7. Измерение уровня

6.1. Основные понятия

Практически во всех технологических процессах пищевых произ-водств­ возникает необходимость измерять уровень жидких или сыпучих материалов непрерывно или сигнализировать о достижении ими макси-мального или минимального значения. При этом контроль уровня производится с целью учета наличия и расхода материалов, предупреждения переполнения емкостей и бункеров, сигнализации отклонения от заданного значения, а также для отмера определенных порций применяемых материалов. Особенно широко средства измерений уровня ис­пользуются в производствах, связанных с переработкой и транспортировкой больших объемов жидких продуктов (пивоваренное, спир­товое, винодельческое, производство соков и т. п.), а также на элеваторах и мельницах.

Разнообразие условий измерения обусловило применение боль­шого количества физических принципов, положенных в основу со­временных средств измерений уровня. Широкое применение нахо­дят механические, гидростатические, электрические (в том числе волновые), акустические, радиоизотопные принципы измерений.

Современные приборы для измерения уровня можно разделить на две группы:

уровнемеры, обеспечивающие получение непрерывной информации о положении уровня в контролируемой емкости в любой мо­мент времени;

сигнализаторы, обеспечивающие получение информации (сигна­ла) о достижении каких-либо фиксированных значений уровней, определяемых местом установки их чувствительных элементов.

6.2. Механические уровнемеры

Уровнемеры и сигнализаторы этой группы получили широкое распространение в пищевой промышленности благодаря простоте, надежности и низкой стоимости. К группе механических уровнемеров относятся средства измерений, основанные на использовании механического силового воздействия уровня измеряемого материала на их чувствительный элемент. К механическим относятся поплавковые (наиболее распространенные), мембранные и контактно-механические, а также вибрационные приборы.

1. Поплавковые уровнемеры

Существует большое разнообразие типов и модификаций поп-лавковых уровнемеров и сигнализаторов, различающихся конструкцией, характером измерения (непрерывное или дискретное, пределами изме-рения, условиями применения, системой дистанционной передачи и т. п. Принцип их действия основан на использовании перемещения поплав-ка, плавающего на поверхности жидкости. Это перемещение механически или с помощью системы дистанционной передачи (механической, пневматической, электрической, частотной и др.) передается к измерительной части прибора.

Действие поплавковых уровнемеров основано на законе Архимеда. Чувствительным элементом этих приборов является поплавок.

Существует два типа поплавковых преобразователей. В пер­вом применяется поплавок, плавающий на поверхности жидко­сти и имеющий постоянную глубину погружения. Уровень жид­кости определяется измерением перемещения поплавка. Во вто­ром измеряется выталкивающая сила, действующая на попла­вок (буек), глубина погружения которого меняется в зависи­мости от уровня жидкости. Перемещение поплавка передается па преобразователь для преобразования перемещения поплавка в выходной сигнал.

Примером уровнемера с плавающим поплавком может слу­жить уровнемер с сельсинным преобразователем (рис. 6.1). Прибор включает сель-син 6, приводимый в движение поплав­ком 10, следующим за колебаниями измеряемого уровня. Поплавок подвешен на тросе 9, навивающимся на мерительный барабан 8, один оборот которого соответствует перемещению поплавка на 0,5 м. На вал 7 барабана насажено зубчатое колесо 5, сцепленное с шестерней сельсина и шестерней счет­чика 1. Трос поплавка натягивается противовесом 2, подвешен­ным на тросе 3 к барабану 4.

Вторичный прибор состоит из сельсина-приемника, связан­ного со счетным механизмом, позволяющим определять изме­ряемый уровень с точностью до миллиметра. Кроме того, вторичный прибор имеет два контакта для сигнализации предель­ных положений уровня. Диапазон измерения уровня - 10 м.

В уровнемерах с поплавком переменного погружения (буй­ковых уровнемерах) используются упругие элементы с линей­ной харак-теристикой (торсионная трубка, пружины).

Схема буйкового уровнемера с пневматической передачей показана на рис. 6.2. Чувствительный элемент — цилиндриче­ский буек 1 — подвешен к рычагу 2, укрепленному па конце упругой торсионной трубки 3, внутри которой располагается стальной стержень 4. На свободном конце стержня укреплена заслонка 5 пневмоустройства 7.

Р ис. 6.1. Поплавковый уровнемер Рис. 6.2. Принципиальная схема уровнеме- с сельсинным преобразователем ра переменного погружения с пневматичес- кой передачей показа­ний на расстояние

Под действием силы тяжести буйка торсионная трубка и стальной стержень закручиваются. При этом угол закручива­ния пропорционален силе тяжести буйка, изменяющейся с из­менением уровня жидкости. Во время поворота стержня торси­онной трубки заслонка отклоняется относительно сопла 6 на такой же угол.

Угловое перемещение заслонки преобразуется пневмоустройством 7 в пропорциональное изменение давления воздуха, измеряемое прибором 8 со шкалой, отградуированной в едини­цах уровня. Недостатком буйковых уров-немеров является за­висимость их показаний от плотности жидкостей.

Такие уровнемеры рассчитаны на 19 пределов измерения от 0—20 мм до 0—16 м. Классы точности приборов 1 и 1,5. Предельно допускаемое рабочее давление 10 МПа.