Измерение уровня

Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль за уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах. Кроме того, зная площадь любой емкости, по величине уровня можно определить количество вещества в ней. Часто по условиям технологического процесса нет необходимости в измерении уровня по всей высоте аппарата. В таких случаях применяют узкопредельные, но более точные уровнемеры. Особую группу составляют уровнемеры, используемые только для сигнализации предельных значений уровня.

Наиболее распространенными приборами для измерения уровня жидкости являются поплавковые, буйковые и гидростатические; для измерения уровня жидкости и твердых сыпучих материалов — емкостные.

Поплавковые приборы. В поплавковых уровнемерах имеется плавающий на поверхности жидкости поплавок, в результате чего измеряемый уровень преобразуется в перемещение поплавка. В таких приборах используется легкий поплавок, изготовленный из коррозионностойкого материала. Показывающее устройство прибора соединено с поплавком тросом или с помощью рычагов. Поплавковыми уровнемерами можно измерять уровень жидкости в открытых емкостях.

Буйковые приборы. В буйковых уровнемерах (рис. 56) применяется неподвижный погруженный в жидкость буек 3.

Рис. 56. Буйковый уровнемер: 1 – рычаг, 2 – промежуточный преобразователь силы в унифицированный сигнал, 3 - буек

Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила F. По закону Архимеда эта сила равна массе жидкости, вытесненной буйком. Но, как видно из рис. 56, количество вытесненной жидкости зависит от глубины погружения буйка, т.е. от уровня в емкости Н. Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень Н преобразуется в пропорциональную ему выталкивающую силу. Поэтому зависимость выталкивающей силы от измеряемого уровня линейная.

В буйковых уровнемерах УБ-П и УБ-Э буек передает усилие на рычаг 1 промежуточного преобразователя 2 (ПП-1 или ПЭ-1). У таких уровнемеров на выходе унифицированный пневматический или электрический сигнал.

Принцип действия буйковых уровнемеров позволяет в широких пределах изменять их диапазон измерения. Это достигается как заменой буйка, так и изменением передаточного отношения рычажного механизма промежуточного преобразователя. Уровнемеры УБ могут измерять уровень в пределах от 0—40 мм до 0—16 м.

Гидростатические приборы. Гидростатический способ измерения уровня основан на том, что в жидкости существует гидростатическое давление, пропорциональное глубине, т. е. расстоянию от поверхности жидкости.

Поэтому для измерения уровня гидростатическим способом могут быть использованы приборы для измерения давления или перепада давлений. В качестве таких приборов обычно применяют дифманометры.

При включении дифманометра 1 по схеме на рис. 57, а перепад давлений на нем будет равен гидростатическому давлению жидкости, которое пропорционально измеряемому уровню H.

Если жидкость в емкости находится под избыточным давлением, то дифманометр 1 включают по схеме на рис. 57, б, причем его плюсовую камеру соединяют с пространством над жидкостью через уравнительный сосуд 2. Этот сосуд заполняют жидкостью, столб которой создает постоянное гидростатическое давление в плюсовой камере дифманометра. Поэтому измеряемый перепад давлений, равный разности гидростатических давлений жидкости в камерах дифманометра, будет пропорционален разности между уровнем в разделительном сосуде Н_мах и измеряемым уровнем Н. Так как уровень в разделительном сосуде постоянен и известен, то его всегда можно учесть в показаниях прибора.

Рис. 57. Измерение уровня дифманометрами: а —в открытой емкости, б —в емкости под давлением, в — для суспензий и шламов; 1 — дифманометр, 2 — уравнительный сосуд

При измерении уровня агрессивных жидкостей дифманометр защищается разделительными сосудами или мембранными разделителями, что позволяет заполнить его камеры и трубки неагрессивной жидкостью.

При измерении уровня суспензий и шламов, осадки которых могут забивать импульсные трубки дифманометров, их непрерывно продувают сжатым воздухом. В этом случае дифманометр 1 включают по схеме на рис. 57, в. Импульсные трубки все время заполнены продуваемым воздухом. При небольшом расходе воздуха его давление в минусовой камере оказывается равным давлению над жидкостью в емкости, а в плюсовой — давлению в жидкости. Поэтому перепад давлений в дифманометре будет равен гидростатическому давлению жидкости и, следовательно, пропорционален измеряемому уровню.

Емкостные приборы. Работа емкостных приборов основана на отличии диэлектрической проницаемости жидкостей от диэлектрической проницаемости воздуха. Простейший первичный преобразователь емкостного прибора представляет собой электрод 1 (металлический стержень или провод), расположенный в вертикальной металлической трубе 2 (рис. 58, а). Стержень вместе с трубой образуют конденсатор. Емкость такого конденсатора зависит от уровня жидкости, так как при его изменении от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости воздуха до диэлектрической проницаемости жидкости.

Рис. 58. Емкостный уровнемер: а — устройство первичного преобразователя уровня, б — электрическая схема уровнемера; 1 — электрод, 2 — труба

Электрическая схема емкостного уровнемера ЭИУ приведена на рис. 58, б. Измерение электрической емкости первичного преобразователя С_х производится неуравновешенным мостом переменного тока, плечами которого являются индуктивности L₁ и L₂, емкость С₁ и емкость первичного преобразователя С _х. При изменении уровня изменяется емкость С_х, что приводит к изменению выходного напряжения моста U.

Емкостные уровнемеры типа ЭИУ могут измерять уровень не только жидкостей, но и твердых сыпучих материалов: цемента, извести и т.п.

Большое распространение получили емкостные сигнализаторы уровня, например ЭСУ-1М и ЭСУ-2М. Для повышения чувствительности их электроды устанавливают в горизонтальном положении. В этом случае погрешность сигнализации не превышает 3 мм.

Условные обозначения приборов для измерения уровня на схеме общей комбинированной по ГОСТ 21.404-85

Обозначение	Наименование
LE	Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения уровня, установленный по месту. Например: датчик электрического или емкостного уровнемера
L1	Прибор для измерения уровня показывающий, установленный по месту. Например: манометр (дифманометр), используемый для измерения уровня
H LSA	Прибор для измерения уровня с контактным устройством, установленный по месту. Например: реле уровня, используемое для блокировки и сигнализации верхнего уровня
LT	Прибор для измерения уровня бесшкальный, с дистанционной передачей показаний, установленный по месту. Например: уровнемер бесшкальный с пневмо- или электропередачей
LCS H	Прибор для измерения уровня бесшкальный, регистрирующий, с контактным устройством, установленный по месту. Например: электрический регулятор-сигнализатор уровня. Буква Н в данном примере означает блокировку по верхнему уровня
L LIA H	Прибор для измерения уровня показывающий, с контактным устройством, установленный на щите. L Например: вторичный показывающий прибор с сигнальным устройством. Буквы Н и L означают сигнализацию верхнего и нижнего уровня

Дата добавления: 2014-01-14