Содержание

Введение 3

1.Классификация датчиков уровня 4

1.1 Поплавковый уровнемер 6

1.2 Пневматический уровнемер 7

1.3 Электрический уровнемер 8

1.4 Звуковой уровнемер 9

1.5.Емкостной уровнемер 10

1.6.Ультразвуковой уровнемер 12

1.7 Индуктивный уровнемер 13

2.Выбор датчика уровня 15

3. Расчет пневматической части регулятора уровня 17

4.Модернизация системы 24

Заключение 25

Список использованных источников 26

ВВЕДЕНИЕ

Уровнемеры - приборы, предназначенные для определения уровня содержимого в открытых и закрытых сосудах, резервуарах, хранилищах и других ёмкостях. Под содержимым подразумеваются разнообразные виды жидкостей, в том числе и газообразующие, а также сыпучие и другие материалы. Уровнемеры так же называют датчиками/сигнализаторами уровня, преобразователями уровня. Главное отличие уровнемера от сигнализатора уровня — это возможность измерять градации уровня, а не только его граничные значения.

В промышленном производстве в настоящее время существует разнообразный ряд технических средств, решающих задачу измерения и контроля уровня. Средства измерения уровня реализуют разнообразные методы, основанные на различных физических принципах. К наиболее распространённым методам измерения уровня, которые позволяют преобразовать значение уровня в электрическую величину и передавать её значение в системы АСУ ТП. Уровнемеры так же называют датчиками/сигнализаторами уровня, преобразователями уровня. Главное отличие уровнемера от сигнализатора уровня — это возможность измерять градации уровня, а не только его граничные значения. Датчики уровня предназначены для непрерывного измерения уровня различных сред. Применяются для измерения уровня жидких и сыпучих сред с различными диэлектрическими свойствами (кроме сред вязких, кристаллизующихся и выпадающих в осадках на электрод датчика), например: жидкости — вода, кислотные и щелочные растворы, минеральные и растительные масла; гранулированные сыпучие зерно, сахар, соль, известняк, песок, гравий и др.; порошкообразные сыпучие — мел, мука, пресспорошки и др. Уровнемеры предназначены для применения в различных отраслях промышленности при управлении и регулировании технологических процессов.

1.Классификация датчиков уровня

Датчики уровня предназначены для непрерывного измерения уровня различных сред. Применяются для измерения уровня жидких и сыпучих сред с различными диэлектрическими свойствами (кроме сред вязких, кристаллизующихся и выпадающих в осадках на электрод датчика), например: жидкости — вода, кислотные и щелочные растворы, минеральные и растительные масла; гранулированные сыпучие зерно, сахар, соль, известняк, песок, гравий и др.; порошкообразные сыпучие мел, мука, пресспорошки и др. Уровнемеры предназначены для применения в различных отраслях промышленности при управлении и регулировании технологических процессов.

Приборы для измерения уровня можно разделить по конструкции на шкальные приборы и бесшкальные датчики. Кроме того, по принципу измерения различаются приборы:

1) поплавковые, у которых чувствительным элементом является плавающий или полностью погруженный в измеряемую жидкость металлический поплавок (буек);

2) мембранные, у которых чувствительным элементом является мембрана и давление столба измеряемой жидкости уравновешивается упругой деформацией мембраны и пружины;

3) манометры или дифференциальные манометры (поплавковые, мембранные и др.), у которых давление, создаваемое столбом жидкости в измеряемом резервуаре и в уравнительном сосуде, уравновешивается давлением столба затворной жидкости или механизмом прибора;

4) емкостные, у которых используется изменение электрической емкости датчика при изменении уровня измеряемой среды;

5) радиоактивные, основанные на изменении протекающего сквозь объект потока излучения при изменении уровня.

Измерение уровня вещества, находящегося в резервуаре, может быть осуществлено также косвенно, по весу резервуара с веществом.

Кроме того существую несколько групп датчиков уровня:

а) Механические( поплавковый, контактно-механические)

б) Пневматические ( барботажный)

в) Гидростатические (водомерное стекло, буйковый)

г) Тепловые (ультразвуковой, звуковой)

д) Электрические (электроконтактный, емкостной, индуктивный)

1.1 Поплавковый уровнемер

Чувствительный элемент - поплавок, находящийся на поверхности жидкости (рис. 2, а). Поплавок 1 уравновешивается грузом 3, который связан с поплавком гибким тросом 2. Уровень жидкости определяется положением груза относительно шкалы 4. Пределы измерений устанавливают в соответствии с принятыми значениями верхних (ВУ) и нижних (НУ) уровней.

Рисунок 2. Поплавковый уровнемер

1.2 Пневматический уровнемер

Пневматические буйковые уровнемеры представляют собой буйковый уровнемер, обеспечивающий пневматический выходной сигнал, прямо пропорциональный изменениям уровня жидкости. Принцип действия уровнемера основан на пневматической силовой компенсации. При изменении уровня жидкости на чувствительном элементе (буйке) измерительного блока возникает усилие, которое через систему рычагов и тяг перемещает заслонку пневмопреобразователя относительно сопла. Давление из линги сопла поступает на выход прибора и в сильфон обратной связи, который создает уравновешивающий момент. предназначен для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров технологических процессов в целях выдачи информации в виде стандартного пневматического сигнала об уровне жидкости или границе раздела двух несмешивающихся жидкостей, находящихся под вакуумметрическим, атмосферным или избыточным давлением.

Рисунок 3. Пневматический уровнемер

1.3 Электрический уровнемер

В них измеряемые значения уровня жидкости преобразуются в соответствующие электрические сигналы. Наиб. распространены емкостные и омические приборы. Принцип действия электрических уровнемеров основан на различии электрических свойств жидкостей и газов. При этом жидкости, уровень которых измеряется, могут быть как проводниками, так и диэлектрика ми; газы же, находящиеся в нажидкостном пространстве, всегда диэлектрики. Основным параметром, определяющим электрические свойства проводников, является их электропроводность, а диэлектриков - относительная диэлектрическая проницаемость, показывающая, во сколько раз по сравнению с вакуумом уменьшается в данном веществе сила взаимодействия между электрическими зарядами.

Рисунок 4. Электрический уровнемер

1.4 Звуковой уровнемер

Акустический прибор основан на прослушивании звукового сигнала через наушник, соединенный с трубкой, опускаемой в пьезометр. Возбужденный сигнал прекращает звучать при достижении акустической трубки уровня воды в пьезометре.

На крупных гидроузлах с большим числом пьезометров целесообразнее дистанционная передача сигнала на центральный пульт автоматизированной системы контроля состояния сооружения (ПАСК). В этом случае применяют струнные пьезодинамометры, снабженные мембраной с прикрепленной к ней системой пьезодатчиков, конструкции Гидропроекта. Прибор размещают в трубе диаметром 60 мм и более.

При измерениях пьезометрических напоров обычно берут 2...3 замера и записывают в журнал среднее значение. Принято считать, что разница между замерами не должна превышать, более 1...2 см. Измерения по всем пьезометрам осуществляют в течение одного дня. При этом необходимо определить уровни воды в верхнем и нижнем бьефах. Наблюдения за показаниями пьезометрических уровней проводят непосредственно после установки пьезометров, не дожидаясь наполнения водохранилища.

1.5 Емкостной уровнемер

Емкостной уровнемер один из типов электрических датчиков-измерителей уровня. Основан на принципе измерения уровня жидкости в резервуаре при помощи измерения электрической ёмкости датчика.

Датчик емкостного уровнемера представляет собой электрический конденсатор, состоящий из двух обкладок — изолированных проводников, помещенных в резервуар с жидкостью, уровень которой измеряется (иногда используется одна обкладка, а в качестве второй выступает проводящая стенка резервуара). Жидкость может свободно проникать в пространство между обкладками. Сигналом изменения уровня жидкости в резервуаре является изменение электрической ёмкости датчика.

При изменении уровня жидкости в резервуаре изменяется относительной диэлектрической проницаемости пространства между обкладками конденсатора в результате изменения уровня жидкости, поскольку диэлектрическая проницаемость жидкости и среды без неё (например, воздуха) в общем случае различна. В результате изменяется и электрическая ёмкость датчика.

Емкостные уровнемеры используются также для измерения уровня сыпучих сред.

Рисунок 5. Емкостной уровнемер

1.6 Ультразвуковой уровнемер

В них используется явление отражения ультразвуковых колебаний (импульсов) от плоскости раздела жидкость-газ (обычно воздух). Время между моментом посылки первичного импульса и моментом возвращения отраженного импульса является функцией высоты измеряемого уровня. Эти приборы позволяют измерять уровень без контакта с контролируемой средой в труднодоступных местах.

Ультразвуковые уровнемеры обеспечивают бесконтактное измерение уровня. Точность показателей не зависит от свойств измеряемого продукта (например, от диэлектрической постоянной, проводимости, плотности или влажности). Ульразвуковые уровнемеры нечувствительны к налипанию продукта за счет эффекта самоочистки, вызванного вибрацией диафрагмы сенсора.

1.7 Индуктивный уровнемер

Принцип действия индуктивных уровнемеров основан на зависимости индуктивности одиночной катушки или взаимной индуктивности двух катушек от глубины их погружения в электропроводную жидкость. Такая зависимость обусловлена возникновением в жидкости под воздействием магнитного поля переменного тока возбуждения вихревых токов, магнитное поле которых оказывает размагничивающее действие на поле тока возбуждения. Действительно, по определению индуктивность L катушки представляет собой отношение магнитного потока Ф к току I, создающему этот поток: L = Ф/I. При погружении катушки в жидкость в ней создаются вихревые токи, магнитное поле которых по закону Ленца направлено навстречу основному, т.е. результирующий магнитный поток будет меньше потока «сухой» катушки. Это означает, что индуктивность погруженной катушки меньше индуктивности сухой катушки. Таким образом, если индуктивный преобразователь представляет собой одиночную длинную катушку, то ее индуктивность и полное сопротивление Z = R + jωL будут зависеть от глубины погружения (R — активное сопротивление катушки, ω — круговая частота тока возбуждения). Существуют индуктивные преобразователи, содержащие две индуктивно связанные катушки, образующие трансформатор (трансформаторные преобразователи).При изменении индуктивностей L1 и L2 обеих катушек изменяется их взаимная индуктивность М ив соответствии с выражением М = k✓L1L2 , где k — коэффициент связи, определяемый потоками рассеяния.

В реальных конструкциях таких преобразователей обмотки выполняются намоткой в два провода, при этом L1 = L2 = L и k ≈ 1.

Из принципа действия уровнемеров видно, что они пригодны для измерения уровня только электропроводных сред. Кроме того, поскольку интенсивность вихревых токов зависит от электропроводности среды, ее изменение в процессе измерения вызовет появление дополнительной погрешности. Эти уровнемеры получили наибольшее распространение для измерения уровня жидкометаллического теплоносителя в энергетических установках.

Простейшая схема индуктивного трансформаторного преобразователя представлена на рис. 1, а. Преобразователь состоит из обмотки возбуждения 7, по которой протекает переменный ток возбуждения Iв, и вторичной обмотки 2, с которой снимается выходной сигнал Uвых. Преобразователь помещен в металлический защитный чехол 3, который герметично закреплен в крышке резервуара. Это позволяет осуществлять замену уровнемера без нарушения герметичности контура. Как уже указывалось, под действием потока возбуждения в толще контролируемой среды (например, жидкого металла) возникают вихревые токи. Это приводит к зависимости взаимной индуктивности М между обмотками от уровня металла. Эта зависимость линейна по всей длине обмоток, кроме концевых участков, длиной, равной их диаметру, где характеристика искривляется.

Рисунок 6. Индуктивный уровнемер