ЛЕКЦИЯ 5. 5.1. Методы измерения уровня жидкости, применяемые в химической промышленности

5. КОНТРОЛЬ УРОВНЯ

5.1. Методы измерения уровня жидкости, применяемые в химической промышленности

В химической промышленности для измерения уровня жидкости используются следующие методы измерения:

· С помощью указательных стекол. Указательные стекла применяются для местного измерения уровня в аппаратах, работающих при атмосферном или избыточном (до 1 МН/м²) давлении;

· С помощью поплавковых уровнемеров. В этих приборах чувствительным элементом яв­ляется поплавок с меньшей (плавающей) или большей (погруженный) плотностью, чем плотность жидкости (рис2). Изменение уровня жидкости в аппарате с плавающим по­плавком вызывает его перемещение, которое посредством системы рычагов, тяг и тросов передается указателю, движущемуся по шкале, или вторичному прибору для показания, записи или передачи на расстояние значений высоты уровня жидкости в аппарате. В таких уровнемерах поплавок следит за уровнем жидко­сти.

Недостатки этих уровнемеров: перевернутая шкала; дополнительная погрешность измерения из-за изменения силы, натягивающей трос (при подъеме уровня к силе тяжести противовеса прибавляется сила тяжести троса).

Рис. 5.1. Простейший поплавковый измеритель уровня: 1 — поплавок; 2— ролики; 3 —противовес;4 — шкала

Действие уровнемеров с пружинным поплавком основано на изменении вы­талкивающей (архимедовой) силы, действующей на поплавок при его погружении в жидкость.

· С помощью гидростатических уровнемеров. Они служат для измерения гидростатического дав­ления столба жидкости. Различают гидростати­ческие (с использованием интеллектуального датчика Метран ДГ), гидростати­ческие пьезометрические и дифманометрические уровнемеры. Действие гидростатических пьезометрических уровнеме­ров основано на изменении давления воздуха или газа, барботирующего через слой жидкости, с измеряемым уровнем при изменении последнего. Их часто применяют для определения уровня жидкостей с повышенной вязкостью. Дей­ствие гидростатических дифманометрических уровнемеров основано на определении уровня по перепаду давления между столбами изме­ряемой жидкости в аппарате и в уравнительном сосуде, уровень в котором постоянен.

· Ультразвуковые уровнемеры принцип действия которых основан на измерении временного интервала между излученным и отраженным сигналами.

Ультразвуковые уровнемеры предназначены для обеспечения непрерывного измерения уровня жидкости и расстояния до жидкости в резервуарах, хранилищах, сточных ямах, демпферных резервуарах, а также расчета объема и расхода в открытых каналах и водосборниках. К достоинствам можно отнести дешевизну, простоту использования, отсутствие движущихся частей, отсутствует необходимость в калибровке, наличие встроенного датчика температуры и т.д..

Ультразвуковые импульсы излучателя уровнемера отражаются от поверхности жидкости. Уровнемер улавливает отраженные сигналы (эхо) и измеряет временной интервал между излученным и отраженным сигналом. На основании этого временного интервала рассчитывается расстояние до поверхности жидкости [8].

Встроенный датчик температуры непрерывно измеряет температуру в пространстве над жидкостью. Уровнемер использует значение температуры при расчете скорости звука в воздухе, компенсируя, таким образом, влияние температуры на измеряемое расстояние

· Радарные измерители подразделяют на бесконтактные и контактные для определения уровня жидких и сыпучих веществ, которые используют радарную технологию, основанную на распространении непрерывного частотно-модулированного излучения (НЧМИ) микроволнового диапазона. Они удобны там, где необходимо прямое измерение: при измерении коррозионных, абразивных, клейких или вязких жидкостей, с которыми проблематично использование контактных устройств; измерение при изменениях температуры и давления.

Сигнал радара (микроволна) посылается от измерителя к поверхности среды и отражается назад на приемник измерителя. Приемник оценивает разность фаз между посланным и принятым сигналом. Радарные измерители выдают аналоговый выходной сигнал (4-20) мА. Частота 24 ГГц и современная электроника позволяет радарным измерителям использовать небольшую антенну и получать узкий пучок излучения. Диаметр измерительного "пятна" Важной особенностью радарного уровнемера является фокусированное направление излучения радиоволн, которое вместе с частотой радиоволны 10 ГГц позволяет минимизировать требования к установке прибора на резервуаре. Такой показатель как диаметр

измерительного "пятна" D особенно важен при наличии в резервуаре дополнительных устройств и оборудования (лестницы, ограждения, лопасти мешалок, обогреватели и т.п.). Угол радиолуча датчика уровнемеров зависит от типов и размеров применяемой при измерениях антенны. Значение угла необходимо использовать с целью исключения попадания в зону его действия различных предметов и внутренних элементов конструкций резервуара, способных повлиять на максимально эффективное измерение уровня. Для получения достоверных сведений об уровне продукта в резервуаре при измерении на расстоянии L участвует поверхность продукта,

попадающая в "пятно" с центром, соответствующим оси датчика уровня, что позволяет при расчетах проводить эффективное усреднение даже при наличии волн на поверхности.

Радарные измерители уровня (контактные)

Метод направленного электромагнитного излучения

В основе метода лежит измерение коэффициента отражения посредством совмещения прямого и отраженного испытательных сигналов. Метод использует излучение сверхчастотных импульсов, проникающих до дна резервуара сквозь заполняющее его вещество.

Волноводный уровнемер предназначен для измерения уровня и уровня поверхности раздела жидкостей, суспензий и твердых сыпучих сред. Принцип действия волноводного уровнемера основан на технологии рефлектометрии с временным разрешением (см. рис.4.68-4.69). Микроволновые наносекундные радиоимпульсы малой мощности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую среду. Когда радиоимпульс достигает среды с другим коэффициентом диэлектрической проницаемости, часть энергии импульса отражается в обратном направлении. Разница во времени между моментом передачи радиоимпульса и моментом приема эхо-сигнала пропорциональна расстоянию, согласно которому рассчитывается уровень жидкости или уровень границы раздела двух сред. Интенсивность отраженного сигнала зависит от диэлектрической проницаемости среды. Чем выше коэффициент диэлектрической проницаемости, тем выше интенсивность отраженного сигнала. Волноводная технология имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами измерений уровня, поскольку радиоимпульсы практически невосприимчивы к составу среды, атмосфере резервуара, температуре и давлению.

Поскольку радиоимпульсы направляются по зонду, а не свободно распространяются в пространстве резервуара, то волноводная технология может с успехом применяться для малых и узких резервуаров, а также для резервуаров с узкими горловинами. Точность и надежность измерений двух параметров одним уровнемером: уровня верхней среды и уровня границы раздела двух сред обеспечивается цифровой обработкой сигнала микропроцессорной электроникой уровнемера.

Рис.4.68. Схема контактного радарного уровнемера

5.2 Методы измерения уровня сыпучих материалов, применяемые в химической промышленности

Для ряда технологических процессов в химической промышлен­ности нередко возникает необходимость непрерывного измере­ния уровня сыпучих материалов в бункерах. Для этой цели наибольшее применение имеют поплавковые, электрические емко­стные, радиоизотопные, весовые и микроволновые контактные и бесконтактные радарные уровнемеры (описаны ранее) [6].

Принципиальная схема емкостного уровнемера показана на рис.4.73. В сосуд с жидкостью или сыпучим материалом 1, уровень которой необходимо измерять, опущен электрод 2, покрытый изоляционным материа­лом. Электрод вместе со стенками сосуда образует цилиндри­ческий конденсатор, емкость которого меняется при колебаниях уровня жидкости. Величина емкости измеряется электронным блоком 3, который затем подает сигнал в блок 4, представляющий собой релейный элемент в схемах сигнализации достижения определенного уровня [3].

Дата добавления: 2014-12-10