Додати сайт в закладки
Види приладів і перетворювачів для вимірювання рівня
Для вимірювання рівня рідини з постійною щільністю застосовують гідростатичні і буйкові рівнеміри і перетворювачі рівня.
Принцип дії гідростатичних рівнемірів заснований на вимірюванні тиску всередині рідини, що визначається масою стовпа рідини, розташованого між точкою вимірювання і поверхнею рідини в ємності.
Якщо ємність відкрита і рідина, рівень якої вимірюють, не агресивна, то в якості вимірювального приладу застосовують манометри (при висоті ємності
не нижче 4 м) або напоромери (при висоті ємності нижче 4 м), що встановлюються поблизу днища резервуара.
Тиск, що показується приладом, при постійній щільності рідини буде пропорційно рівню рідини.
Для вимірювання рівня агресивних рідин, контакт яких з чутливим елементом неприпустимий, їх відділяють потоком стисненого повітря або газу, який подають в сполучну лінію. В цьому випадку чутливий елемент манометра не контактуватиме з рідиною, рівень якої вимірюють.
Мал. 1 Принципова схемагідростатичного вимірювання рівня: 1 -трубка, 2 -редукціонний мневмоклапан, 3 вентиль, 4 - стакан, 5 - манометр
Гідростатичний перетворювач рівня, побудований за таким принципом, є трубкою 1 (Рис. 1), в яку від редукційного пневмоклапана 2 через вентиль 3 і стакан 4 подають стиснене повітря. При невеликій витраті повітря, який регулюють вентилем за кількістю бульбашок повітря в стакані 4 за одиницю часу, тиск, виміряний манометром 5 дорівнюватиме гідростатичного тиску стовпа рідини між кінцем трубки і поверхнею рідини. При постійній щільності рідини показання манометра будуть пропорційні рівню рідини.
Рівень в ємності, яка знаходиться під тиском р і, вимірюють дифманометром. Перепад тисків (рис. 2 а)p = (p і +p г)т. е. дорівнює гідростатичному тиску рідини.
Мал. 2 Діфманометріческій рівень з прямою (а) і зворотного (б) шкалою: 1, 2 - відбори, 3 - зрівняльний посудину
відбори 1 і 2 (Рис. 2 а)дифманометра встановлюють вгорі і внизу ємності, зрівняльний посудину 3 - на рівні відбору 2 і заливають в нього вимірювану рідину. Посудина з'єднують з відбором 1. У тому випадку, коли над поверхнею рідини знаходяться конденсуються пари або гази, зрівняльний посудину 3 (Рис. 2 б)встановлюють на рівні відбору 1 і з'єднують з ним. При конденсації пари або газів в посудині рівень в ньому залишається постійним, так як надлишки конденсату зливаються в ємність через сполучну лінію і відбір 1. При верхньому розташуванні судини нульового перепаду тиску відповідає максимальне значення вимірюваного рівня і шкала дифманометра буде зворотною. Для вимірювання рівня агресивної рідини в обидві трубки під однаковим тиском (великим рі) і з однаковим витратою продувається стиснене повітря.
Мал. 3 Принципова схема буйкового перетворювача рівня: 1 - камера, 2 - патрубок, 3,5 - важелі, 4 - мембрана, 6 - вантажі, 7 - опора, 8 - коректор нуля
Буйкові вимірювальні перетворювачі рівня застосовують для точного вимірювання рівня рідини в посудинах, що перебувають під тиском до 40 МПа. Вони бувають камерні і безкамерні. В камернихпреобразователях рівня камера 1 (Рис. 3) патрубками 2 під'єднується до посудини, де вимірюють рівень. У камері на важіль 3 підвішений буйок. Через сталеву гнучку мембрану 4 важіль виведений з камери.
Згідно із законом Архімеда при зануренні в рідину на буйок буде діяти виштовхує сила, рівна вазі рідини, витісненої зануреної частиною буйка. Максимальне зусилля, чинне з боку буйка на важіль 3 , Буде при відсутності рідини в камері (нульовий рівень), мінімальне - при повному зануренні буйка. Створюваний момент сили вимірюють і по ньому судять про значення рівня рідини. Діапазон вимірювання перетворювача визначається довжиною поплавка і висотою установки камери на ємності. Оскільки перетворювачі з різними діапазонами вимірювання мають різну масу, для компенсації початкового зусилля передбачений важіль 5 з противагою 6, який може переміщатися по цьому важелю 3.
У безкамерних перетворювачах рівня поплавок поміщений безпосередньо в посудину, в якому вимірюють рівень. Якщо щільність вимірюваної рідини в заздалегідь відомий момент і на певний строк змінюється, шкали приладів переробляють і свідчення коректують.
Вимірювати рівень рідини, зміна щільності якої носить випадковий характер, розглянутими приладами не можна.
Для вимірювання рівня рідини зі змінною щільністю, а також рівня сипучих матеріалів застосовують ємнісні перетворювачі рівня. Дія ємнісних перетворювачів рівнів засноване на зміні ємності електродної системи при зміні вимірюваного рівня. У посудину, в якому вимірюють рівень, вертикально занурюють ізольований електрод (наприклад, трос на ізоляторах). Вимірювальний прилад вимірює ємність конденсатора, обкладинками якого є ізольований електрод і корпус посудини (земля). При зміні рівня змінюється ємність конденсатора, так як змінюється діелектрична проникність середовища між обкладками. Якщо електрод розташувати не вертикально, а горизонтально, то зміна ємності буде відбуватися різко, стрибком, так як рідина або сипучого середовища досягне електрода одночасно по всій поверхні. Різка зміна ємності може бути зафіксовано сигнальним пристроєм.
Питання 30. Класифікація приладів вимірювання рівня. Пристрій і настройка поплавкового вимикача рівня типу Омюв
Класифікація приладів вимірювання рівня
Широке коло завдань, пов'язаних з вимірюванням і регулюванням рівня, зумовив появу великої кількості різних приладів і пристроїв, заснованих на різних принципах дії з різним ступенем складності у виготовленні і налагодженні таких пристроїв і приладів. Відповідно до цього прилади для вимірювання і регулювання рівня поділяються.
поплавковий рівнемір- рівнемір, принцип дії якого заснований на стежить дії поплавця, що плаває на поверхні рідини і переміщається разом з її рівнем.
Поплавкові рівнеміри непридатні для в'язких рідин (дизельного палива, мазуту, смол) через залипання поплавка, обгортування його вузький середовищем.
Найбільш часто поплавкові рівнеміри використовують для вимірювання рівнів у великих відкритих резервуарах, а також в закритих резервуарах з низьким тиском.
буйковий рівнемір- рівнемір, принцип дії якого заснований на вимірюванні переміщення буйка. Буйок на відміну від поплавка не плаває на поверхні рідини, а занурений в рідину і переміщається в залежності від її рівня. Вимірювальним параметром є виштовхує сила потопаючого буйка, величина якої пропорційна глибині його занурення в рідину, при цьому рідина може перебувати під атмосферним, надлишковим чи вакуумметричного й надлишкового тисків.
Буйкові рівнеміри найбільш часто застосовуються для виміру рівня однорідних, в тому числі агресивних рідин, що знаходяться при високих робочих тисках (до 32 МПа), широкому діапазоні температур (від -200 до +600 ° С) і не володіють властивостями адгезії (прилипання) до буйками . Головною особливістю буйкових рівнемірів є можливість вимірювання рівня кордону розділу двох рідин.
Недоліком буйкових рівнемірів є залежність їх точності від щільності і температури вимірюваного середовища, обмеженість використання для великих (понад 16 м) діапазонів вимірювання рівнів рідин і рідин, що володіють адгезією до буйка.
п'єзометричний рівнемір- рівнемір, принцип дії якого заснований на перетворенні гідростатичного тиску рідини в тиск повітря, що подається від стороннього джерела і барботують через шар рідини.
У цього рівнеміра чутливий елемент не знаходиться в безпосередньому контакті з вимірюваним середовищем, а сприймає гідростатичний тиск через повітря, що є його перевагою.
Для пьезометріческіх рівнемірів також характерна похибка вимірювання через щільність вимірюваного середовища.
гідростатичний рівнемір- рівнемір, принцип дії якого заснований на вимірюванні манометром або напорометром гідростатичного тиску рідини, що залежить від висоти її рівня.
Рівнеміри цього виду зазвичай використовують для вимірювання неагресивних незабруднених рідин, що знаходяться під атмосферним тиском.
Недоліком гидростатических рівнемірів є похибка вимірювання при зміні щільності рідини.
Електронні прилади вимірювання рівня- прилади, в основу виміру яких покладено принцип зміни ємності, індуктивності або опору від рівня рідини.
ємнісний рівнемір- рівнемір, принцип дії якого заснований на відмінності діелектричної проникності рідини і повітря.
У зв'язку з цим у міру занурення електродів датчика рівнеміра в рідину змінюється ємність між ними пропорційно рівню рідини в резервуарі.
індуктивний рівнемір- рівнемір, принцип дії якого заснований на тому, що при переміщенні поплавка, обумовлене зміною рівня рідини. Передається на індуктивний датчик.
Завдяки відсутності сальника і пов'язаного з ним тертя досягається більш точна індикація рівня, ніж це має місце при інших електромеханічних методах. Для точних вимірювань необхідна установка механічних направляючих рухів поплавка і феромагнітного сердечника індуктивного датчика.
Уровнемер тиску- рівнемір, який використовує силу тиску стовпа рідини, яка залежить від рівня рідини в ємності.
радіоізотопний приладвикористовує зміна інтенсивності потоку g-випромінювання при проходженні його через вимірювану рідину. Радіоізотопне джерело, наприклад, кобальтові, поміщається у верхній частині резервуара, а детектор, що складається з декількох сцинтиляторів, светоколлекторов і загального фокусирующего пристрою - в нижній частині резервуара. Сигнали з детектора надходять на підсилювач і відліковий пристрій. Зі зміною рівня рідини змінюється число імпульсів в секунду, що сприймаються детектором.
Рівнеміри, що працюють за цим методом, мають незначні похибки (не більше 2-3%), однак вимагають захисту від випромінювання. Вони призначаються для безперервного безконтактного дистанційного вимірювання рівнів різних рідин, в тому числі розплавлених металів і пластмас.
ультразвуковий рівнемір- прилад, в якому для вимірювання використовується ультразвук. У нього входять випромінювач і приймач. Випромінювач посилає ультразвукові імпульси, що представляють собою механічні коливання в діапазоні частот від 20 кГц до декількох мегагерц. Метод заснований на вимірюванні часу проходження сигналу, що використовує принцип ехолота. Випромінювань сигнал відбивається прикордонним шаром рідина-повітря.
Перевага методу - зручність вимірювання рівня заповнення навіть в важкодоступних резервуарах. Недоліком є - великі витрати на п'єзоелектричні вібратори і частотні генератори, що входять до його складу.
радіочастотний рівнемір- прилад, побудований за принципом радара, тобто використовується відображення електромагнітної хвилі від поверхні рідини або розділу двох середовищ (з різною діелектричної проникності).
Пристрій і настройка поплавкового вимикача рівня типу Омюв
Приклади рівнемірів "Омюв" (зліва - направо: Омюв 05; Омюв 09Li; Омюв 22; Омюв 08; Омюв 24;).
Пристрій рівнеміра "Омюв"
До складу рівнеміра входять:
поплавок;
стопорні кільця;
кільцевої магніт;
Принцип роботи та налаштування рівнеміра "Омюв"
Усередині штанги заздалегідь встановлені на необхідному рівні геркони. При зміні рівня поплавок рухається уздовж штанги, і коли досягає герконів, то магнітне поле кільцевого магніту впливає на геркон, і він замикається. При цьому спрацьовує сигналізація про досягнення заданого рівня.
Налаштування рівнеміра "Омюв" здійснюється переміщенням герконів всередині штанги, тим самим задається необхідна величина рівня, при якому відбудеться спрацьовування сигналізації про досягнення рівня.
Схема монтажу рівнемірів "Омюв" різних видів
Практична робота № 2
Тема: вивчення принципу дії рівнемірів.
мета: вивчити принцип дії рівнемірів.
Теоретична частина:
Уровнемер - прилад, призначений для визначення рівня вмісту в відкритих і закритих резервуарах, сховищах і так далі. Під вмістом маються на увазі різноманітні види рідин, в тому числі і газообразующие, а також сипучі та інші матеріали. Рівнеміри так само називають датчиками / сигналізаторами рівня, перетворювачами рівня. Головна відмінність рівнеміра від сигналізатора рівня - це можливість вимірювати градації рівня, а не тільки його граничні значення.
Існує кілька методів вимірювання рівня рідини, що мають свої технологічні можливості, заснованих на різних фізичних принципахдії і володіють як ряд переваг, так і недоліками. За принципом дії рівнеміри для рідин розділяються на механічні, гідростатичні, електричні, акустичні, радіоактивні.
На даний момент існують такі пристрої для вимірювання рівня рідини:
візуальні;
Поплавкові, в яких для вимірювання рівня використовується поплавок або інше тіло, що знаходиться на поверхні рідини;
Буйкові, в яких для вимірювання рівня використовується масивне тіло (буйок), частково занурювальний в рідину;
Гідростатичні, засновані на вимірі гідростатичного тиску стовпа рідини;
Електричні, в яких величини електричних параметрів залежать від рівня рідини;
Ультразвукові, засновані на принципі відображення від поверхні звукових хвиль;
Радарні і хвильове, засновані на принципі відображення поверхні сигналу високої частоти (СВЧ);
Радіоізотопні, засновані на використанні інтенсивності потоку ядерних випромінювань, що залежать від рівня рідини.
Крім класифікації рівнемірів за принципом дії, ці прилади діляться на:
Прилади для безперервного спостереження за рівнем (безперервне вимірювання);
Прилади для сигналізації про граничні значення рівня (дискретний контроль).
До приладів безперервного спостереження відносяться - рівнеміри-покажчики, перетворювачі рівня, покажчики рівня рідини.
До приладів для сигналізації про граничні значення рівня відносяться - сигналізатори рівня, реле рівня, перемикачі рівня, датчики граничного рівня. Розглянемо кожен вид рівнемірів на предмет їх принципу дії, галузі застосування та їхні переваги і недоліки.
візуальні рівнеміри
Найпростіший рівнемір (візуальний) - водомірне скло, в якому використаний принцип сполучених посудин, служить для безпосереднього спостереження за рівнем рідини в закритій посудині. Вказівний скло з'єднують з посудиною нижнім кінцем (для відкритих судин) або обома кінцями (для судин з надлишковим тиском або розрідженням). Спостерігаючи за положенням рівня рідини в скляній трубці, можна судити про зміну рівня в посудині. Скло комплектують вентилями або кранами для відключення їх від посудини і продувки системи.
Не рекомендується використовувати вказівні скла довжиною понад 0,5 м, тому при контролі рівня, що змінюється більше ніж на 0,5 м, встановлюють кілька стекол таким чином, щоб верх попереднього скла перекривав низ наступного.
В даний час водомірні скла використовуються на підприємствах, де застосовуються парові агрегати (наприклад котельні, компресорні, теплостанції і інші).
Поплавкові і буйкові рівнеміри
Поплавкові і буйкові рівнеміри відносяться до механічних.
Поплавкові - рівнеміри з чутливим елементом (поплавком), тоді вимір відбувається за оцінкою положення предмета на поверхні рідини щодо двох точок вимірювань.
Буйкові рівнеміри, принцип дії яких заснований на вимірюванні виштовхує сили, що діє на буйок (закон Архімеда). Переміщення поплавця або буйка через механічні зв'язку або систему дистанційної (електричної або пневматичної) передачі повідомляється вимірювальній системі приладу.
1 - поплавок, 2 - поплавковий гнучкий трос, 3 - вантаж, 4 - шкала.
Мал. 2. Поплавкові рівнеміри з плаваючим поплавцем
Поплавкові вимірювальні прилади діляться на уравнемери вузького і широкого діапазонів.
Поплавкові рівнеміри вузького діапазонуявляють собою пристрої, що містять кулястий поплавець, виконаний з нержавіючої сталі, який плаває на поверхні рідини і через штангу і спеціальне ущільнення з'єднується або зі стрілкою вимірювального приладу, або з перетворювачем кутових переміщень в уніфікований електричний або пневматичний сигнали.
Поплавкові рівнеміри широкого діапазонувдають із себе поплавок, пов'язаний з противагою гнучким тросом, в нижній частині противаги закріплена стрілка, що вказує значення рівня рідини в резервуарі.
Важливою характерною особливістю поплавцевих рівнемірів, є висока роздільна здатність приладу 0,1 мм і точність вимірювань - 1 мм.
Область застосування поплавкового методу вимірювання рівня дуже широка. Його не можна застосовувати тільки в середовищах, що утворюють налипання, а також -отложеніе осаду на поплавок.
Типовим застосуванням поплавцевих рівнемірів є вимір рівня палива, масел, легких нафтопродуктів у відносно невеликих ємностях і цистернах. Поплавковий метод може з успіхом застосовуватися в разі пінних рідин, а для липких середовищ існують вібраційні поплавкові покажчики рівня рідини.
Висновок: виконуючи дану роботу, Я я ознайомилася з принципом дії рівнемірів.
гідростатичні рівнеміри
Вимірювання рівня гидростатическими рівнемірами засноване на зрівноважуванні тиску стовпа рідини в резервуарі тиском стовпа рідини, яка заповнює вимірювальний прилад, або реакцією пружинного механізму приладу.
Мал. 3. Уровнемер-манометр з трубчастою пружиною
Вимірювання гідростатичного тиску здійснюється:
датчиком надлишкового тиску (манометром), що підключається на висоті, що відповідає нижньому граничному значенню рівня;
диференціальним манометром, що підключається до резервуару на висоті, що відповідає нижньому граничному значенню рівня, і до газового простору над рідиною;
вимірюванням тиску газу (повітря), що прокачується по трубці, опущеної в заповнює резервуар рідина на фіксовану відстань (п'єзометричний метод).
Найбільш широкого поширення набули прилади вимірювання рівня з використанням диференціальних датчиків тиску (дифманометрів). Ці схеми з успіхом застосовуються для вимірювання рівня рідини в технологічних агрегатах, що знаходяться під надлишковим тиском.
За конструкцією гідростатичні датчики діляться на два типи: стаціонарні (мембранні) або заглибні (дзвіниці). У першому випадку датчик з'єднаний з мембраною і прилад встановлюється внизу ємності. У разі погружного датчика чутливий елемент занурений в робоче середовище і передає тиск рідини на сенсор через стовп повітря запаяний в підводить трубці.
Типове застосування гідростатичних уровнеметров - для однорідних рідин в ємностях без істотного руху робочого середовища, а також чекаючи паст і в'язких рідин. За допомогою диференціальних датчиків тиску можливо також вимірювання рівня рідини у відкритих резервуарах, рівня розділу рідин.
До достоїнства даних рівнемірів можна віднести простоту конструкції і дешевизну. Однак у гідрастатіческіх покажчиків рівня рідини є істотні недоліки - відносно низька (у порівнянні з іншими методами) точність вимірювання і обмеженість застосування через те, що монтаж пристрою на дні резервуара вимагає постійної щільності середовища.
електричні рівнеміри
В електричних рівнемірах рівень рідини перетворюється в будь-якої електричний сигнал. Електричні уравнемери бувають ємкісні і кондуктометрические.
У ємнісних рівнемірах чутливим елементом служить перетворювач - конденсатор, ємність якого змінюється пропорційно зміні рівня рідини. Перетворювачі виконують циліндричного і пластинчастого типів, а також у вигляді жорсткого стержня. При вимірюванні рівня агресивних, але неелектропровідних рідин обкладання перетворювача виконують з хімічно стійких сплавів або покривають тонким антикорозійного плівкою. Покриття обкладок тонкими плівками застосовують також при вимірюванні рівня електропровідних рідин.
Дія кондуктометрического (омічного) покажчика рівня рідини засноване на вимірі опору між електродами, поміщеними в вимірювану середу (одним з електродів може бути стінка резервуара або апарату). Прилад являє собою електромагнітне реле, що включається в ланцюг між електродом і контрольованим матеріалом.
Омічні рівнеміри використовують для сигналізації і підтримки в заданих межах рівня виключно електропровідних рідин в ємностях, бойлерах, контейнерах або відкритих каналах, а також для управління насосами в дренажах, водних установках і ємностях.
ультразвуковий рівнемір
В акустичних, або ультразвукових, рівнемірах використовується явище відбиття ультразвукових коливань від площини розділу контрольована середовище (рідина) - газ. Ці прилади відрізняються за діапазонами вимірювання, версіями датчика і мають різні технологічні приєднання.
Прилад складається з електронного блоку (ЕБ), п'єзоелектричного випромінювача (перетворювача) і вторинного приладу.
Електронний блок складається з генератора, що задає частоту повторення імпульсів, генератора імпульсів, що посилаються в вимірювану середу, приймального підсилювача і вимірювача часу. Електричний імпульс, перетворений в ультразвукової в випромінювачі, поширюється в газовому середовищі, відбивається від кордону розділу «рідина - повітря» і повертається назад, впливаючи через деякий час на той же випромінювач. Далі перетворюється в електричний сигнал. Обидва імпульсу: і посланий і відбитий, розділені в часі, надходять на підсилювач.
Властивості середовища не впливають на точність вимірювання, отриманого ультразвуковим методом, тому ультразвуковим рівнеміром може вимірюватися рівень агресивних, абразивних, в'язких і клейких речовин. Однак необхідно пам'ятати, що на швидкість поширення ультразвуку впливає температура повітря в середовищі його роботи. Швидкість ультразвуку залежить і від складу повітря і його вологості.
До безперечних переваг використання акустичних покажчиків рівня рідини відносяться: безконтактна, можливість використання в забрудненому середовищі, а також у різного виду рідинах, відсутність високих вимог до зносостійкості і міцності обладнання, незалежність від щільності рідини.
Але є і недоліки, на які варто звернути увагу: велика розбіжність конуса випромінювання, можливість виникнення помилок вимірювання при відображенні від нестаціонарних перешкод (наприклад, мішалок), може використовуватися тільки в резервуарах з нормальним атмосферним тиском (що відмежовує сферу застосування), на сигнал надають вплив пил, пар, газові суміші і піна, що утворюється на поверхні.
Радарні рівнеміри.
На даний момент є безліч найрізноманітніших методів вимірювання рівня, що дають можливість отримувати інформацію як про граничні, так і про поточні його значеннях. Однак мало хто в можуть бути реалізовані в промислових системах. Деякі з реалізованих методів є унікальними, і випадки їх застосування можна перерахувати по пальцях, інші набагато більш універсальні і тому широко використовуються. Але є і методи, вдало поєднують в собі і унікальність, і універсальність. Саме до них відноситься мікрохвильовий безконтактний метод, в просторіччі іменований радарних.
Радарний рівнемір найбільш використовуваний в сучасному виробництві. Принцип дії його заснований на вимірюванні часу переотражения від поверхні розділу газ - контрольованому середовищі високочастотних радіохвиль.
Результатом обробки є значення того чи іншого параметра об'єкта: дальність, швидкість, напрямок руху або інших. У радарних рівнемірах застосовуються СВЧ-сигнали з частотою, що лежить в діапазоні від 5,8 до 26 ГГц.
В даний час в радарних системах контролю рівня застосовуються в основному дві технології: з безперервним частотно-модульованим випромінюванням (FMCW - frequency modulated continuous wave) і імпульсним випромінюванням сигналу.
Технологія FMCW заснована на реалізації непрямого методу вимірювання відстані. Уровнемер випромінює мікрохвильовий сигнал, частота якого змінюється безперервно за лінійним законом між двома значеннями. Відбитий від поверхні рідини, щоб покращити якість сигналу тієї ж антеною і аналізується за допомогою програмного забезпечення. Його частота порівнюється з частотою сигналу, випромінюваного в даний момент часу. Значення різниці частот прямо пропорційно відстані до контрольованого об'єкта.
У радарах ж імпульсного типузастосовується метод визначення відстані, заснований на безпосередньому вимірі часу проходження НВЧ-імпульсу від випромінювача до поверхні рідини і назад. Час проходження сигналом відстані в кілька метрів становить одиниці наносекунд, тому отримання точного вимірювання настільки малих значень вимагають спеціальних методів обробки сигналу. Для вирішення цього завдання використовується перетворення мікрохвильового імпульсу в ультразвукової сигнал. В результаті перетворення до обробки сигналів радарного рівнеміра легко застосовуються схеми, які використовуються в акустичних покажчиках рівня рідини.
При порівнянні характеристик двох типів мікрохвильових покажчиків рівня, можна побачити, що радарні рівнеміриімпульсного типу мають ряд переваг перед пристроями, що використовують технологію FMCW: економічність енергоспоживання, менша вартість, більш висока надійність (за рахунок меншої кількості комплектуючих).
Найважливішим елементів радарного рівнеміра, що впливає на формування сигналу, є розмір і тип антени. Від антени залежить, яка частина ізлучённого сигналу досягне поверхні контрольованого середовища і яка частина відбитого сигналу буде прийнята і передана на електронний блок для обробки. У мікрохвильових системах контролю рівня використовуються антени п'яти типів: рупорна (або конічна); стрижнева; трубчаста; параболічна; планарная.
Самою універсальною є рупорна. Цей тип антени може використовуватися у великих ємностях, застосовується в різних (в тому числі складних) умовах, забезпечує вимірювання до 35 ... 40 м (в умовах спокійної поверхні), дозволяє працювати з великим діапазоном середовищ по діелектричної проникності.
Стрижнева антена також широко застосовується. Радарні рівнеміри з цим видом антени використовуються в невеликих ємностях: агресивними середовищами, хімічними речовинами, гігієнічними продуктами. Стрижнева антена застосовна і в разі, коли доступ в ємність обмежений малими розмірами патрубка. Антени покрита шаром захисної ізоляції, проводить вимірювання на відстанях до 20 м.
Трубчаста антена - це надбудований подовжений хвилевід, через це вона дозволяє випускати найбільш сильний сигнал за рахунок зниження розсіювання. Такі антени застосовують в тих випадках, коли проведення вимірювання за допомогою рупорної абострижневий антени пов'язано з великими труднощами або просто неможливо (налічін піни, сильного випаровування або високої турбулентності рідини).
У системах комерційного обліку застосовуються антени параболічного та планарного типів, так як вони забезпечують особливо високу точність вимірювань.
На сьогоднішній день радарні рівнеміри є найбільш універсальними, так як їх експлуатація забезпечує мінімальний контакт вимірювального пристрою з контрольованим середовищем, вони можуть працюють незалежно від змін температури і тиску (причому радарні покажчики рівня рідини застосовні в таких умовах, в яких неможливе використання інших методів) .
Радарні рівнеміри мають велику стійкість до таких факторів як запиленість, випаровування з контрольованої поверхні, піноутворення, володіють високою точністю. Однак недоліком радарного методу є дорожнеча таких приладів.
хвилеводні рівнеміри
Хвилеводні рівнеміри застосовуються в малих і вузьких резервуарах, оскільки радіоімпульси направляються по зонду, а не вільно поширюються в просторі резервуара. У разі необхідності знімна голова датчика дозволяє замінювати модуль електроніки, не порушуючи герметичності резервуара, що може бути важливо при вимірюванні рівня зріджених газів і аміаку.
Хвилеводний рівнемір складається з наступних основних елементів: корпус, електронний модуль, фланцеве або різьбове з'єднання з резервуаром і зонд. Корпус рівнеміра, що складається з двох незалежних відсіків (відсік електроніки і клемний відсік для підключення кабелів), може бути знятий з зонда, при цьому, що важливо, відкривати резервуар не потрібно. Крім того, корпус такої конструкції підвищує надійність і безпеку рівнеміра при експлуатації в небезпечних виробництвах. Електронний модуль випромінює електромагнітні імпульси, які поширюються по зонду, виконує обробку відбитого (прийнятого) сигналу і видає інформацію в вигляді аналогового або цифрового сигналу на вбудований рідкокристалічний індикатор або в систему вимірювання.
Залежно від умов процесу виробництва і властивостей середовища, підлягає вимірюванню, використовується один з п'яти типів зондів: коаксіальний, жорсткий двухстержневой, жорсткий одностержневой, гнучкий двопровідний і гнучкий Однопровідна.
Коаксіальний зонд застосовується, коли необхідно вимір рівня зовнішньої поверхні і рівня розділу двох рідин, наприклад, розчинників, спиртів, водних розчинів, зріджених газів і рідкого аміаку. Цей зонд забезпечує найвищу відношення сигнал / шум. Рекомендується для вимірювання рівня рідин з низькою діелектричною проникністю, в умовах турбулентності, в в умовах виникнення піни або потоків рідини або пари поблизу зонда, так як оболонка коаксіального зонда працює як заспокійливий колодязь.
Двухстержневой жорсткий або двухпроводной гнучкий зонди рекомендуються для вимірі рівня рідин (нафтопродукти, розчинники, водні розчини і т.п.). Можливе застосування для вимірювання рівня та розподілу рідких середовищ. Можуть застосовуватися з в'язкішими рідинами, ніж рекомендовано для коаксіального зонда. Однак не варто застосовувати його при наявності липких середовищ.
Одностержневой жорсткий або однопровідною гнучкий зонди менш сприйнятливі до налипання середовища і утворення наростів. Вони можуть застосовуватися для в'язких рідин, суспензій, водних розчинів і алкогольних напоїв, а також використовуватися у фармацевтичній промисловості. Застосовуються для вимірювання рівня в'язких рідин, наприклад, сиропу, меду і т.п., а також водних розчинів.
радіоізотопні рівнеміри
Рівнеміри з радіоізотопними випромінювачами діляться на дві групи:
зі стежить системою, для безперервного вимірювання рівня;
сигналізатори (індикатори) відхилення рівня від заданого значення.
Принцип дії таких пристроїв заснований на ступеня поглинання проходить через речовину в резервуарі гамма-променів, що проходять вище або нижче рівня розділу двох середовищ різної щільності. Приймач і випромінювач радіаційного випромінювання переміщаються по всій висоті ємності на спеціальних стрічках за допомогою реверсивного електромотора. Комплект приладу складається з трьох блоків: перетворювача, що містить джерело і приймач випромінювання; електронного блоку; показує приладу.
Використання приладів з радіоізотопними випромінювачами доцільно там, де інші методи вимірювання непридатні, так як цей метод радіаційно небезпечний і вимагає додаткових засобів безпеки для персоналу.
Як ми бачимо, при виборі рівнеміра необхідно враховувати такі фізичні і хімічні властивості контрольованого середовища, як температура, абразивні властивості, в'язкість, електрична провідність, хімічна агресивність і т.д. Крім того, слід брати до уваги робочі умови в резервуарі або біля нього: тиск, вакуум, нагрівання, охолодження, спосіб заповнення або спорожнення (пневматичний або механічний), наявність мішалки, огнеопасность, вибухонебезпечність, піноутворення і інші інші.
Для кожної промислової галузі існують свої методи і прилади. Ознайомившись з пристроєм і умовами експлуатації різних уравнемеров, можна робити вибір на користь того чи іншого методу вимірювання рівня рідини. Також варто враховувати надійність, якість і вартість приладів.
Уровнемер - прилад, для визначення рівня вмісту в закритих і відкритих резервуарах, судинах, сховищах та інших ємностях. Під вмістом маються на увазі різноманітні види рідин, в тому числі і газообразующие, а також сипучі та інші матеріали. Рівнеміри так само називають датчиками / сигналізаторами рівня, перетворювачами рівня. Головна відмінність рівнеміра від сигналізатора рівня - це можливість вимірювати градації рівня, а не тільки його граничні значення.
Існують різноманітні методи вимірювання рівня - контактні і безконтактні.
Рівнеміри з контактними методами вимірювання рівня:
- хвилеводний (стрижневий) рівнемір;
- поплавковий рівнемір;
- ємнісний рівнемір;
- гідростатичний рівнемір;
- буйковий рівнемір.
Рівнеміри з безконтактними методами вимірювання рівня:
- рівнеміри, зондувальні звуком;
- рівнеміри, зондувальні електромагнітним випромінюванням;
- рівнеміри, зондування радіаційним випромінюванням.
Стрижневою рівнемір використовує мікроімпульсної метод вимірювання рівня. Стрижневою рівнемір - це надійне рішення для безперервного вимірювання навіть в умовах турбулентності і наявності піни на поверхні продукту. Особливість конструкції стрижневого рівнеміра така, що на точність вимірювання не впливають вологість середовища, пил, тиск пара, щільність, температура, провідність продукту і внутрішні конструкції резервуару. Залежно від моделі стрижневого рівнеміра і виконання можливе вимірювання загального і міжфазного рівня.
Стрижневою мікроімпульсної рівнемір використовує високочастотні електромагнітними імпульсами, що проходять по всій довжині вимірювального зонда. Як тільки імпульс досягає поверхні продукту, змінюється хвильовий опір і частина енергії імпульсу відбивається. Час між випромінюванням і отриманням відбитого імпульсу вимірюється і аналізується приладом, і на його основі обчислюється пряме значення рівня від приєднання до процесу до поверхні продукту.
Рідина - речовина, що володіє властивістю текти і приймати форму посудини, в якому воно знаходиться.
Датчики рівня рідини необхідні для контролю рівня рідин в ємностях або трубопроводах. За функціоналом датчики рівня діляться на рівнеміри й сигналізатори.
Датчики рівня рідини діляться на два типи: контактні (весь датчик або його частина контактує з вимірюваним середовищем) і безконтактні (вимір відбувається без контакту з рідким середовищем). Кожен з цих типів має переваги і недоліки і знаходить своє застосування в тій чи іншій області.
Контактний тип датчиківяк правило застосовується в процесах, які мають фактори, що ускладнюють роботу обладнання.
До таких факторів можна віднести:
- температури понад + 90 ° С;
- тиск понад 3 бар.
У тому числі переважно контактні датчики використовують для вимірювання рівня пінних рідин (молоко, пиво, соки, газ. Вода та ін.). З огляду на розсіювання сигналу і отримання некоректних результатів при вимір безконтактним методом, рівень рідини в високих вузьких резервуарах також рекомендовано контролювати за допомогою контактних приладів.
безконтактні датчикирівня рідин застосовуються там, де необхідно уникнути згубного впливу фізико-хімічних властивостей вимірюваної рідини. На процес вимірювання і працездатність датчика можуть впливати:
- в'язкі рідини (згущене молоко, варення, нафтопродукти, гліцерин і ін.);
- агресивні рідини (лугу, кислоти).
Всі датчики рівня рідини розрізняються не тільки за функціоналом (рівнеміри / сигналізатори), типу (контактні / безконтактні), але і найголовніше - за принципом дії.
| Рівнеміри | сигналізатори | |
| контактні | ємнісні | Ємнісні / Ємнісне-частотні (RF) |
| гідростатичні | гідростатичні | |
| байпасні | Оптичні | |
| магнітострикційні | вібраційні | |
| магнітні | поплавкові магнітні | |
| Мікрохвильові рефлексні | поплавкові кабельні | |
| буйкові | кондуктивні | |
| безконтактні | ультразвукові | ультразвукові |
| Мікрохвильові радарні | ||
| радіоізотопні |
Детальний опис кожного принципу дії, їх переваги та недоліки ви зможете знайти на сторінках нашого сайту, в цій статті зупинимося на ключових відмінностях і застосуваннях того чи іншого датчика рівня рідини.
Ємнісні датчики рівня- це економічне рішення для контролю рівня там, де не виникає спінювання і налипання середовища на датчик, а також там, де не потрібна висока точність вимірювання рівня. Як правило застосовується для вимірювання рівня води в невеликих резервуарах. Для харчових продуктів і агресивних середовищ рекомендовані моделі з пластиковим покриттям вимірювального зонда. Істотним недоліком є висока похибка при вимірюванні рідин з низькою діелектричною проникністю (ε = 1,5 ... 3,0), а також нездатність працювати з діелектричними рідинами.
Однак виробникам вдалося вирішити проблему виявлення рідин з низькою діелектричною проникністю і проблему визначення кордону розділу середовищ з близькими значеннями діелектричної константи. Ємнісне-частотний сигналізатор на відміну від ємнісного, завдяки RF-технології та тонкій настройціздатний детектувати слабкопровідних рідини і одночасно не реагувати на піну.
Гідростатичні рівнеміри й сигналізаторимають більш високу точність вимірювання в порівнянні з ємнісними і таку ж невисоку вартість. Тому є оптимальним вибором по співвідношенню ціна / якість. Обчислення значення рівня відбувається завдяки вимірюванню тиску стовпа рідини, тому гідростатичні датчики застосовуються в відкритих резервуарах або в закритих, але в яких тиск повітряного середовища відповідає атмосферному, в іншому випадку рівнемір видасть некоректні результати. У тому числі на визначення рівня впливає щільність рідини, для застосування гідростатичних рівнемірів необхідно бути впевненим, що її значення залишається постійним протягом всього часу вимірювання. Тому не рекомендується використовувати гідростатичний метод визначення рівня для рідин зі змінною щільністю (радіохімічне виробництво, нафтопродукти при зміні температури). Застосовуються для контролю рівня чистих і стічних вод, рідких харчових продуктів або хімічних речовин, не реагують на піну. Є фактично безальтернативним рішенням для вимірювання рівня води в свердловинах.
Робота байпасних рівнемірівзаснована на принципі сполучених посудин, що робить процес вимірювання дуже наочним і зрозумілим. Такі рівнеміри застосовуються в невеликих резервуарах, що знаходяться під тиском з температурою робочого середовища до +250 ° С. Можуть використовуватися спільно з магнітострикційними рівнемірами, що дозволить їх інтегрувати в АСУ. Байпасні рівнеміри не слід застосовувати з в'язкими рідинами або рідинами в'язкість яких підвищується при зниженні температури, так як температура рідини в байпасній камері через теплових перемичок в сполучної арматури нижче ніж в сполучених з ним посудині.
магнітострикційніі магнітні рівнеміривідносяться до типу поплавцевих, це означає, що поплавок «лежить» на поверхні рідини і вимір рівня відбувається відносно положення цього поплавка. Такі рівнеміри відрізняються більшою точністю, особливо магнітострикційні. Їх доцільно застосовувати при комерційному обліку світлих нафтопродуктів, хімічних речовин та інших дорогих рідин. Поплавкові рівнеміри підходять для вимірювання рівня пінних рідин, проте не застосуємо з в'язкими рідинами.
Мікрохвильові рефлексні рівнеміриконструктивно складаються з електронного блоку і хвилеводу. Довжина хвилеводу повинна відповідати висоті резервуара, що обмежує застосування датчиків в високих резервуарах. З такою бідою стикаються всі датчики з аналогічною конструкцією (ємнісні, магнітні, магнітострикційні). Однак принцип дії і конструкція рефлексного датчика робить його високоточним і придатним для використання у важких умовах ( висока температураі тиск), а також з пінистими і налипає рідинами. Цей вид рівнемірів можна назвати найбільш універсальним, придатними для застосування фактично з будь-якими рідинами, не залежно від тиску повітряного середовища над поверхнею рідини або діелектричної проникності середовища.
буйкові рівнеміри- це датчики для важких умов, в яких до всього іншого потрібна висока точність вимірювань. Принцип роботи буйкових рівнемірів схожий з роботою поплавцевих датчиківі заснований на використанні закону Архімеда. Деякі моделі здатні забезпечувати неперевершені результати вимірювання при температурах від -196 ° С до + 500 ° С і тиск робочого середовища до 414 атмосфер. Від сюди складається висока вартість. Як правило використовуються на нафтосховищах і в хімічній промисловості.
Це універсальний пристрій безперервного виміру рівня рідин. Володіє всіма перевагами безконтактного методу вимірювання та відрізняється вкрай високою точністю. Застосуємо з усіма рідкими середовищами, винятком в деяких випадках може стати піна. На заваді для імпульс-радарного рівнеміра може стати газова подушка над поверхнею рідини, в такому випадку слід застосовувати FMCW-радарні рівнеміри. Найкраще застосування таких датчиків - це резервуари з повільною зміною рівня рідини, де важлива висока точність вимірювання. Недоліком може стати їх висока вартість.
Ультразвукові датчики рівняще один безконтактний тип датчиків. За великим рахунком, саме ультразвукові датчики найбільш часто застосовуються для безконтактного контролю рівня рідини. Адже далеко не завжди важлива дуже висока точність вимірювання як у радарних датчиків, а вартість таких пристроїв в кілька разів нижче. Обмеження на застосування накладають пінисті рідини і ємності в яких утворюється газова подушка (ємності з азотною кислотою), власне, як і в випадку з імпульс-радарними рівнемірами.
Оптичні сигналізатори рівня рідин- це мініатюрні датчики, призначені для контролю рівня в невеликих ємностях і резервуарах, що знаходяться під вібрацією.
вібраційні сигналізаториабо як їх ще називають «Вібровілкі»врізаються в ємність на необхідних рівнях. Чутливий елемент постійно вібрує, що дозволяє використовувати датчик з в'язкими і пінистими рідинами, не боячись помилкових спрацьовувань. Такі датчики мають середню точність і вартість, щодо інших сигналізаторів.
поплавкові сигналізаторинайбільш прості і економічні пристрої контролю рівня води і стічних вод, а також слабоагресивних рідких середовищ. Поплавкові сигналізатори діляться на два типи - це поплавкові кабельні й поплавкові магнітні сигналізатори. Відмінність полягає в тому, що кабельні мають певну довжину кабелю і занурюються в рідину через верх резервуара, а магнітні врізаються в бічну стінку ємності на необхідному рівні. Для агресивних середовищ поплавок і кабель виготовляються з різних пластиків. Як правило їх застосовують для включення / відключення насосів. Відрізняються низькою ціною і невисокою точністю.
У харчовій промисловості в багатьох технологічних процесах необхідно вимірювати рівень рідких або сипучих матеріалів, сигналізувати про досягнення ними максимального або мінімального значення, щоб не допустити переливів або недосипів, або неприпустимо низького рівня.
Прилади для вимірювання рівня ділять на дві групи:
Рівнеміри, що дають безперервну інформацію про становище рівня в ємності в будь-який момент часу;
Сигналізатори, що дають сигнал про досягнення рівнем фіксованого значення (верхній, нижній, середній і т.п., в залежності від того, де встановлені чутливі елементи).
У промисловості використовуються рівнеміри, засновані на самих різних фізичних принципах. Розглянемо основні.
МЕХАНІЧНІ рівнемірів
Гідність цих рівнемірів: простота, надійність і невисока вартість.
Види механічних рівнемірів: поплавкові, мембранні, контактно-механічні та вібраційні.
Поплавкові.Принцип дії: рух поплавця, що плаває на поверхні рідини передається вимірювальної частини приладу. Ці прилади широко використовуються в якості сигналізаторів граничних рівнів неагресивних, слабо кристалізуються, неналіпающіх рідин.
Мембранні уровнемepи.Використовуються для вимірювання рівня сипучих, що не злежуються речовин, наприклад, зерна. Сигналізатор рівня кріпиться в cтeнкe бункера. Зерно тисне на гнучку мембрану, що призводить до перемикання електричних контакту мікроперемикача. (Використовуються ці уровнемepи і в хлібопекарській промисловості для контролю за опарою, тестом. Тільки повинен бути забезпечений уxoд - очищення мембран).
Koнтактно-механічні уровнемepи. Використовувалися для вимірювання рівня сипучого матеріалу в широкому діапазоні. За допомогою електромеханічної лебідкина поверхню матеріалу опускається спеціальний щуп. Коли щуп опуститься на поверхню сипучого матеріалу, натяг троса ослабне, електролебідка зупиниться. У цей момент відраховуються свідчення на відліковому пристрої (по довжині троса). Потім лебідка включається і щип піднімається.
вібраційні уровнемepи. Зазвичай вібраційні датчики мають форму камертона, який в повітрі коливається на власній резонансній частоті. Коли пластини камертона покриваються продуктом, в варіанті датчика для рідин змінюється частота коливань, а у варіанті датчика для сипучих матеріалів - амплітуда. Параметри коливань сприймаються приймачем і подаються на підсилювач.
У вібраційних датчиках відсутні рухливі деталі, і вони не вимагають технічного обслуговування, У харчовій промисловості вібраційні перемикачі замінюють поплавкові рівнеміри (для рідин) і перемикачем (для сипучих матеріалів).
Коротко про головне:
Занурюються в аналізовану середу деталі вібраційних датчиків виготовлені з добре відполірованого металу і відповідають гігієнічним стандартам;
Вібраційні датчики можуть використовуватися при температурах до 150ºС і тисках до 40 бар або 16 бар;
Дія перемикачів не залежить від електричних характеристикпродукту, щільності піни, турбулентності і сторонніх вібрацій. Датчики можуть використовуватися в високов'язких продуктах;
Не вимагають калібрування. Арматура дозволяє без праці провести регулювання точки спрацьовування.
Основні недоліки:
Щільність середовища повинна бути більше 30 г / л (для рідин) і 0,5 г / см 3 (для сипучих речовин);
При розмірі часток більше 10 мм ці датчики застосовувати не можна.
гідростатичного рівнемірів
Ці уровнемepи засновані на вимірі тиску стовпа рідини або виштовхує сипи, що діє на тіло, занурене в рідину.
У харчовій промисловості використовуються буйкові, пьезометрические (барботажні), гідростатичні рівнеміри-манометри і дифманометри.
буйкові уровнемepизасновані на вимірі виштовхує сили, що діє на буйок, занурений в рідину і утримуваний в ній за допомогою пружини або торсіонної трубки. Урівноважує сила - зусилля зворотнього зв'язкурозвивається силовим механізмом зворотного зв'язку - електричним або пневматичним. Випускається велика номенклатура буйкових рівнемірів, сигналізаторів і регуляторів з механічною, пневматичною і електричною системоюдистанційної передачі. Классточності приладів 1 і 1,5. Гранично допустимий робочий надлишковий тиск 10 МПа.
П'єзометричного уровнeмеpи.Через шар рідини в резервуарі продувають очищене повітря. Уровнемер (рис. 2.8) складається з опускається в резервуар трубки 1, до якої приєднується манометр 5 для вимірювання тиску Р в трубці, а отже, і статичного напору рідини, пропорційного висоті стовпа рідини Н над вихідним отвором барботажной трубки.
Тиск повітря в трубці вимірюють за допомогою манометра.
Ці прилади можна використовувати для вимірювання рівня агресивних, забруднених і бистрокрісталлізующіхся рідин. Tочность вимірювань + 1,5% при постійній щільності рідини.
Гідростатичні рівнеміри-манометри і дифманометризасновані на вимірі тиску, створюваного стовпом рідини. Це тиск визначається за допомогою манометрів. Гідростатичні перетворювачі рівня є найбільш простими засобами вимірювання і тому найбільш широко використовуються в харчовій промисловості. Тензодатчик перетворює тиск, який чиниться рідиною на діафрагму в електричний сигнал. У тому випадку, коли щільність рідини відома, сигнал забезпечує безпосередню індикацію рівня.
Коротко про головне:
Випускається велика кількість різних типів чутливих діафрагм, що встановлюються за допомогою пристроїв, що відповідають санітарно-гігієнічним нормам;
Характеризуються високою надійністю в роботі, не вимагають технічного обслуговування. Можуть використовуватися в вузьких, пастоподібних і піноподібних середовищах;
Забезпечують стабільні вимірювання в процесі перемішування (в турбулентному середовищі);
Ідеальні при вимірюванні рівня продуктів з мінливими електричними параметрами;
Застосування перетворювача перепаду тисків і другого датчика тиску і перерахункових пристрою дозволяє проводити вимірювання рівня в ємності високого тискуі резервуарах, що знаходяться під вакуумом;
Значення рівня вимірюється з високою точністю.
недоліки:
Можуть використовуватися тільки для вимірювання рівня рідини;
Не придатні для вимірювання рівня рідин, що мають температуру вище 100 ° С.