Додати сайт до закладок

Види приладів та перетворювачів для вимірювання рівня

Для вимірювання рівня рідини з постійною щільністю застосовують гідростатичні та буйкові рівнеміри та перетворювачі рівня.

Принцип дії гідростатичних рівнемірів заснований на вимірюванні тиску всередині рідини, що визначається масою стовпа рідини, розташованого між точкою вимірювання та поверхнею рідини в ємності.

Якщо ємність відкрита і рідина, рівень якої вимірюють, не агресивна, то як вимірювальний пристрій застосовують манометри (при висоті ємності
не нижче 4 м) або напороміри (при висоті ємності нижче 4 м), що встановлюються поблизу днища резервуару.

Тиск, який показує прилад, при постійній щільності рідини буде пропорційно рівню рідини.

Для вимірювання рівня агресивних рідин, контакт яких з чутливим елементом неприпустимий, їх відокремлюють потоком стисненого повітря або газу, що подають у сполучну лінію. В цьому випадку чутливий елемент манометра не контактуватиме з рідиною, рівень якої вимірюють.

Рис. 1 Принципова схемагідростатичного вимірювання рівня: 1-трубка, 2-редукційний мневмоклапан, 3-вентиль, 4-склянка, 5-манометр

Гідростатичний перетворювач рівня, побудований за таким принципом, є трубкою 1 (рис. 1), в яку від редукційного пневмоклапану 2 через вентиль 3 та склянку 4 подають стиснене повітря. При невеликій витраті повітря, яку регулюють вентилем за кількістю бульбашок повітря в склянці 4 за одиницю часу, тиск, виміряний манометром 5 дорівнюватиме гідростатичному тиску стовпа рідини між кінцем трубки і поверхнею рідини. При незмінній щільності рідини показання манометра будуть пропорційні рівню рідини.

Рівень у ємності, що знаходиться під тиском р і, вимірюють дифманометром. Перепад тиску (рис. 2 а)p = (p і +p г)тобто дорівнює гідростатичному тиску рідини.

Рис. 2 Дифманометричний рівень з прямою (а) та зворотною (б) шкалою: 1, 2 - відбори, 3 - зрівняльна судина

Відбори 1 і 2 (Рис. 2 а)дифманометра встановлюють вгорі і внизу ємності, зрівняльна посудина 3 - на рівні відбору 2 і заливають у нього рідину, що вимірюється. Посудину з'єднують з відбором 1. У тому випадку, коли над поверхнею рідини знаходяться пари або гази, що конденсуються, зрівняльна посудина 3 (Рис. 2 б)встановлюють лише на рівні відбору 1 і з'єднують із нею. При конденсації парів чи газів у посудині рівень у ньому залишається постійним, оскільки надлишки конденсату зливаються в ємність через сполучну лінію та відбір 1. При верхньому розташуванні судини нульовому перепаду тиску відповідає максимальне значення рівня, що вимірюється, і шкала дифманометра буде зворотною. Для вимірювання рівня агресивної рідини в обидві трубки під однаковим тиском (великим рі) і з однаковою витратою продувається стиснене повітря.

Рис. 3 Принципова схема буйкового перетворювача рівня: 1 – камера, 2 – патрубок, 3,5 – важелі, 4 – мембрана, 6 – вантажі, 7 – опора, 8 – коректор нуля

Буйкові вимірювальні перетворювачі рівня застосовують для точного вимірювання рівня рідини в судинах під тиском до 40 МПа. Вони бувають камерні та безкамерні. У камернихперетворювачах рівня камера 1 (рис. 3) патрубками 2 приєднується до судини, де вимірюють рівень. У камері на важіль 3 підвішено буйок. Через сталеву гнучку мембрану 4 важіль виведено із камери.

За законом Архімеда при зануренні в рідину на буйок діятиме сила, що виштовхує, дорівнює вазі рідини, витісненої зануреною частиною буйка. Максимальне зусилля, що діє з боку буйка на важіль 3 , буде за відсутності рідини в камері (нульовий рівень), мінімальна - при повному зануренні буйка. Створюваний моментсили вимірюють і ним судять про значення рівня рідини. Діапазон вимірювання перетворювача визначається довжиною поплавця та висотою встановлення камери на ємності. Оскільки перетворювачі з різними діапазонами вимірювання мають різну масу, для компенсації початкового зусилля передбачено важіль 5 з противагою 6, який може переміщатися цим важелем 3.

У безкамерних перетворювачах рівня поплавок поміщений безпосередньо в посудину, в якому вимірювають рівень. Якщо щільність вимірюваної рідини заздалегідь відомий момент і на відомий термін змінюється, шкали приладів переробляють і показання коригують.

Вимірювати рівень рідини, зміна щільності якої має випадковий характер, розглянутими приладами не можна.

Для вимірювання рівня рідини із змінною щільністю, а також рівня сипких матеріалів застосовують ємнісні перетворювачі рівня. Дія ємнісних перетворювачів рівнів ґрунтується на зміні ємності електродної системи при зміні рівня, що вимірюється. У посудину, в якій вимірюють рівень, вертикально занурюють ізольований електрод (наприклад, трос на ізоляторах). Вимірювальний пристрій вимірює ємність конденсатора, обкладками якого є ізольований електрод і корпус судини (земля). При зміні рівня змінюється ємність конденсатора, оскільки змінюється діелектрична проникність середовищ між обкладками. Якщо електрод розташувати не вертикально, а горизонтально, то зміна ємності відбуватиметься різко, стрибком, так як рідина або сипуче середовище досягне електрода одночасно по всій поверхні. Різка зміна ємності може бути зафіксована сигнальним пристроєм.

Практична робота № 2

Тема: вивчення принципу дії рівнемірів.

Ціль: вивчити принцип дії рівнемірів.

Теоретична частина:

Рівномір - прилад, призначений визначення рівня вмісту у відкритих і закритих резервуарах, сховищах тощо. Під вмістом маються на увазі різноманітні види рідин, у тому числі і газоутворювальні, а також сипучі та інші матеріали. Рівноміри також називають датчиками/сигналізаторами рівня, перетворювачами рівня. Головна відмінність рівнеміра від сигналізатора рівня - це можливість вимірювати градації рівня, а не лише його граничні значення.

Існує кілька методів вимірювання рівня рідини, що мають свої технологічні можливості, заснованих на різних фізичних принципах дії і які мають ряд переваг, так і недоліки. За принципом дії рівнеміри для рідин поділяються на механічні, гідростатичні, електричні, акустичні, радіоактивні.

На даний момент існують такі пристрої для вимірювання рівня рідини:

Візуальні;

Поплавкові, в яких для вимірювання рівня використовується поплавець або інше тіло, що знаходиться на поверхні рідини;

Буйкові, в яких для вимірювання рівня використовується масивне тіло (буек), що частково занурюється в рідину;

Гідростатичні, що ґрунтуються на вимірі гідростатичного тиску стовпа рідини;

Електричні, у яких величини електричних параметрів залежить від рівня рідини;

ультразвукові, засновані на принципі відображення поверхні звукових хвиль;

Радарні та хвилеводні, засновані на принципі відображення поверхні сигналу високої частоти (НВЧ);

Радіоізотопні, засновані на використанні інтенсивності потоку ядерних випромінювань, що залежать від рівня рідини.

Крім класифікації рівнемірів за принципом дії, ці прилади поділяються на:

Прилади для безперервного стеження за рівнем (безперервний вимір);

Прилади для сигналізації про граничні значення рівня (дискретний контроль).

До приладів безперервного стеження відносяться - рівнеміри-покажчики, перетворювачі рівня, покажчики рівня рідини.

До приладів для сигналізації про граничні значення рівня відносяться сигналізатори рівня, реле рівня, перемикачі рівня, датчики граничного рівня. Розглянемо кожен вид рівнемірів на предмет їх принципу дії, сфери застосування та їх переваги та недоліки.

Візуальні рівнеміри

Найпростіший рівнемір (візуальний) - водомірне скло, в якому використаний принцип сполучених судин, служить для безпосереднього спостереження за рівнем рідини в закритій посудині. Вказівне скло з'єднують з посудиною нижнім кінцем (для відкритих судин) або обома кінцями (для судин з надлишковим тиском або розрідженням). Спостерігаючи за положенням рівня рідини у скляній трубці, можна судити про зміну рівня судини. Скло комплектують вентилями або кранами для відключення їх від судини та продування системи.

Не рекомендується використовувати вказівне скло довжиною більше 0,5 м, тому при контролі рівня, що змінюється більше ніж на 0,5 м, встановлюють кілька стекол таким чином, щоб верх попереднього скла перекривав низ наступного.

В даний час водомірне скло використовується на підприємствах, де застосовуються парові агрегати (наприклад котельні, компресорні, теплостанції та інші).

Поплавкові та буйкові рівнеміри

Поплавкові та буйкові рівнеміри відносяться до механічних.

Поплавкові - рівнеміри з чутливим елементом (поплавком), тоді вимір відбувається за оцінкою положення предмета на поверхні рідини щодо двох точок вимірів.

Буйкові рівнеміри, принцип дії яких заснований на вимірі сили, що виштовхує, що діє на буек (закон Архімеда). Переміщення поплавка або буйка через механічні зв'язки або дистанційної системи (електричної або пневматичної) передачі повідомляється вимірювальній системі приладу.

1 – поплавець, 2 – поплавковий гнучкий трос, 3 – вантаж, 4 – шкала.

Рис. 2. Поплавкові рівнеміри з плаваючим поплавком

Поплавкові вимірювальні прилади поділяються на рівні міри вузького і широкого діапазонів.

Поплавкові рівнеміри вузького діапазонуявляють собою пристрої, що містять кулястий поплавець, виконаний з нержавіючої сталі, який плаває на поверхні рідини і через штангу і спеціальне ущільнення з'єднується або зі стрілкою вимірювального приладу, або з перетворювачем кутових переміщень уніфікований електричний або пневматичний сигнали.

Поплавкові рівнеміри широкого діапазонуявляють собою поплавок, пов'язаний з противагою гнучким тросом, в нижній частині противаги укріплена стрілка, що вказує значення рівня рідини в резервуарі.

Важливою характерною особливістю поплавкових рівнемірів є висока роздільна здатність приладу 0,1 мм і точність вимірювань - 1 мм.

Область застосування методу поплавця вимірювання рівня дуже широка. Його не можна застосовувати тільки в середовищах, що утворюють налипання, а також відкладення осаду на поплавок.

Типовим застосуванням поплавкових рівнемірів є вимірювання рівня палива, масел, легких нафтопродуктів у відносно невеликих ємностях та цистернах. Поплавковий метод може з успіхом застосовуватися у разі пінних рідин, а для липких середовищ існують вібраційні поплавкові покажчики рівня рідини.

Висновок: виконуючи цю роботу, я ознайомилася з принципом дії рівнемірів.

Гідростатичні рівнеміри

Вимірювання рівня гідростатичними рівнемірами засноване на врівноважуванні тиску стовпа рідини в резервуарі тиском стовпа рідини, що заповнює вимірювальний прилад, або реакцією пружинного механізму приладу.

Рис. 3. Рівномір-манометр із трубчастою пружиною

Вимірювання гідростатичного тиску здійснюється:

датчиком надлишкового тиску (манометром), що підключається на висоті, що відповідає нижньому граничному значенню рівня;

диференціальним манометром, що підключається до резервуара на висоті, що відповідає нижньому граничному значенню рівня, та до газового простору над рідиною;

вимірюванням тиску газу (повітря), що прокачується по трубці, опущеної в рідину, що заповнює резервуар, на фіксовану відстань (п'єзометричний метод).

Найбільшого поширення набули прилади вимірювання рівня з використанням диференціальних датчиків тиску (дифманометрів). Ці схеми успішно застосовуються для вимірювання рівня рідини в технологічних агрегатах, що знаходяться під надлишковим тиском.

За конструкцією гідростатичні датчики поділяються на два типи: стаціонарні (мембранні) або занурювальні (дзвонові). У першому випадку датчик з'єднаний з мембраною та прилад встановлюється внизу ємності. У разі занурювального датчика чутливий елемент занурений у робоче середовище і передає тиск рідини на сенсор через стовп повітря запаяний в трубці, що підводить.

Типове застосування гідростатичних рівніметрів - для однорідних рідин в ємностях без суттєвого руху робочого середовища, а також жд паст і в'язких рідин. За допомогою диференціальних датчиків тиску можливий також вимір рівня рідини у відкритих резервуарах, рівня розділу рідин.

До переваг цих рівнемірів можна віднести простоту конструкції і дешевизну. Однак у гідростатичних покажчиків рівня рідини є суттєві недоліки - відносно низька (порівняно з іншими методами) точність вимірювання та обмеженість застосування через те, що монтаж пристрою на дні резервуара вимагає постійної щільності середовища.

Електричні рівнеміри

У електричних рівнях рівень рідини перетворюється на будь-який електричний сигнал. Електричні урівнеміри бувають ємнісні та кондуктометричні.

У ємнісних рівнемірах чутливим елементом служить перетворювач - конденсатор, ємність якого змінюється пропорційно до зміни рівня рідини. Перетворювачі виконують циліндричного та пластинчастого типів, а також у вигляді жорсткого стрижня. При вимірі рівня агресивних, але неелектропровідних рідин обкладки перетворювача виконують з стійких хімічно сплавів або покривають тонкою антикорозійною плівкою. Покриття обкладок тонкими плівками застосовують також для вимірювання рівня електропровідних рідин.

Дія кондуктометричного (омічного) покажчика рівня рідини заснована на вимірі опору між електродами, поміщеними у середовище, що вимірюється (одним з електродів може бути стінка резервуара або апарату). Прилад є електромагнітним реле, що включається в ланцюг між електродом і контрольованим матеріалом.

Омічні рівнеміри використовують для сигналізації та підтримки в заданих межах рівня виключно електропровідних рідин у ємностях, бойлерах, контейнерах або відкритих каналах, а також для керування насосами у дренажах, водних установках та ємностях.

Ультразвуковий рівнемір

В акустичних, або ультразвукових, рівнемірах використовується явище відображення ультразвукових коливань від площини розділу контрольоване середовище (рідина) - газ. Ці прилади відрізняються за діапазонами вимірювання, версіями датчика та мають різні технологічні приєднання.

Прилад складається з електронного блоку(ЕБ), п'єзоелектричного випромінювача (перетворювача) та вторинного приладу.

Електронний блок складається з генератора, що задає частоту повторення імпульсів, генератора імпульсів, що посилаються у середовище, що вимірювається, приймального підсилювача і вимірювача часу. Електричний імпульс, перетворений на ультразвуковий у випромінювачі, поширюється в газовому середовищі, відбивається від межі розділу «рідина - повітря» і повертається назад, впливаючи через деякий час на той же випромінювач. Далі перетворюється на електричний сигнал. Обидва імпульси: і посланий і відбитий, розділені у часі, надходять на підсилювач.

Властивості середовища не впливають на точність вимірювання, отриманого ультразвуковим методом, тому ультразвуковим рівнеміром може вимірюватися рівень агресивних, абразивних, в'язких та клейких речовин. Однак необхідно пам'ятати, що швидкість поширення ультразвуку впливає температура повітря серед його роботи. Швидкість ультразвуку залежить і від складу повітря та його вологості.

До безперечних переваг використання акустичних покажчиків рівня рідини відносяться: безконтактність, можливість використання у забрудненому середовищі, а також у різного виду рідин, відсутність високих вимог до зносостійкості та міцності обладнання, незалежність від щільності рідини.

Але є й недоліки, на які варто звернути увагу: велика розбіжність конуса випромінювання, можливість виникнення помилок виміру при відображенні від нестаціонарних перешкод (наприклад, мішалок), може використовуватися тільки в резервуарах із нормальним атмосферним тиском (що обмежує сферу застосування), на сигнал надають вплив пил, пар, газові суміші та піна, що утворюється на поверхні.

Радарні рівнеміри.

На даний момент є безліч різних методів вимірювання рівня, що дають можливість отримувати інформацію як про граничні, так і про поточні його значення. Однак не багато хто може бути реалізований в промислових системах. Деякі з реалізованих методів є унікальними, і випадки їх застосування можна перерахувати на пальцях, інші набагато універсальніші і тому широко використовуються. Але є і методи, що вдало поєднують у собі і унікальність, і універсальність. Саме до них відноситься мікрохвильовий безконтактний метод, що в просторіччі називається радарним.

Радарний рівнемір найбільш використовуваний у сучасному виробництві. Принцип дії його заснований на вимірі часу перевідображення від поверхні поділу газ - контрольоване середовище високочастотних радіохвиль.

Результатом обробки є значення того чи іншого параметра об'єкта: дальність, швидкість, напрямок руху чи інших. У радарних рівнях застосовуються НВЧ-сигнали з несучою частотою, що лежить в діапазоні від 5,8 до 26 ГГц.

В даний час у радарних системах контролю рівня застосовуються в основному дві технології: з безперервним частотно-модульованим випромінюванням (FMCW - frequency modulated continuous wave) та імпульсним випромінюванням сигналу.

Технологія FMCW ґрунтується на реалізації непрямого методу вимірювання відстані. Рівномір випромінює мікрохвильовий сигнал, частота якого змінюється безперервно за лінійним законом між двома значеннями. Відбитий від поверхні рідини сигнал приймається тією ж антеною і аналізується за допомогою програмного забезпечення. Його частота порівнюється з частотою сигналу, що випромінюється в даний момент часу. Значення різниці частот прямо пропорційне відстані до контрольованого об'єкта.

У радарах імпульсного типу застосовується метод визначення відстані, заснований на безпосередньому вимірі часу проходження НВЧ-імпульсу від випромінювача до поверхні рідини і назад. Час проходження сигналом відстані кілька метрів становить одиниці наносекунд, тому отримання точного вимірювання настільки малих значень вимагають спеціальних методів обробки сигналу. Для вирішення цього завдання використовується перетворення мікрохвильового імпульсу ультразвуковий сигнал. В результаті перетворення до обробки сигналів радарного рівнеміра легко застосовуються схеми, які використовуються в акустичних покажчиках рівня рідини.

При порівнянні характеристик двох типів мікрохвильових покажчиків рівня, можна побачити, що радарні рівнеміри імпульсного типу мають ряд переваг перед пристроями, що використовують технологію FMCW: економічність енергоспоживання, менша вартість, вища надійність (за рахунок меншої кількості комплектуючих).

Найважливішим елементів радарного рівнеміру, що впливає формування сигналу, є розмір і тип антени. Від антени залежить, яка частина випромінюваного сигналу досягне поверхні контрольованого середовища та яка частина відбитого сигналу буде прийнята та передана на електронний блок для обробки. У мікрохвильових системах контролю рівня використовують антени п'яти типів: рупорна (або конічна); стрижнева; трубчаста; параболічна; планарна.

Найуніверсальнішою є рупорна. Цей тип антени може використовуватися у великих ємностях, застосовується в різних (у тому числі складних) умовах, забезпечує вимірювання до 35...40 м (в умовах спокійної поверхні), дозволяє працювати з більшим діапазоном середовищ по діелектричній проникності.

Стрижнева антена також широко застосовується. Радарні рівнеміри з цим видом антени використовуються в невеликих ємностях: агресивними середовищами, хімічними речовинами, гігієнічними продуктами. Стрижнева антена може бути застосована і у випадку, коли доступ в ємність обмежений малими розмірами патрубка. Антена покрита шаром захисної ізоляції, здійснює вимірювання на відстанях до 20 м.

Трубчаста антена - це надбудований подовжений хвилевід, тому вона дозволяє випускати найбільш сильний сигнал за рахунок зниження розсіювання. Такі антени застосовують у тих випадках, коли проведення вимірювання за допомогою рупорної або стрижневої антени пов'язане з великими труднощами або просто неможливо (готівка піни, сильного випаровування або високої турбулентності рідини).

У системах комерційного обліку застосовуються антени параболічного та планарного типів, оскільки вони забезпечують особливо високу точність вимірів.

На сьогоднішній день радарні рівнеміри є найбільш універсальними, тому що їх експлуатація забезпечує мінімальний контакт вимірювального пристроюз контрольованим середовищем, вони можуть працювати незалежно від змін температури та тиску (причому радарні покажчики рівня рідини застосовні в таких умовах, в яких неможливе використання інших методів).

Радарні рівнеміри мають більшу стійкість до таких факторів як запиленість, випаровування з контрольованої поверхні, піноутворення, мають високу точність. Однак недоліком радарного методу є дорожнеча таких приладів.

Хвильоводні рівнеміри

Хвильоводні рівнеміри застосовуються в малих і вузьких резервуарах, оскільки радіоімпульси прямують по зонду, а не вільно поширюються в просторі резервуара. У разі необхідності знімна голова датчика дозволяє замінювати модуль електроніки, не порушуючи герметичність резервуара, що може бути важливим при вимірюванні рівня зріджених газів та аміаку.

Волноводний рівнемір складається з наступних основних елементів: корпус, електронний модуль, фланцеве або різьбове з'єднання з резервуаром та зонд. Корпус рівнеміру, що складається з двох незалежних відсіків (відсік електроніки та клемний відсік для підключення кабелів), може бути знятий з зонда, при цьому, що важливо, відкривати резервуар не потрібно. Крім того, корпус такої конструкції підвищує надійність та безпеку рівнеміру при експлуатації в небезпечних виробництвах. Електронний модуль випромінює електромагнітні імпульси, які поширюються по зонду, виконує обробку відбитого (прийнятого) сигналу та видає інформацію у вигляді аналогового або цифрового сигналу на вбудований рідкокристалічний індикатор або систему вимірювання.

Залежно від умов процесу виробництва та властивостей середовища, що підлягає вимірюванню, використовується один із п'яти типів зондів: коаксіальний, жорсткий двострижневий, жорсткий однострижневий, гнучкий двопровідний та гнучкий однопровідний.

Коаксіальний зонд застосовується, коли необхідний вимір рівня зовнішньої поверхні та рівня поділу двох рідин, наприклад, розчинників, спиртів, водних розчинів, зріджених газів та рідкого аміаку. Цей зонд забезпечує найвище відношення сигнал/шум. Рекомендується для вимірювання рівня рідин з низькою діелектричною проникністю, в умовах турбулентності, в умовах виникнення піни або потоків рідини або пари поблизу зонда, так як оболонка коаксіального зонда працює як заспокійливий колодязь.

Двострижневий жорсткий або двопровідний гнучкий зонди рекомендуються для вимірювання рівня рідин (нафтопродукти, розчинники, водні розчини тощо). Можливе застосування для вимірювання рівня та розділу рідких середовищ. Можуть застосовуватися більш в'язкими рідинами, ніж рекомендовано для коаксіального зонда. Однак не варто застосовувати його за наявності липких середовищ.

Однострижневий жорсткий або однопровідний гнучкий зонди менш сприйнятливі до налипання середовища та утворення наростів. Вони можуть застосовуватися для в'язких рідин, суспензій, водних розчинів та алкогольних напоїв, а також використовуватися у фармацевтичній промисловості. Застосовуються для вимірювання рівня в'язких рідин, наприклад, сиропу, меду тощо, а також водних розчинів.

Радіоізотопні рівнеміри

Рівноміри з радіоізотопними випромінювачами поділяються на дві групи:

зі стежить системою, для безперервного вимірювання рівня;

сигналізатори (індикатори) відхилення рівня заданого значення.

Принцип дії таких пристроїв заснований на ступені поглинання проходить через речовину в резервуарі гамма-променів, що проходять вище або нижче за рівень розділу двох середовищ різної щільності. Приймач та випромінювач радіаційного випромінювання переміщуються по всій висоті ємності на спеціальних стрічках за допомогою реверсивного електромотора. Комплект приладу складається з трьох блоків: перетворювача, що містить джерело та приймач випромінювання; електронний блок; показує приладу.

Використання приладів з радіоізотопними випромінювачами є доцільним там, де інші методи вимірювання непридатні, оскільки цей метод радіаційно небезпечний і вимагає додаткових засобів безпеки для персоналу.

Як бачимо, під час виборів рівнеміра необхідно враховувати такі фізичні і хімічні властивості контрольованого середовища, як температура, абразивні властивості, в'язкість, електрична провідність, хімічна агресивність тощо. Крім того, слід брати до уваги робочі умови в резервуарі або біля нього: тиск, вакуум, нагрівання, охолодження, спосіб заповнення або спорожнення (пневматичний або механічний), наявність мішалки, вогненебезпечність, вибухонебезпечність, піноутворення та інші.

Для кожної промислової галузі існують свої методи та прилади. Ознайомившись із пристроєм та умовами експлуатації різних урівнемірів, можна робити вибір на користь того чи іншого методу вимірювання рівня рідини. Також варто враховувати надійність, якість та вартість приладів.

Рівномір - прилад для визначення рівня вмісту в закритих і відкритих резервуарах, судинах, сховищах та інших ємностях. Під вмістом маються на увазі різноманітні види рідин, у тому числі і газоутворювальні, а також сипучі та інші матеріали. Рівноміри також називають датчиками/сигналізаторами рівня, перетворювачами рівня. Головна відмінність рівнеміра від сигналізатора рівня - це можливість вимірювати градації рівня, а не лише його граничні значення.

Існують різноманітні методи вимірювання рівня – контактні та безконтактні.

Рівнеміри з контактними методами вимірювання рівня:

- хвилеводний (стрижневий) рівнемір;

- поплавковий рівнемір;

- ємнісний рівнемір;

- гідростатичний рівнемір;

- буйковий рівнемір.

Рівноміри з безконтактними методами вимірювання рівня:

- рівнеміри, що зондують звуком;

- рівнеміри, що зондують електромагнітним випромінюванням;

- рівнеміри, зондування радіаційним випромінюванням.

Стрижневий рівнемір використовує мікроімпульсний метод вимірювання рівня. Стрижневий рівнемір - це надійне рішення для безперервного вимірювання навіть в умовах турбулентності та наявності піни на поверхні продукту. Особливість конструкції стрижневого рівнеміра така, що на точність вимірювання не впливають вологість середовища, пил, тиск пари, щільність, температура, провідність продукту та внутрішні конструкції резервуара. Залежно від моделі стрижневого рівнеміру та виконання можливий вимір загального та міжфазного рівня.

Стрижневий мікроімпульсний рівнемір працює з високочастотними електромагнітними імпульсами, що проходять по всій довжині вимірювального зонда. Як тільки імпульс досягає поверхні продукту, змінюється хвильовий опір і частина енергії імпульсу відбивається. Час між випромінюванням та отриманням відбитого імпульсу вимірюється та аналізується приладом, і на його основі обчислюється пряме значеннярівня від приєднання до процесу до поверхні продукту

Рівноміри рідини

Рівнеміри рідини призначені для безперервного контролю рівня рідин. Рівноміри рідини називають також перетворювачами рівня рідини. На виході рівнеміра рідини формується або аналоговий сигнал пропорційний рівню рідини, або цифровий сигнал у форматі промислових комунікаційних мереж. Рівнеміри рідини можуть використовувати контактний метод вимірювання, коли чутливий елемент рівнеміра стикається з рідиною або безконтактний, тоді прямого контакту частин рівнеміра рідини з рідиною, що вимірюється, не відбувається.

Рівноміри рідини контактні

Рівноміри рідини безконтактні

Ультразвукові рівнеміри- Безконтактні датчики рівня безперервної дії. Використовують явище відображення ультразвукових коливань від межі поділу середовищ газ – тверда речовина. Електронний блок ультразвукового рівнеміра вимірює час проходження випромінюваного ультразвукового імпульсу від датчика до межі розділу середовищ і назад. Чим більший рівень матеріалу в ємності або силосі, тим менший час проходження імпульсу від датчика до матеріалу і назад. Оскільки швидкість поширення звуку повітря становить 331 м/сек., а вимірювані рівні вбирається у 70 метрів, тому вимір рівня можна проводити щомиті. Завдяки цьому ультразвукові датчики здійснюють саме безперервний вимір, тоді як лотовим датчикам потрібно набагато більше часу на розмотування і змотування троса. Основа електронного блоку - мікропроцесорний пристрій, який дозволяє запрограмувати відключення датчика під час періодичного проходження механізму, наприклад лопаті мішалки. Ультразвукові датчики виготовляються як моноблока з індикаторним пристроєм і блоком програмування, або з відсутністю таких. У цьому випадку керування здійснюється через ПК. Вихідні сигнали формуються за стандартними протоколами 4 – 20 мА, HART.
Встановлення вертикально зверху або під невеликим кутом залежно від профілю поверхні, що вимірюється. Діапазон виміру рівня до 25 метрів. Точність виміру 0,25%. Температура процесу до +90 ºС. Вибухобезпечне виконання.
Приклади застосування ультразвукових рівнемірів для рідини.
Вибрати ультразвуковий рівнемір рідини.

за принципом дії аналогічні ультразвуковим рівнемірам. Прилад випромінює дуже потужні акустичні хвилі, що відбиваються від поверхні речовини, що вимірюється. Відбитий сигнал обробляється за допомогою спеціально розробленого програмного забезпечення, щоб відфільтрувати корисний сигнал і придушити хибне відлуння. Метод обробки прийнятого луна-сигналу дозволяє знизити до мінімуму втрати сигналу. Завдяки застосуванню дуже потужного імпульсу, згасання мають набагато менший вплив у порівнянні зі звичайними ультразвуковими приладами. Випромінюються потужніші сигнали, відповідно, приймаються теж потужніші відбиті сигнали. Приймальна електроніка дозволяє розпізнати та обробити дуже слабкі ехо-сигнали, також у комбінації із сильними шумовими перешкодами. Для забезпечення найбільш можливої ​​точності вимірювання вимірюваний сигнал компенсується в залежності від температури. Встановлення вертикально зверху або під невеликим кутом залежно від профілю поверхні, що вимірюється. Діапазон виміру рівня до 60 метрів. Точність виміру 0,25%. Температура процесу до 150? Вибухобезпечне виконання.
Вибрати акустичний рівнемір...

Гідростатичні рівнеміри використовують метод вимірювання заснований на визначенні гідростатичного тиску, що надається рідиною на дно резервуара. Величина гідростатичного тиску на дно резервуара залежить від висоти стовпа рідини над вимірювальним приладом та від густини рідини. Принцип дії: перетворення деформації пружного чутливого елемента під впливом гідростатичного тиску аналоговий струмовий сигнал. Гідростатичні рівнеміри це фактично перетворювачі диференціального тиску, тому для роботи їм необхідний зв'язок з атмосферою. Гідростатичні рівнеміри застосовуються для вимірювання рівня різних рідин, починаючи від чистої води до різних паст, у відкритих та закритих резервуарах, басейнах, колодязях та глибинних свердловин. Гідростатичні рівнеміри бувають врізного типу(врізаються в днище ємності) та занурювального типу(У цьому випадку паралельно приєднувальному кабелю назовні виводиться капілярна трубка для зв'язку з атмосферним тиском). Точність вимірювання не гірша за 0,25%, що за наявності свідоцтва про включення до державного реєстру засобів вимірювання дозволять застосовувати їх для цілей комерційного обліку. Температура вимірюваного процесу до 125°С.
При монтажі гідростатичних рівнемірів необхідно враховувати, що при закачуванні матеріалу процесу струмінь рідини може викликати надлишковий тиск, що призведе до втрати точності, тому слід розташовувати датчики максимально віддалено від зони турбулентності.
Вибрати гідростатичний рівнемір...

Магнітострикційні рівнеміри складаються з поплавця з вбудованим магнітом і напрямною, всередині якої розташовується хвилевід, поміщений в котушку за яким через певні проміжки часу протікають імпульси струму. При переміщенні імпульсу виникає радіальне магнітне поле довкола хвилеводу. При перетині з магнітним полемпостійного магніту розташованого в поплавці, виникає пластична деформація магнітострикційного хвилеводу, яка є високодинамічний процес, внаслідок швидкості струмового імпульсу. Через це виникає ультразвукова торсіонна хвиля, яка поширюється від місця виникнення в обидва кінці хвилеводу, проте в одному з кінців вона повністю гаситься і, таким чином, перешкоди та спотворення сигналу виключаються. Детектування та обробка торсійного імпульсу відбувається на іншому кінці хвилеводу у спеціальному перетворювачі. Точне визначення позиції виходить вимірюванням часу між стартом струмового імпульсу і часу виникнення електричного сигналу у відповідь, яке визначається в перетворювачі торсіонних імпульсів при детектуванні ультразвукової хвилі. Цей електричний сигнал обробляється електронікою датчика, електроніка аналізує час поширення торсіонних хвиль і формує пропорційний струмовий сигнал, або сигнал відповідного протоколу. Направляюча може бути жорсткою або гнучкою, останній варіант найкраще для вимірювання великого діапазону рівня, так як значно спрощує транспортування приладу до місця встановлення.
Вибрати магнітно-стрикційний рівнемір...

Магнітні рівнеміри подібні до конструкції з магнітними сигналізаторами граничного рівня. Постійний магніт, змонтований у поплавці розташованому на напрямній, викликає спрацьовування магніточутливих контактів розташованих у напрямній. При спрацьовуванні контакти включають послідовно розташовані резистори, таким чином, при переміщенні поплавця загальний опір резистивного модуля всередині напрямної безперервно змінюється з дискретністю відповідної роздільної здатності рівнеміра. Магнітні рівнеміри внаслідок простоти фізичного принципу вимірювання, не потребують значного технічного обслуговування, не вимагають регулювання, прості в монтажі і економічно привабливі. Обмеження щодо застосування обумовлені в першу чергу щільністю вимірюваної рідини та розміром поплавця.

У виробничих процесах хімічної промисловості велике значення має контроль за рівнем рідин та твердих сипучих матеріалів у технологічних апаратах, різних ємностях та в резервуарах.

Вимірювання рівня у технологічних апаратах.

Вимірювання рівня в технологічних апаратах дозволяє контролювати в них речовини, необхідні для протікання технологічних процесів у необхідному напрямку. Запас речовини в апаратах може бути цілком певним і значне зменшення чи збільшення його проти номінальним значенням може призвести до порушення виробничого процесу. Вимірювання рівня в апаратах проводиться зазвичай відносно невеликому діапазоні його вимірювання, причому висока точність при вимірюванні не потрібна. Необхідно стежити лише за тим, щоб рівень речовини не був більшим або меншим за допустимі значення.

Вимірювання рівня в ємностях та резервуарах.

Вимірювання рівня в ємностях і резервуарах проводиться з метою врахування кількості речовини, що в них знаходиться. У резервуарах великих розмірів доводиться вимірювати рівень, що змінюється у великому діапазоні. Крім того, точність вимірювання рівня має бути досить високою.

– Рівень вимірюється в одиницях довжини – метрах. На заводі його часто вимірюють у %.

— Вимірювання рівня речовини дає можливість, як уже говорилося вище, проводити розрахунок кількості та маси речовини для її обліку.

Визначення кількості рідини чи сипких матеріалів.

При постійному висоті перерізі ємності (резервуару) обсяг продукту може бути отриманий множенням площі поперечного перерізу на значення рівня речовини, тому вимірювання обсягу тут зводиться до вимірювання рівня.

При змінній площі поперечного перерізу резервуара по висоті слід знати залежність цієї площі від висоти.

Визначення маси речовини.

Вимірювання маси речовини проводиться шляхом визначення його обсягу та вимірювання густини речовини. Помножуючи об'єм на щільність, одержують масу речовини. Це множення роблять чи вручну, чи автоматично за допомогою приладів.

Методи виміру рівня, прилади для його виміру.

У виробництві для контролю рівня речовин застосовують різні рівнеміри, що працюють на різних методах вимірювання рівня.

1. Рівнеміри з візуальним відліком;

2. Буйкові та поплавкові рівнеміри;

3. Гідростанічні рівнеміри;

4. Дифманометричні рівнеміри;

5. Радіоактивні рівнеміри;

6. Рівноміри розділу фаз;

7. Акустичні рівнеміри;

8. Ємнісні;

9. Рівнеміри сипких речовин.

Рівнеміри з візуальним відліком.

Найпростіший спосіб вимірювання рівня, заснований на методі сполучених судин. Тобто до технологічного апарату через запірні вентилі підключається скляна трубка, за якою спостерігається стовп рідини.

Недоліки: є можливість забруднення трубки, аж до повного зникнення видимості рівня, а також можливість утворення повітряних бульбашок усередині скляної трубки, що усувається за допомогою дренажного вентиля.

Застосовується для контролю рівня рідких та прозорих речовин за місцем.

Буйкові та поплавкові рівнеміри.

Знайшли широке застосуваннядля вимірювання рівня рідини як у технологічних апаратах, так і в резервуарах у нас на підприємстві.

Принцип дії заснований на виникненні сили, що виштовхує, при зануренні поплавка або буйка в рідину (закон Архімеда), яка або перетворюється на стандартний струмовий сигнал 4-20 мА, або пневматичний 0.2-1.0 кгс/см2 для подальшої передачі інформації на вторинні прилади, за якими оператор спостерігає показання рівня. Набагато рідше можна зустріти поплавкові рівнеміри типу УДУ з контролем показань за місцем.

Серед буйкових рівнемірів широко використовуються такі як Сапфір ДК, Fischer, що мають стандартний струмовий вихідний сигнал 4-20 мА, що працюють в комплекті з електронними вторинними приладами, як Ш-711, Реміконт, МОД-30, що дають можливість не тільки спостерігати рівень, але і отримати сигналізацію та блокування за різними уставками за допомогою додаткових пристроїв, таких як УАС, УЗС.

При роботі в зимовий часці рівнеміри потребують обігріву через можливість утворення криги, як на внутрішніх елементах самого приладу, так і в напрямній трубі, в якій знаходиться буек, що виникає при коливаннях температури, як продукту, так і навколишнього середовища.

Серед поплавкових рівнемірів застосування знайшли УБП, УДУ, що мають стандартний вихідний сигнал 0.2-1.0 кгс/см2, що працюють у комплекті з вторинними приладами ПВ10.1, ППВ1.1. Ці прилади не потребують обігріву. В даний час на заводі ведеться заміна застарілих пневматичних приладів КВП на більш сучасні прилади, що мають кращі характеристики точності показань і дають більше можливостей обробки інформації від датчиків.

Одним із таких приладів є рівнемір ENRAF голландської фірми. Точність виміру рівня становить 0.1 мм. Це дуже чутливий прилад-перетворювач сили. Він постійно зважує вагу поплавця і порівнює зі уставкою, яка являє собою вагу поплавця мінус сила, що виштовхує. Якщо вага поплавця дорівнює уставці, то прилад вважає, що поплавець на рівні.

Прилад показав надійну роботу для підприємства. Основні експлуатаційні вимоги: обігрів у зимовий час на резервуарах, де продукт – газ, а також відсутність ударів вібрацій тощо через які виходить з ладу чутливий елемент або прилад збивається. При зупинці резервуару на ремонт необхідно перед демонтажем приладу: підняти поплавець, відключити живлення 220в, механічно заблокувати прилад.

Рівень поділу фаз.

Принцип дії ґрунтується на різних електропровідності рідин. У ємність встановлюється електрод, який з'єднується кабелем з вторинним приладом Ф-70. Як другий електрод використовується сам корпус ємності. Застосовується для поділу 2-х фаз електропровідної води від неелектропровідної з наступним відведенням води з ємності. Важливою умовоюнормальної роботи приладу є забезпечення герметичність конструкції електродів.

Гідростатичні рівнеміри.

Гідростатичний метод вимірювання рівня заснований на тому, що в рідині існує гідростатичний тиск, пропорційний до рівня, який перетворюється на стандартний струмовий сигнал 4-20 мА. Прилад потребує обігріву взимку. Приклад: Сапфір ДГ.

Дифманометричні рівнеміри.

Застосовуються для вимірювання рівня рідини як під атмосферним, так і під надлишковим тиском. Кожному значенню рівня рідини в ємності відповідає певний перепад тиску, що вимірюється приладом. Прилад потребує обігріву взимку. Тиск в апараті не впливає на результат вимірювання, тому що він однаково впливає на "+" і "-" камери. При роботі на агресивних середовищах трубки між апаратом і розділовими судинами продувають повітрям або інертним газом.

Акустичні рівнеміри. (Ультразвукові)

Принцип дії заснований на локалізації рівня звуковими імпульсами, що проходять через газове середовище, що відходить над контрольованою рідиною та явище відображення цих імпульсів від межі розділу. Різновидом ультразвукового рівнеміру є радарні рівнеміри типу APEX, що мають високу точність, надійність і можливість експлуатації в різних середовищах.

Радіоактивні рівнеміри.

Дія таких рівнемірів заснована на поглинанні γ - променів при проходженні через шар речовини. Уровнеміри УР-8 використовуються для вимірювання рівня рідин та твердих сипких матеріалів

.

Ємнісні рівнеміри.

Принцип дії ємнісних рівнемірів заснований на залежності електричної ємностісистеми "електрод-вимірювальне середовище" від зміни рівня.

Прилади типу ЕІУ призначаються для вимірювання як рідких, а й твердих сипких матеріалів. Для вимірювання рівня води, аміаку, мазуту, бензину, гасу та мастил призначені ємнісні рівнеміри ЕІУ-1К, фірми LABKO 2W

Вимірювання рівня сипких матеріалів.

Для вимірювання рівня сипких речовин можуть застосовуватись деякі з розглянутих вище рівнемірів. Крім того, є спеціальні конструкції приладів.