Гидростатические уровнемеры

В этих уровнемерах измерение уровня Н жидкости постоянной плотности r сводится к измерению гидростатического давления p, создаваемого жидкостью:

. (8.1)

Гидростатический уровнемер, в котором гидростатическое давление жидкости измеряется дифманометром, называется дифманометрическим.

Схема подключения дифманометра к открытому резервуару, находящемуся под атмосферным давлением, изображена на рис. 8.2.

Обе импульсные трубки дифманометра заполняются контролируемой жидкостью (если она не агрессивна).

Дифманометр измеряет разность давлений и, действующих на его чувствительный элемент. В соответствии с (8.1) можно записать выражения для этих давлений:;. Таким образом, дифманометр будет измерять перепад давлений, выражающийся через контролируемый уровень Н,

. (8.2)

Рис. 8.2. Схема подключения дифманометра
при измерении уровня в открытом резервуаре

Если плотности и жидкости в обеих импульсных трубках одинаковы и если, то

, (8.3)

где.

Из (8.2) и (8.3) видно, что дифманометрический уровнемер измеряет «весовой» уровень, т.е. его показания будут изменяться при изменении плотности контролируемой среды. Погрешность в показаниях появится также, если имеется разность плотностей и в импульсных трубках (для исключения этой погрешности импульсные трубки прокладываются рядом). Наконец, формула (8.3) справедлива только в том случае, если уровень жидкости в «минусовой» импульсной трубке будет неизменным при изменении контролируемого уровня Н.

Метод измерения уровня дифманометрами обладает рядом достоинств. Такие уровнемеры отличаются механической прочностью, простотой монтажа, надежностью. Но им присущ один существенный недостаток: чувствительный элемент дифманометров находится в непосредственном контакте с контролируемой средой. При измерении уровня агрессивных сред это вызывает необходимость либо использования специальных материалов для дифманометров, либо применения схем подключения дифманометров, не допускающих попадания активных сред в дифманометр, например, включения в импульсные линии разделительных устройств, продувка импульсных линий чистой водой и т.д.

Примером измерительных преобразователей для измерения уровня жидкости, работающих на принципе измерения гидростатического давления, является интеллектуальный датчик давления серии «Метран-100-ДГ».

Датчик предназначен для измерения и непрерывного преобразования в унифицированный аналоговый токовый сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART, или цифровой сигнал на базе интерфейса RS -485 величины гидростатического давления.

Конфигурирование датчика в зависимости от модели микропроцессорного преобразователя (МП):

- кнопками со встроенной панели;

- с помощью HART-коммуникатора или HART-модема и программы HART - Master и компьютера;

- с помощью цифрового интерфейса RS -485.

Доступ к параметрам датчика осуществляется через ОРС -сервер.

Датчик оборудован встроенным фильтром радиопомех, внешней кнопкой установки «нуля». Обеспечена непрерывная самодиагностика датчика. Внешний вид датчика «Метран-100-ДГ» моделей 1533 и 1534 приведен на рис. 8.3.

Датчики гидростатического давления (уровня) «Метран-100-ДГ» имеют ряд верхних пределов измерений 40; 25; 16; 10; 6,3; 4 кПа для модели 1533 и 250; 160; 100; 63; 40; 25 кПа для модели 1543.

Выходной сигнал:

- 0÷5, 4÷20, 0÷20, 5÷0, 20÷4, 20÷0 мА. Для датчиков исполнения Ех – только 4÷20 мА;

- 4÷20 мА с цифровым сигналом на базе HART-протокола;

- цифровой сигнал на базе интерфейса RS -485, протоколы обмена ICP или Modbus, скорость обмена по цифровому каналу связи для датчиков с кодом МП4, МП5 устанавливается потребителем из следующего ряда: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бод.

Принцип действия заключается в следующем. При деформации чувствительного элемента под воздействием входной измеряемой величины изменяется электрическое сопротивление кремниевых тензорезисторов мостовой схемы на поверхности чувствительного элемента.

Рис. 8.3. Датчик «Метран-100-ДГ»

Электронное устройство датчика преобразует электрический сигнал от тензопреобразователя в стандартный аналоговый сигнал постоянного тока и/или в цифровой сигнал в стандарте протокола HART, или цифровой сигнал на базе интерфейса RS -485.

В памяти сенсорного блока (АЦП) хранятся в цифровом формате результаты калибровки сенсора во всем рабочем диапазоне давлений и температур. Эти данные используются микропроцессором для расчета коэффициентов коррекции выходного сигнала при работе датчика.

Цифровой сигнал с платы АЦП сенсорного блока вместе с коэффициентами коррекции поступает на вход электронного преобразователя, микроконтроллер которого производит коррекцию и линеаризацию характеристики сенсорного блока, вычисляет скорректированное значение выходного сигнала датчика и далее:

- для датчиков с кодами МП, МП1, МП2, МП3 передает его в цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует его в аналоговый выходной сигнал или цифровой в стандарте HART (МП2, МП3);

- для датчиков с кодами МП4, МП5 при помощи драйвера RS -485 по запросу выдает значения давления (в заданном формате) в цифровую линию связи.

Датчики ДГ предназначены для технологических процессов с медленно меняющейся температурой рабочей среды, при этом температура измеряемой среды в зоне открытой мембраны не должна отличаться от температуры окружающего воздуха более чем на ±5 °С.

Датчики ДГ выдерживают со стороны открытой мембраны одностороннее воздействие перегрузки давлением, равным предельно допускаемому рабочему избыточному давлению; со стороны статической полости датчики выдерживают перегрузку давлением, в 1,25 раза превышающим верхний предел измерения модели.

Настройка параметров, контроль, управление и калибровка микропроцессорных датчиков «Метран-100-ДГ» с кодами МП4, МП5 осуществляются дистанционно как с помощью программных средств АСУТП, так и при помощи модема RS -485/ RS -232 и программы ICP-Master.

Канальный уровень управляет доступом к физической среде, осуществляет контроль локальной сети, прием и последовательную передачу пакетов сообщений. Связь в протоколе осуществляется по принципу Главный или Мастер (контроллер, устройство сбора информации, управляющий компьютер) – Подчиненный (датчик «Метран-100», посылающий ответ на запрос Мастера). Сообщение представляет собой строку ASCII символов. Сообщения кодируются как последовательность восьмиразрядных байтов и передаются с использованием стандартного UART (Универсальный асинхронный приемник/передатчик) для посылки каждого байта.

Протокол допускает возможность работы на следующих скоростях: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бод.

Прикладной уровень описывает команды, поддерживаемые датчиком «Метран-100-ДГ», например:

- чтение значений давления;

- запись конфигурации (сетевой адрес датчика, скорость канала связи, формат представления данных, время демпфирования, единицы измерения);

- калибровку «нуля» давления;

- установку диапазона измерений давления;

- калибровку верхнего предела измерений давления;

- калибровку нижнего предела измерений давления;

- чтение конфигурации;

- чтение статуса и др.

Датчики гидростатического давления (уровня) могут использоваться для измерения уровня в резервуарах открытых, закрытых, но соединенных с атмосферой, в закрытых под давлением и работают только с однородными жидкостями.

Обычно датчики гидростатического давления устанавливаются на боковой стенке резервуара вблизи дна. Возможна установка датчика в дно резервуара при условии доступа к нему во время монтажа и эксплуатации, а также при отсутствии возможности осаждения веществ, растворенных в жидкости, на мембране датчика.

При установке в открытых резервуарах датчик гидростатического давления измеряет давление, соответствующее высоте столба жидкости над ним (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Схема установки датчиков «Метран-100-ДГ» при измерении гидростатического давления в открытом резервуаре

Датчик настроен на воздействие давления со стороны открытой мембраны; штуцер А соединен с атмосферой. d _м – диаметр мембраны датчика.

Варианты установки датчика разности давлений «Метран-100-ДД» при измерении уровня в открытых резервуарах показан на рис. 8.5, а, 8.5, б и 8.5, в.

а б в

Рис. 8.5. Схемы установки датчика разности давлений
«Метран-100-ДЦ» при измерении уровня в открытых резервуарах

При установке в закрытых резервуарах давление над жидкостью Р _изб оказывает влияние на результат измерения. Поэтому давление Р _изб необходимо подать на датчик давления, соединив статическую полость датчика с объемом резервуара над жидкостью. Схема установки показана на рис. 8.6 при условии, что среда, находящаяся в верхней части резервуара, не конденсируется

Для процессов, где невозможно избежать обильного образования и накопления конденсата в трубе, соединяющей датчик с объемом на жидкостью, предлагается использование схем подключения датчика с уравнительным сосудом и соединительной трубкой, заполненных жидкостью. Плотность жидкости в резервуаре и уравнительном сосуде должна быть одинаковой. Схема подключения, показанная на рис. 8.7, предназначена при условии, что среда, находящаяся в верхней части резервуара, конденсируется.

Рис. 8.6. Схема установки датчиков «Метран-100-ДГ» в закрытом резервуаре под давлением

Рис. 8.7. Схема установки датчика разности давлений «Метран-100-ДД» при измерении уровня в закрытом резервуаре под давлением

Дата добавления: 2014-01-03