Методи та прилади вимірювання рівня

Майже в усіх технологічних процесах харчових виробництв виникає потреба у вимірюванні рівня рідин та сипучих матеріалів, а також сигналізації мінімально чи максимально допустимих рівнів у резервуарах, апаратах. Особливо важливу роль відіграє вимірювання рівня води у барабанах парових котлів, рівня соків у випарних апаратах тощо.

Сучасні прилади рівня можна розділити на дві основні групи: рівнеміри та сигналізатори рівня. Залежно від умов вимірювання, характеру вимірюваного середовища використовуються різні методи вимірювання рівня. Крім того, рівнеміри можуть мати дистанційну передачу показів і візуальний відлік на місці їх розміщення.

За принципом дії рівнеміри розділяються на механічні, гідростатичні, кондуктометричні, ємнісні, радіоізотопні, акустичні, ультразвукові та ін.

До групи механічних рівнемірів відносять поплавцеві, мембранні, контактно-механічні та вібраційні прилади. Найширше викорис­товують для вимірювання рівня поплавцеві рівнеміри та сигналізатори. Принцип їх дії грунтується на переміщенні поплавця, який плаває на поверхні вимірюваної рідини. Це переміщення механічно або ж за допомогою системи дистанційної передачі (механічної, електричної, пневматичної чи іншої) передається на вимірювальний прилад.

Широко використовуються в техніці гідростатичні рівнеміри, в основу роботи яких покладено вимірювання тиску стовпа рідини. Одним з найпростіших приладів з візуальним відліком є скляний покажчик рівня, рівень в якому за принципом сполучених посудин відповідає рівню у резервуарі.

Досить простим є гідростатичний п'єзометричний рівнемір, принцип роботи якого грунтується на вимірюванні тиску стовпа рідини. При пропусканні через вимірювальну трубку стиснутого повітря тиск у п'єзотрубці пропорційний висоті стовпа рідини. Вимірювальним приладом може бути манометр трубчасто-пружинний, дво­трубний манометр та дифманометр.

Рис.2.22.Дифманометричний рівнемір

В теплоенергетиці широко вико­ристовується гідростатичний дифманометричний рівнемір (рис.2.22) для вимірювання рівня в барабанах парових котлів. За принципом сполучених посудин середній рівень води барабана котла передається у вимірювальну трубку 1 зрівноваженої посудини 3. У другій, товщій трубці 2 за рахунок конденсації пари рівень підтримується сталим, від нього відраховується рівень у вимірювальній трубці 1. Різниця рівнів по імпульсних трубках 4 і 5 передається на дифманометр 6, де вона перетворюється в електричний чи пневматичний сигнал і подається на вторинний прилад 7. Таким чином, до вимірювального комплекту входять: зрівноважувальна посудина, імпульсні трубки, дифманометр та вторинний прилад.

Буйковий рівнемір використовується для вимірювання рівня в межах від 0,02 до 16 метрів як у відкритих резервуарах, так і апаратах під тиском (до 1,6 МПа) при густині рідини від 760 до 1250 кг/м³.

Принцип дії рівнеміра (рис.2.23) грунтується на пневмосиловій компенсації зміни сили ваги буйка. На буйок одночасно діють декілька сил: сила ваги G, виштовхувальна сила Fa та пневмосилова компенсація Fk вимірювального блоку. При відсутності рідини в'резервуарі, сила ваги буйка зрівноважується вагами 6 та важелем 5 і частково пружиною установки "нуля" (20 кПа).

Рис.2.23. Буйковий рівнемір

При зміні рівня води в резервуарі 1 на буйок 2 діє виштовхувальна сила Fa, яка порушує стан рівноваги. Чим вищий рівень води, тим більше буде занурений буйок в рідину і тим більша виштовхувальна сила Fa. При порушенні рівноваги буйок 2 зміститься вверх, а важіль З повернеться за годинниковою стрілкою в мембрані 4. Важіль 3 за рахунок гнучкого зв'язку поверне важіль 7 і заслінка 11 прикриє сопло 10 пневмопідсилювача 13. Тиск на виході підсилювача зростає і одночасно подається на сильфон зворотного зв'язку 12, який, переміщуючи важіль 9 через бігунок 8, частково відводить заслінку 11 від сопла 10. Сильфон 12 і важіль 9 утворюють пристрій від'ємного зворотного зв'язку, який дозволяє на виході підсилювача формувати пневмосигнал, пропорційний вимірюваному рівню рідини в резервуарі. Крім того, пристрій зворотного зв'язку змінює компенсуюче зусилля Fk, яке залежить як від рівня, так і густини рідини, і приводить систему сил в нове положення рівноваги.

В електричних рівнемірах вимірювання рівня грунтується на електричних властивостях середовища (електропровідність, діелектрична проникність, оптичні властивості та ін.). Принцип дії

приладів для вимірювання і сигналізації рівня грунтується на електропровідності середовища. Промисловістю випускаються кондуктометричні сигналізатори рівня типів ЕРСУ - 2 і ЕРСУ - 3.

У ємнісних вимірювачах та сигналізаторах рівня принцип дії грунтується на залежності ємності датчика від рівня рідини чи сипких матеріалів в резервуарі. Якщо між двома електродами (обкладками) замість повітря появиться якась рідина чи сипкий матеріал, тобто діелектрик з певною діелектричною сталою, то зміниться ємність такого конденсатора відповідно до залежності:

C=(ε ·S)/δ, (2.38)

де ε - діелектрична стала; S - площа обкладок, м²; δ- віддаль між обкладками, м.

Ємнісний рівнемір (рис.2.24) складається із вимірювального електрода 1, який з металевим корпусом 2 утворюють конденсатор, з'єднувальних проводів, вимірювального блоку 3 показуючого приладу 4.

Зміна рівня рідини в резервуарі призводить до зміни рівня рідини діелектрика між електрода 1 і 2,що веде до зміни ємності датчика, до складу якої входять С1 і С2.

Для вимірювання рівня вико ристовуються незрівноважені індуктивно-ємнісні мости, в одне із плеч якого включається ємнісний перетворювач. Живляться такі мости від генераторів високої частоти, а у вимірювальну діагональ включається прилад. Промисловість випускає ємнісні рівнеміри типів ЕУ - 2; РУС та ін. Вони можуть працювати у вибухонебезпечних приміщеннях. Прилад типу РУС має уніфікований вихід 0-5;0-20 і 4-20 мА.

Ємнісні сигналізатори рівня за будовою простіші від рівнемірів і являють собою генераторно-релейну схему, яка спрацьовує при піднятті рідини до висоти розміщення електрода перетворювача. Для роботи в агресивних середовищах вимірювальні електроди покривають відповідною захисною речовиною (фторопластом, пластмасою тощо). Промисловістю випускаються аналізатори рівня СУС, МЕСУ та ін.

[ 1. ст.17-80; 2. ст.137-158; 3. ст.4-82;]

Рис.2.24.Схема ємнісного рівнеміра

Контрольні питання до розділу 2

1.Основні поняття та визначення в метрології.

2.Принципи і методи вимірювання.

3. Міжнародна система одиниць (СІ) та її роль у міжнародному співробітництві.

4.Похибки вимірювання фізичних величин: систематичні, випадкові, промахи, мультиплікативні, адитивні та ін.

5.Засоби вимірювання та їх основні види.

6.Похибки засобів вимірювання та їх класи.

7. Основні властивості засобів вимірювання та їхні метрологічні характеристики.

8. Державна система приладів і засобів автоматизації.

9.Системи дистанційних передач сигналів вимірювальної інформації.

10.Вимірювальні перетворювачі, схеми, принцип роботи.

11.Поняття температури. Температурні шкали. Класифікація засобів вимірювання температури.

12. Термометри розширення, механічні та манометричні: принци їх дії, будова і використання в промисловості.

13.Термоелектричні термометри, принцип дії, типи, характеристики їх використання у промисловості.

14.Вимірювальні прилади: магнітоелектричні мілівольтметрі автоматичні потенціометри, принцип дії, схеми і будова.

15.Термометри опору, основні типи, принцип дії та будова.

16. Зрівноважені автоматичні мости та логометри, принцип роботі електричні схеми.

17. Прилади вимірювання тиску: дво - та однотрубні прилади тиску дифманометри, трубчасто-пружинні та електричні манометри принцип роботи, будова та їх використання.

18.Прилади і методи вимірювання кількості та витрати.

19.Витратоміри змінного та постійного перепаду тиску, принцип роботи, схеми та використання.

20.Електромагнітні витратоміри, принцип роботи, схеми, будова ті використання.

21.Прилади і методи вимірювання рівня та їх класифікація.

22.Дифманометричні рівнеміри, принцип роботи, будова ті використання.

23.Буйкові та ємнісні рівнеміри, принцип роботи, схеми та використання.

24.Вибіркові та інтегральні методи контролю властивостей та склад рідин та газів. У чому переваги цих методів?

25.Контактна кондуктометрія, її переваги та недоліки.

26.Вплив температури розчинів на точність вимірювання електропровідності та методи компенсації.

27.Поляризація електродів та методи її усунення.

28.Безконтактна кондуктометрія та її переваги перед контактною.

29.Потенціометричний метод аналізу розчинів, фізичні основи.

30.Принцип роботи скляних та порівняльних електродів.

31.Електродна комірка рН - метра та її робота.

32.Оптичні прилади аналізу рідин, основи їх роботи.

33.Рефрактометричний метод аналізу рідин та його переваги.

34.Принцип роботи автоматичного рефрактометра.

35.Густиноміри, принцип їх роботи, класифікація.

36.Диференціальний густиномір, принцип його роботи.

37.Вологоміри: класифікація, одиниці вимірювання.

38.Принцип роботи автоматичного психрометра.

39. Принцип роботи термокондуктометричного газоаналізатора на СО₂.

40. Принцип роботи термомагнітних газоаналізаторів О₂.

41.Принцип роботи оптико-акустичних газоаналізаторів.

42.Метрологічна служба України, її основні завдання.

43.Структура метрологічної служби України.

44.Державна метрологічна служба, її функціональні завдання.

45.Метрологічні служби центральних органів виконавчої влади, підприємств та організацій.

46.Відомча метрологічна служба.

47.Державний метрологічний контроль і нагляд.

48.Державні випробування засобів вимірювальної техніки.

49.Повірка, ревізія і експертиза засобів вимірювальної техніки.

50.Державна служба єдиного часу і еталонних частот.

51.Державна служба стандартних зразків складу та властивостей речовин і матеріалів.

52.Державна служба стандартних довідкових даних про фізичні сталі та властивості речовин і матеріалів.

53.Метрологічне забезпечення єдності вимірювань.

54.Наукові та технічні основи метрологічного забезпечення.

55.Об'єкти стандартизації.

56.Основні цілі і завдання метрологічного забезпечення єдності вимірювань.

3. АВТОМАТИЧНІ СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ (АСР)

Дата добавления: 2014-01-07