комплекс автоматизированный учебно-лабораторный для изучения процессов фильтрования с измерениями и обработкой результатов в программной среде lab view

Формула изобретения

Комплекс автоматизированный учебно-лабораторный для изучения процессов фильтрования с измерениями и обработкой результатов в программной среде Lab View, характеризующийся тем, что он включает в себя стол с горизонтальной и вертикальной установочными поверхностями и два независимых блока, первый из которых включает автономную систему подачи воды для проливки экспериментальных кювет, выполненных в виде прозрачных патрубков, и имеющих мерные шкалы, обеспечивающих визуальную фиксацию и демонстрацию уровня сжатия осадка, закрепленных на кронштейне, оборудованном датчиком массы, к которому подвешена мерная емкость, позволяющая определить расход протекающей жидкости путем взвешивания, механический манометр для измерения давления в системе и преобразователь давления, обеспечивающий регистрацию выходных данных на твердый носитель, при этом для обеспечения подачи жидкости по магистрали под горизонтальной установочной поверхностью стола размещен гидроаккумулятор, второй блок содержит автономную насосную станцию с водонапорной магистралью, начинающейся и заканчивающейся в питательном баке, в верхней части которого заглублен насос, обеспечивающий циркуляцию жидкости, на участке водонапорной магистрали последовательно расположены кран для подачи воды, емкость для приготовления жидкости с примесями, три последовательно соединенные фильтра различной проницаемости, обеспечивающие ступенчатое фильтрование жидкости за счет уменьшения размеров пор фильтрующего материала по ходу движения фильтрата, краны отбора жидкости, три механических манометра для визуального наблюдения за перепадами давления на фильтрах, кран слива, обеспечивающий подпор давления жидкости в магистрали, на вертикальной установочной поверхности стола размещена система управления и панель для снятия и обработки показаний в электронной вычислительной машине с используемой программной средой Lab View.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к специальному оборудованию, предназначенному для обучения студентов вузов и колледжей техническим дисциплинам, а более конкретно для демонстрационно-практического изучения процессов фильтрования (изучение сжимаемости осадка), приборов и единиц измерения давления, а также зависимости степени очистки воды от диаметра пор фильтрующих элементов и емкости фильтров.

Известен стенд СЛК-011 для реализации метода определения загрязнения как содержание нерастворимых веществ в средних дистиллятах, представляющий собой металлический "моноблок", на котором закреплена воронка для фильтрования со сменными мембранными фильтрами, емкость из нержавеющей стали, выполняющая функцию приемника отфильтрованной жидкости, работающая под вакуумом, индикатор вакуума и вакуумные коммуникации. Стенд может использоваться в высших технических учебных заведениях на кафедральном, факультетском, институтском уровне (Лабораторный стенд для фильтрования СЛК-011 [найдено 15.09.2008]. Найдено в Интернет: http://www.spezlk.ru).

Недостатком изобретения является то, что для оценки качества очистки жидкости предполагается разборка фильтра с последующим взвешиванием мембраны, а также отсутствие оценки степени загрязненности фильтрующего элемента.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении точности и качества обеспечения измерений всех необходимых параметров, полученных как с помощью измерительных датчиков, так и на виртуальном образе лабораторного стенда, а также в обеспечении автоматизации измерений всех необходимых параметров, получения необходимых расчетных заданных функциональных зависимостей и вывода на электронные и бумажные носители информации, используемые в виде отчета.

Это достигается тем, что комплекс автоматизированный учебно-лабораторный для изучения процессов фильтрования с измерениями и обработкой результатов в программной среде Lab View, характеризующийся тем, что он включает в себя стол с горизонтальной и вертикальной установочными поверхностями и два независимых блока, первый из которых включает автономную систему подачи воды для проливки экспериментальных кювет, выполненных в виде прозрачных патрубков и имеющих мерные шкалы, обеспечивающих визуальную фиксацию и демонстрацию уровня сжатия осадка, закрепленных на кронштейне, оборудованном датчиком массы, к которому подвешена мерная емкость, позволяющая определить расход протекающей жидкости путем взвешивания, механический манометр для измерения давления в системе и преобразователь давления, обеспечивающий регистрацию выходных данных на твердый носитель, при этом для обеспечения подачи жидкости по магистрали под горизонтальной установочной поверхностью стола размещен гидроаккумулятор, второй блок содержит автономную насосную станцию с водонапорной магистралью, начинающейся и заканчивающейся в питательном баке, в верхней части которого заглублен насос, обеспечивающий циркуляцию жидкости, на участке водонапорной магистрали последовательно расположены кран для подачи воды, емкость для приготовления жидкости с примесями, три последовательно соединенных фильтра различной проницаемости, обеспечивающие ступенчатое фильтрование жидкости за счет уменьшения размеров пор фильтрующего материала по ходу движения фильтрата, краны отбора жидкости, три механических манометра для визуального наблюдения за перепадами давления на фильтрах, кран слива, обеспечивающий подпор давления жидкости в магистрали, на вертикальной установочной поверхности стола размещена система управления и панель для снятия и обработки показаний в электронной вычислительной машине с используемой программной средой Lab View.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид комплекса и его вид сбоку. На фиг.2 изображено разветвление автономной системы подачи воды для изучения процесса сжимаемости осадка.

Комплекс автоматизированный учебно-лабораторный состоит из отдельных блоков, позволяющих изучать явления сжимаемости осадка и особенности конструирования закупорочного фильтра для фильтрования воды. Блоки установки действуют независимо друг от друга.

Блок изучения сжимаемости осадка включает автономную систему подачи воды, состоящую из гидроаккумулятора 4, расположенного под горизонтальной установочной поверхностью 2 стола 1. Ниппель 5 обеспечивает возможность зарядки гидроаккумулятора путем подсоединения пневматического насоса 6. Заправка аккумулятора давления жидкостью осуществляется по сливному трубопроводу 7 при помощи воронки 8, скрытно вмонтированной в вертикальную установочную поверхность 3 стола. В верхней части аккумулятора давления расположен патрубок, соединенный с системой кранов 9, 10, 11 посредством тройника 12. На горизонтальной установочной поверхности 2 стола 1 установлен кронштейн 13 с жестко закрепленной пластиной 14, оборудованный датчиком массы 15 и подвешенной на нем мерной емкостью 16. При этом для иллюстрации сжимаемости осадка используются экспериментальные кюветы 17 в виде прозрачных патрубков с возможностью поочередного подключения к системе питания посредством кранов 18, 19, механический манометр 20 и преобразователь давления 21. Корпус 22 обеспечивает надежное крепление кювет к пластине 14. Блок фильтров для очистки воды включает автономную насосную станцию 23, которая размещена под горизонтальной установочной поверхностью 2 стола 1 и установлена в верхней части питательного бака 24. Водонапорная магистраль 25, которая включает емкость для приготовления фильтрата 26 и три последовательно установленные фильтра различной проницаемости 27, 28, 29 соответственно размещена над горизонтальной поверхностью стола 1. Кран 30 обеспечивает подачу воды по магистрали. Емкость 26 и фильтры 27, 28, 29 закреплены болтами на индивидуальных кронштейнах 13. На входе и выходе перед фильтром последовательно установлены механические манометры 31 и краны отбора жидкости 32, предназначенные для определения характеристик фильтров по проницаемости. Кран слива 33 обеспечивает подпор давления жидкости в системе. На вертикальной установочной поверхности 3 стола 1 расположены: индикатор сети 34, переключатели 35 и панель 36 для снятия и обработки показаний в электронной вычислительной машине (на чертежах не обозначена).

Устройство работает следующим образом.

Изучение закономерностей фильтрационных течений с несжимаемым и сжимаемым осадком осуществляется по следующей методике:

1. Открываем кран 10 и осуществляем заправку гидроаккумулятора 4 жидкостью, предварительно обеспечив соединение с атмосферой полости гидроаккумулятора, находящейся под мембраной. Соединение полости гидроаккумулятора с атмосферой достигаем путем выкручивания ниппеля 5. Заправка аккумулятора осуществляется с использованием дозатора по сливному трубопроводу 7 при помощи воронки 8.

2. Открываем кран 11 и производим слив избыточной жидкости из трубопровода 7.

3. Вкручиваем ниппель 5 и осуществляем зарядку гидроаккумулятора 4 при помощи пневматического насоса 6. При этом система кранов 9, 10, 11 перекрыта.

4. Открываем кран 9, предназначенный для подачи жидкости на магистраль, и кран 18 для экспериментальной кюветы 17 со сжимаемым осадком. Наблюдаем за поведением сжимаемого осадка по высоте мерной шкалы в кювете.

5. Определяем весовым способом зависимость расхода жидкости от давления через кювету. Эксперимент проводим при различных величинах давления. Показания регистрируем по механическому манометру 20.

6. Одновременно проведению «ручного» эксперимента включаем ПК, выводим программу Lab View, создаем на мониторе при помощи клавиатуры виртуальный эскиз. Сигналы, идущие с измерительных приборов (датчик массы 15, преобразователь давления 21), через панель 36 обрабатываются в блоке и поступают в ПК. По окончании эксперимента по команде получаем графическую зависимость изменения расхода жидкости от давления.

7. Зависимость расхода жидкости от давления через кювету с несжимаемым осадком (песок) 17 проводим аналогично пунктам 4-6 при открытом кране 19.

Изучение принципов каскадного фильтрования осуществляется по следующей методике:

1. Готовим фильтрат (вода с различными механическими примесями) и загружаем его в емкость 26.

2. Открываем краны 30, 33. Остальные находятся в закрытом положении.

3. Включаем электродвигатель насосной станции 23, обеспечивающий циркуляцию воды по магистрали 25 в емкость 26 и далее на систему фильтрации, состоящую из трех фильтров различной проницаемости 27, 28, 29 соответственно.

4. Регулирование давления жидкости в системе обеспечиваем при помощи крана 33.

5. Снимаем показания манометров 31 и по величине перепада давления с использованием тарировочного графика определяем степень загрязненности фильтрующего элемента.

6. При необходимости производим отбор фильтрата после каждой ступени, для этого открываем соответствующие краны отбора 32 и определяем характеристики фильтров по проницаемости (задерживающую способность фильтров).

Данное изобретение позволяет повысить технический уровень передачи знаний студентам по дисциплинам, преподаваемым в вузе, за счет оснащения стенда современными измерительными системами, позволяющими получать высокую точность и качество обеспечения измерений всех необходимых параметров, и кроме того, позволяющих передавать полученную информацию на компьютер для последующей обработки данных и получения аналитических уравнений и графических зависимостей об исследуемом процессе.