Визуальные УМ. Наиболее простыми по конструкции и принципу действия являются УМ, основанные на визуальном измерении высоты уровня жидкости. Конструктивно они представляют

Наиболее простыми по конструкции и принципу действия являются УМ, основанные на визуальном измерении высоты уровня жидкости. Конструктивно они представляют собой трубки или водомерные стёкла, монтируемые на резервуарах (рис. 7.1,а, б). Трубки и стёкла оцифровываются в метрических единицах. Для увеличения диапазона измерения с одновременным сохранением прочности резервуара устанавливается несколько водомерных стёкол, располагающихся на различных, перекрывающихся уровнях (рис. 7.1,б).

а б

Рисунок 7.1–Визуальные уровнемеры

Второй тип УМ, имеющий довольно широкое применение – гидростатические УМ принцип их действия основан на законе Паскаля, при этом информативной величиной является давление, создаваемое столбом жидкости в контролируемом объекте. Известно, что уровень и давление связаны простой зависимостью:

,

где P – давление столба жидкости в резервуаре; r – плотность контролируемой жидкости; g = 9,8 м/с² – ускорение силы тяжести.

Этот метод измерения – по давлению – может использоваться только для открытых сосудов, так как для закрытых необходимо учитывать действие воздушной подушки, образующейся между верхней частью сосуда и поверхностью контролируемой жидкости.

Более точными методами являются измерения не относительного, а дифференциального (разностного) давления, которое получается в результате вычитания давлений подаваемых на чувствительный элемент дифференциального манометра (дифманометра) из разных точек (рис. 7.2):

P ₁ = g r₁(H ₀ + h) + g r_В(H ₀– h);

P ₂ = g r₂(H ₀ + H).

и при r₁ = r₂

P = P ₂ – P ₁ = g [ H (r – r_B) – h (r – r_B)] = g (r – r_B)(H – h),

где r_B – плотность воздуха в закрытом резервуаре.

Рисунок 7.2–Схема уровнемера с дифференциальным манометром

Из приведенных формул видно, что разность давлений не зависит от h₀ (уровня размещения дифманометра).

Кроме того, так как r <<r_B, то они упрощается:

P = g r (H – h).

Из приведённых зависимостей видно, что погрешности измерений рассмотренными УМ определяются в основном изменением плотности (r) жидкости, находящейся в подводящих (импульсных) к дифманометру линиях от температуры.

Поплавковые УМ. В них ЧЭ является поплавок, плавающий на поверхности жидкости. Перемещение его вместе с жидкостью преобразуется в электрический сигнал или в метрические единицы. Простейший УМ (рис. 7.3) содержит поплавок, подвешенный на гибком тросе или тягах. На другом конце троса закреплён указатель – стрелка, перемещающаяся по метрической шкале, откалиброванной в единицах уровня. В УМ с дистанционной передачей поплавок соединяется с преобразователем линейных погрешностей в электрический сигнал (индуктивный или трансформаторный преобразователи).

Рисунок 7.3–Схема поплавкового уровнемера

Ультразвуковые УМ.

Ультразвуковой метод (УЗ-метод) измерения уровня получил широкое распространение в промышленности и в различных технологиях. Это объясняется тем, что УЗ-метод обеспечивает бесконтактное измерение уровня агрессивных и взрывоопасных сред при высоких температурах и давлениях, что очень важно для нефтегазового комплекса, который имеет дело в основном со взрывоопасными и легковоспламеняющимися веществами и газами.

На основе УЗ-метода строятся как УМ, так и сигнализаторы уровня. По принципу работы их можно разбить на три группы: УЗ «локации», «прохождения» и «демпфирования».

В УМ, работающих на принципе локации (отражение от границы двух сред) (рис. 7.4,а,б), информативной величиной служит время распространения УЗ импульса (t) от границы раздела и обратно.

Для ;

,

где h_x –уровень; V _в, V_ж – скорость распространения УЗ-волн в воздухе и жидкости.

Так как V _ж> V_в, то t₁ > t₂.

При локации через газ, воздух необходима большая энергия от излучателя, чем при локации через жидкость из-за рассеяния, но в жидкости появляется зависимость времени прохождения от свойств самой жидкости.

Основываясь на принципе прохождения, изготавливаются сигнализаторы уровня (рис. 7.4,в). Информативной величиной в них является уровень акустических потерь в воздушном зазоре между излучателем и приёмником с одной стороны и контролируемой средой – с другой. Чем ни выше уровень контролируемой среды, тем меньше воздушный зазор, тем меньше рассеяние акустической энергии и больше сигнал на приёмнике. Изменяя расположение передатчика и приёмника, а также регулируя чувствительность приёмника, можно настроить канал на определённый уровень контролируемой жидкости.

Сигнализаторы уровня так же строятся на принципе демпфирования (рис. 3.4,г, д),при котором информативной величиной являются потери энергии УЗ-поля в промежутке между излучателем (пьезо-элементом) и жидкостью. Если потери большие, то колебания автоколебательной системы «пьезоэлемент–генератор» срываются, что сигнализирует о достижении жидкостью требуемого уровня.

	а		в
		б

г д

Рисунок 7.4–Схемы измерения уровня акустическим методом

Раздел 8 Измерения электрических величин

Дата добавления: 2014-11-29