Reja: Gidrostatik sath o’lchash datchiklari

MA’RUZA –12

Sath o’lchash datchiklari va sath signalizatorlari. Ultratovushli datchiklar yordamida sath o’lchash.

Reja:

1. Gidrostatik sath o’lchash datchiklari
2. Bo’yoqli va qalqib yuruvchili sath o’lchash datchiklari
3. Sigimli sath o’lchash datchiklari
4. Induksion sath o’lchash datchiklari
5. Muhit bilan kontaksiz sath o’lchash datchiklari
6. Ultra tovush datchiklarini qo’llanishi

Texnologik jarayonlarni avtomatik boshqarishda suyuqlik va oquvchan qattiq jismlarni (sement, qum, alebastr, tuz, soda va boshqalar) sathlarini o’lchash muhim ahamiyatga ega. Agar ishlab chiqarish yong’inga xafli yoki portlashga moyil bo’lsa sath o’lchashni ahamiyati yanada ortiq bo’ladi. Sath o’lchash datchiklari neftni qayta ishlash sanoati, oziq–ovqat sanoati, farmasevtikada keng qo’llaniladi.

Sath o’lchash datchiklari ikki maqsadda foydalanilishi mumkin. Birinchi holatda bunday datchiklarni sath signalizatorlari deb atalib, sath biror nuqtaga yetganda signal beradi. Zaruriy sathni qiymatini oldindan belgilab qo’yiladi. Ikkinchi tur dattchiklari idishdagi mahsulotning hajmini, miqdorini uzluksiz nazorat qilish uchun qo’llaniladi. Ikkinchi tur datchiklarining ko’pchiligi birinchi tur datchiklarining funksiyasini olgan bo’lishi ham mumkin. Ya’ni idishdagi modda sathini ko’rsatishdan tashqari biror nuqtaga yetganda alohida signal berishi mumkin.
Texnologik jarayonnni xarakteridan kelib chiqqan holatda sathni o’lchash turli metodlar yordamida aniqlaniladi. Oddiy holatlarda vizual kuzatishga asoslangan sath o’lchash tizimlaridan foydalaniladi. Olingan natijani masofaga uzatuvchi sath o’lchash datchiklari murakkab bo’lib turli fizik hodisalarga asoslangan. Ular quyidagilar:

– gidrostatik;

– bo’yoqkli va qalqib yuruvchili;
– sig’imli;
– induksion;
– radioizotopli;
– akustik;
– to’lqinli;

• 
  termokonduktometrik.
  

Bitta kompaniya juda ko’p turdagi sath datchiklarini ishlab chiqaradi. Masalan, dunyoda avtomatik qurilmalarni ishlab chiqarishda ikkinchi o’rinda turuvchi Simenes firmasi to’rt prinsipda ishlovchi sath datchiklarini ishlab chiqaradi. Ular ultratovushli (ULS), sig’imli (CKS), aylanuvchan varrakli (PLS) va vibrasion (VLS).

A) vizual sath o’lchash tizimlarida idishni tashqi qismiga shisha trubka o’rnatiladi (rasmda ko’rsatilgan).

Syuqliklarning sathini o’lchash tashqi shisha trubkasining uzunligi xafsizlik nuqtai nazaridan 0,5 m. dan orttirilmaydi. Agar idish balandligi katta bo’lsa shaxmat doskasiga o’xshab bir necha shisha trubkalar o’rnatiladi. Bunday sath o’lchash tizimlaridagi asosiy xatoltk idishdagi va kirish trubkasidagi suyuqliklarni zichligini har hil bo’lib qolishidan kelib chiqadi. Idishdagi mahsulotlar issiq bo’lsa, tashqi kirish trubkasidagi suyuqlik tashqi shamol ta’sirida nisbatan sovub qolishi mumkin. Bundagi absolyut xatolik

∆h = h_{1 –} h_{2 =} h₂ (1– ρ_{2 /} ρ₁)

Bu xatolik katta bo’lishi mumkin. Uni kamaytirish uchun trubkani teploizolasiya qilish yoki har o’lchashdan oldin trubkadagi suyuqlikni produvka qilish kerak.

B) Gidrostatik sath o’lchash dachiklari o’zgarmas zichlili suyuqliklarda gidrostatik bosim balandlikka proporsionalligiga asoslangan

P = ρgH

Bu yerda ρ – suyuqlik zichligi, g – erkin tushish tezlanishi, H – syuqlik sathi.

Rasmda Simenes firmasi tomonidan ishlab chikarilgan MPS tipidagi zondli (a) sath o’lchash datchigi va Rossiyani Metran firmasida ishlab chikilgan bir menbranali (b) gidrostatik datchiklari keltirilgan. a rasmda 1–tenzorezistor o’rnatilgan trubka, 2– menbrani himoyalovchi ochiq qopqoqqa ulangan. 3–trubkada tros, chiqish signallri utkazgichlari va 1 mm diametrli ventilasiya trubkasi joylashgan. Zondni umumiy uzunligi 20 m. Chiqish signali 4–20 mA cha. Zond suyuqlik idishi 0 nuqtasigacha tushiriladi.

b – rasmda 1–menbrana 2–tenzorezistor bilan richag yordamida bog’langan. Gidrostatik bosim membranaga ta’sir etishi bilan tenzorezistorni qarshiligi o’zgaradi. Bu chiqish tokini o’zgarishiga olib keladi. Chiqish toki gidrostatik datchikni modeliga qarab 0–5 mA, 4–20 mA bo’lishi mumkin.
c) bo’yoqli va qalquvchan jisimli sath o’lchash tizimlarida jisimlarni suyuqliklarda sath jixatidan joylashish fizikasiga asoslangan. Jisimlar suyuqliklarda o’zlariga ta’sir etuvchi Arximed kuchi va og’irligiga asosan uch holatda bo’lishi mumkin. Birinchi holatda cho’kishi, suzishi va qalqib yurishi. Bo’yoqli sath o’lchagichlarda jism suzadi, ya’ni unga ta’sir etuvchi Arximed kuchi og’irligiga teng qilib, uning ma’lum qismi suyuqlik ichida. Ma’lum qismi tashqarisida bo’ladi.

Rasmda bo’yoqli sath o’lchash tizimi ifodalangan. Sathga mos holda bo’yoq ko’tarilib shkalada sath o’zgarishini kursatib turadi.

Suyuqlik balandligi o’zgarishi bilan jism ham ko’tariladi. Lekin ko’tarilish suyuqlik balandligida kichik bo’ladi. Ya’ni

xc = (h –x) pJgF – (h – x) pJgF,

Bu yerda c – prujina bikirligi, ρ_j – suyuqlik jichligi, ρ_g – suyuqlik tepasidagi gaz zichligi, g – erkin tushish tezlanishi, F – bo’yoq ko’ndalang kesimi yuzasi. Bu yerdan

X = h/[1 + c(P_j ­– P_r)gF]

Neftni qayta ishlash sanoatida bu tipdagi sath o’lchagichlar hali ham foydalaniladi. Ularni yuqori qismiga shkalalangan metal lenta ulangan bo’lib sathga mos holda lentadagi shkala harakatlanadi. Shkalaga qarab hisob olinadi. Maxsus elektron bloki tashkil etilgan. U raqamli ko’rinishda informasiya beradi.

Bo’yoqli sath o’lchash tizimlaridan yana biri, indukuion elektron tizimligidir

Bu yerda 4–menbrana orqali bo’yoqni harakati, 2– richakka uzatilib induksion tizimda o’zgarish hosil qilinadi. O’zgarish qiymati bo’yoq harakatiga proporsional. (3–muvozanat yuki) Signallni o’zgarishi IR signal farqini aniqlash bloki orqali U kuchaytirgichga beriladi. Kuchaytirilgan signal teskari bog’lanishni hosil qiluvchi UOS bloki orqali yana induksion elektron blokka uzatiladi. Natijaviy tok ikkilamchi o’lchash qurilmasiga uzatiladi.
Qalqib yuruvchi jisimli sath o’lchagich ham yuqoridagi singari ishlaydi. Lekin ulardan foydalanilib, magnitli sath o’lchash tizimlari ham qurilgan.

Bu yerda 6 – suyuqlikda qalquvchi jisimga 5 – doimiy magnit mahkamlangan. U 7 – yo’naltiruvchi slindrda harakatlanadi. 6 ichida joylashgan 8 – gerkonli relelar magnit ta’sirida ishlaydi. 4 – harakatni chegaralovchi stopper, 3 – magnitni suyuqlik kondensatidan saqlovchi zontik. Qurilmada har bir gerkon relesi 5 mm ketma–ketlikda o’rnatilgan. Magnitli sath o’lchash qurilmasi 0,5 dan 6 m gacha sathlarni o’lchashga mo’ljallangan. Gerkonlardan chiqishlar elektron blokka uzatilib natijaviy 4–20 mA chiqish signali olinadi.
G) Sig’imli sath o’lchash datchiklar kondensatorlarni qoplamlari o’rtasidagi dielektrik moddani o’zgarishi bilan elektr sig’imini o’zgarishi fizik hodisasiga asoslangan. Kondensator elektrodlari sterjn, plastina yoki silindr ko’rinishida bo’lishi mumkin. Sath o’lchagich datchiklarni tayorlashda suyuqlikni elektr o’tkazuvchanligi muhim ahamiyatga ega. O’tkazgichlarda solishtirma qarshilik 10 Om.m dan kichik bo’ladi.

Rasmda elektr o’tkazmaydigan suyuqliklarda sath o’lchash tizimi ifodalangan. Silindr ko’rinishidagi 1 va 2 – elektrodlar ichma–ich 4 – izolyator yordamida joylashtirilgan. Bu yerda 3 – sathi o’lchanadigan suyuqlik. Umumiy holda elektr sig’imi silindrik kondensatorlarda quyidagicha ifodalanadi:

S = 2πεε₀Η/ln(d₂/d₁)

Bu yerda ε – elektrodlar orasidagi moda dielektrik kirituvchanligi, ε_{0 = 8,85 10}⁶ F/m vakkum dielektrik kirituvchanligi, Η– elektrodlar uzunligi, d_{2 ,}d₁ tashqi va ichki elektrodlar diametri.

Belgilashlarga asosan suyuqlik va suyuqlik to’ldirmagan qisimlar uchun sig’im formulalarini quyidagicha yozish mumkin

S₁ = 2πε_jε₀h / ln(d₂/d₁) S₂ = 2πε_gε₀(N – h)/ ln(d₂/d₁)

Tizimda ba sig’imlardan tashqari izolyator uchun ham sig’im S_i mavjud. Lekin uning qiymati suyuqlik sathi o’zgarishiga bog’liq emas. Gazlarda dielekirik kirituvchanlik ε_g = 1 bo’lganligini e’tiborga olgan holda yuqoridagilardan kuydagi ifodani olish mumkin:

S = S_i +[ 2πε₀ / ln(d₂/d₁ )] N (1 + (ε_j – 1) h/N)

Ifodadan ko’rinib turibdiki, elektr sig’imi h suyuqlik sathiga bog’liq. S ni o’lchash bilan suyuqlik sathini aniqlash mumkin. Lekin aniqlik yuqori darajada kerak bo’lgan sharoitlarda bu tizimga to’ldirishlar kiritishga to’gri keladi. Chunki temperatura o’zgarishi, modda tarkibini o’zgarishi elektr sig’imini o’zgartiradi. Aniqlik yuqori darajada talab qilinadigan joylarda kompensasialovchi kondensatorlar qo’shimcha qo’yiladi.

Rasmda kompensasiyalovchi kondensator qo’shilgan sig’imli sath o’lchash tizimi ko’rsatilgan. 3 – kompensasiyalovchi kondensatorni sig’imi faqat ε_j – dielektrik kirituvchanlikni o’zgarishiga bog’liq. Elektron tizimda buni e’tiborga olgan holatda dielektrik kirituvchanlikni o’zgarishini hisobga olmaydigan sath o’lchash tizimi quriladi.

Elektr o’tkazuvchi suyuqliklarda quyidagi sigimli sath o’lchash tizimidan foydalanish mumkin:

Bu yerda 2 – izolyator, 1 – elektrod, 3 – rezurvar.

Umumiy sig’im
S = S_i + S₁ S₂ / (S₁ + S₂) ifoda bilan hisoblanadi.
D) Induksion sath o’lchash tizimlari induktiv g’altaklarni elektr o’tkazuvchi suyuqliklarga tushirilganda ularni hosil bo’lgan uyurmali toklar magnit maydoni ta’sirida magnit oqimini, induktivligini kamayishiga asoslangan.
Ma’lumki o’tkazgichlarni induktivligi L = F/I ifoda bilan aniqlanadi. Bu yerda F – magnit oqimi, I – zanjirdagi tok kuchi. Ko’rinib turibdiki o’tkazgich induktivligi magnit oqimiga proporsional. O’zgaruvchan tok o’tganda suyuqlikda hosil bo’lgan uyurmali tok magnit oqimi Lens qoidasiga asosan tok hosil qilgan oqimga qarshi bo’lib, undagi magnit oqimini kamaytiradi. Demak o’ram induktivligi elektr o’tkazuvchi suyuqliklarga tushirilganda kamayadi.
Transofrmatorlarda o’zaro induktivlik

M = k √L₁L₂

ifoda bilan aniqlanadi. Bu yerda k – o’zaro aloqa koeffisienti.

Real sharoitda ikki o’ram bir g’altakga o’ralganligi sababli L₁ = L₂ = L, k = 1
Shuning uchun M = L.

Ikklamchi o’ramda hosil bo’layotgan EFK quyidagicha ifodalanadi:

E = ωM I_v

Ko’rinib turibdiki, chiqish signali induktivlikga proporsional. Induktivlik esa transformator botirilgan suyuqlik sathiga bog’liq.

b – rasmda chegaraviy sathlar bo’yicha signal beruvchi tizim ifodalangan.
E) Yuqorida ko’rib o’tilgan sath o’lchash tizimlaridan keng qo’llanilgan. Lekin ularni agresiv muhitlarda, yuqori temperaturalada qo’llashni imkoniyati yo’q. Bunday hollarda muhit bilan kontakda bo’lmagan masofaviy sath o’lchash tizimlaridan foydalaniladi.
Ularga misol qilib, radio to’lqinli sath o’lchagichlarni keltirish mumkin. Radio tp’lqinli qurilmalar yuborilgan to’lqinlarni muhit chegarasidan qaytishini tadqiq qilishga asoslangan. Bular radiolokasion, radiointerferesion, zondvibrasion va rezonansli bo’lishi mumkin.

Radiolokasion tizimda 1 – nurlatuvchi qurilma, 2 – qabul qiluvchi qurilma, 3 – signallar uzatish va qabul qilish orasidagi fapqni aniqlash elektron bloki.

Radioto’lqinni uzatish va qabul qilishdagi vaqt intervalini quyidagicha ifodalash mumkin
τ = (N – h)√εμ/s bu yerda ε va μ radio to’lqin tarqaluvchi muhitni dielektrik va magnit krituvchanligi, s – yorug’lik tezligi. Ko’rinib turibdiki, vaqt intervali sathga bog’liq.
E) Akustik sath o’lchash qurilmalarida radio to’lqin o’rniga akustik to’lqin uzatiladi va qabul qilinadi. To’lqinlarni uzatish va qaytishi vaqt intervalini o’lchash bilan sathni aniqlash elektron blokini yig’ish mumkin.
J) Agressiv muhitlarda chegaraviy quyi va yuqori sathlarni aniqlashda radiosion metoddan ham keng qo’llaniladi. Bu metod gamma nurlarni muhitdan o’tganda intensivligini kamayishi hodisasiga asoslanadi Ikk blok bo’lib birinchi blok gamma nurini uzatadi ikkinchi blok sathi aniqlanadigan modda joylashgan idishni qaramaqarshi tomonida turiuvchi qabul qiluvchi blok. Bu metod sement ishlab chiqarish sanoatida keng qo’llaniladi.
Rasmda RDU – X radiolokasion sath o’lchash datchiki keltirilgan. Bu datchik yordamida katta idishlardagi moddalarni sathini o’lchash uchun xizmat qiladi. U sozlanishiga qarab 0–10 m, 0–20 m. balandlikdagi sathlarni o’lchash uchun qo’llaniladi. Datchmkni chiqish signali 0=5 mA, 0–20 mA, 4–20 mA bo’lishi mumkin. Datchikning xatoligi 1 sm.
Bu datchikni sement ishlab chiqarish sanoatida xom ashyo tayorlash sexidagi siloslardagi mahsulotlarni sathini o’lchash uchun qo’llaganmiz. Bizni holimizda silos balandligi 40 m edi. Datchik 24 V kuchlanish manbasini talab etadi.
Datchikni o’rnatish tartibi quyida ko’rsatilgan:

Ultra tovushni fizik asoslar. Ultra tovush ishlash prinsiplari. Ultra tovush datchiklarining qo’llanish sohalari.

Ultra tovush bu yuqori chastotadagi tovush tebranishlaridir. Inson eshitish organlari 16–20 kGts oralig’idagi elastik mexaniq tebranishlarni ovoz sifatida qabul qiladi. 20 kGts dan yuqori bo’lgan tebranishlarni eshitish organlari qabul qilmaydi. Bu tebranishlarni tarqalishi ultra tovush to’lqinlari deb ataladi. Ularni yuqori chegarasi milliard Gts gacha bo’ladi. Undan yuqorigi tebranilar giper tovushlar deb ataladi.
Tovush to’lqinari ustida olib borilayotgan tadqiqotlarni birlamchi sabablari tovushni suvda tarqalishini o’rganish bo’lgan. Birinchi bo’lib tovushni suvda tarqalish tezligini 1826 yili fransuz olimi Kolladon aniqlagan. Tovush tarqalishini suvda o’rganilishiga sabab, dengiz kemalarining harakat tezligi, ulargacha bo’lgan masofalarni aniqlash bo’lgan. 1838 yili tovush yordamida dengiz osti relifini aniqlashga erishilgan. Tofushni uzoqroqga uzatib qabul qilish zaruriyati yuqori chastotali tovush tebranishlarini olish muamosiga olib keldi.
1883 yili ingiliz fizigi Galton ultra tovush generatorini yaratdi. Uni Galton xushtagi deb atadilar. Generator uchlari o’tkir etib yasalgan silindrdan iborat bo’lib unga yuqori bosim ostida havo yuborilgan. Havo o’rniga vodorod gazi yuborilishi bilan 170 kGts gacha tebranishlarni hosil qilishga erishilgan.
1880 yili Pyer Jak Kyurilar ultra tovush texnikasi uchun katta qiymatga ega bo’lgan kashfiyotni ochdilar. Ular kvars kristaliga bosim bilan ta’sir etilsa, kvars tomonlarida elektr zaryadi to’planishini aniqladilar. To’plangan zaryad miqdori qo’yilgan kuchga proporsional. Bundan tashqari tez almashinuvchi elektr kuchlanishi kristalga qo’yilganda kristalni tebranishini aniqladilar. Buni asosida yuqori chastotali tovush tebranishlarini chiqaruvchi va qabul qiluvchi qurilmalar yaratish imkoniyati paydo buldi.
1914 yilda yevropada dengiz floti uchun sanoat qurilmasi sifatida ultra tovush to’lqinlarini uzatuvchi va qabul qiluvchi kashf etildi. Shu yillari sirtlarni tekshirish uchun defektoskop yaratildi. Medisinada 20 asrni 50 yillarida AQShda qo’llanila boshlandi.
Ultratovushlarni uzatuvchilarni ikkita katta gruhga bo’lish mumkin.
1. Tebranishlar gazlarda yoki suyuqliklarda hosil qilinadi va uzatiladi
2. Tok yoki kuchlanishni materiallar yordamida mexanik tebranishlarga aylantirish.
Nurlantiiruvchilar pezo elektrik yoki magnitostriksion bo’lishi mumkin. Magnitostraksion nurlantirgichlar jisim o’lchamlarini magnit maydonida o’zgarishiga asoslangan. Bu xossaga ega bo’lgan materiallar o’ram ichiga jolantiriladi va unga o’zgaruvchan tok beriladi. O’zgaruvchan tok ta’sirida o’zgaruvchan magnit maydoni hosil bo’ladi. Bu o’zgaruvchan magnit maydoniga mos ravishda jisim o’lchami o’zgarib ultra tovush hosil qiladi.
Ultra tovush datchiklarini qo’llanishini shartli uch gruhga bo’lish mumkin

(kGts)

			1	10	100	10^3	10^4	10^5	10^6
Moda to’grisida informasiya olish	Moddalar xossalarini o’rganish	gazlar
		suyuqliklar
		qat.jisimlar
	Gidrolokasiya
	Uz defektoskopiya
	Sath va o’lchamning nazorati
	Medisina diagnostikasiyasi
Moddalarga ta’sir kursatish	Koagulyasiya aerozol bilan
	Yonishga ta’sir etish
	Tozalash
	Kimyoviy jarayonlar
	Emulgirovaniya
	Dispergirovaniya
	Purkash
	Kristallizasiya
	Metallizasiya
	Mexanik qayta ishlash
	Payvandlash
	Plastik deformasiyalash
	Terapiya
	Xirurgiya
Signallarni qayta ishlash va boshqarish	Kechiktirish tizimi
	Filtrlar
	Akustoelektron aylantirish
	Akustooptik qurilmalar

Yuqoridan ko’rinib turibdiki, ultratovush turmishda keng qo’llaniladi. Medisinada diagnostikadan tashqari davolash maqsadida ham keng qo’llaniladi. U rentgen nurlari kabi xafli emas. Uning salbiy ta’siri tirik organizmga deyari yo’q.

Ichki organalarning holatini kuzatishda dopler effektidan foydalaniladi. Uzatilgan nur harakatdagi jisimga borib qaytishida uni harkatlanish tezligiga mos holda qaytgan nurni chastotasi o’zgaradi. Bu o’zgarishni elektron qurilma yordamida qayta ishlash bilan ichki organlar holatini kuzatish mumkin.
Murakkab formadagi metallardagi teshiklarni oddiy frezer yoki teshish qurilmalarida bajarib bo’lmaydi. Ularni kuchli ultra tovush bilan amalga oshirish mumkin.
Masofada joylashgan ob’ektlarni aniqlashda radiolokasiyadan foydalaniladi. Lekin radiolokasiya faqat metall ishtrok etgan ob’ektlarnigina aniqlash imkoniyatini beradi. Okeanlarda baliqlar to’dasini, tirik oganizmlarning relefini aniqlashda faqat ultra tovshlardan foydalaniladi.
Qizdirish mumkin bo’llmagan holatlarda turli markadagi metallarni payvandlashda ham ultra tovushdan foydalaniladi.
O’tgan asrning 60 yillardan boshlab aniqlik darajasi toraytiruvchi qurilmalar asosida tayorlangan sarf o’lchash qurilmalariga qaraganda bir karra yuqori bo’lgan ultra tovushli sarf o’lchash qurilmalari qo’llanilmoqda.