Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы управления химико-технологическими процессами. Учебно-методическое пособие
.pdf
6.2. ПОПЛАВКОВЫЙ УРОВНЕМЕР
Поплавковые уровнемеры применяются для измерения уровня
в открытых и закрытых емкостях неагрессивных сред.
Поплавок перемещается вместе с жидкостью по штоку, в котором
находится цепочка сопротивлений и герконов. Под воздействием
магнитного поля поплавка происходит срабатывание геркона, напротив которого установился поплавок вместе с уровнем раздела сред, и
уровень жидкости пропорционален результирующему сопротивлению датчика, которое преобразуется в выходной сигнал 4–20 мА.
В поплавковых магнитострикционных уровнемерах для определения положения поплавка используется магнитострикционный эффект.
Магнитострикционные уровнемеры осуществляют непрерывное
измерение уровня, в отличие от герконовых уровнемеров, в которых
выходной сигнал является, строго говоря, дискретным. На показания
магнитострикционных уровнемеров не влияют физические и химические параметры жидкости, такие как температура, проводимость, диэлектрическая проницаемость, давление, вспенивание, вакуум, конденсация, парообразование, образование пузырьков, кипение.
6.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ
И СИГНАЛИЗАТОРЫ УРОВНЯ
В электрических уровнемерах уровень жидкости преобразуется
в электрический сигнал. Из электрических уровнемеров наибольшее
распространение получили ёмкостные и омические, датчики которых
отличаются простой конструкцией, высокой надежностью, взрывозащищенностью.
Ёмкостные уровнемеры. Работа таких уровнемеров основана
на различии диэлектрической проницаемости жидкостей и воздуха
(рис. 6.2).
Изменение электрической емкости первичного преобразователя
Сх производится неуравновешенным мостом, плечами которого являются индуктивности L и L2.
81
Рис. 6.2. Емкостный уровнемер:
а – устройство датчика, б – электрическая схема уровнемера;
1 – электрод; 2 – труба
Емкость С и емкость первичного преобразователя при изменении
уровня изменяется, что приводит к изменению выходного напряжения моста U.
Простейший первичный преобразователь емкостного прибора
представляет собой электрод, расположенный в вертикальной металлической трубке. Стержень вместе с трубой образует конденсатор.
Емкость такого конденсатора зависит от уровня жидкости, так как
при его изменении от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости воздуха
до диэлектрической проницаемости жидкости.
Емкостные уровнемеры могут измерять уровень не только жидкостей, но и твердых сыпучих материалов: цемента, извести и т.п.
6.4. ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ
Измерение уровня гидростатическими уровнемерами сводится
к измерению гидростатического давления Р, создаваемого столбом
жидкости h постоянной плотности ρ, согласно равенству P = ρgh.
Гидростатические уровнемеры применяются для однородных
жидкостей в емкостях без существенного движения рабочей среды.
Недостатком всех гидростатических уровнемеров является влияние
изменения плотности жидкости (либо температуры), которое может
привести к возникновению существенной погрешности измерений.
82
6.5. ОМИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ
Омические уровнемеры используют главным образом для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня электропроводных
жидкостей (кислот, щелочей). Принцип действия омических сигнализаторов основан на замыкании электрической цепи источника питания
через контролируемую среду, представляющую собой участок электрической цепи с определенным омическим сопротивлением.
Прибор представляет собой электромагнитное реле, включаемое
в цепь между электродом и контролируемым материалом. Схемы
включения релейного сигнализатора уровня (рис. 6.3) могут быть
различными в зависимости от типа объекта и числа контролируемых
уровней. На рис. 6.3, а показана схема включения прибора в токопроводящий объект. В этом случае для контроля одного уровня У можно
использовать один электрод Э, одно реле Р и один провод. При контроле двух или более уровней (У1 и У2 – рис. 6.3, б) требуется соответствующее число реле и электродов РI, Р2 и Э1, Э2.
Рис. 6.3. Схемы включения омических уровнемеров
На рис. 6.3, в приведена схема, применяемая в случаях, когда
стенки емкости нельзя использовать в качестве второго электрода.
При необходимости сигнализации об аварийном уровне используют схему, приведенную на рис. 6.3, г (например, управление насосом, откачивающим жидкость из резервуара).
83
В качестве электродов применяют металлические стержни или
xJJ
x
exp
0
x
J
0
J
трубы и угольные электроды (агрессивные жидкости).
Основной недостаток всех электродных приборов – невозможность их применения в средах вязких, кристаллизующихся, образующих твердые осадки и налипающих на электроды преобразователей.
6.6. РАДИОИЗОТОПНЫЕ УРОВНЕМЕРЫ
Положение уровня жидкостей или сыпучих материалов в закрытых емкостях можно контролировать с использованием проникающего Z-излучения. Измерение уровня основано на поглощении у-лучей
при прохождении их через слой вещества. Интенсивность
Z-излучения при поглощении его веществом выражается экспоненциальной зависимостью:
,
где
– интенсивность y-лучей после прохождения слоя вещества
толщиной х;
– начальная интенсивность у-излучения;
– коэффициент ослабления у-излучения, зависящий от природы
и толщины слоя вещества.
Возможны три принципиальные схемы радиоактивных уровнемеров (рис. 6.4).
Рис. 6.4. Принципиальные схемы радиоактивных уровнемеров
84
Схемы, изображенные на рис. 6.4, а и б, применяют в случаях,
когда излучатель нельзя поместить в сосуде. Схему, показанную
на рис. 6.4, а, можно использовать в качестве сигнализатора максимального или минимального уровня (при неподвижных излучателе
приемнике излучения 2 или для непрерывного измерения уровня
(уровнемеры со следящей системой)).
При небольшой высоте столба жидкости (для легких жидкостей
до 1 м) можно применять схему, показанную на рис. 6.4, б. Схему,
приведенную на рис. 6.4, в, целесообразно применять в случаях, когда
в сосуд можно поместить поплавок.
Радиоизотопный уровнемер со следящей системой типа УР-8 (см.
рис. 6.4, а) предназначен для непрерывного бесконтактного контроля
границы раздела двух сред различной плотности: газ – жидкость, жидкость – жидкость, газ – твёрдое или сыпучее тело, жидкость – твёрдое
или сыпучее тело, кипящая жидкость – пар (условный уровень).
Действие прибора основано на сравнении интенсивностей потоков у-лучей, проходящих выше или ниже уровня раздела двух сред
равной плотности.
6.7. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ И АКУСТИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ
Акустические, ультразвуковые и радарные относятся к бесконтактным, это значит, что их чувствительный элемент не имеет контакта с измеряемой средой.
В акустических и ультразвуковых уровнемерах реализуется метод, основанный на использовании эффекта отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела двух сред с различными акустическими сопротивлениями (метод локации или эхолокации).
В уровнемерах, называемых ультразвуковыми, используется метод локации уровня со стороны жидкости (рис. 6.5, б). Как видно,
чувствительный элемент все же контактирует с измеряемой средой.
Поэтому ультразвуковые уровнемеры могут быть использованы для
измерения уровня только однородных жидкостей, но при высоком
избыточном давлении.
85
Рис. 6.5. Акустические (а) и ультразвуковые (б) уровнемеры
Однако широкого распространения в промышленности они
не получили.
В уровнемерах, называемых акустическими (рис. 6.5, а), используется метод локаций уровня жидкости через газовую среду.
Достоинством этого метода является то, что акустическая энергия, посланная в объект для измерения уровня жидкости, распространяется по газовой среде. Что гарантирует универсальность по отношению к различным жидкостям, уровень которых необходимо измерить, а также высокую надежность первичных преобразователей, не
контактирующих с жидкостью.
Акустические уровнемеры чувствительны к изменению давления,
температуры и составу газовой среды, находящейся над жидкостью,
так как от этих параметров зависит скорость ультразвука.
Акустические уровнемеры не могут быть использованы для измерения уровня жидкостей, находящихся под высоким избыточным
и вакуумметрическим давлением.
6.8. РАДАРНЫЕ УРОВНЕМЕРЫ
В радарных системах контроля уровня применяются преимущественно две технологии: с непрерывным частотно-модулированным
излучением и импульсным излучением сигнала.
Импульсный метод заключается в измерении времени запаздывания принятого импульса относительно излученного.
86
Принцип действия уровнемеров с непрерывным частотно-
Рис. 6.6. Схема поплавкового уровнемера
для измерения уровня сыпучих тел
модулированным излучением заключается в следующем. Микроволновый генератор датчика уровня формирует радиосигнал, частота которого изменяется во времени по линейному закону – линейный частотно-модулированный сигнал.
Характеристикой, влияющей на формирование сигнала, является
размер и тип антенны.
Радарным уровнемерам присущи отсутствие контакта с контролируемой средой, что позволяет их успешно использовать для измерения
уровня агрессивных, вязких и неоднородных материалов; гораздо
меньшая чувствительность к высоким температурам и давлению в резервуаре по сравнению с акустическими уровнемерами; большая
устойчивость к таким явлениям, как испарения и запыленность.
6.9. УРОВНЕМЕРЫ ДЛЯ СЫПУЧИХ ТЕЛ
При осуществлении ряда технологических процессов в химической
промышленности нередко возникает необходимость непрерывного измерения уровня сыпучих материалов в бункерах. Для этой цели наиболее часто применяют поплавковые, емкостные и весовые уровнемеры.
Работа поплавкового уровнемера с поплавком постоянного погружения
основана на поддерживающей
способности сыпучего вещества, выражающейся в том,
что опущенный на открытую
поверхность поплавок перемещается вместе с сыпучим
веществом. Схема поплавкового уровнемера для измерения уровня сыпучих веществ
показана на рис. 6.6.
Поплавок 1 подвешен
на гибком тросе, перекинутом
через ролики 2. На другом
87
конце троса укреплен груз 3 для поддержания постоянного натяжения
троса. На тросе закреплена стрелка, показывающая на шкале 4 уровень жидкости.
Весовые уровнемеры сыпучего материала применяют в случаях,
когда подвеска не вызывает конструктивных осложнений, а загрузка
и выгрузка материала происходят не периодически, а равномерным
потоком. В качестве преобразователей в этом случае можно использовать различные весовые устройства. Так, в качестве преобразователя предельного уровня, если бункер покоится на опорных пружинах,
можно применять конечные выключатели. При заполнении бункера
происходят сжатие опорных пружин и линейное перемещение бункера по вертикали. Штанга, укрепленная на бункере, взаимодействуя
с конечными выключателями, обеспечивает срабатывание при наполнении и опорожнении бункера.
Схема установки показана на рис. 6.7. Комплект прибора состоит
из гидравлического ДД 1, соединенного трубками с манометром 3,
отградуированным в единицах массы или уровня. ДД, являющийся
опорой одной из лап бункера 2, представляет собой металлический
корпус с поршнем, герметизированным гибкой мембраной, ДД. соединительная трубка и пружина манометра заполнены жидкостью.
Рис. 6.7. Весовой уровнемер
88
Давление в системе ДД-манометр равно отношению силы тяжести бункера с заполняющим его материалом к площади поршня ДД.
В манометрах для этого уровнемера положение стрелки
на начальной отметке шкалы (нуле) соответствует пустому бункеру.
Таким образом, показания шкалы соответствуют силе тяжести материала, заполняющего бункер [1].
6.10. РАДАРНЫЙ УРОВНЕМЕР УР203Ех
Назначение: уровнемеры радиоволновые взрывозащищенного исполнения УР203Ех предназначены для бесконтактного непрерывного
измерения уровня жидких, сыпучих и кусковых продуктов, в технологических резервуарах, танках, силосах, бункерах и т.п. стационарных
объектах, а также для обмена информацией с другими техническими
средствами автоматизированных систем управления (АСУ).
Технические параметры
Диапазон измерения: 0,5–3 0 м.
Рабочее давление: до 1,6 МПа.
Рабочая температура: –40…+150 °С.
Выходные сигналы:
цифровой – по стандарту RS 485 (протокол Modbus);
токовый – 4–20 мА.
Пределы допускаемой основной погрешности: ±1 см.
Степень защиты от пыли и воды, обеспечиваемая оболочкой: IP66.
Взрывозащита: 1ЕхdIIВT3.
Средний срок службы: 14 лет.
6.11. ВОЛНОВОДНЫЙ УРОВНЕМЕР ROSEMOUNT™ 5300
Волноводный уровнемер 5300 идеально подходит для сложных
измерений уровня и уровня раздела сред жидкостей, суспензий и сухих веществ, обеспечивает отличную надежность и безопасность при
измерении уровня жидкостей и раздела сред. Уровнемер 5300 предлагает несколько преимуществ, таких как простота установки, отсут-
89
ствие необходимости в калибровке и независимость от условий техпроцесса. Кроме того, уровнемер соответствует требованиям стандарта функциональной безопасности благодаря сертификации
на уровне SIL2.
Технические характеристики
Погрешность ±3 мм.
Воспроизводимость показаний ±0,04 дюйма (1 мм).
Диапазон измерений: до 50 м.
Рабочее давление: полный вакуум до 345 бар.
Рабочая температура: от –196 до 400 °С.
Протокол передачи данных 4–20 мА/HART®, Foundation™
Fieldbus, Modbus®.
Расширенная диагностика позволяет проводить профилактическое обслуживание.
Гарантия до 5 лет.
6.12. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВНЕМЕР OPTISOUND 3020
OPTISOUND 3020 представляет собой 2- или 4-проводный ультразвуковой уровнемер для основных применений. Он особенно подходит
для использования в небольших и средних резервуарах с возможностью
измерения дистанции до 8 м. Данный уровнемер предназначен для
дождевой воды и сточных вод, жидкостей с высокой степенью загрязнения, коррозионно-активных жидкостей или сыпучих веществ.
Типичные применения:
открытые бассейны, каналы, сточные колодцы и шламовые
контейнеры;
водохранилища и бассейны сточных вод;
измерение профиля веществ на конвейерных лентах;
небольшие и средние по размеру элеваторы и резервуары хра-
нения для сыпучих веществ;
небольшие и средние по размеру резервуары хранения для сла-
бокоррозионных кислот;
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]