Слайд 58. Механические и магнитные поплавковые уровнемеры

 

ПУ – одни из самых недорогих и, вместе с тем, надежных СИ уровня различных жидкостей, в том числе и агрессивных. Их показания не зависят от физико-химических свойств среды, таких как: образование пены или пузырей, электропроводности, вибрации, давления и температуры в указанных пределах.

Измерение уровня данными уровнемеров основано на определении положения поплавка, плавающего на поверхности жидкости или находящегося на границе раздела двух сред. В зависимости от способа определения положения поплавка различают следующие разновидности поплавковых уровнемеров (ПУ): механические, магнитные и магнитострикционные.

В механическом уровнемере поплавок 1, перемещаясь с изменением уровня жидкости, изменяет угол отклонения жестко связанного с ним рычага. С помощью преобразователя угловых перемещений в корпусе уровнемера 2 угол отклонения рычага преобразуется в электрический сигнал.

Данный уровнемер может работать как сигнализатор уровня. При этом в корпусе уровнемера при достижении предельных значений уровня замыкаются соответствующие контакты.   

В магнитных ПУ поплавок с установленным в нем магнитом перемещается вместе с изменением уровня жидкости по трубе.

Магнитные ПУ существуют двух видов. В первых при перемещении поплавка с магнитом 1 перемещается ведомый магнит, расположенный внутри трубы и подвешенный на тросе. Трос наматывается на барабан, связанный с преобразователем угловых перемещений и расположенный в корпусе уровнемера 2.

Другой разновидностью магнитных ПУ являются уровнемеры, в трубе 1 которых находится измерительная цепь, состоящая из герметизированных магнитоуправляемых контактов (герконов) К₁, …, К _n и резисторов R ₁ , …, R_n. Магнитное поле поплавка  переключает герконы, и при срабатывании они включаются между последовательно включёнными резисторами. Таким образом, при перемещениях поплавка общее значение сопротивления цепи, а, следовательно, и выходное напряжение, пропорциональное измеряемому уровню, изменяется квазинепрерывно (т.е. условно непрерывно). Верхний предел измерения таких ПУ достигает 3 м.

Данные уровнемеры также могут работать в качестве сигнализаторов уровня. При этом цепь состоит только из герконов, установленных в направляющей трубе на соответствующих уровнях. При перемещении поплавка магнит переключает соответствующие контакты, и на выходе сигнализатора образуется дискретный сигнал.

 

Слайд 59, 60. Магнитострикционные поплавковые уровнемеры

 

Принцип действия магнитострикционных ПУ основан на магнитострикционном (или магнитоакустическом) эффекте, в основе которого лежит комбинация из эффектов магнетизма и ультразвука.

Направляющая труба 1 содержит в себе волновод 2 (тонкая проволока из никелевого сплава), по которому через фиксированные промежутки времени проходят короткие импульсы тока. При перемещении импульса тока возникает радиальное магнитное поле вокруг волновода. Поплавок 3 с постоянным магнитом 4, как и в магнитных ПУ, перемещается вместе с изменением уровня по трубе. При пересечении магнитного поля токового импульса с магнитным полем постоянного магнита в месте нахождения поплавка в волноводе возникает крутильная деформация, которая в виде механической (ультразвуковой) волны распространяется вдоль волновода с известной скоростью в оба конца. Пьезоэлемент, размещённый в корпусе 5 прибора, преобразует полученные механические волны в электрический импульс. С помощью микропроцессорной электроники измеряется интервал времени между отправленным и принятым импульсами, который пропорционален измеряемому уровню.

Магнитострикционные уровнемеры являются наиболее точными ПУ. Абсолютная погрешность у них может достигать 10 мкм, а верхний предел измерений – 12 м и более. В качестве штока, по которому перемещается поплавок, может быть использован гибкий трос.

Слайд 61. Буйковые и гидростатические уровнемеры

 

Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженное в жидкость тело действует со стороны жидкости выталкивающая сила. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной телом. Количество вытесненной жидкости зависит от глубины погружения тела, т. е. от уровня в емкости. Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень преобразуется в пропорциональную ему выталкивающую силу. Чувствительным элементом в этих уровнемерах является цилиндрический буек, изготовленный из материала с плотностью, большей плотности жидкости. Зачастую буек выполнен в виде трубы из нержавеющей стали, запаянной с обеих концов, к одному из которых приделан крючок. Буек находится в вертикальном поло­жении и частично погружен в жидкость. Длина буйка  подбирается при­ближенной к максимальному измеряемому уровню в аппарате.

При изменении уровня жидкости в аппарате согласно закону Архимеда выталкивающая сила, действующая на буек, равна:

,                              

где  - плотность измеряемой жидкости;

     g - ускорение свободного паде­ния;

     - объем вытесненной буйком жидкости;

     S - площадь поперечного сечения буйка;

     h - длина буйка, погруженного в жидкость.

Буек 1 передает через трос усилие на силовой пневматический или электрический преобразователь, находящийся в корпусе уровнемера 2.

Выталкивающее усилие измеряется различными способами – например, во вторичном измерительном преобразователе с помощью тензоэлемента преобразуется в сопротивление, а затем в унифицированный сигнал, например, ток.                                 

Минимальный диапазон измерений буйковых уровнемеров составляет (0 - 0,02) м, максимальный – (0 – 16) м. Буйковые уровнемеры применяются при температуре рабочей среды от – 40 до 400 градусов и давлении до 16 МПа. Основная приведенная погрешность буйковых уровнемеров лежит в пределах 0,5 – 1,5%.

 

Измерение уровня гидростатическими уровнемерами (ГУ) сводится к из­мерению гидростатического давления Р, создаваемого столбом жидкости h постоянной плотности r, согласно равенству

P = r gh.                                               

Измерение гидростатического давления может осуществляться несколькими способами. Например, манометром М, подключаемым на высоте, соответствующей ниж­нему предельному значению уровня. Применяемый для этих целей манометр может быть любого типа с соответствующими пределами измерений.

Измерение гидростатического давления может также осуществляться датчиком давления, находящегося в нижней части погруженного в измеряемую жидкость зонда 1. При этом датчик давления с одной стороны отделен от измеряемой среды разделительной мембраной, а с другой стороны к нему при помощи капилляра подводится атмосферное давление. Таким образом, производится измерение избыточного гидростатического давления. В преобразователе 2 измеряемое давление трансформируется в унифицированный сигнал. Погружаемый на кабеле зонд может находится в подвешенном на заданной глубине состоянии или лежать на дне резервуара. Капилляр для компенсации атмосферного давления проходит внутри кабеля.

Измерение гидростатического давления рассмотренными методами целесооб­разно в резервуарах, работающих при атмосферном давлении. В противном случае показания манометра складываются из гид­ростатического и избыточного давлений.

Для измерения уровня жидкости в технологических аппаратах, находящихся под давлением, широкое применение получили диф­ференциальные манометры, подключаемые к резервуару на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уров­ня, и к газовому пространству над жидкостью. С помощью дифмано­метров возможно также измерение уровня жидкости в открытых резервуарах, уровня раздела фаз и уровня раздела жидкостей.

Гидростатические уровнемеры применяются для однородных жидкостей в емкостях без существенного движения рабочей среды. Они позволяют производить измерения в диапазоне до 250 кПа, что соответствует уровню 25 м (для воды), с точностью до 0,1% при избыточном давлении до 10 МПа и температуре рабочей среды в диапазоне (– 40...+120) °С. Важным достоинством гидростатических уровнемеров является высокая точность при относительной дешевизне и простоте конструкции. Существенным недостатком является большая погрешность от изменения температуры контролируемой среды.

 

Слайд 62. Емкостные уровнемеры

 

Принцип действия емкостных уровнемеров основан на зависимости электрической емкости чувствительного элемента от уровня жидкости. Конструктивно емкостные чувствительные элементы выполняются в виде коаксиально расположенных цилиндрических электродов или параллельно расположенных плоских электродов. Первые получили большее распространение.

Для неэлектропроводных жидкостей применяется уровнемер, в котором чувствительный элемент состоит из двух коакси­ально расположенных электродов 1 и 2, частично погруженных в жидкость. Электроды образуют цилиндрический конденсатор, меж­электродное пространство которого до высоты h заполнено жид­костью, а пространство Н – h – парогазовой смесью. В общем виде электрическая емкость цилиндрического конден­сатора определяется уравнением

,                                               

где e – относительная диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего межэлектродное пространство;

e₀ – электрическая постоянная;

Н – высота электродов;

 D , d – диа­метры соответственно наружного и внутреннего электродов.

    Для цилиндрического конденсатора, межэлектродное простран­ство которого заполняется веществами, обладающими различными диэлектрическими проницаемостями, полная емкость С_п определяется выражением

C_п = C₀ + C₁ + C₂,                                   

где С₀ – емкость проходного изолятора;

  C₁ – емкость межэлект­родного пространства, заполненного жидкостью;

C₂ – емкость межэлектродного пространства, заполненного парогазовой смесью.

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться: