5.4. Радиоизотопные уровнемеры
Радиоизотопные уровнемеры обладают рядом существенных преимуществ перед другими типами, это бесконтактность, независимость от состояния окружающей среды, возможность контроля уровня как в открытых, так и закрытых емкостях для любых материалов (жидких и сыпучих).
Измерение уровня основано на поглощении –лучей при их прохождении через слой продукта. Интенсивность лучей после прохождения слоя вещества определяется :
,
где
– начальная интенсивность измерения;
– коэффициент ослабления излучения, зависящий от природы и толщины вещества;
– толщина слоя вещества.
В случае сложного химического состава поглотителя коэффициент ослабления находится по формуле
,
где
,
– плотность составных частей вещества;
, – относительные весовые количества составных частей вещества.
Наиболее употребительны изотопы: кобальт-50, цезий-137, селен-75 и др. В качестве приемника используют счетчик Гейгера-Мюллера, сцинтилляционные счетчики или полупроводниковые детекторы. Импульсы далее усиливаются с помощью индикаторов. Возможны следующие расположения датчика и приемника: горизонтальное и вертикальное. При этом датчик может располагаться на поплавке.
Радиоактивные уровнемеры могут использоваться как сигнализаторы предельных значений, так и для непрерывного измерения уровня.
Рассмотрим схему радиоактивного уровнемера УР, снабженного следящей системной непрерывного действия.
Источник – лучей – кобальт– 60 и приемник – галогенный счетчик, помещенные на подвижных каретках колонок, устанавливают по обе стороны объекта. Сигнал от счетчиков преобразуется в сигнал управления серводвигателем, с которым соединена ось сельсина-датчика (СД).
В дистанционных
передачах используются сельсины,
работающие в индикаторном режиме. Здесь
обе статорные обмотки подключены к
источнику питания. При повороте ротора
СД на некоторый угол в цепи роторов
возникнут токи, в результате взаимодействия
которых с магнитным полем возникает
вращающий момент. Ротор повернется на
.
Вращающий момент, обеспечивающий
синхронность движения роторов, называется
синхронизирующим моментом.
,
где
;
– момент, действующий
на ротор сельсина-приемника (СП)
при рассогласовании
,
равном
.
Погрешность 0,5 % от верхнего предела.
5.5. Акустические уровнемеры
Акустические уровнемеры, в том числе ультразвуковые, находят все большее применение благодаря высокой точности измерений.
Принцип их действия основан на отражении звуковых волн от границ раздела сред жидкость–газ (воздух). В качестве источника излучения используется пьезоэлектрический (магнитострикционный) элемент. В качестве вторичного прибора используют потенциометр. Задающий генератор управляет генератором импульсов и схемой измерения времени. Частота генерации – 300 Гц. Упругие колебания, распространяясь в среде, доходят до границы раздела сред и отражаются от нее. Отраженная волна попадает на приемник ультразвуковых колебаний, электрический импульс усиливается, оба импульса, посланный и отраженный, поступают в измеритель времени. Время запаздывания отраженного сигнала характеризует значение измеряемого уровня. Постоянное напряжение, пропорциональное времени запаздывания, подается на вторичный прибор. В качестве излучателя и приемника, как правило, используется одно устройство, которое работает сначала как излучатель, а далее как приемник. Погрешность измерения 1–2 мм для жидкости вязкостью 0,1 Па.с и 5 мм для жидкости с вязкостью 0,1–5 Па.с.
Рассматривая в целом возможности применения тех или иных типов уровнемеров в мясной и молочной промышленности, следует отметить следующее. Поплавковые и буйковые уровнемеры не могут быть использованы для вязких продуктов, таких, как сгущенное молоко с сахаром и пр. При применении таких приборов необходимо обеспечивать их тщательную обработку, в том числе при безразборной автоматической мойке.
В настоящее время широкое применение в отрасли нашли мембранные уровнемеры с измерительным преобразователем гидростатического давления, а также кондуктометрические и емкостные сигнализаторы.