10.4. Вимірювання рівня

10.4.1. Рівнемір ємнісний (рис. 10.8) складається з двох коаксіально розташованих труб або з декількох паралельних пластин між якими знаходиться рідина з рівнем h . Загальна ємність С_х складається з ємності С_h ділянки, зануреної в рідину з діелектричною проникністю ε_ж, і ємності С_Н-h повітряної ділянки, Ємність С_х включається в мостову схему, яка живиться від генератора синусоїдальних коливань частотою 100 кГц (рис. 10.9). Струми, що протікають в ланцюгах С_х…С_п, утворюють падіння напруги на опорі R₁, яке поступає на вхід напівпровідникового підсилювача ЭУ. Посилений по потужності сигнал подається на показуючий прилад (міліамперметр) і з калібрувального резистора R_к до автоматичного потенціометра П, розрахованого на вхідний сигнал 0…100 мВ. Вибір відповідного діапазону здійснюється за допомогою конденсаторів С1…С4 і перемикача П1.

Рисунок 10.8  Схеми рівнемірів

Рисунок 10.9  Схема рівнеміра ємності типу ЭИУ-2

При вимірюванні рівня агресивних середовищ обкладання конденсатора покриваються плівкою винипласта або фторопласту.

Дія омічних рівнемірів, вживаних для сигналізації і підтримки в заданих межах рівня електропровідних рідин, заснована на зміні опору між електродами, поміщеними в цю рідину. При цьому залежно від рівня рідини вимірюється опір між електродами і корпусом судини або між двома електродами.

До складу приладів входять електромагнітні реле, що включаються в ланцюг між електродами і рідиною, рівень якої контролюється. Схеми включення реле можуть бути самими різними залежно від кількості контрольованих точок рівня.

10.4.2. Ультразвукові рівнеміри . Принцип дії цих приладів [7] заснований на віддзеркаленні ультразвукових хвиль від межі розділу рідина-газ(повітря) або на залежності коефіцієнта проходження ультразвука в сигнальному зазорі середовища.

10.4.3. Рівнеміри для сипких матеріалів [2,7]

Вагові рівнеміри використовуються в тих випадках, коли кріплення бункера допускає його переміщення в опорах в межах 1...3 мм. Під цю опору встановлюється месдоза.

Ємнісні рівнеміри застосовують для безперервного вимірювання рівня сипкого матеріалу: чутливим елементом є ємність (стрижньовий електрод, що є одним з обкладань конденсатора, другим обкладанням служить сам бункер). На електрод нанесена діелектрична ізоляція. Серійно випускаються рівнеміри ЭСУ-1, ЭСУ-2, МЭСУ-1, МЭСУ-1М.

Схема зондового датчика рівня вологих матеріалів типу РУМ-1 з магнітним підсилювачем приведена на рис. 10.10. Електрод підвішений на певному рівні в бункері Д. Контакт електроду з "землею" здійснюється через матеріал і металеву арматуру бункера. Коли бункер заповниться матеріалом до контрольованого рівня, первинна обмотка трансформатора Тр2 одержує

Рисунок 10.10  Схема електродного рівнеміра

живлення від вторинної обмотки ІІ мережевого трансформатора Тр1. На виході спрямляча ВУ (обмотка управління W_у магнітного підсилювача), що управляє, з'являється напруга постійного струму. При цьому знижується індуктивний опір обмотки W, підвищується напруга на виході спрямляча навантаження ВН і в обмотці W_п, що викликає спрацьовування сигнального реле Р.

Широкого поширення набули радіоізотопні гамма-релейні безконтактні рівнеміри шихтовых матеріалів для позиційного і стежачого вимірювання. Рівень шихти контролюється позиційним рівнеміром (рис. 10.11, а), в якому на одному або декількох горизонтах на протилежних стінках бункера встановлюються джерела 1 і детектори 2 радіоактивного випромінювання. Стежачий контроль рівня (рис. 3.11,б) заснований на синхронному русі джерела 1 і детектора 2, укріплених на гвинтах 3. Виконавчі механізми 4 джерела і детектори зв'язані між собою сельсинною системою 6, що забезпечує синхронне обертання гвинтів. Коли рівень матеріалів опускається нижче за розташування радіометричної пари "джерело-детектор", інтенсивність опромінювання детектора зростає і іонізаційний струм впливає через електронний блок 5 на виконавчий механізм гвинта джерела рівнемірів.

Рисунок 10.11– Схеми пристрою радіоізотопного позиційного (а) і стежачого контролю рівня (б)

Джерело і детектор опускаються до рівня зустрічі пучка квантів радіоізотопного випромінювання з поверхнею контрольованого матеріалу в бункері. Матеріал ослабляє випромінювання, реєстрована детектором інтенсивність випромінювання зменшується, і двигун виконавчого механізму зупиняється. Підвищення рівня матеріалів в бункері викликає повне поглинання пучка квантів, і виконавчі механізми знову обертають гвинти у бік підйому радіометричної пари. Виконавчий механізм сполучений з показуючим і самописним приладом 7.

Термоелектричний спосіб (рис. 10.12) вимірювання рівня рідкого металу в кристалізаторі [2] заснований на залежності температури стінок кристалізатора по його висоті від рівня рідкого металу. Перепад температур в стінці кристалізатора змінюється від 80 до 20% максимального значення на ділянці висотою, рівній полуторній товщині стінки. Ця зміна визначається термоелектричним вимірювальним приладом і перетворюється в свідчення рівня рідкого металу.

Термозонди вгвинчені в стінки кристалізатора на однакову глибину. Термозонд складається із сталевого стрижня з різьбленням і внутрішньої головки без різьблення, відокремленою від стрижня теплоізолюючою прокладкою. До конусоподібного кінця головки припаяний константановий дріт, ізольований від матеріалу стрижня і виведений через його осьовий канал назовні до холодного спаю термопари зонда. Гарячий спай термопари утворений константаном і міддю, з якої складається внутрішній шар водоохолоджуваного кристалізатора (зовнішній шар із сталі). Головка зонда притиснута до стінки кристалізатора, що забезпечує хорошу теплопередачу в місці їх зіткнення. Зонд служить одночасно як болт, що скріпляє за допомогою гайки сталеві стінки кристалізатора. Зміна температури і термоелектрорушійної сили (термо-ЕРС) по висоті кристалізатора показана на рис. 10.13. Зниження температури у області нижніх зондів обумовлене не тільки нижчою температурою поверхні заготівки, але і погіршенням передачі тепла мідному кристалізатору із-за утворення зазора в результаті усадки затверділого металу. Термоелектрорушійна сила, що виникає під впливом температури

Рисунок 10.12  Схема установки термозонду для контролю рівня стали в кристалізаторі: 1 – стрижень термозонду; 2 – головка; 3 – теплоізолююча прокладка; 4 – константановий дріт; 5 – гарячий спай; 6 – мідна стінка кристалізатора; 7 – вода; 8 – сталева стінка кристалізатора; 9 – гайка, що закріплює термозонд; 10 – метал.

Рисунок 10.13 – Зміна температури і термо-ЕРС по висоті кристалізатора: 1…1Х – термозонды: 1 – стінка кристалізатора; 2 – термо- ЕРС ; 3– _ температура

кристалізатора в гарячому спаї, вимірюється і реєструється вторинними приладами. Порівнюючи зміряну термоелектрорушійну силу з еталонною, визначають, до яких зондів доходить рівень металу в кристалізаторі.