Тема 18. 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.18.1).

Рис. 18.1. Схеми ємнісних перетворювачів рівнемірів:

а) циліндричного; б) пластинчастого

В найпростішому випадку циліндричний ємнісний

перетворювач (рис.18.1 а) виконаний з двох концентрично

розміщених труб, а пластинчастий (рис.18.1 б) з двох

паралельних пластин, між якими знаходиться рідина висотою h .

Ємність перетворювача дорівнює сумі ємностей двох ділянок

^Ch

-  тої, що знаходиться в рідині з діелектричною

170

^{проникливістю } ж ^і CH −h ^{- тої, що знаходиться в повітряному}

^{середовищі з діелектричною проникливістю }cp ^{(для повітря}

^cp ^ 1).

Ємність C (пФ) циліндричного перетворювача дорівнюва-

^C  Ch ^ CH −h ^ 0, 241

^ ж^h

^lg  ^D / d 

^ж^h  cp  ^H − h

^lg  ^D / d 

тиме

 0, 241 ,

 0, 241

^cp  ^H − h

^lg  ^D / d 



(18.1)

де h - рівень рідини, що вимірюється (см); D і d - відповідно

внутрішній діаметр зовнішньої обкладки і зовнішній діаметр

внутрішньої обкладки циліндричного конденсатора (см); H -

висота посудини, в якій знаходиться рідина, яка дорівнює

довжині обкладок конденсатора (см).

Ємність C (пФ) пластинчастого плоскопаралельного

   ^{hb }cp  ^H − h ^b

^^{жh  cp  H − h} ^,



ємнісного перетворювача дорівнює

C  0, 088 ^ж  0, 088

a a

0, 088b

a



(18.2)

де a - відстань між пластинами (см); b - 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 використовуються високочастотні вимірювальні

мости.

Ємнісні рівнеміри випускають класом точності 0,5; 1,0; 2,5.

171

Їх мінімальний діапазон вимірювань становить від 0 - 0,4 до

0-20 м; тиск робочого середовища 2,5 - 10 МПа; температура від

-60 до +100 ⁰ C та від 100 до 250 ⁰ C .

- Омічні рівнеміри

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 2 ⋅10⁻³ См / см і

більше.

Прилад представляє собою електромагнітне реле, що

вмикається в коло між електродом і контрольованим

матеріалом.

Схеми ввімкнення релейного сигналізатора рівня (рис.18.2)

можуть бути різними.

Рис. 18.2. 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

172

На рис.18.2 а показано схему увімкнення приладу в

струмопровідний об’єкт. В цьому випадку для контролю одного

рівня y можна використовувати один електрод Э , одне реле P

і один провід.

^{При контролі двох і більше рівнів ( y}1 ^і y2 ^{- рис.18.2 б)}

необхідно вдвічі більше число реле і електродів P1 , P2 та Э1 ,

Э2 .

На рис.18.2,в показано схему, яка застосовується коли стінки

резервуара неможливо використовувати в якості другого

електроду.

При необхідності сигналізації про аварійний рівень,

застосовують схему, наведено на рис.18.2,г (наприклад

керування насосом, який відводить рідину з резервуара).

^{При заповненні резервуара до рівня y}2 ^{через електрод Э2}

вмикається реле P1 і своїм контактом утворює коло живлення

через електрод Э1 . При цьому вмикається насос, який відкачує

^{рідину до тих пір, поки рівень не знизиться до y}1 ^{. Якщо рівень}

рідини досягне відмітки

^y3 ^{, то через електрод Э3 буде}

увімкнено реле P2 , яке вмикатиме резервний насос в колі

аварійної сигналізації. Вимкнення резервного насоса і

^{сигналізації відбудеться при зменшенні рівня до відмітки y}1

оскільки реле

P2

своїм контактом утворює додаткове

електричне коло через електрод Э1 .

В якості електродів застосовують металічні стержні або труби

і вугільні електроди.

Недоліком електродних приладів – 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 j - випромінювання. Вимірювання рівня

173

грунтується на поглинанні j - променів при проходженні їх

через шар речовини. Інтенсивність j - випромінювання при

поглинанні його речовиною виразиться залежністю

^J x ^ J0 ^exp ^− x ^,

(18.3)

^де J x ^{- інтенсивність j -променів після проходження шару}

^{речовини товщиною x ; J}0 ^{- початкова інтенсивність j -}

променів;  - коефіцієнт ослаблення j -променів, який

залежить від природи і товщини шару речовини.

Найбільш застосовані ізотопи, що випромінюють j - промені

це ⁶⁰ Co і ¹⁷³Cs .

Можливі три принципові схеми радіоактивних рівнемірів

(рис.18.3).

Рис. 18.3. Принципові схеми радіоізотопних рівнемірів

Схеми на рис.18.3 а і б застосовують у випадках, коли

випромінювач не можна розмістити в резервуарі. Схему,

наведену на рис.18.3,а можна застосовувати в якості

сигналізатора максимального або мінімального рівня (при

нерухомому випромінювачі 1 і приймачі випромінювання 2) або

для неперервного вимірювання рівня (рівнеміри з слідкуючою

системою).

При невеликих висотах стовпа рідини (для легких рідин до

1м) можливо застосовувати схему, показану на рис.18.3,б.

Схему, наведену на рис.18.3,в доцільно застосовувати у

випадках, коли в посудину можна помістити поплавок.

174

Радіоізотопний рівнемір з слідкуючою системою (рис.18.3,а)

призначений для неперервного контролю межі розділу двох

середовищ різної густини: «газ-рідина», «рідина-рідина», «газ-

тверде тіло», «рідина-тверде тіло», «кипляча рідина - пар».

Дія приладу грунтується на порівнянні інтенсивності j -

променів, що проходять вище чи нижче рівня розділу двох

середовищ рівної густини.

175