Измерение уровня жидкости: Основные характеристики приборов измерения уровня жидкости

Измерение уровня жидкости в закрытых сосудах

12/02/2021 | Александр Мельников

Какие методы и контрольно-измерительные приборы, Вы используете для определения и контроля уровня жидкости в закрытых емкостях?

Несколько приборов установленных в различных точках емкости? или классический метод, основанный на законе сообщающихся сосудах, соединенных капиллярами между собой?

Наши многочисленные наблюдения и практический опыт в измерении и контроле уровня в различных сферах промышленности, позволили разработать наиболее эффективную измерительную схему, предназначенную для точного и безошибочного определения объема жидкости в резервуаре, о которой мы расскажем в этой статье.

Принцип измерения дифференциального давления широко используется в качестве метода контроля уровня жидкости в закрытых сосудах. Во многих случаях операторы используют отдельные приборы с выходным сигналом или дисплеем в точках измерения.

В отличие от этого метода более точное и помехозащищенное решение представляет собой измерительную схему, разработанную Компанией WIKA с использованием двух измерительных преобразователей, работающих по принципу «ведущий-ведомый». Любое подобное применение в контроле уровня, основанное на измерении дифференциального давления, использует следующий принцип. Уровень содержимого в емкости определяется благодаря измерению перепада давления между жидкой и газообразной фазой. Кроме того, гидростатическое давление, удельная масса (плотность) измеряемой среды и геометрические размеры емкости учтены при расчете. Типичные измерительные приборы имеют два смежных технологических соединения для давления P1 и P2. Для измерения уровня капилляр должен соединять две точки измерения.

 

Измерительное решение с помощью двух технологических преобразователей давления WIKA: «ведущий» (справа) и «ведомый» (слева). Это решение для контроля уровня, может также использоваться, например, для получения информации о соотношении между смешивающимися жидкостями (распределении жидкостей по объему).

Подключение через сигнальный кабель

С другой стороны, измерение уровня с использованием электронного измерения дифференциального давления подразумевает, что каждая из точек измерения имеет по одному измерительному преобразователю давления. Например, такие модели WIKA как CPT-2x и IPT-2x, подходят для этого. Два передатчика работают по схеме «ведущий и ведомый» (master – slave). Они подключены электрически через сигнальный кабель и поэтому не подвержены помехам. Параметр ведомого устройства настраивается через последовательный интерфейс или через дисплей на ведущем устройстве, а связь происходит по внутренней шине.

Контроль уровня в закрытом резервуаре

Пример применения

На рисунке слева показан типичный пример применения для контроля уровня жидкости с электронным измерением перепада давления в резервуаре. Подчиненное устройство измеряет давление P1 и передает его ведущему устройству, определяющему давление P2, т. е. давление в столбе жидкости в нижней части резервуара. Электронно-вычислительный блок вычисляет перепад давления исходя из разности значений Р2 и Р1. Используя измеренное значение и принимая во внимание другие упомянутые параметры (плотность жидкости, размеры емкости), он определяет объем жидкости (либо ее уровень) в резервуаре как показатель уровня жидкости. Далее это значение может быть выведено в виде аналогового или цифрового сигнала в диспетчерскую и / или на дисплей мастер-инструмента. 

Данное измерительное решение, обладает множеством преимуществ по сравнению с традиционным методом измерения, благодаря которому Вы сможете:

• Обеспечить себя более высокой точностью измерения.
  Технологические преобразователи обеспечивают более высокий уровень точности, а в случае моделей WIKA он составляет до 0,05% от установленного диапазона. Кроме того, существует возможность «подготовки», индивидуальной настройки определенного диапазона измерения (масштабирование диапазона). Это также возможно и ретроспективно с уже установленными приборами.
• Минимизировать температурный эффект.
  Передача по сигнальному кабелю с электронным измерением дифференциального давления минимизирует влияние температуры, а, например, капилляры, используемые в классическом методе измерения, гораздо более восприимчивы к этому. Что, в свою очередь, влияет на результат измерения!
• Быстро ввести прибор в эксплуатацию.
  Электронное измерительное устройство может быть введено в эксплуатацию быстрее, в отличие от устройства с капиллярами, к тому же оно не требует никакого пробного запуска.
• Снизить Ваши операционные затраты на техническое обслуживание.                                                         В случае неисправности, потребуется заменить только соответствующий измерительный технологический преобразователь или его модуль, а в случае использования прибора с капиллярами, необходимо будет заменить все устройство в сборе.

Заинтересовались нашими измерительными решениями? Узнать подробнее о приборах можно на WIKA веб-сайте!

 

---

• Давление
• Интеллектуальный датчик
• Контроль уровня
• Преобразователь
• Преобразователь дифференциального давления
• Резервуар
• Технологический преобразователь
• Технологическое присоединение
• Уровень заполнения

---

Leave a Reply

© 2022 WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG

Всё про уровень жидкости в резервуаре: измерение, приборы и т.д.

Уровень жидкости — это положение поверхности жидкости, находящейся выше или ниже нулевой точки, относительно которой проводятся измерения. Нулевая точка в измерении уровня обычно является начальной точкой отсчета при выполнении измерений.

Базовая линия или нулевая точка, находящаяся на уровне дна резервуара

Рекомендуем изучить каталог приборов для измерения уровня.

Для чего измереют уровень

Измерение уровня нужно для того, чтобы обеспечивать заранее заданный стандарт обслуживания для устройства. Отклонения от необходимого уровня могут вызвать сбои в работе и даже вывод устройства из эксплуатации.

Каждый автовладелец хоть раз в жизни измерял уровень масла при помощи ручного щупа, который представляет из себя тонкий длинный металлический объект с отметкой, определенной производителем автомобиля, соответствующей необходимому количеству масла в баке.

В промышленности применим тот же принцип, что и в измерении уровня масла в автомобиле, т. к. сложные устройства от малых до огромных габаритов требуют соблюдения заранее определенного уровня какой-либо жидкости: воды, нефтепродукта, особого химического раствора и т.д. В результате измерений уровня получают информацию, необходимую для безопасной и эффективной эксплуатации завода. На некоторых заводах измерение уровня жидкости помогает оценить объемы сырья для переработки, объемы израсходованных закончившихся продуктов и объемы накопившихся при складировании отходов.

Измерение уровня жидкости в резервуаре всегда является вертикальным измерением. В данном случае измерением уровня будет высота жидкости или высота, на которую поднялась поверхность жидкости над донной плоскостью резервуара.

Базовая линия может находится с таким же успехом и наверху резервуара. В зависимости от того, где находится базовая линия, возможны различные виды непосредственного измерения уровня. Если за базовую линию принят уровень донной плоскости резервуара, то измерения уровня могут осуществляться, от донной части резервуара до поверхности жидкости; и это будет называться измерением высоты заполненного пространства в резервуаре. Если базовая линия находится наверху резервуара, измерение может проводится вне жидкости, от поверхности жидкости до верхней точки резервуара; обычно это называется измерением свободного или незаполненного объема в резервуаре (над поверхностью жидкости). Различие между измерением уровня жидкости заполненного объема и измерением свободного объема проиллюстрировано на рисунке ниже.

Два типа измерения уровня жидкости с непосредственным отсчетом

Методы измерения уровня жидкости

Существует два основных метода измерения уровня жидкости: непрерывное измерение и определение уровня при достижении заранее заданного значения.

Приборы, с помощью которых осуществляется непрерывное измерение уровня непрерывно выдают числовые показания уровня. Это позволяет осуществлять непрерывный контроль за уровнем.

Иногда, необходимо отслеживать только уровни, достигшие критических точек. Подобный тип измерения уровня нередко называется определением уровня в системе с уставками. Когда уровень жидкости достигает уставки, прибор приводит в движение рычажный механизм или включает реле, после чего начинается осуществление корректировки или регулировки.

Щуп для измерения уровня жидкости вероятно самый простой и известный прибор измеряющий уровень

Поплавковый уровнемер наполовину погружен в жидкость, наполовину находится над поверхностью жидкости

Ультразвуковой уровнемер это прибор, измеряющий уровень, который является счетчиком непрямого действия

Радиоактивный уровнемер это прибор, измеряющий уровень жидкости, в котором управляемый пучок радиации посылается от одной стороны емкости к другой

Барботажная труба несложная система измерения уровня для открытых емкостей. Она работает на основе вытеснения воздуха из трубы, которая погружена в жидкость

5 различных способов измерения уровня жидкости

Измерение уровня заполнения включает определение уровня заполнения среды в промышленных емкостях, таких как технологические и складские резервуары, силосы или открытые каналы. Это достигается за счет преобразования измеренных значений в электронные сигналы. Выданный сигнал интегрируется в схему управления соответствующей системы управления технологическим процессом. В этом контексте проводится различие между непрерывными методами измерения и датчиками предельных значений. В следующем разделе более подробно объясняются различные типы и подчеркиваются преимущества принципов.

Непрерывные методы измерения

Ультразвуковое измерение уровня

Режим работы ультразвукового принципа

Передатчик излучает ультразвуковую волну на поверхность, которая затем отражает сигнал. Используя время задержки сигнала, устройство может рассчитать расстояние от нижнего края датчика до поверхности. Влияние скорости звука, которое само зависит от окружающей атмосферы, автоматически компенсируется передатчиком на основе ввода определенных значений и измерения температуры окружающей среды.

Если известно расстояние между нижним краем датчика и дном емкости, устройство может отображать уровень заполнения. Если известна геометрия контейнера, то можно определить и объем. С помощью различных эхо-фильтров помех систему также можно использовать внутри контейнеров, даже если встроенные светильники генерируют мешающие эхо.
Ультразвуковые датчики измеряют:

• Жидкости
• Пастообразные среды
• Порошки
• Сыпучие материалы

Области применения ультразвуковых датчиков

Основной принцип измерения, используемый в ультразвуковых измерителях уровня заполнения, делает их пригодными для различных применений. Это делает их особенно полезными в открытых водоемах и системах очистки сточных вод, а также в силосах или резервуарах химических и молочных заводов.

Здесь в полной мере проявляются преимущества бесконтактного измерения. Это связано с тем, что уровень загрязнения воды или заиления в бассейне не влияет на результат измерения. Более того, отсутствие прямого контакта со средой также позволяет выполнять работы со строгими гигиеническими требованиями.

Преимущества

• Измерение выполняется независимо от свойств среды
• Подходит для абразивных и агрессивных сред благодаря бесконтактному измерению

Измерение уровня заполнения по принципу радара

Режим работы радиолокационного измерения

Радиолокационное измерительное устройство состоит из корпуса, в котором размещена электроника, технологического присоединения с антенной и датчика.

Радиолокационный датчик передает от антенны короткие радарные импульсы длительностью примерно 1 нс. Эти импульсы отражаются материалом наполнителя и принимаются антенной в виде эха. Радиолокационные волны распространяются со скоростью света.

Время задержки импульсов радара от передачи до приема пропорционально расстоянию и, следовательно, уровню заполнения. Определенный таким образом уровень наполнения преобразуется в соответствующий выходной сигнал и выдается как измеренное значение.
Радарные датчики могут выполнять измерения в:

• Жидкостях
• Пастообразных средах
• Порошках
• Сыпучих материалах

Области применения радарных датчиков

Датчики уровня заполнения, а также агрессивных сред часто используются динамические условия процесса, такие как высокие температуры или колебания давления. Как и при ультразвуковом измерении, измерения в этом случае проводятся бесконтактно. Поскольку прямой контакт со средой не требуется, принцип измерения идеально подходит для гигиенических применений.

Процессы производства йогуртовых продуктов проходят контролируемым образом в условиях высокой стерильности. Это предъявляет особые требования к очищаемости всех частей, контактирующих со средой. Следовательно, используемые процессы очистки являются экстремальными, поскольку любое заражение внешними бактериями приводит к потере всей партии. Принцип бесконтактного радара невосприимчив к изменяющейся плотности йогурта и остается невосприимчивым к истиранию из-за фруктов.

Кроме того, бесконтактное измерение не чувствительно к влиянию давления и вакуума и подходит для измерения уровня заполнения в резервуарах для хранения. Для разложения боксита в этом случае в смеситель добавляют разбавленный раствор едкого натра и смешивают с бокситом. Важно поддерживать уровень наполнения в пределах определенного диапазона, чтобы оптимизировать производительность процесса. Радарный измерительный прибор определяет текущий уровень наполнения и передает его в систему управления. Даже циркуляционные мешалки не мешают измерению. Преобладающая паровая атмосфера также не имеет значения.

Преимущества

• Высокоточные измеряемые значения
• Идеально подходит для динамических условий процесса

Радар с наведением

Режим работы по принципу управляемого радара

Высокочастотные сигналы радара направляются по стержню или стальному тросу. Как только достигается поверхность среды, эти волны отражаются и принимаются датчиком. По времени задержки волн определяется уровень наполнения и выдается как измеренное значение.

Обнаружение предельного уровня

Поплавковый выключатель

Режим работы поплавкового выключателя

Поплавок — это тип датчика, низкая плотность которого позволяет ему плавать на поверхности жидкости. Внутри поплавка находится магнит, а также один или несколько герконов. Когда достигается заданный уровень заполнения, плавучесть заставляет магнит активировать язычковые контакты. При этом измерение осуществляется независимо от таких факторов, как давление, температура, проводимость и образование пузырьков в среде. В результате этот принцип можно использовать для различных применений, таких как пенообразующие среды или динамические поверхности, а также в широком диапазоне температур.
Поплавковые датчики могут проводить измерения в:

• Жидкости

Камертон

Режим работы по принципу камертона

В баке установлен камертон. Этот камертон питается пьезоэлектрически и колеблется на своей механической резонансной частоте примерно 1200 Гц. Частота колебаний изменяется при контакте со средой. Изменение частоты определяется встроенным генератором и преобразуется в команду переключения.

Вы ищете устройства измерения уровня наполнения для вашей уникальной ситуации? Найдите подходящие продукты для измерения уровня жидкости прямо сейчас!

Как измерять уровень жидкости в сосудах – ISA

Резюме

Показания можно снимать сверху вниз или снизу вверх. Изучите приложение, чтобы выбрать правильный прибор и метод

Лидия Миллер

В большинстве случаев измерения уровня должны быть определены количественно и отправлены в систему автоматизации в электронном виде, для чего требуется определенный тип прибора.

Процесс выбора прибора начинается с определения того, какие данные необходимы для приложения и как их можно получить как можно проще. Измерения уровня обычно касаются следующих точек:

• Уровень жидкости. Насколько сосуд близок к полному или пустому?
• Объем жидкости. Сколько литров или галлонов в сосуде?
• Уровень достиг верхнего предела. Не переполнится ли сосуд?
• Уровень достиг нижнего предела. Будет ли сосуд работать всухую?

Первые две точки требуют непрерывного измерения, которое отслеживает уровень жидкости в режиме реального времени по мере ее перемещения по резервуару. Третья и четвертая точки могут вызывать беспокойство только тогда, когда уровень пересек определенную точку, но во многих ситуациях необходимо знать, когда уровень слишком высок и слишком низок.

Часто все эти показания можно использовать с непрерывными измерениями, предоставляемыми операторам диспетчерской, в то время как измерения верхнего и нижнего пределов привязаны к сигналам тревоги, чтобы избежать крайних значений. Как непрерывные, так и точечные измерения могут использоваться в функциях безопасности для предотвращения переполнения, обычно связанных с отдельной системой управления специально для обеспечения безопасности.

Точечный уровень в сравнении с непрерывным уровнем

Если целью является определение того, переместилась ли жидкость в заданную точку или за ее пределы, устройство для измерения точечного уровня, также известное как реле уровня, может быть вставлено через стенку сосуда или вставлено сверху . В старых конструкциях переключателей использовались поплавки. В более новых конструкциях может использоваться вибрирующая вилка (рис. 1), которая вибрирует с другой частотой при погружении в жидкость и при воздействии воздуха.

Поскольку вибрационные вилки не являются механическими устройствами, они больше подходят, когда переключатель необходим для обеспечения безопасности. Как следует из названия, реле уровня может указывать только на наличие жидкости или ее отсутствие. Если он погружен, невозможно сказать, находится ли он прямо под поверхностью или под водой на многие футы.

Если необходимы непрерывные измерения, например, когда приложение требует постоянной информации о том, где находится жидкость внутри резервуара, существует множество вариантов приборов, но большинство из них можно разделить на две категории: измерение сверху или снизу.

Нижний подход использует одну технологию для всех практических целей: статическое давление. Прибор для измерения давления считывает отверстие в стенке сосуда и регистрирует давление, создаваемое весом жидкости. Если сосуд содержит воду и вентилируется в атмосферу, показание давления 4,34 фунта на квадратный дюйм указывает на то, что над прибором находится 10 футов воды.

Эта концепция проста в теории, но может быть сложной на практике по трем причинам:

1. Положение прибора для измерения давления относительно входа в сосуд изменит показания. Это означает, что очень важно знать, где находится фактическая точка измерения, если прибор установлен.
2. Плотность жидкости влияет на показания, поэтому необходимо понимать характеристики плотности технологической жидкости, чтобы определить ее влияние на измерение.
3. Однократное показание давления работает только в том случае, если сосуд выпускается в атмосферу. Если система закрыта и давление выше или ниже атмосферного, необходимо измерить перепад давления (DP). Верхняя сторона показаний представляет собой вес жидкости, а нижняя сторона связана со вторым отверстием в верхней части сосуда для измерения давления наддува.

Новые варианты измерения перепада давления, в том числе настроенные узлы системы или системы электронных дистанционных датчиков, значительно улучшают характеристики систем измерения перепада давления и упрощают спецификацию. Использование DP для измерения уровня является отличным подходом, поскольку на него не влияет оборудование или конструкции внутри резервуара, а также турбулентность и пена с минимальными эффектами, связанными с характеристиками жидкости за пределами плотности.

---

Рисунок 1. Сигнализатор уровня с вибрационной вилкой может определять наличие жидкости, чего достаточно для многих приложений измерения уровня. (Показан уровнемер Rosemont 2140 компании Emerson.)

---

Взять сверху

Когда уровнемер устанавливается наверху сосуда, существует несколько вариантов технологии. Старые подходы носят более механический характер, например, поплавок, соединенный с лентой.

За последнее десятилетие появилось много других немеханических методов. В частности, расширились возможности радарного измерения уровня из-за повышения стоимости и возможности легкого измерения во многих условиях.

Для всех опций радара общим знаменателем является отражение сигнала микроволнового радара от поверхности жидкости и измерение времени, необходимого для того, чтобы он опустился и вернулся к датчику. Это может быть достигнуто путем измерения времени прохождения микроволнового импульса или степени сдвига частоты частотно-модулированного непрерывного сигнала (FMCW). В любом случае методы «сверху вниз» определяют расстояние от прибора до поверхности жидкости.

Радар может очень точно измерять расстояние независимо от характеристик жидкости без необходимости компенсации изменений плотности, диэлектрической проницаемости или проводимости.

Двумя основными типами радиолокационных приборов являются волноводные радары (GWR) и бесконтактные радары (NCR). В приборах GWR (рис. 2) металлический зонд проходит через воздушное или паровое пространство в технологическую среду. Это помогает сконцентрировать импульс, поэтому на отражение меньше влияют отражения от стенок сосуда, внутренних структур или мешалок. С другой стороны, если есть движущиеся мешалки, зонд может намотаться на них, поэтому лучше использовать бесконтактный метод.

Датчики уровня NCR обеспечивают непрерывное измерение уровня, но без прикосновения к технологической среде. Некоторые модели используют микроволновый импульс, в то время как другие посылают сигнал FMCW для выполнения измерения. С импульсным радаром расстояние определяется тем же методом времени пролета, который используется GWR.

В приборах FMCW передатчик посылает микроволны в виде непрерывной развертки сигнала (рис. 3) с постоянно изменяющейся частотой. Частота отраженного сигнала сравнивается с частотой сигнала, передаваемого в этот момент, а разница между этими частотами пропорциональна расстоянию от радара до поверхности, обеспечивая данные, необходимые для определения уровня.

---

Рис. 2. Волноводный радар (GWR) использует металлический зонд для направления импульса к поверхности и обратно. (Показан уровнемер Rosemount 5300.)

Рис. 3. Прибор с частотно-модулированной непрерывной волной (FMCW) обеспечивает более мощные отражения для обеспечения более высокой степени точности, чем большинство импульсных радарных передатчиков. (Показан уровнемер Rosemount 5408.)

---

Уровень в зависимости от объема

Когда требуется измерение объема, обычно важна точность, поскольку на карту может быть поставлена ​​стоимость запасов или передача продукта на хранение. Уровнемер не измеряет объем. Если необходимо значение объема, его необходимо рассчитать на основе размеров сосуда, которые должны быть полностью поняты. Радарный прибор часто имеет точность ± 0,12 дюйма (3 миллиметра). Но если измерение диаметра сосуда отличается на несколько дюймов, расчетный объем не будет точным. Для приложений с более высокой точностью могут потребоваться радарные приборы с точностью ±0,02 дюйма (0,5 миллиметра), но для точного расчета объема необходимы дополнительные методы.

Например, в ситуациях, когда измерение объема должно быть очень точным, требуется «обвязка», когда диаметр резервуара измеряется критически в нескольких точках со значениями, включенными в справочную таблицу, поэтому изменение на любом уровне будет отражать правильный объем. сдача. Это особенно важно для деформированных сосудов или сосудов неправильной формы, таких как сферические, конические и горизонтальные цилиндры.

Изменение на 10 дюймов в верхней части сосуда может означать совсем другой объем, чем такое же изменение в нижней части. Кроме того, могут потребоваться измерения температуры и давления, чтобы получить полную картину фактического объема внутри очень большого сосуда. Такие ситуации редки за пределами приложений коммерческого учета, где деньги переходят из рук в руки на основе измерений объема продукта.

Во многих реальных приложениях одной воспроизводимости достаточно, и измерение уровня с помощью DP или радарных уровнемеров, безусловно, может дать результат. Компания должна будет изучить потребности каждого приложения, чтобы определить, какой тип измерения и инструмент подходит для ее нужд. К счастью, недостатка в вариантах нет.

---

Отзывы читателей

---

Мы хотим услышать от вас! Пожалуйста, присылайте нам свои комментарии и вопросы по этой теме на [email protected].

Нравится эта статья?

Подпишитесь прямо сейчас!

Об авторах

---

Лидия Миллер   – менеджер по продуктам подразделения Emerson Automation Solutions, работающая с уровнемером Rosemount, уделяя особое внимание радарным и ультразвуковым приборам и сигнализаторам уровня.