Общие сведения об измерениях и контроле

      При измерении уровня жидкости в резервуаре, находящемся под давлением, уравнительный сосуд устанавливается на высоте максимального уровня в контролируемом резервуаре и соединяется с ним импульсной линией.

      В качестве дифманометров-уровнемеров применяют поплавковые, мембранные и сильфонные дифманометры.

 

3.2.4 Пьезометрические уровнемеры

 

       Принцип действия пьезометрических уровнемеров основан на том, что через слой контролируемой жидкости перерывно продувается газ. Чем выше уровень жидкости, тем труднее воздуху барботировать через слой жидкости и тем выше давление газа в пьезометрической линии.

        Пьезометрические уровнемеры применяют для контроля уровня агрессивных, кристаллизующихся жидкостей в открытых резервуарах. Пределы измерения 250…400 мм (по воде). В случаях измерения уровней агрессивных, кристаллизующихся жидкостей, пульп, широко применяют датчики уровня типа ДДП.

        Для дистанционной передачи показаний применяют как пневматические датчики уровня, так и дифференциальные манометры. При этом давление воздуха в пневмотрубке преобразуется в стандартный выходной пневматический или электрический сигнал, величина которого пропорциональна величине контролируемого уровня жидкости. Вторичные измерительные приборы в зависимости от потребности могут быть показывающими, самопишущими и сигнализирующими.

        При дистанционном измерении уровня погрешность прибора определяется суммарной погрешностью преобразователя и вторичного прибора. Величина погрешности составляет 25…35 %. Допустимый диапазон измерения уровня составляет 0…40 кПа.

 

3.2.5 Радиоизотопные уровнемеры

 

        Принцип действия радиоизотопных или радиоактивных уровнемеров основан на «просвечивании» контролируемого объекта потоком радиации. Уровень – граница раздела двух сред (жидкости и газа), которые во разной степени поглощают проходящее через них излучение. В качестве излучателя чаще всего используют радиоактивный кобальт, испускающий гамма-излучение.

        Общее поглощение излучения веществом выражается экспоненциальной зависимостью. Для узкого параллельного пучка монохроматического излучения и однородного поглотителя эта зависимость имеет вид

òх = òо ехр(-µх),

 

где òо и òх - интенсивность излучения  до и после прохождения через  вещество;

µ - коэффициент  ослабления излучения, зависящий от природы и толщины вещества.

       Радиоизотопные уровнемеры применяют для контроля уровня химически активных вязких, липких сред, для контроля границы двух несмешивающихся жидкостей. Их нельзя применять для контроля уровня жидкостей, используемых в производстве лекарств, пищевых продуктов, а также для контроля уровня радиоактивных сред.

 

 

 

3.2.6 Электрические уровнемеры

 

       Принцип действия электрических уровнемеров основан на зависимости электрических параметров преобразователей, емкости, индуктивности от уровня жидкости. Наиболее широкое применение получили емкостные уровнемеры.

Рис .1

        Емкостный преобразователь уровня – электрический конденсатор, емкость которого изменяется в зависимости от изменения уровня жидкости. Конструктивно он представляет собой две или несколько коаксиально расположенных труб или несколько параллельно расположенных пластин, между которыми находится жидкость.

      В сосуд с жидкостью 1 опущен электрод 2, покрытый изоляционным материалом. Электрод вместе со стенками сосуда образует цилиндрический конденсатор, емкость которого изменяется при изменении уровня жидкости. Емкость измеряется электронным блоком 3, который выдает сигнал на вторичный прибор. рис 1

          Для измерения емкости применяют резонансные и мостовые схемы. При резонансном методе контролируемая емкость включается параллельно с индуктивностью, образуя резонансный контур. Изменение емкости приводит к изменению собственной частоты контура и срыву колебаний. Этот метод используется в емкостных сигнализаторах уровня.

        При мостовом методе измерения емкости преобразователь включается в плечо моста. Изменение уровня приводит к изменению емкости, вследствие чего нарушается равновесие моста. Напряжение разбаланса моста фиксируется вторичными измерительными приборами, отградуированными в единицах уровня. Для контроля уровня электропроводных жидкостей применяют омические уровнемеры, которые представляют собой участок электрической цепи, обладающей определенным омическим сопротивлением.

Рис.2

        Принцип действия омического уровнемера основан на замыкании электрической цепи через контролируемую среду. На рис.2, показана схема включения омического сигнализатора уровня для случая, когда резервуар выполнен из токопроводящего материала и выполняет роль второго электрода. При снижении уровня жидкости ниже положения электрода электрическая цепь реле разрывается и в схему сигнализации выдается соответствующий сигнал.

         В настоящее время получили применение высокочастотные резонансные уровнемеры, преобразователи которых выполнены в виде отрезков однородной и неоднородной длинной линии. Основной недостаток электрических уровнемеров – невозможность их применения в вязких, кристализующихся средах, имеющих твердые осадки и налипание на электроды преобразователя.

 

3.2.7 Ультразвуковые уровнемеры

 

         Ультразвуковой метод контроля получил широкое распространение в химической и других областях промышленности, так как

       Обеспечивает бесконтактное измерение уровня агрессивных, взрывоопасных сред при высоких температурах и давлении.

        Он позволяет создать цельносварную конструкцию измерительного элемента. На ультразвуковом методе строятся как уровнемеры, так и сигнализаторы уровня.

       По принципу действия их можно разделить на три группы:

- уровнемеры, работающие по принципу ультразвуковой локации;

- по  принципу «прохождения»;

- демпфирования.

       В уровнемерах, работающих по принципу локации через жидкость или через газ (рис. 3). Мерой уровня служит время распространения импульса до границы раздела сред и обратно.

       Недостатком уровнемеров, работающих по принципу локации через жидкость является зависимость их показаний от свойств жидкости и примесей, которые в ней находятся. Метод локации через газ не имеет этих недостатков, но при излучении ультразвука в газовой среде происходит большая потеря энергии на рассеяние.

         По принципу «прохождения» строится работа сигнализаторов уровня (рис. 3). Сигнализатор содержит два щупа. Принцип работы основан на зависимости прохождения энергии ультразвуковых волн от излучателя к приемнику от акустического сопротивления среды в сигнальном зазоре между щупами.

        Принцип из работы основан на изменении величины энергии ультразвуковых волн, проходящих из одной среды в другую, обусловлено различными акустическими сопротивлениями сред. Недостаток сигнализаторов, работающих на принципе «прохождение» - возможность ложных срабатываний при наличие пузырьков воздуха в сигнальном зазоре. Это исключает их применение при барботаже контролируемой жидкости воздухом. Работоспособность сигнализатора нарушается и при наличии осадков на излучателе и приемнике в сигнальном зазоре.

 

Рис.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Благодаря простоте и надежности поплавковые, буйковые и пьезометрические уровнемеры нашли широкое использование  в местном контроле и сигнализации уровней жидких сред. Электронные емкостные и радиоизотопные уровнемеры используются при контроле агрессивных и взрывоопасных сред, сигнализации аварийных значений уровней и отключении технологического оборудования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1.      Трофимов А.Н. Автоматика, телемеханика, вычислительная техника в химических  производствах. Учебник. Энергоатомиздат. 1985.

 

2.      Фарзане Н.Г., Илясов П.В., Азим-заде  А.Ю. Технологические измерения  и приборы. Учебник. Москва. Высшая школа.1989.

 

3.      Жарковский Б.И. Приборы автоматического  контроля и управления. Учебник.  Высшая школа. 1989.

 

4.      Попов И.А., Грунтович Н.В. Сборник  заданий для самостоятельной  работы по основам теории автоматического  управления (регулирования). Учебное пособие. ВМФ. 1982.

 

5.      Трофимов В.В. Справочник АСУТП.  Справочник. Киев. Техника. 1988.

 

6.      Измерительно-информационные системы.  Учебник. ВМФ. Ч.1. 1990 г.