6.2. Електричні та радіоізотопні рівнеміри
В електричних рівнемірах, рівень рідини перетворюється у відповідний електричний сигнал. Із електричних рівнемірів найбільш розповсюдженими є ємнісні і омічні.
В ємнісних рівнемірах використовуються діелектричні властивості контрольованих середовищ, а в омічних – властивість контрольованого середовища проводити електричний струм.
- Ємнісний рівнемір
Перетворювачем ємнісного рівнеміра є електричний конденсатор, ємність якого залежить від рівня рідини.
Перетворювачі ємнісних рівнемірів виготовляють, в основному, циліндричного і пластинчастого типів (рис.6.12).
Рис. 6.12. Схеми ємнісних перетворювачів рівнемірів:
а) циліндричного; б) пластинчастого
В найпростішому випадку циліндричний ємнісний перетворювач (рис.6.12 а) виконаний з двох концентрично розміщених труб, а пластинчастий (рис.6.12 б) з двох паралельних пластин, між якими знаходиться рідина висотою .
Ємність
перетворювача дорівнює сумі ємностей
двох ділянок
- тої, що знаходиться в рідині з
діелектричною проникливістю
і
- тої, що знаходиться в повітряному
середовищі з діелектричною проникливістю
(для повітря
).
Ємність (пФ) циліндричного перетворювача дорівнюватиме
(6.3)
де - рівень рідини, що вимірюється (см); і - відповідно внутрішній діаметр зовнішньої обкладки і зовнішній діаметр внутрішньої обкладки циліндричного конденсатора (см); - висота посудини, в якій знаходиться рідина, рівень якої дорівнює довжині обкладок конденсатора (см).
Ємність (пФ) пластинчастого плоскопаралельного ємнісного перетворювача дорівнює
(6.4)
де - відстань між пластинами (см); - ширина пластини перетворювача (см).
При вимірюванні рівня агресивних але неелектропровідних рідин, обкладки перетворювача виконують з хімічно стійких сплавів або покривають вініпластом чи фторопластом. Покриття обкладок тонкими плівками – ізоляторами, застосовують при вимірюванні рівня електропровідних рідин.
В якості вторинних вимірювальних приладів в ємнісних рівнемірах застосовують високочастотні вимірювальні мости.
Ємнісні рівнеміри випускають класом точності 0,5; 1,0; 2,5.
Їх
мінімальний діапазон вимірювань
становить від
до
м;
тиск робочого середовища
МПа; температура від
до +100
та від 100 до 250
.
- Омічні сигналізатори рівня використовують, головним чином, для сигналізації і підтримування в заданих межах рівня електропровідних рідин (кислот, лугів).
Принцип
дії омічних сигналізаторів грунтується
на замиканні електричного кола джерела
живлення через контрольоване середовище,
яке представляє собою ділянку електричного
кола з відповідним омічним опором. Дані
сигналізатори рівня можна застосовувати
для середовищ з провідністю
і більше.
Прилад представляє собою електромагнітне реле, що вмикається в коло між електродом і контрольованим матеріалом.
Схеми увімкнення релейного сигналізатора рівня (рис.6.13) можуть бути різними.
Рис. 6.13. Схеми увімкнення омічного релейного сигналізатора для контролю:
а) одного рівня; б) двох рівнів; в) двох рівнів в об’єкті з ізоляційного матеріалу; г) трьох рівнів
На
рис.6.13, а показано схему увімкнення
приладу в струмопровідний об’єкт. В
цьому випадку для контролю одного рівня
можна
використовувати один електрод
Е,
одне реле
і один провід.
При
контролі двох і більше рівнів (
і
- рис.6.13, б) необхідно вдвічі більше число
реле і електродів
,
та Е1,
Е2.
На рис.6.13, в показано схему, яка застосовується коли стінки резервуара неможливо використовувати в якості другого електроду.
При необхідності сигналізації про аварійний рівень, застосовують схему, наведену на рис.6.13, г (наприклад керування насосом, який відводить рідину з резервуара).
При
заповненні резервуара до рівня
через електрод Е2
вмикається реле
і своїм контактом утворює коло живлення
через електрод Е1.
При цьому вмикається насос, який відкачує
рідину до тих пір, поки рівень не знизиться
до
.
Якщо рівень рідини досягне відмітки
,
то через електрод Е3
буде увімкнено реле
,
яке вмикатиме резервний насос в колі
аварійної сигналізації. Вимкнення
резервного насоса і сигналізації
відбудеться при зменшенні рівня до
відмітки
оскільки реле
своїм контактом утворює додаткове
електричне коло через електрод Е1.
В якості електродів застосовують металеві стержні або труби і вугільні електроди.
Недоліком електродних приладів є неможливість їхнього застосування в середовищах в’язких і таких, що кристалізуються, в яких можуть утворюватися тверді осади і такі, що налипають на електроди.
Радіоізотопні рівнеміри
Рівень
рідин в закритих резервуарах можна
контролювати за допомогою
- випромінювання. Вимірювання рівня
грунтується на поглинанні
- променів при проходженні їх через
товщу речовини. Інтенсивність
- випромінювання при поглинанні його
речовиною виразиться залежністю
,
(6.5)
де
- інтенсивність
-променів
після проходження шару речовини товщиною
;
- початкова інтенсивність
-променів;
- коефіцієнт ослаблення
-променів,
який залежить від природи і товщини
шару речовини.
Найбільш
застосовані ізотопи, що випромінюють
- промені це
і
.
Можливі три принципові схеми радіоактивних рівнемірів (рис.6.14).
Рис. 6.14. Принципові схеми радіоізотопних рівнемірів
Схеми на рис.6.14 а і б застосовують у випадках, коли випромінювач 1 не можна розмістити в резервуарі. Схему, наведену на рис.6.14, а можна застосовувати в якості сигналізатора макси-мального або мінімального рівня (при нерухомому випромінювачі 1 і приймачі випромінювання 2).
При невеликих висотах стовпа рідини (для легких рідин до 1 м) можливо застосовувати схему, показану на рис.6.14, б.
Схему, наведену на рис.6.14, в доцільно застосовувати у випад-ках, коли в посудину можна помістити поплавок (випромінювач).
Запитання для самоконтролю
1. Схема циліндричного і пластинчастого ємнісних рівнемірів.
2. Омічні сигналізатори рівня.
3. Принципові схеми радіоізотопних рівнемірів.