7.Засоби вимірювання рівня. Монтаж, реомнт та налагодження буйкових, поплавкових, ультразвукових, ємкісних, акустичних рівнемірів.
Рівнемір – прилад, призначений для визначення рівня вмісту у відкритих і закритих резервуарах, сховищах і так далі. Під вмістом розуміють різноманітні види рідин, у тому числі і газотвірні, а також сипкі і інші матеріали. Рівнеміри також називають датчиками сигналізаторами рівня, перетворювачами рівня. Головна відмінність рівнеміра від сигналізатора рівня – це можливість виміряти градації рівня, а не тільки його граничні значення.
В промисловому виробництві в наш час існує різноманітний ряд технічних засобів, вирішальних задачу вимірювання і контролю рівня. Засоби вимірювання рівня реалізують різноманітні методи, засновані на різних фізичних принципах. До найпоширеніших методів вимірювання рівня, які дозволяють перетворити значення рівня в електричну величину і передавати її значення в системи АСУ ТП відносяться:
контактні методи:
‒поплавковий;
‒ємнісний;
‒гідростатичний;
‒буйковий;
безконтактні методи:
‒зондування звуком;
‒зондування електромагнітним випромінюванням;
‒зондування радіаційним випромінюванням.
Найбільш розповсюдженим типом рівнемірів є прилади, які вимірюють рівень по тиску, що створюється рідиною. В якості вимірювальних приладів використовують дифманометри різних типів. Застосування дифманометрів у якості рівнемірів дає змогу вимірювати рівень у великих діапазонах, як у відкритих, так і в закритих ємностях, в тому числі і знаходяться які під тиском. Правила установки відбірних пристроїв, під єднання і установка дифманометрів аналогічні правилам під єднання дифманометрів витрати.
Для вимірювання рівня за допомогою двох стовпів рідини: вимірювального, висота якого змінюється і порівняного, висота якого залишається весь час постійною. Казисному значенню рівня в ємності відповідає відповідний перепад тиску, що дає змогу по величині перепаду, вимірюваного дифманометром, судячи по положенню рівня. Для створення порівнювального рівня рідини використовують зрівнювальні посудини, наповнені тією ж рідиною, яка є в використовуваному резервуарі.
На практиці використовують два види установок зрівнювальних посудин: з верхнім та нижнім їх розміщеннями. При верхньому, найбільш поширеному виді розміщення, зрівнюючи посудина встановлюється так, що б рівень в ній співпадав по висоті резервуара (рисунок 5.1).
В даному випадку з’єднувальна лінія зрівнювальної посудини з’єднується з плюсовою камерою дифманометра, а його показання будуть протилежні величині вимірювального рівня. Схема, зображена на рисунку 5.1, використовується для змінення рівня в резервуарі, який знаходиться під тиском. Об’єм над рідиною у зрівнювальній посудині має бути пов’язаним з газовим об’ємом контрольованої ємності. Сама посудина розраховується на статичний тиск, який встановлюється в системі. При нижньому розміщенні рівень рідини в зрівнювальній посудині повинен відповідати нижньому вимірювальному значенню рівня у контрольованому середовищі (рисунок 5.2). Для цього випадку з’єднувальна лінія зрівнювального пристрою здується з мінусовою камерою (зрівнювальної посудини) дифманометра.
На рисунку 5.3 приведений прилад установки дифманометра для вимірювання рівня води у барабані парового котла з використанням двокамерної зрівнювальної посудини.
Зрівнювальна посудина такого типу під’єднується до штуцерів на барабані котла. Внутрішня порожнина камери постійного рівня зроблена у вигляді трубки, розташованої всередині посудини постійного рівня. Щоб зменшити теплові витрати, посудину покривають шаром ізоляції. В цій системі використовуються вентилі спеціального типу.
Поплавковий рівнемір
Поплавковий датчик – поширений тип пристрою для індикації та видачі імпульсу про рівень рідини або сипкої маси в ємностях.
Поплавковий датчик входить до складу систем візуального чи автоматичного контролю та регулювання технологічними процесами, контролю рівня речовин в ємностях. П. д. – порожнисте тіло обтічної форми, об’ємна маса якого відповідає густині контрольованого шару речовини. Для робочого діапазону значень рівня виконується тарування шкали вимірювання.
Застосовуються для безперервного контролю рівнів в основному чистих рідин. Для реєстрації контрольованого рівня досить кінематично зв’язати переміщення поплавка з будь-яким перетворювачем переміщення і передати отриманий сигнал на вторинний прилад.
Ультразвуковий рівнемір:
Ультразвуковий рівнемір призначений для безконтактного вимірювання рівня різних рідин і дистанції до кордону розділу середовищ. Може використовуватися в якості сигналізатора або далекоміра. Дозволяє визначати середній рівень і перепад рівнів у двох точках, наповнення та об'єм рідини в резервуарах з відомими об'ємними характеристиками. Максимальна вимірювана відстань до 15 м.
Рівнемір застосовується для визначення рівня різноманітних середовищ у відкритих і закритих резервуарах або інших ємностях. В якості вимірювального середовища можуть виступати різні рідини, а також сипкі матеріали.
Основна відмінність рівнеміра від сигналізатора рівня – це здатність вимірювати рівень в динаміці, а не тільки граничні значення.
Ємнісний рівнемір
Ємнісний рівнемір – один з типів електричних датчиків – вимірників рівня. Заснований на принципі вимірювання рівня рідини в резервуарі за допомогою вимірювання електричної ємності датчика.
Датчик ємнісного рівнеміра являє собою електричний конденсатор, що складається з двох обкладок – ізольованих провідників, поміщених в резервуар з рідиною, рівень якої вимірюється. Рідина може вільно проникати в простір між обкладками. Сигналом зміни рівня рідини в резервуарі є зміна електричної ємності датчика.
При зміні рівня рідини в резервуарі змінюється відносна діелектрична проникність простору між обкладками конденсатора в результаті зміни рівня рідини, оскільки діелектрична проникність рідини і середовища без неї (наприклад, повітря) в загальному випадку різна. В результаті змінюється і електрична ємність датчика.
Ємнісні рівнеміри використовуються також для вимірювання рівня сипучих середовищ (піску, борошна іт. д.). Ємнісні рівнеміри використовують для вимірювання рівня зміни ємності перетворювача, викликаного зміною рівня рідини. Рівнеміри такого типу можуть застосовуватися для виміру як неелектропровідних, так і електропровідних рідин. Вони придатні для виміру рівня в широкому діапазоні тисків і температур агресивних і неагресивних середовищ. Їх показання залежать від діелектричної проникності середовища, яка може змінюватися з температурою. Застосування компенсаційних ємностей дозволяє істотно зменшити цей вплив, але не виключає його цілком. Електронна схема ємнісних рівнемірів достатньо складна, що обмежує їх широке поширення.
Найпростіший первинний перетворювач ємнісного приладу являє собою електрод 1 (металевий стрижень або провід), розташований у вертикальній металевій трубці 2 (рисунок 7. 1). Стрижень разом із трубою утворюють конденсатор. Ємність такого конденсатора залежить від рівня рідини, тому що при його зміні від нуля до максимуму діелектрична проникність буде змінюватися від діелектричної проникності повітря до діелектричної проникності рідини.
Переваги ємнісних рівнемірів: простоти, зручності монтажу та обслуговування, надійності і потенційно високої точності (відомі ємнісні рівнеміри, основна похибка яких не перевершує 0, 1-0, 2%) ємнісні рівнеміри знаходять широке застосування в промисловості. До недоліків ємнісних рівнемірів відносяться: висока чутливість до зміни електричних властивостей рідин, обумовлених зміною їх складу, температури і т. п., поява на елементах датчика електропровідної плівки внаслідок хімічної активності рідини, конденсації її пари, налипання самої рідини на контактні в ному елементи.
Буйкові рівнеміри
У буйкових рівнемірах застосовується нерухомий занурений у рідину буй 3. Принцип дії буйкових рівнемірів базується на тому, що на занурений буй діє з боку рідини виштовхуюча сила F. За законом Архімеда ця сила дорівнює вазі рідини, витиснутої буйком. Але кількість витиснутої рідини залежить від глибини занурення буя, тобто від рівня в ємності H. Таким чином, у буйкових рівномірах рівень H, який вимірюється, перетворюється на пропорційну йому виштовхуючу силу. Тому залежність виштовхуючої сили від рівня, який вимірюється, лінійна.
У буйкових рівнемірах УБ-П і УБ-Е буй передає зусилля на важіль 1 проміжного перетворювача сили в уніфікований сигнал 2. Вихідний сигнал першого рівнеміра – уніфікований пневматичний, іншого – уніфікований електричний сигнал (постійний струм).
Принцип дії буйкових рівнемірів дозволяє в широких межах змінювати їх діапазон виміру. Це досягається як заміною буя, так і зміною передатного підиймаючого механізму проміжного перетворювача. Рівнеміри УБ можуть вимірювати рівень у межах від 0-40 мм до 0-16 м.
Застосування буйкових, а так само і поплавкових рівнемірів ускладнено в агресивних рідинах і середовищах з осадами, що випадають. Для дистанційного виміру рівня рідини застосовуються буйкові рівнеміри з уніфікованим електричним або пневматичним сигналом типів УБ-Е й УБ-П. Вимірювальні схеми рівнемірів побудовані за принципом компенсації зусиль.
Головною особливістю буйкових рівнемірів є можливість вимірювання рівня кордону розділу двох рідин. Недоліком буйкових рівнемірів є залежність їх точності від щільності і температури вимірюваного середовища, обмеженість використання для великих (понад 16 м) діапазонів вимірювання рівнів рідин.