Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Приборы измерения уровня виды принцип действия

Виды датчиков-уровнемеров для определения уровня жидкости в емкостях

Чтобы автоматизировать некоторые производственные процессы, требуется контроль уровня жидкости. Подобные измерения выполняются с применением специальных уровнемеров для емкостей, которые подают сигнал при достижении определенного уровня воды. Существует несколько типов этих приспособлений.

  1. Конструктивные особенности и принцип работы
  2. Разновидности датчиков
  3. Правила выбора
  4. Популярные модели

Конструктивные особенности и принцип работы

Конструкция измерителей уровня жидкости в резервуаре определяется такими характеристиками:

  1. Функциональностью. По этому параметру все измерительные устройства этого класса классифицируют на уровнемеры и сигнализаторы уровня жидкости. Последние определяют конкретную точку наполненности емкости (максимальную и минимальную), а первые — постоянно контролируют уровень жидкости.
  2. Принципом работы. В основу этого параметра заложена акустика, оптика, магнетизм, электропроводность и так далее. От принципа действия устройства зависит область его применения.
  3. Методика измерения (бесконтактная или контактная).

Кроме того, конструктивные особенности устройства определяют тип технологической среды. Например, уровнемеры в баках с питьевой водой отличаются от приспособлений, которые предназначены для измерения наполненности резервуаров с промышленными стоками.

Разновидности датчиков

Все уровнемеры классифицируются по принципу их действия. Основные типы измерительных устройств:

  1. Поплавковый. Это самый простой вариант измерения уровня воды в баке. Конструкция поплавкового уровнемера включает в себя 2 геркона, магнит и поплавок. Когда уровень жидкости увеличивается, поплавок поднимается до первого геркона, который отключает реле двигателя. Если резервуар опустошается, поплавок опускается до второго геркона, который запускает реле и включает насос, перекачивающий жидкость из скважины. Герконовый датчик предельного уровня жидкости можно сделать своими руками. При этом он будет работать, даже если в резервуаре будет объемный слой пены.
  2. Ультразвуковой. Эта разновидность измерительных устройств применяется как для сухой, так и для жидкой среды. Ультразвуковые датчики могут иметь дискретный или аналоговый выход. То есть приспособление может постоянно контролировать уровень воды или ограничивать наполнение емкости при достижении конкретной точки. Такой уровнемер состоит из приемника, УЗ-излучателя и контроллера, отвечающего за обработку сигнала. Сигнализаторы ультразвукового типа являются беспроводными и бесконтактными, поэтому их можно устанавливать даже во взрывоопасных и агрессивных жидкостях.
  3. Электродный (кондуктометрический). Такие уровнемеры не подходят для емкостей с дистиллированной водой. Стандартная конструкция оснащена трехуровневым сигнализатором, в котором наполнение резервуара контролирует пара электродов, а третий — предназначен для аварийных ситуаций, для запуска режима активной откачки.
  4. Емкостный. С использованием таких уровнемеров можно точно идентифицировать предельное наполнение резервуара. Они подходят как для жидкостей, так и для сыпучих субстанций. Емкостные уровнемеры функционируют по такому же принципу, что и конденсаторы: измерение выполняется между пластинками чувствительного элемента. При достижении пикового значения на контроллер отсылается соответствующий сигнал. Иногда емкостные сигнализаторы работают по принципу «сухого контакта», при котором устройство срабатывает через стенку резервуара. Эти приспособления могут эффективно работать в очень обширном диапазоне температур, на их функционирование не влияет электромагнитное излучение. Такие эксплуатационные свойства расширяют область использования емкостных уровнемеров.
  5. Радарный. Эта разновидность сигнализаторов является универсальной, так как она работает с любыми видами технологических сред, включая взрывоопасные и агрессивные жидкости. При этом показания не будут изменяться под воздействием температуры и давления. Прибор излучает радиоволны в определенном частотном диапазоне. Приемник улавливает отраженный радиосигнал и определяет заполненность резервуара, руководствуясь периодом задержки сигнала. На датчик-измеритель не влияет температура и давление. Запыленность технологической среды тоже не сказывается на показаниях. Специалисты отмечают, что радарные приспособления обладают максимальной точностью, так как их погрешность не превышает 1 мм.
  6. Гидростатический. Этот тип сигнализатора позволяет измерять как текущее, так и предельное наполнение емкостей. Принцип работы гидростатического устройства базируется на измерении давления столба жидкости. Популярность таких датчиков обусловлена небольшой ценой и достаточной точностью.

Существуют и другие типы устройств, но они обладают специфичным назначением.

Правила выбора

Выбирать уровнемер для резервуаров необходимо с учетом большого количества факторов. Среди них:

  • состав воды;
  • объем емкости и материал, который был использован для ее изготовления;
  • потребность в контроле предельного и минимального уровня жидкости или мониторинг действительного состояния;
  • возможность внедрения автоматического управления в систему;
  • коммутационные возможности приспособления.

Для выбора бытовых устройств важно учитывать объем емкости, схему управления и принцип срабатывания.

Популярные модели

Современный рынок предлагает много моделей сигнализаторов. Самые популярные из них:

  1. ДЕ-1 (датчик емкостный). Чаще всего этот сигнализатор используется в агрессивных средах химической и металлургической промышленности. Он позволяет контролировать температуру и уровень сыпучих и жидких веществ. Нередко используется в установках аварийной защиты.
  2. ЭСУ-1 (электронный сигнализатор уровня). Корпус этой модели изготовлен из высококачественной стали и фторопласта. Чаще всего ЭСУ-1 устанавливают во взрывоопасных и агрессивных средах. Источник электропитания находится за пределами технологической среды. Датчик измеряет уровень нефти, спирта и воды. Блок питания выполнен из прочного алюминиевого сплава.
  3. РУ-305 (реле уровня). Этот прибор предназначен для контроля состояния жидких сред. Его корпус выполнен из особого материала и может с легкостью выдерживать температуры от -50 до +50 градусов Цельсия. Однако РУ-305 запрещается применять в агрессивных химических средах. Из недостатков этого уровнемера потребители отмечают лишь то, что он работает только в одном положении, без наклона. Измерение уровня осуществляется посредством перемещения магнита с поплавком и срабатывания герконом. Измерения имеют точность не более 5 мм.
  4. СУ-100 (сигнализатор уровня). Датчик для измерения уровня сыпучих и жидких веществ. В конструкции СУ-100 присутствует электромагнитное реле.
  5. Rosemount 5600. Этот радарный датчик уровня позволяет бесконтактно измерять любую разновидность веществ. Чтобы добиться максимально точных показаний, уровнемер необходимо правильно установить. Точность показаний устройства может ухудшаться из-за воздействия электромагнитного излучения. Корпус обладает взрывозащитной конструкцией и дисплеем, на котором отображается вся необходимая информация. Rosemount 5600 может использоваться для измерения температурных показателей в резервуаре. Чтобы в полной мере оценить возможности этого оборудования, ему необходима квалифицированная настройка с учетом диаметра трубопровода, длины уровнемера и расстояния между уровнем и опорной точкой.

Сложные модели целесообразно приобретать лишь для промышленного применения. Для бытовых целей подходят простейшие варианты уровнемеров.

Технологии и методы измерения уровня

В промышленном производстве в настоящее время существует разнообразный ряд технических средств, решающих задачу измерения и контроля уровня. Средства измерения уровня реализуют разнообразные методы, основанные на различных физических принципах. Выбор метода измерений уровня зависит от конкретных условий рабочей среды и характеристик измеряемой среды.

Контактные методы измерения уровня

Поплавковые уровнемеры.

При поплавковом методе индикатором уровня служит поплавок. Для передачи информации от чувствительного элемента используются различные виды связи. Как правило, поплавок снабжен магнитом и заключен в измерительную трубу либо скользит по направляющему стержню. Магнит может влечь за собой ползунок реостата. Изменение сопротивления преобразуется в электрический выходной сигнал, что дает помимо визуального контроля возможность дистанционной передачи показаний и включения в систему автоматизации. Ряд поплавковых уровнемеров используют магнитострикционный эффект. При этом направляющий поплавок стержень содержит волновод, заключенный в катушку, по которой подаются импульсы тока. Под действием магнитных полей тока и двигающегося магнита в волноводе возникают импульсы продольной деформации, распространяющиеся по волноводу и принимаемые пьезоэлементом вверху стержня. Прибор анализирует время распространения импульсов и преобразует его в выходные сигналы.

Герконовые уровнемеры, содержат в теле направляющего стержня цепочку герконов, замыкаемых движущимся магнитом. Дискретность измерения уровня в этом случае – не менее 5 мм.

Поплавковый метод может с успехом применяться в случае пенящихся жидкостей. Типичным применением поплавковых уровнемеров является измерение уровня топлива, масел, легких нефтепродуктов в относительно небольших емкостях и цистернах в процессе коммерческого учета. Температура рабочей среды: — 40. 120 °С, избыточное давление: до 2 МПа, для преобразователей с гибким чувствительным элементом — до 0,16 МПа. Плотность среды: 0,5. 1,5 г/см3. Диапазон измерений – до 25 м. Важной характерной особенностью поплавковых уровнемеров, является высокая точность измерений (± 1. 5 мм). Метод явно неприменим только в средах, образующих налипание, отложение осадка на поплавок, а также коррозию поплавка и конструкции чувствительного элемента.

Емкостные уровнемеры.

Емкостной метод – более простой и дешевый. Он обеспечивает хорошую точность порядка 1,5 %, имеет те же ограничения, что и поплавковый — среда не должна налипать и образовывать отложения на чувствительном элементе. Вместе с тем, в отличие от поплавкового, он применим как для жидких, так и для сыпучих сред с размером гранул до 5 мм. Характерным принципиальным ограничением для емкостного метода является неоднородность среды — измеряемая среда должна быть однородной, по крайней мере, в зоне расположения чувствительного элемента уровнемера.

Чувствительный элемент емкостного уровнемера представляет собой конденсатор, обкладки которого погружены в среду. Он может быть выполнен в виде двух концентрических труб, пространство между которыми заполняется средой, либо в виде стержня, при этом роль второй обкладки играет металлическая стенка емкости. В случае измерения уровня проводящей жидкости чувствительный элемент емкостного уровнемера покрывается изолирующим материалом, обычно фторопластом. Изменение уровня жидкости приводит к изменению емкости чувствительного элемента, преобразуемой в выходной электрический сигнал.

Условия применения емкостных датчиков по характеристикам рабочей среды: температура -40. +200 °С, давление – до 2,5 МПа, диапазон измерения – до 3м (30 м – для тросовых емкостных уровнемеров).

Гидростатический метод измерения уровня.

Гидростатические уровнемеры измеряют давление столба жидкости и преобразуют его в значение уровня, поскольку гидростатическое давление зависит от величины уровня и плотности жидкости и не зависит от формы и объема резервуара. Они представляют собой дифференциальные датчики давления. На один из входов, подсоединяемый к емкости подается давление среды. Другой вход датчика соединяется с атмосферой — в случае открытой емкости без избыточного давления или соединяется с областью избыточного давления в случае закрытой емкости под давлением. Расположение чувствительного элемента (мембраны) датчика соответствует минимальному измеряемому уровню среды в резервуаре.

Гидростатические уровнемеры применяются для однородных жидкостей в емкостях без существенного движения рабочей среды. Они позволяют производить измерения в диапазоне до 250 кПа, что соответствует (для воды) 25 метрам, с точностью до 0,1% при избыточном давлении до 10 МПа и температуре рабочей среды: – 40. +120 °С. Гидростатические уровнемеры могут использоваться для вязких жидкостей и паст. Важным достоинством гидростатических уровнемеров является высокая точность при относительной дешевизне и простоте конструкции.

Буйковые уровнемеры.

Метод определения уровня по выталкивающей силе действующей на погруженный в рабочую жидкость буек используют буйковые уровнемеры . На тонущий буек действует в соответствии с законом Архимеда выталкивающая сила, пропорциональная степени погружения и, соответственно, уровню жидкости. Действие этой силы воспринимает тензопреобразователь, либо индуктивный преобразователь, либо заслонка, перекрывающая сопло.

Читать еще:  Сколько розеток должно быть в квартире

Буйковые уровнемеры предназначены для измерения уровня в диапазоне – до 10 м при температурах – 50. +120 °С (в диапазоне +60..120 °С при наличии теплоотводящего патрубка, при температурах 120. 400 °С приборы работают как индикаторы уровня) и давлении до 20 МПа, обеспечивая точность 0,25. 1,5%. Плотность контролируемой жидкости 0,4. 2 г/см3.

Буйковые уровнемеры часто применяются для измерения уровня раздела фаз двух жидкостей. Возможно, также, их использование для определения плотности рабочей среды при неизменном уровне.

Бесконтактные методы измерения уровня

Ультразвуковые уровнемеры.

Ультразвуковые уровнемеры обеспечивают бесконтактное измерение уровня. Точность показателей не зависит от свойств измеряемого продукта (например, от диэлектрической постоянной, проводимости, плотности или влажности). Ульразвуковые уровнемеры в некоторой степени нечувствительны к налипанию продукта за счет эффекта самоочистки, вызванного вибрацией диафрагмы сенсора.

По принципу действия акустические уровнемеры можно подразделить на локационные, поглощения и резонансные. В локационных ультразвуковых уровнемерах используется эффект отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела жидкость — газ, в связи с чем они получили название ультразвуковых. Положение уровня определяется по времени прохождения ультразвуковых колебаний от источника до приемника после отражения их от поверхности раздела. В уровнемерах поглощения положение уровня определяется по ослаблению интенсивности ультразвука при прохождении через слои жидкости и газа. В резонансных уровнемерах измерение уровня производится посредством измерения частоты собственных колебаний столба газа над уровнем жидкости, которая зависит от высоты уровня.

Ультразвуковой метод характерен очень малым подводом теплоты в контролируемую среду, поэтому может быть использован в криогенной технике. Однако метод применим только на жидкостях со спокойной поверхностью, т.е. исключаются кипящие жидкости и криостаты с загруженным внутренним объемом.

Ультразвуковые уровнемеры предназначенны для измерения уровня жидкостей (в том числе агрессивных), а также сыпучих и кусковых материалов при температуре от -50 до 170 °С при давлении до 4 МПа. Пределы измерения уровня от 0,4 до 30 м, основная погрешность равна ±0,5% и более.

Радарные (СВЧ) уровнемеры.

Микроволновые радарные уровнемеры – наиболее сложные и высокотехнологичные средства измерения уровня. Для зондирования рабочей зоны и определения расстояния до объекта контроля здесь используется электромагнитное излучение СВЧ диапазона. В настоящее время широко используются два типа микроволновых уровнемеров: импульсные и FMCW (frequency modulated continuous wave).

Импульсные микроволновые уровнемеры излучают сигнал в импульсном режиме, при этом прием отраженного сигнала происходит в промежутках между импульсами исходного излучения. Прибор вычисляет время прохождения прямого и обратного сигналов и определяет значение расстояния до контролируемой поверхности.

В уровнемерах FMCW происходит постоянное непрерывное излучение линейно частотно модулированного сигнала и, одновременно, прием отраженного сигнала с помощью одной и той же антенны. В результате на выходе получается смесь сигналов, которая анализируется с применением специального математического и программного обеспечения для выделения и максимально точного определения частоты полезного эхо-сигнала. Для каждого момента времени разность частот прямого и обратного сигналов прямопропорциональна расстоянию до контролируемого объекта.

Обычно, рабочая частота радарных уровнемеров независимо от типа варьирует от 5,8 до 26 ГГц. Чем более высокая частота, тем более узкий «луч» и тем выше энергия излучения, а, следовательно, сильнее отражение. Поэтому высокочастотные уровнемеры позволяют производить измерения уровня сред с низкой диэлектрической проницаемостью и, следовательно, слабой отражательной способностью. Они, также, удобны в емкостях, где присутствует различное оборудование, сокращающее свободную зону для работы радара. Вместе с тем, высокочастотные уровнемеры более чувствительны к таким явлениям как запыленность, испарения, волнение поверхности рабочей среды, налипание частиц среды на поверхность антенны вследствие более интенсивного рассеивания сигнала. В подобных условиях лучше работают уровнемеры с частотой более 90 ГГц.

Другой важной характеристикой влияющей на формирование сигнала является размер и тип антенны. Различают следующие типы антенн: рупорная (коническая), стержневая, трубчатая, параболическая, планарная. Чем больше размер антенны, тем более сильный и узконаправленный сигнал она излучает и, в тоже время, тем лучше прием отраженного сигнала.

Наиболее универсальный тип антенны – рупорная. Она применяется, как правило, в больших емкостях, позволяет работать с широким спектром сред по диэлектрической проницаемости, применима в сложных условиях и обеспечивает диапазон измерения до 35. 40 м. (в условиях спокойной поверхности).

Стержневая антенна применяется в небольших емкостях с химически агрессивными средами или гигиеническими продуктами, а также в случае, когда доступ в емкость ограничен малыми размерами патрубка. Диапазон измерения – до 20 м. Поверхность стержневой антенны покрыта слоем защитной изоляции.

Трубчатая антенна представляет собой надстроенный удлиненный волновод. Она позволяет формировать наиболее сильный сигнал за счет снижения рассеивания и используется в особо сложных случаях при наличии сильного волнения поверхности среды или большого слоя густой пены либо для случая сред с низкой диэлектрической проницаемостью. Трубчатая антенна применима для небольшого диапазона измерения уровня.

Планарный и параболический типы антенн обеспечивают особо высокую точность до ±1 мм и применяются в системах коммерческого учета.

Радарные уровнемеры — наиболее универсальные средства измерения уровня. Не имея непосредственного контакта с контролируемой средой, они могут применяться для агрессивных, вязких, неоднородных жидких и сыпучих материалов. От ультразвуковых бесконтактных уровнемеров их выгодно отличает гораздо меньшая чувствительность к температуре и давлению в рабочей емкости, к их изменениям, а также большая устойчивость к таким явлениям как запыленность, испарения с контролируемой поверхности, пенообразование. Радарные уровнемеры обеспечивают высокую точность измерения уровня, что позволяет использовать их в системах коммерческого учета. Вместе с тем существенным лимитирующим фактором применения радарных уровнемеров остается высокая стоимость данных приборов.

Для любого метода измерения уровня характерен набор технических реализаций, расширяющийся с развитием технологий и измерительной техники.

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

  • главная
  • инфо
  • блог
  • словарь электромеханика
  • электроника
  • крюинговые компании
    • Одесса/Odessa
    • Николаев/Nikolaev
  • Обучение
    • Предметы по специальности
      • АГЭУ
      • АСЭЭС
      • Диагностика и обслуживание судовых технических средств
      • Мехатронные системы
      • Микропроцессоры
      • Моделирование электромеханических систем
      • МПСУ
      • САЭП
      • САЭЭС
      • СДВС
      • СИВС
      • Силовая электроника
      • Судовые компьютерные ceти
      • СУЭ и ОСУ
      • ТАУ
      • Технология судоремонта
      • ТЭП
      • ТЭЭО и АС
    • Общие предметы
      • Безопасность жизнедеятельности
      • Высшая математика
      • Ділова українська мова
      • Интеллектуальная собственность
      • Культурология
      • Материаловедение
      • Охрана труда
      • Политология
      • Системы технологий
      • Судовые вспомогательные механизмы
      • Судовые холодильные установки
    • I курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • II курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • III курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • IV курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • V курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
  • Теория
    • английский
    • интернет-ресурсы
    • литература
    • тематические статьи
  • Практика
    • типы судов
    • пиратство
    • видеоуроки
  • мануалы
  • морской словарь
  • технический словарь
  • история
  • новости науки и техники
    • авиация
    • автомобили
    • военная техника
    • робототехника

12.06.2018

Приборы для измерения и регулирования уровня жидкостей и сыпучих материалов

Классификация уровнемеров и принципы их устройства

В процессе производства измерение уровня жидкостей и сыпучих материалов необходимо для учета их наличия и расхода, определения отклонения фактического уровня от заданного значения, а также для отмеривания нужного количества используемого материала.

Приборы для измерения уровня различают:

  • по роду исследуемого материала: для измерения уровня жидкостей, сыпучих материалов и кусковых твердых тел;
  • по назначению: для контроля и сигнализации предельных значений уровня; для непрерывного измерения значений уровня; для определения границы раздела двух несмешивающихся сред, обладающих различной плотностью и акустическим сопротивлением (например, вода и керосин);
  • по принципу действия: визуальные, механические, манометрические, электрические и акустические.

К визуальным уровнемерам относятся мерные стекла, с помощью которых можно наблюдать за уровнем непосредственно в резервуаре или в трубке, сообщающейся с ним.

Примером механических уровнемеров может служить поплавковый прибор с пружинным уравновешиванием УДУ, предназначенный для измерения уровня в больших резервуарах.

Принцип его работы основан на действии поплавка, плавающего на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с ее уровнем (рис. 1).

Поплавок 1, подвешенный на перфорированной мерной ленте 3, при изменении уровня жидкости скользит вдоль направляющих струн 2. Лента, проходя через систему угловых роликов и гидрозатвор, вступает в зацепление со штырями мерного шкива 14 показывающего прибора. Перемещение шкива передается на отсчетный механизм 13, показания которого соответствуют уровню жидкости в резервуаре.

Пружина двигателя постоянного момента 11, который обеспечивает натяжение мерной ленты, одним концом прикреплена к ведущему барабану 12, сидящему на одной оси со шкивом-накопителем 9; другой конец пружины свободно охватывает барабан 10, создавая постоянный момент в направлении, показанном стрелкой. Когда поплавок находится в верхнем положении, мерная лента смотана на шкив-накопитель, а лента пружинного двигателя — на барабан 10.

При понижении уровня жидкости поплавок преодолевает момент трения в подвижной системе прибора, а также момент, создаваемый пружинным двигателем, и перемещается вниз. Мерная лента, вращая шкив-накопитель, одновременно перематывает пружину двигателя постоянного момента с барабана 10 на барабан 12, накапливая тем самым энергию. При повышении уровня вес поплавка компенсируется выталкивающей силой жидкости, натяжение мерной ленты уменьшается, пружинный двигатель преодолевает момент трения в подвижной системе прибора и сматывает мерную ленту на шкив-накопитель.

Натяжные устройства 4 осуществляют натяжение направляющих струн.

На рис. 2 показана принципиальная схема дистанционной приставки, служащей для подачи на вторичный показывающий прибор электрических сигналов, которые дублируют значения уровня, показываемого счетным механизмом уровнемера типа УДУ. С помощью приставки подаются сигналы о крайних положениях уровня жидкости.

Под воздействием этого напряжения двигатель моста перемещает ползунок реохорда и напряжение небаланса уменьшается. Когда оно уменьшится до нуля, вращение электродвигателя прекратится, ползунок реохорда остановится в положении, строго соответствующем положению щетки датчика. Конструкция прибора изображена на рис. 4.

Реохорд 18 представляет собой кольцо с равномерно намотанной манганиновой проволокой. Он крепится в пластмассовом основании 17, в котором армированы два токосъемных кольца 6 и закреплены шунтирующее реохорд сопротивление, а также два сопротивления по 2750 Ом, входящие в плечи измерительного моста.

Ось 1, вращающаяся в подшипниках скольжения 19 и 12, имеет сальниковое уплотнение, состоящее из асбестографитовой набивки 5, грундбуксы 4, пружины 2 и нажимной гайки 3.
Щетка метров 16 жестко закреплена на втулке 10, свободно вращающейся на оси. Вращение оси приставки передается втулке 10 через двухступенчатый редуктор 14. Один конец щетки метров скользит по токосъемному кольцу, а второй — по торцовой поверхности реохорда.

Полному повороту щетки метров соответствует четырнадцать оборотов щетки сантиметров 24, которая жестко укреплена на оси 1. Один конец щетки сантиметров скользит по токосъемному кольцу, а второй, несущий константановый контакт,— по внутренней поверхности реохорда.

Читать еще:  Проходной выключатель

Устройство для сигнализации крайних положений уровня состоит из шкалы 8, стрелки 9 и электроконтактного механизма 15. Стрелка плоской пружиной прижимается к торцу шестерни редуктора и при ее вращении перемещается вместе с ней. Такое скрепление позволяет произвести поворот стрелки относительно заторможенной шестерни. При повороте стрелки до одного из двух крайних контактных упоров 23 замыкается цепь сигнализации крайних положений уровня жидкости в резервуаре. Упоры за счет перемещения вдоль пазов кольца электроконтактного устройства настраиваются на определенную величину крайних положений измеряемого уровня резервуара. Один упор соответствует верхнему измеряемому уровню жидкости в резервуаре, а второй — нижнему.

В верхней части крышки дистанционной приставки имеется пробка со щупом 11 для заливки масла и контроля уровня, а в нижней — пробка 13 для слива масла.
Провода в дистанционную приставку подводятся через муфту 21, закрепляются в ней и подсоединяются к клеммной колодке 7, после чего крышка 20 закрывается. Для обеспечения взрывобезопасности на наружной поверхности приставки и внутри вводной клеммной коробки имеются зажимы под болты заземления 22.

Манометрические уровнемеры работают по принципу определения разности гидростатических давлений в измеряемой и сравнительной емкостях. Схема уровнемера показана на рис. 5.

Преобразователь 1, уменьшающий пульсацию давления воздуха при выходе пузырьков, представляет собой полый замкнутый цилиндр с горизонтальными щелями. Дроссель 4 предназначен для ограничения подачи воздуха, который прокачивают через линию питания 3 в заданных пределах. Манометр 5 обеспечивает силовую компенсацию массы столба
жидкости в резервуаре. Если в импульсную трубку 2 подать сжатый воздух, то в ней установится давление, равное гидростатическому давлению столба жидкости на уровне расположения щели в преобразователе.

Давление воздуха, прокачиваемого по трубке, всегда будет равно гидростатическому:
P=H*p*g, где Н — высота столба жидкости над обрезом трубки; p — плотность жидкости; g — ускорение свободного падения.

Электрические уровнемеры представляют большую группу приборов, использующих изменение электрических параметров — емкости, индуктивности и др.— в зависимости от изменения уровня контролируемой среды.

Наибольшее распространение получил емкостный уровнемер ЭИУ-2. В этом приборе измерение электрической емкости производится с помощью индуктивно-емкостного моста. При изменении уровня контролируемой среды вдоль оси прибора изменяется электрическая емкость, нарушается равновесие моста и на его выходе появляется напряжение, пропорциональное изменяющемуся уровню.

На производстве широко применяются сигнализаторы и регуляторы уровня. Электрическая функциональная схема регулятора-сигнализатора уровня ЭРСУ-3 показана на рис. 6.

Схема включает в себя три транзисторных каскада (Д1. ДЗ), нагрузкой каждого из которых является выходное реле К1. К3, а также выпрямитель У1 и силовой понижающий трансформатор Т1. Принцип работы прибора основан на преобразовании изменения электрического сопротивления между электродом преобразователя и стенкой сосуда в электрический релейный сигнал. Погружение электрода преобразователя в контролируемую электропроводную среду вызывает уменьшение сопротивления, а осушение—его увеличение. Два преобразователя (датчика) служат для поддержания уровня контролируемой среды в рабочем диапазоне, а третий — для контроля за аварийным положением уровня.

Принцип работы дистанционного электрического индикатора уровня показан на рис. 7.

В измерительную схему входят две индукционные катушки, одна из которых (обмотка 1 и 3) помещена в датчик, а другая (обмотки 4 и 6) — во вторичный прибор, который состоит из усилителя 9 и реверсивного двигателя 7, приводящего в движение сердечник 5 катушки посредством кулачка 8.

При подаче напряжения переменного тока на первичные обмотки 1 и 6 во вторичных обмотках 3 и 4 каждой катушки индуктируется ЭДС. Когда сердечник 2 катушек датчика находится в среднем (нейтральном) положении, ЭДС Е1 и Е2 равны и направлены навстречу друг другу, т. е. ΔU = Е1 — Е2 = 0. Если сердечник 5 катушки вторичного прибора тоже находится в среднем положении, то разность ЭДС секций этой катушки также равна нулю.

В этом случае во вторичной цепи тока нет и напряжение на входе усилителя ΔU = 0. При смещении сердечника 2 катушки датчика от среднего положения вследствие изменения контролируемой величины меняется распределение магнитных потоков в секциях вторичной обмотки 3, индуктируемые в них ЭДС уже не равны друг другу. Во вторичной цепи измерительной схемы возникает ток небаланса, создающий на входе усилителя падение напряжения ΔU. Значение этого напряжения практически является функцией линейного перемещения сердечника 2 датчика, а его фаза — функцией направления перемещения сердечника от среднего положения. Напряжение небаланса через усилитель 9 поступает на управляющую обмотку двигателя 7, который, придя во вращение, перемещает с помощью кулачка 8 сердечник 5 катушки вторичного прибора до момента согласования положений сердечников 2 и 5, т. е. до получения равенства напряжений, индуктируемых во вторичных обмотках обеих катушек. С осью двигателя 7 механически связаны показывающее, записывающее и регулирующее устройства.

Экономному и рациональному расходованию сырья и материалов способствует применение сигнализаторов предельных значений с выдачей звуковых и световых сигналов. Электрическая схема такого устройства показана на рис. 8.

Сигнализатор состоит из преобразователя (датчика), электронно-релейного блока и сигнального прибора (электрического звонка громкого боя). Сигнальные лампы включаются при помощи электронного реле в зависимости от положения уровня жидкости по отношению к контактам датчика.

Примером современного такого датчика уровня является РОС 301, характеристики и принцип действия которого можно почитать на сайте kip-alan.ru.

При понижении уровня жидкости сверх установленного положения нижнего контакта датчика к обеим базам триодов будет приложено положительное напряжение через резисторы R1 и R2, транзисторы VT1 и VT2 будут закрыты, контакты реле К1 и К2, включенных в эмиттерные цепи транзисторов, разомкнутся. Нормально замкнутые контакты в этом случае включают лампу Е3 и звонок, сигнализирующие о том, что уровень жидкости ниже нормы.

Если уровень находится между верхним и нижним контактами датчика, нижний контакт через жидкость соединяется с корпусом (землей), минусовое напряжение подается на базу транзистора VT2, он открывается и обеспечивает срабатывание реле К2: замыкаются нормально открытые контакты, а нормально закрытые размыкаются, отключая лампу Е3 и звонок, включается лампа Е2, сигнализирующая о том, что уровень жидкости в пределах нормы.

При повышении уровня и достижении им предела, установленного верхним контактом датчика, транзистор VT1 открывается; срабатывает реле К1, загорается лампочка Е1 и замыкается цепь звонка. Минус постоянного выпрямленного напряжения соединен с корпусом блока.

Виды уровнемеров

Датчики уровня используются как контроллеры наполнения емкостей, резервуаров, баков, траншей, трубопроводов с жидкостями или сыпучими материалами. Используются не только для замеров уровня, но и в качестве концевых выключателей (предупреждают переполнение или работу в «сухом режиме»). В зависимости от типа контролируемого технологического процесса можно использовать традиционные уровнемеры, измеряющие количество вещества в емкости по всей площади, или узкопредельные, срабатывающие с большей точностью только на определенном участке.

Особенности уровнемеров

По функциональности устройства делятся на два типа: сигнализаторы, позволяющие отслеживать определенную точку заполнения (макс. или мин.) и уровнемеры, предназначенные для беспрерывного мониторинга. Сфера применения приборов определяется принципом их действия (в основе может быть акустика, оптика, гидростатика, электропроводность). Также они бывают контактные или бесконтактные.

Выбирая современные уровнемеры, учитывают цели, для которых будут проводиться измерения. Также принимают во внимание вид измеряемой жидкости – ее плотность, категорию опасности и прочие характеристики. Принцип действия уровнемера подбирается с учетом материала емкости. Приборы могут работать с аналоговым сигналом, в качестве реле или как радар.

При подборе обязательно учитывают санитарные нормы, устойчивость к механическим воздействиям, вибрациям, химикатам, возможность эксплуатации во взрывоопасной среде (в зависимости от особенностей проходящих техпроцессов).

Область использования уровнемеров

Контроль уровня жидкости или сухого вещества в резервуаре, емкости – необходимость для многих автоматизированных технологических процессов, а также в системе водопроводов, подачи жидкостей и так далее.

Это оборудование предназначено для измерений уровней твердых, жидких, сыпучих веществ, находящихся в открытых и закрытых резервуарах под давлением или без. Оно обеспечивает точность измерений вне зависимости от уровня загрязнения и состава среды.

Основные виды уровнемеров

Уровнемеры классифицируются по режимам деятельности на устройства для непрерывного измерения или для дискретного контроля. Также они разделяются по типу измеряемого продукта на оборудование, предназначенное для жидкостей (нефтепродуктов, воды, растворов, суспензий) и для сухих сыпучих элементов (гранул, порошков).

Приборы, предназначенные для контроля за уровнем жидкости, также классифицируются по принципу действия:

  • Электродные: проводится дискретный контроль рабочей среды с использованием ее электропроводности. Рабочая среда (электрический проводник) доходит до электрода, в результате чего электрическая цепь замыкается и возникает сигнал. При уменьшении количества рабочей среды цепь размыкается. В комплект может входить несколько электродов, и можно настраивать их разную длину. Это устройства простой конструкции, но они могут срабатывать только в электропроводных средах (например, в воде);
  • Емкостные. В основе – принцип определения емкости конденсатора, а в качестве конденсатора – изолированный электрод и стенки того резервуара, в котором он находится. При изменении уровня жидкости изменяется площадь (а значит, и емкость) такого конденсатора. С помощью таких уровнемеров можно проводить постоянный контроль рабочей среды на глубине до 50 м и при температуре до +250°С. Отличаются высокой чувствительностью;
  • Поплавковые. Уровень жидкости определяется путем механического перемещения герметичного полого поплавка на поверхности. При изменении высоты уровня срабатывает микровыключатель, и тем самым устройство сигнализирует об изменении высоты уровня. Эти устройства могут использоваться в баках с топливом и в цистернах с водой – иными словами, в емкостях с разными типами сред, вне зависимости от их температуры и плотности;
  • Магнитные. Представляют собой мерную трубку с поплавком и встроенным магнитом. Создается одинаковый уровень жидкости в резервуаре и трубке, а магнит в устройстве действует на магнитный указатель, установленный снаружи. Эти приборы могут применяться для разных типов жидкостей, за исключением нефтепродуктов;
  • Визуальные оснащены смотровым стеклом и часто применяются в паровых котельных или на химическом производстве;
  • Гидростатические могут быть врезными и погружными, позволяют измерять уровень даже при высоком давлении рабочей среды вне зависимости от типа жидкости. Подходят для однородных сред в водоемах, хранилищах, скважинах, промышленных резервуарах.

Преимущества гидростатических уровнемеров

Принцип действия гидростатического уровнемера основан на преобразовании значений давления столба жидкости в высоту этого столба по известной плотности среды. Для измерения гидростатического давления может использоваться манометр (датчик избыточного давления, подключенный на нижнем предельном уровне). Чаще всего применяются дифференциальные датчики давления, с помощью которых можно измерять уровень жидкости в агрегатах, работающих под давлением.

Эти модели могут использоваться для жидкостей с разным уровнем текучести, в том числе вязких, а также для паст. Также они подходят для контроля уровня в открытых резервуарах и для определения уровня раздела жидкости.

Читать еще:  14key › Блог › Почему моргают светодиодные лампочки в автомобилях

Ключевыми преимуществами таких устройств считаются:

  • Высокая точность;
  • Возможность непрерывного измерения;
  • Простая компактная конструкция;
  • Возможность использования для вязких и пенистых сред;
  • Высокая устойчивость к помехам;
  • Возможность встраивания в автономную систему благодаря низкому энергопотреблению;
  • Не требуют сложного технического обслуживания.

Эти устройства относятся к контактным, то есть они не зависимы от состояния поверхности жидкости в емкости.

Компания «Измеркон» предлагает гидростатические и емкостные уровнемеры (в том числе автономного типа) для разных типов емкостей, используемых на промышленных предприятиях общего или специального назначения. Предлагаем датчики малых габаритов для контроля стандартных, вязких или агрессивных жидкостей, в обычном, химостойком или взрывозащищенном исполнении.

Датчики уровня

Принцип работы

Механические и магнитные поплавковые уровнемеры

Принцип действия основан на замыкании поплавком контактов, расположенных на различных уровнях направляющего стержня. В магнитных поплавковых уровнемерах используются герконы, а в механических – микровыключатели.

Преимущества
  • просто
  • дёшево.
Недостатки
  • контактный метод, при выборе поплавка необходимо учитывать: химическую совместимость со средой, плавучесть, вязкость, плотность и температуру
  • не подходит для измерения уровня очень вязкой жидкости, шлама
  • а также жидкости, которая прилипает к поплавку и стержню
  • или содержит металлические кусочки, которые могут вызвать ложные срабатывания магнитных выключателей.

Магнитострикционные уровнемеры

Это поплавковые уровнемеры непрерывного действия, в которых используются магнитострикционный эффект. Поплавок с постоянным магнитом внутри перемещается вдоль направляющего стержня, в котором натянута проволока из магнитострикционного материала (волновод). В волновод подаются токовые импульсы. В месте расположения магнита (поплавка) при взаимодействии магнитного поля с током, возникают импульсы продольной деформации, которые регистрируются пьезоэлементом вверху стержня. Время прохождения импульса пропорционально расстоянию до поверхности.

Буйковые уровнемеры

На частично погружённый в жидкость буёк действует выталкивающая сила Архимеда, пропорциональная глубине погружения.

Ультразвуковые уровнемеры (Ultrasonic)

Принцип действия ультразвуковых уровнемеров основан на измерении времени распространения звуковой волны высокой частоты (20-200 кГц) от антенны уровнемера до поверхности жидкости и обратно.

Ультразвуковые уровнемеры подходят для измерения уровня вязких жидкостей и сыпучих материалов.

Недостатки
  • звуковой сигнал не может распространяться в вакууме
  • на показания оказывают влияние: температура, влажность, давление, турбулентность, пена, пар, изменение концентрации жидкости.

Микроволновые радарные уровнемеры (Radar)

Принцип действия радарных уровнемеров основан на измерении времени распространения электромагнитной волны (радиоволны) сверхвысокой частоты (1-30 ГГц) от антенны уровнемера до поверхности жидкости и обратно.

Радары подходят для использования во влажной, туманной и пыльной среде, а также при переменной температуре.

Импульсный метод – измерение времени прохождения импульса до поверхности и обратно – очень сложно реализовать, т.к. это время измеряется в наносекундах.

Более распространён способ непрерывного линейного частотного модулирования радиосигнала — FMCW (Frequency Modulated Continuous-Wave). При этом способе излученный и отражённый сигналы смешиваются, и образуется сигнал, частота которого равна разности частот этих сигналов. Эта разность пропорциональна расстоянию от антенны до поверхности.

Преимущества
  • радиоволны могут распространяться и в вакууме, на них не влияет температура, давление, влажность и пыль.
Недостатки
  • электромагнитные волны поглощаются (не отражаются) диэлектриками (пластмасса, стекло, бумага и т.д.)
  • высокая цена (чем выше частота, тем точнее измерения и тем дороже).

Гидростатическое измерение уровня

Используется зависимость давления столба жидкости от уровня. Давление столба жидкости измеряется с помощью дифференциальных датчиков давления — один датчик измеряет давление на дне резервуара, а другой – давление над поверхностью жидкости.

Емкостные уровнемеры (Capacitance)

В резервуар опускается конденсатор, представляющий собой длинную трубку с металлическим стержнем внутри. Вместе с резервуаром заполняется и трубка — из-за разной диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха ёмкость конденсатора изменяется пропорционально уровню.

В качестве опорного электрода (внешних обкладок конденсатора) могут использоваться стенки резервуара.

Кондуктометрические сигнализаторы уровня

Используются для контроля уровня в проводящих жидкостях. В резервуар опускается пара электродов, и как только уровень повышается так, что электроды оказываются погружёнными в жидкость – уменьшается сопротивление между электродами и срабатывает выключатель. Для контроля нескольких уровней используются несколько пар электродов разной длины.

Вибрационные сигнализаторы уровня (Vibrating Switch)

Применяются для сигнализации уровня жидких и сыпучих веществ. Используется эффект камертона – в резонаторе, имеющем форму вилки, пьезоэлектрическим способом возбуждаются механические резонансные колебания, которые затухают и гасятся при погружении резонатора в сыпучее вещество.

Как выбрать

Измеряемая среда

  • Измеряемая среда (жидкость, шлам, ил, сыпучее и т.п.)
  • Диапазон рабочих температур измеряемой среды
  • Давление измеряемой среды
  • Электрическая проводимость
  • Плотность
  • Вязкость
  • Диэлектрическая проницаемость
  • Прилипает к зонду
  • Содержит металлические включения
  • Есть пена на поверхности.

Окружающая среда

  • Температура окружающей среды
  • Влажность
  • Наличие агрессивных сред
  • Взрывоопасная зона.

Технология

  • Хранение
    • жидкости
    • сыпучего вещества
  • Сепарация (определение уровня разделения несмешивающихся жидкостей)
  • Процесс (перемешивание, нагрев)
  • Реактор (химический процесс)
  • Измерение уровня
    • Непрерывное
    • Дискретное (сигнализация уровня), количество уровней
  • Способ измерения уровня
    • Контактный:
      • поплавковый
      • буйковый
      • емкостной
      • гидростатический
    • Бесконтактный:
      • радарный
      • ультразвуковой
      • радиоактивный
  • Конструкция резервуара
    • Наличие оборудования в ёмкости (циркуляционный насос, мешалка, нагреватель и т.п.)
    • Размеры
    • Материал
    • Верх (открытый, форма крышки)
    • Форма дна
    • Расположение входных и выходных труб
    • Место установки датчика, присоединение (фланцевое, врезное).

    Измерение

    • Диапазон измерения уровня
    • Погрешность измерения.

    Преобразователь

    • Питание
    • Индикатор
    • Место установки
    • Кабельный ввод
    • Выходной сигнал:
      • Токовый 4..20 мА
      • Релейный выход
      • Полевая шина:
        • HART
        • PROFIBUS PA
        • Foundation Fieldbus.

    Классификация приборов измерения уровня

    Для измерения уровня жидкостей применяются специальные средства измерений – уровнемеры.

    Многообразие типов уровнемеров, принцип действия которых основан на различных физических методах, объясняется разнообразием свойств измеряемых жидкостей. Наибольшее распространение в промышленном использовании получили следующие виды уровнемеров: буйковые, пьезометрические, гидростатические, поплавковые, и ёмкостные.

    Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на изме-рении перемещения буйка или силы гидростатического давления, действующей на буёк.

    Буёк в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружён в жидкость и перемещается в зависимости от её уровня. Буйковые уровнемеры наиболее часто применяются для измерения уровня однородных, в том числе агрессивных, жидкостей, находящихся при высоких рабочих давле-ниях (до 32 МПа), широком диапазоне температур (от –200 до +600С) и не обладающих свойствами адгезии (прилипания) к буйкам.

    Главной особенностью буйковых уровнемеров является возможность измерения уровня границы раздела двух жидкостей.

    Недостатком буйковых уровнемеров являются зависимость их точности от плотности и температуры измеряемой среды, ограниченность использования для больших (свыше 16 м) диапазонов измерения уровней жидкостей и жидкостей обладающих адгезией к буйку.

    Пьезометрический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на преобразовании гидростатического давления жидкости в давление воздуха, подаваемого от постороннего источника и барботирующего через слой жидкости.

    У этого уровнемера чувствительный элемент не находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, а воспринимает гидростатическое давление через воздух, что является его достоинством. Для пьезометрических уровнемеров также характерна погрешность измерения из-за изменения плотности измеряемой среды.

    Гидростатический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении манометром или напоромером гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты её уровня. Уровнемеры этого вида обычно используют для измерения неагрессивных, незагрязнённых жидкостей, находящихся под атмосферным давлением. Для измерения уровней агрессивных сред используют специальные разделительные устройства.

    Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

    Поплавковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на из-мерении перемещения поплавка, плавающего на поверхности жидкости (поплавок как бы отслеживает уровень жидкости).

    Поплавковые уровнемеры не пригодны для вязких жидкостей (дизельного топлива, мазута, смол) из-за залипания поплавка, обволакивания его вязкой средой. При измерении уровня криогенных жидкостей из-за кипения верхнего слоя возникает вибрация поплавка, что приводит к искажениям результатов измерения. Наиболее часто поплавковые уровнемеры используют для измерения уровней в больших открытых резервуарах, а также в закрытых резервуарах с низким давлением. Применение магнитной связи для передачи перемещения поплавка позволяет герметизировать вывод передачи в измерительный блок, упростить конструкцию, повы-сить надёжность, измерять уровень в резервуарах под давлением.

    Ёмкостной уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на раз-личии диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха. В связи с этим по мере погружения электродов датчика уровнемера в жидкость изменяется ёмкость между ними пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

    Менее распространены акустические, магнито-стрикционные, радиоизотопные, вибрационные уровнемеры.

    Виды уровнемеров и методы измерения уровня

    УРОВНЕМЕРЫ ПОВЫШЕННОЙ СЛОЖНОСТИ

    1.1 Широкий круг задач, связанных с измерением и регулированием уровня, обусловил появление большого числа различных приборов и устройств, основанных на разных принципах действия с различной степенью сложности в изготовлении и наладке таких устройств и приборов. В соответствии с изложенным, приборы для измерения и регулирования уровня разделяются:

    · по принципу действия – на поплавковые и буйковые, электронные, давления, радиоизотопные, акустические, ультразвуковые и радиочастотные (так называемые танк-радары);

    · по характеру измеряемой среды – на приборы для измерения уровня жидких сред, сыпучих тел или уровня раздела сред с различной плотностью или электропроводностью;

    · по стойкости воздействия измеряемой среды – на приборы для измерения агрессивных или не агрессивных сред;

    · по условиям работы – на приборы, рассчитанные либо не рассчитанные на работу в условиях вибрации, ударов, тряски, высокой температуры, влажности, воздействия микроорганизмов, запыленности и т. п.;

    · по характеру выполняемых операций – на приборы для измерения, сигнализации или регулирования уровня.

    1.2 Поплавкковые и буйковые уровнемеры – уровнемеры, где чувствительным элементом является плавающий или полностью погруженный в измеряемую жидкость металлический (или какого либо другого типа) поплавок или буек. У поплавковых приборов принцип работы прибора основывается на следящем действии поплавка, плавающего на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с ее уровнем. У буйковых уровнемеров принцип работы прибора основывается на законе Архимеда. Измерительным параметром является выталкивающая сила тонущего буйка, величина которой пропорциональна глубине его погружения в жидкость, при этом жидкость может находиться под атмосферным, избыточным или вакуумметрическим давлением.

    1.3 Электронные приборы измерения уровня – приборы, в основу измерения которых положен принцип изменения емкости, индуктивности или сопротивления от уровня жидкости.

    1.4 Уровнемеры давления – уровнемеры, использующие силу давления столба жидкости, которая зависит от уровня жидкости в емкости.

    1.5 Радиоизотопные приборы используют изменение интенсивности потока g-излучения при прохождении его через измеряемую жидкость.

    1.6 Радиочастотные уровнемеры – приборы, построенные по принципу радаров, т.е. используется отражение электромагнитной волны от поверхности жидкости или раздела 2 сред (с разной диэлектрической проницаемостью).

    Рассмотрим утройство, принцип действия электронных и радиочастотных уровнемеров, относящихся к уровнемерам повышенной сложности.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector