2.3.2. Измерение уровня
В пищевой промышленности во многих технологических процессах необходимо измерять уровень жидких или сыпучих материалов, сигнализировать о достижении ими максимального или минимального значения, чтобы не допустить переливов или недосыпов, или недопустимо низкого уровня.
Приборы для измерения уровня делят на две группы:
- уровнемеры, дающие непрерывную информацию о положении уровня в емкости в любой момент времени;
- сигнализаторы, дающие сигнал о достижении уровнем фиксированного значения (верхний, нижний, средний и т.п., в зависимости от того, где установлены чувствительные элементы).
В промышленности используются уровнемеры, основанные на самых разных физических принципах. Рассмотрим основные.
МЕХАНИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ
Достоинство этих уровнемеров: простота, надежность и невысокая стоимость.
Виды механических уровнемеров: поплавковые, мембранные, контактно-механические и вибрационные.
Поплавковые. Принцип действия: движение поплавка, плавающего на поверхности жидкости передается измерительной части прибора. Эти приборы широко используются в качестве сигнализаторов предельных уровней неагрессивных, слабо кристаллизующихся, неналипающих жидкостей.
Мембранные уровнемepы. Используются для измерения уровня сыпучих, неслеживающихся веществ, например, зерна. Сигнализатор уровня крепится в cтeнкe бункера. Зерно давит на гибкую мембрану, что приводит к переключению электрических кoнтактов микропереключателя.(Используются эти уровнемepы и в хлебопекарной промышленности для контроля за опарой, тестом. Только должен быть обеспечен уxoд - очистка мембран).
Koнтактно-механические уровнемepы. Использовались для измерения уровня сыпучего материала в широком диапазоне. С помощью электромеханической лебедки на поверхность материала опускается специальный щуп. Когда щуп опустится на поверхность сыпучего материала, натяжение троса ослабнет, электролебедка остановится. В этот момент отсчитываются показания на отсчетном устройстве (по длине троса). Затем лебедка включается и щип поднимается.
Вибрационные уровнемepы. Обычно вибрационные датчики имеют форму камертона, который в воздухе колеблется на собственной резонансной частоте. Когда пластины камертона покрываются продуктом, в варианте датчика для жидкостей изменяется частота колебаний, а в варианте датчика для сыпучих материалов – амплитуда. Параметры колебаний воспринимаются приемником и подаются на усилитель.
В вибрационных датчиках отсутствуют подвижные детали, и они не требуют технического обслуживания, В пищевой промышленности вибрационные переключатели заменяют поплавковые уровнемеры (для жидкостей) и рычажковые переключатели (для сыпучих материалов).
Основные достоинства:
Погружаемые в анализируемую среду детали вибрационных датчиков изготовлены из хорошо отполированного металла и соответствуют гигиеническим стандартам;
вибрационные датчики могут использоваться при температурах до 150ºС и давлениях до 40 бар или 16 бар;
действие переключателей не зависит от электрических характеристик продукта, плотности пены, турбулентности и посторонних вибраций. Датчики могут использоваться в высоковязких продуктах;
не требуют калибровки. Арматура позволяет без труда провести регулировку точки срабатывания.
Основные недостатки:
плотность среды должна быть больше 30 г/л (для жидкостей) и 0,5 г/см3 (для сыпучих веществ);
при размере частиц больше 10 мм эти датчики применять нельзя.
ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ
Эти уровнемepы основаны на измерении давления столба жидкости или выталкивающей сипы, действующей на тело, погруженное в жидкость.
В пищевой промышленности используются буйковые, пьезометрические (барботажные), гидростатические уровнемеры-манометры и дифманометры.
Буйковые уровнемepы основаны на измерении выталкивающей силы, действующей на буек, погруженный в жидкость и удерживаемый в ней с помощью пружины или торсионной трубки. Уравновешивающая сила – усилие обратной связи развивается силовым механизмом обратной связи - электрическим или пневматическим. Выпускается большая номенклатура буйковых уровнемеров, сигнализаторов и регуляторов с механической, пневматической и электрической системой дистанционной передачи. Класс точности приборов 1 и 1,5. Предельно допустимое рабочее избыточное давление 10 МПа.
Пьезометрические уровнeмеpы. Через слой жидкости в резервуаре продувают очищенный воздух. Уровнемер (рис. 2.8) состоит из опускаемой в резервуар трубки 1, к которой присоединяется манометр 5 для измерения давления Р в трубке, а следовательно, и статического напора жидкости, пропорционального высоте столба жидкости Н над выходным отверстием барботажной трубки.
Р = ρgH
Давление воздуха в трубке измеряют с помощью манометра.
Рис.2.8. Структурная схема пьезометрического
уровнемера
Эти приборы можно использовать для измерения уровня агрессивных, загрязненных и быстрокристаллизующихся жидкостей. Tочность измерений +1,5% при постоянной плотности жидкости.
Гидростатические уровнемеры-манометры и дифманометры основаны на измерении давления, создаваемого столбом жидкости. Это давление определяется с помощью манометров. Гидростатические преобразователи уровня являются наиболее простыми средствами измерения и поэтому наиболее широко используются в пищевой промышленности. Тензодатчик преобразует давление, оказываемое жидкостью на диафрагму в электрический сигнал. В том случае, когда плотность жидкости известна, сигнал обеспечивает непосредственную индикацию уровня.
Основные достоинства:
выпускается большое количество различных типов чувствительных диафрагм, устанавливаемых с помощью устройств, отвечающих санитарно-гигиеническим нормам;
характеризуются высокой надежностью в работе, не требуют технического обслуживания. Могут использоваться в вязких, пастообразных и пенообразных средах;
обеспечивают стабильные измерения в процессе перемешивания (в турбулентной среде);
идеальны при измерении уровня продуктов с меняющимися электрическими параметрами;
применение преобразователя перепада давлений и второго датчика давления и пересчетного устройства позволяет проводить измерения уровня в емкости высокого давления и резервуарах, находящихся под вакуумом;
значение уровня измеряется с высокой точностью.
Недостатки:
могут использоваться только для измерения уровня жидкости;
не пригодны для измерения уровня жидкостей, имеющих температуру выше 100ºС.