Буйковые средства измерений уровня

 

Средства измерений уровня этого вида входят в номенклатуру приборов ГСП.

В основу работы буйковых уровнемеров положено физическое явление, описываемое законом Архимеда. Чувствительным элементом в этих уровнемерах является цилиндрических буек, изготовленный из материала с плотностью, большей плотности жидкости. Буек находится в вертикальном положении и частично погружен в жидкость. При изменении уровня жидкости в аппарате масса буйка в жидкости изменяется пропорционально изменению уровня. Преобразование веса буйка в сигнал измерительной информации осуществляется с помощью унифицированных преобразователей «сила — давление» и «сила — ток». В соответствии с видом используемого преобразователя силы различают пневматические и электрические буйковые уровнемеры.

Схема буйкового пневматического уровнемера приведена на (рис. 8.3, а). Уровнемер работает следующим образом. Когда уровень жидкости в аппарате равен начальному h₀ (в частном случае h₀ может быть равен 0), измерительный рычаг 2 находится в равновесии, так как момент М₁, создаваемый весом буйка G, уравновешивается моментом М₂, создаваемым противовесом N.

Когда уровень жидкости становится больше h₀, часть буйка погружается в жидкость. Поэтому вес буйка уменьшается, а следовательно, уменьшается и момент М₁, создаваемый буйком на рычаге 2. Так как М₂ становится больше М₁, рычаг 2 поворачивается вокруг точки О по часовой стрелке и прикрывает заслонкой 7 сопла 8. Поэтому давление в линии сопла увеличивается. Это давление поступает в пневматический усилитель 10, выходной, сигнал которого является выходным сигналом уровнемера. Этот же сигнал одновременно посылается в сильфон отрицательной обратной связи 5. При действии давления Р_вых возникает сила R, момент М₃ которой совпадает по направлению с моментом М₁, т. е. действие силы R. направлено на восстановление равновесия рычага 2. Движение измерительной системы преобразователя происходит до тех пор, пока сумма моментов всех сил, действующих на рычаг 2, не станет равной 0, т. е.

. (8.2)

Представляя моменты М₁, М₂, М₃ в виде произведений соответствующих сил и плеч, получим

, (8.3)

где G — вес буйка при погружении его в жидкость на глубину h; l₁, l₂ , l₃ — плечи действующих сил относительно точки O; R — сила, развиваемая сильфоном 5; N — вес противовеса.

Силы G и R определяем из следующих выражений:

(8.4)

, (8.5)

где d и Н₆ — диаметр и длина буйка (последняя определяет диапазон измерений уровнемера); r — плотность материала буйка; r_ж— плотность жидкости; h — глубина погружения буйка в жидкость, т. е. текущее значение измеряемого уровня; f_эф—эффективная площадь сильфона 5.

Подставляя выражения для сил G и R в равенство (8.3), получим

. (8.6)

В этом равенстве - вес буйка в воздухе.

Если выбрать произведение равным , чего можно достигнуть, изменяя, например, плечо l₂, то

, (8.7)

откуда

, (8.8)

где — коэффициент передачи уровнемера.

Выходной сигнал Р_вых уровнемера линейно связан со значением измеряемого уровня h. Выражение представляет собой изменение веса Δ G буйка, поэтому равенство (8.8) можно преобразовать к виду

, (8.9)

где - постоянный коэффициент.

Зависимость (8.9) позволяет градуировать буйковые уровнемеры весовым методом. Выходной сигнал пневматических буйковых уровнемеров изменяется в диапазоне 0, 02—0, 1 МПа при изменении уровня от нуля до максимального значения. Начальное значение выходного сигнала (0, 02 МПа) задается пружиной 6 (см. рис. 8.3, а). Для предотвращения автоколебаний измерительной системы уровнемера служит демпфер 4. Герметизация технологического аппарата при установке в нем чувствительного элемента достигается уплотнительной мембраной 8. При необходимости буек может быть установлен в выносной камере, располагаемой вне технологического аппарата. Минимальный верхний предел измерений пневматических уровнемеров — 0, 02 м, максимальный — 16 м.

Кроме рассмотренной модификации пневматических уровнемеров выпускаются уровнемеры, оснащенные унифицированным преобразователем «сила — давление» (см. рис. 5.4). Схема соединения буйка с унифицированным преобразователем приведена на (рис. 8.3, б). Здесь 1 — груз, уравновешивающий вес буйка; 2 -Т-образный рычаг унифицированного преобразователя 3.

Для преобразования уровня в унифицированный токовый сигнал разработаны буйковые электрические уровнемеры, оснащенные унифицированным преобразователем «сила — ток» (см. рис. 5.7). Подключение буйка к унифицированному преобразователю осуществляется по схеме, аналогичной схеме, приведенной на (рис. 8.3, б). Верхние пределы измерений уровнемера с унифицированным электрическим сигналом ограничены значениями 0, 02— 16 м.

Буйковые средства измерений уровня применяются при температуре рабочей среды от -40 до +400°С и давлении рабочей среды до 16 МПа. Классы точности буйковых уровнемеров 1, 0 и 1, 5.

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: