Измеритель уровня/положения жидкости в емкости

Уровень жидкости в резервуаре

Уровень жидкости — это положение поверхности жидкости, находящейся выше или ниже нулевой точки, относительно которой проводятся измерения. Нулевая точка в измерении уровня обычно является начальной точкой отсчета при выполнении измерений.

Базовая линия или нулевая точка, находящаяся на уровне дна резервуара

Для чего измереют уровень

Измерение уровня нужно для того, чтобы обеспечивать заранее заданный стандарт обслуживания для устройства. Отклонения от необходимого уровня могут вызвать сбои в работе и даже вывод устройства из эксплуатации.

Каждый автовладелец хоть раз в жизни измерял уровень масла при помощи ручного щупа, который представляет из себя тонкий длинный металлический объект с отметкой, определенной производителем автомобиля, соответствующей необходимому количеству масла в баке.

В промышленности применим тот же принцип, что и в измерении уровня масла в автомобиле, т.к. сложные устройства от малых до огромных габаритов требуют соблюдения заранее определенного уровня какой-либо жидкости: воды, нефтепродукта, особого химического раствора и т.д.

В результате измерений уровня получают информацию, необходимую для безопасной и эффективной эксплуатации завода.

На некоторых заводах измерение уровня жидкости помогает оценить объемы сырья для переработки, объемы израсходованных закончившихся продуктов и объемы накопившихся при складировании отходов.

Измерение уровня жидкости в резервуаре всегда является вертикальным измерением. В данном случае измерением уровня будет высота жидкости или высота, на которую поднялась поверхность жидкости над донной плоскостью резервуара.

Базовая линия может находится с таким же успехом и наверху резервуара. В зависимости от того, где находится базовая линия, возможны различные виды непосредственного измерения уровня.

Если за базовую линию принят уровень донной плоскости резервуара, то измерения уровня могут осуществляться, от донной части резервуара до поверхности жидкости; и это будет называться измерением высоты заполненного пространства в резервуаре.

Если базовая линия находится наверху резервуара, измерение может проводится вне жидкости, от поверхности жидкости до верхней точки резервуара; обычно это называется измерением свободного или незаполненного объема в резервуаре (над поверхностью жидкости).

Различие между измерением уровня жидкости заполненного объема и измерением свободного объема проиллюстрировано на рисунке ниже.

Два типа измерения уровня жидкости с непосредственным отсчетом

Методы измерения уровня жидкости

Существует два основных метода измерения уровня жидкости: непрерывное измерение и определение уровня при достижении заранее заданного значения.

Приборы, с помощью которых осуществляется непрерывное измерение уровня непрерывно выдают числовые показания уровня. Это позволяет осуществлять непрерывный контроль за уровнем.

Иногда, необходимо отслеживать только уровни, достигшие критических точек. Подобный тип измерения уровня нередко называется определением уровня в системе с уставками. Когда уровень жидкости достигает уставки, прибор приводит в движение рычажный механизм или включает реле, после чего начинается осуществление корректировки или регулировки.

Источник: http://kipiavp.ru/info/izmerenie-urovnya-jidkosti.html

Датчики уровня жидкости

Жидкость – вещество, обладающее свойством течь и принимать форму сосуда, в котором оно находится.

Датчики уровня жидкостей необходимы для контроля уровня жидкостей в ёмкостях или трубопроводах. По функционалу датчики уровня делятся на уровнемеры и сигнализаторы.

Уровнемеры – это датчики, предназначенные для непрерывного измерения уровня жидкостей. Их работа базируется на определённых физических принципах, благодаря которым электронный блок уровнемера преобразует значение уровня жидкости в пропорциональный аналоговый сигнал или в цифровой код.

Сигнализаторы – это датчики, предназначенные для определения заданного положения уровня (заполнение/опустошение) жидкости в ёмкости или трубе. Такие датчики имеют дискретный (релейный или транзисторный) выходной сигнал. Как правило, срабатывание сигнализатора происходит при блокировании или освобождении чувствительного элемента жидкостью.

В зависимости от поставленных задач подбирается необходимый тип оборудования, уровнемеры или сигнализаторы. Однако зачастую используются оба типа устройств, например, для гарантированного предотвращения «сухого хода насоса», перелива жидкости через край ёмкости или для точного дозирования жидкостей, используемых в технологическом процессе.

Выбор подходящих датчиков зависит как от параметров технологического процесса (рабочая температура, давление и пр.), так и от физико-химических свойств самой жидкости (вязкость, электропроводность, агрессивность и пр.).

Датчики уровня жидкостей делятся на два типа: контактные (весь датчик или его часть контактирует с измеряемой средой) и бесконтактные (измерение происходит без контакта с жидкой средой). Каждый из этих типов имеет достоинства и недостатки и находит своё применение в той или иной области.

Контактный тип датчиков как правило применяется в процессах, которые имеют факторы, затрудняющие работу оборудования.

https://www.youtube.com/watch?v=9XhXjy4BPrs

К таким факторам можно отнести:

• температуры свыше +90°С;
• давление свыше 3 бар.

В том числе преимущественно контактные датчики используют для измерения уровня пенящихся жидкостей (молоко, пиво, соки, газ. вода и др.). Ввиду рассеяния сигнала и получения некорректных результатов при измерение бесконтактным методом, уровень жидкости в высоких узких резервуарах также рекомендовано контролировать при помощи контактных приборов.

Бесконтактные датчики уровня жидкостей применяются там, где необходимо избежать пагубного влияния физико-химических свойств измеряемой жидкости. На процесс измерения и работоспособность датчика могут влиять:

• вязкие жидкости (сгущёнка, варенье, нефтепродукты, глицерин и др.);
• агрессивные жидкости (щёлочи, кислоты).

Хотя именно бесконтактный тип датчиков рекомендован при контроле уровня агрессивных сред и тем не менее, контактные датчики, изготовленные из нержавеющих сталей и пластиков, также применяются совместно с агрессивными жидкостями.

Все датчики уровня жидкостей различаются не только по функционалу (уровнемеры/сигнализаторы), типу (контактные/бесконтактные), но и самое главное – по принципу действия.

Подробное описание каждого принципа действия, их преимущества и недостатки вы сможете найти на страницах нашего сайта, в этой статье остановимся на ключевых отличиях и применениях того или иного датчика уровня жидкостей.

Емкостные датчики уровня – это экономичное решение для контроля уровня там, где не возникает вспенивания и налипания среды на датчик, а также там, где не требуется высокая точность измерения уровня. Как правило применяется для измерения уровня воды в небольших резервуарах.

Для пищевых продуктов и агрессивных сред рекомендованы модели с пластиковым покрытием измерительного зонда.

Существенным недостатком является высокая погрешность при измерении жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью (ε=1,5…3,0), а также неспособность работать с диэлектрическими жидкостями.

Однако производителям удалось решить проблему обнаружения жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью и проблему определения границы раздела сред с близкими значениями диэлектрической константы. Емкостно-частотный сигнализатор в отличие от емкостного, благодаря RF-технологии и тонкой настройке способен детектировать слабопроводящие жидкости и одновременно не реагировать на пену.

Гидростатические уровнемеры и сигнализаторы имеют более высокую точность измерения по сравнению с емкостными и такую же невысокую стоимость. Поэтому являются оптимальным выбором по соотношению цена/качество.

Вычисление значения уровня происходит благодаря измерению давления столба жидкости, поэтому гидростатические датчики применяются в открытых резервуарах или в закрытых, но в которых давление воздушной среды соответствует атмосферному, в противном случае уровнемер выдаст некорректные результаты.

В том числе на определение уровня влияет плотность жидкости, для применения гидростатических уровнемеров необходимо быть уверенным, что её значение остаётся постоянным на протяжение всего времени измерения.

Поэтому не рекомендуется использовать гидростатический метод определения уровня для жидкостей с переменной плотностью (радиохимическое производство, нефтепродукты при изменении температуры). Применяются для контроля уровня чистых и сточных вод, жидких пищевых продуктов или химических веществ, не реагируют на пену. Являются фактически безальтернативным решением для измерения уровня воды в скважинах.

Работа байпасных уровнемеров основана на принципе сообщающихся сосудов, что делает процесс измерения весьма наглядным и понятным. Такие уровнемеры применяются в небольших резервуарах, находящихся под давлением с температурой рабочей среды до +250 °С.

Могут использоваться совместно с магнитострикционными уровнемерами, что позволит их интегрировать в АСУ.

Байпасные уровнемеры не следует применять с вязкими жидкостями или жидкостями вязкость которых повышается при снижении температуры, так как температура жидкости в байпасной камере из-за тепловых перемычек в соединительной арматуре ниже чем в сообщающимся с ним сосуде.

Магнитострикционные и магнитные уровнемеры относятся к типу поплавковых, это значит, что поплавок «лежит» на поверхности жидкости и измерение уровня происходит относительно положения этого поплавка.

Такие уровнемеры отличаются большей точностью, особенно магнитострикционные. Их целесообразно применять при коммерческом учёте светлых нефтепродуктов, химических веществ и других дорогостоящих жидкостей.

Поплавковые уровнемеры подходят для измерения уровня пенящихся жидкостей, однако не применим с вязкими жидкостями.

Микроволновые рефлексные уровнемеры конструктивно состоят из электронного блока и волновода. Длина волновода должна соответствовать высоте резервуара, что ограничивает применение датчиков в высоких резервуарах. С такой бедой сталкиваются все датчики с аналогичной конструкцией (емкостные, магнитные, магнитострикционные).

Однако принцип действия и конструкция рефлексного датчика делает его высокоточным и пригодным для использования в тяжёлых условиях (высокая температура и давление), а также с пенящимися и налипающими жидкостями.

Этот вид уровнемеров можно назвать наиболее универсальным, подходящими для применения фактически с любыми жидкостями, не зависимо от давления воздушной среды над поверхностью жидкости или диэлектрической проницаемости среды.

Буйковые уровнемеры – это датчики для тяжёлых условий, в которых ко всему прочему требуется высокая точность измерений. Принцип работы буйковых уровнемеров схож с работой поплавковых датчиков и основан на использовании закона Архимеда.

Некоторые модели способны обеспечивать непревзойдённые результаты измерения при температурах от -196 °С до + 500 °С и давление рабочей среды до 414 атмосфер. От сюда складывается высокая стоимость.

Как правило используются на нефтехранилищах и в химической промышленности.

Микроволновый радарный уровнемер – это универсальное устройство непрерывного измерения уровня жидкостей. Обладает всеми преимуществами бесконтактного метода измерения и отличается крайне высокой точностью. Применим со всеми жидкими средами, исключением в некоторых случаях может стать пена.

Помехой для импульс-радарного уровнемера может стать газовая подушка над поверхностью жидкости, в таком случае следует применять FMCW-радарные уровнемеры. Наилучшее применение таких датчиков – это резервуары с медленным изменением уровня жидкости, где важна высокая точность измерения.

Недостатком может стать их высокая стоимость.

Ультразвуковые датчики уровня ещё один бесконтактный тип датчиков. По большому счёту, именно ультразвуковые датчики наиболее часто применяются для бесконтактного контроля уровня жидкостей.

Ведь далеко не всегда важна очень высокая точность измерения как у радарных датчиков, а стоимость таких устройств в несколько раз ниже.

Ограничение на применение накладывают пенящиеся жидкости и ёмкости в которых образуется газовая подушка (емкости с азотной кислотой), собственно, как и в случае с импульс-радарными уровнемерами.

Оптические сигнализаторы уровня жидкостей – это миниатюрные датчики, предназначенные для контроля уровня в небольших ёмкостях и резервуарах, находящихся под вибрацией.

Вибрационные сигнализаторы или как их ещё называют «вибровилки» врезаются в ёмкость на требуемых уровнях. Чувствительный элемент постоянно вибрирует, что позволяет использовать датчик с вязкими и пенящимися жидкостями, не боясь ложных срабатываний. Такие датчики имеют среднюю точность и стоимость, относительно других сигнализаторов.

Поплавковые сигнализаторы наиболее простые и экономичные устройства контроля уровня воды и сточных вод, а также слабоагрессивных жидких сред. Поплавковые сигнализаторы делятся на два типа – это поплавковые кабельные и поплавковые магнитные сигнализаторы.

Отличие заключается в том, что кабельные имеют определённую длину кабеля и погружаются в жидкость через верх резервуара, а магнитные врезаются в боковую стенку ёмкости на требуемом уровне.  Для агрессивных сред поплавок и кабель изготавливаются из различных пластиков.

Как правило их применяют для включения/отключения насосов.  Отличаются низкой ценой и невысокой точностью.

Разновидности датчиков уровня жидкостей

(посмотреть картинкой)

Информация по датчикам уровня жидкости, изложенная в данной статье, не является полной, а носит лишь ознакомительный характер. Рекомендуем прочитать дополнительные статьи на нашем сайте, а также подписаться на информационную рассылку от компании «РусАвтоматизация». Самое интересное ещё впереди!

Для грамотного подбора датчиков уровня жидкостей обратитесь к инженерам компании «РусАвтоматизация». Они сэкономят ваше время и помогут избежать ошибок.

Источник: https://RusAutomation.ru/datchiki_urovnya/datchiki-urovnya-zhidkosti

Выбор датчиков уровня жидкости в емкостях и резервуарах: примеры использования, и делаем их своими руками

В промышленности и быту всегда возникает необходимость для определения различных уровней в емкостях. Для этих задач используются датчики уровня различных конструкций.

В зависимости от среды наполнения резервуара применяют тот или иной датчик, иногда, в целях простоты и экономии средств и времени, применяют датчики комбинированные, то есть изготовленные своими руками. Это незамысловатые конструкции, использующие в своем составе датчики совсем других типов.

В основном такие датчики применяют там, где нет простого доступа к среде измерения или место измерения очень агрессивно для здоровья человека.

Виды датчиков уровня

• поплавковые датчики самые простые по конструкции, имеющие самое широкое распространение, комбинируют с электрическим реле , представляют собой различного вида поплавок, прикрепленный через проволоку, нить, или жестко к лепестку контакта, который замыкается при изменении положения поплавка.
• емкостные датчики уровня представляют собой пластины расположенные с двух сторон резервуара с материалом. Принцип работы лежит в изменении емкости в зависимости от распределения количества или состава материала в резервуаре. В основном такие датчики используют для определения уровня сыпучих материалов.
• радарные датчики уровня работают по принципу «излучатель — приемник частотных волн», поверхность материала отражает излучение датчика, приемник улавливает данное излучение и сравнивает излучаемый сигнал с отраженным и по частотному сдвигу определяет уровень в резервуаре. Определение уровня происходит по сравнению частотного временного сдвига.
• ультразвуковые датчики уровня работают по принципу радарных, только излучение происходит ультразвука. Аналогично с радарными, сравнивается разность сигнала, излучаемого с отраженным и вычисляется расстояние до поверхности материала (жидкости).
• гидростатические датчики уровня работают посредством измерения косвенной величины — давления столба жидкости. Давление пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Большинство современных датчиков уровня имеют в своей конструкции электронное реле с преобразователем.

Электронная схема предназначена для преобразования измеряемой величины в стандартный сигнал. Сигнал может быть аналоговым и дискретным. Аналоговый может быть токовым 0..20мА и сигнал, называемый токовая петля 4..20мА или напряжением 0…5В, 0..10В.

Датчики уровня используются для защиты двигателя насоса от сухого хода, регулируют двигатели насосов скважин, наполняющих любые ёмкости с водой и не только, в системе холодного и горячего водоснабжения.

Датчик уровня воды своими руками

Посмотрим, на примере откачки воды из приямка, как можно сделать управление в автоматическом цикле поддержания уровня воды не выше положенного.

https://www.youtube.com/watch?v=mz5QDo11d1s

Имеем приямок с очень не чистого вида жидкостью, состоящей из воды и примесей охлаждающей жидкости для резцов металлорежущего станка.

Были рассмотрены все виды датчиков, однако, по цене и простоте исполнения подошла комбинированная конструкция, состоящая из проволоки длиной три метра (глубина приямка), прикреплена к поплавку (большая пластмассовая емкость с воздухом), на поверхности проволока крепится к пружинке с лепестком.

В качестве сигнала берется обычный дискретный сигнал 24В с обычного индуктивного датчика. Он отрабатывает на лепесток. Когда уровень воды в приямке растёт, поплавок поднимается ослабляя пружину. На конце пружины прикреплен лепесток, он поднимается за счёт разгибающей силы пружины.

На лепесток, в свою очередь, отрабатывает индуктивный сенсор, подавая на катушку реле двигателя насоса, заставляя его откачивать воду с приямка. Для того, чтобы избежать частых включений отключений двигателя, в цепи датчик-катушка, стоит реле задержки выключения с уставкой на 10 минут.

Таким образом, при следующем срабатывании датчика, реле снова сработает и цикл повторится.

Конечно, для предохранения двигателя от сухого хода целесообразно поставить датчик протекания в патрубок, через который происходит откачка эмульсии. Но в нашем случае важна была простота конструкции. Вместо индуктивного сенсора можно использовать две пластины, соприкасающиеся друг с другом, что будет еще экономичнее.

Если вода или другая жидкость имеет однородный состав, тогда можно применить концу кто метрический одноэлектродный датчик уровня.

Например ДУ-1Н производителя «Рэлсиб», предназначенного для измерения уровня в различных типах жидкости. Датчик может работать в широких температурных пределах. Корпус не подвергается коррозии, состоит из высококачественной нержавеющей стали.

В качестве изоляции используется керамика и фторопласт, это обеспечивает отличную изоляционную защиту. Устойчив ко многим механическим нагрузкам. Измерения не зависят от плотности жидкости. И не требует дополнительного ухода во время работы.

Выбор датчиков уровня

При выборе уровнемеров руководствуются следующими целями:

• Вид измеряемой жидкости. Ее характеристики, находим паспортную плотность измеряемого материала. К каким веществам относится вещество, опасно для человека или нет.
• Материал емкости, в которой будет производится измерение. От него зависит принцип действия уровнемера.
• Нужен ли вам с датчика аналоговый стандартный сигнал или предпочтительнее работа в качестве реле. Некоторые модели имеют встроенные схемы для обработки аналогового сигнала и преобразуют его в сигнал битовой логики.
• Необходимо знать пределы измеряемой величины, в очень длинных сосудах, с быстро меняющимся объемом, поплавковый конструктив работать будет не стабильно. В таком случае предпочтительнее радарный уровнемер.
• Современные уровнеметры оборудуют жидкокристаллическим экраном с отображением параметров в реальном времени и возможностью сохранения максимальных и минимальных значений. В параметрах датчика задается несколько уровней срабатывания, на каждый уровень свой дискретный выход. Задается плотность среды в настройках.
• Учитывают санитарные нормы для области применения. Например, в пищевой промышленности для измерения воды, напитков предъявляются высокие требования. Обязательно из нержавеющей стали.
• Необходимость сертификатов. Например, некоторые измерители ростехнадзор должен проверить и утвердить для использования на опасных объектах. Некоторым требуется разрешение санитарно-эпидемиологической службы в основном для воды и пищевых продуктов.
• Пригодность датчиков к применению во взрывоопасной среде. Применяются такие на нефтехимических производствах. Производитель гарантирует, что из-за таких систем во время всего срока службы не произойдет возгорание горючей среды, в которой она находится.
• Нужно учитывать возможность механических воздействий на систему, вибрации, электромагнитных волн, агрессивных сред.
• Наличие температурных перепадов системы, максимально возможные состояния.
• Насколько важна точность измерений уровня, один из важнейших параметров.

Примеры датчиков, их параметры и область применения

• Датчик емкостной ДЕ-1. Область применения: во взрывоопасных средах металлургической, химической промышленности, и др. Отслеживание величины уровня, а также значений температуры жидких сред и сыпучих материалов. Питание осуществляется 8 .. 30В постоянного тока. применяются в системах аварийной защиты.
• ЭСУ-1К сигнализатор уровня. Корпус сделан из фторопласта и стали. Размещают во взрывоопасных средах. Источник питания располагается вне опасной среды. питание 127…220В. Измерение жидких материалов таких как вода, спирт, нефть. Чувствительный элемент помещается в измеряемый материал, принцип действия емкостной. Материал блока питания из алюминиевого сплава.
• РУ-305 реле уровня. Отслеживание состояния уровня жидких веществ. Взрывобезопасное исполнение. Температура использования -50..+50С. Не используются в химически агрессивных средах. Строго работают в одном положении, наклон недопустим. Работает измерение путем перемещающегося поплавка с магнитом. Отрабатывает путем срабатывания герконов. Точность измерений до 5мм. питание 220В, ток 1А.
• Сигнализатор уровня СУ-100. Измерение уровня жидких и твердых веществ. Напряжение питания 24В. В составе имеется электромагнитное реле, чувствительный элемент помещается непосредственно в исследуемую жидкость. Измеряют предельное положение твердых веществ: песок, гравий, зерна.
• Rosemount 5600 радарный уровнемер. Бесконтактное измерение любого вида веществ. Важна правильность установки, от этого зависит точность измерений. Питание 24-240В. Прибор не терпит электромагнитных излучений. Взрывозащитный корпус. Имеет блок дисплея. Для уровнемера разработано собственное приложение, упрощающее настройку . Применяется для измерения температуры в емкости. Для правильного полноценного использования возможностей уровнемера требуется квалифицированная настройка прибора. Необходимо использовать параметры при настройке:
  • расстояние между опорной точкой и уровнем;
  • внутренний диаметр трубы;
  • длина подсоединения уровнемера.

Существует огромное количество разновидностей датчиков в продаже .

Выбор необходимо остановить на наиболее экономически выгодном варианте для конкретного проекта.

Источник: https://elektro.guru/elektrooborudovanie/datchiki/vybor-datchika-urovnya-zhidkosti-v-emkosti-i-rezervuare.html

Способ измерения уровня жидкости в емкости

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня жидкости в различных замкнутых и открытых металлических емкостях. В частности, оно может быть применено для определения уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства, запасов топлива в топливных баках с вытеснителем (поршнем).

Известны способы измерения уровня жидкостей в открытых емкостях, при которых определяют уровень жидкости в емкости с применением датчиков в виде линий передачи электромагнитных волн – отрезков длинных линий, полых волноводов, располагаемых в емкостях с контролируемыми жидкостями (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. – М.: Энергоатомиздат. 1989. 208 с.).

Известно также техническое решение (GB 1315045, 26.04.1973), которое по технической сущности наиболее близко к предлагаемому способу и принято в качестве прототипа.

Этот способ-прототип заключается в возбуждении электромагнитных волн в волноводе, размещаемом вертикально в емкости с контролируемой жидкостью, заполняющей полость волновода в соответствии с величиной ее уровня в емкости, и анализе формы стоячей волны в волноводе.

Недостатком способа-прототипа является его достаточно сложная реализация. Она предполагает подсоединение к волноводу диодной секции с тремя диодами и проведение логической обработки сигналов, поступающих с выходов этих диодов.

https://www.youtube.com/watch?v=r7ubOmSEqps

Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение процесса измерения.

Технический результат в предлагаемом способе измерения уровня жидкости в емкости достигается тем, что в емкости с контролируемой жидкостью размещают вертикально волновод или используют саму емкость в качестве волновода, на одном из торцов которого возбуждают в нем электромагнитные волны фиксированной частоты, при этом частоту возбуждаемых электромагнитных волн выбирают ниже критической частоты, принимают волны после их распространения вдоль волновода на том же или другом его торце и измеряют амплитуду принимаемых волн, по которой судят об уровне жидкости.

Предлагаемый способ поясняется чертежами.

На фиг.1,а и фиг.1,б приведены примеры устройства для реализации предлагаемого способа измерения.

На фиг.2 приведен график зависимости относительного значения амплитуды напряженности результирующего электромагнитного поля от высоты незаполненной части цилиндрической емкости с электропроводным веществом, например жидким металлом.

Устройство (фиг.1) содержит волновод 1 с контролируемым веществом 2, элемент связи 3, генератор электромагнитных колебаний 4, элемент связи 5, детектор 6, регистратор 7.

Способ реализуется следующим образом.

Предлагаемый способ заключается в возбуждении электромагнитных волн в волноводе на частоте, которая ниже критической частоты для волны низшего типа, при этом вдоль волновода существует только ослабевающее реактивное поле, убывающее при удалении от возбуждающего элемента у одного из торцов емкости.

Условием распространения электромагнитных волн по любому волноводу является выполнение неравенства f > fкр, которому должны удовлетворять рабочая частота f и критическая частота fкр для волны низшего типа, например для волны H11 в круглом волноводе.

При f < fкр имеет место запредельный режим, при котором распространения волн по волноводу не происходит, а существует только ослабевающее реактивное поле, убывающее при удалении от возбуждающего элемента.

В запредельном волноводе поле изменяется вдоль координаты z (оси волновода) по закону

а постоянная ослабления α есть

В этих формулах Em и Hm – амплитуды напряженности соответственно электрического и магнитного полей при z=0; ω=2πf; ε и µ – соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемость вещества в волноводе, c – скорость света.

Выбирая соотношение между f и fкр, можно управлять величиной ослабления α.

Согласно предлагаемому способу, в волноводе 1, располагаемом вертикально в емкости с контролируемой жидкостью 2, возбуждают через элемент связи 3 с помощью генератора 4 электромагнитные колебания на частоте f, меньшей критической частоты fкр для этого волновода (фиг.1,а и фиг.1,б). Уровень жидкости в волноводе соответствует ее уровню в емкости.

Напряженность электрического поля Е и магнитного поля Н при удалении от элемента связи, служащего для возбуждения и приема электромагнитных колебаний, спадает в соответствии с соотношением (1). При этом значение Е (и Н) зависит от уровня жидкости в емкости. У другого торца волновода 1 (фиг.1,а) или у того же его торца (фиг.

1, б) принимаемый сигнал поступает через элемент связи 5 на детектор 6. Затем продетектированный сигнал поступает на регистратор 7 для определения амплитуды E(z) сигнала, служащего информативным параметром. Схема устройства на фиг.1, а применима при измерении уровня диэлектрической жидкости, а схема на фиг.

1,б – при измерении уровня как диэлектрической, так и электропроводной жидкости, в частности жидкого металла.

Так, если контролируемая жидкость является электропроводной, в частности, жидким металлом (фиг.1,б), то амплитуда напряженности результирующего электромагнитного поля E(z) в некотором сечении с координатой z в данном случае есть

где Em – амплитуда напряженности зондирующего электромагнитного поля при z=0, то есть у элемента связи 4, где z=0; z0 – координата поверхности жидкости, отсчитываемая от элемента связи 4. Величина коэффициента α определяется соотношением (2).

Следовательно, как следует из (3), амплитуда результирующего значения напряженности электромагнитного поля в сечении с координатой z=0 есть

При измерении уровня диэлектрической жидкости выражение для E(z) должно учитывать распространение волн вдоль волновода (фиг.1,а), а также и их отражение от его торца (фиг.1,б). Такой учет нетрудно провести, рассматривая результирующее значение напряженности электромагнитного поля в сечении с координатой z для данного случая.

Оценим значение Е(0) принимаемого сигнала для металлической емкости конкретных размеров. Для определенности будем считать контролируемое вещество электропроводным (жидкий металл и т.п.); при этом применима схема на фиг.1, б.

Аналогичная этому задача – измерение положения в емкости металлической поверхности (поршня), разделяющей емкость на две части; такая задача имеется при определении запасов жидкости в баках с вытеснителем (поршнем), содержащейся в одной из частей бака (в другой части бака – газ).

Пусть высота цилиндрической емкости есть l=1 м, ее диаметр D=0,6 м. Тогда для волн типа H11 будем иметь fкр – 2с/3,41D=0,293 ГГц (Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Т.1. М.: Высшая школа. 1970. С.78-94).

Положив рабочую частоту f=100 МГц, согласно (2) находим: α=0,058 1/см; для сравнения, например, при f=200 МГц получим α=0,045 1/см, то есть с увеличением f ослабление существенно уменьшается. На фиг.2 приведен график зависимости Е(0)/Em от z0 при f=250 МГц в рабочем диапазоне изменения z0=0÷80 см.

https://www.youtube.com/watch?v=w6JpJKSJLOY

Для емкостей конкретных размеров выбором частоты f генератора можно оптимизировать чувствительность такого датчика уровня в рабочем диапазоне изменения уровня жидкости в емкости. Монотонность зависимости амплитуды результирующего значения напряженности электромагнитного поля от уровня имеет место при измерении уровня как электропроводных, так и диэлектрических веществ.

При измерении уровня жидкости в замкнутой или открытой сверху металлической емкости в качестве волновода возможно использовать саму емкость с подсоединением в ней соответствующих элементов возбуждения и съема колебаний.

Это возможно, в частности, осуществить при решении упомянутой выше задачи измерения положения в емкости металлической поверхности (поршня), разделяющей емкость на две части, существующей при определении запасов жидкости в баках с вытеснителем (поршнем), содержащейся в одной из частей бака (в другой части бака – газ).

Таким образом, данный способ измерения достаточно просто реализуем.

Он может найти применение на практике там, где требуется производить измерения уровня жидкости в различных замкнутых и открытых металлических емкостях.

В частности, он может быть применен для определения уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства, запасов топлива в топливных баках с вытеснителем (поршнем).

Способ измерения уровня жидкости в емкости, при котором в емкости с контролируемой жидкостью размещают вертикально волновод или используют саму емкость в качестве волновода, на одном из торцов которого возбуждают в нем электромагнитные волны фиксированной частоты, отличающийся тем, что частоту возбуждаемых электромагнитных волн выбирают ниже критической частоты, принимают волны после их распространения вдоль волновода на том же или другом его торце и измеряют амплитуду принимаемых волн, по которой судят об уровне жидкости.

Источник: http://www.FindPatent.ru/patent/247/2473055.html

Способы и виды контроля уровня

При помощи измерения уровня определяют:

• уровень жидкости в емкостях, баках, резервуарах;
• объем сыпучих материалов в бункерах.

Дляизмерения уровня жидкости используют уровнемеры. Важно, чтоб приборы, предназначенные для контроля измерения уровня не только констатировали текущее положение уровня, но и сигнализировали о достижении минимума и максимума.

Контроль за уровнем жидкости и сыпучих материалов актуален в:

• энергетике;
• химической и легкой промышленности;
• угле- и горнодобывающих отраслях;
• строительной отрасли.

Виды уровнемеров

Уровень жидкостей измеряют при помощи основных уровнемеров:

• поплавковых;
• буйковых;
• гидростатических;
• ультразвуковых;
• акутических.

Основные типы уровнемеров для измерения уровня сыпучих твердых материалов:

• радиоизотопные;
• емкостные.

Действие уровнемера поплавкового основано на способности поплавка постоянно находиться на поверхности жидкости. Контроль уровня происходит при помощи указателя, соединенного с поплавком тросом или рычагами.

В буйковых уровнемерах уровень жидкости определяют по количеству жидкости, вытесненной закрепленным в емкости буйком. Информация об уровне жидкости передается на промежуточный преобразователь, а затем последовательно трансформируется в:

• пневматические;
• электрические сигналы. Простой заменой:

можно расширить или изменить границы измерений.

Рис. 1. Буйковый уровнемер

1 — рычаг;

2 — промежуточный преобразователь силы в унифицированный сигнал;

3 — буек.

В гидростатических уровнемерах использована зависимость глубины от гидростатического давления. Эти методы измерения уровня использованы в дифманометрах.

Рис. 2. Измерения уровня дифманометрами

а — в открытой емкости;

б—в емкости под давлением;

в — для суспензий и шламов;

1— дифманометр;

2— уравнительный сосуд.

В ультразвуковом уровнемере излучатель, расположенный внутри жидкости, посылает импульс. При достижении поверхности жидкости волна отражается и возвращается к излучателю.

Рис. 3. Ультразвуковой и акустический уровнемеры

1 — излучатель;

2 — электронный блок.

Как измерять уровень дифманометром

Назначение дифманометров — измерение:

• перепада (разности) давлений;
• уровня и расхода жидкостей и газов.

В зависимости от способа уравновешивания измеряемого давления или разряжения дифманометры могут быть :

• жидкостными – столбом жидкости;
• механическими – силой упругости мембран, пружин, сильфонов.

При измерении уровня U-образными дифманометрами необходимо суммировать показания столба жидкости в обеих трубках.

Рис. 4. U-образный дифманометр

Источник: https://dm-3583.ru/notes/izmerenie-urovnya

Датчики уровня воды для измерения жидкости в резервуаре

instrument.guru > Измерительные > Датчики уровня воды для измерения жидкости в резервуаре

https://www.youtube.com/watch?v=2vDZoiSLw4c

Довольно часто возникают ситуации, когда нужно измерить уровень воды. Такие ситуации случаются у всех как и в промышленности, так и в быту.

Что же помогает в этом случае? Для таких ситуаций используются специальные приборы, которые показывают уровень воды, они имеют различные конструкции и используются в зависимости от среды и глубины воды. Иногда для измерения уровня воды используют датчики, сделанные своими руками.

В основном они применяются тогда, когда человек не может проверить глубину воды самостоятельно или же эта среда является опасной для него.

Выбор датчика уровня воды

Виды датчиков

Существует несколько специальных видов, которые постоянно используются для тех или иных ситуаций. Есть пять основных видов, сейчас мы детально рассмотрим каждый из них.

1. Поплавковые. Это самый обычный вид, которым пользуются в большинстве ситуаций, его схема проста, он не имеет сложных конструкций и прост в использовании. Сам поплавковый прибор представляет собой поплавок, который измеряет уровень воды и замыкается при изменении положения поплавка. Прикреплять поплавок можно на что угодно, но обычно его прикрепляют на проволку или прочную нить, это самые проверенные и лучшие способы.
2. Второй вид-это ёмкостные. Их схема труднее. Они представляют собой закреплённую пластину и все из них имеют разный вид. Этот вид создан для того, чтобы изменять ёмкость в резервуаре. Принцип работы заключается в распределении и количестве различного материала, находящегося в ёмкости. Его часто используют для определения сыпучих материалов, а точнее, их уровня.
3. Радарные. Этот вид является довольно популярным, несмотря на то, что ими не пользуются так часто, как поплавковыми датчиками. Они имеют интересную схему. Радарные представляют собой излучатель и приёмник, на который приходят все нужные сигналы. Работает он по принципу получения информации в зависимости от уровня воды, после чего он отправляет эту информацию на имеющийся приёмник. Уровень воды определяется этим датчиком по частоте сдвигов.
4. Ультразвуковые. Это практически те же самые приборы, что и радарные, они мало чем отличаются. В ультразвуковом приборе также имеет приёмник, а сам он работает как излучатель. Единственная разница этих датчиков заключается в том, что ультразвуковой датчик работает, ловит звуки ёмкости и всё определяет исходя из этих звуков, в том время как радарный определяет уровень воды по сдвигам. Датчик уровня жидкости ультразвуковой является отличным прибором.
5. Гидростатистические. Они работают в зависимости от уровня воды. Их принцип работы заключается в том, что они измеряют давление воды, после чего с лёгкостью определяют и сам уровень воды. Гидростатические приборы также пользуются большой популярностью среди тех людей, которым нужно определить именно уровень воды, учитывая то, что предполагаемая глубина будет достаточно большой.

Как вы поняли, существует большое количество разных их видов. Все они имеют свои плюсы и минусы. Сравнивать их достаточно сложно, так как каждый из них был придуман для определённой цели. Гидростатические отлично подходят для измерения большой глубины воды, в то время, как ёмкостные датчики работают по совершенно другому принципу.

Практически во всех из них имеется определённое реле с преобразованием, благодаря этому реле датчики и могут определять глубину воды с помощью измеряемой величины. Существует 2 типа датчиков — это аналоговый датчик и дискретный. Аналоговый может быть токовым и подавать сигналы в мй или В.

А также существуют датчики уровня воды, они помогают регулировать двигатели насосов и их цель заключается в защите самого насоса. Прибор уровня воды можно сделать даже своими руками и он будет приносить огромную пользу. Как же такой сделать?

Новичкам, и не только, пригодится статья с описанием динистора db3.

Датчик уровня воды своими руками

Датчик уровня воды, поплавковый, можно сделать своими руками. Из всех рассмотренных было выяснено, что легче всего сделать поплавковый, который будет показывать уровень воды, ведь он имеет самую лёгкую конструкцию. Какие предметы понадобятся для создания поплавкового датчика?

Для создания поплавкового датчика нам понадобится всего лишь проволка, имеющая длину не менее трёх метров, а также сам поплавок, в качестве поплавка можно использовать практически что угодно, но желательно использовать пластмассовую ёмкость с воздухом большого размера. После этого нужно прикрепить пружинку с лепестком к проволке и у нас будет начальная заготовка нашего прибора, измеряющего уровень воды.

Понадобится сигнал, с помощью которого он и будет определять уровень воды. В качестве сигнала проще всего использовать индуктивный датчик с дискретным сигналом 24В. Как же он будет работать?

Когда уровень жидкости в резервуаре будет расти, то поплавок начнёт подниматься, ослабляя пружину, так как к этой пружине был прикреплён лепесток, пружина будет подниматься, и из-за этого будет отрабатываться индуктивный сенсор, подавая сигналы на реле двигателя насоса. Благодаря этому насос будет удачно откачивать воду. Для того чтобы обезопасить себя от частых выключений двигателя насоса, нужно поставить реле на установку выключения двигателя раз в 10 минут, благодаря этому с двигателем насоса будет всё в порядке.

https://www.youtube.com/watch?v=nlzFfcd60SA

Примерно так и будет выглядеть самодельный датчик уровня воды своими руками. Индуктивный сенсор можно даже не использовать, если вы хотите сделать это экономнее, то можно использовать вместо него 2 пластины, что будет давать практически такой же эффект.

Выбор уровня датчиков

Перед тем как выбрать датчик уровня жидкости ультразвуковой или же электродный датчик уровня воды, вы должны обращать внимание на следующие аспекты:

1. Измеряемая жидкость. Перед тем как измерить определённую жидкость, вы должны узнать, что она из себя представляет, не опасна ли она для человека. В идеале нужно найти её характеристики, а также паспортную плотность, узнав всё об этой жидкости в резервуаре.
2. Нужно узнать, из чего состоит ёмкость, в которой находится сама жидкость. С помощью этого вы сможете с точностью определить, какой именно вам нужно купить. Их цена является абсолютно разной, можно найти датчик и за 500 рублей, можно найти и за 5000. Всё зависит от того, для каких целей он вам нужен, ёмкость также влияет на эту информацию.
3. Узнайте глубину измеряемой величины жидкости. Если величина является небольшой, то отличным решением будет купить по небольшой цене поплавковый или же сделать его своими руками, после чего использовать. Если же будет другая ситуация, в которой объём будет быстро меняться, а также будут длинные сосуды, то будет целесообразней взять радарный датчик, так как он отлично справляется именно в таких ситуациях, для этого он и был создан.
4. Вы должны узнать, будут ли стабильно работать нужные приборы во взрывоопасной среде. Из-за некоторых датчиков может произойти возгорание горючей среды, поэтому отнеситесь к этому вопросу с полной серьёзностью, не поленитесь и узнайте, как он повлияет на вашу среду, если она является взрывоопасной. Такие датчики используются на нефтехимических производствах.
5. Температурные перепады. Различная температура может по-разному влиять на приборы, особенно на электронные, поэтому подбирайте такие, на которые среда никак не влияет.
6. Узнайте, важна ли точность измерения глубины жидкости, это один из главных параметров при подборе нужного, эффективного датчика

Купить нужный прибор достаточно просто, они продаются в интернете на многих сайтах, а также в магазинах, поэтому проблем с их получением не будет.

Источник: https://instrument.guru/izmeritelnye/datchiki-urovnya-vody-dlya-izmereniya-zhidkosti-v-rezervuare.html

Измерение уровня

Уровнемер– устройство предназначенное для контроля или измерения в промышленных условиях уровня сыпучих или жидких веществ в технологических апаратах, хранилищах, емкостях и т.п.

Перепад уровня – это разность измеряемых высот между верхней и нижней контрольными точками столба жидкости или сыпучего материала в резервуаре. Единицы измерения – мм, см, м.

Различают уровнемеры и сигнализаторы предельного уровня . Измерение уровня может производиться бесконтактным и контактным способом.

Механические уровнемеры

Механические уровнемеры существуют поплавковые (чувствительный элемент поплавок, плавающий на поверхности жидкости(см.рис 1)), и буйковые (см.рис 2), их действие основано на измерении выталкивающей силы, которая действует на буй. Перемещение поплавка или буя через механические связи или систему дистанционной (пневматической или электрической) передачи передается измерительному прибору.

Рис1. Поплавковые уровнемеры: а-узкого диапазона; б-широкого диапазона; 1-поплавок; 2-гибкий трос; 3-шкала; 4-противовес.Рис2. Буйковый уровнемер:1-буек; 2-шланг; 3-рычаг; 4-противовес; 5-преобразователь; 6-уплотнительная мембрана

Гидростатические уровнемеры

Измерение уровня этим методом определяется гидростатическим давлением, оказанным жидкостью на место установки датчика давления. Измерение уровня методом гидростатического давления может осуществляться:

• Дифференциальным манометром , подключаемым к резервуару на высотах, соответствующих нижнему предельному значению уровня и газовому пространству над жидкостью;
• Датчиком избыточного давления , который подключается на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня;
• Измерением давления газа (воздуха), подкачиваемого по трубке, опущенной в заполняющую резервуар жидкость на фиксированное расстояние (пьезометрический метод).

Рис3. Измерение уровня в резервуаре при помощи датчика избыточного давления

На рис.3 приведена схема измерения уровня датчиком избыточного давления. Необходимый для этого датчик ДИ может быть любого типа с соответствующими пределами измерений.

При измерении уровня датчиком избыточного давления присутствуют погрешности измерения, возникающие из за класса точности измерительного прибора, изменения плотности жидкости, а также колебаний атмосферного давления.

В случае когда емкость находится под избыточным давлением, данная измерительная схема не применима, т.к. к давлению столба жидкости прибавляется избыточное давление над поверхностью жидкости, не учитываемое данной измерительной схемой.

https://www.youtube.com/watch?v=8DslUoF399A

В связи с этим, более универсальными являются схемы измерения уровня с использованием дифференциальных датчиков давления (дифманометров). С помощью дифференциальных датчиков давления можно также измерять уровень жидкости в открытых резервуарах.

Плюсовая камера дифманометра через импульсную трубку соединена с резервуаром в его нижней точке, минусовая камера сообщается с атмосферой (см.рис 4). Такая измерительная схема может использоваться тогда, когда дифманометр расположен на одном уровне с нижней плоскостью резервуара.

Если это условие соблюсти невозможно и дифманометр располагается ниже, то используют уравнительные сосуды. В такой схеме устраняется погрешность, связанная с колебаниями атмосферного давления.

Рис4. Измерение уровня в открытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления

При измерении уровня в аппаратах, находящихся под давлением, применяют схему, приведенную на рис.5.1 и 5.2. Уравнительный сосуд 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 P можно представить в виде:

При h=0 P=Pmax, а при h = hmaxP=0.

Где:

-плотность жидкости;

g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения

Рис5.1. Измерение уровня в закрытых резервуарах при помощи датчика гидростатического давления без уравнительного сосуда.Рис2. Измерение уровня в закрытых резервуарах при помощи датчика гидростатического давления с уравнительным сосудом.

В промышленности для измерения уровня агрессивных средств применяются так же пьезометрические (барботажные) гидростатические уровнемеры.

Они представляют собой открытую с одного конца измерительную трубку, опускаемую в резервуар с жидкостью, уровень которой измеряется. Через эту трубку продувается воздух, который барботирует через жидкость в виде пузырьков.

Давление воздуха в трубке Р является мерой уровня жидкости (см.рис 6). При этом следует учитывать влияние плотности жидкости , так как Р = gH.

Рис6. Пьезометрический уровнемер.П- пьезометрическая трубка; Д-дроссель; ДД-дифманометр.

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 или разделительные мембраны.

Электрические уровнемеры

Электрические уровнемеры бывают ёмкостные и кондуктометрические.

Принцип действия емкостных уровнемеров основан на различии диэлектрической проницаемости контролируемой среды (водных растворов солей, кислот, щелочей) и диэлектрической проницаемости воздуха либо водяных паров. Преобразователи бывают пластинчатыми, цилиндрическими или в виде стержня.

При измерении уровня агрессивных жидкостей обкладки преобразователя выполняют из химически стойких сплавов или покрывают тонкой антикоррозионной пленкой, диэлектрические свойства которой учитывают при расчете.

Покрытие обкладок тонкими пленками применяют также при измерении уровня электропроводных жидкостей(см.рис 7).

Рис7. Емкостной уровнемер.

Кондуктометрические (омические) уровнемеры используют главным образом для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня электропроводных жидкостей. Принцип их действия основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представляющую собой участок электрической цепи с определенным омическим сопротивлением.

Прибор представляет собой электромагнитное реле, включаемое в цепь между электродом и контролируемым материалом. Схемы включения релейного сигнализатора уровня могут быть различны в зависимости от типа объекта и числа контролируемых уровней. На рис. 8,а показана схема включения прибора в токопроводящий объект.

В этом случае для контроля одного уровня h можно использовать один электрод, одно реле и один провод. При контроле двух уровней (рис. 8, б) их требуется уже по два. В качестве электродов применяют металлические стержни или трубы и угольные электроды (агрессивные жидкости).

Основной недостаток всех электродных приборов – невозможность их применения в средах вязких, кристаллизующихся, образующих твердые осадки и налипающих на электроды преобразователей.

Рис8. Кондуктометрический уровнемер.

Акустические, или ультразвуковые уровнемеры

Принцип действия всех известных акустических уровнемеров основан на излучении ряда ультразвуковых импульсов, которые распространяются в направлении к поверхности (см.рис 11). Отраженная акустическая волна снова принимается измерителем уровня и обрабатывается микропроцессором. Далее производится температурная компенсация и преобразование на выходной ток (рис. 9).

Рис9. Акустический (ультразвуковой) уровнемер.

Применение: жидкости и свободно сыпучие продукты; измерение уровня, объёма и расхода в открытых каналах; слабо парящие, дымящие, перемешивающиеся жидкости, пенящиеся среды, возможность применения при сильном пыление при загрузке сыпучих материалов.

Cигнализаторы уровня

Сигнализаторы уровня – это датчики уровня для контроля граничных/предельных значений уровня.Выходной сигнал сигнализатора уровня изменяется в момент заполнения или освобождения чувствительного элемента измеряемой средой.

https://www.youtube.com/watch?v=WFm_W-UpESI

Концевые выключатели предельного уровня формируют электрический сигнал в тех случаях, когда уровень контролируемого материала поднимается выше или опускается ниже определенного уровня, заданного относительно высоты установки датчика.

Примерами могут служить: защита от переполнения, защита оборудования от режима «сухого хода», проверка минимального и максимального уровней заполнения резервуаров.

Для определения предельного уровня предлагаются следующие средства контроля: поплавковые выключатели, концевые выключатели с вибрирующим чувствительным элементом, кондуктометрические выключатели, ёмкостные зонды, погружные магнитные зонды, выключатели на основе гидростатического давления жидкости.

Поплавковый выключатель

Рис10. Поплавковый выключатель.

Поплавковый выключатель состоит из корпуса поплавка со встроенным микро выключателем и присоединительного кабеля.

Достоинства:

• простота;
• прочность;
• невысокая стоимость.

Недостатки:

• непригодны для клейких жидкостей;
• проблемы с плещущимися жидкостями;
• плавучесть зависит от размеров поплавка;
• точка срабатывания зависит от изменений (колебаний) плотности вещества.

Концевые выключатели с вибрирующим чувствительным элементом

Концевые выключатели с вибрирующим чувствительным элементом- устройства с резонатором камертонного типа (из за формы его часто называют колебательной вилкой), в которых пьезоэлектрическим способом возбуждаются сильные механические колебания в диапазоне резонансных частот. Благодаря высоким механическим качествам вибрирующей системы вполне достаточна весьма малая мощность возбуждения. Размещение чувствительного элемента внутри контролируемой среды вызывает резкое уменьшение амплитуды колебаний вплоть до их полного гашения. Смена состояния колебания состоянием покоя или наоборот в виде электрического сигнала предельного уровня поступает на индикатор. Вибрационные концевые выключатели можно использовать для определения предельного уровня практически всех жидкостей и сыпучих материалов.

Рис11. Вибрационный сигнализатор уровня .

Достоинства: простота; не требуется регулировка в месте;установки; отсутствуют движущиеся части; нечувствительны к турбулентности, образованию пены и внешней вибрации; допускают любую пространственную ориентацию; нечувствительны к большинству физических свойств измеряемого вещества (исключение плотность ); проверка функционирования может проводиться на месте монтажа. Недостатки: клейкие вещества и твёрдые частицы в жидкостях могут служить причиной отказов; твёрдые частицы могут заклинивать колебательную вилку.

Кондуктометрический метод определения предельного уровня

Этот метод основан на изменении силы тока. В пустом резервуаре сопротивление между двумя электродами бесконечно велико; при погружении концов электродов в проводящую среду сопротивление уменьшается соответственно величине её проводимости. Область применения метода распространяется исключительно на контроль уровня проводящих жидкостей.

Следовательно, уровень сыпучих или вязких материалов измерять указанным методом нельзя. Необходимо наличие у контролируемого вещества определённой минимальной проводимости (более 1 мкC/см), чтобы при измерении уровня кондуктометрическим методом можно было получить различимый сигнал изменения тока.

Настоящий метод применяют главным образом для измерения предельного уровня в цистернах, баках и паровых котлах. Воспламеняющиеся жидкости, такие как различные виды топлива, масла и растворители, являются диэлектриками, поэтому для них этот метод неприменим в отличие от кислот, щелочей и растворов, содержащих воду и являющихся проводниками.

Уровень агрессивных жидкостей определяется без проблем, путём использования электродов, выполненных из высокопрочных материалов. При реализации кондуктометрического метода два электрода устанавливаются выше поверхности проводящей жидкости, уровень которой контролируется.

Когда жидкость достигает той точки, где оба электрода контактируют с жидкостью, электрический ток вызывает срабатывание реле.

Рис12. Кондуктометрический сигнализатор уровня .

Достоинства: простота и прочность; отсутствие движущихся механических частей; нечувствительны к турбулентности; технологическим процессом допускаются высокая температура и давление; простая регулировка и обслуживание. Недостатки: непригодны для клейких веществ и диэлектриков; масляные вещества могут вызывать налипание на электроды тонкого слоя непроводящего покрытия, что может быть причиной отказа.

Ёмкостный метод определенияпредельного уровня

Этот метод предполагает изменение электрической ёмкости в зависимости от уровня наполнения резервуара. Конденсатор образован стенкой резервуара и щупом, погруженным в его содержимое.

В точном определении уровня решающую роль играют конструкция, изоляция и правильное размещение ёмкостного зонда.

Поэтому необходимо учитывать следующие факторы: изоляцию зонда, форму резервуара, давление в резервуаре, температуру контролируемого материала, его зернистость, абразивность, химическую агрессивность, вязкость, возможность образования конденсата или пены.

Рис13. Емкостной сигнализатор уровня .

Достоинства: простота установки и эксплуатации; многофункциональность применения; возможность использования с клейкими веществами.

Магнитные погружные зонды предельного уровня

Магнитные погружные зонды предельного уровня 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; магнит, смонтированный на поплавке, в соответствующем положении замыкает герметизированные контакты, установленные на направляющей трубке, посредством магнитного поля.Точность измерения не зависит от давления, плотности и электрических свойств жидкости.

Рис14. Магнитный погружной сигнализатор предельного уровня .

Достоинства: простой принцип действия; несложный монтаж; несложное техническое обслуживание; не требуется регулировка в месте установки. Недостатки: плавучесть зависит от размера поплавка; точки переключения зависят от плотности среды; максимальная длина трубки зонда около 6 м; минимально допустимая плотность контролируемого вещества равна 0,7 г/cм3; можно использовать только в очищенных жидкостях.

Гидростатический метод определения предельного уровня

Гидростатический метод подходит для определения уровня любых жидкостей.

Здесь непосредственно используется давление, оказываемое жидкостью на дно резервуара: давление, создаваемое в трубке зонда, в случае когда уровень жидкости повышается, воздействует на мембранное устройство; как только давление достигает значения, соответствующего установленному значению уровня, срабатывает переключающее коммутационное устройство (контактор, реле). Мембранное устройство возвращается в первоначальное состояние, когда уровень жидкости и, соответственно, давление снова понизится.

Рис15. Гидростатический сигнализатор предельного уровня .

Достоинства: точность; применим для загрязнённых жидкостей; не нуждается в сложном техническом обслуживании. Недостатки: движение жидкости вызывает изменение давления и приводит к ошибкам измерения; атмосферное давление должно быть скомпенсировано; изменение плотности жидкости может быть причиной ошибки измерения.

В гидростатических сигнализаторах (рис. 15) используются различные способы подключения к измерительной системе; существуют модификацидатчиков из нержавеющей стали и пластика.

Источник: http://asup-info.org.ua/index1_4.php

Приборы для измерения уровня и расхода жидкости

Поплавковые измерители уровня. Они представляют собой обычно пустотелый шар или цилиндр, движение которого при изменении уровня жидкости передается на показывающий прибор.

В качестве промежуточной передачи от поплавка к стрелке показывающего прибора используются механические рычажные системы.

Поплавковые сигнализаторы в комплексе с электрическим контактором или прерывателем используются для включения и выключения насосов при крайних значениях уровня.

Смотровое или измерительное стекло. Для измерения уровня жидкости в цистернах применяются смотровые стекла различных типов. Для измерения уровня воды в котлах используются водомерные стекла.

https://www.youtube.com/watch?v=xmVp9qZ0aak

Пневмеркаторный измеритель уровня. Это извещатель, в котором для измерения уровня в танке используется ртутный манометр в сочетании с полусферическим раструбом и системой трубопроводов (рис. 15.10). Полусферический раструб находится около днища танка и соединяется через трубопровод небольшого сечения с ртутным манометром.

С помощью переключающего крана можно подключить один манометр к нескольким танкам, обычно к двум. К трехходовому крану подходят трубопроводы: от измерителя; подачи силового воздуха; выпуска воздуха из прибора в атмосферу. Если трехходовой кран поставить в положение «Воздух», то система прибора заполняется сжатым воздухом.

Затем трехходовой кран ставят в положение «Измерение»; при этом воздух подается через трехходовой кран к ртутному манометру и через переключающий кран — в один из танков, а давление воздуха, вытесняющего жидкость из трубки в танке, пропорционально уровню жидкости в нем. Это давление измеряется ртутным манометром со шкалой, отградуированной в единицах уровня.

После проведения измерений трехходовой кран необходимо поставить в положение «Вентиляция».

Рис. 15.10. Пневмеркаторный измеритель

1 — танк № 1; 2 — полусферический колпак; 3 — танк № 2; 4 — избирательный кран; 5 — шкала; 6 — манометр; 7 — трубопровод вентиляции системы; 8 — трубопровод подачи сжатого воздуха; 9 — трехходовой кран

Рис. 15.11. Измерители расхода:

а — ротационный; б — с вертушкой; 1 — ведущий ротор; 2 — ведомый ротор; 3 — корпус; 4 — привод к передаточному механизму показывающего прибора; 5 — спиральная вертушка; I — вход потока; II — выход потока

Количественные измерители расхода. Счетчики расхода служат для определения суммарного расхода жидкости за определенное время. Для измерения мгновенных значений расхода применяются расходомеры, принцип действия которых основан на прохождений определенного количества жидкости через поперечное сечение трубопровода при постоянной скорости потока.

В объемном нагнетателе за полный оборот пары роторов через измеритель проходит количество жидкости, которое равно объему

Рис. 15.12. Трубка Вентури:

I — высота столбика жидкости, пропорциональная скорости потока; 2 — манометр; 3 — сужающаяся часть измерителя; 4 — центральная цилиндрическая часть измерителя или шейка; 5 — расширяющаяся часть измерителя; I — вход потока; II — выход потока

Рис. 15.13. Дроссельный измеритель:

1 — высота столбика жидкости, пропорциональная скорости потока; 2 — манометр; 3 — диафрагма; I — вход потока; II — выход потока

между роторами и корпусом (рис. 15.11, а). При этом суммарный расход жидкости будет пропорционален частоте вращения ротора и определяется по счетчику, который связан с прибором через механическую, шестеренчатую или магнитную передачу.

В измерителях расхода других типов определяется число оборотов вертушки в набегающем потоке (рис. 15.11, б), которое суммируется счетным механизмом, показывающим общий расход жидкости. Выходными звеньями вращающихся вертушек могут быть механические счетчики или тахогенераторы, вырабатывающие ток, пропорциональный расходу жидкости в трубопроводе.

Скоростные измерители расхода. Трубка Вентури состоит из конической сужающейся приемной трубы, цилиндрической центральной и конической расширяющейся выходной труб (рис. 15.12). Принцип действия прибора основан на том, что перепад давлений пропорционален объемному расходу жидкости или газа.

Дроссельный измеритель. Состоит из диафрагмы с уменьшенным проходным сечением, которая устанавливается в потоке жидкости или газа. Проходное отверстие диафрагмы имеет прямую входную части и скошенную выходную (рис. 15.13). Принцип действия прибора основан на том, что перепад давлений до и после диафрагмы, измеряемый дифференциальным манометром, пропорционален расходу жидкости или газа.

Следящий рамочный измеритель силы тока или напряжения. Приборы для измерения силы тока или напряжения выполняются со следящим рамочным чувствительным элементом. Конструктивно приборы могут выполняться различно, но принцип действия их одинаковый.

Рис. 15.14. Следящий рамочный измеритель:

1 — стрелка; 2 — шкала; 3 — постоянный магнит; 4— рамка с обмоткой; 5 — сердечник из мягкого чугуна; 6 — волосковая пружина; 7 — вертикальная ось вращения

Следящий рамочный измеритель состоит из рамки с обмоткой, которая вращается между полюсами постоянного магнита (рис. 15.14). Две волосковые спиральные пружины используются для подвода тока к рамке.

Ток, проходя по обмотке рамки, создает магнитное поле, которое, взаимодействуя с полем постоянного магнита, создает вращающий момент, вызывающий смещение стрелки прибора пропорционально отклонению тока или напряжения.

Прибор подключается к источнику постоянного тока, и поэтому необходимо следить за правильным подключением полюсов. При использовании источников переменного тока в схему прибора необходимо ввести выпрямитель.

Источник: http://privetstudent.com/referaty/pribory-svyaz-i-kommunikatsii/431-pribory-dlya-izmereniya-urovnya-i-rashoda-zhidkosti.html

Технологии и методы измерения уровня

Источник: http://knowkip.ucoz.ru/publ/teplotekhnicheskie_izmerenija/izmerenie_urovnja/tekhnologii_i_metody_izmerenija_urovnja_sredy/4-1-0-55

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Измерение уровня жидкостей в резервуарах, а также регулирование его производится с помощью поплавковых, электронных, радиоактивных, ультразвуковых и других типов уровнемеров и сигнализаторов уровня. Для этих целей могут использоваться и описанные ранее дифференциальные манометры ( см. стр.  [1]

Измерение уровня жидкости весьма облегчается строгой горизонтальностью ее поверхности, а также простотой, дешевизной, надежностью, – доступностью и разнообразием датчиков уровня.  [2]

Измерение уровня жидкостей при помощи дифманометров основано на измерении дифманометром перепада давлений, обусловленного разностью высот столбов жидкости в резервуаре и уравнительном сосуде.  [4]

Измерение уровня жидкостей и сыпучих тел относится к числу вспомогательных контрольных операций, однако в ряде случаев оно играет важную роль в химических производствах.  [5]

Измерение уровня жидкости уровнемером УБ основано на арео-метрическом принципе. Измерительным параметром является выталкивающая сила тонущего буйка, которая пропорциональна глубине его погружения в жидкость.

При изменении выталкивающего усилия буйка изменяется угол закручивания торсионной трубки, преобразуемый при помощи пневматического преобразователя в пневматический выходной сигнал.  [6]

Измерение уровня жидкости производится по время-импульсной системе. Промежуток времени от начала подъема якоря до сигнала уровень воды определит высоту уровня воды, а значит, и объем воды в газоотделителе.  [7]

Измерение уровня жидкости в скважинах производится при исследовании работы глубиннонасосных скважин, при необходимости определения пластового давления в глубиннонасосных скважинах и для определения изменения давления в пьезометрических скважинах.  [8]

Измерение уровня жидкостей в резервуарах необходимо, как правило, производить дистанционно; для отбора проб из резервуаров должны быть установлены специальные пробоотборники или другие приспособления.  [9]

Измерение уровня жидкостей и сыпучих тел представляет собой метод измерения количества вещества.  [10]

Измерение уровня жидкости в технологической аппаратуре имеет существенное значение в практике переработки нефти.  [11]

Измерение уровня жидкости уровнемером типа УБ основано на ареометрическом принципе.

Измерительным параметром является выталкивающая сила тонущего буйка, которая пропорциональна глубине его погружения в жидкость.

При изменении выталкивающего усилия буйка изменяется угол закручивания торсионной трубки, преобразуемый при помощи пневматического преобразователя в пневматический выходной сигнал.  [12]

Измерение уровня жидкостей или сыпучих материалов, находящихся в бункерах, силосах, баках и тому подобных емкостях, необходимо для установления количества их, а в ряде случаев для обеспечения поддержания заданного уровня в этих емкостях.  [13]

Измерение уровня жидкостей или сыпучих материалов, находящихся в бункерах, силосах, баках и подобных емкостях, необходимо для установления количества их, а в ряде случаев для обеспечения поддержания заданного уровня.  [14]

Измерение уровня жидкостей или сыпучих материалов, находящихся в бункерах, силосах, баках и тому подобных емкостях, необходимо для установления количества их, а в ряде случаев для обеспечения поддержания заданного уровня.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: http://www.ngpedia.ru/id52069p1.html

Лабораторная работа № 6 (стенд № 14) ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ

Цель работы

1. Ознакомиться с методами измерения уровня жидкостей.

2. Изучить пьезометрический метод измерения уровня.

3. Изучить устройства, реализующие данный метод и методику измерения уровня и плотности неизвестной жидкости.

Общие положения

Измерение уровня жидкостей играет важную роль при автоматизации технологических процессов.

Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной плоскости, принятой за начало отсчёта. Технические средства, применяемые для измерения уровня, называются уровнемерами. Приборы, предназначенные для сигнализации предельных уровней жидкости, называются сигнализаторами уровня.

Уровнемеры также имеют широкое применение в различных отраслях промышленности для измерения по уровню количества жидкости, находящейся в резервуарах, баках и других устройствах. Соответствие уровнемеров тем или иным требованиям позволяет произвести разделение их на определённые группы. Так, например, ГОСТ 15983 предусматривает разделение уровнемеров по следующим признакам:

– по виду используемой вспомогательной энергии;

– по наличию устройства для отсчёта и передачи показаний;

– по виду сигнала-носителя информации;

– по защищённости от воздействия окружающей среды;

– по устойчивости к механическим воздействиям;

– по температурному диапазону.

Приведённое выше разделение уровнемеров является скорее разделением по признакам конструктивного исполнения и не может помочь в выборе того или иного уровнемера, так как характеризует вторичные свойства уровнемера.

https://www.youtube.com/watch?v=xLkVdd9uFkM

Основной же следует считать классификацию уровнемеров по применённому методу измерения уровня. Методы измерения уровня группируются по тем физическим свойствам, различие которых у веществ, образующих поверхность раздела, положено в основу метода.

По принципу действия приборы для измерения уровня жидкости можно разделить на механические, пьезометрические, электрические, акустические и радиоизотопные. Приборы в указанных группах, в свою очередь, подразделяются по устройству:

1. Механические, которые в свою очередь подразделяются на:

– поплавковые, с чувствительным элементом, находящимся на поверхности измеряемой жидкости и передающим значение уровня указателя с помощью мерной ленты или троса;

– буйковые (поплавки с отрицательной плавучестью), имеющие в качестве чувствительного элемента буёк, связанный с компенсационным устройством, реагирующим на изменение веса буйка при изменении уровня погружения его в жидкость.

2. Пьезометрические (гидростатические):

– барботажные, представляющие собой пневмометрическую трубку, имеющую выход для воздуха на фиксированном положении от дна резервуара; уровень определяется по давлению воздуха, прокачиваемого по трубке;

– манометрические, определяющие уровень по давлению пьезометрического столба жидкости, воспринимаемого манометром, дифманометром.

3. Электрические:

– электроконтактные, основанные на измерении электропроводимости измеряемых сред;

– емкостные, использующие различие диэлектрических свойств воздуха (Е = 1) и измеряемой жидкости (воды Е = 81);

– индуктивные, импеданс датчика уровня имеет индуктивный характер и меняется с изменением уровня из-за различия электропроводностей жидкости и парогазовой смеси;

– радиоволновые, основанные на использовании зависимости какой-либо характеристики электромагнитного колебательного процесса от величины контролируемого уровня (радиолокационный, радиоинтерференционный, эндовибраторный и резонансный методы).

4. Акустические методы измерения уровня, которые, в свою очередь, подразделяются на локационные, диссипативные и резонансные. Чаще применяется локационный, определяющий уровень по времени распространения ультразвуковых волн в измеряемой среде.

5. Радиоактивные, использующие поглощение измеряемой жидкостью γ-лучей, излучаемых радиоактивным излучателем (кобальт-60 или цезий-137).

Пьезометрический уровнемер

Пьезометрический метод измерения уровня основан на измерении высоты столба жидкости по давлению, которое создаёт этот столб. В этом случае уровень жидкости можно определить подключением манометра к нижней отметке ёмкости, продувкой воздуха или при помощи дифференциального манометра.

На рис. 1 изображены два способа измерения уровня жидкости в резервуаре: при помощи установки манометра и продувкой воздухом.

При измерении уровня продувкой воздухом опускают в резервуар на фиксированное расстояние трубку. Через трубку прокачивают воздух, который, выходя из свободного конца пузырьками, препятствует поступлению жидкости в трубку. Давление воздуха, прокачиваемого по трубке, всегда будет равно гидростатическому давлению столба жидкости:

, (18)

где– высота столба жидкости над обрезом трубки;– удельный вес жидкости.

Рис. 1. Схема измерения уровня жидкости при помощи манометра
и пьезометрическим способом (продувкой воздухом)

Уравнение, связывающее давление Р с текущим значением уровня в сосуде и различными параметрами уровнемера и жидкости, в общем случае будет иметь вид:

, (19)

где– поправка, учитывающая вертикальный градиент давления и зависящая от возвышения манометра l над нижним обрезом трубки;– поправка на преодоление сил трения по длине импульсной трубки;– поправка на потери давления из-за действия сил поверхностного натяжения жидкости.

Поправкавводится либо при значительном давлении газа (свыше 7 кгс/см2), либо при значительном возвышении манометра над уровнем жидкости.

Потери давления на трение по длине трубки определяются как:

, (20)

где– коэффициент гидравлического сопротивления трубки, функциональная зависимость которого определяется режимом движения газа в ней;– диаметр импульсной трубки;– длина импульсной трубки от нижнего обреза до манометра;– скорость движения газа в трубопроводе;– объёмный расход газа.

Существует тенденция выбирать диаметр трубки по возможности большим в пределах от 6 до 20 мм, сводя к минимуму потери на трение.

Расход воздуха, как правило, выбирается опытным путём и обычно колеблется от 0,1 до 2 л/мин, что соответствует скорости газа 8–10 м/с. Практически расход газа должен быть таким, чтобы обеспечивалось постоянное его прохождение через жидкость с образованием цепочки пузырей без слияния их в сплошную струю.

Потери давления на поверхностное натяжение можно определить по формуле

, (21)

где– сила поверхностного натяжения жидкости.

Характерно, что все поправки, вводимые в результат измерения, не зависят от текущего значения уровня, поэтому для определения суммарной величины поправок достаточно провести тарировку датчика в одной точке.

Пьезометрический уровнемер пригоден для измерения уровня практически любой жидкости. Агрессивность среды не оказывает влияния на работу уровнемера при правильном выборе материала импульсной трубки. Единственным лимитирующим параметром жидкости является её вязкость.

Влияние вязкости проявляется в увеличении диаметра пузырьков, отрыв которых от обрезов трубки сопровождается возникновением колебаний в измерительной линии, что отражается на точности измерения уровня.

Пьезометрический уровнемер пригоден для измерения уровня жидкостей, вязкость которых не превышает 1800–2000 сСт (санти Стокс).

Пьезометрический метод измерения уровня можно легко использовать для измерения плотностей жидкости.

Для этого заполняют один сосуд эталонной жидкостью, плотностькоторой известна (например, водой), а другой сосуд – испытуемой жидкостью с неизвестной плотностью.

Уровни в обоих сосудах поддерживаются на одинаковой высоте. В каждый сосуд на равную глубину Н, м, вводят трубки, через которые продувают воздух.

В первом эталонном сосуде давление продуваемого воздуха, Н/м, устанавливается на значение:

, (22)

а во втором с испытуемой жидкостью на значение

, (23)

где= 9,81 м/с2;– уровень, м;и– давление соответственно в испытуемом и эталонном сосудах, Н/м2.

Отсюда плотность испытуемой жидкости:

. (24)

Описание установки

Схема лабораторной установки для определения уровня пьезометрическим способом приведена на рис. 2.

В сосуд 1, уровень жидкости в котором измеряется, опускается импульсная трубка 2. По соединительной трубке 5 подаётся воздух от побудителя расхода 7 (компрессор).

Перемещение импульсной трубки осуществляется с помощью держателя 4 вдоль шкалы 3 по направляющим.

Расход воздуха от побудителя регулируется с помощью ротаметра 6, давление воздуха после ротаметра измеряется с помощью U-образного манометра 8 и преобразователя Метран-100 со вторичным прибором Диск-250.

Рис. 2. Схема установки для определения уровня пьезометрическим способом:

1 – сосуд; 2 – импульсная трубка; 3 – шкала; 4 – держатель;
5 – резиновая трубка; 6 – ротаметр с регулированием расхода воздуха; 7 – компрессор; 8 – U-образный манометр; 9 – преобразователь Метран-100 с жидкокристаллическим индикаторным устройством; 10 – потенциометр типа Диск-250

Схема электрических соединений приборов для измерения уровня
и плотности жидкости пьезометрическим способом приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема электрических соединений приборов для измерения уровня
и плотности жидкости пьезометрическим способом

Порядок выполнения работы

Уровень изменяется вертикальным перемещением импульсной трубки. Давление измеряется двумя приборами: U-манометром
и преобразователем давления Метран-100. Метран-100 преобразует давление в электрический сигнал 0–5 мА.

Сигнал от преобразователя Метран-100 передаётся на вторичный прибор Диск-250, рис. 3. При этом одновременно осуществляется индикация давления на жидкокристаллическом дисплее преобразователя Метран-100.

При проведении работы устанавливают различные расходы воздуха с помощью ротаметра 6 и при каждом расходе воздуха проводят измерение уровня на всех оцифрованных отметках. Полученные данные заносят в табл. 2.

Строят графики зависимости давления от уровня для различных расходов воздуха (минимального, среднего, максимального). На рисунке откладывают по оси абсцисс отсчёт по шкале 3, а по оси ординат показания вторичного прибора Диск-250.

По полученным графикам и результатам наблюдений производят выбор оптимального расхода воздуха, который затем устанавливают с помощью ротаметра 6.

Затем определяют плотность неизвестной жидкости, для чего производят измерение давления и уровня при определённом значении уровня воды. Далее сосуд с водой заменяют сосудом с неизвестной жидкостью и при тех же значениях уровня производят измерения давления при неизвестной жидкости. Расчёт плотности жидкости осуществляют по формуле (24). Пользуясь табл. 1, определяют неизвестную жидкость.

Таблица 1

Плотности жидкостей

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. https://www.youtube.com/watch?v=0Nnz307ml40 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. 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. Читайте также:  Тестер концентрации алкогольных паров на avr 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. https://www.youtube.com/watch?v=XQ8afGsBZTE 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. https://www.youtube.com/watch?v=Qhr2zm16tLo Для любого метода измерения уровня характерен набор технических реализаций, расширяющийся с развитием технологий и измерительной техники.
Жидкость	Плотность, г/см3	Жидкость	Плотность, г/см3
Анилин	1,022	Пентан	0,621
Ацетон	0,792	Сероуглерод	1,263
Бензол	0,878	Толуол	0,866
Вода	0,997	Хлороформ	1,489
Глицерин	1,261	Четыреххлористый	1,535
Керосин	0,825

Таким образом, порядок выполнения работы выглядит следующим образом:

1. Ознакомиться по инструкции с методами измерения уровня и устройством пьезометрического уровнемера.

2. Подать напряжение на установку, переключатель «Работа» установить в положение «ВКЛ».

3. Перемещая держателем импульсную трубку через 10 мм, записать показания преобразователя Метран-100 в табл. 2. За начало отсчёта считать момент, когда срез импульсной трубки касается жидкости.

4. Проделать пункт 3 для разных расходов воздуха. Минимальный расход воздуха соответствует расходу, когда пузырьки редко следуют друг за другом, преобразователь Метран-100 реагирует на каждый пузырёк. Средний расход – вторичный прибор перестаёт реагировать на каждый пузырёк. Максимальный – воздух идёт сплошной струёй.

5. Установить оптимальный расход воздуха и произвести измерения при одних и тех же отсчётах по шкале для воды и неизвестной жидкости. Рассчитать плотность неизвестной жидкости. По таблице определить, какая это жидкость.

6. Построить графики зависимости показаний прибора от перемещения импульсной трубки для разных расходов воздуха.

7. Составить отчёт о проделанной работе.

8. Результаты эксперимента свети в табл. 2.

Таблица 2

Результаты эксперимента

Измерение расхода, %

Глубина погружения импульской трубки Н0, мм

Показания Метран-100, Па

Приращение показаний Метран-100 на каждое изменение при погружении

Среднее значение приращений показаний при каждом изменении расхода

Содержание отчета

Отчёт должен содержать:

1. Краткий перечень методов измерения уровня жидкости.

2. Схему установки для измерения уровня пьезометрическим способом.

3. Результаты работы: таблица, расчет плотности неизвестной жидкости, выводы.

6 Контрольные вопросы

1. Принцип действия и устройство пьезометрического уровнемера.

2. Какие поправки необходимо учитывать при определении уровня?

3. В каких случаях вводится поправка, учитывающая вертикальный градиент давления?

4. Почему диаметр трубки для продувки выбирают по возможности наибольшим?

5. Каким должен быть расход газа или воздуха, вдуваемого под слой жидкости?

6. Каков принцип измерения плотности жидкости на данной установке?

7. Почему нельзя устанавливать очень малый расход воздуха?

Предыдущая123456789101112131415Следующая

Источник: https://lektsia.com/7x7c6.html