Акустические уровнемеры
Принцип действия акустических (ультразвуковых) уровнемеров основан на отражении колебаний от границы раздела сред с различным акустическим сопротивлением. Обычно используется метод импульсной локации границы раздела газ-жидкость (или сыпучий материал) со стороны газа. Уровень измеряется по времени распространения ультразвуковых колебаний от источника излучений до плоскости (границы) раздела и обратно. (Достоинство ультразвуковых уровнемеров в нечувствительности к изменению свойств измеряемой среды, большой температурный диапазон, высокая надежность и точность измерений). Ультразвуковые средства измерения уровня являются наиболее широко распространенными в пищевой промышленности бесконтактными устройствами, использующимися для определения уровня жидкостей и сыпучих материалов. Ультразвуковой преобразователь устанавливается в верхней части танка или силоса и генерирует ультразвуковые колебания в направлении продукта На этот же преобразователь поступает отраженный от поверхности продукта сигнал (эхо-сигнал). Временной интервал между генерируемым и отраженным сигналами – прямо пропорционален расстоянию от преобразователя до поверхности продукта D. Преобразователь, заранее запрограммированный на расстояние до нулевой отметки Е и измерительный диапазон F, может легко рассчитать уровень заполнения силоса L (рис. 2.11).
Основные достоинства:
т
очность
измерения не зависит от физических
свойств анализируемого продукта
(электропроводности, диэлектрической
постоянной, вязкости, плотности и т.п.);бесконтактные средства измерения обычно не подвержены эррозии и не могут «засоряться», «обволакиваться»;
в последнее время созданы датчики, предназначенные для применения в высоких, узких, запыленных силосах;
Рис.2.11. Принцип действия ультразвукового уровнемера.
для анализа эхо-сигнала все шире используются микропроцессорные системы и элементы нечеткой логики, вследствие чего ультразвуковые уровнемеры применяются в качестве легко устанавливаемых приборов, имеющих низкую стоимость.
Недостатки:
нельзя применять в условиях вакуума;
при высоких давлениях происходит ограничение механического хода мембраны. При абсолютном давлении выше 3 бар следует пользоваться СИ другого типа;
нельзя применять при температурах выше 100 ºС;
ультразвуковые колебания плохо распространяются в атмосфере углекислого газа. В емкостях для брожения уровнемеры этого типа не рекомендуется использовать;
наличие пены на поверхности жидкости приводит с снижению уровня отраженного сигнала.
На рис. 2.12. приведена рекомендуемая схема установки датчика во избежание погрешностей измерения.
Рис. 2.12. Схема установки датчика ультразвукового уровнемера
Волновые уровнемеры
Используются высокочастотные волновые методы измерений. Уровень среды определяют по интегральным характеристикам электромагнитных систем с распределенными параметрами.
Резонансные уровнемеры. При изменении электрических параметров из мерительного преобразователя изменяется его резонансная частота. Электрические параметры зависят от изменения уровня среды, в которую помещаются преобразователи.
Эти уровнемеры отличаются простой и надежной конструкцией, выходная характеристика - резонансная частота не зависит от геометрических размеров чувствительного элемента, можно измерять уровень сред с любыми электрическими свойствами.
Радиолокационные (микроволновые) уровнемеры основаны на явлении отражения электромагнитных волн от границы раздела двух сред с различными скоростями их распространения в этих средах. Эти уровнемеры применяются там, где диапазон измерения уровня велик, десятки и даже сотни метров. В пищевой промышленности широко не используются.
Основные достоинства:
скорость распространения микроволн не зависит ни от температуры, ни от давления и не изменяется даже в вакууме. Микроволновые уровнемеры способы выдерживать давление до 64 бар и температуры свыше 250 ºС;
состав газа и наличие турбулентных потоков также не оказывает влияния на скорость распространения радиоволн. Даже в экстремальных условиях легко обеспечивается высокая точность измерений (обычно не более 10 мм на 10 000 мм);
важным преимуществом, по сравнению с ультразвуковыми уровнемерами, является то, что датчик может располагаться за специальным окном, изготовленным из материала с низкой диэлектрической постоянной. Таким образом, датчик оказывается изолированным от среды, содержащейся в резервуаре, что облегчает соблюдение санитарно-гигиенических норм;
отраженный сигнал может поступать на датчик непосредственно после формирования измерительного сигнала, «слепая» зона отсутствует.
Недостатки:
применение микроволновых методов измерения может быть ограничено в случае поверхностей с плохими характеристиками отражения (пены или сыпучих материалов, состоящих из частиц с закругленными углами). Обычно радиоволны отражаются от толстого слоя проводящей пены и поглощаются непроводящей пеной;
ультразвуковой метод измерения основан на измерении плотности на границе раздела «проводящая среда – анализируемая среда», а микроволновый – на измерении диэлектрической постоянной: чем выше диэлектрическая постоянная среды, уровень которой определяется, тем выше степень отражения.
РАДИОИЗОТОПНЫЕ УРОВНЕМЕРЫ
Принцип действия основан на использовании зависимости интенсивности потока ионизирующего излучения, падающего на приемник (детектор) излучения, от положения уровня измеряемой среды (рис.2.13).
Следящий радиоизотопный уровнемер основан на поглощении гамма излучения контролируемым материалом.
Слежение за уровнем материала ocуществляется автоматически путем синхронного перемещения источника излучения и приемника излучения, подвешенных на тросах или гибких лентах в трубах, помещенных в емкость. Следящая система состоит из усилителя и электродвигателя с редукторами. Точность слежения составляет + 2-10 мм. Диапазон измерений от 0 до 20 м. Такой уровнемер можно применить для контроля уровня в закрытой емкости, в условиях повышенного давления (например, емкости для хранения виноматериалов).
Рис. 2.13. Структурная схема радиоизотопного сигнализатора уровня
Сигнализатор состоит из источника излучения 1, детектора 3, усилителя 4 и сигнализирующего устройства 5.Интенсивность ионизирующего излучения от источника 1 к детектору 3 при прохождении через слой материала в емкости 2 уменьшается вследствие поглощения его материалом. В результате на детекторе 3 возникает сигнал, который усиливается усилителем 4 и подается в измерительное устройство 5.