Лабораторне заняття №6 Тема: “Вимірювання рівня рідин”

1 Мета заняття

1.1 Вивчення методів та засобів вимірювання рівнів рідин

1.2 Вивчити методику вимірювання рівня гідростатичним методом

1.3 Провести вимірювання рівня рідини на проливній установці за допомогою дифманометра в комплекті з вторинним приладом КСД-2. Провести переградуювання приладу в одиниці рівня.

2 Прилади та обладнання

2.1 Технічний дифманометр ДМ

2.2 Витратомірна установка

2.3 Мірна лінійка

2.3 Вторинний прилад КСД-2

3 Загальні відомості

Залежно від умов вимірювання, характеру контрольованого середовища використовують різноманітні методи вимірювання рівня.

Якщо немає необхідності у дистанційному передаванні показів, рівень рідини можна вимірювати рівнемірами з візуальним відліком (використовуючи вказівне скло).

Коли є потреба дистанційного вимірювання рівня, використовують більш складні рівнеміри (гідростатичні, буйкові та поплавкові, ємнісні, індуктивні, радіоізотопні та ін.).

Нараховують більше 10 методів вимірювання рівня.

Класифікація методів вимірювання рівня

Усі методи вимірювання рівня можна згрупувати у шість груп. До основи цих методів покладені різноманітні фізичні властивості речовин, які створюють границю розділу (рисунок 3.2).

1 Група методів, які використовують різницю густини речовин що створюють границю розділу (вагові, гідростатичні, радіоізотопні, буйкові, поплавкові рівнеміри).

2 Електричні методи (індуктивні, ємнісні, радіохвильові, кондуктометричні рівнеміри).

3 Акустичні методи (ультразвукові рівнеміри).

4 Теплові методи (дилатометричні, терморезисторні рівнеміри).

5 Оптичні методи (фотоелектричні, візуальні рівнеміри).

6 Група методів, які використовують механічні властивості середовищ (для сипучих матеріалів).

Конструкція, принцип дії та метрологічні характеристики гідростатичних рівнемірів

Як було показано, не обов’язково вимірювати вагу всієї посудини, а можна обмежитися зважуванням винесеної допоміжної посудини.

Можливо, і природно, замінити допоміжну посудину циліндричним елементом рідини (всередині посуду) з площею основи F, висотою рідини h.

Це означає перехід від вимірювання ваги до вимірювання тиску.

За ніким принципом здійснюють вимірювання рівня гідростатичними рівнемірами.

Визначаючи тиск, який створює стовп рідини (рисунок 3.5), і знаючи питому вагу, легко визначити поточне значення рівня:

, (3.1)

де P_h – тиск на дні посудини;

P₀ – тиск на поверхні рідини.

Таким чином, вимірювання рівня Рисунок 3.1 зводиться до вимірювання різниці тисків у посудині на поверхні рідини і на дні.

Таку задачу вирішують звичайно або за допомогою двох манометрів, або одного дифманометра.

Рисунок 3.1-Гідростатичний рівнемір

Як чутливий елемент гідростатичного рівнеміра може бути використаний робочий елемент будь-якого типу манометрів: рідинних, мембранних, сильфонних.

Рідинні манометри не знайшли широкого застосування із-за підвищених вимог до точності встановлення і складності дистанційного передавання показів.

Більш широке застосування отримали сильфонні та мембранні гідростатичні рівнеміри – тому, що вони зручні для дистанційного передавання показів.

Вимірювання рівня рідини у відкритих посудинах

Обидві імпульсні трубки ДМ (рисунок 3.2) заповнюють контрольованою рідиною (якщо вона не агресивна). Дифманометр вимірює ΔP.

Рисунок 3.2- Вимірювання рівня рідини у відкритих посудинах

P₁=(h₁+H)ρ₁∙g

P₂=h₂∙ρ₂∙g

ΔP∙ P₁-P₂=(h₁+H)ρ₁∙g-h₂∙ρ₂∙g (3.2)

Якщо ρ₁=ρ₂=ρ та h₁=h₂, то

ΔP=H∙g∙ρ (3.3)

Таким чином, дифманометр буде вимірювати перепад тиску, виражений за допомогою контрольованого рівня H.

Від чого залежать покази дифманометра-рівнеміра?

1. від зміни густини контрольованого середовища;

2) від різниці густини в імпульсних трубках (для виключення цієї похибки імпульсні трубки прокладають поряд).

Формула (3.3) буде справедлива, якщо рівень у (-) імпульсній трубці буде постійним при зміні контрольованого рівня H; для цього на мінусовій імпульсній трубці встановлюють зрівнювальну посудину. Посудину та імпульсну трубку заливають рідиною до рівня 0-0, який приймають за початкову позначку шкали рівнеміра.

У випадку вимірювання агресивної рідини на імпульсних лініях встановлюють розділювальні посудини. При цьому дифманометр та імпульсні трубки нижче розділювальних пристроїв заповнюють неагресивною рідиною.

Специфічною похибкою гідростатичного рівнеміра с похибка перетворення рівня на гідростатичний тиск.

Складовими цієї похибки є похибки від неточності встановлення чутливого елемента в посудині та похибки від зміни питомої ваги рідини та парогазової суміші.