Види приладів і перетворювачів для вимірювання рівня
Для вимірювання рівня рідини з постійною щільністю застосовують гідростатичні і буйкові рівнеміри і перетворювачі рівня.
Аналіз промислових манометрів.
Принцип дії гідростатичних рівнемірів заснований на вимірюванні тиску всередині рідини, що визначається масою стовпа рідини, розташованого між точкою вимірювання і поверхнею рідини в ємності.
Якщо ємність відкрита і рідина, рівень якої вимірюють, не агресивна, то в якості вимірювального приладу застосовують манометри (при висоті ємності
не нижче 4 м) або напоромери (при висоті ємності нижче 4 м), що встановлюються поблизу днища резервуара.
Малюнок 1. Принципова схема гідростатичного вимірювання рівня.
Тиск, який показує приладом, при постійній щільності рідини буде пропорційно рівню рідини.
Для вимірювання рівня агресивних рідин, контакт яких з чутливим елементом неприпустимий, їх відділяють потоком стисненого повітря або газу, який подають в сполучну лінію. В цьому випадку чутливий елемент манометра не контактуватиме з рідиною, рівень якої вимірюють.
Мал. 1 Принципова схема гідростатичного вимірювання рівня: 1 -трубка, 2 -редукціонний мневмоклапан, 3 вентиль, 4 - стакан, 5 - манометр
Гідростатичний перетворювач рівня, побудований за таким принципом, є трубкою 1 (Рис. 1), в яку від редукційного пневмоклапана 2 через вентиль 3 і стакан 4 подають стиснене повітря. При невеликій витраті повітря, який регулюють вентилем за кількістю бульбашок повітря в стакані 4 за одиницю часу, тиск, виміряний манометром 5 дорівнюватиме гідростатичного тиску стовпа рідини між кінцем трубки і поверхнею рідини. При постійній щільності рідини показання манометра будуть пропорційні рівню рідини.
Малюнок 2. Діфманометріческій рівень з прямою (а) і зворотного (б) шкалою: 1, 2 - відбори, 3 - зрівняльний посудину.
Рівень в ємності, яка знаходиться під тиском рі, вимірюють дифманометром. Перепад тисків (рис. 2 а) p = (pі + pг) т. е. дорівнює гідростатичному тиску рідини.
Мал. 2 Діфманометріческій рівень з прямою (а) і зворотного (б) шкалою: 1, 2 - відбори, 3 - зрівняльний посудину
відбори 1 і 2 (Рис. 2 а) дифманометра встановлюють вгорі і внизу ємності, зрівняльний посудину 3 - на рівні відбору 2 і заливають в нього вимірювану рідину. Посудина зєднують з відбором 1. У тому випадку, коли над поверхнею рідини знаходяться конденсуються пари або гази, зрівняльний посудину 3 (Рис. 2 б) встановлюють на рівні відбору 1 і зєднують з ним. При конденсації пари або газів в посудині рівень в ньому залишається постійним, так як надлишки конденсату зливаються в ємність через сполучну лінію і відбір 1. При верхньому розташуванні посудини нульового перепаду тиску відповідає максимальне значення вимірюваного рівня і шкала дифманометра буде зворотною. Для вимірювання рівня агресивної рідини в обидві трубки під однаковим тиском (великим рі) І з однаковим витратою продувається стиснене повітря.
Мал. 3 Принципова схема буйкового перетворювача рівня: 1 - камера, 2 - патрубок, 3,5 - важелі, 4 - мембрана, 6 - вантажі, 7 - опора, 8 - коректор нуля
Малюнок 3. Принципова схема буйкового перетворювача рівня.
Буйкові вимірювальні перетворювачі рівня застосовують для точного вимірювання рівня рідини в посудинах, що перебувають під тиском до 40 МПа. Вони бувають камерні і безкамерні. В камерних преобразователях рівня камера 1 (Рис. 3) патрубками 2 приєднується до посудини, де вимірюють рівень. У камері на важіль 3 підвішений буйок. Через сталеву гнучку мембрану 4 важіль виведений з камери.
Згідно із законом Архімеда при зануренні в рідину на буйок буде діяти виштовхує сила, рівна вазі рідини, витісненої зануреної частиною буйка. Максимальне зусилля, чинне з боку буйка на важіль 3, буде при відсутності рідини в камері (нульовий рівень), мінімальне - при повному зануренні буйка. Створюваний момент сили вимірюють і по ньому судять про значення рівня рідини. Діапазон вимірювання перетворювача визначається довжиною поплавка і висотою установки камери на ємності. Оскільки перетворювачі з різними діапазонами вимірювання мають різну масу, для компенсації початкового зусилля передбачений важіль 5 з противагою 6, який може переміщатися по цьому важелю 3.
У безкамерних перетворювачах рівня поплавок поміщений безпосередньо в посудину, в якому вимірюють рівень. Якщо щільність вимірюваної рідини в заздалегідь відомий момент і на певний строк змінюється, шкали приладів переробляють і свідчення коректують.
Вимірювати рівень рідини, зміна щільності якої носить випадковий характер, розглянутими приладами не можна.
Для вимірювання рівня рідини зі змінною щільністю, а також рівня сипучих матеріалів застосовують ємнісні перетворювачі рівня. Дія ємнісних перетворювачів рівнів засноване на зміні ємності електродної системи при зміні вимірюваного рівня. У посудину, в якому вимірюють рівень, вертикально занурюють ізольований електрод (наприклад, трос на ізоляторах). Вимірювальний прилад вимірює ємність конденсатора, обкладинками якого є ізольований електрод і корпус посудини (земля). При зміні рівня змінюється ємність конденсатора, так як змінюється діелектрична проникність середовища між обкладками. Якщо електрод розташувати не вертикально, а горизонтально, то зміна ємності буде відбуватися різко, стрибком, так як рідина або сипучого середовища досягне електрода одночасно по всій поверхні. Різка зміна ємності може бути зафіксовано сигнальним пристроєм.
