Rich--house.ru

Строительный журнал Rich—house.ru
19 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Уровнеметрия. Классификация приборов для измерения уровня

Классификация уровнемеров.

По принципу действия приборы для измерения уровня классифицируются как:

· поплавковые;

· гидростатические.

Визуальные уровнемеры – стеклянная трубка со шкалой, закрепленная между двумя штуцерами, соединенными с резервуаром.

Поплавковые уровнемеры – чувствительным элементом является поплавок, плавающий на поверхности жидкости. С изменением уровня изменяется положение поплавка, которое передается механическим (УДУ – 10), электрическим (Сапфир – ДУ, ВК — 1200) или пневматическим (УБ –ПВ) путем на вторичный прибор.

Гидростатические уровнемеры – принцип действия основан на измерении давления внутри жидкости, определяемого массой столба жидкости, расположенного между точкой измерения и поверхностью жидкости в емкости.

Для агрессивных жидкостей чувствительный элемент прибора отделяют потоком сжатого воздуха, который подают в соединительную линию (пьезометрические трубки). Измерительным прибором могут быть как манометры, так и уровнемеры (минусовая камера соединяется с атмосферой).

В емкости под давлением уровень измеряют уровнемерами. Отборы устанавливают вверху и внизу емкости. Современным представителем этой группы являются преобразователи уровня Сапфир 22 – ДГ.

Для измерения уровня жидкости с переменой плотностью и уровня сыпучих материалов применяют емкостные уровнемеры, действие которых основано на изменении емкости электродной системы при изменении уровня. Пример таких уровнемеров являются уровнемеры ДУЕ и сигнализаторы уровня РОС – 101.

Прочие уровнемеры радиоактивные, ультразвуковые – уровень вычисляется по измеряемому времени распространения ультразвуковой волны от излучателя до подвижного приемника колебаний (положением которого определяется уровнем) и времени распространения УЗВ от излучателя до опорного приемника колебаний.

Средства измерения уровня

Классификация уровнемеров

Уровнем называют высоту заполнения технологического аппарата рабочей средой — жидкостью или сыпучим телом. Уровень рабочей среды является технологическим параметром, информация о котором необходима для контроля режима работы технологического аппарата, а в ряде случаев для управления производственным процессом.

Путем измерения уровня можно получать информацию о массе жидкости в резервуарах. Подобная информация широко используется для проведения товароучетных операций и для управления производственным процессом. Уровень измеряют в единицах длины. Средства измерений уровня называют уровнемерами.

Различают уровнемеры, предназначенные для измерения уровня рабочей среды; измерений массы жидкости в технологическом аппарате; сигнализации предельных значений уровня рабочей среды — сигнализаторы уровня.

По диапазону измерения различают уровнемеры широкого и узкого диапазонов. Уровнемеры широкого диапазона (с пределами измерений 0,5-20 м) предназначены для проведения товароучетных операций, а уровнемеры узкого диапазона (пределы измерений (0±100) мм или (0±450) мм) обычно используются в системах автоматического регулирования [1].

В настоящее время операция измерения уровня является ключевой для организации контроля и управления технологическими процессами во многих отраслях промышленности. К приборам для измерения уровня заполнения ёмкостей и сосудов, или уровнемерам, предъявляются различные требования: в одних случаях требуется только сигнализировать о достижении определённого предельного значения, в других необходимо проводить непрерывное измерение уровня заполнения.

Современные системы автоматизации производства требуют статистических и информационных данных, позволяющих оценить затраты, предотвратить убытки, оптимизировать управление производственным процессом, повысить эффективность использования сырья. Этот постоянно возрастающий спрос на информацию приводит к необходимости применения в системах контроля не простых сигнализаторов, а средств, обеспечивающих непрерывное измерение [2].

В настоящее время измерение уровня во многих отраслях промышленности осуществляют различными по принципу действия уровнемерами, из которых распространение получили поплавковые, буйковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые и радиоизотопные. Применяются и визуальные средства измерений [1].

По взаимодействию с измеряемой средой уровнемеры делятся на контактные и бесконтактные (рисунок 3.1). Контактные в свою очередь разделяются на уровнемеры с подвижным чувствительным элементом и уровнемеры с неподвижным чувствительным элементом.

Рисунок 3.1 — Классификация уровнемеров

К уровнемерам с подвижным чувствительным элементом относятся поплавковые, буйковые и магнитострикционные (ультразвуковые) уровнемеры. К уровнемерам с неподвижным чувствительным элементом — емкостные, радиоволновые (микроволновые) и гидростатические.

Приборы для измерения уровня

Для измерения уровня жидкостей применяются специальные средства измерений – уровнемеры. Многообразие типов уровнемеров, принцип действия которых основан на различных физических методах, объясняется разнообразием свойств измеряемых жидкостей.

Наибольшее распространение получили следующие виды уровнемеров:

1. Уровнемеры с визуальным отсчетом;

2. Буйковые и поплавковые уровнемеры;

3. Гидростанические уровнемеры;

4. Пьезометрические уровнемеры;

5. Дифманометрические уровнемеры;

6. Радиоактивные уровнемеры;

7. Акустические и ультразвуковые уровнемеры;

8. Емкостные уровнемеры.

Уровнемер с визуальным отсчетом — уровнемер, основанный на визуальном измерении высоты уровня жидкости. Уровень жидкости измеряют в стеклянной трубке, сообщающейся с контролируемым сосудом в нижней, а иногда и в верхней части, или же при помощи прозрачной вставки, помещенной в стенке контролируемого сосуда, например, барабанно-парового котла

Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении перемещения буйка или силы гидростатического давления, действующей на буек (силы Архимеда).

Буек в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружен в жидкость и перемещается в зависимости от ее уровня.

Буйковые уровнемеры наиболее часто применяются для измерения уровня однородных, в том числе агрессивных, жидкостей, находящихся при высоких рабочих давлениях (до 32 МПа), широком диапазоне температур (от –200 до +600 °С) и не обладающих свойствами адгезии (прилипания) к буйкам.

Главной особенностью буйковых уровнемеров является возможность измерения уровня границы раздела двух жидкостей.

Недостатком буйковых уровнемеров являются зависимость их точности от плотности и температуры измеряемой среды, ограниченность использования для больших (свыше 16 м) диапазонов измерения уровней жидкостей и жидкостей, обладающих адгезией к буйку.

Пьезометрический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на преобразовании гидростатического давления жидкости в давление воздуха, подаваемого от постороннего источника и барботирующего через слой жидкости.

У этого уровнемера чувствительный элемент не находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, а воспринимает гидростатическое давление через воздух, что является его достоинством.

Для пьезометрических уровнемеров также характерна погрешность измерения из-за изменения плотности измеряемой среды.

Гидростатический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении манометром или напоромером гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты ее уровня.

Уровнемеры этого вида обычно используют для измерения неагрессивных, незагрязненных жидкостей, находящихся под атмосферным давлением.

Для измерения уровней агрессивных сред используют специальные разделительные устройства.

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

Поплавковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении перемещения поплавка, плавающего на поверхности жидкости (поплавок как бы отслеживает уровень жидкости).

Поплавковые уровнемеры не пригодны для вязких жидкостей (дизельного топлива, мазута, смол) из-за залипания поплавка, обволакивания его вязкой средой.

При измерении уровня криогенных жидкостей из-за кипения верхнего слоя возникает вибрация поплавка, что приводит к искажениям результатов измерения.

Наиболее часто поплавковые уровнемеры используют для измерения уровней в больших открытых резервуарах, а также в закрытых резервуарах с низким давлением.

Применение магнитной связи для передачи перемещения поплавка позволяет герметизировать вывод передачи в измерительный блок, упростить конструкцию, повысить надежность, измерять уровень в резервуарах под давлением.

Дифманометрический уровнемер — гидростатический уровнемер, в котором гидростатическое давление измеряют при помощи дифференциального манометра. Часто используется для измерения уровня в емкостях под избыточным давлением.

Акустический уровнемер — уровнемер, основанный на зависимости интенсивности поглощения или времени распространения акустических колебаний от высоты уровня жидкости или сыпучего вещества

Ультразвуковой уровнемер — акустический уровнемер, работающий на звуковых колебаниях высокой частоты

Емкостной уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на различии диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха.

В связи с этим по мере погружения электродов датчика уровнемера в жидкость изменяется емкость между ними пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Остановимся на некоторых типах уровнемеров подробней.
Уровнемеры буйковые

Настройка уровнемеров на заданные пределы измерения проводится с помощью грузов путем имитации гидростатической выталкивающей силы, соответствующей верхнему пределу измерений.

Расчетное значение давления, соответствующее верхнему пределу измерений,

Расчет массы грузов для буйковых уровнемеров:

для раздела фаз

где d – диаметр буйка испытываемого уровнемера, см; Hmax – верхний предел измерения уровня жидкости, см; ρж – плотность измеряемой жидкости, г/см3; ρ н.ж, ρ в.ж — плотности соответственно нижней и верхней измеряемой жидкости в случае измерения уровня раздела фаз, г/см3.

Пьезометрические уровнемеры.

В пьезометрических системах измерения уровня для продувания через трубку помещенную в жидкость, дозированного расхода воздуха. Принцип действия этого регулятора основан на автоматическом поддержании постоянного перепада давления на дросселе, в результате чего обеспечивается постоянный расход воздуха через этот дроссель.

Принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня в открытом резервуаре представлена на рисунке 2, а, б, в, г.

На рисунке 2, д показана принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня жидкости в резервуаре, находящемся под давлением. Для исключения влияния давления в резервуаре на показания прибора, измеряющего уровень жидкости, применяется дифференциальный метод измерения с двумя регуляторами расхода. От одного регулятора расхода воздух подается в пьезометрическую трубку, от другого в верхнюю часть резервуара над жидкостью. Разность давлений в трубках, пропорциональная уровню жидкости, измеряется дифманометром.

В системах измерения нижний конец пьезотрубки должен находится на нижнем контролируемом уровне жидкости, но не ниже 80 мм от дна резервуара.

Читать еще:  Отделка бани евро вагонкой своими руками

Расход воздуха устанавливается минимальным, чтобы перепад давления на пьезотрубке был возможно меньшим, так как это определяет погрешность измерения пьезометрическим методом.

Минимальный расход воздуха обеспечивается постоянным, без запаздывания, выходом воздуха из пьезометрической трубки при изменениях уровня. Обычно расход воздуха принимается равным 0,1 – 0,2 м3/ч.

Если пренебречь перепадом давления на пьезометрической трубке, то уровень в резервуаре

где Р – давление на манометре М или перепад давления на дифманометре; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

В случае, когда измеряется уровень в резервуаре, находящемся под избыточным давлением, давление питания регулятора расхода воздуха, подающего воздух в пьезотрубку, должно быть:

где Ризб – избыточное давление, кПа; Нмаксρg – максимальное гидростатическое давление столба жидкости, кПа.

Рисунок 2. Обвязка пьезометрических уровнемеров.

На рисунке 2, е показан пример обвязки и монтажа пьезометрического уровнемера с подачей промывочной воды в защитную трубу. В этом случае защищается от «обрастания» нижний конец пьезотрубки, который оказывается в зоне промывочной воды и не контактирует с измеряемой жидкостью.

Гидростатические датчики уровня.

Схемы обвязки и работы гидростатических датчиков уровня представлены на рисунке 3, причем правая обвязка применяется при измерении уровня жидкости в емкости, находящейся под избыточным давлением.

Рисунок 3. Обвязка гидростатических уровнемеров.

В этом случае импульсная трубка, идущая к минусовой полости чувствительного элемента, прокладывается от места отбора давления с уклоном в верх, а в нижней части устанавливаются отстойный сосуд и разделитель мембранный РМ.

Рисунок 4. Измерение уровня в котле (100% — 4 мА/0,2 кгс/см2, 0% — 20 мА/1 кгс/см2)

Очень хорошо себя показал данный принцип измерения уровня на очень сложной позиции при измерении уровня воды в котле (рисунок 4). Обвязка при этом не классическая, а на оборот т.е. на плюсовой отбор подается отбор с верней точки котла (импульсная трубка при этом должна быть заполнена водой), на минус с нижней, и задается обратная шкала прибора (на самом приборе или вторичном оборудовании).

Ekz / Подг к экзаменам / Уровень +Омюв

Вопрос 30. Классификация приборов измерения уровня. Устройство и настройка поплавко­вого выключателя уровня типа Омюв

Классификация приборов измерения уровня

Широкий круг задач, связанных с измерением и регулированием уровня, обусловил появление большого числа различных приборов и устройств, основанных на разных принципах действия с различной степенью сложности в изготовлении и наладке таких устройств и приборов. В соответствии с этим приборы для измерения и регулирования уровня разделяются.

Поплавковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на следящем действии поплавка, плавающего на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с её уровнем.

Поплавковые уровнемеры непригодны для вязких жидкостей (дизельного топлива, мазута, смол) из-за залипания поплавка, обволакивания его вязкой средой.

Наиболее часто поплавковые уровнемеры используют для измерения уровней в больших открытых резервуарах, а также в закрытых резервуарах с низким давлением.

Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении перемещения буйка. Буёк в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружен в жидкость и перемещается в зависимости от её уровня. Измерительным параметром является выталкивающая сила тонущего буйка, величина которой пропорциональна глубине его погружения в жидкость, при этом жидкость может находиться под атмосферным, избыточным или вакуумметрическим давлением.

Буйковые уровнемеры наиболее часто применяются для измерения уровня однородных, в том числе агрессивных жидкостей, находящихся при высоких рабочих давлениях (до 32 МПа), широком диапазоне температур (от –200 до +600°С) и не обладающих свойствами адгезии (прилипания) к буйкам. Главной особенностью буйковых уровнемеров является возможность измерения уровня границы раздела двух жидкостей.

Недостатком буйковых уровнемеров являются зависимость их точности от плотности и температуры измеряемой среды, ограниченность использования для больших (свыше 16 м) диапазонов измерения уровней жидкостей и жидкостей, обладающих адгезией к буйку.

Пьезометрический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на преобразовании гидростатического давления жидкости в давление воздуха, подаваемого от постороннего источника и барботирующего через слой жидкости.

У этого уровнемера чувствительный элемент не находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, а воспринимает гидростатическое давление через воздух, что является его достоинством.

Для пьезометрических уровнемеров также характерна погрешность измерения из-за плотности измеряемой среды.

Гидростатический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении манометром или напорометром гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты её уровня.

Уровнемеры этого вида обычно используют для измерения неагрессивных незагрязнённых жидкостей, находящихся под атмосферным давлением.

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

Электронные приборы измерения уровня – приборы, в основу измерения которых положен принцип изменения ёмкости, индуктивности или сопротивления от уровня жидкости.

Емкостной уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на различии диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха.

В связи с этим по мере погружения электродов датчика уровнемера в жидкость изменяется ёмкость между ними пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Индуктивный уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на том, что при перемещении поплавка, обусловленное изменением уровня жидкости. Передаётся на индуктивный датчик.

Благодаря отсутствию сальника и связанного с ним трения достигается более точная индикация уровня, чем это имеет место при других электромеханических методах. Для точных измерений необходима установка механических направляющих движений поплавка и ферромагнитного сердечника индуктивного датчика.

Уровнемер давления – уровнемер, использующий силу давления столба жидкости, которая зависит от уровня жидкости в ёмкости.

Радиоизотопный прибор использует изменение интенсивности потока g–излучения при прохождении его через измеряемую жидкость. Радиоизотопный источник, например, кобальтовый, помещается в верхней части резервуара, а детектор, состоящий из нескольких сцинтилляторов, светоколлекторов и общего фокусирующего устройства – в нижней части резервуара. Сигналы с детектора поступают на усилитель и отсчетное устройство. С изменением уровня жидкости изменяется число импульсов в секунду, воспринимаемых детектором.

Уровнемеры, работающие по этому методу, имеют незначительные погрешности (не более 2-3%), однако требуют защиты от излучения. Они предназначаются для непрерывного бесконтактного дистанционного измерения уровней различных жидкостей, в том числе расплавленных металлов и пластмасс.

Ультразвуковой уровнемер – прибор, в котором для измерения используется ультразвук. В него входят излучатель и приёмник. Излучатель посылает ультразвуковые импульсы, представляющие собой механические колебания в диапазоне частот от 20кГц до нескольких мегагерц. Метод основан на измерении времени прохождения сигнала, использующий принцип эхолота. Излученный сигнал отражается пограничным слоем жидкость-воздух.

Преимущество метода – удобство измерения уровня заполнения даже в труднодоступных резервуарах. Недостатком являются — большие расходы на пьезоэлектрические вибраторы и частотные генераторы, входящие в его состав.

Радиочастотный уровнемер – прибор, построенный по принципу радара, т.е. используется отражение электромагнитной волны от поверхности жидкости или раздела двух сред (с разной диэлектрической проницаемости).

Устройство и настройка поплавко­вого выключателя уровня типа Омюв

Примеры уровнемеров “Омюв” (слева — направо: Омюв 05; Омюв 09Li; Омюв 22; Омюв 08; Омюв 24;).

Измерение уровня и применяемые для этого приборы

Классификация уровнемеров

По принципу действия приборы для измерения уровня классифицируются как:

· поплавковые;

· гидростатические.

Визуальные уровнемеры – стеклянная трубка со шкалой, закрепленная между двумя штуцерами, соединенными с резервуаром.

Поплавковые уровнемеры – чувствительным элементом является поплавок, плавающий на поверхности жидкости. С изменением уровня изменяется положение поплавка, которое передается механическим (УДУ – 10), электрическим (Сапфир – ДУ, ВК — 1200) или пневматическим (УБ –ПВ) путем на вторичный прибор.

Гидростатические уровнемеры – принцип действия основан на измерении давления внутри жидкости, определяемого массой столба жидкости, расположенного между точкой измерения и поверхностью жидкости в емкости.

Для агрессивных жидкостей чувствительный элемент прибора отделяют потоком сжатого воздуха, который подают в соединительную линию (пьезометрические трубки). Измерительным прибором могут быть как манометры, так и уровнемеры (минусовая камера соединяется с атмосферой).

В емкости под давлением уровень измеряют уровнемерами. Отборы устанавливают вверху и внизу емкости. Современным представителем этой группы являются преобразователи уровня Сапфир 22 – ДГ.

Для измерения уровня жидкости с переменой плотностью и уровня сыпучих материалов применяют емкостные уровнемеры, действие которых основано на изменении емкости электродной системы при изменении уровня. В сосуд, в котором измеряют уровень, погружают изолированный электрод. Измерительный прибор измеряет емкость конденсатора, обкладками которого являются изолированный электрод и корпус сосуда (земля). При изменении уровня изменяется емкость конденсатора, т.к. изменяется диэлектрическая проницаемость среды между обкладками. Если электрод расположить горизонтально, то измерение будет происходить резко (скачком), т.к. жидкость достигает электрода одновременно по всей поверхности. Пример таких уровнемеров являются уровнемеры ДУЕ и сигнализаторы уровня РОС – 101.

Прочие уровнемеры радиоактивные, ультразвуковые – уровень вычисляется по измеряемому времени распространения ультразвуковой волны от излучателя до подвижного приемника колебаний (положением которого определяется уровнем) и времени распространения УЗВ от излучателя до опорного приемника колебаний.

ГЛАВА 2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной плоскости, принятой за начало отсчета.

Уровень измеряют в единицах длины(м, см и др.).Средства измерений уровня называют уровнемерами. К приборам для измерения уровня заполнения емкостей и сосудов предъявляются различные требования: в одних случаях требуется только сигнализировать о достижении определенного предельного значения, в других необходимо проводить непрерывное измерение уровня заполнения.

Читать еще:  Теплица из полипропиленовых труб своими руками

Как и все средства измерений, уровнемеры состоят из совокупности измерительных преобразователей и вспомогательных устройств, необходимых для осуществления процесса измерений. Первичный преобразователь (датчик) воспринимает измеряемую величину (уровень) и преобразует ее в выходной сигнал (электрический, пневматический, частотный), поступающий на последующие преобразователи, или в показания, отсчитываемые по шкале уровнемера.

В зависимости от того, различие каких физических свойств веществ воспринимает первичный преобразователь, уровнемеры подразделяют на механические, акустические, электрические, оптические, тепловые, радиоизотопные.

Уровнемеры делятся на приборы:

· для непрерывного слежения за уровнем;

· для сигнализации о предельных значениях уровня (сигнализаторы уровня).

К механическим уровнемерам относятся поплавковые, буйковые и гидростатические уровнемеры. Все они реализуют абсолютный метод измерения уровня, основанный на использовании различия плотностей веществ, образующих границу раздела.

В качестве первичного преобразователя поплавковыхуровнемеров используется тело (поплавок) шарообразной или цилиндрической формы, плавающее в жидкости на определенном уровне. Поплавок под действием выталкивающей (архимедовой) силы перемещается вместе с уровнем жидкости. Положение поплавка, являющееся мерой текущего значения уровня жидкости, фиксируется вторичным преобразователем и преобразуется в электрический, пневматический, частотный сигнал и (или) отсчитывается по шкале показывающего прибора.

Принципиальная схема буйкового уровнемера приведена на рисунке 2.1. Чувствительный элемент уровнемера — буй представляет собой массивное тело, подвешенное вертикально внутри сосуда, в котором измеряется уровень жидкости. При изменении уровня жидкости меняется степень погружения буя (∆h), а, следовательно, и действующая на него выталкивающая сила. Изменение выталкивающей силы компенсируется деформацией (∆x) упругого элемента (пружины, мембраны, торсионной трубки), которая и является мерой изменения уровня жидкости в сосуде.

Принцип действия гидростатических уровнемеров основан на измерении давления столба жидкости, высота которого равна высоте уровня жидкости в сосуде.

Измерение гидростатического давления может осуществляться:

· датчиком избыточного давления (манометром), подключаемым на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня;

· дифференциальным манометром, подключаемым к резервуару на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня, и к газовому пространству над жидкостью;

· измерением давления газа (воздуха), прокачиваемого по трубке, опущенной в заполняющую резервуар жидкость, на фиксированное расстояние (пьезометрический метод).

Вибрационные уровнемеры — это лучшее решение для липких сред.

В ротационных уровнемерах лопасть, установленная на оси, вставленной в бункер, приводится в движение электромотором, размещенным в корпусе прибора. При наполнении емкости вращающаяся лопасть сталкивается с продуктом и останавливается, а мотор, закрепленный на поворотной опоре, приводит ее в движение. Микропереключатели, отслеживающие это движение, срабатывают, останавливают мотор и переключают релейный выход.

Ряд поплавковых уровнемеров используют магнитострикционный эффект, при котором стержень, направляющий поплавок, содержит волновод, заключенный в катушку, по которой подаются импульсы тока. Под действием магнитных полей тока и двигающегося магнита в волноводе возникают импульсы продольной деформации, распространяющиеся по волноводу, которые воспринимаются пьезоэлементом вверху стержня. Прибор анализирует время распространения импульсов и преобразует его в выходные сигналы.

В промышленности находят применение акустические уровнемеры трехосновных типов — локационные, резонансные и уровнемеры поглощения. Все они реализуют различные физические явления, связанные с распространением звука в упругой (жидкостной или газовой) среде.

Локационные уровнемеры (рисунок 2.2.) реализуют эффект отражения звуковой волны от поверхности раздела сред. Генератор излучает в жидкость поток импульсов высокой (ультразвуковой) частоты.

Отраженный от границы раздела жидкость—газ сигнал улавливается приемником ультразвуковых колебаний. Время между моментом излучения зондирующего импульса и моментом регистрации отраженного импульса от уровня жидкости фиксируется соответствующей измерительной системой и преобразуется в выходной сигнал уровнемера, пропорциональный текущему значению уровня.

Принцип действия диссипативных ультразвуковых уровнемеров основан на явлении рассеивания (поглощения) звуковой энергии в веществе. В простейшем случае диссипативный уровнемер (рисунок 2.3.) состоит из излучателя И и приемника П, установленных на дне и крышке сосуда.

Принцип действия резонансных уровнемеров заключается в возбуждении колебаний столба газа над уровнем жидкости и в фиксации резонансной частоты, при которой наблюдается возникновение стоячей волны.

Принцип действия электрических уровнемеров основан на различии электрических свойств жидкостей и газов. При этом жидкости, уровень которых измеряется, могут быть как проводниками, так и диэлектриками; газы же, находящиеся в наджидкостном пространстве, всегда диэлектрики.

В зависимости от того, какой выходной параметр «реагирует» на изменение уровня, электрические уровнемеры подразделяются на кондуктометрические, емкостные и индуктивные.

Работа емкостных уровнемеров основана на том, что диэлектриче-ская проницаемость водных растворов солей, кислот и щелочей отличается от диэлектрической проницаемости воздуха либо водных паров.

Омические (кондуктометрические) уровнемерыиспользуют главным образом для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня электропроводящих жидкостей. Принцип их действия основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представляющую собой участок электрической цепи с определенным омическим сопротивлением.

Первичный преобразователь индуктивных уровнемеров представляет собой катушку индуктивности. Проводящая жидкость при этом играет либо роль шунта, изменяющего число витков катушки, либо роль экрана, влияющего на коэффициент самоиндукции катушки.

Основной недостаток всех электродных приборов — невозможность их применения в средах вязких, кристаллизующихся, образующих твердые осадки и налипающих на электроды преобразователей.

Радиационные уровнемеры применяют для сложных условий эксплуатации: ядовитые, токсичные, радиоактивные, сильно корродирующие жидкости, при высокой температуре и давлениях. Использование приборов с радиоизотопными излучателями целесообразно там, где другие методы измерения применить нельзя. Радиационными уровнемерами просвечивают объект измерения гамма-лучами радиоактивных элементов, интенсивность которых зависит от объёма измеряемого вещества.

Степень распространения методов контроля уровня оценивается в процентном отношении следующими показателями: поплавковый — 24 %, вибрационный — 21 %, гидростатический — 20 %, кондуктометрический — 5 %, емкостный— 15 %, на основе измерения времени прохождения сигнала— 15 %.

В таблице 2.1.представлены основные методы определения уровня, а на схеме 2.1. показана классификация приборов для измерения уровня.

Таблица 2.1. Методы измерения уровня

ПринципСистемаХарактеристики
ВизуальныйУказатель уровняПростой, дешевый, непрерывный метод фиксации для жидкостей
Крючкообразный индикаторПростой, дешевый метод для небольших изменений уровня жидкости
Смотровое стеклоДешевый, может использоваться для открытых сосудов и емкостей под давлением до 70 МПа и температуре до 300°С
Поплав-ковыйПоплавок на тросикеДешевый, может применяться с агрессивными жидкостями в широком температурном диапазоне
Потенциометрический поплавковый датчикВыход по напряжению, дешевый, может применяться с агрессивными жидкостями в широком температурном диапазоне
Магнитный поплавковый датчикМожет использоваться с агрессивными жидкостями и в более широком диапазоне температур
По перемеще-ниюДатчик с пружинными весамиМожет применяться для определения границ раздела жидкостей; точный, но имеет ограниченный диапазон измерения
Торсионный трубчатый датчикМожет использоваться для определения границ раздела жидкостей, точный, дает электрический и пневматический выходной сигнал, но имеет ограниченный диапазон измерения
По давлениюДатчик давленияМожет использоваться для открытых сосудов и емкостей под давлением. Вид выходного сигнала зависит от типа применяемого датчика давления
Пузырьковый методМожет применяться с агрессивными жидкостями и суспензиями. Вид выходного сигнала зависит от типа используемого датчика давления
ВесовойДинамометрические элементыМожет использоваться для жидкостей, суспензий, твердых тел и агрессивных жидкостей. Электрический выходной сигнал от датчиков деформации
Электричес-кийИндикатор уровня по проводимостиУказывает только момент достижения критического уровня. Применим для жидкостей с высокой электрической проводимостью
Датчик сопротивленияМожет использоваться для твердых теп и жидкостей
Емкостный датчикМожет использования при работе с агрессивными жидкостями, при высоких температурах и давлениях, компактный, точный
Ультра-звуковойЭхолокационнаяМожет использоваться для твердых тел и жидкостей частности, для агрессивных жидкостей, для определения границ раздела, относительно дорогой
Радиацион­ныйПоглощение излученияМожет использоваться для твердых тел и жидкостей, в частности, для агрессивных, и при высокой температуре
ТепловойТермисторОпределяет достижение критического уровня

Схема 2.1. Классификация средств измерения уровня

Виды уровнемеров

Датчики уровня используются как контроллеры наполнения емкостей, резервуаров, баков, траншей, трубопроводов с жидкостями или сыпучими материалами. Используются не только для замеров уровня, но и в качестве концевых выключателей (предупреждают переполнение или работу в «сухом режиме»). В зависимости от типа контролируемого технологического процесса можно использовать традиционные уровнемеры, измеряющие количество вещества в емкости по всей площади, или узкопредельные, срабатывающие с большей точностью только на определенном участке.

Особенности уровнемеров

По функциональности устройства делятся на два типа: сигнализаторы, позволяющие отслеживать определенную точку заполнения (макс. или мин.) и уровнемеры, предназначенные для беспрерывного мониторинга. Сфера применения приборов определяется принципом их действия (в основе может быть акустика, оптика, гидростатика, электропроводность). Также они бывают контактные или бесконтактные.

Выбирая современные уровнемеры, учитывают цели, для которых будут проводиться измерения. Также принимают во внимание вид измеряемой жидкости – ее плотность, категорию опасности и прочие характеристики. Принцип действия уровнемера подбирается с учетом материала емкости. Приборы могут работать с аналоговым сигналом, в качестве реле или как радар.

При подборе обязательно учитывают санитарные нормы, устойчивость к механическим воздействиям, вибрациям, химикатам, возможность эксплуатации во взрывоопасной среде (в зависимости от особенностей проходящих техпроцессов).

Читать еще:  Лестница гусиный шаг на второй этаж своими руками. + фото

Область использования уровнемеров

Контроль уровня жидкости или сухого вещества в резервуаре, емкости – необходимость для многих автоматизированных технологических процессов, а также в системе водопроводов, подачи жидкостей и так далее.

Это оборудование предназначено для измерений уровней твердых, жидких, сыпучих веществ, находящихся в открытых и закрытых резервуарах под давлением или без. Оно обеспечивает точность измерений вне зависимости от уровня загрязнения и состава среды.

Основные виды уровнемеров

Уровнемеры классифицируются по режимам деятельности на устройства для непрерывного измерения или для дискретного контроля. Также они разделяются по типу измеряемого продукта на оборудование, предназначенное для жидкостей (нефтепродуктов, воды, растворов, суспензий) и для сухих сыпучих элементов (гранул, порошков).

Приборы, предназначенные для контроля за уровнем жидкости, также классифицируются по принципу действия:

  • Электродные: проводится дискретный контроль рабочей среды с использованием ее электропроводности. Рабочая среда (электрический проводник) доходит до электрода, в результате чего электрическая цепь замыкается и возникает сигнал. При уменьшении количества рабочей среды цепь размыкается. В комплект может входить несколько электродов, и можно настраивать их разную длину. Это устройства простой конструкции, но они могут срабатывать только в электропроводных средах (например, в воде);
  • Емкостные. В основе – принцип определения емкости конденсатора, а в качестве конденсатора – изолированный электрод и стенки того резервуара, в котором он находится. При изменении уровня жидкости изменяется площадь (а значит, и емкость) такого конденсатора. С помощью таких уровнемеров можно проводить постоянный контроль рабочей среды на глубине до 50 м и при температуре до +250°С. Отличаются высокой чувствительностью;
  • Поплавковые. Уровень жидкости определяется путем механического перемещения герметичного полого поплавка на поверхности. При изменении высоты уровня срабатывает микровыключатель, и тем самым устройство сигнализирует об изменении высоты уровня. Эти устройства могут использоваться в баках с топливом и в цистернах с водой – иными словами, в емкостях с разными типами сред, вне зависимости от их температуры и плотности;
  • Магнитные. Представляют собой мерную трубку с поплавком и встроенным магнитом. Создается одинаковый уровень жидкости в резервуаре и трубке, а магнит в устройстве действует на магнитный указатель, установленный снаружи. Эти приборы могут применяться для разных типов жидкостей, за исключением нефтепродуктов;
  • Визуальные оснащены смотровым стеклом и часто применяются в паровых котельных или на химическом производстве;
  • Гидростатические могут быть врезными и погружными, позволяют измерять уровень даже при высоком давлении рабочей среды вне зависимости от типа жидкости. Подходят для однородных сред в водоемах, хранилищах, скважинах, промышленных резервуарах.

Преимущества гидростатических уровнемеров

Принцип действия гидростатического уровнемера основан на преобразовании значений давления столба жидкости в высоту этого столба по известной плотности среды. Для измерения гидростатического давления может использоваться манометр (датчик избыточного давления, подключенный на нижнем предельном уровне). Чаще всего применяются дифференциальные датчики давления, с помощью которых можно измерять уровень жидкости в агрегатах, работающих под давлением.

Эти модели могут использоваться для жидкостей с разным уровнем текучести, в том числе вязких, а также для паст. Также они подходят для контроля уровня в открытых резервуарах и для определения уровня раздела жидкости.

Ключевыми преимуществами таких устройств считаются:

  • Высокая точность;
  • Возможность непрерывного измерения;
  • Простая компактная конструкция;
  • Возможность использования для вязких и пенистых сред;
  • Высокая устойчивость к помехам;
  • Возможность встраивания в автономную систему благодаря низкому энергопотреблению;
  • Не требуют сложного технического обслуживания.

Эти устройства относятся к контактным, то есть они не зависимы от состояния поверхности жидкости в емкости.

Компания «Измеркон» предлагает гидростатические и емкостные уровнемеры (в том числе автономного типа) для разных типов емкостей, используемых на промышленных предприятиях общего или специального назначения. Предлагаем датчики малых габаритов для контроля стандартных, вязких или агрессивных жидкостей, в обычном, химостойком или взрывозащищенном исполнении.

Классификация приборов измерения уровня

Для измерения уровня жидкостей применяются специальные средства измерений – уровнемеры.

Многообразие типов уровнемеров, принцип действия которых основан на различных физических методах, объясняется разнообразием свойств измеряемых жидкостей. Наибольшее распространение в промышленном использовании получили следующие виды уровнемеров: буйковые, пьезометрические, гидростатические, поплавковые, и ёмкостные.

Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на изме-рении перемещения буйка или силы гидростатического давления, действующей на буёк.

Буёк в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружён в жидкость и перемещается в зависимости от её уровня. Буйковые уровнемеры наиболее часто применяются для измерения уровня однородных, в том числе агрессивных, жидкостей, находящихся при высоких рабочих давле-ниях (до 32 МПа), широком диапазоне температур (от –200 до +600С) и не обладающих свойствами адгезии (прилипания) к буйкам.

Главной особенностью буйковых уровнемеров является возможность измерения уровня границы раздела двух жидкостей.

Недостатком буйковых уровнемеров являются зависимость их точности от плотности и температуры измеряемой среды, ограниченность использования для больших (свыше 16 м) диапазонов измерения уровней жидкостей и жидкостей обладающих адгезией к буйку.

Пьезометрический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на преобразовании гидростатического давления жидкости в давление воздуха, подаваемого от постороннего источника и барботирующего через слой жидкости.

У этого уровнемера чувствительный элемент не находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, а воспринимает гидростатическое давление через воздух, что является его достоинством. Для пьезометрических уровнемеров также характерна погрешность измерения из-за изменения плотности измеряемой среды.

Гидростатический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении манометром или напоромером гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты её уровня. Уровнемеры этого вида обычно используют для измерения неагрессивных, незагрязнённых жидкостей, находящихся под атмосферным давлением. Для измерения уровней агрессивных сред используют специальные разделительные устройства.

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

Поплавковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на из-мерении перемещения поплавка, плавающего на поверхности жидкости (поплавок как бы отслеживает уровень жидкости).

Поплавковые уровнемеры не пригодны для вязких жидкостей (дизельного топлива, мазута, смол) из-за залипания поплавка, обволакивания его вязкой средой. При измерении уровня криогенных жидкостей из-за кипения верхнего слоя возникает вибрация поплавка, что приводит к искажениям результатов измерения. Наиболее часто поплавковые уровнемеры используют для измерения уровней в больших открытых резервуарах, а также в закрытых резервуарах с низким давлением. Применение магнитной связи для передачи перемещения поплавка позволяет герметизировать вывод передачи в измерительный блок, упростить конструкцию, повы-сить надёжность, измерять уровень в резервуарах под давлением.

Ёмкостной уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на раз-личии диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха. В связи с этим по мере погружения электродов датчика уровнемера в жидкость изменяется ёмкость между ними пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Менее распространены акустические, магнито-стрикционные, радиоизотопные, вибрационные уровнемеры.

Уровнеметрия. Классификация приборов для измерения уровня

Задача уровнеметрии — измерения уровня — является широко распространенной, очень важной для управления различными технологическими процессами в самых разных отраслях промышленности.

К применяемым для измерения уровня приборам предъявляются, в основном, два требования: в одном случае тре­буется производить непрерывное измерение уровня, в другом — только сигнализировать о том, что достигнуто определённое значение уровня.

Приборы для непрерывного слежения за уровнем принято называть уровнемерами, приборы для сигнализации о предельных значениях уровня — сигна­лизаторами уровня.

Все приборы для измерения уровня (уровнемеры и сигнализаторы) можно классифицировать по принципу действия, в основу которого берутся различные физические методы.

1. Визуальные приборы измерения уровня (указатели уровня) действие которых основано на принципе сооб­щающихся сосудов.

2. Поплавковые приборы измерения уровня — в которых для измерения уровня используется попла­вок или другое тело, находящееся на поверхности контролируемой среды.

3. Буйковые приборы измерения уровня — в которых для измерения уровня используется массивное тело (буёк), частично погружаемое в контролируемую среду.

4. Гидростатические приборы измерения уровня — действие которых основано на измерении гидростатического давления столба жидкости.

5. Емкостные приборы измерения уровня — действие которых основано на том, что диэлектриче­ская проницаемость водных растворов солей, кислот и щелочей отличается от диэлектрической проницаемости воздуха либо водных паров.

6. Ультразвуковые приборы измерения уровня — действие которых основано на принципе отражения звуковых волн от поверхно­сти контролируемой среды.

7. Радарные (микроволновые) приборы измерения уровня — в основу действия которых заложен принцип отражения электромагнитного сигнала высокой частоты от поверхности контролируемой среды.

8. Радиоизотопные приборы измерения уровня — основанные на использовании интенсивности потока ядерных излучений, зависящих от уровня контролируемой среды.

ИУБ-1К уровнемеры бесконтактныеБПУ-1КМ сигнализаторы уровня бесконтактные

Использование всего многообразия методов измерения позволяет контролировать уровень самых разных сред: жидких (чистых, загрязнённых), пульп, вязких, твёрдых сыпу­чих различной дисперсности.

При выборе типа уровнемера приходится также учитывать и другие физические и химические свойства контролируемой сре­ды, которые могут повлиять на ход процесса контроля или на работоспособность самого прибора: температура, давление, абразивные свойства, взрыво­опасность, вязкость, электрическая прово­димость, химическая агрессивность и другие.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×