Классификация приборов для измерения уровня
При выборе уровнемера необходимо учитывать такие физические и химические свойства контролируемой среды, как температура, абразивные свойства, вязкость, электрическая проводимость, химическая агрессивность и тд.
Устройство для измерения уровня жидкости можно подразделить на следующие:
– поплавковые, в которых для измерения уровня используется поплавок или другое тело, находящееся на поверхности жидкости
– буйковые, в которых для измерения уровня используется массивное тело (буек), частично погружаемое в жидкость
– гидростатические, основанные на изменении гидростатического давления столба жидкости
– электрические, в которых величины электрических параметров зависят от уровня жидкости
– ультразвуковые, основанные на принципе отражения от поверхности звуковых волн
– радарные и волноводные, основанные на принципе отражения от поверхности сигнала высокой частоты (СВЧ)
– радиоизотопные, основанные на использовании интенсивности потока ядерных излучений, зависящих от уровня жидкости
Помимо классификации уровнемеров по принципу действия, эти приборы делятся на:
– приборы для непрерывного слежения за уровнем
– приборы для сигнализации о предельных значениях уровня (сигнализаторы уровня)
а – проходящего света; б – отраженного света; в – составного типа
Данный тип приборов является простейшим. К нему относятся так называемые указательные стекла. В основе работы указательных стекол лежит принцип сообщающихся сосудов.
Трубка указательного стекла соединяется с контролируемой емкостью либо одним нижним концом (с открытыми сосудами), либо обоими концами (с сосудами под разрежением или давлением).
Об изменении уровня в сосуде можно судить по положению уровня жидкости в стеклянной трубке.
Указательные стёкла могут быть оснащены кранами или вентилями для их отключения от сосуда и для продувки системы.
В арматуре указательных стекол, работающих под давлением, как правило, имеются предохранительные устройства, автоматически перекрывающие каналы при аварийном разрушении стекла.
Указательные стекла бывают проходящего света (рис.1, а) и отраженного света (рис.1, б).
Плоские указательные стекла рассчитаны на давление до 2,94 МПа и температуру до 300 °С.
Не рекомендуется применять указательные стекла длиной более 500 мм, поэтому для контроля таких перепадов уровня следует устанавливать несколько стекол последовательно (рис. 1, в).
Среди существенных разновидностей уровнемеров поплавковые являются наиболее простыми. Получили распространение поплавковые уровнемеры узкого и широкого диапазонов. Поплавковые уровнемеры узкого диапазона обычно представляют собой устройство, содержащее шарообразный поплавок d=80-100мм, выполнен из нержавеющей стали. Поплавок плавает на поверхности жидкости и через штангу и специальное сальниковое уплотнение, соединяется либо со стрелкой измерительного прибора, либо с преобразователем двух угловых перемещений в унифицированный электрический или пневматический сигналы.
а) узкого диапазона
б) широкого диапазона
2 гибкий трос
Поплавковые уровнемеры широкого диапазона (рисунок б) представляет собой поплавок 1, связанный с противовесом 4, гибким тросом 2. В нижней части противовеса укреплена стрелка, указывающая по шкале 3 значению уровня жидкости в резервуаре. При расчетах поплавковых уровнемеров подбирают такие конструктивные параметры поплавка, которые обеспечивают состояние равновесия системы «поплавок-противовес» только при определенной глубине поплавка.
В основу работы буйковых уровнемеров положено физическое явлении, описываемое законом Архимеда.
Чувствительным элементом в этих уровнемерах является цилиндрический буек, изготовленный из материала с плотностью, больше плотности жидкости. Буек находится в вертикальном положении и частично погружен в жидкость.
Преобразователь (электрический или пневматический) формирует выходной сигнал, который является выходным сигналом уровнемера. Движение измерительной системы происходит до тех пор, пока сумма моментов всех сил, действующих на рычаг, не станет равной нулю.
Герметизация технологического аппарата при установке в нем чувствительного элемента достигается уплотнительной мембраной. При необходимости буек может быт установлен в выносной камере, располагаемой вне технологического аппарата.
Данный метод измерения уровня основан на определении гидростатического давления, оказываемого жидкостью на дно резервуара. 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).
Более универсальными являются схемы измерения уровня с использованием дифференциальных датчиков давления (дифманометров). С помощью дифференциальных датчиков давления можно также измерять уровень жидкости в открытых резервуарах, контролировать границу раздела жидкостей.
Рис. 2. Измерение уровня в открытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления
Плюсовая камера дифманометра ДД через импульсную трубку соединена с резервуаром в его нижней точке, минусовая камера сообщается с атмосферой.
В такой схеме устраняется погрешность, связанная с колебаниями атмосферного давления.
Такая измерительная схема может использоваться тогда, когда дифманометр расположен на одном уровне с нижней плоскостью резервуара. Если это условие соблюсти невозможно и дифманометр располагается ниже на высоту h1, то используют уравнительные сосуды (УС).
В последнее время широкое распространение получили датчики гидростатического давления ДГ. У них, как и у дифманометров, имеется две измерительные камеры, одна из которых выполнена в виде открытой мембраны, вторая в виде штуцера. Данный уровнемер всегда закрепляется непосредственно у дна резервуара, поэтому не имеет импульсных трубок, а значит, отсутствует необходимость в компенсации высоты импульсной трубки.
Его работа основана на принципе гидравлического затвора. Пьезометрическая трубка П размещается в аппарате, в котором измеряется уровень. Для измерения уровня используют воздух или инертный газ под давлением, который продувает через слой жидкости. Газ поступает в трубку через дроссель Д, служащий для ограничения расхода. Давление газа Р после дросселя измеряется дифманометром ДД.
В случае измерения уровня в сосудах, заполненных агрессивными жидкостями и газов обязателен непрерывный подвод воздуха или инертного газа в обе линии, подсоединяемые к дифференциальному манометру. Для наблюдения за непрерывностью на каждой лини устанавливают стеклянные контрольные сосуды КС с водяным затвором, которому видно движение воздуха или ротомеры. Количество подводимого воздуха устанавливают регулирующими вентилями РВ.
К электрическим уровнемерам относятся те приборы измерения уровня, в которых уровень контролируемой среды преобразуется в какой-либо электрический сигнал. Наибольшее распространение получили емкостные уровнемеры икондуктометрические (омические) уровнемеры.
Принцип действия емкостных уровнемеров основан на различии диэлектрической проницаемости контролируемой среды (водных растворов солей, кислот, щелочей) и диэлектрической проницаемости воздуха либо водяных паров.
Рис. 1. Ёмкостной уровнемер: 1, 2 – электроды; 3 – электронный блок
В сосуд с контролируемой жидкостью опущен преобразователь, который представляет собой электрический конденсатор. Емкость такого конденсатора зависит от уровня электропроводящей жидкости.
Преобразователи бывают пластинчатыми, цилиндрическими или в виде стержня.
Цилиндрические преобразователи выполняются из нескольких труб, расположенных концентрическим образом, пространство между которыми на высоту h заполняет контролируемая жидкость.
При измерении уровня агрессивных, но неэлектропроводных жидкостей обкладки преобразователя выполняют из химически стойких сплавов или покрывают тонкой антикоррозионной пленкой, диэлектрические свойства которой учитывают при расчете. Покрытие обкладок тонкими пленками применяют также при измерении уровня электропроводных жидкостей.
Кондуктометрические (омические) уровнемеры используют главным образом для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня электропроводных жидкостей. Принцип их действия основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представляющую собой участок электрической цепи с определенным омическим сопротивлением. Прибор представляет собой электромагнитное реле, включаемое в цепь между электродом и контролируемым материалом. Схемы включения релейного сигнализатора уровня могут быть различны в зависимости от типа объекта и числа контролируемых уровней. На рис. 2, а показана схема включения прибора в токопроводящий объект. В этом случае для контроля одного уровня h можно использовать один электрод, одно реле и один провод. При контроле двух уровней h1 и h2 (рис. 2, б) их требуется уже по два.
Рис. 2. Омические сигнализаторы уровня: а – одного уровня; б – двух уровней; 1 – электрод; 2 – электромагнитное реле; 3 – источник питания
В качестве электродов применяют металлические стержни или трубы и угольныеэлектроды (агрессивные жидкости). Основной недостаток всех электродных приборов – невозможность их применения в средах вязких, кристаллизующихся, образующих твердые осадки и налипающих наэлектроды преобразователей.
Ультразвуковые уровнемеры (частота выше 20 КГц) позволяют измерять уровень в отсутствие контакта с измеряемой средой и в труднодоступных местах. В ультразвуковых уровнемерах обычно используется принцип отражения звуковых волн от границы раздела «жидкость – газ (воздух)».
Прибор состоит из электронного блока (ЭБ), пьезоэлектрического излучателя (преобразователя) и вторичного прибора. Электронный блок состоит из генератора, задающего частоту повторения импульсов, генератора импульсов, посылаемых в измеряемую среду, приемного усилителяи измерителя времени .
Химические и физические свойства среды не влияют на результат измерения, полученный ультразвуковым методом, поэтому без проблем может измеряться уровень агрессивных, абразивных, вязких и клейких веществ. Однако необходимо помнить, что на скорость распространения ультразвука оказывает влияние температура воздуха в среде его распространения. Кроме того, будучи сильно зависимой от температуры, скорость ультразвука зависит от давления воздуха: она увеличивается с ростом давления. Связанные с изменениями давления в нормальной атмосфере относительные изменения скорости звука составляют приблизительно 5%. Скорость ультразвука также зависит от состава воздуха, например, от процентного содержания СО2 и влажности. Влияние относительной влажности на скорость ультразвука является меньшим по сравнению с влиянием, оказываемым температурой и давлением: дополнительная разница скорости в сухом и насыщенном влагой воздухе составляет около 2%.
Основные достоинства метода:
• применим для загрязнённых жидкостей;
• реализация метода не предъявляет высоких требований к износостойкости и прочности оборудования;
• независимость от плотности контролируемой среды.
• большое расхождение конуса излучения;
• отражения от нестационарных препятствий (например, мешалок)
могут вызвать ошибки измерения;
• применим только в резервуарах с нормальным атмосферным давлением;
• на сигнал оказывают влияние пыль, пар, газовые смеси и пена.
Существует множество самых различных методов контроля уровня, позволяющих получать информацию как о предельных его значениях, так и о текущем значении. Гораздо меньшее число методов реализовано в промышленных системах. Некоторые из реализованных методов являются уникальными, и случаи их применения можно пересчитать по пальцам одной руки, другие – гораздо более универсальны и потому широко используются в серийных системах. Но есть и методы, удачно сочетающие в себе и уникальность, и универсальность. В первую очередь, к ним можно отнести микроволновый бесконтактный метод, в просторечии небезосновательно именуемый радарным. Этот метод, с одной стороны, обеспечивает минимальный контакт измерительного устройства с контролируемой средой, а с другой стороны – практически полностью нечувствителен к изменению её температуры и давления. Причем и температура, и давление могут иметь значения, недопустимые для применения других методов, в первую очередь, контактных. Безусловно, уникальность возможностей не может не сказываться на цене приборов. Но прогресс в этой области настолько велик, а преимущества метода столь очевидны, что можно достаточно уверенно прогнозировать очень широкое распространение радарных систем контроля уровня уже в самом недалеком будущем.
При всех существующих различиях общим остается принцип действия: излучённый СВЧ – сигнал отражается от контролируемого объекта, принимается обратно и соответствующим образом обрабатывается (рис.5.15). Результатом обработки является значение того или иного параметра объекта: дальность, скорость, на- правление движения и т.д. Вне зависимости от используемого принципа в радарных уровнемерах применяются СВЧ – сигналы с несущей частотой, лежащей в диапазоне от 5,8 до 26 ГГц.
В настоящее время в радарных системах контроля уровня применяются преимущественно метод определения расстояния, основанный на непосредственном измерении времени прохождения СВЧ – импульса от излучателя до контролируемой поверхности и обратно. Однако время прохождения сигнала дистанции в несколько метров составляет всего единица нано секунд. Энергозатраты таких приборов минимальны, что дает им большое преимущество.
Данный тип уровнемеров относится к уровнемерам контактного типа. Принцип действия волноводного уровнемера основан на технологии рефлектометрии с временным разрешением TDR (Time Domain Reflectometry). Микроволновые радиоимпульсы малой мощности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую среду, уровень которой нужно определить. Когда радиоимпульс достигает среды с коэффициентом диэлектрической проницаемости, отличной от проницаемости газа над поверхностью среды, то из-за разности коэффициентов диэлектрических проницаемостей происходит отражение микроволнового сигнала в обратном направлении. Временной интервал между моментом передачи зондирующего импульса и моментом приема эхо сигнала пропорционален расстоянию до уровня контролируемой среды. Аналогичным образом измеряется расстояние между датчиком и границей раздела двух жидких сред с различными коэффициентами диэлектрической проницаемости. Интенсивность отраженного сигнала зависит от диэлектрической проницаемости среды. Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем выше интенсивность отраженного сигнала. Волноводная технология имеют ряд преимуществ по сравнению с другими методами измерения уровня, поскольку радиоимпульсы практически невосприимчивы к составу среды, атмосфере резервуара, температуре и давлению.
Рис. 5.20. Схема измерения уровня волноводным уровнемером
Поскольку радиоимпульсы направляются по зонду, а не свободно распространяются в пространстве резервуара, то волноводная технология может с успехом применяться для малых и узких резервуаров, а также для резервуаров с узкими горловинами. В случае необходимости съемная го- лова датчика позволяет заменять модуль электроники, не нарушая герметичности резервуара, что может быть важно при измерении уровня сжиженных газов и аммиака.
Волноводный уровнемер (рис 5.21) включает следующие основные элементы: корпус, электронный модуль, фланцевое или резьбовое соединение с резервуаром и зонд. Корпус уровнемера, состоящий из двух независимых отсеков (отсек электроники и клеммный отсек для подключения кабелей), может быть снят с зонда, при этом открывать резервуар не требуется. Кроме того, корпус такой конструкции повышает надежность и безопасность уровнемера при эксплуатации в опасных производствах. Электронный модуль излучает электромагнитные импульсы, которые распространяются по зонду, выполняет обработку отраженного (принятого) сигнала и выдает информацию в виде аналогового или цифрового сигнала на встроенный жидкокристаллический индикатор или в систему измерения.
Уровнемеры с радиоизотопными излучателями делятся на две группы:
1) со следящей системой, для непрерывного измерения уровня;
2) сигнализаторы (индикаторы) отклонения уровня от заданного значения.
Принципиальная схема следящего уровнемера приведена на рис. 5.13. Действие прибора основано на сравнении интенсивностей потоков γ лучей, проходящих выше или ниже уровня раздела двух сред разной плотности. Комплект прибора состоит из трех блоков:
1) преобразователя, содержащего источник и приемник излучения;
2) электронного блока;
3) показывающего прибора.
Преобразователь на фланцах 4 присоединен к вертикальным трубкам 2, установленным внутри объекта измерения. Расположенный в герметичном корпусе преобразователя реверсивный двигатель 6 через червячную передачу 7 вращает барабан 8, на котором укреплена стальная лента 3. На концах ленты свободно висят источник излучения 1 и приемник излучения 13. Электрический сигнал от приемника излучения через гибкий кабель 11 передается на электронный блок. При перемещении приемника кабель фиксируется в определенном положении при помощи ролика 14 с грузом. Лента 3 проходит через зубчатый ролик 9, на оси которого расположен первичный сельсин 10.
Рис.5.13. Радиоизотопный уровнемер:
1-источник излучения; 2-трубки; 3- стальная лента; 4-фланцы; 5-свинцовый контейнер; 6-реверсивный двигатель; 7- червячная передача; 8-барабан; 9- зубчатый ролик; 10-первичный сельсин; 11-гибкий кабель; 12-показывающий прибор; 13-приемник излучения; 14- ролик с грузом; 15-свинцовая пробка
Вторичный сельсин находится в показывающем приборе. Ось вторичного сельсина через редуктор связана со стрелками показывающего прибора 12, который имеет две шкалы, градуированные в метрах и сантиметрах. В показывающем приборе имеется преобразователь, преобразующий угловое перемещение оси вторичного сельсина, пропорциональное положению уровня, в стандартный пневматический сигнал. Стандартная индукционная катушка служит для связи с вторичными приборами дифференциально-трансформаторной системы.
Для обеспечения радиационной защиты персонала при транспортировке, монтаже и ремонтных работах внутри объекта измерения источник излучения перемешается автоматически в свинцовый контейнер 5. Отверстие в контейнере при этом закрывается свинцовой пробкой 15, жестко связанной с источником. Диапазон измерения уровня прибором до 10 м, основная погрешность измерения не превышает 1 см.
Использование приборов с радиоизотопными излучателями целесообразно там, где другие методы измерения непригодны.
Требования к приборам температуры
Измерение температур имеет важное значение в промышленном производство. Во многих технологических процессах химической и нефтеперерабатывающей промышленности температурный контроль имеет решающее значение. Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температурой называют физическую величину, количественно характеризующую меру средней кинетической энергии теплового движения молекул какого-либо тела или вещества. Из определения температуры следует, что она не может быть измерена непосредственно и судить о ней можно по изменению других физических свойств тел (объема, давления, электрического сопротивления, термо-ЭДС, интенсивности излучения и т.д.).
Средство измерения температуры называют термометром.
1) Абсолютная термодинамическая шкала измеряется в Кельвинах. Градус кельвина 1/273,16 части температурной точки воды.
2) Десятичная температурная шкала 1742 г. Цельсии
3) Шкала Фаренгейта – для нуля используют Т замерзание солевого раствора, для верхней точки «тело здорового англичанина», шкала 180 частей.
4) Шкала Реомюра делится на 80 частей.
Реперные точки – это фиксированные значения температур, соответствующие, либо плавлению, либо затвердению. 1968г. Принято: международная практическая температурная шкала МПТШ. 1990г. Принято: международная температурная шкала МТШ-90.
Классификация средств измерения:
Их принцип основан на зависимости объемного расширения жидкости и линейных размеров твердых тел от температуры.
Жидкостные стеклянные термометры (- 30/600оС)
2 термометрическвая жидкость
В качестве рабочей жидкости ртуть, толуол, этиловый спирт. Достоинства ртути: не смачивает стенки капилляра, имеет стабильный коэффициент расширения.
Недостатки: небольшой коэффициент расширения.
Недостаток органической жидкости смачиваемость стекла и непостоянство коэффициента расширения. Точность зависит от способа и места установки.
1. В защитных гильзах
2. Прямое погружение
Все термометры расширения устанавливают на участке с восходящим потоком, для защиты термометра используют гильзу и тепловую изоляцию, если вторым способом, то отводят тепло, используют под небольшим давлением и кратковременно.
Электро-контактные термометры расширения – при изменении Т столбик ртути доходит до нового значения, замыкая и размыкая электрическую сеть этот сигнал подается в цепь управления, может служить сигнализатором.
Не забудь поделиться страницей с друзьями:
Тема 6.1 Классификация приборов
· Визуальные – являются наиболее простым видом измерителей уровня. Их работа основана на принципе сообщающихся сосудов, а за уровнем жидкости следят напрямую через водомерное стекло.
· Механические уровнемеры – в которых отсчет уровня происходит: либо по оценке положения предмета на поверхности жидкости относительно двух точек измерений – это поплавковые уровнемеры; либо по оценке уровня жидкости, вытесненной при погружении предмета (закон Архимеда – FA = ρgV, где ρ – плотность жидкости (газа), g – ускорение свободного падения, а V – объём погружённого тела) – буйковые уровнемеры.
· Гидростатические уровнемеры – принцип действия основан на уравновешивании давления столба измеряемой жидкости и столба жидкости, которая заполняет измерительный прибор на каком-либо производстве.
· Электрические уровнемеры промышленной специализации делятся на емкостные и омические.
· Акустические уровнемеры – принцип действия основан на измерении времени отражения звуковых колебаний от поверхности раздела газ – контролируемая среда. Разновидностью акустических уровнемеров являются ультразвуковые уровнемеры.
· Наиболее современным является радарный уровнемер. Принцип действия его основан на измерении времени переотражения от поверхности раздела газ – контролируемая среда высокочастотных радиоволн. Последний тип уровнемера позволяет производить измерение уровня, как жидкостей, так и сыпучих тел. При этом его можно использовать и при измерении уровня агрессивных сред, например кислот, расплавленной серы, аммиака и т.д. По принципу действия эти уровнемеры разделяются на визуальные, поплавковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые, радиоизотопные.
· приборы для непрерывного слежения за уровнем;
· приборы для сигнализации о предельных значениях уровня (сигнализаторы уровня).
Методы измерения уровня жидкости, применяемые в химической промышленности.
В химической промышленности для измерения уровня жидкости в основном используются следующие методы измерения:
· с помощью указательных стёкол. Указательные стекла применяются для местного измерения уровня в аппаратах, работающих при атмосферном или избыточном (до 1 МН/м2) давлении;
· с помощью поплавковых уровнемеров. В этих приборах чувствительным элементом является поплавок с меньшей (плавающий) или большей (погруженной) плотностью, чем плотность жидкости. Изменение уровня жидкости в аппарате с плавающим поплавком вызывает его перемещение, которое посредством системы рычагов, тяг и тросов передается указателю, движущемуся по шкале, или вторичному прибору для показания, записи или передачи на расстояние значений высоты уровня жидкости в аппарате. В таких уровнемерах поплавок следит за уровнем жидкости. Действие уровнемеров с пружинным поплавком основано на изменении выталкивающей (архимедовой) силы, действующей на поплавок при его погружении в жидкость. Такой поплавок удерживается в подвешенном состоянии посредством пружинного элемента. Благодаря этому значительные по величине изменения уровня жидкости будут приводить лишь к небольшим перемещениям поплавка.
· с помощью гидростатических уровнемеров. Они служат для измерения гидростатического давления столба жидкости. Различают гидростатические пьезометрические и дифманометрические уровнемеры.·
o Действие гидростатических пьезометрических уровнемеров основано на изменении давления воздуха или газа, барботирующего через слой жидкости, с измеряемым уровнем при изменении последнего. Их часто применяют для определения уровня жидкостей с повышенной вязкостью.
o Действие гидростатических дифманометрических уровнемеров основано на определении уровня по перепаду давления между столбами измеряемой жидкости в аппарате и в уравнительном сосуде, уровень в котором постоянен.
Для предотвращения взрывов на объектах химической промышленности не применяются приборы, принцип работы которых основан на получении электрического сигнала, например: электрические уровнемеры (емкостные и омические), и достаточно дорогой и опасный радиоактивный метод.
Методы измерения сыпучих сред.
Уровень сыпучих сред измеряется с помощью поплавкового и весового уровнемеров:
· работа поплавкового уровнемера с поплавком постоянного погружения основана на поддерживающей способности сыпучего тела, выражающейся в том, что опущенный на открытую поверхность поплавок прибора не проваливается в глубь сыпучего материала;
· весовые уровнемеры сыпучего материалаприменяются в тех случаях, когда подвеска бункера не вызывает конструктивных осложнений и загрузка и выгрузка материала производятся не рывками, а равномерным потоком. В качестве преобразователей в этом случае могут быть использованы различные весовые устройства. Так, в качестве преобразователя предельного уровня, если бункер покоится на опорных пружинах, могут быть использованы конечные выключатели. При нагружении бункера происходят сжатие опорных пружин и линейное перемещение бункера по вертикали. Штанга, укрепленная на бункере, взаимодействуя с конечными выключателями, обеспечивает срабатывание при наполнении и опорожнении бункера.
Тема 6.2 Визуальные приборы измерения уровня
К визуальным средствам измерений уровня относятся мерные линейки, рейки, рулетки с лотами (цилиндрическими стержнями) и уровнемерные стекла.
В производственной практике широкое применение получили уровнемерные стекла. Измерение уровня с помощью уровнемерных стекол (рисунок 13, а) основано на законе сообщающихся сосудов. Указательное стекло 1 с помощью арматуры соединяют с нижней и верхней частями емкости. Наблюдая за положением мениска жидкости в трубке 1, судят о положении уровня жидкости в емкости, Для исключения дополнительной погрешности, обусловленной различием температуры жидкости в резервуаре и в стеклянной трубке, перед измерением осуществляют промывку уровнемерных стекол. Для этого предусмотрен вентиль 2. Арматура уровнемерных стекол оснащается предохранительными клапанами, обеспечивающими автоматическое перекрывание каналов, связывающих указательное стекло с технологическим аппаратом при случайной поломке стекла. Из-за низкой механической прочности уровнемерные стекла обычно выполняют длиной не более 0,5 м. Поэтому для измерения уровня в резервуарах (рисунок 13,6) устанавливается несколько уровнемерных стекол с тем расчетом, чтобы они перекрывали друг друга. Абсолютная погрешность измерения уровня уровнемерными стеклами ± (1-2) мм. При измерении возможны дополнительные погрешности, связанные с влиянием температуры окружающей среды. Уровнемерные стекла применяются до давлений 2,94 МПа и до температуры 300°С.
Указательные стекла не рекомендуется употреблять длиной более 0,5 м, поэтому при контроле уровня, изменяющегося больше чем на 0,5 м, устанавливают несколько стекол (рисунок 13, б) так, чтобы верх предыдущего стекла перекрывал низ последующего
Рисунок 13 – Схема установки указательных стекол на технологических аппаратах
Тема 6.3 Поплавковые уровнемеры
Поплавковый уровнемер – это прибор для измерения уровня жидкости, сконструированный так, что он плавает наполовину погруженным в жидкость, другая же половина находится над поверхностью жидкости.
Поплавки – это пустотелые предметы, которые всегда входят в непосредственный контакт с измеряемой жидкостью. Можно использовать вертикальные перемещения поплавка в качестве непосредственного измерения эквивалентного изменения. Перемещения поплавка могут передаваться на ряд различных устройств, с помощью которых осуществляется или непрерывное измерение уровня или же определение уровня с уставками.
Поплавок соединяется со стрелкой указателя уровня через гибкую механическую связь, поэтому чтобы уровнемер смог правильно измерить уровень, необходимо чтобы поплавок своей массой мог обеспечить достаточное натяжение этой гибкой связи. С другой стороны, поплавок не может быть очень большим, потому что тогда придется увеличивать размеры всего уровнемера, что крайне нежелательно. Исходя из всего этого, для измерения уровня различных типов жидкостей изготавливают уровнемеры с разным размером и формой поплавка, а так же из разных материалов, что повышает точность измерения.
Технические средства измерения уровня жидкостей или сыпучих материалов делятся на две группы это уровнемеры и сигнализаторы уровня. Уровнемеры применяются для непрерывного контроля и измерения уровня в различных емкостях, резервуарах. Уровнемеры будут непрерывно измерять уровень в емкостях, в которых хранятся жидкие или сыпучие вещества. И по средствам аналогового выходного сигнала 4-20 мА передают информацию в режиме реального времени на контроллер АСУТП , gsm-модем, видеографический регистратор.
Уровнемеры различаются по принципу действия:
Радарный уровнемера PiloTREK
В основе принципа работы преобразователя уровня лежит измерение времени, за которое микроволновый импульс с высокой частотой проходит от излучателя преобразователя уровня до поверхности продукта и отразившись вернется обратно. Для данного вида измерения важна диэлектрическая проницаемость продукта измерения. Уровнемер применяется для измерения уровня различных жидких веществ.
Ультразвуковой уровнемера EasyTREK
Принцип работы ультразвукового преобразователя уровня основан на измерении времени, необходимого для пролета акустического сигнала генерируемого излучателем прибора и отраженного от поверхности измеряемой среды и принятого все тем же излучателем преобразователя уровня. Преобразователь уровня фактически измеряет время пролета с генерируемого акустического сигнала, необходимое для пролета его до поверхности среды и обратно. Для данного вида измерения важно, чтобы излучатель и измеряемый продукт были перпендикулярны. Уровнемер применяется для измерения уровня различных жидких и сыпучих веществ.
Волноводный уровнемер MicroTREK
Принцип работы микроволнового уровнемера основано на генерации преобразователем уровня высокочастотных электромагнитных импульсов, распространяясь по зонду или волноводу отражаться от поверхности раздела фаз (измеряемый продукт — газовая среда), где происходит значительное и резкое изменение диэлектрической постоянной. Это изменение и считается электроникой прибора как уровень продукта. Излучаемые прибором электромагнитные импульсы имеют, низкую мощность и распространяются вдоль металлической направляющей, что позволяет избежать потерь энергии импульса. Это позволят допустить, что амплитуда распространяемого и отражаемого импульса одинаковая и не зависит от применяемого типа зонда и его длины. Для данного вида измерения важна диэлектрическая проницаемость продукта измерения. Уровнемер применяется для измерения уровня различных жидких и сыпучих веществ.
Емкостной уровнемер NivoCAP
Работа емкостного уровнемера основана на принципе изменения емкости конденсатора, который образуется с одной стороны измерительным зондом (прибора), с другой стороны опорным зондом, которым обычно является проводящая стенка емкости или дополнительно установленный опорный зонд. Изолятором диэлектриком конденсатора в таком случае будет являться продукт измерения. В зависимости от уровня продукта, емкостные датчики уровня будут изменять емкость конденсатора, значение которого оборудование преобразует в аналоговый выходной сигнал 4-20мА. Стенка емкости, в которую установлен прибор, должна быть из легко проводящего материала (металлическая) и должна располагаться строго параллельно зонду прибора. При не соблюдении этих требований, необходимо использовать прибор с ответным зондом. При первом применении уровнемера необходимо провести его калибровку на пустой емкости и на полностью заполненной емкости для определения преобразователем уровня необходимых параметров измерения уровня. Зонд прибора имеет исполнение полностью изолированное для жидких и некоторых сыпучих сред и частично изолированное — только для сыпучих сред. Уровнемер применяется для измерения уровня различных жидких и порошкообразных неабразивных веществ.
Магнитострикционный уровнемер NivoTRACK
Принцип действия магнитострикционного преобразователя уровня следующий: внутри полой направляющей находится волновод, который образует катушку и по которой проходят импульсы тока. Поплавок передвигается по направляющей и в нем размещен магнит. Перемещающийся по волноводу магнит и возникающие магнитные токовые поля генерируют импульсы продольной деформации, которые распространяются по волноводу и измеряемые пьезоэлементом, конструктивно расположенном в центре. Электроника датчика анализирует измеренные значения, измеряет время распространения этих импульсов и позволяет преобразовывать эти измеренные значения в выходной токовый сигнал 4-20 мА. Уровнемер применяется для измерения уровня различных жидких веществ.
Гидростатический уровнемер NivoPRESS D
Уровнемер гидростатического принципа действия используются для непрерывного контроля за уровнем гидростатического столба жидкости, находящегося в емкости. Следует учитывать, что зная заранее плотность среды, электроника прибора позволяет пересчитывать измеренное значение давления в высоту измеряемого в емкости столба жидкости. Конструкция датчика имеет в своем составе мембрану, которая соединена с сенсорным элементом, работающим в зависимости от модификации датчика либо на полупроводниковом принципе действия, либо на емкостном принципе действия. Необходимо учитывать, что размещать уровнемер необходимо максимально ближе ко дну резервуара, для уменьшения зоны не чувствительности уровнемера и увеличения рабочего диапазона измерения датчиком уровня. Уровнемер применяется для измерения уровня различных жидких веществ.
Скважинный уровнемер NivoPRESS N
Скважинный уровнемер разработан и используется для измерения параметра гидростатического давления столба измеряемой жидкости различной высоты, который не должен превышать заводскую калибровку прибора. Имея измеренное значение давления контролируемого столба жидкости, и зная ее плотность, электроника скважинного преобразователя уровня позволяет пересчитывать измеренное давление в измеряемую высоту этого столба жидкости (плотность применяется равной 1000 кг/м3). Конструктивно, данные датчики имеют в своем составе мембрану, которая соединена с сенсорным элементом, работающим либо на емкостном, либо на полупроводниковом принципе. Так как принцип работы прибора позволяет измерять уровень продукта только выше мембраны преобразователя уровня, то для уменьшения значения «мертвой», не измеряемой зоны, гидростатический датчик уровня желательно размещать максимально ближе от дна емкости. Уровнемер применяется для измерения уровня различных жидких веществ.
Байпасный уровнемер NivoFLIP
Использование этого уровнемера позволяет непрерывно и визуально следить за уровнем жидкого продукта размещаемого в закрытых или открытых резервуарах, в емкостях с избыточным давлением. Установка байпасной (измерительной) камеры вплотную к емкости осуществляется по принципу сообщающихся сосудов, при этом создаются одинаковые условия и в измерительной камере и в емкости с измеряемым продуктом. Конструктивно поплавок оснащается системой с постоянным магнитом, по средством которого осуществляется передача измеренных значений уровня на размещенный на корпусе сигнализатора локальный индикатор. Используемая система магнитов в поплавке зависит от выбранного способа индикации, указываемого при заказе прибора. Индикация может либо активизировать флажковые магнитные пластины, которые соответствуют уровню измеряемой жидкости, либо осуществляют взаимодействие с магнитный удаленным цифровым указателем. Снимать показания можно визуально в соответствии от положения вертикально расположенных флажков, или при заказе такой модификации, снимать информацию с локального индикатора. Уровнемер применяется для измерения уровня различных жидких веществ.
Сигнализаторы уровня используются для сигнализации о переполнении или опустошении разными жидкостями резервуаров и емкостей с различными геометрическими формами и размерами, а также для сигнализации о переполнении или опустошении бункеров и силосов с разными сыпучими материалами. Сигнализатор уровня при достижении требуемой точки срабатывания, будет замыкать или размыкать реле, которое будет заведено на механизм, который будет отключать или включать подачу жидких или сыпучих веществ в емкость. Выходной сигнал с реле контроля уровня это токовое реле, которое можно дальше будет завести на любой световой или звуковой сигнал, или на gsm-модем.
Сигнализаторы уровня различаются по принципу действия:
Поплавковый выключатель NivoFLOAT
Поплавковый выключатель NivoFLOAT является наиболее простым прибором для сигнализации о переливе. Наиболее распространенное применение данного прибора это защита насоса от сухого хода, а также управление его работой (отключение при достижении верхнего уровня и его включение при достижении верхнего положения)
Поплавковый выключатель NivoFLOAT бывает двух видов:
- круглой формы для применения в продуктах без возможности налипания на корпус
- прибора грушевидной формы для применения в сточных водах, где возможно налипание продукта измерения на корпус прибора.
Сигнализатор уровня применяется для контроля предельного уровня различных жидких веществ.
Поплавковый сигнализатор уровня NivoMAG
Измерение предельного уровня продукта в емкости, с использованием поплавкового метода измерения уровня, является одним из наиболее простых методов измерения предельного уровня жидкостей. Металлический поплавок размещается на одном конце штанги датчика, на другом его конце установлен магнит, перемещение поплавка в продукте вызывает перемещение магнита, который через герметичную стенку датчика управляет герконовым релейным выходом с памятью положения. Шарнирный механизм, с частью штанги с магнитом, может быть предварительно защищен от агрессивного воздействия продукта дополнительно устанавливаемым силиконовым колпачком. Главным преимуществом использования датчика является его простота в использовании, отсутствия питания и высокую надежность. Релейный выход прибора работает в режиме переключающегося типа. Сигнализатор уровня применяется для контроля предельного уровня различных жидких веществ.
Поплавковый сигнализатор уровня NivoPOINT
В основе метода поплавкового измерения, как видно из названия, является поплавок (или несколько поплавков). Внутри поплавка, перемещаемого по направляющей, расположен магнит который переключает микропереключатели, меняя свое состояние. Для агрессивных жидкостей возможно использование сигнализатора уровня с покрытием металлической направляющей фторопластовым покрытием и материалом самого поплавка из фторопласта PVDF.Одной из важных характеристик поплавкового сигнализатора предельного уровня является высокая точность срабатывания по измерению уровня ± 1 мм. Количество точек может быть не более 5 штук на одной направляющей и с удлинением не более 3 метров. Область применения описываемого метода широкая. Но к недостаткам метода поплавкового измерения уровня можно отнести его невозможность работы в средах с образованием налипания, отложений осадка и примесей на поплавке и направляющей, не возможность надежной работы средах вызывающих коррозию поплавка и коррозию направляющей (необходимость применения версии прибора с покрытием). Поплавковый метод сигнализации уровня может также успешно использоваться для контроля уровня сильно пенящихся продуктов. Обычно рассматриваемый сигнализатор уровня широко применяется при контроле за уровнем топлива (светлых нефтепродуктов), легких нефтепродуктов, химически агрессивных жидкостей и различных масел в относительно небольших по высоте емкостях и цистернах в различных технологических процессах. Сигнализатор уровня применяется для контроля предельного уровня жидких веществ.
Вибрационный сигнализатор уровня NivoSWITCH
Принцип действия датчика основывается на изменении среды, в которой происходит колебание вибрирующей части вилки, которая вызывает изменение подсоединенной массы колебательной системы, это в свою очередь изменяет собственную резонансную частоту колебания. Излучатель датчика генерирует колебания, а приемник датчика их воспринимает. При размещении вилки в измеряемую среду собственная резонансная частота колебания вилки изменяется, это изменение отслеживается приемником. Резонансная частота колебания, на которую реагирует микроконтроллер, позволяет использовать прибор на разные продукты с насыпной плотностью не менее 10 кг/м3 и минимальной плотностью 700 кг/м3. Сигнализатор уровня применяется для контроля предельного уровня различных жидких и сыпучих веществ.
Емкостной сигнализатор уровня NivoCAP CK
Кондуктивный сигнализатор уровня NivoCONT K
Работа сигнализатора уровня основана на принципе электропроводности жидкости с допустимой проводимостью не менее 10 мкСм/см. Для контроля уровня электроды сигнализатора погружаются в ёмкость, которые вместе с его стенкой, если она сделана из проводящего материала или дополнительного опорного электрода являются контактами в общей электрической цепи. Сигнализатор уровня применяется для контроля предельного уровня различных жидких веществ.
Ротационный сигнализатор уровня NivoROTA
Сигнализатор уровня представляет собой лопасть, которая установлена на оси электрического мотора и размещенная в бункере. При работе электромотора лопасть приводится в движение. Мотор размещен в корпусе прибора вне бункера. Когда происходит наполнение бункера и контролируемый продукт, приближается к вращающейся лопасти, она упирается в продукт и останавливается, мотор продолжает работу и приводит в движение поворотную опору. Находящиеся на опоре микропереключатели отслеживают это перемещение, замыкаются и останавливают работу мотора. Дополнительный микропереключатель управляет работой релейного выхода. При опустошении емкости лепесток освобождается и поворотная платформа возвращается, микропереключатели освобождаются и мотор приводиться в движение. Релейный выход возвращается в свое исходное положение. Все эти меры позволяют обеспечить работоспособность прибора с сыпучими продуктами, имеющими минимальную насыпную плотность не ниже 100 кг/м3.
Вибрационный сигнализатор уровня NivoCONT R
При изменении уровня среды, в которой происходит колебание элемента вибрирующего штыря сигнализатора, происходит изменение присоединенной массы колеблющейся системы, вследствие чего, изменяется собственная резонансная частота колебания. Наличие микроконтроллера имеющегося в сигнализаторе позволяет, контролировать изменение значения резонирующей частоты колебания, и отвечает за работу релейного выхода, который может принимать значения нормально замкнутого или нормально разомкнутого состояния реле, позволяющего его применять в различных условиях. Фактическое значение резонансной частоты, значение которой настроено срабатывание переключения релейного выхода, находится между собственной частотой резонанса вибрирующего штыря находящегося в воздухе и частотой резонанса в наименее плотном продукте. Все эти меры позволяют обеспечить работоспособность прибора с различными сыпучими продуктом, имеющими минимальную насыпную плотность не ниже 50 кг/м3.
