- •Раздел 1 Метрология
- •1.2. Терминология
- •1.3. Классификация измерений
- •1.4. Единицы измерения
- •1.5. Основные показатели методов измерения
- •1.6. Понятие о физической величине. Значение систем физических единиц
- •1.7. Средства измерений и их основные характеристики
- •1.8. Погрешность измерений
- •Раздел 2 Стандартизация
- •2.1. Основные термины и определения
- •2.2. Объекты стандартизации
- •Раздел 3 Сертификации продукции и услуг
- •3.2 Система сертификации
- •3.3 Обязательная сертификация
- •3.4 Добровольная сертификация
- •Раздел 4 Методы и средства измерения геометрических величин
- •4.1 Измерение линейных размеров
- •4.3 Универсальные методы измерения линейных и угловых размеров
- •Раздел 5 Методы и средства измерения механических величин
- •5.1. Измерение давления
- •5.2. Общие вопросы измерения давления
- •5.3. Сенсоры деформации
- •5.4. Датчики силы
- •5.5 Тензорезистивные методы и средства преобразования давления
- •Раздел 6 Методы и средства измерения тепловых параметров
- •6.1. Принципы преобразования тепловых параметров
- •6.2. Объемные термочувствительные элементы
- •Раздел 7 Методы измерения уровня жидких веществ
- •Из приведенных формул видно, что разность давлений не зависит от h0 (уровня размещения дифманометра).
- •Раздел 8 Измерения электрических величин
- •8.1 Измерения напряжений (токов).
- •8.2. Косвенные измерения
Раздел 7 Методы измерения уровня жидких веществ
Измерения уровня различных материалов достаточно широко используются в технологических процессах, в энергетике, на транспорте, летной и РК технике. Путем измерения уровня можно получить информацию о массе нефтепродуктов или горючего в нефтерезервуарах, танкерах, баках самолетов и ракет и проч. Количественно уровень выражается в единицах длины. Устройства, предназначенные для измерения уровня веществ, называются уровнемерами (УМ).
Разнообразие контролируемых сред, условий применения уровнемеров не позволяет использовать какой-либо один или несколько физических принципов преобразования, поэтому, как правило, тип УМ и принцип его действия выбирают исходя из конкретных измеряемых продуктов, их состояния и условий применения. Иногда для обеспечения надлежащей точности и достоверности измерения, для контроля уровня одного и того же вещества могут применяться УМ, основанные на различных принципах преобразования. Это используется, например, в случае образования в контролируемой жидкости фракций, возникающих в процессе хранения, переработки и пр.
Так, образование пены в процессе нагревания, ферментации и прочих процессов затрудняет использование ультразвуковых и ёмкостных УМ, для радиационных же и поплавковых УМ присутствие пены не является критическим фактором. С другой стороны, радиационные УМ используются, в основном, как сигнализаторы уровня, а поплавковые УМ при измерении в обычном режиме (при отсутствии пены) имеют меньшую точность измерения по сравнению с ультразвуковыми и ёмкостными. Поэтому в данном случае для обеспечения требуемой точности измерения на объект целесообразно устанавливать УМ разного принципа действия, например, ультразвуковой и поплавковый.
Различные методы преобразования, применяемые при измерении уровня можно объединить в несколько блоков, каждый из которых основан на фундаментальных, физических законах.
Гравитационные методы, при которых прямо или косвенно используется проявление силы тяжести контролируемой среды (законы Архимеда, сообщающихся сосудов, весовой метод и т. д.).
Полевые методы, в которых используются различного рода физические поля для идентификации границы раздела «жидкость–воздух» и эффекты их поглощения и отражения в контролируемой среде.
Лучевые методы, при которых используются лучи частиц или сфокусированный оптический луч источника света или лазера.
Первая группа методов – гравитационная – представлена пневматическим, гидростатическим, совмещённым, весовым методами.
Полевые методы – это наиболее многочисленная группа методов, к ней относятся:
ёмкостной;
индуктивный;
резистивный (омический);
резонансный;
СВЧ;
ультразвуковой.
В группу лучевых методов входят и радиоизотопный и оптический методы.
Все перечисленные методы различаются трудоёмкостью, аппаратурным и метрологическим обеспечением, поэтому и применимость их в различных отраслях нефтегазового комплекса различна. Выбор конкретного метода измерения зависит от контролируемой среды, быстродействия, требуемой точности, диапазона измерения, рабочей температуры, различных технологических факторов (времени контроля, возможных химических реакций и т. д.).
Визуальные УМ
Наиболее простыми по конструкции и принципу действия являются УМ, основанные на визуальном измерении высоты уровня жидкости. Конструктивно они представляют собой трубки или водомерные стёкла, монтируемые на резервуарах (рис. 7.1,а, б). Трубки и стёкла оцифровываются в метрических единицах. Для увеличения диапазона измерения с одновременным сохранением прочности резервуара устанавливается несколько водомерных стёкол, располагающихся на различных, перекрывающихся уровнях (рис. 7.1,б).
а б
Рисунок 7.1–Визуальные уровнемеры
Второй тип УМ, имеющий довольно широкое применение – гидростатические УМ принцип их действия основан на законе Паскаля, при этом информативной величиной является давление, создаваемое столбом жидкости в контролируемом объекте. Известно, что уровень и давление связаны простой зависимостью:
,
где P–давление столба жидкости в резервуаре; r – плотность контролируемой жидкости; g = 9,8 м/с2 – ускорение силы тяжести.
Этот метод измерения – по давлению – может использоваться только для открытых сосудов, так как для закрытых необходимо учитывать действие воздушной подушки, образующейся между верхней частью сосуда и поверхностью контролируемой жидкости.
Более точными методами являются измерения не относительного, а дифференциального (разностного) давления, которое получается в результате вычитания давлений подаваемых на чувствительный элемент дифференциального манометра (дифманометра) из разных точек (рис. 7.2):
P1 = gr1(H0 + h) + grВ(H0 – h);
P2 = gr2(H0 + H).
и при r1 = r2
P = P2 – P1 = g[H(r – rB) – h(r – rB)] = g(r – rB)(H – h),
где rB – плотность воздуха в закрытом резервуаре.
Рисунок 7.2–Схема уровнемера с дифференциальным манометром