автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Методы и устройства повышения точности информационно-измерительных систем уровня жидких продуктов

/

На правах рукописи

005002691

ЕРШОВ Михаил Николаевич

МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ УРОВНЯ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.11.16 - «Информационно-измерительные и

управляющие системы» (промышленность)

1 7 НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2011

005002691

Работа выполнялась в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Макарецкий Евгений Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Панарин Владимир Михайлович

кандидат технических наук, доцент Булычев Владимир Александрович

Ведущая организация: ОАО «НПП «Связь», д. Ясная Поляна

Тульской обл.

Защита состоится «/4» декабря 2011 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.07 при Тульском государственном университете по адресу 300012, Тула, пр. Ленина, 92 (9-101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан « / А> ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ф. А. Данилкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время значительное количество задач измерения уровня и объема жидких продуктов, существующих в химической промышленности, на транспорте, в жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве, могут быть решены только с помощью автоматизированных информационно-измерительных систем (ИИС). Ключевыми элементами данных систем являются уровнемеры, использующие различные методы измерения: емкостный, радиолокационный, магнитострикционный, гидростатический и др.

Универсального метода, пригодного для решения задач измерения уровня жидких продуктов, не существует, из-за присущих каждому методу недостатков и эксплуатационных ограничений. Данный факт делает целесообразным разработку новых методов измерения и совершенствование уже имеющихся.

Одним из перспективных направлений является совершенствование поплавкового рычажного метода, реализация которого предполагает использование поплавка, закрепленного на жестком рычаге, второй конец которого вставлен в шарнир и может свободно поворачиваться. Значение уровня определяется углом отклонения рычага от какой-либо оси, массами рычага, поплавка и рядом других параметров. Главными достоинствами метода являются простота реализации, невысокая стоимость оборудования, малая чувствительность к внешним воздействиям (перепадам температур, волнению поверхности жидкости, наличию ветра, тумана и др.), возможность измерения уровня потоков жидкости.

Теоретические предпосылки к разработке ИИС измерения уровня повышенной точности были созданы трудами отечественных и зарубежных ученых: Белоцерковского О. М., Белоцерковского С. М., Бобровникова Г. Н., Исаченко В. X., Ковшова Г. Н., Коловертнова Г. Ю., Кремлевского П. П., Ламб Г., Миловзорова Г. В., Писарева А. Ф., Прандтль Л., Ташматова X. К., Трофимова В. В., Фейнмана Р., Цыпкина Я. 3. и др.

Основными недостатками метода, используемого в настоящее время в сигнализаторах предельных уровней жидкости, считаются невысокая точность и техническая сложность измерения угла отклонения рычага. Последний недостаток может быть устранен применением инклинометрических узлов на основе датчиков магнитного поля и микромеханических (MEMS) акселерометров, однако необходимые для обеспечения высокой точности измерения математические модели не рассмотрены в литературе или рассмотрены недостаточно.

Поэтому, актуальной является разработка методов построения ИИС, выполненных на основе поплавковых рычажных уровнемеров и позволяющих решить максимально широкий круг задач народного хозяйства, включая те, которые ранее не были решены ни поплавковым рычажным, ни иными методами измерения.

Целью исследования является повышение точности измерения уровня жидкости за счет разработки новых алгоритмов и математических моделей,

позволяющих учесть факторы, влияющие на качественные характеристики ИИС.

К основным задачам исследования относятся:

1. Разработка и исследование математических моделей, обеспечивающих высокую точность измерения уровня жидкости в ИИС на основе поплавковых рычажных уровнемеров.

2. Разработка методов построения, обобщенных структурных схем и алгоритмов обработки информации ИИС повышенной точности, содержащих поплавковые рычажные уровнемеры.

3. Разработка рекомендаций по выбору компонентов (инклинометрических узлов, рычагов, поплавков и др.) для минимизации суммарной погрешности измерения, снижения стоимости, обеспечения надежной и стабильной работы ИИС в реальных условиях эксплуатации.

4. Проведение экспериментальных исследований образцов (прототипов) ИИС и их компонентов для практической проверки разработанных математических моделей.

Объектом исследования является ИИС измерения уровня, объема и расхода жидких продуктов, выполненная на основе поплавковых рычажных уровнемеров.

Предметом исследования являются математические модели, методы построения и алгоритмы обработки информации, позволяющие повысить точность ИИС и расширить её функциональные возможности.

Методы исследований. В диссертации использовался комплексный метод исследования, включающий в себя элементы геометрии, методы теории погрешностей и теории измерений, векторно-матричный метод, методы системотехнического проектирования, а также математическое моделирование с применением ЭВМ и физическое моделирование в лабораторных условиях и на объекте установки ИИС. Воздействие потока жидкости на поплавок оценивалось методами гидродинамики.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработаны математические модели расчета уровня и объема подвижной и неподвижной жидкости, отличающиеся учетом дополнительных факторов и предназначенные для высоконадежных ИИС с интегральными датчиками ускорения и магнитного поля.

2. Разработаны математические модели для расчета погрешностей измерения уровня, обеспечивающие повышение точности и оптимизацию характеристик ИИС. Предложен способ оценки и компенсации погрешности измерения уровня потока, позволяющий повысить точность измерения уровня и расхода жидкости в безнапорных каналах и трубопроводах.

3. Для систем с поплавковыми рычажными уровнемерами предложен способ получения дополнительной информации о состоянии поверхности жидкости, позволяющий определить среднюю амплитуду и частоту волн, характер волнения и отличающийся низкими аппаратными затратами в сочетании с достаточной для практических задач точностью.

4. Разработаны обобщенные структурные схемы и алгоритмы обработки информации, позволяющие обеспечить малую погрешность измерения уровня и объема жидкости (менее 0,5...1%) и расширить круг задач, решаемых ИИС.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Предложенные рекомендации по выбору компонентов ИИС позволяют минимизировать погрешность измерения, обеспечить высокую надежность работы и стабильность результатов в реальных условиях эксплуатации.

2. Предложенный способ оптимизации структурных схем и алгоритмов обработки информации дает возможность снизить стоимость ИИС в конкретной решаемой задаче и получить высокие качественные характеристики за счет измерения дополнительных параметров поверхности жидкости, оценки уровня её загрязнения, прогнозирования аварийных ситуаций.

3. Разработанные аппаратные средства и комплекс программного обеспечения могут непосредственно применяться при создании ИИС промышленного и учебного назначения.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационного исследования внедрены при разработке и модернизации расходомера-счетчика безнапорных потоков (РСБП) «СТРИМ», производства ЗАО «Техно-Т» (г. Тула), что отражено в акте внедрения результатов.

Апробация работы. Основные результаты данного диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях и форумах: III и IV Международных научных заочных конференциях «Актуальные вопросы современной науки, техники и технологии», январь 2011 г., апрель 2011 г., г. Липецк; I Международной научно-практической конференции «Современное состояние естественных и технических наук», март 2011 г., г. Москва; XV Юбилейном международном форуме «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке», апрель 2011 г., г. Харьков, Украина; X Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов и молодых ученых «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов», апрель 2011 г., г. Тула; IV Всероссийской научно-практической (заочной) конференции «Актуальные вопросы развития современной науки, техники и технологий», апрель 2011 г., г. Москва, Международной научно-практической интернет-конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте -2011», июнь 2011 г., г. Одесса.

Основные положения диссертационного исследования отражены в 15 печатных работах, в том числе в 5 статьях в рецензируемых изданиях, внесенных в список ВАК, а также в четырех патентах, включая два патента на полезную модель.

Достоверность теоретических положений и результатов моделирования подтверждена экспериментальными исследованиями в лабораторных и полевых условиях действующих образцов ИИС с поплавковыми рычажными уровнемерами.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и шестнадца-

ти приложений. Основная часть изложена на 170 страницах машинописного текста и содержит 76 рисунков и 36 таблиц. Список используемой литературы содержит 148 наименований.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели, обеспечивающие высокую точность измерения уровня и объема подвижной и неподвижной жидкости поплавковыми рычажными уровнемерами.

2. Математические модели для расчета составляющих суммарной погрешности ИИС, вызванных ошибками инклинометрических узлов, изменением массы поплавков, движением жидкости и другими причинами, а также рекомендации по выбору компонентов для уменьшения суммарной погрешности.

3. Способ получения дополнительной информации о состоянии поверхности жидкости (средняя амплитуда, частота волн, характер волнения), основанный на многополосной фильтрации и анализе данных с инклинометрических узлов ИИС.

4. Обобщенные структурные схемы и алгоритмы обработай информации ИИС измерения уровня повышенной точности и способы их преобразования при решении практических задач.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении рассмотрены актуальность и практическая значимость работы, выбраны объект и предмет исследования, сформулированы цель работы, методы исследований, научная новизна, результаты апробации работы, а

также положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены основные задачи народного хозяйства по измерению уровня жидких продуктов, сформулированы общие и специальные требования к оборудованию по точности, стоимости, надежности работы при

заданных воздействиях внешней среды.

Проведен анализ методов измерения уровня жидких продуктов, наиболее широко применяемых в промышленности, рассмотрены их эксплуатационные ограничения, основные достоинства и недостатки. По результатам анализа сделан вывод, что несмотря на прогресс, достигнутый в реализации волновых «бесконтактных» методов, поплавковые методы измерения уровня имеют большой потенциал совершенствования из-за малого количества эксплуатационных ограничений и умеренной стоимости оборудования.

Показано, что в современных условиях, при разработке новых алгоритмов и математических моделей, поплавковый рычажный метод имеет преимущества при решении широкого круга задач, требующих измерения уровня жидкости с высокой точностью.

Подробно рассмотрены цели и задачи диссертационного исследования по разработке обобщенных математических моделей измерения уровня и расчета погрешностей, математическому моделированию, созданию алгоритмов и структурных схем ИИС на основе поплавковых рычажных уровнемеров.

Во второй главе разработаны математические модели измерения уровня и объема жидкости с помощью поплавковых рычажных уровнемеров, а также проведен детальный количественный анализ погрешностей измерения.

Первой решена задача измерения уровня и объема жидкости в резервуаре, угол наклона которого к горизонту (фг) изменяется медленно (поверхностными волнами можно пренебречь). Схема измерения приведена на рис. 1 (Ь -длина рычага; Я - радиус поплавка; ЪА - глубина погружения поплавка в стоячей воде; /г£ расстояние от центра шарнирного соединения

(точки подвеса) до рис 1 ^ ур0вня неподвижной жидкости

поверхности жидкости; п0,

Ит, И Ту - расстояния от отсчетной плоскости (крыши) до точки подвеса, проекций точки подвеса и центра поплавка на поверхность жидкости соответственно). Введены обозначения: щ - угол отклонения рычага от вертикали (от направления вектора ускорения свободного падения £), Ц>т - угол наклона резервуара, Рь и ¥р- силы тяжести, действующие на рычаг и поплавок, РА¥ и рлрс - выталкивающие силы, действующие на поплавок со стороны жидкости и парогазовой смеси. Для схемы на рис. 1 справедливы соотношения:

=(1 + Л)-со8(ф1)+Л-/г^, кт + •С08(<р;Г). (1)

Установлено, что уровень жидкости (расстояние до дна резервуара) в точке СУ (проекции точки подвеса О) определяется:

И5 = Нт - /г0 - [(I + Я) ■ сов(фI) + Л - кА ] ■• со8(фГ), (2)

где Яг- высота резервуара (расстояние от отсчетной плоскости до дна).

В проведенном исследовании показано, что для резервуара правильной геометрической формы (прямоугольный параллелепипед, прямой круговой цилиндр) возможен расчет уровня кЫА в любой точке ЫА поверхности путем пересчета /г<?. Для расчета кш введены две прямоугольные системы координат^ жестко связанные с резервуаром: 0ХУ2 с началом в точке подвеса О и О X У 2 с началом в центре симметрии отсчетной поверхности (крыши). Оси в парах {X, Хт), (У, У7), (г, 2Т) сонаправлены: 2и2г направлены перпендикулярно отсчетной плоскости вниз, (X, ХГ) и (У, Гг) - вдоль длинных и более коротких ребер крыши (если резервуар имеет форму прямоугольного параллелепипеда).

Установлено, что если чувствительные оси инклинометрического узла (ИУ) на объекте (Хр Уе, 2Р) направлены вдоль осей координат X, У, 2, то направление наклона резервуара определяется соотношениями между проекциями I на чувствительные оси Хе, и £>), а координаты точки От (рис. 1)

могут быть вычислены по правилам таблицы 1. Вспомогательные углы 9Ь 9г и расстояние 0/'0Т определялись по формулам:

с1ь=кь-5т(фГ) = [(I + Л)• соэСф/,) + Я-Иа]- 8т(<рг). (4)

Таблица 1

Расчет координат (хт,ут) точки с известным уровнем жидкости

Диапазон

Ут

\ы\<ЫхггО I \ях\<Ш,я><0

¿1 ■ сой(8|

¿¿•СОБ^) -^¿-С08(92)

\Ях\>Ы,Ях*0

ч-

¿¿•в ¡п(е2)

Отсчета ая поверхность

Угол ф7 является линейным углом двугранного угла, образованного горизонтальной плоскостью и крышей. Отсчетная поверхность (крыша), продолженная до пересечения с поверхностью жидкости, а также точки (У, о", От, иА показаны на рис. 2. Плоскость, С/'О'От, образованная вектором § и его проекцией , перпендикулярна двум рассмотренным выше плоскостям, и является плоскостью

Плоскость

поверхности

жидкости

Рис. 2. Определение уровня жидкости в точке ЫА

отсчета фг-Доказано, что если опустить перпендикуляр из точки ИА на прямую С/От, то уровни жидкости в точках Ыл и Ы0 (км и

Алю) будут рав- Рис. 3. Изменение уровня в направлении ОтМ0

ны. Варианты

изменения уровня в направлении ОтНо показаны на рис. 3, а определяется:

±с1Т -Фт )

В диссертационном исследовании на основе геометрических соотношений разработана таблица определения знака в формуле (5). Исходными данными являлись координаты точки установки уровнемера (О1), точек От и ЫА в системе координат 0ТХТ¥Т2Г. Доказано также, что объем жидкости в наклоненном резервуаре симметричной формы (прямоугольный параллелепипед, прямой

круговой цилиндр) определяется формулой Vf=S*-h*, где S* - площадь основания, h* - уровень жидкости в центре симметрии основания (точке О ).

Для расчета глубины погружения hA сферического или цилиндрического поплавка, а также погрешностей измерения уровня из-за изменений hA в зависимости от внешних факторов, применено правило моментов:

Fl-Lfl ■ вт(ф£ )+ Ff ■ Lpp ■ sin(cp£ ) - Faf ■ Lpp ■ sin(q>L ) -

— Lpp ■ Fafg ■ sin (ф£ ) + M fr = 0 где FL=mvg, Ff=mrg, FA^pL-g-VA, FAF(f=pc-giVr-VA\ Lfl=L!2 и LF^L+R - плечи сил тяжести рычага и поплавка, MFR - момент силы трения в подвесе, mLnmF-массы рычага и поплавка, рд и pG - плотности жидкости и парогазовой смеси, VA - объем погруженной части поплавка, VF- общий объем поплавка.

В ходе диссертационного исследования разработаны математические модели для определения hA, а также установлено, что при MFR~0 величина ИА не зависит от угла отклонения срх. Разработанные математические модели показывают, что если пренебречь волнением поверхности жидкости, то для определения уровня и объема достаточно ИИС, содержащей уровнемер и ИУ, измеряющего угол наклона резервуара Фг-

Также, в диссертационном исследовании разработаны математические модели определения всех координат поплавка для случаев использовании в уровнемере: а) дополнительного устройства отсчета, б) ИУ с датчиками магнитного поля. Угол поворота проекции рычага на отсчетную плоскость (фл) считался известным либо вычислялся по показаниям ИУ.

Доказано, что при проецировании на отсчетную плоскость, геометрическое место расположения поплавка превращается из окружности радиусом Rf=(l+R)-smi<çL) в эллипс, определяемый уравнением:

[jcv/Л^ F + [yv/(^ • соз(Фг З)]2 = 1 • W

Уравнение (7) справедливо в системе координат Ол!?, центр которой совпадает с От, а направление оси Yv - с направлением d'Or. Положение эллипса изменяется в зависимости от направления наклона резервуара (рис. 4). Установлено, что однозначное определение координат возможно при выполнении условия: отсчетная плоскость

{L + R)-sm(yT-q>L)+{R-hA)-sm(4>T)<0 . (8)

При разработке математических моделей составлены трансцендентные уравнения, позволяющие по известным значениям (рк (рис. 4), фЛ, фг, dL и RF определить длину проекции рычага О1'G и координаты поплавка.

Для акселерометров с двумя и тремя чувствительными осями разработаны расчетные соотношения для фЛ, фг по значениям проекций g. Преимуществами алгоритма являются отсутствие точек разрыва в расчетах и близкая к постоянной скорость изменения используемых функций arcsin(x) и arccos(x).

/Л* ( ¿V ■Y/j>v у! îZ>v- I Jpx?1 ! i№X Xi : rf^N 'Y —^Фк (рл \

lly >, \ aj i ; 4 N^ N 1 /-X 6

Рис. 4. Проекция рычага и

В исследовании показано, что основной вклад в общую погрешность измерения уровня (/ггег) и объема вносит инструментальная составляющая, расчет которой производится по уравнению измерения Иге2=ДХь.Хк, Хк+Ь..., Х„), где Х\,..., Хк - непосредственно измеряемые величины, а Хкц,..., Х„ - иные влияющие на результат величины (I, Я, кА и др.). Зависимость абсолютной погрешности Л/гге2 от погрешностей Ах,- оценок входных величин определялась при разложении в ряд Тейлора (с,— коэффициент чувствительности):

Мге2 = ■ Ах,- = ¿с,- • Дг,-. (9)

¡=1 ¡=1 При разработке математических моделей составляющие погрешности считались малыми и независимыми. Соблюдался также традиционный для систем измерения уровня подход, предполагающий анализ и нормирование абсолютных или приведенных к диапазону измерения фц^Ь-К) погрешностей. Вклад изменений входных величин х,- (Ах, и етс,) в абсолютную систематическую погрешность Д/Г„=С;-Дл:,-, а в случайную среднеквадратическую погрешность - А/ГГ1=с,-стх,. Вклад Ах, и ах, в приведенную погрешность:

уИ^ = С(г ■ &х,- = с,-а • Ах,-, "Фй ■ 8стх,- = Сщ ■ сгх,-, (Ю)

где С1г=сгх;/Аа с4=с/Дм - приведенные коэффициенты чувствительности для изменений входной величины, заданных в относительной (абсолютной) форме.

Показано, что математические модели (1) - (5) для расчета погрешностей неудобны, так как не содержат уравнение измерения в явном виде. Создана упрощенная эквивалентная модель определения уровня (кгю) для случая, когда уровнемер установлен в центре резервуара (точки ЫА, (У и О совпадают):

Кег ^Нт-Иц-[(I + Я)• со8(фL)+R-hA\\±tg2{qт))• со8(Фг). (11)

Коэффициенты влияния (с,) величин Ь, фь фг, #г, Я получены

дифференцированием (И) для знака «+»: с,=5/ггег/5х,-. Для определения коэффициентов влияния сш величин, влияющих на глубину НА, дифференцировалась функция в левой части (6) ^(Ал, МРК, р£, тР, ть, Ь, Л)=0:

(12)

У сферического поплавка дРм1дЪА=рь-п-НА-{1+К)-(кА-ЪК). Некоторые из

полученных расчетных соотношений для с-: и сведены в таблицу 2.

Таблица 2

Коэффициенты влияния параметров на результат измерения

I (с,)

(с.)

{1 +1й2(фт-)1 -С0з(ф£)-С05(фг)

На (с,)

р^ (дРм/дх1)

(Ь+Ю■ г 1 +1а2(ср гП -этС^-сс^фт)

Г1+1й2(фг)1-со5(фг)

п-На2-(Ь+ЯНИа-3-Д)/3

»ц. (дРм/дх,)

Мы (дРм/дх,)

1 (Яг), -1 (Ао)

1/2

Проведенные исследования показывают, что влияние всех параметров на глубину погружения кл резко возрастает, если Влияние трения в

подвесе рычага максимально, когда рычаг находится в отвесе ((р^->0).

В работе выполнена оценка погрешностей измерения, вызванных движением жидкости и объекта установки ИИС. Для актуальных задач системати-

зированы факторы, определяющие особенности движения, и доказана необходимость низкочастотной

фильтрации значений g¡ (граничная частота фильтра 0,1 ...0,2 Гц, затухание в полосе заграждения - не менее 40...60 дБ), чтобы исключить влияние вибраций и волнения поверхности на точность измерения среднего уровня и объема. Показано, что реальным значениям Ь, Я, т1, тр соответствует показатель механической инерционности уровнемера (время, в течение которого рычаг пройдет положение <р^=0 после удара по поплавку) т0,5« от долей до единиц секунд.

Оценка погрешности измерения уровня потока (рис. 5) произведена для следующих условий: <ру«0, 0, ¡'лгсМХ поток однороден, волны и турбулентные явления (за исключением тех, что образуются при обтекании поплавка) отсутствуют. Не учитывались донные эффекты и эффекты отражения волн от стен. Оценка приведенной погрешности измерения (ук п):

= (иА - )/Чд = - М1Ли1П;Ж , (13)

где к," и кА - глубина погружения при скорости жидкости ИБ>0 и 1/^=0.

В работе доказано, что обтекание поплавка будет проходить с образованием вихрей, а вертикальной составляющей дополнительной силы , возникающей при движении жидкости, можно пренебречь, приняв во внимание только силу лобового сопротивления Л (рис. 5):

_ (14)

где С^Яе) - коэффициент лобового сопротивления, зависящий от числа Рей-нольдса (Яе) и формы тела, - максимальная площадь погруженного сегмента, при его проецировании на перпендикулярную потоку плоскость.

Выполнено обоснование максимальных значений Сх для сферического (0,7) и цилиндрического поплавков (0,86), выведены формулы расчета Л, составлено уравнение моментов сил с неизвестным кА°. Полученные математические модели обладают достаточной точностью при кА >(0,2.. .0,3)Д.

Анализ погрешностей ИУ, связанных с ошибками ориентирования чувствительных осей, произведен матричным методом, по аналогии с инклиномет-рическими системами буровых установок. Для анализа погрешностей, связанных с температурным дрейфом, шумами датчиков и аналого-цифровых преобразователей (АЦП) использовался метод частных производных:

Аф^= 2>фГ А&-, Аф^= ГДСфга*,-)*. (15)

1=х,у,г \1=х,у,г

Рис. 5. Оценка глубины погружения в потоке жидкости

где Acffg и Aqfg - систематическая (случайная среднеквадратическая) ошибки измерения угла, Agi и agi - систематическая и случайная среднеквадратическая погрешности определения проекции g на ось /, сф,=0ф/Эя, - коэффициент чувствительности результата к изменению проекции g на ось /.

В работе определены максимальные значения коэффициентов сф(: Ic^sxhl^wNN/g2. |сФ2тахИ2-Ы/я2 (соответственно, npng^O.g^O, ЫЧЫ)-В третьей главе проведено математическое моделирование, разработаны алгоритмы и методы построения ИИС с поплавковыми рычажными уровнемерами. Для выявления особенностей и ограничений разработанных математических моделей, рассмотрены несколько вариантов уровнемеров и объектов их установки. Параметры четырех характерных вариантов сведены в таблицу 3. Значения Нт выбраны минимальными, для которых выполняется условие Нт-hrL-2-R> (0,01...0,03); hA определены при решении уравнения (6). Графики отношений hJDurfîwù для знаков «+» и «-» в формуле (11) и варианта №2 таблицы 3, характеризующие измерение уровня, показаны на рис. 6.

Таблица 3

№п/п Поплавок R, мм mF, кг L, м mu кг Нт, m Dut, м fto, m hA, mm Pi

1 45 0,16 0,6 0,092 0,8 0,555 46,8 1000

2 сфера 100 0,62 2,0 0,931 2,3 1,900 0,07 65,7 кг/м3

3 45 0,16 0,9 0,138 1,1 0,855 50,4 (во-

4 цилиндр 75 0,20 2,0 0,931 2,3 1,925 64,6 да)

[ 1 Г>| ИИ^ПЬП ПР1 Г1 и ДЦУУУ^< *«< ■ ^м« V---■—--------\

ния проиллюстрирован графиками коэффициентов влияния радиуса поплавка (си» рис. 7), длины рычага (си, рис. 8), погрешностей измерения уровня потока жидкости (рис. 9), погрешностей измерений угла при перекосах е,у чувствительных осей (рис. 10, случай коэффициентами влияния величин рл, тР, ть (таблица 4).

На основе анализа и моделирования разработаны рекомендации по выбору компонентов ИИС для уменьшения погрешностей измерения, снижения стоимости и повышения надежности. Следует, в частности:

- увеличивать отношения Ш и ША, чтобы длина Ь в 10...20 раз превышала радиус поплавка и глубину погружения;

- использовать сферические, а не цилиндрические поплавки;

- снижать массу поплавка, а не рычага, чтобы уменьшить дополнительную погрешность из-за осаждающихся твердых частиц жидкости (парогазовой смеси) и увеличить интервал технического обслуживания;

- не допускать как слишком малых (0<кА<(\/3)-К), так и слишком больших ((5/3) И<ИЛ<2-К) значений глубины погружения поплавка;

- учитывать, что при одинаковом моменте трения меньшая погрешность будет у уровнемера с большей длиной рычага Ь и значениями и тс,

- обеспечить определение величин НТи К с минимальной погрешностью.

0,5 1,0 1,5 2,0 и^м/с Рис. 9. Приведенная систематическая погрешность измерения уровня движущейся жидкости

0'-"" 20 --40 60 фСл™ ' ы 60 фЕГград

Рис. 6. Зависимость относительно- Рис. 7. Коэффициент влияния радиуса

го уровня от угла поворота фА поплавка на результат измерения уровня

%

Рис. 8. Коэффициент влияния длины рычага на результат измерения уровня

В ходе исследования показано, что для ИИС измерения уровня неподвижной жидкости, оптимальный диапазон Ьл составляет

(1/2)-й<^<(4/3)-Л, для подвижной -(1/3)-Я</2л< (2/3) 7?. В ИУ необходимо использовать выпускаемые серийно акселерометры с малым температурным дрейфом, либо принимать меры по его компенсации. Для снижения случайных погрешностей ■ следует сужать полосу пропускания Рис. 10. Погрешность измерения фильтра ИУ до минимального угла при перекосах осей (йг=£г) значения, при котором выполняются

требования к быстродействию ИИС, и повышать разрядность АЦП.

Разработка структурных схем ИИС произведена с учетом ее разделения на подсистемы: I) сбора, II) обработки, III) передачи информации, IV) регистрации, индикации и управления, V) электропитания. Подсистема I) содержит

Коэ( эфициенты влияния р^ mF, mL.

Коэфф. Вар.№1 Вар.№2 Вар.№3 Вар.№4

C0L -0,0574 -0,0201 -0,0420 -0,0255

0,0454 0,0118 0,0299 0,0177

Cml 0,0121 0,0084 0,0123 0,0079

датчики физических величин Таблица 4

(ускорения, температуры,

плотности и скорости жидкости), подсистема II) -вычислительные устройства. Подсистема III), состоящая из физического и логического

подуровней, обеспечивает обмен информацией между подсистемами I), II), IV), а также с информационной системой «верхнего» уровня.

В проведенном исследовании задачи разделены на две группы: а) измерения уровня, объема, массы жидкости в емкостях (резервуарах, баках), б) измерения уровня и расхода жидкости в каналах и открытых трубопроводах.

Обобщенная структурная схема ИИС (рис. 11) содержит N уровнемеров, М+\ или N ИУ (ИУ наклона объекта в группе б) не требуется), N измерителей плотности (для группы а))

......................К

системе 'верхнего уровня

А6

И -1 ИУ(О)

А2 рЦ А4 )н*| т (г ^ А5

A3 J Vtw

т

• • •

Уровнемер N

Al(N) ■

A2(N) ■

A3(N)

ИУ (N)

\JpWN

чц

D3

D4

О

А9

• • •

А1

или скорости жидкости, вычислительное устройство D2, устройства хранения D3 и отображения D4 данных, устройства сигнализации А6, электропитания А1 и управления А 9. ИУ содержат акселерометры А1, датчики температуры (tj) А2, АЦП А\ и микроконтроллеры D1. Кроме ИУ, уровнемеры ИИС содержат датчики температуры поплавков -----------------

(tF) A3 и узлы бес- Рис. 11. Структурная схема ИИС

проводной передачи энергии и информации Л5(1)...A5(N).

В работе показаны способы преобразования базовых структурных схем при решении практических задач, возможности использований приемников ГЛОНАСС (GPS) для проведения синхронных измерений в сложных ИИС. Отмечено, что в большинстве случаев для обмена данными внутри ИИС оптимальными являются промышленные интерфейсы со скоростью до 1 ...2 МБит/с.

При проведении исследований установлено, что алгоритм обработки информации в ИИС измерения уровня должен включать в себя получение и цифровую фильтрацию сигналов с датчиков, определение вспомогательных параметров (температуры, скорости), необходимых для коррекции результатов, расчет и вывод на устройство отображения и в информационную систему «верхнего» уровня значений уровня, объема, массы продукта, упаковку данных, ведение журнала событий. Разработаны блок-схемы алгоритмов для ИИС групп а) и б) с учетом получения промежуточных результатов, необходимых для

выполнения калибровки. Отмечено, что практический интерес представляет не только расчет уровня, массы и

Уровень *

морская качка.

вращение гребных винтов, резонансные колебания жидкости

О 0,1 1 10 100

Рис. 12. Спектральная плотность уровня жидкости

Нормальное

■пгг.

Неупругие^^

Рис. 13. Удары и регистрируемый уровень

объема, но и анализ волнения поверхности жидкости, вызванного различными причинами (рис. 12, 13).

Для получения дополнительных сведений о состоянии поверхности жидкости предложено использовать спектральный анализ данных с инклино-метрических узлов, а также методику упрощенного анализа волнения, позволяющую определить средние значения периода и амплитуды волн {ТА у, Алу), их среднеквадратические отклонения (gtav, qaav), коэффициенты разброса (к7Ъ=атА^тАу, Ka^GaavIAav) и другие параметры. Разработанная методика упрощенного анализа волнения отличается низкими аппаратными затратами и достаточной точностью. По результатам рассмотрения основных практических задач, были сформулированы требования к полосовому фильтру, необходимому для анализа волнения (граничные частоты 0,4 Гц и 3...4 Гц, затухание в полосе заграждения не менее 40...60 дБ), а также к фильтру низких частот, используемому при измерении среднего уровня и объема.

В заключении главы 3 отмечено, что принятие мер по учету и компенсации погрешностей (в первую очередь - температурных) позволяет создать на основе поплавковых рычажных уровнемеров ИИС с основной приведенной погрешностью измерения уровня не более 0,5.. .1%.

В четвертой главе рассмотрены особенности калибровки и поверки, приведен пример реализации ИИС и представлены результаты экспериментальных исследований опытных образцов системы.

Показано, что проведение поверки ИИС на объекте затруднительно из-за сложности доступа к первичным преобразователям и загрязнения чувствительных элементов. Чтобы снизить трудоемкость, целесообразно проведение поверки только измерительных устройств ИИС (уровнемеров, измерителей плотности и скорости) после их демонтажа с объекта.

Проведен анализ двух способов поверки поплавковых рычажных уровнемеров: с помощью образцового уровнемера и методом косвенных измерений. Показано, что оптимальным является косвенный способ, предполагающий проведение поверки параметров, входящих в математические модели: длины рычага угла поворота cpi, радиуса поплавка R и глубины его погружения hA. Представлены схема и методика поверки углового разрешения измерителя угла срг на основе стандартных концевых мер (пластинок известной толщины).

Схема экспериментальной установки, предназначенной для проверки математических моделей измерения уровня и объема, приведена на рис. 14.

Установка обеспечивает проведение измерений:

- при углах наклона фг от О до 20...30° (в зависимости от уровня) и различном направлении наклона;

- при различном сорте жидкости и её количестве, позволяя имитировать обнажение дна и другие нештатные ситуации.

Установка состоит из резервуара 1 с прямоугольным отсеком для жидкости, уровнемера 2 с инклинометрическим узлом на рычаге 3, жестко связанного с резервуаром ИУ 4.

Отсчетная

плоскость

Рис. 14. Общая схема установки для измерения уровня и объема преобразователя интерфейсов 1^485/118232 5, стабилизатора напряжения 6 и опорной рамы 7. В идентичных ИУ 3 и 4, выполненных на однокристальных микроконтроллерах фирмы БПаЬв К

(США), производится ф£ и ^^^^^^^^^НшИЫЯ^Я^НвНВ

Фг для кодов АЦП, подвергнутых .1%

низкочастотной фильтрации.

Расчет уровня и объема ^Ндо^ & ^

жидкости производится в персо- ., ^¡^кь.

нальном компьютере (рис. 15). ^^^^^В^ВВКшЩяШр^^,^»

При проведении Щ?^"-4С- ^

испытаний расположенный Г • % горизонтально резервуар был ^^О^ЮН заполнен водой объемом (по показаниям ИИС) Уп=20,3 дм3 | / ' ' "

(/г*»0,4-Яг). Угол Шг изменялся с _ , _ „ глхлп

• ' са " т/ п ол0 Рис. 15. Общии вид экспериментальной ИИС

шагом 5 в диапазоне от 0 до 20

и направлениях «1-» (вниз, согласно рис. 14), «2-» (вниз и налево по диагонали), «3-» (налево), «3+» (направо), «4+» (вниз и направо по диагонали). Рассчитанные величины погрешностей измерения объема без учета координат установки уровнемера и направления наклона ЬУ-к=(УтгУт)1Ут и с учетом данных сведений 8Уг=(УгУпуУп показаны на рис. 16а и рис. 166 соответственно.

Согласно рис. 16а, без учета направления наклона и координат установки уровнемера погрешность ВУ^ превышает 5... 10%, что неприемлемо для ИИС средней и высокой точности. Резкое уменьшение погрешности (до

1...2%) независимо от направления наклона (рис. 166) доказывает справедливость разработанных математических моделей и возможность точного измерения объема жидкости в наклоненном резервуаре.

Рис. 16. Относительные погрешности измерения объема жидкости

Для проверки возможностей ИИС по анализу волнения поверхности, рама 7 была установлена на небольшой реке. Для различной структуры поверхностных волн (хаотичной и относительно регулярной) снимались зависимости изменений уровня от времени, которые затем подвергались спектральному анализу с одновременным расчетом характеристик по упрощенной методике. Установлено, что хаотичному волнению соответствуют существенно большие, чем регулярному, значения коэффициентов разброса КГа, Ка„, а также, как правило, несколько максимумов на гистограммах эмпирических распределений. По полученным результатам разработаны правила диагностирования событий, представляющих интерес для практики (появление мусора, льда в потоке и др.).

Процедуры определения характеристик поверхностных волн (по упрощенной методике) добавлены в программное обеспечение расходомеров-счетчиков «СТРИМ» (с 2010 года), выпускаемых ЗАО «Техно-Т».

В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные при выполнении диссертационного исследования.

В приложениях приведены справочные данные; таблицы результатов математического моделирования и экспериментальных исследований; графики коэффициентов чувствительности для момента силы трения МРЯ; спектры волнения поверхности; структурные схемы и фотографии образцов ИИС измерения уровня и расхода жидкости. В последнем приложении представлен акт внедрения результатов диссертационного исследования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Основные результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, заключаются в следующем:

1. Разработаны и исследованы математические модели измерения уровня и объема жидких продуктов в горизонтально расположенном и наклоненном

резервуаре; расчета глубины погружения поплавка; определения координат поплавка при измерении уровня подвижной жидкости и расчете характеристик поверхностных волн; анализа погрешностей измерения уровня.

Разработанные модели отличаются повышенной точностью и учетом ряда дополнительных параметров (координат установки уровнемеров, плотности и скорости жидкости, трения в узле подвеса, шумовых характеристик первичных преобразователей). Их использование позволяет, в частности, добиться приведенной погрешности измерения уровня и объема жидкости в подвижном резервуаре не более 0,5...1%, обеспечивая высокую конкурентоспособность ИИС на рынке.

2. Проведен анализ погрешностей ИИС на основе поплавковых рычажных уровнемеров. Предложен способ оценки и компенсации дополнительной погрешности измерения уровня потока, позволяющий снизить её более чем в три раза.

3. Разработаны методы построения, структурные схемы и алгоритмы обработки информации ИИС повышенной точности, содержащих поплавковые рычажные уровнемеры:

- разработаны структурные схемы для двух основных групп задач: измерение уровня, объема, массы жидкости в резервуаре и измерение уровня и расхода потока жидкости. Рассмотрены способы упрощения и оптимизации структурных схем для конкретных решаемых задач;

- предложены способы синхронизации измерений и вычислений в ИИС, в том числе с использованием меток времени систем глобального позиционирования (ГЛОНАСС или GPS);

- сформулированы требования к полосовым и низкочастотным фильтрам ИИС, необходимые для измерения уровня с малой погрешностью (менее 1% в реальных условиях) и получения дополнительных сведений о состоянии

, объекта установки и поверхности жидкости;

- предложены алгоритмы обработки информации, позволяющие получать наряду с основными данными о продукте (уровень, объем, масса) дополнительные сведения о состоянии его поверхности (средняя амплитуда и частота волн, характер волнения, наличие мусора).

4. Разработаны конкретные рекомендации по выбору компонентов ИИС (инк-линометрических узлов, рычагов, поплавков, измерителей скорости и др.) для минимизации суммарной погрешности измерения, снижения стоимости, обеспечения надежной работы системы в реальных условиях эксплуатации.

5. Предложены способы калибровки и поверки ИИС на основе поплавковых рычажных уровнемеров, отличающиеся простотой и невысокой стоимостью.

Высокая точность математических моделей, справедливость рекомендаций по построению ИИС и способ определения характеристик поверхности жидкости подтверждены результатами экспериментальных исследований опытных образцов систем.

Проведенные исследования позволили расширить область применения серийно выпускаемого расходомера-счетчика безнапорных потоков «СТРИМ», существенно снизить погрешность узла учета, расширить возможности диагно-

стирования аварийных и нештатных ситуаций за счет анализа волнения поверхности жидкости.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ершов М. Н. Улучшение технических и эксплуатационных характеристик современных ультразвуковых локаторов/ М. Н. Ершов, В. А. Ше-вяков У/ Известия ТулГУ. Серия «Радиотехника и радиооптика». Т. 5, Вып. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. С. 143-148.

2. Ершов М. Н. Применение микроконтроллеров БПаЬз в интегрированных измерителях углов поворота и наклона/ М. Н. Ершов // Схемотехника. 2006. №5. с. 50-52., №6. с. 45^17.

3. Ершов М. Н. Методы измерения уровня жидких продуктов: теория и практика/ М. Н. Ершов // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 4: в 2 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Ч. 1. С. 49-57.

4. Ершов М. Н. Оценка динамической погрешности поплавкового рычажного уровнемера/ М. Н. Ершов // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 4: в 2 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Ч. 2. С. 19-28.

5. Ершов М. Н. Погрешности информационно-измерительных систем на основе поплавковых рычажных уровнемеров/ М. Н. Ершов // Актуальные вопросы современной техники и технологии: Сборник трудов Ш-й международной научной заочной конференции. В 2-х ч. Ч. II. Липецк: Издательский центр «Гравис», 2011. С. 149-154.

6. Ершов М. Н. Анализ погрешностей инклинометрического узла уровнемера, вызванных ошибками ориентирования чувствительных осей / М. Н. Ершов // Современное состояние естественных и технических наук: Материалы I Международной научно-практической конференции (30.03.2011). М.: Изд-во «Спутник+», 2011. с. 80-84.

7. Ершов М. Н. Особенности определения координат поплавка в поплавковом рычажном уровнемере / М. Н. Ершов // Отраслевые аспекты технических наук. 2011. №3. с. 2-5.

8. Ершов М. Н. Анализ погрешностей инклинометрического узла в поплавковом рычажном уровнемере/ М. Н. Ершов // Естественные и технические науки. 2011. №2. с. 349 - 354.

9. Ершов М. Н. Использование информационно-измерительных систем на основе поплавковых рычажных уровнемеров для решения задач экологического мониторинга и безопасности/ М. Н. Ершов // Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов: Сборник трудов X Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 3843.

Ю.Ершов М. Н. Измерение объема жидкости в резервуаре с помощью поплавкового рычажного уровнемера/ М. Н. Ершов // Молодой ученый. 2011. №5 Т.1.С. 50-54.

П.Ершов М. Н. Метрологическое обеспечение информационно-измерительных систем на основе поплавковых рычажных уровнемеров/ М. Н. Ершов // Сб.

материалов XV Юбилейного Международного молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». Т. 4. Харьков: ХНУРЭ, 2011. с. 254-255.

12.Ершов М. Н. Особенности алгоритмов обработки информации в информационно-измерительных системах измерения уровня жидких продуктов/ М. Н. Ершов // Материалы IV Всероссийской научно-практической (заочной) конференции «Актуальные вопросы развития современной науки, техники и технологий». М.: НИИРРР, 2011. с. 46-50.

13.Ершов М. Н. Особенности расчета координат поплавка в уровнемере при использовании датчиков магнитного поля/ М. Н. Ершов // Актуальные вопросы современной техники и технологии: Сборник трудов IV-й международной научной заочной конференции. Липецк: Издательский центр «Гра-вис», 2011. С. 154-158.

14.Ершов М. Н. Разработка математических моделей измерения уровня жидкости поплавковым рычажным уровнемером/ М. Н. Ершов // Датчики и системы. 2011. №7. с. 53 -57.

15.Ершов М. Н. Экспериментальное определение характеристик поверхностных волн жидкости/ М. Н. Ершов // Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте' 2011: Сборник трудов международной научно-практической интернет-конференции. Т. 4, Технические науки. Одесса: Черноморье, 2011. С. 14-22.

16. Пат. на полезную модель 34245 Рос. Федерация, МПК G 01F 23/30. Следящий уровнемер /М.Н. Ершов, С. Н. Зимин, А Ф. Писарев, Н. В. Тингаев, В. В. Трофимов; Заявитель и патентообладатель ЗАО «Техно-Т» ¿Россия). №2003116480; заявл. 04.06.03; опубл. 27.11.03; бкот. №33; приоритет 04.06.03.2 с.

17.Пат. 2303768 Рос. Федерация, МПК G OIL 1/00. Расходомер-счетчик безнапорных потоков жидкости / В. В. Трофимов, В. В. Трофимов, В. Е. Ерохин, М. Н. Ершов, Ф. Г. Казьмин; патентообладатель В. В. Трофимов (Россия). №2005140056/28; заявл. 22.12.05; опубл. 27.07.07; бюл. №21; приоритет22.12.05.3 с.

Изд. лиц ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 31.10.11. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,2. Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 044 . Тульский государственный университет 300012, г. Тула, пр. Ленина, 92 Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300012, г. Тула, пр. Ленина, 95

Введение.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ С ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТЬЮ

1.1 Информационно-измерительные системы измерения уровня жидких продуктов в задачах народного хозяйства.

1.2 Методы и средства измерения уровня жидких продуктов.

1.3 Определение целей и задач диссертационного исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИИС НА ОСНОВЕ ПОПЛАВКОВЫХ РЫЧАЖНЫХ УРОВНЕМЕРОВ

2.1 Общая структура ИИС на основе поплавковых рычажных уровнемеров.

2.2 Разработка математических моделей поплавкового рычажного уровнемера с интегральными датчиками ускорения и магнитного поля

2.2.1 Разработка математических моделей: основные цели и задачи.

2.2.2 Разработка общих математических моделей измерения уровня и объема неподвижной жидкости.

2.2.3 Локальное измерение уровня подвижной жидкости. Разработка математических моделей для определения координат поплавка при использовании дополнительного устройства отсчета.

2.2.4 Локальное измерение уровня подвижной жидкости. Разработка математических моделей для определения координат поплавка в ИИС с инклинометрическими узлами на основе датчиков магнитного поля.

2.2.5 Разработка математических моделей инклинометрических узлов уровнемера.

2.3 Анализ погрешностей ИИС и её составных частей

2.3.1 Структура погрешностей ИИС на основе поплавковых рычажных уровнемеров.

2.3.2 Разработка эквивалентной математической модели измерения уровня, пригодной для расчета погрешностей ИИС

2.3.3 Разработка математических моделей для анализа зависимости глубины погружения поплавка от влияющих факторов.

2.3.4 Оценка дополнительных погрешностей измерения уровня, вызванных движением жидкости и объекта установки ИИС

2.3.5 Анализ погрешностей инклинометрических узлов.

Актуальность исследования.

В настоящее время значительное количество задач измерения уровня и объема жидких продуктов, существующих в химической промышленности, на транспорте, в жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве, могут быть решены только с помощью автоматизированных информационно-измерительных систем (ИИС). Ключевыми элементами данных систем являются уровнемеры, использующие различные методы измерения: емкостный, радиолокационный, магнитострикционный, гидростатический и др.

Универсального метода, пригодного для решения задач измерения уровня жидких продуктов, не существует, из-за присущих каждому методу недостатков и эксплуатационных ограничений. Данный факт делает целесообразным разработку новых методов измерения и совершенствование уже имеющихся.

Одним из перспективных направлений является совершенствование поплавкового рычажного метода, реализация которого предполагает использование поплавка, закрепленного на жестком рычаге, второй конец которого вставлен в шарнир и может свободно поворачиваться. Значение уровня определяется углом отклонения рычага от какой-либо оси, массами рычага, поплавка и рядом других параметров. Главными достоинствами метода являются простота реализации, невысокая стоимость оборудования, малая чувствительность к внешним воздействиям (перепадам температур, волнению поверхности жидкости, наличию ветра, тумана и др.), возможность измерения уровня потоков жидкости.

Теоретические предпосылки к разработке ИИС измерения уровня повышенной точности были созданы трудами отечественных и зарубежных ученых: Белоцерковского О. М., Белоцерковского С. М., Бобровникова Г. Н., Исаченко В. X., Ковшова Г. Н., Коловертнова Г. Ю., Кремлевского П. П., Ламб Г., Миловзорова Г. В., Писарева А. Ф., Прандтль Л., Ташматова X. К., Трофимова В. В., Фейнмана Р., Цыпкина Я. 3. и др.

Основными недостатками метода, используемого в настоящее время в сигнализаторах предельных уровней жидкости, считаются невысокая точность и техническая сложность измерения угла отклонения рычага. Последний недостаток может быть устранен применением инклинометрических узлов на основе датчиков магнитного поля и микромеханических (MEMS) акселерометров, однако необходимые для обеспечения высокой точности измерения математические модели не рассмотрены в литературе или рассмотрены недостаточно.

Поэтому, актуальной является разработка методов построения ИИС, выполненных на основе поплавковых рычажных уровнемеров и позволяющих решить максимально широкий круг задач народного хозяйства, включая те, которые ранее не были решены ни поплавковым рычажным, ни иными методами измерения.

Целью исследования является повышение точности измерения уровня жидкости за счет разработки новых алгоритмов и математических моделей, позволяющих учесть факторы, влияющие на качественные характеристики ИИС.

К основным задачам исследования относятся:

1. Разработка и исследование математических моделей, обеспечивающих высокую точность измерения уровня жидкости в ИИС на основе поплавковых рычажных уровнемеров.

2. Разработка методов построения, обобщенных структурных схем и алгоритмов обработки информации ИИС повышенной точности, содержащих поплавковые рычажные уровнемеры.

3. Разработка рекомендаций по выбору компонентов (инклинометрических узлов, рычагов, поплавков и др.) для минимизации суммарной погрешности измерения, снижения стоимости, обеспечения надежной и стабильной работы ИИС в реальных условиях эксплуатации.

4. Проведение экспериментальных исследований образцов (прототипов) ИИС и их компонентов для практической проверки разработанных математических моделей.

Объектом исследования является ИИС измерения уровня, объема и расхода жидких продуктов, выполненная на основе поплавковых рычажных уровнемеров.

Предметом исследования являются математические модели, методы построения и алгоритмы обработки информации, позволяющие повысить точность ИИС и расширить её функциональные возможности.

Методы исследований. В диссертации использовался комплексный метод исследования, включающий в себя элементы геометрии, методы теории погрешностей и теории измерений, векторно-матричный метод, методы системотехнического проектирования, а также математическое моделирование с применением ЭВМ и физическое моделирование в лабораторных условиях и на объекте установки ИИС.

Воздействие потока жидкости на поплавок оценивалось методами гидродинамики.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработаны математические модели расчета уровня и объема подвижной и неподвижной жидкости, отличающиеся учетом дополнительных факторов и предназначенные для высоконадежных ИИС с интегральными датчиками ускорения и магнитного поля.

2. Разработаны математические модели для расчета погрешностей измерения уровня, обеспечивающие повышение точности и оптимизацию характеристик ИИС. Предложен способ оценки и компенсации погрешности измерения уровня потока, позволяющий повысить точность измерения уровня и расхода жидкости в безнапорных каналах и трубопроводах.

3. Для систем с поплавковыми рычажными уровнемерами предложен способ получения дополнительной информации о состоянии поверхности жидкости, позволяющий определить среднюю амплитуду и частоту волн, характер волнения и отличающийся низкими аппаратными затратами в сочетании с достаточной для практических задач точностью.

4. Разработаны обобщенные структурные схемы и алгоритмы обработки информации, позволяющие обеспечить малую погрешность измерения уровня и объема жидкости (менее 0,5. 1%) и расширить круг задач, решаемых ИИС.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Предложенные рекомендации по выбору компонентов ИИС позволяют минимизировать погрешность измерения, обеспечить высокую надежность работы и стабильность результатов в реальных условиях эксплуатации.

2. Предложенный способ оптимизации структурных схем и алгоритмов обработки информации дает возможность снизить стоимость ИИС в конкретной решаемой задаче и получить высокие качественные характеристики за счет измерения дополнительных параметров поверхности жидкости, оценки уровня её загрязнения, прогнозирования аварийных ситуаций.

3. Разработанные аппаратные средства и комплекс программного обеспечения могут непосредственно применяться при создании ИИС промышленного и учебного назначения.

Апробация работы. Основные результаты данного диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях и форумах: III и IV Международных научных заочных конференциях «Актуальные вопросы современной науки, техники и технологии», январь 2011 г., апрель 2011 г., г. Липецк; I Международной научно-практической конференции «Современное состояние естественных и технических наук», март 2011 г., г. Москва; XV Юбилейном международном форуме «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке», апрель 2011 г., г. Харьков, Украина; X Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов и молодых ученых «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов», апрель 2011 г., г. Тула; IV Всероссийской научно-практической (заочной) конференции «Актуальные вопросы развития современной науки, техники и технологий», апрель 2011 г., г. Москва, Международной научно-практической интернет-конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте -2011», июнь 2011 г., г. Одесса.

Основные положения диссертационного исследования отражены в 15 печатных работах, в том числе в 5 статьях в рецензируемых изданиях, внесенных в список ВАК, а также в четырех патентах, включая два патента на полезную модель.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели, обеспечивающие высокую точность измерения уровня и объема подвижной и неподвижной жидкости поплавковыми рычажными уровнемерами.

2. Математические модели для расчета составляющих суммарной погрешности ИИС, вызванных ошибками инклинометрических узлов, изменением массы поплавков, движением жидкости и другими причинами, а также рекомендации по выбору компонентов для уменьшения суммарной погрешности.

3. Способ получения дополнительной информации о состоянии поверхности жидкости (средняя амплитуда, частота волн, характер волнения), основанный на многополосной фильтрации и анализе данных с инклинометрических узлов ИИС.

4. Обобщенные структурные схемы и алгоритмы обработки информации ИИС измерения уровня повышенной точности и способы их преобразования при решении практических задач.

Основные результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, заключаются в следующем:

1. Разработаны-и-исследованы математические модели измерения уровня и объема жидких продуктов в горизонтально расположенном и наклоненном резервуаре; расчета глубины погружения поплавка, определения координат поплавка при измерении уровня подвижной жидкости и расчете характеристик поверхностных волн; анализа погрешностей измерения уровня.

Разработанные модели отличаются повышенной точностью и учетом ряда дополнительных параметров (координат установки уровнемеров, плотности и скорости жидкости, трения в узле подвеса, шумовых характеристик первичных преобразователей). Их использование позволяет, в частности, добиться приведенной погрешности измерения уровня и объема жидкости в подвижном резервуаре не более 0,5. 1%, обеспечивая высокую конкурентоспособность ИИС на рынке.

2. Проведен анализ погрешностей ИИС на основе поплавковых рычажных уровнемеров. Предложен способ оценки и компенсации дополнительной погрешности измерения уровня потока, позволяющий снизить её более чем в три раза.

3. Разработаны методы построения, структурные схемы и алгоритмы обработки информации ИИС повышенной точности, содержащих поплавковые рычажные уровнемеры:

• разработаны структурные схемы для двух основных групп задач: измерение уровня, объема, массы жидкости в резервуаре и измерение уровня и расхода потока жидкости. Рассмотрены способы упрощения и оптимизации структурных схем для конкретных решаемых задач;

• предложены способы синхронизации измерений и вычислений в ИИС, в том числе с использованием меток времени систем глобального позиционирования (ГЛОНАСС или GPS);

• сформулированы требования к полосовым и низкочастотным фильтрам ИИС, необходимые для измерения уровня с малой погрешностью (менее 1% в реальных условиях) и получения дополнительных сведений о состоянии объекта установки и поверхности жидкости;

• предложены алгоритмы обработки информации, позволяющие получать наряду с основными данными о продукте (уровень, объем, масса) дополнительные сведения о состоянии его поверхности (средняя амплитуда и частота волн, характер волнения, наличие мусора).

4. Разработаны конкретные рекомендации по выбору компонентов ИИС (инк-линометрических узлов, рычагов, поплавков, измерителей скорости и др.) для минимизации суммарной погрешности измерения, снижения стоимости, обеспечения надежной работы системы в реальных условиях эксплуатации.

Высокая точность математических моделей, справедливость рекомендаций по построению ИИС и способ определения характеристик поверхности жидкости подтверждены результатами экспериментальных исследований опытных образцов систем.

Проведенные исследования позволили расширить область применения серийно выпускаемого расходомера-счетчика безнапорных потоков «СТРИМ», существенно снизить погрешность узла учета, расширить возможности диагностирования аварийных и нештатных ситуаций за счет анализа волнения поверхности жидкости.

1. Агуров П. В. Интерфейсы USB. Практика использования и программирования/П. В. Агуров. СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 576 с.

2. Адамар Ж. Элементарная геометрия: в 2 ч. Ч. 1: Планиметрия/ Ж. Адамар: пер. с франц. М.: Изд-во Министерства просвещения РСФСР, 1948. 608 с.

3. Адамар Ж. Элементарная геометрия: в 2 ч. Ч. 2: Стереометрия/ Ж. Адамар: пер. с франц. М.: Изд-во Министерства просвещения РСФСР, 1951. 760 с.

4. Акустический уровнемер «Зонд-ЗМ»/ Б. В. Жуков, и др. // Датчики и системы. 2007. № 2. С. 35-40.

5. Алешин Б. С. Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии/ Б. С. Алешин, К.К. Веремеенко, А. И. Черноморский. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 424 с.

6. Анциферов С. С. Общая теория измерений: Учебное пособие/ С. С. Анциферов, Б. И. Голубь, под ред. Н. Н. Евтихиева. М.: Горячая линия-Телеком, 2007. 176 с.

7. Ахо А. В. Структуры данных и алгоритмы/ А. В. Ахо, Д. Э. Хопкрофт, Д. Д. Ульман: пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000. 384 с.

8. Бабиков О. И. Контроль уровня с помощью ультразвука/ О. И. Бабиков. JL: Энергия, 1971. 80 с.

9. Бабиков О. И. Ультразвуковые приборы контроля/ О. И. Бабиков. JL: Машиностроение, 1985. 117 с.

10. Бахвалов Н. С. Численные методы/ Н. С. Бахвалов, Н. П. Жидков, Г. Н. Кобельков. М: БИНОМ. Лаб. знаний, 2003. 632 с.

11. Белоцерковский О. М. Численное моделирование в механике сплошных сред/ О. М. Белоцерковский. М.: Наука, 1984. 520 с.

12. Бендат Д. Применение корреляционного и спектрального анализа/ Д. Бендат, А. Пирсол: пер. с англ. М.: Мир, 1983. 312 с.

13. Бобровников Г.Н. Методы измерения уровня/ Г.Н. Бобровников, А.Г. Катков. М.: Машиностроение, 1977. 167 с.

14. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов/ И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. М.: Наука, 1981. 720 с.

15. Бурдун Г. Д. Основы метрологии/ Г. Д. Бурдун, Б. Н. Марков. 3-е изд., пере-раб. М.: Издательство стандартов, 1985. 256 с.

16. Ваганов А. М. Проектирование скоростных судов/ А. М. Ваганов. JL: Судостроение, 1978. 300 с.

17. Виглеб Г. Датчики: устройство и применение/ Г. Виглеб: пер. с нем. М.: Мир, 1989. 196 с.

18. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств/ Г. И. Волович. М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2005. 528 с.

19. Гадзиковский В. И. Датчик уровня жидкости в резервуаре на основе нелинейного радиолокационного дальномера/ В. И. Гадзиковский, А. А. Калмыков // Датчики и системы. 2008. № 11. С. 12-14.

20. Гидродинамика подводного крыла/ под ред. Д. Н. Горелова// Сборник научных трудов. Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1986. 148 с.

21. Гольденберг JI. М. Цифровая обработка сигналов: Справочник/ JI. М. Голь-денберг, Б. Д. Матюшкин, М. Н. Поляк. М.: Радио и связь, 1985. 256 с.

22. ГОСТ 12308-89. Топлива термостабильные для реактивных двигателей. Взамен ГОСТ 12308-80; введ. 01.07.90. М.: Стандартинформ, 2008. 5 с.

23. ГОСТ 166-89. Штангенциркули. Технические условия. Взамен ГОСТ 166-80; введ. 01.01.91. М.: Издательство стандартов, 1992. 12 с.

24. ГОСТ 427-75. Линейки измерительные металлические. Технические условия. Взамен ГОСТ 427-56; введ. 01.01.77. М.: Издательство стандартов, 1994. 8 с.

25. ГОСТ 8.009-84. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений. Взамен ГОСТ 8.009-72; введ. 01.01.86. М.: Стандартинформ, 2006. 26 с.

26. ГОСТ 8.016-81. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерения плоского угла. Взамен ГОСТ 8.01675; введ. 01.07.1982. М.: Издательство стандартов, 2006. 8 с.

27. ГОСТ 8.050-73. Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений. Введ. 01.01.75. М.: Издательство стандартов, 1988. 15 с.

28. ГОСТ 8.256-77. Государственная система обеспечения единства измерений. Нормирование и определение динамических характеристик аналоговых средств измерения. Введ. 01.07.1987. М.: Издательство стандартов, 1977. 9 с.

29. ГОСТ 8.321-78. Государственная система обеспечения единства измерений. Уровнемеры промышленного применения и поплавковые. Методы и средства поверки. Введ. 01.07.87. М.: Издательство стандартов, 1978. 10 с.

30. ГОСТ 8.401-80. Государственная система обеспечения единства измерений. Классы точности средств измерения. Общие требования. Взамен ГОСТ 13600-68; введ. 01.07.87. М.: Издательство стандартов, 1981. 13 с.

31. ГОСТ 8.477-82. Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерения уровня жидкости. Введ. 01.07.1984. М.: Издательство стандартов, 1983. 4 с.

32. ГОСТ 9038-90. Меры длины концевые плоскопараллельные. Технические условия. Взамен ГОСТ 9038-83; введ. 01.07.91. М.: ИПК Издательство стандартов, 1998. 14 с.

33. ГОСТ Р 51105-97. Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. С изм. от 01.07.99; введ. 01.01.99. М.: Издательство стандартов, 2000. 13 с.

34. Государственная система измерений. Расходомеры-счетчики безнапорных потоков «СТРИМ». Методика поверки TT 12.00.000 МП. введ. 08.09.09. М.: Изд-во ФГУП «ВНИИМС», 2009. 8 с.

35. Грибанов Ю. И. Погрешности и параметры цифрового спектрально-корреляционного анализа/ Ю. И. Грибанов, В. Л. Мальков. М.: Радио и связь, 1984. 160 с.

36. Громов А. Н. Моделирование процесса измерения уровня жидкости акустическим методом, учитывающим факторы среды/ А.Н. Громов // Техническая акустика: электрон, научн. журн. 2007. №10. URL: http://www.ejta.org (дата обращения: 02.03.11).

37. Гуськов А. А. Способ построения магнитометрического инклинометра/ А. А. Гуськов // Датчики и системы. 2009. №11. С. 23-28.

38. Датчик индикатор уровня РИС-121 электронный ресурс.: каталог измерителей уровня. 2011 г. URL: http://www.packo.ru/node/1191 (дата обращения 03.03.2011).

39. Датчик уровня емкостной ДУЕ-1 электронный ресурс.: каталог продукции «Уровнемеры» ОАО «Старорусприбор». 2011 г. URL: http://www.staroruspribor.ru/files/catalog/gallery/1000/1045/l .pdf (дата обращения 03.03.2011).

40. Датчики давления и уровня фирмы «Элемер» электронный ресурс.: сводная таблица. 2011 г. URL: http://www.elemer.rn/production/pressure/ (дата обращения 03.03.2011).

41. Датчики давления и уровня фирмы BD Sensors (Германия) электронный ресурс.: каталог. 2011 г. URL: http://www.bdsensors.ru/documentation/ (дата обращения 03.03.2011).

42. Датчики уровня ультразвуковые ДУУ2М. Руководство по эксплуатации УНКР.407533.068 РЭ: утв. 11.09.05. Москва: ЗАО «Альбатрос», 2005. 67 с.

43. Димов Ю. В. Метрология, стандартизация, сертификация/ Ю. В. Димов. 2-е изд. перераб. СПб.: Питер, 2004. 432 с.

44. Ершов М. Н. Анализ погрешностей инклинометрического узла в поплавковом рычажном уровнемере/ М. Н. Ершов // Естественные и технические науки. 2011. №2. с. 349-354.

45. Ершов М. Н. Измерение объема жидкости в резервуаре с помощью поплавкового рычажного уровнемера/ М. Н. Ершов // Молодой ученый. 2011. №5. Т.1. с. 50-54.

46. Ершов М. Н. Методы измерения уровня жидких продуктов: теория и практика/ М. Н. Ершов // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 4: в 2 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Ч. 1. С. 49-57.

47. Ершов М. Н. Особенности определения координат поплавка в поплавковом рычажном уровнемере / М. Н. Ершов // Отраслевые аспекты технических наук. 2011.№3.с. 2-5.

48. Ершов М. Н. Оценка динамической погрешности поплавкового рычажного уровнемера/ М. Н. Ершов // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 4: в 2 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Ч. 2. С. 19-28.

49. Ершов М. Н. Применение микроконтроллеров ЗПаЬБ в интегрированных измерителях углов поворота и наклона/ М. Н. Ершов // Схемотехника. 2006. №5. с. 50-52., №6. с. 45-47.

50. Ершов М. Н. Разработка математических моделей измерения уровня жидкости поплавковым рычажным уровнемером/ М. Н. Ершов // Датчики и системы. 2011. №7. с. 53 57.

51. Ершов М. Н. Улучшение технических и эксплуатационных характеристик современных ультразвуковых локаторов/ М. Н. Ершов, В. А. Шевяков // Известия ТулГУ. Серия «Радиотехника и радиооптика». Т. 5, Вып. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. С. 143-148.

52. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям/ И. Е. Идельчик. М.: Машиностроение, 1975. 559 с.

53. Измерения в промышленности. Справ, изд., в 3-х кн. Кн. 2: Способы измерения и аппаратура: пер. с нем./ под. ред. П. Профоса. 2-е изд., перераб. М.: Металлургия, 1990. 384 с.

54. Исаченко В. X. Инклинометрия скважин/ В. X. Исаченко. М.: Недра, 1987. 216 с.

55. Капитанова J1. АСУ ТП канализационных насосных станций водоочистных сооружений/ Л. Капитанова, А. Локотков, Б. Туганов // Современные технологии автоматизации. 1998. № 1. С. 60-63.

56. Ковшов Г. Н. Приборы контроля пространственной ориентации скважин при бурении/ Г. Н. Ковшов, Г. Ю. Коловертнов. Уфа: Изд-во УГНТУ,2001. 228 с.

57. Колесников Н.В. Контроль уровня жидкости на судах/ Н.В. Колесников, М.И. Кудряшов, В.И. Сивой. Л.: Судостроение, 1969. 194 с.

58. Коловертнов Г. Ю. Развитие теории, программно-аппаратные средства и алгоритмическая коррекция погрешностей инклинометрических и термоманометрических скважинных систем/ Г. Ю. Коловертнов// Автореф. дисс. Ижевск: Изд-во ИГТУ, 2004. 48 с.

59. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров/ Г. Корн, Т. Корн: пер. с англ. М.: Наука, 1974. 832 с.

60. Кочин И. Е. Теоретическая гидромеханика: Ч. 1/ И. Е. Кочин, И. А. Кибель, И. В. Розе. 6-е изд., испр. и доп. М.: Издательство физико-математической литературы, 1963. 584 с.

61. Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества/ П. П. Кремлевский. 3-е изд., перераб. и доп. JL: Машиностроение, 1975. 776 с.

62. Кузнецов В. П. Современная нормативная база метрологического обеспечения измерительных систем/ В. П. Кузнецов // Датчики и системы. 2009. № 1. С. 50-54.

63. Ламб Г. Гидродинамика / Г. Ламб. 6-е изд.: пер. с англ. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1947. 928 с.

64. Леута А. А. Микропроцессорные системы судовой энергетики/ А. А. Леута, С. Н. Турусов. СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001. 88 с.

65. Либерман В. В. Измерение уровня с помощью радарных уровнемеров/ В. В. Либерман // Автоматизация в промышленности. 2009. №6. с. 34-38.

66. Лотов К. В. Физика сплошных сред/ К. В. Лотов. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002. 144 с.

67. Лялин В.Е. О применении теории матриц в математическом моделировании инклинометрических систем с трехкомпонентными акселерометрическими датчиками/ В. Е. Лялин, Р. Р. Лутфуллин, Д. Г. Миловзоров // Датчики и системы. 2005. №1. С. 21-24.

68. Магнитострикционные уровнемеры NIVOTRACK фирмы Nivelco (Венгрия) электронный ресурс. 2011 г. URL: http://www.nivelco.com/site.php7upar =PRODUCT&proid=71166&lang=ru (дата обращения 04.03.2011).

69. Мазин В. Д. Методы расчетной оценки погрешностей датчиков/ В. Д. Мазин // Датчики и системы. 2001. № 2. С. 2-5.

70. Маркин H. С. Основы теории обработки результатов измерений/ Н. С. Маркин. М.: Издательство стандартов, 1991. 176 с.

71. Математическое моделирование плоскопараллельного отрывного обтекания тел / С.М. Белоцерковский, и др.. М.: Наука, 1988. 232 с.

72. Мелешин В. И. Транзисторная преобразовательная техника/ В. И. Мелешин. М.: Техносфера, 2006. 632 с.

73. МИ 2220-96. Государственная система обеспечения единства измерений. Расход сточной жидкости в безнапорных трубопроводах. Методика выполнения измерений. М.: НИИ КВОВ, 1996. 20 с.

74. Миловзоров Г. В. Инклинометрические преобразователи для систем управления бурением наклонно направленных и горизонтальных скважин/ Г. В. Миловзоров// Автореф. дисс. Уфа: Изд-во УГНТУ, 1998. 48 с.

75. Мирский Г. Я. Электронные измерения/ Г. Я. Мирский. 4-е изд. перераб. М.: Радио и связь, 1986. 440 с.

76. Мухитдинов М. Светоизлучающие диоды и их применение/ М. Мухитдинов, Э. Мусаев. М.: Радио и связь, 1988. 80 с.

77. Новицкий П. В. Оценка погрешностей результатов измерений/ П. В. Новицкий, И. А. Зограф. Л.: Энергоатомиздат, 1985. 248 с.91.0лссон Г. Цифровые системы автоматизации и управления/ Г. Олссон, Д. Пиани. СПб.: Невский диалект, 2001. 557 с.

78. Опыт автоматизации резервуарных парков нефтепродуктов/ Р. Абайдуллин, и др. // Современные технологии автоматизации. 1997. № 2. С. 62-65.

79. Плотномер «ПЛОТ-ЗБ». Руководство по эксплуатации АУТП.414122.007 РЭ: утв. 15.04.2000. Арзамас: ЗАО «Авиатех», 2007. 61 с.

80. Поплавки VYC152 РУ 16: каталог «Трубопроводная аппаратура общепромышленного применения»/ фирма «АДЛ». М. 2005. 112 с.

81. Преобразователь уровня радиоволновый БАРС 341И-ХХ. Руководство по эксплуатации ЮЯИГ. 407629.011 РЭ: утв. 27.03.06. Рязань: ООО «Предприятие Контакт-1», 2006. 21 с.

82. Применение оптического растрового метода для измерения скорости течения в открытых каналах/ В. И. Заманский и др. // Датчики и системы. 1999. № 7-8. с. 42-44.

83. Протоколы TCP/IP. Практическое руководство: пер. с англ. А. Ю. Глебовского. СПб.: Невский диалект, 2003. 672 с.

84. Пятницких А. Бортовые компьютеры: варианты построения готовых систем/

85. A. Пятницких // Современные технологии автоматизации. 2008. №2. с. 2023.

86. Рабинер JI. Теория и применение цифровой обработки сигналов/ JI. Рабинер, Б. Гоулд: пер. с англ. под. ред. Ю. Н. Александрова. М.: Мир, 1978. 848 с.

87. Рабинович С. Г. Погрешности измерений/ С. Г. Рабинович. JL: Энергия, 1978. 262 с.

88. Радарные уровнемеры БАРС электронный ресурс.: сводная таблица. 2011 г. URL: http://www.kontakt-l.ru/radar level meters.html (дата обращения 03.03.2011).

89. Раков В. А. Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза (1976-1985 гг.)/ В. А. Раков. М.: Транспорт, 1990. 238 с.

90. Распопов В. Я. Микромеханические приборы/ В. Я. Распопов. М.: Машиностроение, 2007. 400 с.

91. Расходомер жидких сред в открытых водоемах: пат. 2307327 Рос. Федерация, МПК G 01F 1/52, G 01F 1/26, G01F 23/14/ М. Н. Ершов, А. Ф. Писарев, Н. В. Тингаев,

92. B. В. Трофимов; патентообладатели А. Ф. Писарев, Н. В. Тингаев, В. В. Трофимов (Россия). №2005120911/28; заявл. 04.07.05; опубл. 27.09.07; бюл. №27; приоритет 04.07.05. 3 с.

93. Расходомер-счетчик безнапорных потоков жидкости: пат. 2303768 Рос. Федерация, МПК G OIL 1/00/В. В. Трофимов, В. В. Трофимов, В. Е. Ерохин, М. Н. Ершов, Ф.

94. Г. Казьмин; патентообладатель В. В. Трофимов (Россия). №2005140056/28; заявл. 22.12.05; опубл. 27.07.07; бюл. №21; приоритет 22.12.05.3 с.

95. Расходомеры-счетчики безнапорных потоков «СТРИМ». Руководство по эксплуатации ТТ 12.00.000 РЭ: утв. 22.04.04. Тула: ЗАО «Техно-Т», 2004. 48 с.

96. Расходомеры-счетчики безнапорных потоков «СТРИМ». Технические условия ТТ 12.00.000 ТУ: утв.20.04.2004. -Тула: ЗАО«Техно-Т», 2004,- 24 с.

97. Родионов Н. Н. Современные танкеры/ Н. Н. Родионов. JL: Судостроение, 1980. 284 с.

98. Рябинин А. Н. Некоторые задачи аэродинамики плохообтекаемых тел/ А. Н. Рябинин. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского университета, 1997. 144 с.

99. Савельев И. В. Курс общей физики: в 3 т. Т. 1. Механика, колебания и волны, молекулярная физика/ И. В. Савельев. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1970. 511 с.

100. Самарский А. А. Численные методы/ А. А. Самарский, А. В. Гулин. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1989. 432 с.

101. Сбоев А. В. Методика решения задачи о глиссировании по поверхности весомой жидкости/ А. В. Сбоев. М.: Изд-во ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского, 1991.22 с.

102. Сичкарев В. И. Использование в судовождении гидрометеорологической информации/ В. И. Сичкарев. Новосибирск: НГАВТ, 2000. 176 с.

103. СП 2.5.1198-03. Санитарные правила по организации пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте; введ. 03.06.2003. М. 2003. 49 с.

104. Справочник химика: в 3 т. Т. 1. Общие сведения. Строение вещества. Свойства важнейших веществ. Лабораторная техника/ под ред. Б. П. Никольского. Л.: Химия, 1966. 1072 с.

105. Ташматов Х.К. Поплавковые расходомеры для открытых каналов оросительных систем/ Х.К. Ташматов, Р.К. Азимов // Датчики и системы. 2008. № 5. С. 31-32.

106. Титьенс О. Гидро и аэромеханика: в 2 т. Т. 1. Равновесие. Движение жидкостей без трения/ Л. Прандтль, О. Титьенс: пер. с нем. М.: Государственное технико-теоретическое издательство, 1933. 224 с.

107. Титьенс О. Гидро и аэромеханика: в 2 т. Т. 2. Движение жидкостей с трением и технические приложения / Л. Прандтль, О. Титьенс: пер. с нем. М.: Изд-во НКТП СССР, 1935. 313 с.

108. Трехмерное отрывное обтекание тел произвольной формы/ С.М. Бело-церковский, и др.. М.: Изд-во ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского, 2000. 250 с.

109. Уровнемер VEGASON 64. Руководство по эксплуатации: сайт. 2009 г. URL:http://www.vega.com/en/Levelmeasm"ement ultrasonic VEGASON64.htm (дата обращения 03.03.2011).

110. Уровнемер УЛМ (УЛМ-11, УЛМ-11А1, УЛМ11А2, УЛМ-31А2). Руководство по эксплуатации УЛМ.0.01.000 РЭ: утв. 10.02.05. Тула: ЗАО «ЛИ-МАКО», 2009. 19 с.

111. Уровнемер ультразвуковой «Взлет УР» исполнения УР-2ХХ. Инструкция по монтажу В 17.00-00.00-20 ИМ: утв. 10.04.08. СПб.: ЗАО «ВЗЛЕТ», 2008. 44 с.

112. Уровнемеры Proservo NMS5 фирмы Endress+Hauser (Швейцария) электронный ресурс.: техническая информация. 2011 г. URL: http://www.ru.endress.com/ (дата обращения 04.03.2011).

113. Уровнемеры буйковые BW25. Руководство по монтажу и эксплуатации BW25-1-00-00-00 РЭ: утв. 08.02.05. Самара: ООО «Кроне-Автоматика», 2005. 28 с.

114. Уровнемеры в промышленном производстве и строительстве электронный ресурс. // Российское представительство SWR Engineering: [сайт]. 2008 г. URL: http://www.swrsystems.ru/articles.html (дата обращения 02.12.2008).

115. Ушаков В. Анализ обтекания тел с отрывом потока в системе SolidWorks / Floworks / В. Ушаков // CAD/CAM/CAE Observer, 2003. №3. с. 2-9.

116. Фейнман Р. Фейнмановские лекции по физике: в 9 т. Т. 7. Физика сплошных сред/ Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндэ. М.: Мир, 1977. 289 с.

117. Физические величины: Справочник/ А.П. Бабичев, и др.; под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

118. Финкенцеллер К. Справочник по RFID. Теоретические основы и практическое применение индуктивных радиоустройств, транспондеров и бесконтактных чип-карт/ К. Финкенцеллер; пер. с нем. Н. М. Сойуханова. М.: Додэка-ХХ1, 2008. 496 с.

119. Фридман А. Э. Основы метрологии. Современный курс/ А.Э. Фридман. СПб.: НПО «Профессионал», 2008. 284 с.

120. Хансуваров К.И. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара: учеб. пособие/ К.И. Хансуваров, В.Г. Цейтлин. М.: Издательство стандартов, 1990. 287 с.

121. Хаппель Д. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса/ Д. Хаппель, Г. Бреннер: пер. с англ. М.: Мир, 1976 г. 632 с.

122. Цыпкин Я. 3. Основы теории автоматических систем/ Я. 3. Цыпкин. М.: Наука, 1977. 560 с.

123. Analog Devices (USA): сайт. URL: www.analog.com (дата обращения: 02.03.2011).

124. CAN Specification 2.0. Part A, B. 2001. 70 p. URL: www.can-cia.org (дата обращения: 02.03.11).

125. Freescale Semiconductor (USA): сайт. URL: www.freescale.com (дата обращения: 02.03.2011).

126. Kester W. Analog-Digital Conversion/ W. Kester, J. Bryant. Norwood: ADI, 2004. 630 p.

127. Linear Technology (Canada): сайт. URL: www.linear.com (дата обращения: 02.03.2011).

128. Modbus application protocol specification vl.lb. 2006. 51 p. URL: www.Modbus-IDA.org. (дата обращения: 02.03.11).

129. National Semiconductor (USA): сайт. URL: www.national.com (дата обращения: 02.03.2011).

130. Texas Instruments (USA): сайт. URL: www.ti.com (дата обращения: 02.03.2011).

131. Transaction in measurement and control. Vol. 4. Flow & level measurement. // Omega Engineering, Technical Reference Series. 1999. URL: www.omega. com/literature (дата обращения: 02.03.11).

132. Weinberg H. Minimizing power consumption of iMEMS® accelerometers/ H. Weinberg // Application note AN-601. 2004. URL: www.analog.com (дата обращения: 02.03.11).191