Совершенствование лазерного уровнемера для измерения уровня нефти в резервуарах
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность и востребованность темы диссертации. В современном мире особое внимание уделяется созданию и модернизации измерительной техники и контролю качества с целью производства высококачественной продукции с наименьшими энергетическими, сырьевыми и временными затратами. В настоящее время одна из ведущих ролей отводится методам и устройствам автоматического контроля уровня жидких материалов для обеспечения качества продукции в химической, нефтехимической и пищевой промышленности. Во всем мире всё больше ведущих позиций занимают вопросы автоматического контроля существующих технологических процессов в различных сферах народного хозяйства, усовершенствование методов и технических средств управления, в том числе методов и алгоритмов управления, а также улучшения их технических характеристик элементов и устройств, расширение их функциональных возможностей и усовершенствование конструкций. В развитых странах мира, в частности в США, Англии, Германии, Франции, Чехии, Японии, Росс
СОДЕРЖАНИЯ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА I. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКИХ СРЕД 9
1.1. Основные параметры жидких сред 9
1.2. Классификация методов измерения и контроля уровня жидких сред 10
1.2.1. Поплавковый уровнемер 13
1.2.2. Буйковый уровнемер 16
1.2.3. Емкостной уровнемер 19
1.2.4. Ультразвуковой уровнемер 22
1.2.5. Радарный уровнемер 24
1.2.6. Волноводный уровнемер 25
1.2.7. Тепловой уровнемер 28
ГЛАВА II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ 32
2.1. Обобщённая математическая модель процедуры контроля уровня жидкостей методом оптического сканирования поверхности раздела сред 32
2.2 Анализ отражения оптического сигнала от границы раздела сред 41
2.3. Математическая модель лазерно-акустического метода контроля уровня жидкостей 52
2.4. Математическая модель и функция преобразования лазерного время-импульсного метода контроля уровня жидкостей 56
2.5. Функции преобразования фазового и частотного лазерных методов контроля уровня жидкостей. Выбор частотных диапазонов 62
2.6. Математическая модель и функция преобразования лазерно-телевизионного метода контроля уровня жидкостей 68
2.7. Выводы по главе 2 78
ГЛАВА III. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА И СХЕМОТЕХНИКА ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ 80
3.1. Обобщенная структурная схема н датчики оптоэлектронных уровнемеров 80
3.2 Устройство лазерного время-импульсного уровнемера 84
3.3. Устройство лазерных уровнемеров с фазовой обработкой сигналов 86
3.4. Имитационное моделирование разработанных уровнемеров в программной среде LabVIEW 91
3.5. Имитационное моделирование реальных колебаний топлива в баке 95
3.6 Выводы по главе 3 97
ГЛАВА IV. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЛАЗЕРНЫХ УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ 99
4.1. Структура погрешностей 99
4.2. Основные погрешности 101
4.3. Дополнительные погрешности 111
4.4. Статистическая обработка результатов измерений при случайных колебаниях поверхности топлива в баке 114
ГЛАВА V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛАЗЕРНЫХ УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ 118
5.1 Цель н задачи экспериментальных исследований 118
5.2. Испытания лазерного и лазерно-акустического уровнемеров 119
5.3. Испытания лазерно-телевизионного уровнемера 122
5.4. Выводы по главе 5 127
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 129
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 131
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 ГОСТ 8.595-2004 Масса нефти и нефтепродуктов. Общие требования к методикам выполнения измерений. - М.: Стандартинформ, 2006. - 18 с.
2 ГОСТ 24802-81 Приборы для измерения уровня жидких и сыпучих веществ. - М.: Издательство стандартов, 1981.-7 с.
3 РМГ 85-2009 Масса нефти. Методика выполнения измерений в железнодорожных цистернах в системе магистрального нефтепроводного транспорта. Основные положения. - М.: Стандартинформ, 2009. - 19 с.
4 РМГ 88-2009 Масса нефти. Методика выполнения измерений в автомобильных цистернах в системе магистрального нефтепроводного транспорта. Основные положения. — М.: Стандартинформ, 2009. - 15 с.
5. Иванова Г.М. Тепловые измерения и приборы. – М.: МЭИ, 2007 – 458 с.
6 Методика тарировки бака окислителя первой ступени. - М.: НПО «Техномаш», 2010. - 49 с.
7 Датчики уровня топлива «СТРЕЛА». Инструкция по монтажу и эксплуатации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.skontrol.ru (дата обращения 15.09.2014).
8 Руководство пользователя терминала «GALILEOSKY» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.7gis.ru (дата обращения 20.10.2014).
9 Писаренко, В.Н. Техническая эксплуатация и ремонт авиационных электрических систем и пилотажно-навигационных комплексов /В.Н. Писаренко. - Самара: Издательство СГАУ, 2010. - 242 с.
10 Блинов, Д.И. Анализ систем измерения уровня заправки ракет- носителей / Д.И. Блинов, С.А. Борминский // Авиакосмическое приборостроение, 2013,№9.-с. 3-8.
11 Балакин, С.В. Опыт эксплуатации систем контроля заправки жидкостных ракет как основа создания системы нового поколения / С.В. Балакин, Б.К. Долгов, В.М. Филин // Датчики и системы, 2005, №7. - с. 10-17.
12 ГОСТ 26098-84 Нефтепродукты. Термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2010. - 12 с.
13 Нестеров В.Н., Мухин В.М., Мещанов А.В. Метод многомерных тестовых объектов в оптических измерительных системах / Самара: СНЦ РАН, 2013. 224 c.
14 Matyakubova P.M., Saidoripov L.F. O’lchash asboblarini metrologik ta’minoti. Etalonlar. Monography. ISBN 978-620-0-64588-3. Globe Edit India 2023.
15 Таблицы калибровки железнодорожных цистерн. - М.: Трансинфо, 2007.- 156 с.
16 Скворцов, Б.В. Приборы и системы контроля качества углеводородных топлив / Б.В. Скворцов, Н.Е. Конюхов, В.Н. Астапов. - М.: Энергоатомиздат, 2000. - 366 с.
17 Рудин, М.Г. Карманный справочник нефтепереработчика / под редакцией М.Г. Рудина. - М.: ОАО «ЦНИИТЭнефтехим», 2004. - 336 с.
18 Matyakubova P.M., Jumanazarov A.R., Saidoripov L.F., Mo’minov X.D. Sath o‘lchagichlarni zamonaviy usullar yordamida qiyoslash. DGU 54373. Dasturiy mahsulotlar davlat reyestri 2025 y.
19 ГОСТ 3900-85 Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности. - М.: Издательство стандартов, 1985. — 36 с.
20 ГОСТ 8.599-2010 Плотность светлых нефтепродуктов. Таблицы пересчёта плотности к 15 °С и к 20 °С и к условиям измерения объёма. - М.: Стандартинформ, 2012.- 133 с.
21 Скворцов С.А. и другие. Математическая модель и функция преобразования лазерно телевизионного
Из выражения (2.19) следует, что для роста данного коэффициента нужно повышать электропроводность и диэлектрическую постоянную наблюдаемой среды. Обычно увеличение плотности вещества ведёт к возрастанию его оптической плотности, что подтверждается соотношениями (1.17)-(1.19). Плотности всех масел, жиров и спиртов превышают плотность бензина. При контроле уровня плотных жидкостей, например, нефти, ртути или электролитов, применение поплавков необязательно, поскольку они сами обладают высоким коэффициентом преломления и поглощают световой поток, проникающий внутрь. Ключевой функцией поплавка может быть также подавление паразитного отражения от дна ёмкости.В случае же подбора жидкого поплавка, способного держаться на поверхности, его плотность должна быть ниже плотности контролируемой среды. Для бензинов эта задача