Слайд 59, 60. Магнитострикционные поплавковые уровнемеры

Принцип действия магнитострикционных ПУ основан на магнитострикционном (или магнитоакустическом) эффекте, в основе которого лежит комбинация из эффектов магнетизма и ультразвука.

Направляющая труба 1 содержит в себе волновод 2 (тонкая проволока из никелевого сплава), по которому через фиксированные промежутки времени проходят короткие импульсы тока. При перемещении импульса тока возникает радиальное магнитное поле вокруг волновода. Поплавок 3 с постоянным магнитом 4, как и в магнитных ПУ, перемещается вместе с изменением уровня по трубе. При пересечении магнитного поля токового импульса с магнитным полем постоянного магнита в месте нахождения поплавка в волноводе возникает крутильная деформация, которая в виде механической (ультразвуковой) волны распространяется вдоль волновода с известной скоростью в оба конца. Пьезоэлемент, размещённый в корпусе 5 прибора, преобразует полученные механические волны в электрический импульс. С помощью микропроцессорной электроники измеряется интервал времени между отправленным и принятым импульсами, который пропорционален измеряемому уровню.

Магнитострикционные уровнемеры являются наиболее точными ПУ. Абсолютная погрешность у них может достигать 10 мкм, а верхний предел измерений – 12 м и более. В качестве штока, по которому перемещается поплавок, может быть использован гибкий трос.

Слайд 61. Буйковые и гидростатические уровнемеры

Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженное в жидкость тело действует со стороны жидкости выталкивающая сила. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной телом. Количество вытесненной жидкости зависит от глубины погружения тела, т. е. от уровня в емкости. Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень преобразуется в пропорциональную ему выталкивающую силу. Чувствительным элементом в этих уровнемерах является цилиндрический буек, изготовленный из материала с плотностью, большей плотности жидкости. Зачастую буек выполнен в виде трубы из нержавеющей стали, запаянной с обеих концов, к одному из которых приделан крючок. Буек находится в вертикальном поло­жении и частично погружен в жидкость. Длина буйка подбирается при­ближенной к максимальному измеряемому уровню в аппарате.

При изменении уровня жидкости в аппарате согласно закону Архимеда выталкивающая сила, действующая на буек, равна:

,

где - плотность измеряемой жидкости;

g - ускорение свободного паде­ния;

- объем вытесненной буйком жидкости;

S - площадь поперечного сечения буйка;

h - длина буйка, погруженного в жидкость.

Буек 1 передает через трос усилие на силовой пневматический или электрический преобразователь, находящийся в корпусе уровнемера 2.

Выталкивающее усилие измеряется различными способами – например, во вторичном измерительном преобразователе с помощью тензоэлемента преобразуется в сопротивление, а затем в унифицированный сигнал, например, ток.

Минимальный диапазон измерений буйковых уровнемеров составляет (0 - 0,02) м, максимальный – (0 – 16) м. Буйковые уровнемеры применяются при температуре рабочей среды от – 40 до 400 градусов и давлении до 16 МПа. Основная приведенная погрешность буйковых уровнемеров лежит в пределах 0,5 – 1,5%.

Измерение уровня гидростатическими уровнемерами (ГУ) сводится к из­мерению гидростатического давления Р, создаваемого столбом жидкости h постоянной плотности , согласно равенству

P = gh.

Измерение гидростатического давления может осуществляться несколькими способами. Например, манометром М, подключаемым на высоте, соответствующей ниж­нему предельному значению уровня. Применяемый для этих целей манометр может быть любого типа с соответствующими пределами измерений.

Измерение гидростатического давления может также осуществляться датчиком давления, находящегося в нижней части погруженного в измеряемую жидкость зонда 1. При этом датчик давления с одной стороны отделен от измеряемой среды разделительной мембраной, а с другой стороны к нему при помощи капилляра подводится атмосферное давление. Таким образом, производится измерение избыточного гидростатического давления. В преобразователе 2 измеряемое давление трансформируется в унифицированный сигнал. Погружаемый на кабеле зонд может находится в подвешенном на заданной глубине состоянии или лежать на дне резервуара. Капилляр для компенсации атмосферного давления проходит внутри кабеля.

Измерение гидростатического давления рассмотренными методами целесооб­разно в резервуарах, работающих при атмосферном давлении. В противном случае показания манометра складываются из гид­ростатического и избыточного давлений.

Для измерения уровня жидкости в технологических аппаратах, находящихся под давлением, широкое применение получили диф­ференциальные манометры, подключаемые к резервуару на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уров­ня, и к газовому пространству над жидкостью. С помощью дифмано­метров возможно также измерение уровня жидкости в открытых резервуарах, уровня раздела фаз и уровня раздела жидкостей.

Гидростатические уровнемеры применяются для однородных жидкостей в емкостях без существенного движения рабочей среды. Они позволяют производить измерения в диапазоне до 250 кПа, что соответствует уровню 25 м (для воды), с точностью до 0,1% при избыточном давлении до 10 МПа и температуре рабочей среды в диапазоне (– 40...+120) °С. Важным достоинством гидростатических уровнемеров является высокая точность при относительной дешевизне и простоте конструкции. Существенным недостатком является большая погрешность от изменения температуры контролируемой среды.