Измерение уровня жидкости – Измерение уровня | КИПиА Портал

Измерение уровня жидкости

В производственных процессах большое значение имеет кон­троль за уровнем жидкостей в технологических аппаратах, раз­личных емкостях и резервуарах.

Измерение уровня в технологических аппаратах позволяет контролировать наличие в них нефти или нефтепродуктов, не­обходимых для протекания технологических процессов в требуемом направлении. Измерение уровня в аппаратах производится обычно в относительно небольшом диапазоне его изменения, причем высокая точность при измерении не требуется. Hнеобходимо следить лишь, за тем, чтобы уровень не был больше или меньше допустимых значений Уровни жидкости измеряются различными методами, измерения используются различные контрольно-измерительными приборы. При измене уровня жидкости поплавок перемещается вверх или вниз, ось поворачивается в ту или иную сторону на угол, пропорциональный изменению уровня. Поворот оси передается указателю.

В камерном уровнемере камера подсоединяется к технологическому аппарату двумя трубками, образуя систему сообщающихся сосудов. Уровень в камере, таким образом, всегда равен уровню жидкости в аппарате.

Приборы с поплавками обычно используются как датчики в системах дистанционного контроля, где угол поворота оси преобразуется в пропорциональное давление сжатого воздух».

Применяется несколько разновидностей уровнемеров с по плавками легче жидкости, предназначенных или дистанцион­ного измерения уровня в технологических аппаратах. К ним относятся уровнемеры поплавковые камерные (PУПK), уровнемеры поплавковые штуцерные (РУПШ) и уровнемеры поплавковые фланцевые (РУПФ). Они применяются для измерения уровня, изменяющегося от 0 до 400 мм.

Уровнемеры с поплавками легче жидкости применяются также для измерения уровня жидкости в резервуарах. Для этой цели предназначены уровнемеры типа УДУ, КОР—ВОЛ (производство ВНР).

Измерение расхода и количества жидкостей

Измерение расхода нефти и нефтепродуктов имеет большое значение при управлении производственными процессами. Без измерения расхода и количества сырья, реагентов, целевых продуктов невозможны соблюдение режима и правильное веде­ние технологических процессов.

Расходом называется масса (или объем) вещества (жид­кости, газа, пара), проходящего через любое сечение трубопро­вода или другое транспортное устройство в единицу времени. Следовательно, расход можно измерять как в объемных, так и в массовых единицах. Объемный расход в системе СИ измеря­ется в м³/с, а массовый — в кг/с. Иногда расход определяют также в м³/ч, л/с (литр в секунду), кг/мин, кг/ч, т/ч (тонна в час).

Приборы для измерения расхода называются расходоме­рами. Следует напомнить, что показания расходомеров харак­теризуют текущее или мгновенное значение расходов. Для оп­ределения суммарного расхода транспортируемого вещества за какой-то конечный промежуток времени (сутки, смену, месяц) применяются счетчики.

По методам измерения расходомеры можно разделить на следующие:

переменного перепада давления—измеряющие расход по пе­репаду давления в местах местных сужений (стандартного и нестандартного профиля) потока измеряемой среды;

постоянного перепада давления (обтекания) — измеряющие расход по площади сечения потока у подвижного сопротивления, обтекаемого измеряемой средой;

электромагнитные или индукционные, измеряющие расход по э.д.с, индуцируемой жидкостью пересекающей магнитные поля;

ультразвуковые — измеряющие расход по смещению звуко­вых колебаний движущейся средой;

тахометрические — измеряющие расход по скорости враще­ния ротора, крыльчатки или диска, расположенных в потоке из­меряемой среды;

пневмометрические (напорные) — измеряющие расход по скорости потока в одной или нескольких точках поперечно го сечения трубопровода.

Наибольшее распростране­ние при измерении расхода жидкостей и газов в промышленных условиях получили расходомеры, работающие по методу переменного перепада давления. Измерение расхода в таких приборах осуществля­ется косвенным путем, т. е. определением перепада давле­ния на дроссельном (сужающем) устройстве, устанавливаемом в трубопроводе.

Для измерения расхода жидкости, газа или пара применяют­ся также дифманометры-расходомеры. При измерении расхода с помощью U-образного дифманометра-расходометра в трубопроводе устанавливается диафрагма — устройст­во, сужающее поток в трубопроводе. При протекании измеряемой среды через диафрагму скорость в месте сужения резко возра­стает, а давление падает. Разность давлений р₁ и р

2 после ди­афрагма называется перепадом давления, величина которого изменяется в зависимости от расхода. Перепад давления до и после диафрагмы, измеряемый дифференциальным манометром, и служит мерой расхода.

Протекающее через диафрагму вещество должно быть одно­фазным жидким или газообразным. Жидкости могут содержать газы или твердые вещества только в растворенном состоянии. При проходе жидкости по трубопроводу и через диафрагму выделение газов или выпадение осадков искажает результаты из­мерений.

Для измерения перепада давления на диафрагме применяют­ся в основном трубные, поплавковые и мембранные дифманометры.

В последнее время разработаны тахометрические расходоме­ры, в основе работы которых лежит принцип измерения скоро­сти потока измерением скорости вращения специальной турбинки (ротора), находящегося в потоке.

studfiles.net

Измерение уровня жидкости

В производственных процессах большое значение имеет кон­троль за уровнем жидкостей в технологических аппаратах, раз­личных емкостях и резервуарах.

Измерение уровня в технологических аппаратах позволяет контролировать наличие в них нефти или нефтепродуктов, не­обходимых для протекания технологических процессов в требуемом направлении. Измерение уровня в аппаратах производится обычно в относительно небольшом диапазоне его изменения, причем высокая точность при измерении не требуется. Hнеобходимо следить лишь, за тем, чтобы уровень не был больше или меньше допустимых значений Уровни жидкости измеряются различными методами, измерения используются различные контрольно-измерительными приборы. При измене уровня жидкости поплавок перемещается вверх или вниз, ось поворачивается в ту или иную сторону на угол, пропорциональный изменению уровня. Поворот оси передается указателю.

В камерном уровнемере камера подсоединяется к технологическому аппарату двумя трубками, образуя систему сообщающихся сосудов. Уровень в камере, таким образом, всегда равен уровню жидкости в аппарате.

Приборы с поплавками обычно используются как датчики в системах дистанционного контроля, где угол поворота оси преобразуется в пропорциональное давление сжатого воздух».

Применяется несколько разновидностей уровнемеров с по плавками легче жидкости, предназначенных или дистанцион­ного измерения уровня в технологических аппаратах. К ним относятся уровнемеры поплавковые камерные (PУПK), уровнемеры поплавковые штуцерные (РУПШ) и уровнемеры поплавковые фланцевые (РУПФ). Они применяются для измерения уровня, изменяющегося от 0 до 400 мм.

Уровнемеры с поплавками легче жидкости применяются также для измерения уровня жидкости в резервуарах. Для этой цели предназначены уровнемеры типа УДУ, КОР—ВОЛ (производство ВНР).

Измерение расхода и количества жидкостей

Измерение расхода нефти и нефтепродуктов имеет большое значение при управлении производственными процессами. Без измерения расхода и количества сырья, реагентов, целевых продуктов невозможны соблюдение режима и правильное веде­ние технологических процессов.

Расходом называется масса (или объем) вещества (жид­кости, газа, пара), проходящего через любое сечение трубопро­вода или другое транспортное устройство в единицу времени. Следовательно, расход можно измерять как в объемных, так и в массовых единицах. Объемный расход в системе СИ измеря­ется в м³/с, а массовый — в кг/с. Иногда расход определяют также в м³/ч, л/с (литр в секунду), кг/мин, кг/ч, т/ч (тонна в час).

Приборы для измерения расхода называются расходоме­рами. Следует напомнить, что показания расходомеров харак­теризуют текущее или мгновенное значение расходов. Для оп­ределения суммарного расхода транспортируемого вещества за какой-то конечный промежуток времени (сутки, смену, месяц) применяются счетчики.

По методам измерения расходомеры можно разделить на следующие:

переменного перепада давления—измеряющие расход по пе­репаду давления в местах местных сужений (стандартного и нестандартного профиля) потока измеряемой среды;

постоянного перепада давления (обтекания) — измеряющие расход по площади сечения потока у подвижного сопротивления, обтекаемого измеряемой средой;

электромагнитные или индукционные, измеряющие расход по э.д.с, индуцируемой жидкостью пересекающей магнитные поля;

ультразвуковые — измеряющие расход по смещению звуко­вых колебаний движущейся средой;

тахометрические — измеряющие расход по скорости враще­ния ротора, крыльчатки или диска, расположенных в потоке из­меряемой среды;

пневмометрические (напорные) — измеряющие расход по скорости потока в одной или нескольких точках поперечно го сечения трубопровода.

Наибольшее распростране­ние при измерении расхода жидкостей и газов в промышленных условиях получили расходомеры, работающие по методу переменного перепада давления. Измерение расхода в таких приборах осуществля­ется косвенным путем, т. е. определением перепада давле­ния на дроссельном (сужающем) устройстве, устанавливаемом в трубопроводе.

Для измерения расхода жидкости, газа или пара применяют­ся также дифманометры-расходомеры. При измерении расхода с помощью U-образного дифманометра-расходометра в трубопроводе устанавливается диафрагма — устройст­во, сужающее поток в трубопроводе. При протекании измеряемой среды через диафрагму скорость в месте сужения резко возра­стает, а давление падает. Разность давлений р

1 и р₂ после ди­афрагма называется перепадом давления, величина которого изменяется в зависимости от расхода. Перепад давления до и после диафрагмы, измеряемый дифференциальным манометром, и служит мерой расхода.

Протекающее через диафрагму вещество должно быть одно­фазным жидким или газообразным. Жидкости могут содержать газы или твердые вещества только в растворенном состоянии. При проходе жидкости по трубопроводу и через диафрагму выделение газов или выпадение осадков искажает результаты из­мерений.

Для измерения перепада давления на диафрагме применяют­ся в основном трубные, поплавковые и мембранные дифманометры.

В последнее время разработаны тахометрические расходоме­ры, в основе работы которых лежит принцип измерения скоро­сти потока измерением скорости вращения специальной турбинки (ротора), находящегося в потоке.

studfiles.net

Тема 2.3 Измерение уровня жидкости

Измерение уровня жидкости играет важную роль при автоматизации процессов в системах газоснабжения. Эти измерения особенно важны, когда поддержание некоторого постоянного уровня, например, уровня воды в барабане котла, уровня жидкости в резервуаре связано с условиями безопасной работы оборудования.

Нормальная эксплуатация барабанных котлов может осуществляться только при условии строгого поддержания уровня воды в барабане в допустимых пределах.

Для измерения уровня жидкости в барабанах котлов, котлах-утилизаторах применяются дифманометры, отградуированные в единицах уровня.

Эксплуатация газонаполнительных станций вызывает необходимость в измерении уровня сжиженного газа, находящихся в резервуарах хранения. Для этого применяются устройства следующих типов: с мерным стеклом, поплавковые, электронные.

Уровень можно характеризовать как высоту заполнения технического аппарата средой.

Средства измерения уровня заполнения технического аппарата средой называются уровнемерами.

Приборы, предназначенные для сигнализации о предельных уровнях жидкости, называются сигнализаторами уровня.

Визуальные уровнемеры

Рис. 40. Визуальные уровнемеры

Визуальные уровнемеры – это простейшие измерители уровня жидкости К технологическому аппарату 1 через запорные вентили 2 подсоединено указательное стекло (трубка 3). Аппарат и трубка представляют собой сообщающиеся сосуды, поэтому уровень H жидкости в трубке всегда равен ее уровню в аппарате и отсчитывается по шкале.

Рис. 41. Схема визуального уровнемера

Поплавковые уровнемеры

Чувствительный элемент поплавкового уровнемера – это поплавок, находящийся на поверхности жидкости. Поплавок 1 уравновешивается грузом 3, который связан с поплавком гибким тросом 2. Уровень жидкости определяется положением груза относительно шкалы 4. Пределы измерений устанавливают в соответствии с принятыми значениями верхних (ВУ) и нижних (НУ) уровней.

Рис. 42. Схемы поплавковых уровнемеров:

а – с плавающим поплавком;

б – с тонущим поплавком

Рис.43. Уровнемер поплавковый с тонущим поплавком

Буйковый метод измерения уровня в промышленности

Рис. 44. Буйковый уровнемер

Метод определения уровня по выталкивающей силе, действующей на погруженный в рабочую жидкость буек, используют в буйковых уровнемерах. На тонущий буек действует в соответствии с законом Архимеда выталкивающая сила, пропорциональная степени погружения и, соответственно, уровню жидкости. Действие этой силы воспринимает тензопреобразователь.

Пьезометрический уровнемер

Пьезометрические уровнемеры основаны на принципе работы гидравлического затвора (обычно, водяного). Для измерения уровня используют воздух или инертный газ, который под давлением р продувают через слой жидкости (рх – давление над жидкостью). Количество воздуха ограничивают диафрагмой 1 или регулирующими вентилями 2 так, чтобы скорость движения его в трубопроводе была минимальна (с целью уменьшения потерь на трение). Для контроля расхода воздуха устанавливают специальные стаканчики 3 . Перепад давления определяется по высоте столба жидкости h в манометре.

Рис. 45. Схема пьезометрических уровнемеров для неагрессивных (а) и агрессивных (б) жидкостей

studfiles.net

27 Измерение уровня жидкости в скважинах

По принципу действия существующие приборы для измерения уровня в скважинах можно разделить на поплавковые и звуко­метрические. По характеру действия – на приборы непрерывного и прерывного (дискретного) действия; по методу взятия отсчета – местной регистрацией и дистанционные. Поплавковые приборы для измерения уровня в скважинах (пъезографы). Пьезограф ПРМ-2 (рис.1) измеряет изменение уровня от исходного положения, на которое опущен прибор в начальный момент. По­этому точность измерения изменяющегося уровня не зависит от исходного расстояния поверхности жидкости в скважине до устья. Механический пьезограф ПРМ-2 представляет собой само­пишущий прибор поплавкового типа. Он выполнен в виде снаряда, спускаемого в скважину на проволоке. Прибор собран в стальной трубе, состоящей из трех камер. В верхней части прибора находится камера /, в которой разме­щены два сухих элемента 2 и звонок 3 для подачи сигнала, когда прибор достигает уровня жидкости в скважине. В камере // расположено регистрирующее устройство, состоящее из часового механизма 4, вращающего через зубчатую передачу 5—6 барабан с диаграммой 7, и зубчатой передачи 20—21, при помощи которой перемещается каретка с пе­ром 19. В измерительной камере ///

расположен поплавок 11, подвешенный на нити 9 и пере­мещающийся по направляющим струнам 14. Нить 9 перекинута через верхний 8 и нижний 12 ролики. Для компенсации ра­стяжения нити предусмотрена пружина 10, которая крепится к верхней части поплавка. Поплавок представляет собой полый цилиндрический сосуд со сфе­рическими верхней и нижней частями. Изменение уровня в сква­жине прослеживается поплавком и через нить 9 передается верх­нему ролику, который через ролики 16, 17 и 18 перемещает ка­ретку с пером вдоль оси барабана с диаграммой. Перо записывает на диаграммном бланке, который приводится в движение часовым механизмом 4, изменение уровня в определенном масштабе. Прибор опускают в скважину на проволоке, закрепленной в головке 1. При достижении прибором во время спуска его в сква­жину уровня жидкости и при дальнейшем его погружении по­плавок перемещается относительно стенок измерительной камеры вверх и касается контакта 15. При этом замыкается цепь катушки звонка, питаемая от батареи сухих элементов, и оператор слышит сигнал о необходимости прекращения дальнейшего спуска при­бора. В нижнем колпаке 13 и в боковых стенках измерительной каме­ры имеются отверстия для свободного входа жидкости. Для защиты поплавковой камеры от грязи и твердых частиц эти отверстия закрыты металлической сеткой. Диапазон измерения изменяющегося уровня 2 м. Максималь­ная погрешность измерения уровня ±10 мм.. Масштаб записи 1 : 10. Часовой механизм имеет семисуточный завод. Так же использ. дистанционный пъезограф УДП-2, звукометрический прибор – эхолот.

28 Общие сведения о реле

В системах автоматики и телемеханики чрезвычайно широко применяется элементы, называемые реле. Реле называют элемент, в котором при достижении известного зна­чения входной величины X выходная величина Y изменяется скачком. Характеристика реле показана на рис.

При изменении входной величины от О до Х2 выходная величина остается постоянной и равной Y1. В момент Х=Х2 выходная вели­чина скачкообразно изменяется от значения Y1 до значения Y2. При дальнейшем увеличении входной величины (т.е. при Х>X2 ) выходная величина снова остается постоянной и равной Y1. Уменьшение входной величины до Х1 (Х1<Х2) не вызывает изменения выход­ной величины. В момент X=Х1 выходная величина скачкообразно уменьшается от значения Y2 до значения Y1, и это значение выход­ной величины остается неизменным при уменьшении входной вел. от Х1 до 0.Скачкообразное изменение выходной величины Y в момент Х=Х2 называют срабатыванием реле; соответствующую срабатыванию величину Х2 наз. величиной срабатывания {например, ток срабатывания, напряжение срабатывания для электрических реле). Скачкообразное изменение выходной величины Y в момент Х=Х1, наз. отпусканием реле; величину Х1 наз. величиной отпусканием реле. (например, ток отпускания или напряжение отпускания). Обычно в реле величина отпускания Х1 меньше, чем величина сра­батывания Х2, т.е., Х1 < Х2. Отношение величины отпускания к величине срабатывания Кв называют коэффициентом возврата: Кв=Х1/Х2. Существует большое число различных типов реле. Наиболее распространенной группой являются электромеханические реле, в которых изме­нение входной электрической величины вызывает механическое перемещение якоря, приводящее к замыканию или размыканию электрических контак­тов реле. Контакты реле. Важнейшими и наиболее уязвимыми элемента­ми реле являются контакты. Контакт должен наделено размыкать и замы­кать цепь необходимой мощности и при этом не обгорать, т.е. сохра­нять малое переходное сопротивление. Наиболее тяжелым режимом работы контактов является разрыв цепи постоянного тока, в особенности при индуктивной нагрузке. В этом случае создаются наибольшие возможности для возникновения и поддержания дуги на контактах. При переменном токе при прохождении тока через нулевое значение дуга обрывается. Поэтому те же контакты на переменном токе могут разрывать цепь в 3-4 раза, большей мощности, чем ни постоянном токе. Для хорошей и длительное работы контакта большое значение имеет выбор материала контакта.

studfiles.net

Измерение уровня жидкостей и сыпучих материалов

Работа 15

Измерение уровня жидкостей и сыпучих материалов

1. Методы измерения уровня жидкости, применяемые в химической промышленности

В химической промышленности для измерения уровня жидкости в основном используются следующие методы измерения:

 С помощью указательных стёкол. Указательные стекла применяются для местного измерения уровня в аппаратах, работающих при атмосферном или избыточном (до 1 МН/м²) давлении;

 С помощью поплавковых уровнемеров. В этих приборах чувствительным элементом яв­ляется поплавок с меньшей (плавающий) или большей (погруженной) плотностью, чем плотность жидкости. Изменение уровня жидкости в аппарате с плавающим по­плавком вызывает его перемещение, которое посредством системы рычагов, тяг и тросов передается указателю, движущемуся по шкале, или вторичному прибору для показания, записи или передачи на расстояние значений высоты уровня жидкости в аппарате. В таких уровнемерах поплавок следит за уровнем жидко­сти.

Действие уровнемеров с пружинным поплавком основано на изменении вы­талкивающей (архимедовой) силы, действующей на поплавок при его погружении в жидкость. Такой поплавок удерживается в подвешенном состоянии посред­ством пружинного элемента. Благодаря этому значительные по величине измене­ния уровня жидкости будут приводить лишь к небольшим перемещениям по­плавка.

 С помощью гидростатических уровнемеров. Они служат для измерения гидростатического дав­ления столба жидкости. Различают гидростати­ческие пьезометрические и дифманометрические уровнемеры.

Действие гидростатических пьезометрических уровнеме­ров основано на изменении давления воздуха или газа, барботирующего через слой жидкости, с измеряемым уровнем при изменении последнего. Их часто применяют для определения уровня жидкостей с повышенной вязкостью. Дей­ствие гидростатических дифманометрических уровнемеров основано на определении уровня по перепаду давления между столбами изме­ряемой жидкости в аппарате и в уравнительном сосуде, уровень в котором постоянен [1].

Для предотвращения взрывов на объектах химической промышленности не применяются приборы, принцип работы которых основан на получении электрического сигнала, например: электрические уровнемеры (емкостные и омические), и достаточно дорогой и опасный радиоактивный метод.

2. Методы измерения сыпучих сред

Уровень сыпучих сред измеряется с помощью поплавкового и весового уровнемеров:

 Работа поплавкового уровнемера с поплавком постоянного погружения основана на поддерживающей способности сыпучего тела, выражающейся в том, что опущенный на открытую по­верхность поплавок прибора не проваливается в глубь сы­пучего материала.

 Весовые уровнемеры сыпучего материала применяются в тех случаях, когда подвеска бункера не вызывает конструктивных осложнений и загрузка и выгрузка материала производятся не рывками, а равномерным потоком. В качестве преобразова­телей в этом случае могут быть использованы различные весовые устройства. Так, в качестве преобразователя предельного уровня, если бункер покоится на опорных пружинах, могут быть исполь­зованы конечные выключатели. При нагружении бункера про­исходят сжатие опорных пружин и линейное перемещение бун­кера по вертикали. Штанга, укрепленная на бункере, взаимо­действуя с конечными выключателями, обеспечивает срабатыва­ние при наполнении и опорожнении бункера.

В качестве преобразователей весовых уровнемеров могут использоваться мессдозы. В этом случае измеряется давление, передаваемое на опору бункера. Это давление является функцией степени наполнения бункера материалом [1].

3. Принцип работы гидростатического уровнемера. Дифманометр типа ДМ

В гидростатическом уровнемере и дифманометре типа ДМ измерение уровня жидкости H постоянной плотности  сводится к измерению давления, создаваемого столбом жидкости с изменением высоты уровня, т. е. р = Нρg.

Мембранный дифманометр ДМ (рис.1) является бесшкальным прибором с индукционным датчиком, работающим с вторич­ными дифференциально-трансформаторными приборами типа КСДЗ, ЭПИД, ЭИВ, ДС и др. Он предназначен для дистанционного измерения избыточных давлений, разрежений или перепадов дав­ления жидкостей, паров и газов, не разрушающих чувствительный элемент прибора. При этом величина измеряемого параметра пре­образуется дифманометром в пропорциональный электрический сигнал, передаваемый далее на вторичный прибор [4].

Действие дифманометра основано на использовании деформа­ции чувствительного элемента прибора при воздействии на него разности давлений. Чувствительным элементом дифманометра является мембран­ный блок, помещенный в корпусе 1 и включающий мембранные ко­робки 11 и 12, сваренные из четырех мембран, имеющих концентрические гофры. При наложении мембран профили их совпадают, что предохра­няет мембраны от разрушения при перегрузках.

Внутренние полости коробок, заполненные дистиллированной водой или ее смесью с глицерином, сооб­щаются между собой через отверстие в перегородке 2. Мембраны изготовляются из нержавеющей стали с высоки­ми упругими свойствами или бериллиевой бронзы.

Давления передаются через импульсные линии 3 и 10, на которых установлены два за­порных вентиля 6 и 7 и урав­нительный вентиль 8. С цен­тром верхней мембраны свя­зан сердечник 9 дифферен­циально-трансформаторной ка­тушки 4, закрытой колпаком 5.

Большее давление подается в нижнюю (плюсовую) каме­ру, а меньшее – в верхнюю (минусовую). Под воздейст­вием разности давлений в ка­мерах нижняя мембранная ко­робка сжимается, жидкость из нее поступает в верхнюю коробку, вызывая перемещение верхнего центра и связанного с ним сердечника индукционного дат­чика. Деформация продолжается до тех пор, пока силы, вызван­ные перепадом давления, не уравновесятся упругими силами мем­бранных коробок. При перемещении сердечника 9 индукционного датчика измеряемая величина преобразуется в электрический сиг­нал и передается на вторичный прибор.

Для уменьшения погрешности вследствие изменения темпера­туры окружающей среды верхняя мембранная коробка дифмано­метра выполнена более жесткой, чем нижняя. Благодаря этому изменение температуры окружающей среды приводит в основном лишь к изменению объема нижней мембранной коробки, и сердеч­ник не получает дополнительного смещения.

Мембранные дифманометры выпускаются на предельные пере­пады давления 16—250 МН/м² (160—2500 кгс/м²) и 40—630кН/м² (0,4—6,3 кгс/см²).

Допускаемые статические давления до 25 МН/м² (250 кгс/см²).

4. Принцип работы емкостного уровнемера, сигнализатора уровня

В емкостных уров­немерах используются диэлек­трические свойства контроли­руемых сред. В емкостных уровнемерах положение уровня жидкости преобразуется в какой-либо электрический сигнал [1].

Уровнемер состоит из емкостного преобразователя, электронного блока, местного и дистанционного указателей уровня, сигнализатора уровня.

Цилиндрический емкостный преобразователь (рис. 2) представляет собой две (или несколько) коаксиально распо­ложенные трубы, две (или несколько) плоские (рис. 2б) параллельно расположенные пластины, между которыми на вы­соте h находится жидкость.

Емкость преобразователя будет равна сумме емкостей двух участков: погруженного в жидкость с диэлектрической проницаемостью ε_ж и находящегося в среде с диэлектрической проницаемостью ε_ср (для воздуха ε = 1).

Принципиальная схема емкостного уровнемера показана на рис. 3. В сосуд с жидкостью 1, уровень которой необходимо измерять, опущен электрод 2, покрытый изоляционным материа­лом. Электрод вместе со стенками сосуда образует цилиндри­ческий конденсатор, емкость которого меняется при колебаниях уровня жидкости. Величина емкости измеряется электронным блоком 3, который затем подает сигнал в блок 4, представляющий собой релейный элемент в схемах сигнализации достижения определенного уровня или указывающий прибор в схемах изме­рения уровня.

Принцип действия сигнализатора уровня заключается в том, что при резонансном методе контролируемая емкость, включен­ная параллельно с индуктивностью, образует резонансный кон­тур, настроенный на резонанс питающей частоты при опреде­ленной начальной емкости преобразователя, которая соответ­ствует наличию или отсутствию контролируемого вещества на заданном уровне.

Изменение емкости преобразователя приводит к изменению собственной частоты контура и срыву резонанса.

Емкостный сигнали­затор, может быть использован для контроля в резервуарах уровня воды, кислотных и щелочных растворов, нефтепродуктов, масел и других жидких сред, а также для контроля в бункерах уровня сыпучих материалов.

При заметной разнице диэлектрических проницаемостей двух сред сигнализатор может быть применен для контроля положения границы раздела этих сред [1].

6

studfiles.net

Технологии и методы измерения уровня

В промышленном производстве в настоящее время существует разнообразный ряд технических средств, решающих задачу измерения и контроля уровня. Средства измерения уровня реализуют разнообразные методы, основанные на различных физических принципах. Выбор метода измерений уровня зависит от конкретных условий рабочей среды и характеристик измеряемой среды.

Контактные методы измерения уровня

Поплавковые уровнемеры.

При поплавковом методе индикатором уровня служит поплавок. Для передачи информации от чувствительного элемента используются различные виды связи. Как правило, поплавок снабжен магнитом и заключен в измерительную трубу либо скользит по направляющему стержню. Магнит может влечь за собой ползунок реостата. Изменение сопротивления преобразуется в электрический выходной сигнал, что дает помимо визуального контроля возможность дистанционной передачи показаний и включения в систему автоматизации. Ряд поплавковых уровнемеров используют магнитострикционный эффект. При этом направляющий поплавок стержень содержит волновод, заключенный в катушку, по которой подаются импульсы тока. Под действием магнитных полей тока и двигающегося магнита в волноводе возникают импульсы продольной деформации, распространяющиеся по волноводу и принимаемые пьезоэлементом вверху стержня. Прибор анализирует время распространения импульсов и преобразует его в выходные сигналы.

Герконовые уровнемеры, содержат в теле направляющего стержня цепочку герконов, замыкаемых движущимся магнитом. Дискретность измерения уровня в этом случае – не менее 5 мм.

Поплавковый метод может с успехом применяться в случае пенящихся жидкостей. Типичным применением поплавковых уровнемеров является измерение уровня топлива, масел, легких нефтепродуктов в относительно небольших емкостях и цистернах в процессе коммерческого учета. Температура рабочей среды: – 40…120 °С, избыточное давление: до 2 МПа, для преобразователей с гибким чувствительным элементом – до 0,16 МПа. Плотность среды: 0,5…1,5 г/см3. Диапазон измерений – до 25 м. Важной характерной особенностью поплавковых уровнемеров, является высокая точность измерений (± 1…5 мм). Метод явно неприменим только в средах, образующих налипание, отложение осадка на поплавок, а также коррозию поплавка и конструкции чувствительного элемента.

Емкостные уровнемеры.

Емкостной метод – более простой и дешевый. Он обеспечивает хорошую точность порядка 1,5 %, имеет те же ограничения, что и поплавковый – среда не должна налипать и образовывать отложения на чувствительном элементе. Вместе с тем, в отличие от поплавкового, он применим как для жидких, так и для сыпучих сред с размером гранул до 5 мм. Характерным принципиальным ограничением для емкостного метода является неоднородность среды – измеряемая среда должна быть однородной, по крайней мере, в зоне расположения чувствительного элемента уровнемера.

Чувствительный элемент емкостного уровнемера представляет собой конденсатор, обкладки которого погружены в среду. Он может быть выполнен в виде двух концентрических труб, пространство между которыми заполняется средой, либо в виде стержня, при этом роль второй обкладки играет металлическая стенка емкости. В случае измерения уровня проводящей жидкости чувствительный элемент емкостного уровнемера покрывается изолирующим материалом, обычно фторопластом. Изменение уровня жидкости приводит к изменению емкости чувствительного элемента, преобразуемой в выходной электрический сигнал.

Условия применения емкостных датчиков по характеристикам рабочей среды: температура -40…+200 °С, давление – до 2,5 МПа, диапазон измерения – до 3м (30 м – для тросовых емкостных уровнемеров).

Гидростатический метод измерения уровня.

Гидростатические уровнемеры измеряют давление столба жидкости и преобразуют его в значение уровня, поскольку гидростатическое давление зависит от величины уровня и плотности жидкости и не зависит от формы и объема резервуара. Они представляют собой дифференциальные датчики давления. На один из входов, подсоединяемый к емкости подается давление среды. Другой вход датчика соединяется с атмосферой – в случае открытой емкости без избыточного давления или соединяется с областью избыточного давления в случае закрытой емкости под давлением. Расположение чувствительного элемента (мембраны) датчика соответствует минимальному измеряемому уровню среды в резервуаре.

Гидростатические уровнемеры применяются для однородных жидкостей в емкостях без существенного движения рабочей среды. Они позволяют производить измерения в диапазоне до 250 кПа, что соответствует (для воды) 25 метрам, с точностью до 0,1% при избыточном давлении до 10 МПа и температуре рабочей среды: – 40…+120 °С. Гидростатические уровнемеры могут использоваться для вязких жидкостей и паст. Важным достоинством гидростатических уровнемеров является высокая точность при относительной дешевизне и простоте конструкции.

Буйковые уровнемеры.

Метод определения уровня по выталкивающей силе действующей на погруженный в рабочую жидкость буек используют буйковые уровнемеры . На тонущий буек действует в соответствии с законом Архимеда выталкивающая сила, пропорциональная степени погружения и, соответственно, уровню жидкости. Действие этой силы воспринимает тензопреобразователь, либо индуктивный преобразователь, либо заслонка, перекрывающая сопло.

Буйковые уровнемеры предназначены для измерения уровня в диапазоне – до 10 м при температурах – 50…+120 °С (в диапазоне +60..120 °С при наличии теплоотводящего патрубка, при температурах 120…400 °С приборы работают как индикаторы уровня) и давлении до 20 МПа, обеспечивая точность 0,25…1,5%. Плотность контролируемой жидкости 0,4…2 г/см3.

Буйковые уровнемеры часто применяются для измерения уровня раздела фаз двух жидкостей. Возможно, также, их использование для определения плотности рабочей среды при неизменном уровне.

Бесконтактные методы измерения уровня

Ультразвуковые уровнемеры.

Ультразвуковые уровнемеры обеспечивают бесконтактное измерение уровня. Точность показателей не зависит от свойств измеряемого продукта (например, от диэлектрической постоянной, проводимости, плотности или влажности). Ульразвуковые уровнемеры в некоторой степени нечувствительны к налипанию продукта за счет эффекта самоочистки, вызванного вибрацией диафрагмы сенсора.

По принципу действия акустические уровнемеры можно подразделить на локационные, поглощения и резонансные. В локационных ультразвуковых уровнемерах используется эффект отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела жидкость — газ, в связи с чем они получили название ультразвуковых. Положение уровня определяется по времени прохождения ультразвуковых колебаний от источника до приемника после отражения их от поверхности раздела. В уровнемерах поглощения положение уровня определяется по ослаблению интенсивности ультразвука при прохождении через слои жидкости и газа. В резонансных уровнемерах измерение уровня производится посредством измерения частоты собственных колебаний столба газа над уровнем жидкости, которая зависит от высоты уровня.

Ультразвуковой метод характерен очень малым подводом теплоты в контролируемую среду, поэтому может быть использован в криогенной технике. Однако метод применим только на жидкостях со спокойной поверхностью, т.е. исключаются кипящие жидкости и криостаты с загруженным внутренним объемом.

Ультразвуковые уровнемеры предназначенны для измерения уровня жидкостей (в том числе агрессивных), а также сыпучих и кусковых материалов при температуре от -50 до 170 °С при давлении до 4 МПа. Пределы измерения уровня от 0,4 до 30 м, основная погрешность равна ±0,5% и более.

Радарные (СВЧ) уровнемеры.

Микроволновые радарные уровнемеры – наиболее сложные и высокотехнологичные средства измерения уровня. Для зондирования рабочей зоны и определения расстояния до объекта контроля здесь используется электромагнитное излучение СВЧ диапазона. В настоящее время широко используются два типа микроволновых уровнемеров: импульсные и FMCW (frequency modulated continuous wave).

 Импульсные микроволновые уровнемеры излучают сигнал в импульсном режиме, при этом прием отраженного сигнала происходит в промежутках между импульсами исходного излучения. Прибор вычисляет время прохождения прямого и обратного сигналов и определяет значение расстояния до контролируемой поверхности.

В уровнемерах FMCW происходит постоянное непрерывное излучение линейно частотно модулированного сигнала и, одновременно, прием отраженного сигнала с помощью одной и той же антенны. В результате на выходе получается смесь сигналов, которая анализируется с применением специального математического и программного обеспечения для выделения и максимально точного определения частоты полезного эхо-сигнала. Для каждого момента времени разность частот прямого и обратного сигналов прямопропорциональна расстоянию до контролируемого объекта.

Обычно, рабочая частота радарных уровнемеров независимо от типа варьирует от 5,8 до 26 ГГц. Чем более высокая частота, тем более узкий “луч” и тем выше энергия излучения, а, следовательно, сильнее отражение. Поэтому высокочастотные уровнемеры позволяют производить измерения уровня сред с низкой диэлектрической проницаемостью и, следовательно, слабой отражательной способностью. Они, также, удобны в емкостях, где присутствует различное оборудование, сокращающее свободную зону для работы радара. Вместе с тем, высокочастотные уровнемеры более чувствительны к таким явлениям как запыленность, испарения, волнение поверхности рабочей среды, налипание частиц среды на поверхность антенны вследствие более интенсивного рассеивания сигнала. В подобных условиях лучше работают уровнемеры с частотой более 90 ГГц.

Другой важной характеристикой влияющей на формирование сигнала является размер и тип антенны. Различают следующие типы антенн: рупорная (коническая), стержневая, трубчатая, параболическая, планарная. Чем больше размер антенны, тем более сильный и узконаправленный сигнал она излучает и, в тоже время, тем лучше прием отраженного сигнала.

Наиболее универсальный тип антенны – рупорная. Она применяется, как правило, в больших емкостях, позволяет работать с широким спектром сред по диэлектрической проницаемости, применима в сложных условиях и обеспечивает диапазон измерения до 35…40 м. (в условиях спокойной поверхности).

Стержневая антенна применяется в небольших емкостях с химически агрессивными средами или гигиеническими продуктами, а также в случае, когда доступ в емкость ограничен малыми размерами патрубка. Диапазон измерения – до 20 м. Поверхность стержневой антенны покрыта слоем защитной изоляции.

Трубчатая антенна представляет собой надстроенный удлиненный волновод. Она позволяет формировать наиболее сильный сигнал за счет снижения рассеивания и используется в особо сложных случаях при наличии сильного волнения поверхности среды или большого слоя густой пены либо для случая сред с низкой диэлектрической проницаемостью. Трубчатая антенна применима для небольшого диапазона измерения уровня.

Планарный и параболический типы антенн обеспечивают особо высокую точность до ±1 мм и применяются в системах коммерческого учета.

Радарные уровнемеры – наиболее универсальные средства измерения уровня. Не имея непосредственного контакта с контролируемой средой, они могут применяться для агрессивных, вязких, неоднородных жидких и сыпучих материалов. От ультразвуковых бесконтактных уровнемеров их выгодно отличает гораздо меньшая чувствительность к температуре и давлению в рабочей емкости, к их изменениям, а также большая устойчивость к таким явлениям как запыленность, испарения с контролируемой поверхности, пенообразование. Радарные уровнемеры обеспечивают высокую точность измерения уровня, что позволяет использовать их в системах коммерческого учета. Вместе с тем существенным лимитирующим фактором применения радарных уровнемеров остается высокая стоимость данных приборов.

Для любого метода измерения уровня характерен набор технических реализаций, расширяющийся с развитием технологий и измерительной техники.

knowkip.ucoz.ru

Глава 13. методы и средства измерения уровня жидкостей

Глава 13. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ

13.1. Основные понятия и положения

Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной плоскости, принятой за начало отсчета.

Измерение уровня — довольно распространенный измерительный процесс в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности. Иногда по результатам измерения уровня судят об объемном количестве вещества, содержащегося в резервуарах (баках, цистернах, танках и т. п.). Для этого используют либо мерные емкости постоянного (по высоте) поперечного сечения (например, мерные баки объемных расходомерных установок), либо специальные тарировочные таблицы, ставящие в соответствие каждому текущему значению уровня значение объема резервуара.

Средства измерений уровня называются уровнемерами. Как и все средства измерений, уровнемеры состоят из совокупности измерительных преобразователей и вспомогательных устройств, необходимых для осуществления процесса измерений (устройств для линеаризации функций преобразования, отсчетных устройств и т. д.).

Первичный преобразователь (датчик) воспринимает измеряемую величину — уровень — и преобразует ее в выходной сигнал {электрический, пневматический, частотный), поступающий на последующие преобразователи, или в показания, отсчитываемые по шкале уровнемера.

Принцип действия первичных преобразователей уровнемеров основан на различии физических свойств веществ, образующих границу раздела.

В зависимости от того, различие каких физических свойств веществ воспринимает первичный преобразователь, уровнемеры подразделяют на механические, акустические, электрические, оптические и тепловые.

Основные метрологические характеристики уровнемеров любых типов следующие:

статическая функция преобразования (градуировочная характеристика), описывающая связь выходных сигналов первичного преобразователя с текущими значениями измеряемой величины — уровня,

основная погрешность:

варив Щзя пока зеннй;

дополнительные погрешности, обусловленные конструктивными особенностями уровнемеров, взаимодействием чувствительного элемента датчика со средами, образующими поверхность раздела.

Указанный комплекс характеристик определяется при градуировке, поверке, аттестации и испытаниях уровнемеров.

Кроме того, для уровнемеров, работающих в системах автоматического управления технологическими процессами, измеряющих быстропеременные значения уровня, необходимо нормировать и оценивать динамические характеристики (постоянную времени, переходную характеристику и т. д.).

К числу методических погрешностей, присущих любым процессам измерения уровня жидкостей, относятся: погрешность ориентации датчика в сосуде и температурная.

Погрешность (Д_у) из-за неправильной пространственной ориентации датчика возникает вследствие неточностей установки сосуда, монтажа датчика уровнемера на нем, деформации несущих элементов транспортируемых сосудов при их заполнении и опорожнении, неравномерной осадки фундаментов стационарных емкостей — хранилищ и т. д. Все это, в конечном счете, приводит к несовпадению трассы измерения уровня с перпендикуляром к поверхности раздела сред.

На рис. 126 изображен случай, когда сосуд, в котором измеряется уровень жидкости, наклонен относительно горизонтали на угол .

Погрешность Д_у в этом случае

Ay = /sini?i,    (13.1)

где I    —    смещение точки    установки датчика на    базовой    поверхности от

оси симметрии сосуда. Очевидно, что при 1 = 0 (при установке датчика точно по оси симметрии сосуда) Ду = 0.

На рис. 126 показан также случай, когда датчик уровнемера смонтирован под углом <р₂ ^к вертикальной оси сосуда. В этом случае погрешность Ду

Ду =    (Я – й) (cos sf>2 – 1),    (13.2)

где Я — верхний предел    измерений уровнемера,    й    — текущее    значение

уровня.

В наихудшем случае (при „наихудшем” расположении системы датчик-сосуд) обе указанных погрешности (Ду и Ду) будут суммироваться.

Методическая температурная погрешность (Д_г) обусловливается температурными изменениями размеров системы датчик—сосуд. Значение этой погрешности зависит от расположения точки крепления датчика относительно базовой плоскости (от которой ведется отсчет уровня) и построения чувствительного элемента датчика. В зависимости от построения чувствительного элемента датчики уровнемеров подразделяют на зондовые и базовые. Для зондовых датчиков (рис. 127) характерно наличие вытянутого чувствительного элемента („зонда”), глубина погружения которого в жидкость и является мерой ее уровня. При базо-

Рис. 126. Иллюстрация случая, когда сосуд, в котором измеряется жидкость, находится в наклонном состоянии

ъ.

л

У/УУ/УУ, УУ7^7УУ,

Рис. 128. Базовый датчик

о

уУутг/У^/т^у,

Рис. 127. Зондовый датчик

вых датчиках (рис. 128), например, акустических, уровень измеряется путем фиксации расстояния между поверхностью раздела и излучающей поверхностью датчика.

Температурная погрешность при использовании зондовых датчиков и креплении их на верхней крышке сосуда

Д» = ((Я„- И) а_и – Н_с а_с) At,    (13.3)

где Я_д, Я_с — линейные размеры (высота) зонда и сосуда, Од, а_с — коэффициенты линейного расширения материалов зонда и сосуда, At — изменение температуры от характерной для нормальных условий.

При нижнем креплении зондовых датчиков

Д” = — h • а_дAt.    (13.4)

Методическая температурная погрешность при использовании базовых датчиков определяется теми же формулами (13.3) и (13.4) при условии а_д — 0. При нижнем креплении базовых датчиков методическая температурная погрешность, как следует из формулы (13.4), отсутствует.

В ряде случаев для того, чтобы создать более благоприятные условия измерений, устранить волнения поверхности жидкости, обеспечить возможность визуального отсчета и т. д., датчики уровнемеров помещают в специальные камеры, сообщающиеся с полостью сосуда, в котором измеряется уровень. В этом случае вследствие гидравлического сопротивления каналов, связывающих камеры с основным сосудом, возникает дополнительная методическая погрешность (Л_д), обусловленная „отставанием” уровня жидкости в полости камеры. Значение „отставания”, а следовательно, и погрешности Д_д тем больше, чем больше скорость изменения уровн

www.neftemagnat.ru