Классификация систем автоматического управления (стр. 5 )

Как и любому другому методу измерения превышений, этому методу присущи инструментальные ошибки и ошибки, обусловленные влиянием внешних условий.

К инструментальным ошибкам относятся:

а) ошибка, вызванная неточной установкой гидростатических приборов на фиксированные базовые поверхности нивелируемых точек;

б) ошибка, вызванная наклоном головки гидростатического прибора;

в) ошибка, вызванная работой измерительного устройства;

г) ошибка, полученная за счет капиллярных сил и смачивания;

д) ошибка, вызванная температурными деформациями отдельных узлов головки гидростатического нивелира;

К ошибкам, обусловленным влиянием внешних условий, относятся ошибки вызванные:

а) влиянием температуры на жидкость;

б) изменением атмосферного давления;

в) гидродинамическим характером;

г) влиянием вибрации;

д) влиянием электростатического поля;

е) неучетом кривизны поверхности относимости;

ж) влиянием приливообразующих сил;

и) локальным распределением пузырьков воздуха в сосудах и соединениях;

к) испарением жидкости в сосудах;

л) загрязнением жидкости в системе.

Ошибка установки переносных гидростатических приборов на фиксированные базовые поверхности нивелируемых точек не превышает 10 мкм. В стационарно установленной системе и относительном характере измерений эта ошибка исключается.

Ошибка за наклон головки гидростатического прибора при величине эксцентриситета 3 мм и угле наклона 8' составляет 0,008 мм. Для уменьшения этой ошибки гидростатические приборы следует снабжать круглыми уровнями, посадочную плоскость располагать на продолжении оси измерительного штока.

Ошибка работы измерительного устройства зависит от принципа работы, конструкции и диапазона измерений. При использовании микрометренных винтов для фиксации уровня жидкости ошибки могут достигать до 0,04 мм. При дистанционном съеме информации ошибка составляет 0,01 – 0,02 мм. Для повышения точности измерений автоматизированные системы рекомендуется применять при измерении небольших вертикальных перемещений.

Ошибка за счет капиллярных сил и смачивания появляется при использовании в конструкции гидростатических приборов капиллярных трубок. Для исключения этой ошибки, которая может достигать 0,001 мм и более, необходимо применять калиброванные сосуды. При перемене мест сосудов эта ошибка исключается.

Ошибка за температурные деформации отдельных узлов головки гидростатического нивелирования может достигать 0,006 мм и более, в зависимости от типа материала, из которого изготовлены отдельные узлы измерительных головок. Для уменьшения влияния этой ошибки необходимо уменьшать габариты измерительных головок и изготавливать их узлы из материалов с близкими коэффициентами линейного расширения.

По исследованиям, при применении гидростатических систем с большим количеством измерительных головок незначительные утечки жидкости оказывают заметное влияние на точность измерения. Поэтому при измерениях утечка жидкости должна быть полностью исключена герметизацией приборов.

Из всех ошибок, обусловленных влиянием внешних условий, наиболее значимой является ошибка, вызванная влиянием изменения температуры жидкости. Для уменьшения влияния этой ошибки применяют термостатирование приборов, что не всегда возможно. В таких случаях вводят поправку за температурное влияние, измеряя температуру в приборах. Для уменьшения влияния температуры предложен двойной гидростатический нивелир. В приборе используются две жидкости, которые имеют разные коэффициенты температурного расширения. Однако, для получения точных измерений температуру жидкости в системе необходимо определять с точностью не ниже 1°С, что не всегда возможно. Для уменьшения влияния температуры рекомендуется шланговые соединения укладывать горизонтально, что обеспечивает минимально необходимый уровень жидкости в измерительных головках. Периодические измерения превышений производить при максимально одинаковых температурных условиях.

Одним из недостатков метода гидростатического нивелирования заключается в сложности изготовления измерительных головок. Этот недостаток устранен в методе гидродинамического нивелирования, в котором измерения превышений выполняются в процессе непрерывного изменения уровня жидкости в сообщающихся сосудах. Этот метод полностью автоматизирует измерения более простым и экономичным путем, чем при использовании метода гидростатического нивелирования, тогда, когда требуется точность определения  превышений (0,2 – 1,0) мм. Система гидродинамического нивелирования состоит из общего измерительного сосуда, соединенного шлангами с контрольными сосудами, которые устанавливаются на наблюдаемых точках. Площадь сечения общего измерительного сосуда во много раз больше площадей сечения контрольных сосудов. В процессе измерения превышения производится непрерывный равномерный подъем уровня жидкости в измерительном сосуде с некоторого момента времени. При подъеме уровня жидкости колебания уровня жидкости в сосудах затухают достаточно быстро и создается постоянная разность высот. В определенный момент времени происходит касание штока уровнем жидкости в одном из сосудов.

В другом способе гидродинамического нивелирования, разработанного авторами, жидкость в процессе измерений перераспределяется только между смежными отсеками сосудов. В этом способе гидронивелир состоит из двух одинаковых сосудов, один из которых устанавливается на репере, другой – на контролируемой точке. В каждом сосуде имеется перегородка, разделяющая внутренний объем жидкости на вспомогательный и измерительный отсеки. Перетекание жидкости происходит через зазор в донной части сосуда. Измерительные отсеки сосудов, свободные от жидкости, соединены воздушными шлангами с камерой давления. В них поддерживается одинаковое и постоянное давление. При измерении превышения с увеличением давления уровень жидкости в измерительных отсеках сосудов поднимается и в момент смачивания штока жидкостью фиксируется датчиками уровня.

  Для повышения точности измерений предлагает способ гидродинамического нивелирования с запиранием жидкости в контролируемых головках. В систему входит дополнительный сосуд, необходимый для выравнивания уровня жидкости в системе перед началом измерений. Измерения выполняются после выравнивания жидкости во всех измерительных головках. Затем платформа, на которой установлены измерительные головки и дополнительный сосуд, поднимается с помощью электродвигателя до тех пор, пока жидкость не заполнит все контролируемые головки и не произойдет запирание жидкости. В измерительных головках, после запирания жидкости в контролируемых головках, поверхность жидкости остается свободной, и по ней выполняются измерения. Уровень жидкости регистрируется датчиками ПЗС (прибор с зарядной связью). Для  упрощения конструкции автором предлагается радиальная гидродинамическая система. В этой системе одна измерительная головка соединяется шлангами с несколькими контролируемыми головками.

В Ереванском политехническом институте выпускается система гидродинамического нивелирования СГДН-10Д и ее модернизированный вариант СГДН-10ДМ.  Диапазон измеряемых превышений этими системами составляет  100 мм и 300 мм соответственно. Средняя квадратическая ошибка измерения превышения находится в диапазоне от 0,05 до 0,5 мм. В систему входят десять контролируемых сосудов, один измерительный сосуд и блок управления. Для подъема измерительного сосуда используется подъемное устройство с электродвигателем. Перемещения измерительного сосуда регистрируется кодирующим диском. При касании уровня жидкости электродом контролируемого сосуда вырабатывается сигнал остановки счета и происходит закрывание клапана измерительного сосуда.

Для сокращения длительности цикла измерений предлагается использовать двухступенчатый бак  или в работах  ввести поршневую систему в конструкцию поршневого бака.

Автоматизированный высокоточный гидростатический нивелир ASW101N

Данная измерительная система позволяет автоматически производить точные измерения, отслеживая процессы оседания и подъема оборудования, турбин, фундаментов и зданий в экстремальных условиях окружающей среды (высокие температуры, сильные вибрации и удары, мощные электромагнитные поля). Она используется в качестве стационарной системы с измерительными датчиками в количестве от 2 до30, с точностью отсчитывания до 0,01 мм.

Применение

Работа измерительных систем основана на идее стационарного гидростатического нивелира. Измерения позволяют контролировать вертикальные перемещения датчиков относительно горизонтальной опорной плоскости. Таким образом, становится возможным непрерывный автоматический мониторинг промышленных и исторических зданий, мостов, трибун, насосов и аналогичных объектов.

Автоматический высокоточный гидростатический нивелир ASW 101 N специально разработан для экстремальных условий окружающей среды. ASW 101 N гарантирует постоянное получение надежных результатов при автоматическом мониторинге вертикальных смещений объекта в самых экстремальных условиях окружающей среды. В частности, рефракция, турбулентность воздуха и разница температур не могут быть исключены при других геодезических методах. Гидростатический нивелир позволяет гарантировать непрерывную регистрацию деформаций измеряемых объектов.

Гидростатический нивелир должен быть установлен горизонтально. Контроль и графический анализ производятся при помощи персонального компьютера. Специальное программное обеспечение осуществляет коррекцию измеренных значений за температуру.

Области применения

Непрерывные измерения в автоматическом режиме для мониторинга процессов деформации зданий, дамб, мостов и фундаментов. Наблюдение и проверка процессов монтажа при строительстве, а также влияние выемки грунта под котлован рядом с существующими зданиями. Системы раннего выявления повреждений и наблюдение за устранением повреждений. Критические ситуации выявляются немедленно путем сравнения с предельными значениями. Определение деформаций под воздействием динамических нагрузок на промышленные объекты, например, на фундаменты турбин или на опоры валов турбин. Подтверждение повреждения шахт от воздействия перемещения горных пород

Преимущества