность и зависимость его от окружающих объектов.
Создание стенда для измерения уровня в резервуарах позволит студентам наглядно изучить конструкцию, принцип действия, определить уровень жидкости, а также поможет преподавателям более подробно раскрыть темы на занятиях по данному направлению и выполнять лабораторные работы.
Измерение нефтепродуктов в резервуарах по способу замеров предусматривает определение количества их в объемных единицах с переводом в весовые. Для точного определения количеств нефтепродуктов по способу замеров необходимо, чтобы соответствующие измерения производились только в специально прокалиброванных, постоянного объема емкостях. Калибровка емкостей, в 8 которых замеряются нефтепродукты, производится согласно специальным правилам калибровки резервуаров и других емкостей для жидких нефтепродуктов. Собственно замер представляет собой специальное измерение высоты столба нефтепродукта в калиброванной емкости.
Цель работы – создание стенда для измерения уровня жидкости в резервуарах.
Задачи:
1) ознакомиться с применением уровнемеров в промышленности;
2) изучить конструкцию датчика, принцип действия и настройку;
3) определить технологический процесс сборки стенда;
3) определить пределы измерения уровня в резервуаре, установить датчики на срабатывания реле в этих уровнях;
4) собрать конструкцию в стенд, соединив приборы к резервуарам;
5) сделать выводы и рекомендации.
Объект исследования: технические датчики уровнемера, применяемые в промышленности.
Методы исследования:
1. Изучение технической литературы и других источников информации.
2. Анализ применения стенда в учебном процессе.
3. Метод проектирования.
-
Основная часть
1.1 Общие сведения
Для автоматизации многих производственных процессов необходимо контролировать уровень воды в резервуаре, измерение проводится при помощи специального датчика, подающего сигнал, когда технологическая среда достигнет определенного уровня. Без уровнемеров невозможно обойтись и в быту, яркий пример этому – автоматика для отключения насоса скважины.
Конструкция и принцип действия
Конструктивное исполнение измерительных устройств данного типа определяется следующими параметрами:
Функциональностью, в зависимости от этого устройства принято делить на сигнализаторы и уровнемеры. Первые отслеживают конкретную точку заполнения резервуара (минимальную или максимальную), вторые осуществляют беспрерывный мониторинг уровня.
Принципом действия, в его основу может быть положены: гидростатика, электропроводность, магнетизм, оптика, акустика и т.д. Собственно, это основной параметр, определяющий сферу применения.
Методом измерения (контактный или бесконтактный).
Помимо этого, особенности конструкции определяет характер технологической среды. Одно дело — измерять высоту питьевой воды в баке, другое — проверять наполнение резервуаров для промышленных стоков. В последнем случае необходима соответствующая защита.
1.2 Этапы проектирования стенда
1. На первом этапе производится поиск технического решения задачи на проектирование стенда, которое сводится к нахождению его конструктивной или кинематической схемы, отвечающей требованиям и ограничениям, предъявляемым к нему.
Для решения задачи проектирования используем информации, содержащиеся в технической литературе по профилю данного оборудования, информации о видах датчиков уровня.
2. В последующих этапах производится подбор 2-х емкостей (далее по тексту резервуары), насосов, трубок для соединения.
3. Для измерения уровня жидкости подбираются датчики уровня - нижний и верхний.
4. Производится соединение элементов стенда между собой.
5. Проводится испытания, проверяется работоспособность стенда.
2. Практическая часть
1. Проектирование стенда для измерения уровня в резервуарах
Используем проект при применении ручного пульта управления, где имеются тумблеры и лампы – красного и зеленого цвета.
В основу положено использование 2-х резервуаров, для визуального показа наполнения жидкостью и срабатывания датчика уровня. С помощью 2-х металлических труб резервуары соединяются между собой, для подачи жидкости и откачки. Для начала заполнения жидкостью резервуара устанавливаются 2 насоса. Насос №1 отвечает за подачу жидкости в резервуар №1. Насос №2 отвечает за подачу жидкости в резервуар №2. В резервуарах устанавливаются датчики уровня жидкости. При полном уровне резервуара №1, происходит замыкание реле датчика уровня, и загорается лампочка красного цвета на пульте управления. При минимальном количестве жидкости загорается красная лампочка. Насос №№ 1 и 2 управляются вручную через тумблер.
Данный проект собран при использовании средств автоматики, состоит из двух 5-ти контактных реле. Реле используется для включения лампы индикации. Данные датчики уровня работают на замыкание и размыкание, при достижении жидкости поплавка.
Путем изучения и сравнения технической документации для измерения уровня жидкости в резервуаре, определяется конструктивная схема для создания изделия, подбор средств и оборудования.
1 Этап. Собрать оборудование для стенда, установить каркас.
2 Этап. Определить характерную особенность датчика уровня, срабатывание реле, предел измерения, условия эксплуатации.
3 Этап. Соединить резервуары между собой, с помощью металлических трубок, установить датчики уровня, соединить насосы к каждому резервуару и подсоединить в сеть через пульт управления.
4 Этап. Для испытания залить воду и проверить работу датчиков.
2. Требования к подбору датчика уровня
Виды датчиков уровня
В зависимости от принципа действия, сигнализаторы принято делить на следующие виды:
- поплавочного типа;
- использующие ультразвуковые волны;
- устройства с емкостным принципом определения уровня;
- электродные;
- радарного типа;
- работающие по гидростатическому принципу.
Поскольку эти типы наиболее распространены, рассмотрим каждый из них в отдельности.
Поплавковый
Это наиболее простой, но, тем не менее, действенный и надежный способ измерения жидкости в баке или другой емкости. С примером реализации можно ознакомиться на рисунке 2.
Рисунок 1. – Поплавковый датчик для управления насосом
Конструкция состоит из поплавка с магнитом и двух герконов, установленных в контрольных точках. Кратко опишем принцип действия:
Емкость опустошается до критического минимума (А на рис. 2), при этом поплавок опускается до уровня, где расположен геркон 2, он включает реле, подающее питание на насос, закачивающий воду из скважины.
Вода доходит до максимальной отметки, поплавок поднимается до места расположения геркона 1, он срабатывает и реле отключается, соответственно, двигатель насоса прекращает работать.
Такой герконовый сигнализатор сделать самостоятельно довольно просто, а его настройка сводится к установке уровней включения-выключения.
Заметим, что если правильно выбрать материал для поплавка, датчик уровня воды будет работать, даже при наличии слоя пены в резервуаре.
Выбор датчика.
Выбор датчика уровня воды в резервуаре зависит от многих факторов, основные из них:
Состав жидкости. В зависимости от содержания в воде посторонних примесей может меняться плотность и электропроводность раствора, что с большой вероятностью отразится на показаниях.
Объем резервуара и материал, из которого он изготовлен.
Функциональное назначение емкости для накопления жидкости.
Необходимость контролировать минимальный и максимальный уровень, или требуется мониторинг текущего состояния.
Допустимость интеграции в систему автоматизированного управления.
Коммутационные возможности устройства.
Это далеко не полный список для выбора измерительных приборов данного типа. Естественно, что для бытового назначения можно существенно сократить критерии отбора, ограничив их объемом резервуара, типом срабатывания и схемой управления. Существенное сокращение требований делает возможным самостоятельное изготовление подобного устройства.
Результаты проектирования проводились путем проведения структурно-функционального анализа, при выполнении которого осуществляется оценка того, насколько входящие в механизм детали недогружены и простота сборки деталей. Учитывая это, а также то, что созданная конструкция полностью соответствует поставленной задаче на проектирование и техническим характеристикам, стенд был оценен положительно.
Выводы
1. Изучены методы современного и доступного обучения студентов.
2. Рассмотрена методика проектирования стенда.
3. Определена технологическая последовательность сборки стенда для измерения уровня в резервуарах.
4. Произведена компоновка деталей и узлов в стенд.
Перспектива проекта
В будущем макет будет использоваться на занятиях в помощь преподавателям и для проведения лабораторных работ студентами, а также будет выставляться на выставочных мероприятиях.
Список использованных источников
1. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Академия 2003 г.
2. Игнатьев Н.П. Основы проектирования. Азов 2011 г.
3. Игнатьев Н.П. Обеспечение точности при проектировании приводов и механизмов. 2012 г.
4. Сергееве А.Г. Метрология: Учебник.- М.: Логос, 2005.- 272 c.
5. ГОСТ 24802-81 ГСИ. Приборы для измерения уровня жидкости и сыпучих веществ. Термины и определения. - М.: Издательство стандартов. 1982. -7 с.
6. Технические требования к уровнемерам. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://level-meter.livejournal.com/5773.html.
7. Измерения в промышленности: Справ, изд. в 3-х кн. / Кн. 2. Способы измерения и аппаратура: Пер. с нем. / под ред. Профоса П. - 2е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1990.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
Фото макета