1.2.5.2 Кондуктометрические сигнализаторы уровня.

Уровнемеры этого вида предназначены для сигнализации уровня электропроводящих жидких сред и сыпучих сред с удельной проводимостью боле 10^-3 См/м.. На рисунке 1.26(г) приведена схема сигнализатора верхнего предельного уровня жидкости.

В соответствии со схемой при достижении уровнем значения h замыкается электрическая цепь между электродом 1 и корпусом технологического аппарата. При этом срабатывает реле 2, контакты которого включены в схему сигнализации.

Принцип действия кондуктометрических сигнализаторов уров­ня сыпучих сред аналогичен рассмотренному.

Электроды, применяемые в кондуктометрических сигнализато­рах уровня, изготавливают из стали специальных марок или угля. Причем угольные электроды используются только при измерении уровня жидких сред.

1.2.6 Акустические средства измерений уровня

В настоящее время предложены различные принципы построения акустических уровнемеров, из которых широкое распространение получил принцип локации.

В соответствии с этим принципом измерение уровня осуществ­ляют по времени прохождения ультразвуковыми колебаниями рас­стояния от излучателя до границы раздела двух сред и обратно до приемника излучения. Локация границы раздела двух сред осу­ществляется либо со стороны газа, либо со стороны рабочей среды (жидкости или сыпучего материала). Уровнемеры, в которых ло­кация границы раздела двух сред осуществляется через газ, назы­вают акустическими, а уровнемеры с локацией границы раздела двух сред через слой рабочей среды - ультразвуковыми.

Преимуществом акустических уровнемеров является независи­мость их показаний от физико-химических свойств и состава рабо­чей среды. Это позволяет использовать их для измерения уровня неоднородных кристаллизирующихся и выпадающих в осадок жид­костей. К недостаткам следует отнести влияние на показания уров­немеров температуры, давления и состава газа.

Как правило, акустические уровнемеры представляют собой со­четание первичного, промежуточного, а в некоторых случаях и пе­редающего измерительных преобразователей. Поэтому, строго го­воря, акустические уровнемеры следует рассматривать как часть измерительной системы с акустическими измери­тельными преобразовате­лями рисунок 1.27.

Рисунок 1.27 - Схема акустического уровнемера

Уровнемер состоит из пер­вичного 1 и промежуточ­ного 2 преобразователей. Первичный преобразова­тель представляет собой пьезоэлемент, выполняющий одновременно функции источника и приемника ультразвуковых колебаний.

При измерении генератор 9 с определенной частотой вырабатывает электрические импульсы, которые преобразуются пьезоэлементом 1 в ультрозвуковые импульсы. Последние распространяются вдоль акустического тракта, отражаются от границы раздела жидкость – газ и воспринимаются тем же пьезоэлементом, преобразующим их в электрические импульсы. После усиления устройством 1 импульсы подаются на схему измерения 2 времени отражения сигнала, где они преобразуются в прямоугольные импульсы определенной длительности. В ячейке сравнения 3 осуществляется сравнения импульса, подаваемого со схемы 2, с длительностью импульса, подаваемого с элемента обратной связи 5, которой преобразует унифицированный токовый сигнал в прямоугольный импульс определенной длительности. Если длительность импульса схемы измерения 2 отличаются от длительности импульса в цепи обратной связи, то на выходе ячейки сравнения 3 появляются сигнал разбаланса, который усилительно – преобразующим устройством 4 изменяет выходной унифицированный токовый сигнал до тех пор, пока не будет достигнуто равенство длительностей импульсов. Для уменьшения влияния температуры на сигнал измерительной информации предусмотрен блок температурной компенсации 8, контроль за работой электрической схемы осуществляется блоком контроля 7, исключения влияния различного рода помех на работу промежуточного преобразователя достигается с помощью помехозащитного устройства 6.

Расстояние между первичным и промежуточным преобразовате­лями не более 25 м. Диапазоны измерений уровня 0—1, 0—2, 0—3 м. Класс точности 2,5. Температура контролируемой среды 10—50 °С, давление в технологическом аппарате до 4 МПа.

Акустические уровнемеры сыпучих сред по принципу действия и устройству аналогичны акустическим уровнемерам жидких сред. Акустические уровнемеры сыпучих сред входят в номенклатуру приборов ГСП и имеют унифицированный токовый сигнал. Они могут быть одноточечными и многоточечными. Многоточечные уровнемеры состоят из нескольких (до 30) первичных измеритель­ных преобразователей акустического типа, каждый из которых размещается на отдельном технологическом аппарате и через ком­мутатор подключаются к промежуточному измерительному преоб­разователю. Уровнемеры выпускаются во взрывобезопасном ис­полнении Классы точности 1,0; 1,5. Минимальный диапазон изме­рений 0—2,5 м, максимальный 0—30 м. Контролируемая среда - гранулы диаметром 2—200 мм.

6.3. Ультразвукові рівнеміри

Дія ультразвукових рівнемірів ґрунтується на ефекті відбиття ультразвукових коливань від поверхні поділу рідина-газ. Рівень рідини визначається часом розповсюдження ультразвукових коливань від випромінювача до границі поділу фаз і назад до приймача ультразвукових коливань.

Принципіальна схема ультразвукового рівнеміра показана на рис. 6.11. Випромінювач 6 і приймач 7 ультразвукових коливань – це звичайно кварцеві п’єзоелементи в герметичному корозійностійкому корпусі. Вони розміщуються всередині цистерни біля дна, визначаючи неконтрольований мінімальний рівень . Від генератора 1 на випромінювач 6 через певні проміжки часу подаються високочастотні електричні імпульси частотою 1 МГц, які п’єзоелементом перетворюються в ультразвукові коливання.Ці коливання розповсюджуються в рідині із швидкістю . Від поверхні поділу фаз висотою ультразвукові коливання відбиваються і з тією ж швидкістю досягають приймача 7. Час від моменту випромінювання до досягнення приймача ультразвуковими коливаннями дорівнює

,

(11.8)

де – швидкість розповсюдження звукових коливань в рідині, яка залежить від виду рідини, її температури і тиску (наприклад, для води при температурі 20 оС і тиску 0,1 МПа ); – поправочний коефіцієнт.

З формули (6.8) виходить, що проміжок часу між випромінюванням і прийняттям ультразвукових коливань при постійній швидкості їх розповсюдження однозначно характеризує рівень рідини.

Ультразвукові коливання приймачем – п’єзоелементом 7 перетворюються на електричні. Електричний сигнал після підсилювача 3 діє на схему вимірювання часу 4. За допомогою синхронізуючого пристрою 2 здійснюється одночасний пуск вимірювача часу і генератора 1. Схема вимірювання часу виробляє електричний сигнал (напругу), пропорційний проміжку часу . Цей сигнал надходить в електровимірювальний прилад (автоматичний потенціометр), шкала якого відградуйована в одиницях вимірювання рівня.

З метою виключення впливу відносного положення рівня рідини, випромінювача і приймача ультразвукових коливань на вимірювання рівня при качці, крені або диференті судна застосовують звуководну трубу (звуковід), який забезпечує відбиття і попадання імпульсів на приймач в будь-яких умовах.

Перевагою ультразвукових рівнемірів є незалежність роботи датчика від питомої електропровідності рідини, а також можливість використання одного й того ж п’єзоелемента як випромінювача так і як приймача внаслідок оборотної дії п’єзоелементів.

Недоліком ультразвукових рівнемірів є залежність показань від температури, а також від наявності в рідині механічних домішок і пузирчиків повітря.

Існують різні модифікації ультразвукових рівнемірів, які відрізняються конструкцією датчиків і змінами в електронних схемах, але принцип дії їх залишається незмінним. Наприклад, в ультразвуковому рівнемірі УЗУ-5 застосовуються два датчика і два електронних блока з метою виключення неправильних показань приладу внаслідок наявності пузирчиків газу в рідині. Цей рівнемір призначений для вимірювання рівня води в закритих резервуарах при тисках до 20 МПа і температурі до 275 оС; діапазон вимірювання від 0…2 м до 0…3,7 м (неконтрольований рівень 0,3 м). Допустима похибка ; ресурс витратоміра складає 10000 годин.

Ультразвуковые УМ.

Ультразвуковой метод (УЗ-метод) измерения уровня получил широкое распространение в промышленности и в различных технологиях. Это объясняется тем, что УЗ-метод обеспечивает бесконтактное измерение уровня агрессивных и взрывоопасных сред при высоких температурах и давлениях, что очень важно для нефтегазового комплекса, который имеет дело в основном со взрывоопасными и легковоспламеняющимися веществами и газами.

На основе УЗ-метода строятся как УМ, так и сигнализаторы уровня. По принципу работы их можно разбить на три группы: УЗ «локации», «прохождения» и «демпфирования».

В УМ, работающих на принципе локации (отражение от границы двух сред) (рис. 7.4,а,б), информативной величиной служит время распространения УЗ импульса () от границы раздела и обратно.

Для ;

,

где h_x – уровень; V_в, V_ж – скорость распространения УЗ-волн в воздухе и жидкости.

Так как V_ж > V_в, то ₁ > ₂.

При локации через газ, воздух необходима большая энергия от излучателя, чем при локации через жидкость из-за рассеяния, но в жидкости появляется зависимость времени прохождения от свойств самой жидкости.

Основываясь на принципе прохождения, изготавливаются сигнализаторы уровня (рис. 7.4,в). Информативной величиной в них является уровень акустических потерь в воздушном зазоре между излучателем и приёмником с одной стороны и контролируемой средой – с другой. Чем ни выше уровень контролируемой среды, тем меньше воздушный зазор, тем меньше рассеяние акустической энергии и больше сигнал на приёмнике. Изменяя расположение передатчика и приёмника, а также регулируя чувствительность приёмника, можно настроить канал на определённый уровень контролируемой жидкости.

Сигнализаторы уровня так же строятся на принципе демпфирования (рис. 3.4,г, д), при котором информативной величиной являются потери энергии УЗ-поля в промежутке между излучателем (пьезо-элементом) и жидкостью. Если потери большие, то колебания автоколебательной системы «пьезоэлемент–генератор» срываются, что сигнализирует о достижении жидкостью требуемого уровня.

а

 

в

 

б