Ультразвуковой и акустический уровнемеры

Рис. 2.23

1-излучатель; 2-электронный блок

Вопросы к размышлению:

1. Перечислите основные виды измерения уровня.

2. На каком принципе основан поплавковый уровнемер?

3. На каком принципе основан буйковый уровнемер?

4. Опишите принцип измерения уровня дифманометрами.

5. Перечислите основные типы электрических уровнемеров.

2.7. Анализаторы состава свойств веществ

2.7.1. Анализаторы на кислород

Содержание (концентрация) кислорода является важным показателем качества ряда продуктов нефтепереработки, а также мерой обеспечения безопасности технологических производств. Регламентирование содержания кислорода в дымовых газах технологических печей и котлов характеризует оптимальность процесса горения для обеспечения экономии топлива.

Существует необходимость измерения содержания кислорода в широком диапазоне концентраций (от 10^-4% =1ррт до 100%).

На сегодняшний день отсутствуют анализаторы (индивидуальные) содержания кислорода, позволяющие охватить весь требуемый диапазон. В зависимости от состава анализируемой среды подбирается тот или иной метод измерения.

Термомагнитные анализаторы кислорода

Термомагнитный анализатор кислорода

Действие этих газоанализаторов основано на парамагнитных свойствах кислорода, который обладает наибольшей магнитной восприимчивостью по сравнению с другими газами, входящими в газовую смесь. Ввиду трудности непосредственного измерения магнитной восприимчивости газовой смеси, используется косвенный метод измерения, использование термомагнитной конвекции, которая возникает в неравномерном магнитном поле около нагретого тела, окруженного парамагнитным газом. Движение газа влияет на теплоотдачу и нагревательного элемента, что приводит к изменению его температуры и сопротивления. Изменение сопротивления пропорционально содержанию контролируемого компонента (кислорода).

Датчик таких анализаторов выполнен в виде кольцевой камеры с поперечной перемычкой из стеклянной трубки. На поперечной трубке расположены нагревательные обмотки (спирали) R₁ и R₂ из тонкой платиновой проволоки. Обе эти обмотки включены в схему моста постоянного тока (рис. 2.24) и нагреваются от источника до температуры 200-250⁰С. Одна из обмоток расположена между полюсами постоянного магнита, создающего неоднородное магнитное поле. При появлении в анализируемой смеси кислорода он втягивается в неоднородное магнитное поле, нагревается и частично теряет свои парамагнитные свойства и выталкивается из магнитного поля более холодным газом. В результате этого в трубке возникает непрерывный поток газа, это есть так называемое термомагнитная конвекция.

Этот поток, скорость которого зависит от процентного содержания кислорода в смеси, вызывает изменение температуры секции спирали, что приводит к разбалансу мостовой схемы. Разбаланс, измеряемый прибором ИП, является мерой концентрации кислорода в анализируемой смеси.

Измерительная схема термомагнитного анализатора

Рис 2.24

Твердоэлектролитные (циркониевые) анализаторы кислорода

Для обеспечения максимального КПД печей, одним из самых распространенных узлов установок нефтепереработки, необходимо обеспечивать требуемый избыток воздуха, подаваемого на горелки. Кроме того, требуется контролировать уровень вредных выбросов в атмосферу (в частности СО), тоже зависящий от избытка воздуха. Прямых методов непосредственного измерения коэффициента избытка воздуха не существует поэтому он определяется по косвенным параметрам, и в частности по концентрации кислорода в дымовых газах..

Конструкция анализатора

Циркониевый анализатор кислорода представляет собой твердотельное электролитическую ячейку, где в качестве твердого электролита используется керамика на основе двуокиси циркония, обладающим ионной проводимостью при повышенных температурах, при чем ионная проводимость определяется ионами только одного вида – ионами кислорода. Если установить два электрода (из пористой пластины), отгородив их перегородкой из твердого электролита, то при разной концентрации в районе каждого электрода меду ними возникает ЭДС, зависящая от соотношения этих концентраций. Если поддерживать концентрацию у одного из электродов постоянной (постоянно продувая воздухом КИП), то ЭДС ячейки будет зависеть от концентрации кислорода у другого электрода. ЭДС ячейки зависит не только от соотношения концентраций, но и от температуры ячейки, поэтому ячейка, выполненная в виде таблетки или пробирки помещается в трубчатую печь с контролируемой температурой нагрева.

В настоящее время на НПЗ применяется циркониевые анализаторы фирм ROSEMOUNT (США),KENT-TAULOR (Англия), а также анализаторы, выпускаемые отечественной промышленностью: ТДК- ЗМ, ГТМ.

Диапазон измерения этих анализаторов 0-25% О₂. Погрешность 25% (относительная).

Нужно сказать, что твердоэлектролитные ячейки находят широкое применение и в другой области – при определении микроконцентраций кислорода в газовых средах, в частности, на воздухоразделительных установках и установках получения и очистки инертных газов.

Так, промышленный автоматический газоанализатор кислорода типа (Флюорит), применяемый для непрерывного измерения концентраций кислорода в инертных газах и азоте, диапазон измерения 10^-6 100% О₂. Основная погрешность от диапазона измерения  410%.