Гидростатические уровнемеры

Служат для измерения гидростатического давления столба жидкости, уровень которой измеряется.

Они делятся на:

1. пьезометрические;

2. дифманометрические.

Пьезометрические уровнемеры.

(с непрерывным продуванием воздуха или газа)

Их действие основано на изменении давления воздуха или газа, барботирующего через слой жидкости с измеряемым уровнем при изменении его. Их часто применяют для измерения уровня жидкости с повышенной вязкостью, уровня агрессивных сред, а так же уровня подземных емкостей.

В этих приборах измерение уровня жидкости сводится к измерению давления, создаваемого столбом жидкости, т. е:

Р = ρ×g×Н

где ρ - плотность жидкости;

g - ускорение свободного падения;

Н– уровень жидкости.

1-дроссель;

2 -ротаметр;

3-пьезометрическая трубка;

4-манометр;

5-сосуд.

Работа. Сжатый воздух или газ, пройдя дроссель 1 и ротаметр 2, попадает в пьезометрическую трубку 3, находящуюся в резервуаре. Сначала подачи воздуха давление будет повышаться до тех пор, пока не станет равным давлению столба жидкости высотой h. В момент уравновешивания этих давлений из трубки в жидкость начнет выходить воздух. Расход его регулирует так, чтобы он побулькивал отдельными пузырьками (приблизительно 1 пуз/сек). Расход воздуха устанавливается регулируемым дросселем 1 и контролируется ротаметром 2.

При измерении уровня жидкости следует учитывать возможность образования при определенных условиях статического электричества. Поэтому при контроле легковоспламеняющихся и взрывоопасных жидкостей (сероуглерода, бензола, масел) в качестве сжатого газа следует применить: двуокись углерода, азот, дымовые газы.

Дифманометрические уровнемеры

Рис. Схема измерения уровня по перепаду давления:

а — в открытом резервуаре, б — в закрытом резервуаре;

1 — резервуар, 2 — запорный вентиль, 3 — продувочный вентиль,

4 — уравни­тельный сосуд, 5 — уравнительный вентиль,

6 — дифманометр

Действие этих уровнемеров основано на определении уровня по перепаду давления между столбами измеряемой жидкости в аппарате и в уравнительном сосуде, уровень в котором постоянен.

Дифманометрами можно измерять уровень в открытых и закрытых сосудах. При этом методе измерения обязательно устанавливается уравнительный сосуд, заполненный до определённого уровня той же жидкостью, что имеется в резервуаре. Назначение уравнительного сосуда - обеспечение постоянного столба жидкости в одном из колен дифманометра. Высота столба жидкости во втором колене дифманометра изменяется с изменением уровня в резервуаре.

Каждому значению уровня в резервуаре соответствует определенный перепад давления, что позволяет по величине перепада, показываемого дифманометром, судить о положении уровня.

В случае измерения уровня в закрытых сосудах, уравнительный сосуд устанавливают на высоте максимального уровня и соединяют с контролируемым сосудом.

Буйковые уровнемеры

В основу работы буйковых уровнемеров положен закон Архимеда. Он гласит:«На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной этим телом».

F_выт=πR²lγ

где π = 3,14;

R - радиус буйка;

l - длина буйка;

γ- удельный вес жидкости.

Рис. Цилиндрический буек

Принцип действия буйковых уровне­меров основан на том, что на погруженный буек действу­ет со стороны жидкости выталкивающая сила F. По за­кону Архимеда эта сила равна массе жидкости, вытес­ненной буйком. Количество вытесненной жидкости зависит от глубины погружения буйка, т.е. от уровня в емкости. Таким образом, в буй­ковых уровнемерах измеряемый уровень преобразует­ся в пропорциональную ему выталкивающую силу. Поэтому зависимость выталкивающей силы от измеря­емого уровня линейная.

Буйковый уровнемер представляет собой прибор, преобразующий изменение выталкивающей силы во вращательное движение вала вокруг оси торсионной трубки уровнемера. При изменении уровня жидкости (уровня поверхности раздела сред) или плотности жидкости происходит смещение буйка, которое приводит к повороту торсионной трубки (угол поворота пропорционален изменению выталкивающей силы, моменту силы, действующей на буек). Поворотное движение торсионной трубки передается на цифровой контроллер, который преобразует угол поворота в электрический сигнал. Кроме аналогового сигнала 4-20 мА, который подается на выход, контроллер может передавать информацию в цифровом виде по протоколу HART, что позволяет пользователю легко получить доступ к информации, которая может быть критической для данного технологического процесса.

Буйковый уровнемер состоит из сенсора уровня и контроллера.

Сенсор уровня состоит из камеры, поплавка, вала, торсионной трубки и подвесного вала

Интервал измерения уровня буйковых уровнемеров выби­рают из ряда: от 0 до 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0; 20 метров.

Ультразвуковые уровнемеры

Ультразвуковые уровнемеры (частота выше 20 кГц) позволяют измерять уровень в отсутствие контакта с измеряемой средой и в труднодоступных местах. В ультразвуковых уровнемерах обычно используется принцип отражения звуковых волн от границы раздела «жидкость - газ (воздух)». На рис.5.14 показана измерительная схема ультразвукового уровнемера, работающего на отражении звука от границы раздела двух сред.

Прибор состоит из электронного блока (ЭБ), пьезоэлектрического излучателя (преобразователя) и вторичного прибора. Электронный блок

состоит из генератора 1, задающего частоту повторения импульсов, гене-

ратора импульсов 2, посылаемых в измеряемую среду, приемного усилите-

ля 4 и измерителя времени 5.

Генератор 1 управляет работой генератора 2 и схемой измерения

времени. Генератор 2 формирует короткие импульсы для возбуждения пье-

зоэлектрического излучателя 3. Электрический импульс, преобразованный

0. ультразвуковой в пьезоэлектрическом излучателе, распространяется в га-

зовой среде, отражается от границы раздела «жидкость – воздух», возвращается обратно, воздействуя спустя некоторое время на тот же излучатель, преобразуется в электрический сигнал. Оба импульса: посланный и

отраженный, разделенные во времени, поступают на усилитель 4. Время между моментом посылки импульса и моментом поступления отражённого импульса является функцией высоты измеряемого уровня.

Основные достоинства метода:

0. бесконтактный;

1. применим для загрязнённых жидкостей;

2. реализация метода не предъявляет высоких требований к износо-

стойкости и прочности оборудования;

0. независимость от плотности контролируемой среды.

Недостатки:

0. большое расхождение конуса излучения;

1. отражения от нестационарных препятствий (например, мешалок)

могут вызвать ошибки измерения;

0. применим только в резервуарах с нормальным атмосферным давле-

нием;

0. на сигнал оказывают влияние пыль, пар, газовые смеси и пена.