Астаханский Политех(АГПК)

Измерение и контроль уровня жидких и твердых

веществ.

            Уровнем называют высоту заполнения технологического аппарат жидкостью или твердым веществом.

            Уровень- технологический параметр, информация о котором необходима при контроле технологического режима работа аппарата. Уровень является необходимым параметром при создании автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП).

            Путем измерения уровня можно получить информацию о массе жидкости в аппарате, о расходе при операциях закачки и перекачки.

            Уровень измеряют в единицах длины. Средства измерения уровня называют уровнемерами.

Уровнемеры можно классифицировать на следующие виды:

a)      Визуальные уровнемеры, к таким относятся  мерные линейки, рейки, рулетки и уровнемерные стекла.

В производственной практике широко используются уровнемерные стекла. Измерение основано на принципе сообщающихся сосудов. Указательное стекло соединяют с емкостью обоими концами, наблюдая за положением жидкости в стеклянной трубке судят об уровне.

Длина мерных стекол составляет 0,5 метров, поэтому для измерения уровня в резервуаре имеющем высоту более чем 0,5 метра применяют несколько стеклянных уровнемеров. Их с технологическим аппаратом соединяют таким образом, чтобы шкалы этих уровнемеров перекрывали друг друга. Недостатки таких уровнемеров это хрупкость, подается воздействию внешних факторов. Абсолютная погрешность 1-20 мм. Стеклянные уровнемеры применяют при давлении до 2,94 МПа, и температуре до 300 градусов по Цельсию.

b)     Поплавковые уровнемеры. Среди существующих уровнемеров поплавковые являются наиболее распространенным прибором, они отличаются простотой конструкции. Чувствительным элементом в этих уровнемерах является поплавок, плавающий на поверхности жидкости.

Существуют различные конструкции этих уровнемеров, наиболее широко применяются уровнемеры марки УДУ, эти уровнемеры в основном применяются для измерения уровня нефтепродуктов, диапазон измерения до 20 м. К поплавковым уровнемерам относятся так же буйковые. Принцип их действия основан на законе Архимеда. Чувствительным элементом является буёк изготовленный из материала с плотностью большей чем плотность измеряемой жидкости.

Буйковый уровнемер

Стальной цилиндрический буек 8 подвешен на конце рычага 7, который связан с торсионной трубкой 6. Под действием буйка и упругой трубки прикладывается деформированный момент при этом масса буйка выбирается так, чтобы он не всплывал при полном его погружении в жидкость.

С повышением уровня жидкости увеличивается его масса, что вызывает пропорциональное уменьшение угла закручивания упругой трубки 6. И стального стержня 5 закрепленной внутри трубки. На противоположном конце стержня 5 установлена заслонка 4, которая отклонена относительна сопла 3 на тот же угол. Пневмоустройство 2 усиливает малое угловое перемещение заслонки относительно сопла пропорционально изменения давления сжатого воздуха контролируемого манометра 1, шкала которого проградуирована в уровень. Уравновешивание системы: M₁+M₂-M₃=0; M₁=σl₁; M₃=Rl₂; R=l_эфР;

             Схема буйкового   пневматического    уровнемера    приведена на ри.3,  Уровнемер работает следующим образом Когда уровень жидкости становится больше h₀, часть буйка погружается в жидкость. Поэтому вес буйка уменьшается, а следовательно уменьшается и момент М₁, создаваемый буйком на рычаге 2

так как М₂ становятся больше М₁, рычаг 2 поворачивается вокруг точки О по часовой стрелке и прикрывает заслонкой 7 сопла 8. Поэтому давление на линии сопла увеличивается. Это давление поступает в пневматический  усилитель 10, выходной сигнал которого является выходным сигналом уровнемера. Этот же сигнал одновременно посылается в сильфон отрицатель ной обратной связи 5.При дейстии  давления р _вых возникает сила R,

момент М₃  которой совпадает  по направлению с моментом М₁, т.е, действие

силы направлено на восстановление равновесия рычага 2. Движение верительной системы преобразователя происходит до тех пор,пока сумма моментов всех сил, действующих на рычаг 2, не станет равной 0   т.е.      М₁+М₃-М₂= 0

Представляя моменты М₁ ,М₂ ,М₃  в виде произведений получим

                  GL₁+RL₃=NL₂  

где: G -вес буйка при погружении его в жидкость на глубину h ;  R-сила сильфона;     N-вес противовеса.

σ=π/D²ρ_бgH – вес буйка при отсутствии жидкости.

σ=(π/D²ρ_бgH- σ=π/D²ρ_жgh)l – вес буйка при заполнении ёмкости жидкостью.

Тогда  π/D²ρ_бgHl₁=Nl_3.

π/D²ρ_жgHl₁+f_эфPl₂=0

P=π/D²* ρ_жgl₁/f_эф*h₁

P=Khl₃

Буйковые средства измерения уровня применяются при температуре рабочей среды от -40 до 400 гр.по C, и при давлении до 16 МПа, класс точности прибора 1,5.

Гидростатические уровнемеры

 Их действие основано на уравновешивании давления столба жидкости p в аппарате (хранилище) давлением столба жидкости, заполняющей измерит, прибор, или пружинным механизмом (р = Hr, где r = const - плотность жидкости). При достаточно больших значениях уровня Я и в отсутствие избыточного давления над жидкостью в качестве уровнемера можно применять манометр с трубчатой пружиной, устанавливаемый на отметке так называемого нулевого уровня рис 3.

Дифманометрические

Уровнемеры позволяют измерять уровень в открытых (атм. давление) или закрытых (давление либо разрежение) резервуарах (рис. 4). Относительно постоянный уровень жидкости в одном из колен измерит, прибора (дифманометра), а следовательно, и в контролируемом аппарате обеспечивается уравнительным сосудом (наполнен до определенного уровня той же жидкостью, что и в аппарате). Высота столба жидкости в другом колене дифманометра изменяется с изменением уровня в аппарате. Каждому значению уровня в нем отвечает некоторый перепад давления, обусловленный расстоянием по высоте между аппаратом и прибором. Если аппарат работает при атмосферном давлении, уравнительный сосуд размещают на отметке нулевого уровня (рис. а), если под давлением - на высоте максимального уровня (рис. б).

Электрические уровнемеры

В них измеряемые значения уровня жидкости преобразуются в соответствующие электрические сигналы. Наиболее распространены емкостные и омические приборы.

Емкостной уровнемер

В емкостных уровнемерах уровень измеряется за счет изменения электрической ёмкости образованной между специальными электродами и стенками резервуара.

При изменении уровня будет изменятся диэлектрическая пропускаемость среды, в следствии этого и будет изменятся электрическая ёмкость. Электрод подключается к измерительному прибору имеющий мостовую схему измерения.