Лекція 12. Автоматизація водорозподілу на відкритих зрошувальних системах. Методи керування водорозподілом. Вимірювання рівня води. Вимірювання витрати.

Рівняння /12.3/ показує, що рівень води у будь-якому створі довгого б’єфа змінюється за експонентним законом з запізненням. При цьому коефіцієнт підсилення, постійна часу та запізнення залежать від положення досліджуваного створу відносно нижньої перегороджуючої споруди і початкової швидкості руху води. Рівнянню /12.3/ відповідає передаточна функція інерційної ланки з запізненням.

У б'єфах невеликої довжини необхідно враховувати вплив відбитих хвиль на характер перехідного процесу. При врахуванні тільки першої відбитої хвилі рівняння   можна апроксимувати рівнянням другого порядку, якому відповідає передаточна функція коливальної ланки із запізненням.

Отже, ділянку каналу як об'єкт системи автоматичного регулювання в першому наближенні можна представити інерційною ланкою з запізненням або ланкою другого порядку з запізненням. Коефіцієнти підсилення, сталі часу і запізнення цих ланок залежать від початкових умов і віддалі досліджуваного створу від нижньої перегороджуючої споруди.

Автоматичне керування водорозподілом в автономних системах здійснюється, в основному, за рівнем. Керування за витратою застосовують більш рідко. Як вимірювальні пристрої в системах керування за рівнем використовують рівнеміри, а в системах керування за витратою – витратоміри.

 

У залежності від виду первинного вимірювального перетворювача прилади для вимірювання рівня поділяють на поплавкові, ємнісні, акустичні, пневматичні та електродні.

 

Це найбільше розповсюджені прилади для вимірювання рівня у відкритих каналах, басейнах і закритих резервуарах. Вимірювальним перетворювачем у них є поплавок, переміщення якого перетворюється у фізичну величину, зручну для спостереження, реєстрації і керування.

Для автоматичної реєстрації рівня води протягом доби в польових умовах застосовують самописний прилад «Валдай», кінематична схема якого наведена на рис. 12.2. Поплавок 1 і противага 2 підвішуються на одному з поплавкових коліс 3 або 4 з довжинами кіл відповідно 300 і 600 мм. Поплавкові колеса через шестерні 14 і 13 обертають барабан 12, на якому закріплений діаграмний папір. Перо 11 кріпиться на каретці 7, що ковзає по направляючим 9, паралельним осі барабана. Каретку переміщує тросик 8, на одному кінці якого знаходиться вантаж 10, а другий кінець намотаний на барабан 6, зв'язаний з годинниковим механізмом 5.

 

Рис. 12.2 Кінематична схема  самописного рівнеміра «Валдай».

Годинниковий механізм і вантаж забезпечують рівномірний рух каретки з пером, яке креслить на діаграмному папері графік зміни рівня води в часі. Використовуючи два поплавкові колеса і змінні шестерні 13, 14, можна записувати зміну рівня в масштабах 1:1, 1:2, 1:5 і 1:10. Час запису обмежений ходом каретки і за рахунок зміни діаметра барабана може дорівнювати 12 або 24 год. Похибка запису рівня при масштабі 1:1 складає ±3 мм. Зі збільшенням масштабу похибка зростає.

Для автоматичної реєстрації зміни рівня води протягом 38 діб застосовують самописний прилад ГР-38. Він відрізняється від приладу «Валдай» тим, що годинниковий механізм приводить у рух барабан з діаграмним папером, а каретка з пером переміщується під дією поплавка. Обидва прилади дозволяють реєструвати зміни рівня води в резервуарах і відкритих руслах у діапазоні 0...6 м.

Для безперервного дистанційного вимірювання рівня в діапазоні 0...20 м застосовують рівнемір, що складається з  сельсина-давача СД й сельсина-приймача СП, зв'язаних між собою лінією зв'язку (рис. 12.3).

В давачу поплавок 1 за допомогою троса зв'язаний з барабаном 2, один оберт якого відповідає зміні рівня на 0,5 м. Обертання барабана через вал 3 передається на ротор сельсина-давача 4 і на лічильник-покажчик місцевого відліку 6. Система зрівноважена противагою 7, яка зв'язана тросом з барабаном 5, закріпленим на валу 3.

 

Рис. 12.3. Кінематична й електрична схеми рівнеміра з дистанційною передачею показів.

Приймач складається із сельсина-приймача 8, ротор якого через кінематичну схему зв'язаний з лічильником-покажчиком рівня 10 і кулачками 9. Кулачки впливають на шляхові перемикачі, контакти яких використовують для сигналізації дискретних значень рівня.

Дистанційна передача переміщення поплавка здійснюється сельсинами, що працюють у режимі синхронного зв'язку. Сельсини являють собою індукційні електричні машини невеликої потужності з двома обмотками: однофазною обмоткою збудження, розташованою на статорі, і трифазною синхронізуючою обмоткою, розташованою на роторі. Обмотки збудження живляться напругою 110 В частотою 50 Гц від одного джерела. При однаковому положенні обмоток роторів обох сельсинів щодо обмоток збудження індуковані у них е.р.с. рівні за амплітудами й однакові за фазами. Тому що трифазні обмотки з'єднані зустрічно, то струм у їх колі не протікає.

При зміні рівня ротор сельсина-давача повертається, що призводить до зміни фази е.р.с. його обмотки. Внаслідок цього в трифазному колі виникає зрівняльний струм, магнітний потік якого, взаємодіючи з магнітним потоком обмотки збудження, створює обертаючий момент, який повертає ротор сельсина-приймача. Коли кут повороту ротора сельсина-приймача відповідатиме кутові повороту ротора сельсина-давача, фази е.р.с. роторних обмоток стають рівними, зрівняльного струму не буде і рух ротора сельсина-приймача припиниться. При безперервному обертанні сельсина-вага синхронно з ним обертатиметься сельсин-приймач.

Основна похибка дистанційного вимірювання рівня дорівнює 0,01 м. Віддаль між давачем і приймачем залежить від опору з’єднуючих проводів, що не повинен перевищувати 30 Ом. Для мідних проводів перетином 2,5 мм2 ця віддаль складає 6 км.

Як вимірювальні пристрої в системах автоматичного регулювання і дистанційного контролю застосовуються поплавкові давачі