Измерение уровня

Измерить уровень - это значит определить количество вещества, заключенного в данном объеме. Единицы измерения в СИ - [м].

Различают следующие уровнемеры:

- указательные стекла; поплавковые; гидростатические; электрические;

- ультрозвуковые и акустические; радиоизотопные.

Указательные стекла. Принцип измерения основан на свойстве жидкости находится на одном уровне в сообщающихся сосудах.

Поплавковые. Различают поплавковые и буйковые.

У первых - силе Архимеда противодействует сила тяжести поплавка. Сила тяжести постоянна и поэтому об уровне жидкости судят по перемещению поплавка, помещенного в эту жидкость. У вторых - силе Архимеда противодействует сила упругости пружины.

И зменение уровня жидкости приводит к изменению силы упругости и следовательно перемещению поплавка.

H = x[1+c/(Sg)]

где х – перемещение буйка;

S – площадь поперечного сечения буйка;

 - плотность жидкости;

g – ускорение свободного падения;

с – жесткость пружины.

Г идростатические.

Различают пьезометрические и дифференциальные. У первых о величине уровня судят по давлению столба жидкости. У вторых - по изменению перепада давлений в верхней и нижней отметке.

Ч ерез трубку пропускают сжатый воздух, создавая давление необходимое для появления пузырьков газов. Давление, измеряемое при этом прибором пропорционально давлению столба жидкости на этой глубине, т.е. P = Hg

В о втором случае дополнительно используют уравнительный сосуд для обеспечения постоянства давлений в одном из колен дифманометра путем установления постоянного столба жидкости. Изменению уровня соответствует определенный перепад давлений, что позволяет судить о высоте столба жидкости, т.е. P = Hg

Электрические.

Изменение уровня преобразуется в какой-либо электрический сигнал. Различают емкостные и омические.

Принцип действия емкостного датчика основан на изменении его электрической емкости в результате изменения его геометрических форм или диэлектрической проницаемости среды от уровня в резервуаре.

В первом случае устройство представляет собой сложный конденсатор из состоящий из двух плоских конденсаторов с диэлектрической проницаемостью среды и жидкости (электроды из изоляционного материала).

Емкость конденсатора

где b - ширина электродов;

d - расстояние между электродами;

h = h ₁ - h ₂;

ε_ср, ε_ж, - диэлектрическая проницаемость среды и жидкости.

Во втором случае измерительный прибор служит для сигнализации уровня. Конденсатор в данном случае образован электродом 2, покрытым изоляционным материалом и стенкой резервуара1, а его электроемкость воздушной средой между ними, которая характеризуется ее диэлектрической проницаемостью. При достижении жидкостью в резервуаре 1 электрода 2 меняется среда, образующая емкость конденсатора, а следовательно диэлектрическая проницаемость, что приводит к изменению сигнала в электронном блоке и сигнализации.

П ринцип действия омического уровнемера основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду. Применяют главным образом для сигнализации пределов уровня электропроводных жидкостей (кислоты, щелочи).

В момент прикосновения цепь замыкается, что воспринимается электрическим прибором.

Ультрозвуковые и акустические.

Позволяют измерить уровень при отсутствии контакта с контролируемой средой. Используется свойство отражения ультрозвуковых колебаний от границы раздела двух сред с различными акустическими сопротивлениями. В ультрозвуковых отражение колебаний со стороны жидкости, в акустических - со стороны газовой среды.

И мпульсы посланный и отраженный разделенные по времени по ступают на усилитель. Уровень в резервуаре определяют по времени запаздывания отраженного сигнала относительно посланного , где h – уровень жидкости; а_ж – скорость распространения звука в жидкости.

Для акустического уровнемера время распространения ультразвуковых колебаний: , где а_г – скорость распространения звука в газовой среде;

Н – высота резервуара.

Радиоизотопные.

О снованы на сравнении интенсивности потоков -лучей, проходящих выше или ниже уровня раздела двух сред разной плотности. (Делятся на две группы: со следящей системой, для непрерывного измерения уровня и сигнализаторы отклонения уровня от заданного значения)

Уровнемеры для сыпучих сред.

Весовой метод.

П рименяют либо тензометрические датчики и по сопротивлению проводника, зависящему от давления, которое зависит от массы вещества, являющейся в свою очередь функцией от уровня в резервуаре.

Либо динамометрический - по давлению, передаваемому на опору бункера судят о его заполнении

(Р = f(G)).

Поплавковый метод. (См. измерение уровня жидкости.)

Отличительной чертой является поплавок специальной округлой обтекающей, чтобы он оставался на поверхности сыпучего материала.

Е мкостной метод. (См. измерение уровня жидкости.)

Применяются также сигнализаторы, воспринимающие давление контролируемого вещества: маятниковый, мембранный.