6.2. Механические уровнемеры

В основном наибольшее распространение в ЦБП нашли пьезометрические и реже поплавковые уровнемеры.

Принципиальная схема поплавкового уровнемера показана на рис. 6-1. Изменение уровня жидкости в резервуаре 1 прослеживается поплавком 2 и с помощью гибкой связи 3, пере­кинутой через ролики 4, передается указателю, показывающему по рейке 5 значение измеренного уровня. Масса гибкой связи уравновешивается грузом 6.

Чувствительность такого уровнемера достигается уменьше­нием момента трения в осях роликов и подбором оптимальных размеров осей, роликов, поплавка, троса и противовеса.

В ЦБП наибольшее применение нашли уровнемеры с буйко­вым чувствительным элементом, в которых изменение уровня приводит к изменению массы буйка (поплавка с отрицательной плавучестью).

Принципиальная схема буйкового датчика уровня типа УБ-9 приведена на рис. 6-2. Он состоит из первичного буйкового пре­образователя 1 и электросилового стандартного преобразова­теля II ЭСП ГСП (см. гл. 9).

Первичный преобразователь уровня состоит из рычажной си­стемы 4 и 7, которая связана с чувствительным элементом в виде буйка 3 с помощью призмы 5. Вывод рычага 4 из по­лости установки буйка в емкости осуществляется через одно-гофровую металлическую мембрану /. Начальная масса буйка уравновешивается специальной массой 6 навинчиванием ее на плечо дополнительного рычага 7. Крепление первичного буйко­вого преобразователя к объекту осуществляется с помощью фланца 2.

Перемещение, развиваемое рычагом 4, компенсируется уси­лием, раздаваемым в электросиловом преобразователе //.

Буйковые датчики уровня ГСП выпускаются двух модифи­каций: УБ-Э с электрическим выходным сигналом постоянного тока и УБ-П с пневматическим выходным сигналом. В послед­них используются пневмосиловые преобразователи ГСП. Устрой­ство этих датчиков уровня таково, что позволяет настраивать их на различные пределы измерения уровня (изменением пере­даточного отношения рычажной системы 4 и 6 и настройкой на­чала измерения массой рычага 7).

Буйковые датчики уровня предназначены для определения ровня жидкостей, находящихся под атмосферным избыточным и вакуумметрическим давлением, и работы в комплекте со вто­ричными приборами и регуляторами ГСП в ИИС и АСУ. Основ­ная приведенная погрешность этих датчиков составляет ±0,6 и ±1,0%.

В ЦБП широкое распространение получили прямые регуля­торы уровня на основе буйковых и поплавковых измерительных преобразователей.

Устройство, характеристики и область применения промыш­ленных буйковых и поплавковых уровнемеров и прямых регуля-оров уровня приведены в [1, 40, 46].

Пьезометрические уровнемеры основаны на из­мерении высоты столба жидкости по давлению, которое создает тот столб:

где Н — высота столба жидкости (газа); р — плотность жидкости (газа).

183

Если р=const, то H=f(P), т. е. приборы для измерения дав­ления служат уровнемерами. Если #=const, то р=/(Р) и при­боры для измерения давления градуируются как плотномеры (см. 7.4).

В пьезометрических уровнемерах измеряют либо давление столба жидкости Р_ж (такие уровнемеры иначе называются гид­ростатическими) , либо давление воздуха Р_в, продуваемого через столб жидкости. В последнем случае они называются барботаж-ными или пневмометрическими.

И при атмосферном давлении, а особенно в закрытых емко­стях, давление над жидкостью не остается неизменным. Если

е iP_e=fim

Рис. 6-3

для уровнемеров использовать манометры, то их показания бу­дут зависеть от изменения давления над жидкостью. В системах точного измерения уровня необходимо применять дифмано-метры. Второй вход дифманометра для открытых емкостей •соединяется с атмосферным давлением, для закрытых емко­стей — с пространством над жидкостью.

Гидростатические пьезометрические уровнемеры широко ис­пользуются для измерения уровня жидкостей, суспензий и пульп (например, целлюлозной или бумажной массы) в ЦБП. Схемы их установки приведены на рис. 6-3, а, б, в, г.

Для измерения уровня жидкости с уравнительными, раздели­тельными сосудами и непосредственно фланцевыми приборами наиболее широко используются манометры и дифманометры си­стемы ГСП. Для дистанционного измерения уровней применя­ются датчики манометров и дифманометров системы ГСП, кото­рые имеют стандартные пневматические и электрические анало­говые сигналы. Эти датчики работают с пневматическими или электрическими аналоговыми приборами. Основными типами ма­нометрических и дифманометрических датчиков ГСП, исполь­зуемых в ЦБП для преобразования уровня в стандартные сиг­налы, являются мембранные и сильфонные датчики (см. гл. 4). На рис. 6-3, в изображена схема установки специализированного фланцевого уровнемера с отбором давления с помощью мем­бранного датчика.

Недостаток пьезометрических гидростатических уровнемеров (см. рис. 6-3, а, б, в) заключается в необходимости нарушения герметичности емкости при их установке, что не всегда воз­можно. Поэтому предлагается отбор давления производить с по­мощью мембранных датчиков, вмонтированных в торцевую по­верхность защитной для импульсной трубки арматуры (рис. 6-3, г). Такое устройство наименее подвержено залипанию и забиванию веществом, уровень которого измеряется, и удобно для установки, осмотра и профилактической очистки в той же мере, что и схемы барботажных пьезометрических измерителей уровня (рис. 6-3, <?).

В барботажных пьезометрических уровнемерах (рис. 6-3, д, е) используют идею гидравлического затвора, устанавливающего предельное давление в пневматической системе, пропорциональ­ное уровню вещества. При этом

Р_м>Р„ж+£Яр = Р_в, (6-2)

где Р_нж — давление над жидкостью; Р_в—давление воздуха; Р_м — давление, измеряемое манометром.

Отметим особенности барботажных уровнемеров, связанные с наличием у них дополнительных погрешностей преобразова­ния уровня в давление по сравнению с гидростатическими уров­немерами:

1. Знак неравенства в выражении (6-2) связан с тем, что давление воздуха Р_в больше, чем давление Р_м, измеряемое при­бором, на величину потерь ДР на участке от места измерения давления прибором до конца пьезометрической трубки, где про­исходит сравнение давления воздуха с давлением жидкости и над жидкостью. В связи с этим измерители давления (или пере­пада давления) следует устанавливать как можно ближе к пьезометрической трубке для уменьшения величины ДР.

2. Пьезометрическая трубка, через которую продувается воз-Дух, представляет для воздуха сужающее устройство. Изменение скорости (расхода) воздуха приводит к перепаду давления, не связанному с изменением уровня, что вносит неопределен­ность в измерение уровня. Поэтому при установке барботажных пьезометрических уровнемеров необходимо организовать посто­янный и малый расход (приблизительно 10—20 л/ч) чистого воздуха через пьезометрическую трубку. Это осуществляется с помощью фильтра воздуха, редуктора давления, ротаметра •и регулятора расхода воздуха, помещаемых на питающем воз­духопроводе.

1. Размеры пьезометрической трубки не должны изменяться в процессе эксплуатации (например, под действием темпера­туры). Для правильного измерения уровня барботажную си­стему либо используют там, где температура вещества изме­няется в небольших пределах, либо применяют материалы для трубки с малым температурным коэффициентом линейного рас­ширения.

3. Для периодической очистки и промывки пьезометрических трубок, особенно при установке их в емкостях с массой, к ним подводят воду под высоким давлением Р_ВОды = 0,5-=-0,7 МПа (рис. 6-3, д).

Считается, что схема 6-3, е более удобна для обслуживания пьезометрической трубки. Однако при этом необходимо помнить, что, кроме нарушения герметичности емкости и трудностей, свя­занных с необходимостью ее сохранить в периоды осмотров, такая система теряет преимущества доступности схем, показан­ных на рис. 6-3, г и д.

Дифманометры в комплекте с пьезометрической трубкой (рис. 6-3, д) можно использовать не только для открытых емко­стей, но и для закрытых в случае, если давление воздушной по­душки над жидкостью незначительно, а его изменения весьма медленны.

Верхний предел измерения уровня по шкале пьезометриче­ских дифманометров-уровнемеров определяется значениями

Л = 0-10", (6-3)

где а — принимается из ряда 1; 1,6; 2,5; 4; 6,0; и— целое (положительное или отрицательное) число или нуль.

Следует подчеркнуть, что по точности, простоте и надежности из пьезометрических уровнемеров наиболее предпочтительны гидростатические, построенные по схеме 6-3, а, б, в, г, из-за пе­речисленных выше (пп. 1—4) недостатков барботажных пьезо­метрических уровнемеров.