Глава 5. Приборы для измерения уровня

Одним из важнейших технологических параметров в мясной и, особенно, в молочной промышленности является уровень жидких и сыпучих продуктов в различных емкостях.

Как правило, необходимо измерять уровень непрерывно, тем самым получая информацию о количестве исходного сырья или готового продукта (указатели, индикаторы), либо сигнализировать предельные (верхний и нижний) его значения, тем самым не допуская потерь продукта (сигнализаторы).И те и другие широко используются в качестве датчиков в автоматизированных системах технологического контроля.

По принципу действия приборы можно разделить на следующие группы: механические (поплавковые, мембранные), контактно-механические, гидростатические, электрические, радиоволновые, радиоизотопные, акустические, весовые и др.

Широко применяются приборы как общепромышленного назначения, так и специальные, отвечающие требованиям мясной и молочной промышленности.

5.1. Механические уровнемеры

Отличаются простотой, высокой надежностью и низкой стоимостью. К этой группе относятся приборы, основанные на использовании механического воздействия измеряемого материала (при изменении его уровня) на чувствительный элемент. В первую очередь это поплавковые, а также лотовые, крыльчатые и пр.

Поплавковые уровнемеры различаются: с постоянным и изменяемым погружением чувствительного органа.

В поплавковом уровнемере чувствительным элементом является поплавок. Подъемная сила поплавка по закону Архимеда:

,

где – объем поплавка;

– плотность среды над жидкостью;

– ускорение силы тяжести;

–плотность контролируемой жидкости;

– площадь сечения поплавка.

Для постоянного сечения:

,

где – высота поплавка.

При :

Рис. 5.1.1

.

Рис. 5.1.2

Таким образом, принцип действия поплавковых уровнемеров основан на использовании перемещения поплавка 1, плавающего на поверхности жидкости. Это перемещение механически 2, 3, 4 или с помощью дистанционной передачи передается к измерительной части прибора 5, 6. Поплавок и трос уравновешиваются контргрузом 7. Поплавковые приборы широко используются в качестве сигнализаторов верхних пределов уровня.

К недостаткам этих устройств следует отнести определенные трудности санитарной обработки.

Рис. 5.1.3

В качестве примеров для молочной промышленности можно назвать поплавковые сигнализаторы уровня в емкостях линии производства творога мягкого диетического. Такое устройство снабжено микровыключателем и обеспечивает блокировку работы насоса, подающего продукт в емкость.

На рисунке показана схема цилиндрического поплавка переменного погружения.

В положении а условие равновесия будет:

, (5.1.1)

где – площадь поперечного сечения поплавка;

– плотность материала поплавка;

– ускорение силы тяжести;

– жесткость пружины.

В положении б условие равновесия будет:

, (5.1.2)

где – плотность жидкости.

Вычитая из (5.1.1) уравнение (5.1.2), получим:

.

Откуда

.

Таким образом, из последнего выражения видно, что перемещение поплавка пропорционально уровню жидкости.

Коэффициент пропорциональности меньше 1 и равен 1 при . С увеличением жесткости пружины перемещение поплавка снижается.

Для контроля уровня сыпучих материалов применяются специальные лотовые измерители. В этих устройствах уровень контролируется с помощью груза, находящегося на поверхности материала. Процесс измерения осуществляется следующим образом. Включается лебедка, и груз опускается и ложится на продукт. Натяжение троса ослабевает, что вызывает срабатывание реле, отключающее привод лебедки. Через несколько секунд, необходимых для отсчета, лебедка включается на подъем груза. Дойдя до исходного положения, лебедка останавливается с помощью конечного выключателя .

Для сыпучих (или вязких) продуктов может использоваться сигнализатор уровня с вращающейся крыльчаткой. При достижении слоем продукта вращающейся крыльчатки она останавливается. При этом останавливается червячное колесо, а червяк получает поступательное движение вдоль оси и включает контактное устройство сигнализации.