11.2. Механічні рівнеміри

Найбільш поширеними механічними рівнемірами є футштоки, водопокажчикові скляні прилади і поплавкові покажчики рівня. Футштоки і водопокажчикові скляні прилади відносяться до візуальних засобів вимірювання.

Ф у т ш т о к и – це мірні лінійки певної довжини з поділками через 10 мм. Вони можуть бути місцевими, тобто приналежними певним цистернам і закріпленими на них, і переносними, які використовуються для різних цистерн.

Звичайно використовуються прямі і складні футштоки з оцинкованої сталі або латуні. Прямий футшток – це плоска лінійка шириною 20 мм, товщиною 4 мм і довжиною від 500 до 1400 мм.

Вимірювання рівня рідини здійснюється футштоком через вертикальну вимірювальну трубу діаметром від 40 до 70 мм, яка розміщується в цистерні і прикріплюється до її дна. Внутрішня порожнина вимірювальної труби заповнюється рідиною через бокові прорізи, розміщені в її нижній частині. Для вимірювання рівня футшток опускається в вимірювальну трубу до упору і після виймання відлік здійснюється по довжині змоченої поверхні. Похибка вимірювання рівня звичайно не перевищує ціну поділки при спокійній поверхні і збільшується при збуренні поверхні рідини, а також при кренах і диферентах судна.

Різновидом футштоків є штокові покажчики рівня. На штоковому покажчику нанесені відмітки експлуатаційного рівня, а також нижнього і верхнього допустимого рівня. Штокові покажчики розміщуються в спеціальних трубках і звичайно призначені для контролю рівня масла в картерах двигунів внутрішнього згоряння, поршневих компресорів, в редукторах та інших механізмах.

В о д о п о к а ж ч и к о в и й п р и л а д відноситься до візуальних засобів вимірювання рівня і складається із скляної трубки, яка за допомогою арматури приєднується до нижньої і верхньої частин цистерни (рис. 11.1). Вимірювання рівня водопокажчиковим приладом грунтується на принципі сполучених посудин.

Довжина трубки 1 визначається діапазоном вимірювання рівня. Шкала нанесена на пластинці, прикріпленій до загального каркасу. Рівень визначається положенням меніску рідини в трубці. Циліндричні скляні трубки діаметром 10…20 мм і товщиною стінки 2,5..3,5 мм застосовують при тисках до 2,5 МПа, при більших тисках використовують плоске рівнемірне скло. Рівнемір з плоским склом – це прямокутна металева коробка 1 (рис. 6.2), одна із стінок якої утворюється пластиною 2, гладко відшліфованою з зовнішнього боку. З боку рідини пластина має вертикальні грановані канавки.

Дія рівнеміра з плоским склом ґрунтується на явищі повного внутрішнього відбиття світла, внаслідок чого частина скла, що стикається з рідиною здається чорною, а з газом або парою сріблясто-білою. Рівнеміри з плоским склом застосовуються в суднових котлах для безперервного контролю рівня в пароводяному колекторі. Вони забезпечують кращу видимість рівня рідини. Рівнемір підключається до парової і водяної частини колектора за допомогою запірних клапанів 3 і 4. Крім того, для продувки з’єднувальних трубок передбачається про-дувний клапан. Такі рівнеміри застосовуються при тисках до 4 МПа.

З метою зменшення додаткової похибки вимірювання, зумовленої різницею температури і густини рідини в цистерні або в колекторі котла і в скляній трубці або в рівнемірі з плоским склом перед вимірюванням здійснюють продувку рівнеміра. Похибка вимірювання рівня визначається точністю відліку положення меніску рідини в склі і складає звичайно мм.

Наиболее простыми по конструкции и принципу действия являются УМ, основанные на визуальном измерении высоты уровня жидкости. Конструктивно они представляют собой трубки или водомерные стёкла, монтируемые на резервуарах (рис. 7.1,а, б). Трубки и стёкла оцифровываются в метрических единицах. Для увеличения диапазона измерения с одновременным сохранением прочности резервуара устанавливается несколько водомерных стёкол, располагающихся на различных, перекрывающихся уровнях (рис. 7.1,б).

а б

Рисунок 7.1–Визуальные уровнемеры

 

Второй тип УМ, имеющий довольно широкое применение – гидростатические УМ принцип их действия основан на законе Паскаля, при этом информативной величиной является давление, создаваемое столбом жидкости в контролируемом объекте. Известно, что уровень и давление связаны простой зависимостью:

,

где P–давление столба жидкости в резервуаре;  – плотность контролируемой жидкости; g = 9,8 м/с² – ускорение силы тяжести.

Этот метод измерения – по давлению – может использоваться только для открытых сосудов, так как для закрытых необходимо учитывать действие воздушной подушки, образующейся между верхней частью сосуда и поверхностью контролируемой жидкости.

Более точными методами являются измерения не относительного, а дифференциального (разностного) давления, которое получается в результате вычитания давлений подаваемых на чувствительный элемент дифференциального манометра (дифманометра) из разных точек (рис. 7.2):

P₁ = g₁(H₀ + h) + g_В(H₀ – h);

P₂ = g₂(H₀ + H).

и при ₁ = ₂

P = P₂ – P₁ = gH( – _B) – h( – _B) = g( – _B)(H – h),

где _B – плотность воздуха в закрытом резервуаре.

 

Рисунок 7.2–Схема уровнемера с дифференциальным манометром