Приборы измерения уровня виды принцип действия: Виды уровнемеров – виды и особенности использования уровнемеров

alexxlab
29.03.2023
Комментарии: 0

Содержание

2) Классификация приборов для измерения уровня.

Механические уровнемеры бывают поплавковые, с чувствительным элементом (поплавком), плавающим на поверхности жидкости, и буйковые, действие которых основано на измерении выталкивающей силы, действующей на буёк. Перемещение поплавка или буйка через механические связи или систему дистанционной (электрической или пневматической) передачи сообщается измерительной системе прибора. Измерение уровня гидростатическими уровнемерами основано на уравновешивании давления столба жидкости в резервуаре давлением столба жидкости, заполняющей измерительный прибор, или реакцией пружинного механизма прибора.

Уровнемер поплавковый предназначен для выдачи электрического дискретного сигнала об уровне жидкости и уровне раздела двух несмешивающихся жидкостей в аппаратах и резервуарах технологических установок. В поплавковых уровнемерах имеется плавающий на поверхности жидкости поплавок, в результате чего измеряемый уровень преобразуется в перемещение поплавка.

В таких приборах используется легкий поплавок, изготовленный из коррозионно-стойкого материала. Показывающее устройство прибора соединено с поплавком тросом или с помощью рычагов. Поплавковыми уровнемерами можно измерять уровень жидкости в открытых емкостях.

Уровнемеры буйковые – регуляторы буйковые пневматические предназначены для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров производственных технологических процессов с целью выдачи информации в виде стандартного пневматического сигнала об уровне жидкости или границы раздела двух несмешивающихся жидкостей, находящихся под вакуумметрическим, атмосферным или избыточным давлением. В буйковых уровнемерах применяется неподвижный погруженный в жидкость буек. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной буйком. Количество вытесненной жидкости зависит от глубины погружения буйка, то есть от уровня в емкости.

Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень преобразуется в пропорциональную ему выталкивающую силу. Поэтому зависимость выталкивающей силы от измеряемого уровня линейная. В буйковых уровнемерах буек передает усилие на рычаг промежуточного преобразователя. Выходной сигнал первого уровнемера — унифицированный пневматический, второго — унифицированный электрический сигнал (постоянный ток). Принцип действия буйковых уровнемеров позволяет в широких пределах изменять их диапазон измерения. Это достигается как заменой буйка, так и изменением передаточного отношения рычажного механизма промежуточного преобразователя.

Гидростатический способ измерения уровня основан на том, что в жидкости существует гидростатическое давление, пропорциональное глубине, то есть расстоянию от поверхности жидкости. Поэтому для измерения уровня гидростатическим способом могут быть использованы приборы для измерения давления или перепада давлений. В качестве таких приборов обычно применяют дифференциальные манометры.

При включении дифференциального манометра перепад давлений на нем будет равен гидростатическому давлению жидкости, которое пропорционально измеряемому уровню. При измерении уровня агрессивных жидкостей дифференциальный манометр защищается разделительными сосудами или мембранными разделителями, что позволяет заполнить его камеры и трубки неагрессивной жидкостью. При измерении уровня суспензий и шламов, осадки которых могут забивать импульсные трубки дифференциальных манометров, их непрерывно продувают сжатым воздухом. Импульсные трубки все время заполнены продуваемым воздухом. При небольшом расходе воздуха его давление в минусовой камере оказывается равным давлению над жидкостью в емкости, а в плюсовой — давлению в жидкости. Поэтому перепад давлений в дифференциальном манометре будет равен гидростатическому давлению жидкости и, следовательно, пропорционален измеряемому уровню. Гидростатические уровнемеры – ближайшие родственники датчиков давления. Они дешевы и просты по конструкции, но имеют ограниченное применение из-за относительно низкой точности, сложности применения (монтаж на днище резервуара, требуется постоянная плотность измеряемого объекта, только для спокойных объектов/процессов).

Постоянный контакт с измеряемым объектом так же накладывает свои ограничения. Скважинные уровнемеры являются разновидностью гидростатических уровнемеров.

Принцип действия электрических уровнемеров

основан на различии электрических свойств жидкостей и газов. При этом жидкости, уровень которых измеряется, могут быть как проводниками, так и диэлектрика¬ми; газы же, находящиеся в нежидкостном пространстве, всегда диэлек¬трики. Основным параметром, определяющим электрические свойства проводников, является их электропроводность, а диэлектриков – относительная диэлектрическая проницаемость, показывающая, во сколько раз по сравнению с вакуумом уменьшается в данном веществе сила взаимодействия между электрическими зарядами. В зависимости от того, какой выходной параметр (сопротивление, емкость или индуктивность) первичного преобразователя «реагирует» на изменение уровня, электрические уровнемеры подразделяются на такие виды: кондуктометрические, емкостные и вибрационные.

Уровнемер емкостный

обеспечивает измерение текущего уровня и сигнализацию двух перестраиваемых предельных уровней воды, молока, пива, щелочи, кислот, нефти и нефтепродуктов, зерна и продуктов его размола, сахара, цемента, песка, извести, а также других жидких и сыпучих сред, в том числе в емкостях, находящихся под избыточным давлением. Работа таких уровнемеров основана на различии диэлектрической проницаемости жидкостей и воздуха. Простейший первичный преобразователь емкостного прибора представляет собой электрод (металлический стержень или провод), расположенный в вертикальной металлической трубке. Стержень вместе с трубой образуют конденсатор. Емкость такого конденсатора зависит от уровня жидкости, так как при его изменении от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости воздуха до диэлектрической проницаемости жидкости. Принцип действия уровнемера емкостного следующий: при заполнении или опорожнении резервуара электрическая емкость расположенного в уровнемере чувствительного элемента изменяется пропорционально уровню погружения в контролируемую среду.

Это изменение емкости преобразуется электронной схемой в сигнал постоянного тока, который затем используется для местных показаний, для двух установок сигнализации и для передачи на другие устройства.

Действие кондуктометрического уровнемера основано на измерении сопротивления между электродами, помещенными в измеряемую среду (одним из электродов может быть стенка резервуара или аппарата). Кондуктометрические уровнемеры (уровнемеры сопротивления) применяются для измерения уровня проводящих жидкостей (в том числе, и жидких металлов). Первичный преобразователь кондуктометрического уровнемера представляет собой два электрода, глубина погружения которых в жидкость и определяет текущее значение ее уровня. Выходным параметром преобразователя является его сопротивление или проводимость. При измерении уровня „сверхпроводящих” жидкостей (например, жидких металлов) возможно применение кондуктометрических уровнемеров с одним электродом, роль второго электрода при этом выполняет заземленный сосуд.

Основные факторы, ограничивающие точность кондуктометрических уровнемеров — непостоянство площадей поперечных сечений электродов и вследствие этого непостоянство удельных сопротивлений по длине электродов, а также образование на электродах пленки (окисла или соли) с высоким удельным сопротивлением, что приводит к резкому неконтролируемому снижению чувствительности датчика.

Кроме того, на точность кондуктометрических уровнемеров существенное влияние оказывает изменение электропроводности рабочей жидкости, поляризация среды вблизи электродов. Вследствие этого погрешности кондуктометрических методов измерения уровня (даже при использовании различных компенсационных схем) достаточно высоки (5—10 %), поэтому они находят преимущественное применение в качестве сигнализаторов уровня проводящих жидкостей.

Вибрационные сигнализаторы уровня применяются для измерения граничных значений жидкостей. Модульная конструкция приборов позволяет использовать их в емкостях, резервуарах и трубопроводах. Благодаря универсальной и простой измерительной системе, сигнализатор уровня практически не критичен к химическим и физическим свойствам жидкости. Он работает даже при неблагоприятных условиях, таких как турбулентность, пузырьки воздуха. Вибрационные сигнализаторы уровня способны измерять уровень почти всех жидкостей. Вибрирующий элемент приводится в действие пьезоэлектрическим методом и вибрирует с механической резонансной частотой приблизительно 1200 Гц. Пьезоэлементы закреплены механически и не подвергаются воздействию теплового удара. При погружении вибрирующего элемента в измеряемую среду частота изменяется. Это изменение частоты улавливается встроенным генератором и преобразуется в команду на переключение. Вибрационные уровнемеры, как правило, компактны и могут работать без внешней обработки сигнала, имеют встроенный блок электроники, который обрабатывает сигнал уровня и преобразует его (в зависимости от типа встроенного генератора) в соответствующий выходной сигнал.

При помощи этого выходного сигнала можно работать с подключенными дополнительными устройствами напрямую (например, системой предупреждающей сигнализации, ПЛК, насосами и т.д.). Вибрационные уровнемеры – это лучшее решение для липких сред.

В акустических, или ультразвуковых, уровнемерах используется явление отражения ультразвуковых колебаний от плоскости раздела сред жидкость-газ. Действие уровнемеров этого типа основано на измерении времени прохождения импульса ультразвука от излучателя до поверхности жидкости и обратно. При приеме отраженного импульса излучатель становится датчиком. Если излучатель расположен над жидкостью, уровнемер называется акустическим; если внутри жидкости — ультразвуковым уровнемером. В первом случае измеряемое время будет тем больше, чем ниже уровень жидкости, во втором — наоборот. Электронный блок служит для формирования излучаемых ультразвуковых импульсов, усиления отраженных импульсов, измерения времени прохождения импульсом двойного пути (в воздухе или жидкости) и преобразования этого времени в унифицированный электрический сигнал. Уровнемеры ультразвуковые предназначены для контроля одного уровня, для контроля двух уровней, или для контроля двух уровней в одном технологическом проеме. Уровнемер акустический предназначен для бесконтактного автоматического дистанционного измерения уровня жидких сред, в том числе взрывоопасных, агрессивных, вязких, неоднородных, выпадающих в осадок, а также сыпучих материалов с диаметром гранул и кусков от 5 до 300 мм, при температуре контролируемой среды от минус 30 С до плюс 120 С.

Виды приборов и преобразователей для измерения уровня

Иногда может потребоваться измерить уровень жидкости с постоянной плотностью. Для проведения измерения специалисты применяют гидростатические и буйковые уровнемеры и преобразователи уровня. Мы постарались рассказать про приборы и преобразователи для измерения уровня жидкости.

Принцип действия гидростатических уровнемеров достаточно прост.

Он основывается на измерении давления внутри жидкости, определяемой массой столба жидкости. Если емкость будет открыта и жидкость не агрессивна, тогда в этом случае специалисты также могут использовать манометры. У нас также есть статья, про правильное заземление в частном доме.

Содержание

1 Гидростатический уровнемер
2 Дифманометрический уровень
3 Буйковый измерительный преобразователь
4 Остановимся на некоторых типах уровнемеров подробней.
5 Уровнемеры буйковые
6 где d – диаметр буйка испытываемого уровнемера, см; Hmax – верхний предел измерения уровня жидкости, см; ρж – плотность измеряемой жидкости, г/см3; ρ н.ж, ρ в.ж — плотности соответственно нижней и верхней измеряемой жидкости в случае измерения уровня раздела фаз, г/см3.
7 Пьезометрические уровнемеры.
8 Рисунок 2. Обвязка пьезометрических уровнемеров. На рисунке 2, е показан пример обвязки и монтажа пьезометрического уровнемера с подачей промывочной воды в защитную трубу. В этом случае защищается от «обрастания» нижний конец пьезотрубки, который оказывается в зоне промывочной воды и не контактирует с измеряемой жидкостью.
9 Гидростатические датчики уровня.
10 Рисунок 3. Обвязка гидростатических уровнемеров. В этом случае импульсная трубка, идущая к минусовой полости чувствительного элемента, прокладывается от места отбора давления с уклоном в верх, а в нижней части устанавливаются отстойный сосуд и разделитель мембранный РМ.
11 Принцип действия гидростатических уровнемеров достаточно прост. Он основывается на измерении давления внутри жидкости, определяемой массой столба жидкости. Если емкость будет открыта и жидкость не агрессивна, тогда в этом случае специалисты также могут использовать манометры. У нас также есть статья, про правильное заземление в частном доме.
12 Гидростатический уровнемер
13 Дифманометрический уровень
14 Буйковый измерительный преобразователь

Гидростатический уровнемер

Установка гидростатических уровнемеров должна будет проводиться вблизи днища резервуара.

Давление, которое будет показывать прибор при постоянной плотности жидкости будет пропорционально уровню жидкости. Чтобы измерить уровень агрессивной жидкости контакт чувствительно элемента допускать запрещается. Жидкость можно оделить с помощью газа, который будет подаваться в соединительную линию.

Благодаря этому чувствительный элемент манометра больше не будет контактировать с агрессивной жидкостью. Если изучить гидростатический преобразователь уровня, тогда можно сказать, что он будет состоять из следующих элементов:

Специальной трубки, через которую будет проходить сжатый воздух.Вентиля.Стакана.

Если плотность жидкости будет постоянной, тогда показания манометра будут пропорциональны уровню жидкости.

Дифманометрический уровень

Чтобы измерить уровень жидкости в емкости, которая находится под давлением необходимо использовать дифманометр. Перепад давления будет равен гидростатическому давлению.

Для проведения измерений отборы диманометра необходимо будет установить сверху и внизу емкости. В уравнительный сосуд необходимо залить жидкость, которая в дальнейшем будет измеряться. После этого сосуд можно будет соединить с отбором.

В этом случае, когда над поверхностью будет образовываться газ или пара, тогда уравнительный сосуд необходимо будет установить на уровне отбора. При конденсации паров уровень в сосуде будет оставаться постоянным, а излишки конденсата будут сливаться в специальную емкость через соединительную трубку. Если сосуд будет располагаться сверху, тогда нулевому перепаду давления будет соответствовать максимальное значение измеряемого уровня и шкала дифманометра будут обратной.

Для измерения уровня агрессивной жидкости в обе трубки под одинаковым давлением и с одинаковым расходом будет продуваться сжатый воздух. Если вам интересно, тогда можете прочесть, как работает тензодатчик.

Буйковый измерительный преобразователь

Буйковые измерительные преобразователи могут применять для точного измерения уровня жидкости, которая находится под давлением в 40 Мпа. Этот вид измерительного устройства может быть:

Согласно закону Архимеда, при погружении при погружении буйка в воду на него будет действовать выталкивающая сила, которая будет равняться весу жидкости. Диапазон измерения преобразователя будет определяться длиной поплавка и высотой установки камеры на емкости.

В бескамерных преобразователях уровня поплавок необходимо поместить в сосуд. Если плотность жидкости в известный момент будет изменяться, тогда показания приборов необходимо будет корректировать.

Измерять уровень или плотность жидкости, которая имеет случайных характер подобными приборами нельзя.

Чтобы измерить уровень жидкости, который имеет переменную плотность необходимо использовать емкостные преобразователи уровня. Основной принцип действия подобных устройств будет основан на изменении емкости электродной системы. В сосуд, в котором будет измеряться уровень необходимо будет погрузить изолированный электрод.

При измерении уровня также будет изменяться емкость конденсатора.

Это связано с тем, что будет изменяться диэлектрическая проницаемость среды между обкладками. Теперь вы точно знаете, какие приборы и преобразователи могут использоваться для измерения уровня жидкости. Надеемся, что эти информация была полезной и интересной.

потенциометр ПП-63.

Для измерения уровня жидкостей применяются специальные средства измерений – уровнемеры. Многообразие типов уровнемеров, принцип действия которых основан на различных физических методах, объясняется разнообразием свойств измеряемых жидкостей.

Наибольшее распространение получили следующие виды уровнемеров:

1. Уровнемеры с визуальным отсчетом;

2. Буйковые и поплавковые уровнемеры;

3. Гидростанические уровнемеры;

4. Пьезометрические уровнемеры;

5. Дифманометрические уровнемеры;

6. Радиоактивные уровнемеры;

7. Акустические и ультразвуковые уровнемеры;

8. Емкостные уровнемеры.

Уровнемер с визуальным отсчетом— уровнемер, основанный на визуальном измерении высоты уровня жидкости. Уровень жидкости измеряют в стеклянной трубке, сообщающейся с контролируемым сосудом в нижней, а иногда и в верхней части, или же при помощи прозрачной вставки, помещенной в стенке контролируемого сосуда, например, барабанно-парового котла

Буйковый уровнемер– уровнемер, принцип действия которого основан на измерении перемещения буйка или силы гидростатического давления, действующей на буек (силы Архимеда).

Буек в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружен в жидкость и перемещается в зависимости от ее уровня.

Буйковые уровнемеры наиболее часто применяются для измерения уровня однородных, в том числе агрессивных, жидкостей, находящихся при высоких рабочих давлениях (до 32 МПа), широком диапазоне температур (от –200 до +600 °С) и не обладающих свойствами адгезии (прилипания) к буйкам.

Главной особенностью буйковых уровнемеров является возможность измерения уровня границы раздела двух жидкостей.

Недостатком буйковых уровнемеров являются зависимость их точности от плотности и температуры измеряемой среды, ограниченность использования для больших (свыше 16 м) диапазонов измерения уровней жидкостей и жидкостей, обладающих адгезией к буйку.

Пьезометрический уровнемер– уровнемер, принцип действия которого основан на преобразовании гидростатического давления жидкости в давление воздуха, подаваемого от постороннего источника и барботирующего через слой жидкости.

У этого уровнемера чувствительный элемент не находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, а воспринимает гидростатическое давление через воздух, что является его достоинством.

Для пьезометрических уровнемеров также характерна погрешность измерения из-за изменения плотности измеряемой среды.

Гидростатический уровнемер– уровнемер, принцип действия которого основан на измерении манометром или напоромером гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты ее уровня.

Уровнемеры этого вида обычно используют для измерения неагрессивных, незагрязненных жидкостей, находящихся под атмосферным давлением.

Для измерения уровней агрессивных сред используют специальные разделительные устройства.

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

Поплавковый уровнемер– уровнемер, принцип действия которого основан на измерении перемещения поплавка, плавающего на поверхности жидкости (поплавок как бы отслеживает уровень жидкости).

Поплавковые уровнемеры не пригодны для вязких жидкостей (дизельного топлива, мазута, смол) из-за залипания поплавка, обволакивания его вязкой средой.

При измерении уровня криогенных жидкостей из-за кипения верхнего слоя возникает вибрация поплавка, что приводит к искажениям результатов измерения.

Наиболее часто поплавковые уровнемеры используют для измерения уровней в больших открытых резервуарах, а также в закрытых резервуарах с низким давлением.

Применение магнитной связи для передачи перемещения поплавка позволяет герметизировать вывод передачи в измерительный блок, упростить конструкцию, повысить надежность, измерять уровень в резервуарах под давлением.

Дифманометрический уровнемер— гидростатический уровнемер, в котором гидростатическое давление измеряют при помощи дифференциального манометра. Часто используется для измерения уровня в емкостях под избыточным давлением.

Акустический уровнемер— уровнемер, основанный на зависимости интенсивности поглощения или времени распространения акустических колебаний от высоты уровня жидкости или сыпучего вещества

Ультразвуковой уровнемер— акустический уровнемер, работающий на звуковых колебаниях высокой частоты

Емкостной уровнемер– уровнемер, принцип действия которого основан на различии диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха.

В связи с этим по мере погружения электродов датчика уровнемера в жидкость изменяется емкость между ними пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Остановимся на некоторых типах уровнемеров подробней.

Уровнемеры буйковые

Настройка уровнемеров на заданные пределы измерения проводится с помощью грузов путем имитации гидростатической выталкивающей силы, соответствующей верхнему пределу измерений.

Расчетное значение давления, соответствующее верхнему пределу измерений,

Расчет массы грузов для буйковых уровнемеров:

для жидкости

для раздела фаз

ru/wp-content/uploads/2016/02/ф3.jpg”>

где d – диаметр буйка испытываемого уровнемера, см; Hmax – верхний предел измерения уровня жидкости, см; ρж – плотность измеряемой жидкости, г/см3; ρ н.ж, ρ в.ж — плотности соответственно нижней и верхней измеряемой жидкости в случае измерения уровня раздела фаз, г/см3.

Пьезометрические уровнемеры.

В пьезометрических системах измерения уровня для продувания через трубку помещенную в жидкость, дозированного расхода воздуха. Принцип действия этого регулятора основан на автоматическом поддержании постоянного перепада давления на дросселе, в результате чего обеспечивается постоянный расход воздуха через этот дроссель.

Принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня в открытом резервуаре представлена на рисунке 2, а, б, в, г.

На рисунке 2, д показана принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня жидкости в резервуаре, находящемся под давлением.

Для исключения влияния давления в резервуаре на показания прибора, измеряющего уровень жидкости, применяется дифференциальный метод измерения с двумя регуляторами расхода. От одного регулятора расхода воздух подается в пьезометрическую трубку, от другого в верхнюю часть резервуара над жидкостью. Разность давлений в трубках, пропорциональная уровню жидкости, измеряется дифманометром.

В системах измерения нижний конец пьезотрубки должен находится на нижнем контролируемом уровне жидкости, но не ниже 80 мм от дна резервуара.

Расход воздуха устанавливается минимальным, чтобы перепад давления на пьезотрубке был возможно меньшим, так как это определяет погрешность измерения пьезометрическим методом.

Минимальный расход воздуха обеспечивается постоянным, без запаздывания, выходом воздуха из пьезометрической трубки при изменениях уровня. Обычно расход воздуха принимается равным 0,1 – 0,2 м3/ч.

Если пренебречь перепадом давления на пьезометрической трубке, то уровень в резервуаре

где Р – давление на манометре М или перепад давления на дифманометре; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

В случае, когда измеряется уровень в резервуаре, находящемся под избыточным давлением, давление питания регулятора расхода воздуха, подающего воздух в пьезотрубку, должно быть:

где Ризб – избыточное давление, кПа; Нмаксρg – максимальное гидростатическое давление столба жидкости, кПа.

Рисунок 2. Обвязка пьезометрических уровнемеров.

На рисунке 2, е показан пример обвязки и монтажа пьезометрического уровнемера с подачей промывочной воды в защитную трубу. В этом случае защищается от «обрастания» нижний конец пьезотрубки, который оказывается в зоне промывочной воды и не контактирует с измеряемой жидкостью.

Гидростатические датчики уровня.

Схемы обвязки и работы гидростатических датчиков уровня представлены на рисунке 3, причем правая обвязка применяется при измерении уровня жидкости в емкости, находящейся под избыточным давлением.

Рисунок 3. Обвязка гидростатических уровнемеров.

В этом случае импульсная трубка, идущая к минусовой полости чувствительного элемента, прокладывается от места отбора давления с уклоном в верх, а в нижней части устанавливаются отстойный сосуд и разделитель мембранный РМ.

Рисунок 4. Измерение уровня в котле (100% — 4 мА/0,2 кгс/см2, 0% — 20 мА/1 кгс/см2)Очень хорошо себя показал данный принцип измерения уровня на очень сложной позиции при измерении уровня воды в котле (рисунок 4). Обвязка при этом не классическая, а на оборот т. е.

на плюсовой отбор подается отбор с верней точки котла (импульсная трубка при этом должна быть заполнена водой), на минус с нижней, и задается обратная шкала прибора (на самом приборе или вторичном оборудовании).Главная» Электромонтаж» КИПиА» Какие есть приборы и преобразователи для измерения уровня жидкостиИногда может потребоваться измерить уровень жидкости с постоянной плотностью. Для проведения измерения специалисты применяют гидростатические и буйковые уровнемеры и преобразователи уровня. Мы постарались рассказать про приборы и преобразователи для измерения уровня жидкости.