Приборы для измерения уровня

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 РВых

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.

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. 6, а). Для

предотвращения автоколебаний измерительной системы уровнемера служит демпфер 4.

Герметизация  технологического аппарата при установке  в нем чувствительного элемента

достигается уплотнительной мембраной 3. 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 '84…{рассмотренной модификации пневматических уровнемеров выпускаются

уровнемеры, оснащенные унифицированным преобразователем ｫсила — давлениеｻ.

Схема соединения буйка с унифицированным преобразователем приведена на рис. 6, 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

ｫсила — токｻ. Подключение буйка к унифицированному преобразователю

осуществляется по схеме, аналогичной схеме, приведенной на рис. 6, 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ｰС и давлении рабочей среды до 16 МПа. Классы точности

буйковых уровнемеров 1,0 и 1,5.

Рис. 6. Схемы пневматических буйковых уровнемеров

6

Магнитные погружные зонды предельного  уровня

Магнитные погружные  зонды предельного уровня серии LML разработаны для

использования в очищенных жидкостях, таких как вода, растворители, масла, различные

виды топлива. В зависимости от вида контролируемой жидкости возможны различные

исполнения зондов:

• пластиковые для агрессивных кислот и щелочей;

• из нержавеющей стали для воды, масел и т.п.;

• из нержавеющей стали во взрывозащищённом исполнении для горючих

жидкостей, таких как топливо, растворители, спирты.

Эти датчики  работают следующим образом: поплавок, направляемый трубкой

зонда, плавает на поверхности жидкости; тороидальный магнит, смонтированный на

поплавке, в соответствующем положении замыкает язычковые герметизированные

контакты, установленные на направляющей трубке, посредством магнитного поля.

Поставляются  модели с числом контактов от 1 до 3. Переключатели выполняются

размыкающие, замыкающие и переключающие. Точность измерения не зависит от

давления, плотности и электрических свойств жидкости.

Общие технические данные магнитных погружных  зондов

Температура контролируемой жидкости: -20...+70ｰС. Рабочая плотность

контролируемого вещества: не менее 0,7 г/см3. Рабочее давление:

v до 3 бар (исполнение из пластика);

v до 25 бар __________(исполнение из нержавеющей стали).

Основные достоинства:

v простой принцип действия;

v несложный монтаж;

v несложное техническое обслуживание;

v не требуется регулировка в месте установки.

Недостатки:

v плавучесть зависит от размера поплавка;

v точки переключения зависят от плотности среды;

v максимальная длина трубки зонда около 6 м;

v минимально допустимая плотность контролируемого вещества равна 0,7 г/см3.

v можно использовать только в очищенных жидкостях.

Гидростатические  средства измерений уровня

Данный метод  измерения уровня основан на определении  гидростатического

давления, оказываемого жидкостью на дно резервуара. Величина гидростатического

давления на дно резервуара ( p ) зависит от высоты столба жидкости над измерительным

прибором (h) и от плотности жидкости ( r ): p = rgh , соответственно h = p rg , где

g=9,81 м/с2 (это справедливо только для неподвижных жидкостей).

Измерение гидростатического  давления осуществляется:

v манометром, подключаемым на высоте, соответствующей нижнему

предельному значению уровня;

v дифференциальным манометром, подключаемым к резервуару на высоте,

соответствующей нижнему предельному значению уровня, и к газовому

пространству над жидкостью;

v измерением давления газа (воздуха), прокачиваемого по трубке, опущенной в

заполняющую резервуар жидкость на фиксированное расстояние.

На рис. 7, а приведена схема измерения уровня манометром. Применяемый для

этих целей манометр 1 может быть любого типа с соответствующими пределами

измерений, определяемыми зависимостью p = rgh . Измерение гидростатического

давления манометром может быть осуществлено и по схеме, приведенной на рис. 7, б.

Согласно  данной схеме о значении измеряемого  уровня судят по давлению воздуха,

7

заполняющего манометрическую систему.

В нижней части  манометрической

системы расположен колокол 2, отверстие

которого перекрыто тонкой эластичной

мембраной 1, а в верхней — манометр 3.

Применение  эластичной мембраны исключает

растворение воздуха в жидкости, однако вводит

погрешность в определение уровня из-за

упругости мембраны. Преимуществом данной

схемы измерения гидростатического давления

является независимость показаний манометра от

его расположения относительно уровня

жидкости в резервуаре.

При измерении  уровня по рассмотренным схемам имеют  место погрешности

измерения, определяемые классом точности манометров и изменениями плотности

жидкости.

Измерение гидростатического  давления манометрами 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. С помощью

дифференциальных манометров возможно также измерение уровня жидкости в открытых

резервуарах, уровня раздела фаз и уровня раздела жидкостей.

Измерение уровня в открытых резервуарах, находящихся  под атмосферным

давлением, осуществляется по схеме, представленной на рис. 7, в. Дифманометр 1 через

импульсные трубки 2 соединен с резервуаром и уравнительным сосудом 3.

Уравнительный сосуд применяется для компенсации  статического давления, создаваемого

столбом жидкости hi в импульсной трубке. В процессе измерения уровень жидкости в

уравнительном сосуде должен быть постоянным. Вентиль 4 служит для поддержания

постоянного уровня в сосуде 3. При равенстве плотностей жидкостей, заполняющих

импульсные трубки и резервуар, и при условии h1 = h2 перепад давления, измеряемый

дифманометром,

DP = rжgh (2)

При измерении  уровня в аппаратах, находящихся  под давлением, применяют

схему, приведенную на рис. 7, г. Уравнительный сосуд 3 в этом случае устанавливают на

высоту, соответствующую максимальному значению уровня, и соединяют с аппаратом.

Статическое давление Р в аппарате поступает  в обе импульсные трубки, поэтому

измеряемый перепад давления DP можно представить в виде

DP = r*жghmax - rжgh . (3)

При h = 0 DP = DPmax , а при h = hmax DP = 0 .

Как следует  из уравнения (3), шкала измерительного прибора уровнемера будет

обращенной. В рассмотренных схемах могут быть использованы дифманометры с

унифицированным токовым или пневматическим сигналом.

Если жидкость, заполняющая резервуар, агрессивна, то подключение

дифманометра к резервуару осуществляется через разделительные сосуды.

Уровнемеры, в которых измерение гидростатического  давления осуществляется

путем измерения давления газа, прокачиваемого f2{по трубке, погруженной на

фиксированную глубину в жидкость, заполняющую резервуар, называют

пьезометрическими. Схема пьезометрического уровнемера приведена на рис. 7, д.

Пьезометрическая  трубка 1 размещается в аппарате, в котором измеряется уровень. Газ

поступает в трубку через дроссель 2, служащий для ограничения расхода. Для измерения

Рис. 7. Схемы измерения уровня

гидростатическими уровнемерами

8

расхода газа служит стаканчик 3 (расход с помощью стаканчика определяется по числу

пузырьков, пробулькивающих через заполняющую его жидкость в единицу времени), а

давление поддерживается постоянным с помощью стабилизатора давления 4. Давление

газа после дросселя измеряется дифманометром 5 и служит мерой уровня.

При подаче газа давление в пьезометрической трубке постепенно повышается до

тех пор, пока указанное давление не станет равным давлению столба жидкости высотой h.

Когда давление в трубке станет равным гидростатическому  давлению, из нижнего

открытого конца трубки начинает выходить газ. Расход подбирают такой, чтобы газ

покидал трубку в виде отдельных пузырьков (примерно один пузырек в секунду).

При большем  расходе давление, измеряемое дифманометром, может быть

несколько большим, чем гидростатическое, из-за дополнительного падения давления,

возникающего за счет трения газа о стенки трубки при его движении. При очень малом

расходе газа увеличивается инерционность измерения. Оба фактора могут увеличить

погрешность измерения уровня.

В пьезометрических уровнемерах при больших изменениях уровня расход газа

может существенно измениться, что, в свою очередь, может вызвать дополнительную

погрешность измерения.

Для стабилизации расхода газа в

пьезометрических уровнемерах промышленностью

выпускается мембранный стабилизатор расхода, схема

которого показана на рис. 8.

Действие  стабилизатора основано на

автоматическом регулировании постоянного перепада

давления на дросселе 1, который обусловливает

постоянство расхода через него. Для регулирования этого

перепада используется статический мембранный

регулятор, который состоит из корпуса 6 и крышки 3,

между которыми установлена резинотканевая мембрана 5 с жестким центром 4.

Последний опирается  на толкатель 10, а сверху на него воздействует пружина 2. Шарик 9,

на который воздействует пружина 8, образует вместе с отверстием 7 в корпусе

управляемый клапан. Ротаметр 11 служит для измерения расхода газа, подаваемого к

пьезометрической трубке. Дроссель 1 выполнен переменным, что позволяет задавать

регулируемое значение расхода.

Стабилизатор  расхода работает следующим образом. Если по каким-либо

причинам расход газа изменяется, например уменьшается, соответственно уменьшается

перепад давления на дросселе 1. В результате действующая на мембрану сила F1,

обусловленная перепадом давления на мембране, также уменьшается. Из-за того что сила

F2, развиваемая пружиной 2, постоянна, уменьшение силы F1 вызовет перемещение

мембраны вниз. При этом толкатель 10 несколько увеличит зазор между шариком 9 и

отверстием 7, что увеличивает подачу газа под мембрану 5, а следовательно, и давление в

пространстве под ней и на входе дросселя 1. Увеличение этого давления будет

происходить до тех пор, пока с точностью до статической ошибки не будет восстановлен

перепад давления на дросселе 1, а следовательно, и расход. В состоянии равновесия силы

F1 и F2, действующие на мембрану, равны.

Пьезометрические  уровнемеры позволяют измерять уровень  в широких пределах

(от нескольких  десятков сантиметров до 10— 15 м), и при использовании для  измерения

давления в пьезометрической трубке дифманометра с унифицированным выходным

сигналом имеют относительную приведенную погрешность ｱ(1,0—1,5) %.

Гидростатические  изделия измерения уровня зарубежных фирм.

Пьезорезистивный  тензодатчик (или ёмкостный керамический измерительный

преобразователь, который не заполнен усредняющим давление веществом) связан с

Рис. 8. Мембранный стабилизатор

расхода

9

измеряемой жидкостью через изолирующую мембрану из нержавеющей стали и вещество,

усредняющее давление. Выходной сигнал тензодатчика преобразуется формирователем в

сигнал, соответствующий уровню жидкости.

Пена, отложения, изменения электрических свойств  жидкости и форма резервуара

не оказывают влияния на результат измерения при реализации гидростатического метода.

Основные достоинства гидростатического  метода:

v точность;

v применим для загрязнённых жидкостей;

v реализация метода не предполагает использования подвижных механизмов;