Уровнемеры для жидкостей и сыпучих тел

Виды уровнемеров

Уровнемеры для жидкостей и сыпучих тел

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.

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.

Источник: https://izmerkon.ru/podderzhka/publikaczii/vidyi-urovnemerov.html

Уровнемеры сыпучих материалов

Уровнемеры для жидкостей и сыпучих тел

Уровнемеры сыпучих материалов предназначены для непрерывного контроля уровня сыпучих материалов таких как цемент, песок, щебень, мука, комбикорм, крупа, зерно, уголь, угольная пыль, паллеты и т.п. материалов. Уровнемеры сыпучих материалов могут быть контактными и бесконтактными.

Интерактивный подбор датчика уровня сыпучих материалов

Чтобы получить оптимальное решение вашей задачи, заполните опросный лист,
и наши специалисты свяжутся с Вами, чтобы предложить готовый ответ.

 

Лотовые уровнемеры

Электромеханические преобразователи уровня, в которых чувствительный груз закреплен на конце троса или ленты намотанных на барабан (катушку) расположенный в датчике. Датчик устанавливается на верхней крышке емкости. Электродвигатель вращает катушку с тросом, в результате чего груз движется к нижнему уровню емкости.

Как только чувствительный груз достигнет поверхности материала, изменится натяжение троса, что будет отслежено электроникой, направление вращения двигатели изменится на противоположное и трос вновь намотается на барабан. Число оборотов катушки с тросом отлеживается микроэлектроникой и переводится в значение уровня.

Значение уровня на выходе лотового датчика уровня формируется в универсальном аналоговом стандарте 4 — 20 мА, Modbus, Profibus.

Установка только вертикально. Обнаруживает вещества с плотностью от 20 гр./литр. Температура процесса до 250ºС. Измеряемый уровень до 40 метров. Допуски для использования в местах с опасностью взрыва газа и пыли. Точность измерения 1см/2,5см/5см/10см в зависимости от модели. Программируемый интервал периода измерения уровня (от 6 минут до 100 часов).

Входы управления для останова измерения во время загрузки и ручного старта процесса измерения. Для защиты датчика от «засыпания» применяется датчик уровня INNOLevel.

Примеры применения лотовых датчиков уровня

Предлагаем вашему вниманию электромеханические лотовые датчики дискретного измерения уровня марок Nivobob, Innolevel, UWT-lot, INNOLevel LOT:

INNOLevel Lot
Nivobob 3000
Nivobob 4000
UWT-Lot SLB 300

Выбрать лотовый уровнемер

Емкостные уровнемеры

используют тот же принцип работы, что и емкостные сигнализаторы предельного уровня. Активный зонд прибора (трос, стержень, кабель) и проводящая стена емкости (или заземленный второй зонд, или специальная труба, одетая на зонд, если стена емкости сделана из не проводящих материалов) создают пластины конденсатора.

Изолятором в этом конденсаторе является либо воздух, либо другой материал в емкости, которые будут являться диэлектриками между платинами простого конденсатора. Когда емкость пустая, тогда начальная емкость конденсатора будет равна С0, при этом диэлектрический коэффициент «ε» для воздуха равен 1.

Когда воздух будет вытеснен продуктом с диэлектрической константой выше чем у воздуха, емкость конденсатора изменится, то есть емкость будет меняться с увеличением измеряемого продукта в емкости. Это изменение емкости будет преобразовано прибором в выходной сигнал пропорционально изменению уровня.

Показание уровнемера прямо пропорционально изменению уровня продукта и уровня емкости конденсатора. Емкость также зависит от расстояния между пластинами и выполнением условия о параллельности активного зонта и стены емкости или второго зонда.

Применение второго зонда необходимо при измерении уровня в емкостях необычной формы, сферических, емкостей с отсутствующими строго вертикальными стенами, даже если стена изготовлена из проводящего материала, со стенками, изготовленными из слабо проводящих или не проводящих материалов.

Диапазон измерения уровня в зависимости от типа применяемого зонда до 30 метров. Точность измерения зависит от измеряемого уровня и как правило не хуже ±0,3%. Температура измеряемого продукта до +200ºС. Регулируемое время задержки. Выходные сигналы стандартных протоколов 4 — 20 мА, HART и др.
Выбрать емкостной уровнемер

Ультразвуковые уровнемеры

Бесконтактные датчики уровня непрерывного действия.  Используют явление отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела сред газ — твердое вещество. Электронный блок ультразвукового уровнемера измеряет время прохождения излученного ультразвукового импульса от датчика до границы раздела сред и обратно.

Чем больше уровень материала в емкости или силосе, тем меньше время прохождения импульса от датчика до материала и обратно. Так как скорость распространения звука в воздухе составляет 331 м/сек., а измеряемые уровни не превышают 70 метров, поэтому измерение уровня можно проводить ежесекундно.

Благодаря этому ультразвуковые датчики осуществляют именно непрерывное измерение, тогда как, лотовым датчикам требуется намного большее время на разматывание и сматывание троса.

Основа электронного блока — микропроцессорное устройство, которое позволяет запрограммировать отключение датчика на время периодического прохождения механизма, например лопасти мешалки. Ультразвуковые датчики изготавливаются  в виде моноблока с индикаторным устройством и блоком программирования, либо с отсутствием таковых.

В этом случае управление осуществляется через ПК. Выходные сигналы формируются по стандартным протоколам 4 — 20 мА, Modbus, Profibus и др. Примеры применения ультразвуковых датчиков уровня сыпучих веществ.

Установка вертикально сверху или под небольшим углом в зависимости от профиля измеряемой поверхности. Диапазон измерения уровня до 60 метров. Точность измерения 0,25%. Температура процесса до 150ºС. Взрывобезопасное исполнение. Автоматическая температурная компенсация.
Выбрать ультразвуковой уровнемер

Акустические уровнемеры

Акустические уровнемеры — разновидность ультразвуковых датчиков непрерывного измерения уровня. Акустический датчик уровня излучает очень мощные акустические волны, которые отражаются от поверхности измеряемого вещества.

Отраженный сигнал обрабатывается при помощи специально разработанного программного обеспечения (Nivowave ПО), для того чтобы отфильтровать полезный сигнал и подавить ложное эхо.
Метод обработки принятого эхо-сигнала позволяет снизить до минимума потери сигнала.

Благодаря применению очень мощного импульса, затухания имеют гораздо меньшее влияние по сравнению с обычными ультразвуковыми приборами. Излучаются более мощные сигналы, соответственно, принимаются тоже более мощные отраженные сигналы.

Приемная электроника позволяет распознать и обработать очень слабые эхо-сигналы, также в комбинации с сильными шумовыми помехами. Примеры применения акустических датчиков.
Выбрать акустический датчик уровня

Рефлексные (волноводные) микроволновые преобразователи уровня

по принципу работы аналогичны микроволновым радарным уровнемерам, но в отличие от них микроволновый импульс распространяется не в воздухе или другом газе, а по специальному волноводу — зонду.

Микроволновые электромагнитные импульсы походят по зонду и отражаются от границы резкого изменения диэлектрической проницаемости — границы раздела воздуха (газа) и твердого или жидкого вещества.

Разница во времени между моментом излучения микроволнового импульса и моментом приема отраженного сигнала пропорциональна расстоянию до продукта или границы раздела двух сред. Мощность отраженного сигнала тем больше, чем больше диэлектрическая проницаемость материала.

Для измерения уровня раздела двух сред, например воды и шлама, используется остаточная энергия импульса от первого отражения, так как часть энергии микроволнового импульса не отражается от границы сред, а продолжает свое движение по волноводу. В качестве зонда — волновода могут применяться трос, стержень или коаксиальная конструкция.

Волноводная технология имеет ряд преимуществ по сравнению с радарной, так как импульсы в волноводе практически не восприимчивы к изменениям окружающей среды в резервуаре.

Это позволяет использовать их для решения задач измерения в сложных условиях — высокая температура, избыточное давление, запыленность, бурление, пенообразование, пары и газы над измеряемым продуктом.

Рефлексные уровнемеры незаменимы в узких и высоких емкостях, где применение радаров ограничено диаграммой направленности антенн.

Диапазон измерения уровня до 30 метров. Точность измерения ±5 мм. Диэлектрическая проницаемость измеряемой среды от 1,3ε. Температура измеряемой среды от -30 до +200ºС. Выходные сигналы стандартных протоколов 4 — 20 мА, Modbus, Profibus, HART и др.
Выбрать рефлексный микроволновый уровнемер

Микроволновые радарные уровнемеры

универсальные приборы непрерывного измерения уровня, по принципу работы аналогичны ультразвуковым уровнемерам, так же используют принцип отражения волн от границы раздела сред. Отличие заключается в том, что ультразвуковые датчики уровня работают в диапазоне излучения 5 …

50 кГц, а микроволновые радарные датчики используют частоты 6 … 95 ГГц. Радарный датчик уровня построен по принципу радиолокатора, что позволяет минимизировать влияние паразитных помех и помех, связанных с неровностью измеряемой поверхности.

Так же как и ультразвуковые уровнемеры не имеют контакта с измеряемым объектом, но в отличие от ультразвуковых датчиков,  обладают намного меньшей чувствительностью к влиянию температуры и давления в рабочей емкости, а так же их изменению.

Радарные уровнемеры обладают большей устойчивостью к таким негативным для других приборов явлениям, как запыленность, пенообразование, испарения с измеряемой поверхности. Важной характеристикой влияющей на уровень измерения и точность, является размер и тип применяемой антенны.

Различают рупорные, стержневые, трубчатые, параболические и планарные антенны. Чем больше размер антенны, тем более мощный и узконаправленный сигнал она формирует, соответственно обеспечивается максимальная дальность и максимальная разрешающая способность микроволнового радарного уровнемера.

Точность измерения уровня ±1мм., что позволяет использовать микроволновые радарные уровнемеры для целей коммерческого учета. Температура процесса до +250ºС. Диапазон измерения уровня до 50 метров. Диэлектрическая постоянная измеряемого вещества должна быть более 1,6. Клейкие вещества могут вызывать отказы.
Выбрать микроволновый радарный уровнемер

Источник: https://RusAutomation.ru/datchiki_urovnya/urovnemery-sipuchih-materialov

6. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ И СЫПУЧИХ ТЕЛ

Уровнемеры для жидкостей и сыпучих тел

Рисунок 5.7. Силы, действующие на первичный преобразователь кориолисова расходомера: — силы воздействия;— перемещение;— угол закручивания

Кориолисовы массовые расходомеры непосредственно измеряют массовый расход жидкостей, газов и взвесей без предварительного определения плотности и объема. Схема первичного преобразователя изображена на рисунок 5.7.

Труба, имеющая U-образную форму, после приведения ее с помощью электромагнитной катушки в колебательное движение, колеблется с собственной частотой (амплитуда менее 1 мм, частота — десятки герц). При движении трубы вверх газ, втекающий в трубу, давит на трубу вниз.

На выходе из нее тот же газ дополнительно способствует движению трубы вверх, что приводит к закручиванию U- образной трубы. Во время второго периода колебаний, когда U-образная труба движется вниз, она закручивается в противоположную сторону. Это закручивание называют эффектом Кориолиса.

При этом, угол закручивания трубы прямо пропорционален расходу газа. Электромагнитные датчики, расположенные с каждой стороны трубы, измеряют скорость колебания трубы. Массовый расход газа определяют, измеряя разницу во времени поступления двух сигналов по скорости, эта разница прямо пропорциональна массовому расходу газа.

Трубу первичного преобразователя располагают изгибом вверх, чтобы предотвратить накопление конденсата в ней. Выпускаются и другие преобразователи, действие которых основано на эффекте Кориолиса, представляющие собой отрезок прямой трубы, закрепленный с обоих концов и вибрирующей с максимальным прогибом в своей средней части.

Достоинства: наличие конденсата, твердых частиц не влияет на условия применения кориолисова расходомера. Широкий диапазон измерения, малые потери давления. Высокая точность.

Этот принцип измерения позволяет получить информацию не только об объемном, но и о массовом расходе и плотности среды, проходящей через измерительный преобразователь.

Кориолисовы расходомеры относят к «интеллектуальным» изделиям, так как они могут иметь встроенные микроконтроллеры для вычисления комплекса показателей.

Измерение уровня жидкостей и сыпучих тел относится к числу вспомогательных контрольных операций, позволяющих определить количества жидкостей и сыпучих тел в резервуарах для учета продукта и

38

сигнализации о переполнении расходных баков и бункеров.

Поддержание некоторого постоянного уровня, например, жидкости в аппаратах, резервуарах, баках связано как с поддержанием технологического режима, так и с условиями безопасной работы оборудования.

Технические средства, применяемые для измерения уровня жидкости, называются уровнемерами. Приборы, предназначенные для сигнализации предельных уровней жидкости,

называются сигнализаторами уровня.

В химической промышленности применяют: измерение уровня жидкости указательными стеклами; уровнемеры механические (с помощью поплавка или буйка); электромеханические (например, уровнемеры с индуктивными датчиками); гидростатические; пневматические. Измерение уровня по измерению проводимости, емкостные, фотоэлектрические, ультразвуковые, акустические, радиоизотопные.

При выборе уровнемера необходимо учитывать температуру, абразивные свойства, вязкость, электрическую проводимость, радиоактивность, химическую агрессивность измеряемой среды.

Кроме того, следует принимать во внимание рабочие условия в объекте измерения или около него: давление, нагревание или охлаждение, способ заполнения или опорожнения резервуара, наличие мешалки, огнеопасность и взрывоопасность.

Основными требованиями, предъявляемыми к уровнемерам, являются: высокая степень надежности при эксплуатации в химически агрессивной среде для широкого температурного интервала (от —40 °С до +80 °С); малая погрешность измерений (порядка ±1 мм при изменении уровня жидкости до 20 м); простота установки и технического обслуживания; пожаро- и взрывобезопасность; возможность интеграции в САУ.

6.1. Механические уровнемеры Поплавковые уровнемеры применяются в основном для

непрерывного измерения уровня жидкости, когда изменение положения поплавка, выступающего в роли чувствительного элемента и помещенного в жидкость, вызывает изменение какого-либо параметра преобразующего элемента.

Принцип действия поплавкового уровнемера основан на следящем действии поплавка, находящегося на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с уровнем жидкости.

В большинстве случаев перемещение поплавка, вызванное изменением уровня жидкости, передается на плунжер соленоидного дифференциально-трансформаторного (индуктивного) датчика (рисунок

39

6.1). Уровнемеры с индуктивными датчиками применяются для измерения уровня жидкости в резервуарах высокого давления.

Рисунок 6.1. Схема уровнемера с дифференциальнотрансформаторным датчиком

В буйковых уровнемерах чувствительным элементом является металлический цилиндрический буек, частично погруженный в измеряемую среду. На буек действуют сила его веса и выталкивающая сила. При изменении уровня жидкости меняется выталкивающая сила и положение буйка.

За счет разности глубины погружения буйка меняется выталкивающая сила, действующая на буек, и он перемещается либо вверх (при повышении уровня) или вниз (при понижении уровня).

Для дистанционного измерения уровня жидкости, находящейся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением, применяются буйковые уровнемеры с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 0…5 мА; 0…20 мА типа «УБ-Э» или пневматические с давлением 0,02…0,1 МПа (0,2…

1,0 кгс/см2) типа «УБ- П». Действие данных уровнемеров основано на электросиловой компенсации усилия, развиваемого буйком измерительного блока уровнемера, погруженным в жидкость, уровень которой измеряется.

6.2. Гидростатические и пьезометрические уровнемеры

Оба уровнемера пригодны для измерения уровня разных жидкостей. При выборе материала трубки, используемой для измерения давления, необходимо учитывать химические свойства жидкостей. Гидростатический и пьезометрический методы индикации уровня отличаются друг от друга тем, что при гидростатическом методе используется непосредственно давление, оказываемое жидкостью на дно

40

резервуара, тогда как при пьезометрическом методе в резервуар принудительно подают воздух или газ.

Гидростатические уровнемеры. Измерение уровня основано на измерении оказываемого жидкостью на дно резервуара гидростатического давления, которое измеряется в открытых резервуарах при помощи обычного или дифференциального манометра.

В резервуарах, находящихся под давлением и, следовательно, представляющих собой замкнутую емкость, уровень жидкости можно измерить только дифференциальным манометром (рисунок 6.2).

Величина гидростатического давления на дно резервуара зависит от высоты h столба жидкости над измерительным прибором и от плотности р жидкости. Таким образом, справедливо уравнение:

или

Если манометр установить не на одинаковой с днищем резервуара высоте, то произойдет смещение точки начала измерения, пропорциональное разности высот.

При использовании дифференциальных манометров место установки измерительного прибора не влияет на правильность индикации, если оно находится ниже уровня днища резервуара, а измерение давления осуществляется относительно давления постоянного уровня жидкости.

Рисунок 6.2. Схема гидростатического уровнемера

41

Рисунок 6.3. Схема пьезометрического уровнемера

Пьезометрические уровнемеры. Высоту уровня жидкости измеряют по давлению воздуха или газа, барботирующего через слой жидкости. На рисунок 6.3 показана схема подобного устройства для открытых резервуаров.

В жидкость, уровень которой предстоит измерить, погружают трубку и в нее через дроссель непрерывно нагнетается сжатый воздух или газ, например, азот.

Пневматическое давление, устанавливающееся в погружной трубке за дросселем, соответствует гидростатическому давлению над концом трубки и является тем самым мерой уровня заполнения резервуара. Материал погружной трубки выбирается в соответствии с химическими и физическими свойствами измеряемой жидкости.

Преимущество гидростатического способа измерения уровня заключается в том, что он обладают высокой эксплуатационной надежностью. Гидростатический метод можно использовать, в частности, для измерения уровня в резервуарах высокого давления.

Преимущество пьезометрического метода состоит в том, что измерительное устройство не находится в контакте с измеряемым веществом, поэтому его очень удобно применять, измеряя уровень агрессивных, сильно загрязненных, вязких и склонных к кристаллизации жидкостей, включая пульпы, в открытых резервуарах.

Указанные методы применяют в промышленности для измерения уровня жидкости также в перегонных кубах и реакторах.

6.3. Кондуктометрические уровнемеры Кондуктометрические уровнемеры применяются для измерения

уровня электропроводящих жидкостей в резервуарах, цистернах. Принцип измерения основан на изменении силы тока от изменения контролируемого уровня жидкости в резервуаре. В пустом резервуаре сопротивление между двумя электродами бесконечно велико. Если опустить электроды в электропроводящую жидкость в резервуаре, уровень которой измеряется, то изменение проводимости отражает ее уровень.

42

6.4. Емкостные уровнемеры

Рисунок 6.4. Схема емкостного уровнемера:

1 — трубчатый (наружный) электрод; 2 — внутренний электрод; 3 — преобразователь емкостив токовый сигнал

Их действие основано на измерении электрической емкости преобразователя, изменяющейся пропорционально изменению контролируемого уровня жидкости в резервуаре.

Преобразователь, преобразующий изменение уровня жидкости в пропорциональное изменение емкости, представляет собой цилиндрический конденсатор, электроды которого расположены коаксиально (рисунок 6.4).

Для каждого значения уровня жидкости в резервуаре емкость первичного преобразователя определяется как емкость двух параллельно соединенных конденсаторов, один из которых образован частью электродов преобразователя и жидкостью, уровень которой измеряется, а второй — остальной частью электродов емкостного преобразователя и воздухом (или парами жидкости). Измерение емкости осуществляют уравновешенными мостами переменного тока. Емкостный метод применяют для измерения уровня песка, цемента, извести, угольной пыли в бункерах и хранилищах, а также мазута, топлива, воды, кислот, щелочей и вязких материалов.

6.5. Ультразвуковые уровнемеры

Ультразвук можно использовать для измерения уровня как жидкостей, так и сыпучих материалов. Способ непригоден лишь для измерения уровня жидкости, содержащей твердые частицы, которые могут образовать отложения на вибраторах и тем самым привести к погрешностям измерения. Такие химические и физические свойства

43

жидкости, как агрессивность, плотность и вязкость, играют при этом второстепенную роль.

Ультразвуковой метод измерения уровня позволяет осуществлять сигнализацию уровня сыпучих материалов, а также легких хлопьевидных и содержащих воздух материалов, например, целлюлозы, мелкозернистых или порошкообразных синтетических материалов.

Для измерения уровня при помощи ультразвука необходимо наличие излучателя и приемника. Излучатель посылает ультразвуковые импульсы, представляющие собой механические колебания в диапазоне частот от 20 кГц до нескольких мегагерц.

Чем выше частота, тем прямолинейнее распространяются ультразвуковые колебания, поведение которых напоминает поведение световых лучей. Время прохождения или поглощения луча ультразвука может служить мерой уровня. В воздухе и газах скорость распространения ультразвука минимальна.

Различают три режима работы ультразвуковых преобразователей уровня (рис. 6.5). В первом режиме при измерении уровня методом поглощения мерой уровня служит ослабление луча ультразвука.

Рисунок 6.5. Схемы ультразвуковых уровнемеров, в которых осуществляется первый (а), второй (б) и третий (в) режимы работы: 1 — излучатель; 2 — приемник.

В первом режиме ультразвуковой излучатель и приемник (детектор) монтируются внутри резервуара и располагаются строго друг против друга так, что между ними образуется прямой путь прохождения ультразвуковой волны в газе (рисунок 6.5, а).

При заполнении пространства между двумя вибраторами жидкостью или сыпучим материалом ультразвуковой излучатель посылает сигнал, и ультразвуковые волны существенно поглощаются жидкостью или сыпучим материалом. Если сыпучий материал или жидкость освобождает траекторию луча ультразвука, сигнал гаснет.

Этот режим работы ультразвуковых преобразователей используется только для определения дискретных уровней жидкости, т. е. для сигнализации

44

предельных величин. Для измерения уровня жидкостей удобен второй режим работы ультразвуковых преобразователей, основанный на измерении времени прохождения сигнала с использованием принципа эхолота (рис. 6.5, б).

Электрический импульс пьезоэлектрическим вибратором преобразуется в ультразвуковой импульс, который излучается в жидкость и отражается пограничным слоем жидкостьвоздух. Эхо поступает на аналогичный пьезоэлектрический вибратор и преобразуется в электрический импульс.

Оба импульса, посланный и отраженный, попадают с определенным интервалом на вход усилителя. Выходным сигналом измерительной схемы является постоянное напряжение, поступающее на вход вторичного прибора 8 (например, автоматического потенциометра).

Третий режим работы ультразвуковых преобразователей показан на рис. 6.5,в. Внутри резервуара размещают эмиттер, излучающий ультразвуковые волны в пространстве над поверхностью жидкости.

В этом случае ультразвуковые колебания оказываются в резонансе с колебаниями полости над поверхностью жидкости или в резонансе с гармониками собственных колебаний этой полости. Уровень жидкости определяется измерением частоты новых колебаний, поскольку при разном уровне жидкости резонансная частота оказывается различной.

Применение ультразвуковых уровнемеров: для измерения уровня только однородных жидкостей, находящихся под высоким избыточным давлением. Применения этого метода распространяется также и на измерение уровня жидкости в емкостях из дерева и пластика, где сам по себе точный и надежный емкостный метод измерения не всегда пригоден.

Преимущество измерения уровня с использованием ультразвука заключается в том, что этот метод удобен для измерения уровня заполнения даже в труднодоступных резервуарах, где часто по конструктивным причинам бывает невозможно воспользоваться другим способом измерения. Метод требует больших затрат, т.к., кроме пьезоэлектрических вибраторов, необходимы частотные генераторы.

Разработан датчик-сигнализатор уровня в металлических резервуарах, работа которого основана на ультразвуковой технологии. Он сигнализирует о значениях уровня в металлическом резервуаре не нарушая его целостности, что особенно важно, когда в резервуаре содержится агрессивная или летучая среда (щелочь, легкие углеводороды и т. д.) при высоком давлении или температуре.

45

Источник: https://studfile.net/preview/5787128/page:5/

Refy-free
Добавить комментарий