книги из ГПНТБ / Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств учебник

ницаемостью еж и находящегося в среде с диэлектрической про­ ницаемостью еср (для воздуха еср = 1).

Для цилиндрического емкостного преобразователя (рис. 174, а) емкость

lg

для плоского емкостного преобразователя (рис. 174, б) при парал­ лельном расположении пластин емкость

Рис. 175. Схема измере­ Рис. 176. Резонансная схема емкост­ ния емкостными уровне­ ного сигнализатора уровня

мерами:

зователя выполняют из химически стойких сплавов или же каждую из обкладок покрывают тонкой антикоррозионной пленкой (винипластом или фторопластом), диэлектрические свойства которой учитываются при расчете. Покрытие обкладок тонкими пленками, обладающими высокими изолирующими свойствами, применяется также при измерениях уровня электропроводной жидкости.

2 4 0

Принципиальная схема емкостного уровнемера показана на рис. 175. В сосуд с жидкостью 1, уровень которой необходимо измерять, опущен электрод 2, покрытый изоляционным материа­ лом. Электрод вместе со стенками сосуда образует, цилиндри­ ческий конденсатор, емкость которого меняется при колебаниях уровня жидкости. Величина емкости измеряется электронным блоком 3, который затем дает сигнал в блок 4, представляющий собой релейный элемент з схемах сигнализации достижения определенного уровня или указывающий прибор в схемах изме­ рения уровня.

Электрическая емкость измеряется обычно с помощью резо­ нансных и мостовых схем.

При резонансном методе контролируемая емкость, включен­ ная параллельно с индуктивностью, образует резонансный кон­ тур, настроенный на резонанс питают,ей частоты при опреде­ ленной начальной емкости преобразователя, которая соответ­ ствует наличию или отсутствию контролируемого вещества на заданном уровне. Изменение емкости преобразователя приводит к изменению собственной частоты контура и срыву резонанса. Этот метод используется в большинстве емкостных сигнализато­ ров уровня.

На рис. 176 показана принципиальная схема резонансного прибора, использующегося для сигнализации о достижении жидкостью определенного значения уровня. Емкостный сигнали­ затор, показанный на рис. 176, может быть использован для контроля в резервуарах уровня воды, кислотных и щелочных растворов, нефтепродутов, масел и других жидких сред, а также для контроля в бункерах уровня сыпучих материалов.

При заметной разнице диэлектрических проницаемостей двух сред сигнализатор может быть применен для контроля положения границы раздела этих сред.

Основной частью схемы является высокочастотный генератор, собранный на двойном триоде Л (6Н8С). Ai одный контур гене­ ратора состоит из индуктивности Ы и емкости преобразователя П, сеточный — из катушки индуктивности L2 и емкости С1. Сеточ­ ный контур настроен на частоту, близкую к частоте генератора, которая выбирается в пределах 1—2 МГц. Генератор настроен таким образом, чтобы генерация срывалась при изменении уровня среды на величину, большую допустимой. Срыв генерации при­ водит к увеличению анодного тока лампы Л, в результате чего срабатывает реле Р, включенное в анодную цепь лампы. Контакты реле замыкают цепь накаливания ЛН, которая сигнализирует об отклонении контролируемого уровня от заданного значения. При необходимости контакты реле могут быть включены в схему двухпозиционного регулирования уровня. Преобразователь уров­ немера соединяется со схемой с помощью коаксиального кабеля.

В данной схеме срыв генерации может наступить при изменении емкости преобразователя на 5—8 пФ, что часто

соответствует изменению уровня жидкости на несколько милли­ метров.

На рис. 177 представлена электрическая схема сигнализатора уровня (ЭИУ-1), основанная на мостовом методе измерения емкости преобразователя. Контролируемыми средами могут быть прово­ дящие и непроводящие жидкости, порошкообразные и гранули­

рованные материалы.

Уровнемер состоит из емкостного преобразователя, электрон­

ременного тока и диодного детектора. Генератор высокой частоты собран на электронной лампе Л1 (6Н1П). Индуктивность Ы и

С контуром генератора индуктивно связан мост переменного тока, состоящий из индуктивностей L2 и L3, переменного кон­ денсатора СЗ и емкости преобразователя Спр. С помощью кон­ денсатора СЗ мост регулируется в начальный момент, когда уровень измеряемой среды находится на нижнем пределе (уста­ новка нуля). При изменении уровня контролируемой среды изменяется емкость Спр, вследствие чего нарушается равновесие моста.

Высокочастотное напряжение разбаланса, снимаемое с диа­ гонали моста, детектируется диодами Д1—Д4 и через переменное сопротивление Д, через контакты 1 и 2 подается на указатели уровня (контрольный в электронном блоке и дистанционный).

Пределы измерения высоты уровня в резервуаре 0—5 м; максимальное расстояние от электронного блока до дистанцион-

242

ного указателя уровня 1000 м; максимальное давление в резер­ вуаре 2,94 МН/м2 (30 кгс/см2); погрешность не более ±2,5 %.

Омические приборы используются главным образом для сигна­ лизации и поддержания в заданных пределах уровня электро­ проводных жидкостей (кислот, щелочей). Принцип действия омических сигнализаторов основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представля­ ющую собой участок электрической цепи, обладающей определен-

Рис. 178. Схемы включения омического релейного сигнализатора уровня:

а — для контроля одного уровня; б — для контроля двух уровней; в — для контроля двух уровней в емкости из изоляционного материала; г — для кон­ троля трех уровней

ным омическим сопротивлением. Практически омические сигна­ лизаторы уровня могут быть применены для сред с проводимостью от 2 -10 “3 См и выше.

Прибор представляет собой электромагнитное реле, которое включается в цепь, образующуюся между электродом и контро­ лируемым материалом. Схемы включения релейного сигнализа­ тора уровня (рис. 178) могут быть различны в зависимости от типа объекта и количества контролируемых уровней.

На рис. 178, а показана схема включения прибора в токо­ проводящий объект (бункер). В этом случае для контроля одного уровня может быть использован один электрод Э и один провод.

могут быть использованы в качестве второго электрода.

При необходимости сигнализации об аварийном уровне при­ меняется схема, показанная на рис. 178, г (например, управление насосом, откачивающим жидкость из резервуара). При заполне-

нии резервуара до уровня 2V через электрод 2Э включается реле 1Р и своим контактом создает цепь питания через электрод 1Э. При этом включается насос, который откачивает жидкость. Насос будет включен до тех пор, пока уровень не снизится до 1У.

Если уровень жидкости достигнет отметки ЗУ, то через элек­ трод ЗЭ будет включено реле 2Р, включающее резервный нагое в цепи аварийной сигнализации.

Отключение резервного насоса и сигнализации произойдет при снижении уровня до отметки 1У, так как реле 2Р своим контактом создает дополнительную электрическую цепь через электрод 1Э.

В качестве электродов применяются металлические стержни или трубы и угольные электроды (агрессивные жидкости).

Основной недостаток всех электродных приборов — невоз­ можность их применения в средах вязких, кристаллизующихся, дающих твердые осадки и налипающих на электроды преобразо­ вателей.

§ 64* Радиоизотопные уровнемеры

Положение уровня жидкостей или сыпучих материалов в за­ крытых емкостях можно контролировать при помощи проникаю­ щих у-излучений. Измерение уровня основано на поглощении у- лучей при их прохождении через слой вещества. Общее поглоще­ ние интенсивности у-излучения веществом выражается экспо­ ненциальной зависимостью

где Jx — интенсивность лучей после прохождения слоя вещества

природы и толщины вещества.

Зависимость (165) справедлива для узкого и параллельного пучка монохроматического излучения и однородного поглотителя. Если спектр у-излучения состоит из нескольких линий, то ослабле­

циент ослабления выразится так:

2 4 4

Наиболее употребительны изотопы, испускающие у-лучи, —

это Со60 и Cs137.

Возможны три принципиальные схемы радиоизотопных уровне­ меров (рис. 179). Схемы, показанные на рис. 179, а и б, приме­ няются в тех случаях, когда нет доступа в сосуд. Схема, приве­ денная на рис. 179, а, может применяться как сигнализатор максимального или минимального уровня (при неподвижном

Рис. 179. Принципиальные схемы радиоизотопных уровне­ меров:

/ — излучатель; 2— счетчик

излучателе и приемнике излучения) или для непрерывного изме­ рения уровня (уровнемеры со следящей системой).

При небольшом столбе жидкости (до 1 м для легких жидко­ стей) можно применять схему, показанную на рис. 179, б. Схему, показанную на рис. 179, в, целесообразно применять в тех слу­ чаях, когда в сосуд можно поместить поплавок.

Радиоизотопный уровнемер со следящей системой (типа УР-8)

выполнен по схеме, показанной на рис. 179, а. Он предназначен для непрерывного бесконтактного измерения границы раздела двух сред различной плотности: газ—жидкость, жидкость— жидкость; газ—твердое или сыпучее тело; жидкость—твердое или сыпучее тело; условный уровень кипящей жидкости.

Действие прибора основано на сравнении интенсивности потоков у-лучей, проходящих выше или ниже уровня раздела

ник излучения и устройство для перемещения системы ис­ точник—приемник; б) электронного блока; в) показывающего прибора.

2 4 5

Преобразователь с помощью фланцев 4 присоединяется к вер­ тикальным трубкам 2, установленным внутри объекта измерения. Расположенный в герметичном корпусе преобразователя ревер­ сивный двигатель 6 через червячную передачу 7 вращает барабан 8, на котором укреплена стальная лента 3. На концах ленты свободно висят источник излучения 1 и приемник излучения 13. Электри­ ческий сигнал с приемника излучения через гибкий кабель 11, который при перемещении приемника фиксируется в определенном

Рис. 180. Схема радио­ изотопного уровнемера со следящей системой:

двигатель; 7 — червячная

свинцовая пробка

положении при помощи ролика 14 с грузом, передается на электрон­ ный блок. Лента 3 проходит через зубчатый ролик 9, на оси кото­ рого расположен первичный сельсин 10.

Вторичный сельсин находится в показывающем приборе. Ось вторичного сельсина через редуктор связана со стрелками показывающего прибора 12, который имеет две шкалы, градуи­ рованные в метрах и сантиметрах. В показывающем приборе имеется преобразователь, преобразующий угловые перемещения оси вторичного сельсина, пропорциональные положению уровня, в стандартный пневматический сигнал. Стандартная индукцион­ ная катушка служит для связи с вторичными приборами диф­ ференциально-трансформаторной системы.

Для обеспечения радиационной защиты персонала при транс­ портировке, монтаже, ремонтных работах внутри объекта изме­ рения источник излучения перемещается автоматически в свин­ цовый контейнер 5. Отверстие в контейнере при этом закрывается свинцовой пробкой 15, жестко связанной с источником. Диапазон измерения уровня прибором до 10 м, основная погрешность измерения не превышает 1 см.

246

§ 65* У льтразвуковы е уровнемеры

Ультразвуковые уровнемеры позволяют измерять уровень при отсутствии контакта с измеряемой средой и в труднодоступ­ ных местах. В ультразвуковых уровнемерах обычно используется принцип отражения звуковых волн от границы раздела жидкость— газ (воздух).

На рис. 181 показана блок-схема ультразвукового уровне­ мера, работающего на отражении звука от границы сред. Прибор состоит из электронного блока, пьезоэлектрического излучателя (преобразователя) и вторичного прибора (автоматического потен­ циометра).

Электронный блок состоит из генератора 1, задающего частоту повторения импульсов; генератора импульсов 2, посылаемых

визмеряемую среду; приемного усилителя 4\ измерителя вре­ мени 5. Генератор 1 управляет работой генератора 2 и схемой измерения времени. Частота импульсов 300 Гц. Генератор 2 формирует короткие импульсы для возбуждения пьезоэлектри­ ческого излучателя 3. Электрический импульс, преобразованный

вультразвуковой с помощью пьезоэлектрического излучателя, распространяется в жидкой среде, отражается от границы раз­ дела жидкость—воздух, возвращается обратно, воздействуя спустя некоторое время на тот же излучатель, и преобразуется в электри­

ческий. Оба импульса, посланный и отраженный, разделенные во времени, поступают на усилитель.

Уровень жидкости в резервуаре определяется по времени запаздывания отраженного сигнала относительно посланного.

При любой температуре воды скорость распространения ультра­

звука а = 1557 — 0,0245 (74 — /°)2-

Постоянное напряжение, пропорциональное времени запазды­ вания отраженного сигнала (уровню), получаемое в измерителе времени, подается на вторичный прибор.

247

§ 66,: У ровнем еры для сы пучих тел

Для ряда технологических процессов в химической промышлен­ ности нередко возникает необходимость непрерывного измере­ ния уровня сыпучих материалов в бункерах. Для этой цели наибольшее применение имеют поплавковые, электрические емко­ стные, радиоизотопные и весовые уровнемеры.

Работа поплавкового уровнемера с поплавком постоянного погружения основана на поддерживающей способности сыпучего тела, выражающейся в том, что опущенный на открытую по­ верхность поплавок прибора не проваливается в глубь сы­ пучего материала. Схема по­ плавкового уровнемера для из­

Весовые уровнемеры сыпучего материала применяются в тех случаях, когда подвеска бункера не вызывает конструктивных осложнений и загрузка и выгрузка материала производятся не рывками, а равномерным потоком. В качестве преобразова­ телей в этом случае могут быть использованы различные весовые устройства. Так, в качестве преобразователя предельного уровня, если бункер покоится на опорных пружинах, могут быть исполь­ зованы конечные выключатели. При нагружении бункера про­ исходят сжатие опорных пружин и линейное перемещение бун­ кера по вертикали. Штанга, укрепленная на бункере, взаимо­ действуя с конечными выключателями, обеспечивает срабатыва­ ние при наполнении и опорожнении бункера.

В качестве преобразователей весовых уровнемеров могут использоваться мессдозы. В этом случае измеряется давление, передаваемое на опору бункера. Это давление является функцией наполнения бункера материалом.

2 4 8