3. Гидростатические уровнемеры

П ринцип действия гидростатических приборов основан на измерении давления, создаваемого столбом жидкости. По способу измерения этого давления гидростатические уровнемеры подразделяются на приборы с непрерывным продуванием воздуха или газа (пьезометрические уровнемеры) и с непосредственным измерением столба жидкости.

Рис. 3 Пьезометрический уровнемер с продуваемым воздухом.

Рис. 4 Гидростатический уровнемер с непосредственным измерением столба жидкости:

А – при измерении уровня жидкости в открытом сосуде;

Б – при измерении уровня жидкости в резервуаре, находящемся под давлением.

В пьезометрическом уровнемере (рис.3) сжатый воздух или газ через дроссель 5 и ротаметр 4 попадает в открытую с одного конца пьезометрическую трубку 1, погруженную в резервуар 2. Давление воздуха в пьезометрической трубке создается противодавлением столба жидкости и равно ему. Поэтому давление воздуха, измеряемое манометром 3, характеризует положение уровня жидкости в резервуаре. Шкала манометра градуируется в единицах высоты уровня жидкости. Величина расхода воздуха, продуваемого непрерывно через пьезометрическую трубку, устанавливается дросселем 5, а контроль осуществляется ротаметром 4. Основная погрешность этой группы приборов ±2,5%. Пьезометрические уровнемеры хорошо действуют при работе с различными жидкими средами, в том числе с агрессивными, загрязненными, содержащими механические включения.

Гидростатические уровнемеры с непосредственным измерением столба жидкости представляют собой дифференциальные манометры, которыми можно измерять уровень в открытых и закрытых сосудах, находящихся под давлением выше и ниже атмосферного.

При установке дифференциального манометра 1 (рис.4) применяется уравнительный сосуд 3, создающий постоянный столб жидкости в одном из колен. Во втором колене прибора высота столба жидкости изменяется с изменением уровня в сосуде 2, что позволяет по величине перепада, показываемого манометром, судить о положении уровня.

4. Приборы для сигнализации уровня

Кондуктометрические сигнализаторы уровня. Принцип их действия основан на измерении сопротивления между электродами соответствующей формы, введенными в электропроводную среду.

Одним из электродов может служить металлическая стенка емкости, которая должна быть заземлена. Если корпус емкости изготовлен из неэлектропроводного материала, то контактные преобразователи содержат два электрода.

Кондуктометрические приборы представляют собой сигнализаторы одного или нескольких значений уровня.

Рис. 5 Электрическая схема одноточечного кондуктометрического сигнализатора уровня.

Рис. 6 Устройство одноточечного сигнализатора уровня: а – верхнего; б – нижнего.

Электрическая схема одноточечного сигнализатора уровня представлена на рис.5. При достижении заданного уровня жидкость замыкает цепь переменного тока между электродами. Выпрямленный мостом В, собранным на германиевых диодах, электрический ток питает обмотку контактного электромагнитного реле Р1 типа РСМ-2, которое срабатывает, замыкая цепь контактов 1Р1, управляющих сигнальным устройством. При снижении уровня контакты реле размыкаются.

Конструктивно сигнализатор состоит из преобразователя и релейного блока. Преобразователь сигнализатора верхнего уровня имеет два электрода 1 и 2 (рис.6, а), изготовленных из нержавеющей стали. Между ними расположен электроизолирующий слой 3 полипропилена или фторопласта. Для соединения преобразователя с контактными штырями релейного блока в электродах имеются гнезда 4. Релейный блок 5, включающий реле и выпрямительный мостик, связан с устройством сигнализации штепсельным разъемом 6. Преобразователь сигнализатора нижнего уровня (опорожнение резервуаров), показанный на рис.6, б, отличается от преобразователя сигнализатора верхнего уровня формой электродов. Выходные контакты прибора рассчитаны на безындукционную нагрузку током силой 1 А и напряжением 24 В. При контроле уровня погрешность сигнализации составляет ±2 мм.

Кондуктометрические сигнализаторы уровня просты по устройству и обеспечивают высокую точность контроля заданных положений уровня. Но наличие непосредственного электрического контакта с контролируемой средой приводит к коррозии и загрязнению электродов, что снижает надежность работы приборов.

Емкостные сигнализаторы уровня. В качестве чувствительного элемента этих приборов применяются конденсаторные преобразователи, электрическая емкость которых меняется при изменении контролируемого уровня среды. Электроды преобразователя могут быть голыми металлическими стержнями (для сред диэлектриков), пластинчатыми (для сыпучих материалов), а также покрытыми изоляцией (для электропроводных сред).

Рис. 7 Схема измерения уровня емкостным уровнемерами.

Покрытиями электродов служат винипласт, полиэтилен и фторопласт. Схема измерения уровня емкостными уровнемерами показана на рис.7. В сосуд 1 с жидкостью, уровень которой необходимо измерять, помещен покрытый изоляционным материалом электрод 2, образующий вместе со стенками цилиндрический конденсатор. При колебаниях уровня жидкости емкость конденсатора меняется. Величина ее измеряется электронным блоком 3, выдающим сигнал в блок 4, являющийся релейным элементом в схемах сигнализации или указывающим в схемах измерения уровня.

Для измерения электрической емкости используются резонансные или мостовые схемы. Резонансные схемы применяются в сигнализаторах уровня типа СУС, служащих для контроля уровня жидких и сыпучих сред с различными физическими свойствами. Электрическая схема сигнализатора уровня приведена на рис.8.

В контур высокочастотного генератора, состоящего из лампы Л1, катушки индуктивности l1 и конденсаторов С1 и С2, включен электрод Спр. Переключатель В служит для выбора верхнего и нижнего пределов измерения, а конденсатор С3 — для подгонки емкости преобразователя и настройки прибора. Если отсутствует измеряемая среда, схема работает в режиме генерации, на сетку лампы подается отрицательное смещение и анодный ток имеет минимальное значение. Когда электрод погружается в среду, емкость его увеличивается. При измене­нии емкости на 5 пФ происходит срыв высокочастотных колебаний, анодный ток лампы Л} резко возрастает и выходное реле Р, включенное в анодную цепь лампы, срабатывает, в результате чего включается цепь сигнализации.

Рис. 8 Электрическая схема сигнализатора уровня СУС.

Рис. 9 Мостовая схема емкостного индикатора уровня.

Мостовая схема емкостного индикатора уровня типа ЭИУ, показанная на рис.9, состоит из генератора высокой частоты, моста переменного тока и диодного детектора. Генератор собран на электронной лампеЛ1, имеет колебательный контур, образованный катушкой индуктивности l1 и конденсаторомС1 конденсатор С2 является емкостью связи контура с лампой.

Два плеча измерительного моста состоят из катушек индуктивности L2 и L3, а два других — из емкости преобразователя Спр и переменного конденсатора С3, с помощью которого мост настраивается на начальный уровень измеряемой среды. При изменении уровня контролируемой среды меняется емкость преобразователя Спр, вследствие чего нарушается равновесие моста. Высокочастотное напряжение разбаланса, снимаемое с диагонали моста, детектируется диодами Дь Д2, Д3, Д4, через переменное сопротивление R подается на местный измерительный прибор (милливольтметр мУ) и через клеммы 1 и 2 — на дистанционные вторичные приборы. Уровнемеры, работающие по этой схеме, состоят из емкостного преобразователя, электронного блока, местного и дистанционного указателей уровня. Преобразователь монтируется на крышке резервуара таким образом, чтобы электрод его располагался внутри объекта. Контролируемыми средами прибора могут быть проводящие и непроводящие электрический ток жидкости, порошкообразные и гранулированные материалы. Емкостные приборы обладают большой чувствительностью и быстродействием, имеют малые габариты и массу. Работа их не зависит от величины начальной емкости.

Недостатками этих уровнемеров являются зависимость показаний от температуры и дав­ления, влияющих на величину диэлектриче­ской проницаемости контролируемой среды, и ограниченная длина соединительных проводов между преобразователем и вторичным прибором.

Пределы измерения уровня 0—10 м; наи­большее расстояние от электронного блока до дистанционного указателя 1000 м; давление в резервуаре 2,94 МПа; погрешность не более ± 2,5 %; питание от сети напряжением 220 В.

Рис. 10 Структурная схема радиоизотопного индикатора уровня.