Прилади для вимірювання рівня

1. Основні поняття

Рівнем називають висоту заповнення робочої ємкості речовиною – рідиною або сипучим матеріалом. Шляхом вимірювання рівня можна одержувати інформацію про масу рідини в резервуарах. Подібна інформація широко використовується для проведення товарооблікових операцій і для керування виробничим процесом.

Засоби вимірювання, сигналізація і регулювання рівня знаходять широке використання в різних галузях народного господарства. Практично всі неперервні технологічні процеси в різних галузях промисловості дуже часто потребують постійного автоматичного контролю кількості накопиченого матеріалу, сировини, рідини і газу. Контроль рівня часто має також важливе значення і для безаварійної роботи обладнання. Одним із найбільш поширених методів обліку кількості речовини є вимірювання його рівня.

Прилади для вимірювання рівня поділяються: за видом вимірювальної речовини, по принципу дії, по призначенню: для контролю та сигналізації граничних значень рівня; для безперервного вимірювання значень рівня; для визначення границі розділу двох незмішуваних середовищ; які мають різну густину та акустичний опір (наприклад вода та керосин).

В даний час вимірювання рівня в багатьох галузях промисловості здійснюють різними за принципом дії рівнемірами. За принципом вимірювання рівнеміри діляться на такі основні групи: механічні, гідростатичні, електричні, акустичні, ультразвукові і радіоізотопні.

По своїй конструкції рівнеміри можуть мати шкальні і безшкальні датчики, що працюють із самописними і регулюючими вторинними приладами. За допомогою таких приладів здійснюється автоматичний контроль і регулювання рівня рідин і сипучих матеріалів, а також звукова і світлова сигналізації підвищення або зниження рівня контрольованого середовища.

Прилади для вимірювання рівня в залежності від категорії вибухозахищеності можуть бути використані тільки відповідно до їх паспортних даних та інструкцій заводів-виготовлювачів. Вибухозахищені прилади всіх типів (рівня, тиску, витрат, температури, газового аналізу і т.д.) мають індекс ВЗГ (вибухозахищені герметичні). На корпусі датчика приладу вказується вибухозахищене виконання датчика і робоче середовище, у якому допускається експлуатація приладу: ВЗГ/метан, ВЗГ/сірчаний ефір, ВЗГ/водень.

2. Механічні прилади

Механічні прилади для вимірювання рівня основані на використанні механічної дії рівня вимірюваного матеріалу на чутливий елемент. За конструкцією вони поділяються на: поплавкові; буйкові, мембранні, контактно-механічні.

Поплавкові і буйкові прилади відносять до найбільш простих приладів вимірювання рівня. Принцип дії поплавкових приладів заснований на використанні сили, що виштовхує занурене в рідину тіло.

Рис. 1 Поплавковий прилад вимірювання рівня а – тросовий; б – важільний з поплавковою камерою

Найбільш простим типом поплавкових приладів є прилади тросового типу (рис. 1, а). Поплавок 4 через гнучкий трос 2 з'єднаний з валом 1. Для зрівноваження всієї системи на кінці тросу закріплена противага 5. При зміні рівня контрольованої рідини відбувається переміщення поплавка і троса. Для сигналізації мінімального і максимального рівнів на тросі встановлюють два обмежувачі рівня 3, що при досягненні заданого рівня перекидають коромисло 7, це призводить до переключення сигнальних електричних контактів 6. Переміщенням обмежувачів рівня можна змінювати діапазон сигналізації поплавкового приладу.

На рис. 1,б показаний поплавковий прилад з одним важелем 2, що з'єднує поплавок 1 з контрольним пристроєм 3. Прилади тросового типу не можна застосовувати в резервуарах, що знаходяться під надлишковим тиском, при низьких температурах і у вибухо- і пожежонебезпечних рідинах.

Принцип дії буйкових рівнемірів заснований на вимірюванні виштовхуючої сили, що діє на буйок, який поміщений у рідину чи утримується у заданому положенні за допомогою зовнішніх сил (механічної, електричної, пневматичної).

При вимірюванні рівня рідини змінюється виштовхуюча сила, яка діє на буйок, при цьому відбувається мікропереміщення заслінки, яка підключена до пневмопідсилювача. На вхід до пневмопідсилювача подається тиск 20кПа, на виході знаходиться манометр. Наприклад : РБ-П (діапазон 020мм, 016мм, клас точності 1; 1,5%, Рмах=10МПа); ДІР (дистанційний індикаторний) використовується для автоматичного контролю і регулювання рівня рідин при тиску до 32МПа (діапазон 01,5м). Складається з датчика буйкового типу, електродатчика з трансформаторно-диференційною схемою вторинного приладу.

Рис. 2 Перетворювач рівня ДВР

Датчик типу ДВР (датчик дистанційного вимірювання рівня), який використовується для автоматичного контролю і регулювання рівня рідини в судинах, що працюють під тиском до 32 МПа (320 кгс/см2). У залежності від модифікації датчик застосовується для вимірювання рівня в межах 0-1600 мм. Буй 3 (рис.2), має циліндричну форму і знаходиться у вимірювальній рідині. При зміні рівня рідини буй змінює ступінь занурення і переміщується у вертикальному напрямку.

Протидіюча пружина 2 під дією різниці маси буя і сили, що виштовхує його, деформується. Деформація залежить від коефіцієнта жорсткості пружини і межі рівня, що вимірюється. Осердя 1 електричного датчика тісно пов'язане із буйком. При зміні рівня рідини осердя переміщується щодо обмоток 1 і 2 у межах 5-30 мм, у залежності від рівня, що вимірюється. Обмотка 1 живиться напругою змінного струму. При переміщенні осердя на контактах 3-4, вторинних обмоток під дією магнітного потоку первинної обмотки наводиться е.р.с., розмір якої вимірюється електронним приладом і залежить від положення осердя 1. Таким чином, між рівнем і розміром е.р.с. існує залежність, використовуючи яку можна відградуювати шкалу вторинного приладу в значення рівня контрольованої рідини.

Для вимірювання рівня під залишковим тиском (випарні апарати, вакуум-апарати, збірники конденсату та ін.) широко використовують буйкові рівнеміри УБ-П, регулятори рівня РУБ. Рівнеміри УБ-П зарекомендували себе як датчики рівня в межах 0-600 і 0-800 мм, надійні в експлуатації. Регулятори рівня РУБ крім вимірювальної мають і регулюючу частину і широко використовуються при автоматизації рівня на випарній установці.

Мембранні рівнеміри застосовуються для вимірювання рівня речовин, які не злежуються і не злипаються (зерно). Вони використовуються у якості сигналізаторів або для дискретного визначення величини рівня (використовують декілька мембран).

Контактно-механічні використовуються для вимірювання рівня сипучих речовин у резервуарах.

Сигналізатор рівня типу СР представляє собою поплавкове важільне безкамерне реле рівня. Прилад призначається для контролю рівня неагресивних вибухонебезпечних рідин у діапазоні 20-150 мм.

Рис. 3 Сигналізатор рівня СР-4

Пристрій приладу показаний на рис. 3. Поплавок 1, що знаходиться на поверхні контрольованої рідини, через тягу 2 і направляючу 4 може вільно переміщуватися відносно осі 3. При зміні рівня рідини поплавок змінює своє положення і переміщує повідець 5 щодо осі. При цьому тяга 6, сполучена з повідцем, повертає важіль 7, що жорстко пов'язаний із поворотним валом. На валі за допомогою спеціальних тримачів укріплені два перемикачі 8, що у залежності від рівня можуть замикати або розмикати коло світлової і звукової сигналізації рівнів контрольованої рідини.