CC BY
128
Таким образом, для определения математического ожидания и дисперсии напряжения химического источника тока при воздействии на него стационарного случайного процесса изменения нагрузки необходимо рассмотреть системы уравнений (15), (17) и (8) или (15), (17) и (7) в зависимости от типа используемого регулятора напряжения.
Решение рассматриваемых систем уравнений можно проводить либо методом последовательных приближений, задавшись значениями К0 и К1, либо графически.
Проведенные расчеты показали, что при использовании первого метода сходимость обеспечивается достаточно быстро, обычно требуется не более трех-четы-рех приближений. Так, в ходе расчета переходного процесса химического источника тока с регулятором типа РО при типичных для такой системы исходных данных: ЛУ=1,3 B, а= 0,2 с, т = 0, Т = 0,02 с, ц =0,5, К = 1, а= 10,
Таблица. Результаты расчета переходного процесса
Номер приближения Ко К/1> К12 К/3> mv ov
Заданные условия 2 2 2 2 0,167 0,97
1-е приближение 1,0 1,17 1,03 1,1 0,25 1,43
2-е приближение 0,7 0,71 -0,14 0,28 0,29 2,18
3-е приближение 0,45 0,48 -0,17 0,15 0,34 2,41
а3= 3 четвертое приближение обеспечило тот же результат, что и третье (см. табл.).
Выводы. Предлагаемый методический подход позволяет оценивать выходные координаты систем бесперебойного электроснабжения при наличии в их составе нелинейных элементов. Необходимо отметить, что метод статистической линеаризации обеспечивает максимальную погрешность около 10%, чего достаточно для теоретико-вероятностных расчетов.
Литература.
1. Воробьев А. Ю. Электроснабжение компьютерных и телекоммуникационных систем. - М.: Эко-Трендз, 2003.
2. Управление качеством электроэнергии / И. И. Карташов, В. Н. Тульский, Р. Г. Шамонов и др.; под ред. Ю. В. Шарова. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006.
3. Хорольский В. Я., Ковалевский С. Г. Экспериментальное определение динамических характеристик химических источников тока // Известия Орел ГТУ. Информационные системы и технологии, № 6/56 (569), 2009.
THE STATISTICAL DYNAMICS RESEARCH OF THE SYSTEMS OF THE CONSTANT ELECTRIC SUPPLY
IN THE PRESENCE OF THE UNLINEAR ELEMENTS V.Y. Horol’skiy, V.N. Shemyakin, S.G. Kovalevskiy
Summary. In the article there is presented the methodical approach of the appraisal of the dynamics systems of the constant electric supply of the responsible consumers supplied with the chemical current source. The problem solution is making with the statistical linearization method which permits to carry out the approximate but rather precise estimation of the final characteristics of this power supply sources. Usually it is required 3-4 iterations of the calculations. The statistical linearization method supplies the maximum error about 10 %. That is satisfactorily for the theoretico-probabilistic calculations.
Key words: uninterrupted power supply, chemical current supplies, method of statistical linearization, non-linear elements, block of tap switching, stationary random process.
УДК 681.128
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ
И.Г. МИНАЕВ, кандидат технических наук, профессор И.Н. ВОРОТНИКОВ, кандидат технических наук, доцент М.А. МАСТЕПАНЕНКО, аспирант Ставропольский ГАУ E-mail: kach-stgau@mail.ru
Резюме. Разработано устройство предназначенное для измерения уровня электропроводных и неэлектропровод-ныхжидкостей. Расчет уровня жидкости проходит по универсальному алгоритму, который лежит в основе нового емкостного способа измерения. Этот способ позволяет полностью устранить влияние диэлектрических свойств контролируемой среды на результаты измерений. Ключевые слова: емкостной способ, уровнемер, электрическая емкость, диэлектрическая проницаемость.
Измерения уровня жидкостей играет важную роль при автоматизации технологических процессов во мно-
гих отраслях [1]. В ряде случаев замер должен проводиться с высокой точностью и в большом диапазоне, охватывающем всю рабочую высоту резервуара, порой не имеющего доступа для обслуживающего персонала со стороны боковых стенок и днища (например, подземные бензохранилища) [2]. Для измерения уровня применяется множество различных методов и приборов (поплавковые, гидростатические, омические, емкостные, термические, акустические, радиоизотопные и др.), возможности использования которых определяются с одной стороны, технологическими требованиями (диапазон, точность, пожаро- и взрывобезопасность и др.), а с другой, влиянием неинформативных параметров (давление, плотность, вязкость, электропроводность и др.). Поэтому во многих технологических процессах приходится применять комплекс разнородных по принципу действия методов и приборов, что значительно усложняет конструкции вторичных измерительных устройств и увеличивает стоимость измерительных систем. __ Достижения науки и техники АПК, №09-2010
Цель наших исследований состоит в научном обосновании и разработке нового универсального способа измерения уровня жидкостей, а также устройства для его осуществления, удовлетворяющего требованиям по совместимости чувствительного элемента с вычислительными устройствами, точности, стабильности и быстродействию.
Условия, материалы и методы. С учетом всех преимуществ и недостатков известных способов и устройств [3] мы разработали новый емкостной способ измерения уровня электропроводных и неэлектропроводных жидкостей и опытный образец устройства для его осуществления.
Разработку и экспериментальные исследования способа и устройства проводили в лабораторных условиях на основе теории планирования.
Принцип работы устройства основан на емкостном методе измерения, то есть преобразовании электрической емкости чувствительного элемента (емкостного датчика уровня), изменяющейся пропорционально уровню контролируемой жидкости, в унифицированный сигнал тока, напряжения, частоты [4]. Работа такого уровнемера функционально связана с диэлектрической проницаемостью контролируемых жидкостей, которые можно разделить на неэлектропроводные и электропроводные.
Согласно разроботанному алгоритму расчета уровня жидкостей [10] мы провели ряд демонстрационных экспериментов емкостного уровнемера с трансформаторным маслом, дизельным топливом, отработанным машинным маслом, ацетоном, тосолом, четыреххлористым углеродом и другими жидкостями.
Результаты и обсуждение. Предлагаемый емкостной уровнемер жидкостей содержит два двухэлектродных коаксиальных конденсаторных датчика 1 и 2 уровня жидкости, установленных вертикально в резервуаре 3 (см. рисунок).
Внешние электроды 4 и 5 конденсаторных датчиков 1 и 2 выполнены в виде труб преимущественно круглого сечения и имеют боковые отверстия для свободного заполнения контролируемой жидкостью по мере изменения ее уровня. Электроды 4 и 5также служат электростатическим и электромагнитным экраном. Они соединены между собой и с прибором 7 для измерения электрической емкости монтажной пластиной 6. Центральные электроды 8 и 9 выполнены в виде одножильной или многожильной проволоки, покрытой изоляцией, и закреплены по оси внешних электродов 4 и 5 с помощью диэлектрических втулок 10 [5].
Длина центрального проволочного электрода одного из датчиков превышает высоту внешнего электрода. Этот излишек совместно с куском неизолированной проволоки 11 сминается в клубок произвольной формы, образуя при Достижения науки и техники АПК, №09-2010
этом дополнительный конденсаторный датчик 12 диэлектрических свойств, емкость которого по существу создается паразитной емкостью клубка [6]. Для механической защиты он размещен в металлическом корпусе 13 с перфорированными стенками. Такая конструкция конденсаторного датчика диэлектрических свойств позволяет изготовить измерительный преобразователь с большой удельной емкостью (десятки и сотни пФ/см3). Если жидкость электропроводная, то нижние концы центральных проволочных электродов 8 и 9 необходимо заи-золировать.
Нижняя отметка уровня жидкости должна быть выше погруженных торцов датчиков 1 и 2. В этом случае дополнительный конденсаторный датчик 12 будет постоянно заполнен контролируемой жидкостью [7].
Измерения уровня жидкости в резервуаре происходит по следующему алгоритму, который лежит в основе нового способа [8]. Емкостной уровнемер вертикально устанавливают в резервуаре. Затем измеряют электрическую емкость СА конденсаторного датчика 1. В общем случае, когда уровень контролируемой жидкости находится между крайними отметками, она определяется выражением:
СА= СС (1)
где С1 и С2 соответственно - емкость незаполненной жидкостью и погруженной части конденсаторного датчика 1 уровня жидкости;
Далее измеряют общую емкость СВ конденсаторного датчика 2 с подключенным параллельно конденсаторным датчиком 12 диэлектрических свойств.
Общая емкость СВ при таких же условиях будет определяться выражением:
СВ= С1+С2+С3. (2)
где С3 - емкость конденсаторного датчика 12 диэлектрических свойств.
Значения С1 и С2 варьируют вместе с изменением уровня жидкости в резервуаре и соответственно изменяется СА.
Емкость С1 зависит от уровня контролируемой жидкости в резервуаре, то есть от длины непогруженной части конденсаторного датчика 1 и соответственно от удельной емкости пустого датчика.
Отсчет показаний уровня можно вести от любой вертикальной точки резервуара (от дна резервуара, от нижнего или верхнего конца конденсаторного датчика 1 и др.). Простыми геометрическими расчетами эти системы легко привязать к любой удобной точке.
Введем понятие удельной емкости у конденсаторного датчика 1 в незаполненном состоянии на единицу его длинны. Значение у для коаксиального датчика определяется по известным методикам расчетным путем [9] либо экспериментально при изготовлении датчика. Тогда, емкость С1:
С^уґіє-уґі, (3)
где е1 - относительная диэлектрическая проницаемость воздуха или газовой среды, находящейся над поверхностью контролируемой жидкости (е1~1); у - удельная емкость конденсаторного датчика 1, пФ/м; ґ - длина непогруженной части конденсаторного датчика 1, м. Емкость С2 в этом случае будет равна:
С2=ує^- Л), (4)
где є2 - относительная диэлектрическая проницаемость контролируемой жидкости; L - длина конденсаторного датчика 1, м.
При этом емкость датчика 1 будет меньше общей емкости конденсаторного датчика 12 диэлектрических свойств на С3, которая определяется выражением:
Рисунок. Емкостной уровнемер различных жидкостей.
-ON OnOHdllBTH9MNq9nO)ie IdTBTdПуВЭЯ .BJJNnÖßT
ватэйодтэу ргжваодэпэ
RBHmo\t\ooÔ^ йшнтэУэвЯ лР *э йиноэчитивФ
л .¿тооншэороп М ,dH980CVу Фп Фп М ,dH9800M
S00,0- 9£,0 ГГЄ е,з^ S3£,0
0 es,o £^8 S.YY GS,0
800,0 8S,0 £,6S^ £,еГГ YSS,0
0 ЭГ,0 Y5J^ г,ем 0Ґ,О
ßaTDNoqToy NNHßaoA9nooN монсігштн9ммд9по)іє ырП
-o»anx Ñ0M9yqNa0qTH0>i эатээнвл a M9NHßaoedn.onoN o вгичавтэоэ RNH9q9MEN dT0OHui9q“ion M0£A впооот nto
(.п9вт .мэ) мм 8...S± a R0T9ßHCHn»ß£ ßöooono 010M9ßHßnA9qn dTOOHdRß>INHV NTOOHEBq ОП R0T9ft9a NTOO»ANX RHaOqy T9H0ßq oth ,mot -0qTH0>i NTO0M9ßiJNH0qn Ñ0»09HNqr>i9neNA йоныгштыэонто -єі\ід мотє Nqn ,idß9qo йоншудєоа n тххэдумх ÑOM9yqNn 9H Idft9q0 NOM9YqNROqTHO>l dTOOM9ß,UNHOqn Rß»09HNqT>l9ri ■ RNH9q9MSN IdTßTdn.YE9q ßH T9RNH3
-эн T9RHßqT0y ßq9M9Haoqy отонтооямэ RNjjxyqTOHO» -HO» NSRaO NNHNR ÑOHdR9TNHROnOA N»ftßn>IOqn dTOOMNAOXÖO -oÖNqn э aTOÑoao XN»09HNqT>i9neNA вмыкгед 0TOHq0Tß0H9A NT6 »ß» »ßT ,NT00»M9 ÑOM09HNqT>l9n.e RNH9q9MSN Rilfl MOq NldHA0qT>l9riexyaA 0HH9aT0A9q00n9H T9RHR0nida ымщнуф -ЖОМ OaTOÑOqTOy ,OTOT 9M0q>l .Si >INKrßA ÑldHqOTBOH9AHO>l RnA впутэод XNAIOI9MN эн Xßqßyaq9£9q a dTßaoednonoN он »OH9TO xidao»oö idHoqoTO oo ßnßH00q9n 0T9AJ0ißaNxyri0Ö0 -T>i9neNA »ß» RHaoqy dnoqTHO» nto93 эжявт в .вдлмнд níin -ßqn9q9n Є90 Ñ9T00»ANX XNAJRAOaOqnO>IOT N >lßT ,XN»09HNq .BaToÑoqToy 0i0Hdn9TNq9M8N onoHHNqoTa N>iaoqNyA -ËN 0000П0 Ñ0HT00XM9 NldaOH HBTOÖßq£ß4 .IdROaidS xNAJRAoaoqnoxoT n xN>i09HNqT>i9neNA RHaoqy RNH9q9M -oo>iM9 jJ9eßqöo ÑidHTidno HsaoqNyqTOHOxO ,ñ9too>ianx NNAioiyeNnß9q, Ñ9T00» ANX xid h h n n.£ßq ßq9M9Haoqy ОЮНТ -9П0ЛЄ XldHH0N^JßqT0H0M9A a .Ôooono NldM9ßlßr\A9qn 0 RNH9q9MEN dTOOHlU9qiOn OTH ,OH9naOHßTOy XßTH9MNq BaToÑoqToy n ßöooono OTOHHßTOÖßqeßq 9NHßaoednonoN
.mm 8...S T9ßmida9qn эн
(5) ,<3<P -eo
ß»NhT6A OnOHqOTßOH9AHO>l dT00»M9 RßHdnjSHßH - 0O 9Д1 .dioowix ayM9yqNn.0qTH0>i a RNH9xyqion од эхудеоа а -9ну о) [ОҐ] М9ТуП MldHT9H0ßq R0T9Ra9fl9qn0 0О 9ИН9НВНЄ -8N Nqn OHdRßTH9MNq9nO»e OÖNR (В>ШКТБД NNqT9M09“l MOT -OÔNqn XldHdn9TNq9M8N OldJUOMOn О ß>INPTßA NNH9n.a0T0"l
.(SS-Y3 dn9TNq9MEN-0JP) aoq
MßTßTdny89q ОП 99ДІОШП.ОаЄОП ,9NH9Xßqida 9ОНТ9Н0ВЯ dT9MN Т9ДУ0 ,rt dH9a0qy dTNn.9fl9qnO aO N лЭ RNH9q9M£N
:ANa
(9) ^„0=^0 =eO
-9ßJJNH0qn CHy>l09HNqT>l9n.eNA NTNßH онжом вдоютО
:NTOO>lñNX N0M9yqNn.0qTH0>l dTOOM
ГО .00\(P-P)=^
-ho>i 9idHaNT>ivqT0H0>i мэдэаа a0T9H0ßq RNH9MJoqny Rnß
BaToÑoqToy ытнвто
(8) .r M Д=0О\ч
(6) ,[ßHNHNR9a RßHq9MCßqe9Ö] Q=iK=_i(4)0\4N)
(Оґ) ,м\Фп ,а=^
-ßqÖ09qn XN»09HNTBM9TBM хынжопо 9H мэтуп 99rißД
-9qno RnA упумдоф CHyHT9H0ßq dTNPyaon онхом NNHßaoe :9qßyaq9£9q a ntoo»anx RHaoqy rnh9it.9A
^ |-1- j kO - (kO — aO)Q _ О - (kO - aD)lk _ ^
’ a-(kO-aO)k ” a.-(kO-aO)k -HßToößqeßq oth ,NnB£ß>ion aoTH9MNq9no>ie idTBTdny£94 -»9ПЄ RiTA »ß» dTßaOSdROnON ОНХОМ RNH9q9MGN Öooono ÑldH .Ñ9TOO>iANxxidHAoaoqnoqT>i9ne эн ríta n >ibt .xidHAoaoqnoqT -ANx q9M9Haoqy ÑidHdRBoq9aNHy ÑidHHBaoqNyqTOHO>iO -öo :idqT9Mßqßn 9n»09hnhx9t 9NjuayA9n.o T99MN ñ9too» -шэна qT9MßNA ÑNHH9qTyHa ;м ,££,0 b»nhtba bhhniia rbaj -Я9П.Є 0i9HH9qTyHa qT9MBNA ÑNHm9Ha ;mm 8 BAoqT>i9ae опэн -NHTSA IdHHNRA yUNHNß9 BH dT00»M9 RBHdR9Ay |MM Г BflOqT (0O) ß»NHTßA 0"iOHHONjjßOH9nMO>i dT00»M9 ;м\Фп 8,SY {{) в» -NAOaOqn NT00>IM9 Ñ0>l09HNqT>l9n.e RNH9q9MSN) м\Фп £,££ IdTHBTOHO» 9ldHaNT>iyqTOHO>l ;(SS-Y3 M9n9TNq9M£N-0Jfl Nil
,м\Фп 5Y,0 = Q ;-l\££ = 8 ;ґ м 4^Y, Г = A b»nhtba
.BqyTBqQTMÏV.
.qro ,8 ssbrt ,800^ ,SHNBC\x4-ßw\eq3 \ эмЪоооп эончоавчпО ■.№\nvtb5\ .qp, м .M.8 аопвцвШ Л
-ujídMoqn ъю5\оормммхотфо\\ йэцло\ва\атвЪвчэс\эпэтфэн ооооороцп х\аннэато^оаемос\п ямцвомтвмотаК Л.Э aousuR
.о 8S8 - .836t ,rnmnX оата<и\этвр,еМ ,.W\ - .мтооннэп. -ышвМ - лаавыцэтвм эмнуоавс\пО \ RNHßaoqt«\.\p9q n rroqtho» шм^твїі, .Н.И ваорэнеу'А ,.H3 внмтоо'А ,.Н .р, н№\йэлК .8
■О 8^е - ÖQet ,9NH900¡TOOH
,Л.Н аэвнмЫ\\ мэтоояц,мж q9M9Haoqy ñohtoo^mB 8 ,ФЧ втнэтвп эрвц,\аа о эмн9шэс\ эонаяэтмжоаоП >
тэтмоцэамну й\анс\вспв м\анн9атос\вю(оол пмхэааопоцавтО ОПВ ЧО“\Ф алэтврэ^Эоотнэтвп n ааэтмакве ;А.М о^нэнвпэтовМ
eOOS.St ,tS .nsRse \e00S.St то - Л'-'Я'і
-bhmVA \ тоо>\р,мж RHaoqy >\Nv>TBíi, ънандоцт^эаехуац, ñohtoo^wiB .^\£?ЛЇОО 8 ЖШ ^мцвс\эц,9Ф rb>oñnooo4 6S6S\ .tbU .ô ш<1нн9аточвр,уоол ммхоааопоцавтЭ 0П8Ч0ЛФ dí\9Tbrbivöootнэтвп n dí\9TN8RBe \.A.M охнэнвпэтовМ ,Л.р, оіч>\шЧ ,Л.N аэ
800S .Sï .Ot .aôyno ,8005.Л0.8^ .aaRße \£S\8'\Xï£t800£ °\Л - тэтмоцэамну йин^всцлв ,S9BHNWl Л .N ;R9qO XN^RNX N ХИНЄВС\900ЄВТ BTOÑOaO XN>\09V)NqTX9n.eNJil XHVTBR ÑOH7OO>»W0 .OSGSStX ЧООО .оЛ .9
л ^86t.H.8S .аЪчпо ..ваоцЪэЧ .8.0 .Л.Д q\pmi4 ,Л.U аэвннМ \rhbocn алэтшдэмем йонтоолмВ ^5\8S?\ÍOO 8 ЖШ ^ицвс\эр,эф rb»hnooo4 ЇМ08 .твП Л \SS\SS9ö0X600S - ,(>иЯ'| «оаго(пммос[та9п£» ОГ\Н ООО алэтваваЭоотнэтвп n da9TNBRBe ;.Б.В o>\h9î\mowibO . A.W\ о^нэнвпэтэбМ
.600S .9.0 .St ,v\öyno \e00S.S0.6t .tvaRße n ñ9too^s\nx RHaoqy RNH9q9MBN Qooono ñohtooxmB >S\£SF\ÏOO 8 ЖМ ФЧ втнэтвп э^вдаа o 9NH9m9q 90НгіЛ9тмжої\оП .8 -oqaBTO ОПЭ ЧО”\Ф алэтврвлЭоотнэтвп н ааэтмаяве ;А.М о^нэнвпэтовМ ,Л.М аэвн^М \ нынэаатоэщчэо олэ rî\j\ оатомоцточ ÆOOS.t t .60 .u.aRBE ;0t0S.90.SS то 8SN$YM600S - .(.Uñ1) тэтмсщэамну ÑídHqsqTB Ñ\dHH9aToqsp,400T ÑN^odtvon 8Э-Э9 .qTO ,8 вават ,900^ .вцэфоонхэТ '.saxooWl ^NHV'oaBqnO .шмртвр, 9\dHH9M9qaoO H9^\^^вqф ,жї\ .6 олонтолонхэт отонавжцэл OTO^dOB^qsV >тно\В \ H3T3M0Q\VJ0U УТОАЯАО К YB A.W\ 0>\n9r\Bq9teßW\ ,.0 A ,v9ßnM ,0t
OY-69 .qTO (,NH\Bqx4 ">\AvB онэждцэатвЕ') яочпмаулэпэ ,600S 4TST\oq9aNH4
aaiuou 40 jbvbj энт оитигдэм яоя аотэм
o>ln9nBq9í8BM .A.M ,vo>linioioV .И.I ,v9eniM .0.1
noiiß19qO .abiupil 9VÍÍOUbnOOnOn Ьпв 9VÍÍ0Ubn00 yllB0Í1Í09l9 to I9V9I 9ÍÍJ этигвэт Oí b9nQÍ39b ЗІ 90ÍV9b 9ГІТ .yiBmmuS sisßd 9f1í ÍB 89ІІ ferlj mrlinOQlß lß319Vimj ß ЗІ I9V9I ЬІирІІ tO noiißlUOlßO .borlt9fTl in9m91U3ß9rn 9Viii0ßqß0 ß ПО b93ßd зі 9on9ultni 9rli 9ißnimil9 yl9í9lqmoo пво I9V9I biupil вппизвэгп ЮЇ borlí9M .9onßiioßqßo дппизвэт to Ьогйэт W9n в to
■ 3ÍlU391 ЇП9ІТ19іигВ9ГП 9(1J ПО }П9тП01ІУП9 b9ll01ín03 9ГІ} to 39¡fl9qOiq 0hÍ09l9Íb 9fit to ■ ЇПВЇЗПОО 0Í1Í09l9Íb ,90nBÍÍ0BqB0 ІВ0І1Ї09І9 ,l9V9l ,Ьог)ї9гп 9viiioßqßo izbiow уэЛ OIOS-QOgVl ДПА ыяынхэт н ігатен еынэжнтооД __________________________________________________________ 0Y
