6.8.4. Методы контроля уровня жидких сред

Контроль и автоматическое регулирование уровня жидкости в красильно-отделочном производстве необходимы для ликвидации переливов, обеспечения заданного времени пропитки ткани в непрерывных процессах.

При выборе уровнемера необходимо принимать во внимание следующие важные положения.

Во-первых, верно выбрать прибор по методу измерения, для чего необходимо проверить:

- позволяют ли характеристики измеряемой среды осуществить измерение выбранным методом (например, изменение диэлектрической постоянной, электропроводности, вязкости, а также свойства нарастания на датчике и пенообразования);

- позволяет ли агрессивность среды (составы отбельных, красильных ванн) применять выбранный первичный преобразователь;

- могут ли выбранные приборы применяться при заданных условиях окружающей среды (давление, температура и т.д.);

- можно ли установить датчик в резервуар, учитывая, что он обычно занят движущейся тканью; удобно ли эксплуатировать датчик.

Во-вторых, оценить возможности решения с помощью данного прибора задач производства:

- индикация уровня в одном резервуаре, переключения, аварийная сигнализация;

- автоматическое опорожнение и наполнение резервуара;

- стабилизация заданного уровня путем измерения и регулирования его;

- комбинация указанных задач для одного резервуара;

- одновременная индикация (по месту и дистанционно) уровней нескольких резервуаров;

- автоматическое наполнение и опорожнение нескольких резервуаров возможно с помощью одного общего насоса с указанием последовательности или без этого, с центрального пульта управления;

- непрерывное регулирование уровней в нескольких резервуарах с выбором приоритетного, с дистанционным измерением, с индикацией местной или с центрального пульта управления;

- обработка результатов измерений в нескольких резервуарах и расчет количества жидкостей;

- любая комбинация указанных задач.

Кондуктометрический метод основан на зависимости удельной электрической проводимости растворов от измерения уровня.

Емкостной метод основан на изменении емкости датчика от уровня в ванне.

Механический метод основан на механической связи измерителя (буйка) с чувствительным элементом (с электрическим или пневматическим выходами). По этому принципу работают буйковые уровнемеры.

Радиоизотопный метод основан на изменении интенсивности ядерных излучений от уровня.

Оптоэлектронные преобразователи уровня жидкости. К одному из перспективных и интенсивно развивающихся типов прееобразователей уровня жидкостей (ПУЖ) относятся оптоэлектронные преобразователи. Это объясняется их нечувствительностью к воздействию электромагнитных полей, наличием гальванической развязки между чувствительным и исполнительным элементами, взрывобезопасностью, устойчивостью к агрессивным средам, возможностью непосредственного сопряжения датчиков с волокно-оптическими линиями передачи информации. Классификация оптоэлектронных ПУЖ представлена на рис. 6.37.

Обобщенная структурная схема (рис. 6.38) оптоэлектронного ПУЖ содержит источник излучения, оптический канал, в котором происходит изменение параметров оптического излучения вследствие изменения уровня, и регистрирующее устройство.

Рис. 6.37. Классификация оптоэлектронных ПУЖ

Рис. 6.38. Обобщенная структура оптоэлектронного ПУЖ

Визуальное измерение уровня. Для визуальной индикации уровня жидкости используются мерные стекла (с подсветкой и без нее) и смотровые глазки, с помощью которых оператор считывает показания. Мерные трубчатые стекла применяются при давлении в резервуарах, не превышающем 5000 кПа.

Существенный недостаток визуального измерения – невозможность автоматического контроля уровня и сложность дистанционного контроля, который в настоящее время осуществляется с помощью систем зеркал или волоконных световодов.

Визуальное измерение характеризуется простотой, а их точность определяется ошибкой оператора. Поэтому точный замер изменяющегося во времени уровня затруднен.

Автоматические бесконтактные оптоэлектронные преобразователи уровня жидкости. При контроле и измерении уровня жидкости применяются, как правило, бесконтактные ПУЖ, показания которых не зависят от ошибок оператора. В автоматических бесконтактных преобразователях (непрерывных и дискретных) оптическим каналом является свободное пространство с распространяющимся в нем лучом света, взаимодействующим непосредственно с жидкостью. В зависимости от подвижности луча света бесконтактные преобразователи уровня жидкости могут быть сканирующими и без сканирования.

Оптоэлектронные сканирующие преобразователи уровня жидкости. Сканирующие оптоэлектронные ПУЖ применяются при измерении уровня жидкостей с высоким коэффициентом отражения. Принцип действия таких устройств основан на измерении уровня представлена на рис. 6.39

Рис. 6.39. Схема сканирующего ПУЖ: 1 – источник излучения; 2 – сканирующий элемент; 3 – фотоприемник; 4 – преобразователь фазы (блок сравнения); 5 – источник опорного напряжения.

Сканирующий световой луч направляется под малыми углами к поверхности жидкости. Отраженный ею луч пересекает фотоприемник, на котором при этом возникает импульс напряжения, поступающий на вход преобразователя фазы. На другой вход преобразователя фазы поступает сигнал источника опорного напряжения. С помощью сканирующего элемента луч света совершает одно колебание в вертикальной плоскости за время, равное периоду опорного напряжения.

При изменении уровня жидкости от условного нулевого значения луч света пересекает фотоприемник в момент времени t. Изменение фазы сигнала ₀ пропорционально изменению уровня жидкости:

h = H – L/2 tg (t – t₀) = H – L/2 tg (φ – φ₀),

где h – измеряемый уровень жидкости;

H – высота резервуара с жидкостью;

L – протяженность резервуара;

t₀ – началный момент времени;

 – круговая частота.

Погрешность преобразователя при изменении уровня жидкости в диапазоне 15 см составляет 1,9 мм. Сканирующие бесконтактные ПУЖ позволяют непрерывно измерять уровень в широком диапазоне его измерения. К его недостаткам можно отнести невысокую точность измерения и возможность работы только в задемпфированных резервуарах.