Вступление

Стремительное развитие электроники и вычислительной техники оказалось предпосылкой для широкой автоматизации самых разнообразных процессов в промышленности, в научных исследованиях, в быту. Реализация этой предпосылки в значительной мере определялась возможностями устройств для получения информации о регулируемом параметре или процессе, т.е. возможностями датчиков.

Датчики, преобразуя измерительный параметр в выходной сигнал, который можно измерить и оценить количественно, являются как бы органами чувств современной техники.

Измерение уровня жидкости в различного рода резервуарах также возможно осуществлять с использованием средств промышленной электроники и автоматики.

Управление технологическими процессами во многих отраслях промышленности связано с измерением уровня.

Современные системы автоматизации производства требуют статистических и информационных данных, позволяющих оценить затраты, предотвратить убытки, оптимизировать управление производственным процессом, повысить эффективность использования сырья.

Этот постоянно возрастающий спрос на информацию приводит к необходимости применения в си схемах контроля не простых сигнализаторов, а средств, обеспечивающих непрерывное измерение.

Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль за уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах. Кроме того, зная площадь любой емкости, по величине уровня можно определить количество вещества в ней. Часто по условиям технологического процесса нет необходимости в измерении уровня по всей высоте аппарата. В таких случаях применяют узкопредельные, но более точные уровнемеры. Особую группу составляют уровнемеры, используемые только для сигнализации предельных значений уровня. Для измерения уровня жидкости применяют поплавковые, буйковые, гидростатические, ультразвуковые и акустические приборы, для измерения уровня жидкости и твердых сыпучих материалов — емкостные и радиоизотопные.

1 Анализ существующих методов измерения

Существуют более двадцати различных методов измерения уровня

жидких продуктов. Часть из них широко применяется в промышленно-

сти, другие имеют узкоспециальное применение из-за присущих им недос-

татков. Наиболее распространенные методы измерения показаны на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Методы измерения уровня жидкости

В волновых методах используются эффекты, связанные с распространением электромагнитных или акустических волн в жидкости, парогазовой смеси либо в конструктивных элементах (волноводах, звуководных трубах), контактирующих со средами.

В неволновых методах используются иные принципы измерения

уровня, основанные на изменении емкости конструктивного конденсатора, давления столба жидкости, выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело. Обширную группу составляют механические поплавковые методы, исторически появившиеся одними из первых.

Комбинированные методы сочетают в себе элементы волновых и неволновых. Например, в поплавковом магнитострикционном методе уровень жидкости фиксируется плавающим на поверхности поплавком, а определение положения самого поплавка производится с помощью механических колебаний, возникающих в звукопроводе.

Все методы измерения уровня имеют недостатки и погрешности, ограничивающие сферу их использования. Погрешности могут быть частично компенсированы различными техническими средствами, что, как правило, ведет к усложнению и удорожанию конечного изделия. Невозможность полной компенсации погрешностей вызвана физическими, эко номическими и эксплуатационными ограничениями.

Принцип действия волноводных уровнемеров основан на технологии рефлектометрии. Микроволновые наносекундные радарные импульсы малой мощности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую среду. Когда радарный импульс достигает среды с другим коэффициентом диэлектрической проницаемости, часть энергии импульса отражается в обратном направлении. Разница во времени между моментом передачи радарного импульса и моментом приема эхосигнала пропорциональна расстоянию, согласно которому рассчитывается уровень жидкости или уровень границы раздела двух сред. Интенсивность отраженного эхосигнала зависит от диэлектрической проницаемости среды. Чем выше коэффициент диэлектрической проницаемости, тем выше интенсивность отраженного сигнала. Волноводная технология имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами измерений уровня, поскольку радарные импульсы практически невосприимчивы к составу среды, атмосфере резервуара, температуре и давлению. Поскольку радарные импульсы направляются по зонду, а не свободно распространяются в пространстве резервуара, то волноводная технология может с успехом применяться в малых и узких резервуарах, а также в резервуарах с узкими патрубками.

Возможность применения метода для решения практической задачи определяется его основной и дополнительной погрешностями, диапазоном измерения (интервал между максимальным и минимальным уровнем жидкости, в котором возможно измерение), размерами верхней и нижней зон, в которых измерение невозможно, эксплуатационными ограничениями и стоимостью реализации. Диапазоны измерения, размеры неизмеряемых зон и условная стоимость реализации методов сведены в табл. 1.

Таблица 1

Общие характеристики методов измерения уровня

Поскольку, волновой метод измерения является наиболее эффективным и наиболее точным, в дальнейшем мы будем рассматривать приборы, разработанные по его принципу.