31 Гидростатические уровнемеры

Гидростатические уровнемеры основаны на измерении давления-столба жидкости или выталки­вающей силы, действующей на тело, погруженное в жидкость. В пищевой промышленности нашли ши­рокое применение буйковые и пьезометрические (барботажные) гидростатические уровнемеры, а также уровнемеры-манометры и: дифманометры.

Буйковые уровнемеры Принцип действия буйковых уровнемеров основан на изменении выталкивающей силы, действую­щей на буек, который погружен в жидкость и удерживается в ней в заданном положении с помощью какой-либо внешней силы. В качестве этой силы используется упру­гая сила пружины или скручивающейся торсионной трубки. В буй­ковых уровнемерах, входящих в систему ГСП, уравновеши­вающей: силой является усилие обратной связи, развиваемое силовым ме­ханизмом обрат­ной связи — электрическим или пневматическим.

В буйковом уровнемере с электрическим уравновешиванием (рис. IX.6) чувствительный элемент - буек 10, находящийся в жидкости, подвешен к рычагу 9, который через уплотнительную мембрану 11 выведен наружу и соединен системой рычагов с устройством обратной связи. Начальная масса буйка уравновешивается специальным грузом 8, находящимся на плече дополнительного уравновеши­вающего рычага. Усилие от рычага 9 передается через Т - образный рычаг 3, подвижную опору 2 и Г - образный рычаг 4 к индикатору рассогласова­ния 5 дифференциально-трансформа­торного типа. Электрический сигнал рассогласова­ния усиливается и приводится к нормализованному виду l_вых усилителем 7, откуда он поступает в линию связи и устройство обратной связи 6, с по­мощью которого создается усилие, через систему рыча­гов уравновешивающее выталкивающее усилие жидкости, которое действует на буек 10. Пру­жина 1 является корректором нуля при настройке прибора. Выпускается большая номенклатура буйковых уровнемеров, сигнализаторов и регуляторов с механической, пневматической и электрической системами дистанционной пере­дачи. Так, например, группа уровнемеров типа УБ рассчитана на 19 пределов измерения в диапазоне от 0—20 мм до 0—16 м и насчитывает 48 типоразмеров. Класс точности приборов 1 и 1,5. Предельно допусти­мое рабочее избыточное давление 10 МПа.

Пьезометрические уровнемеры. Уровнемеры, основанные на принципе гидростатического изме­рения уровня жидкости путем проду­вания с малой скоростью воз­духа через открытую с одного конца трубку, опущенную в резерв уар, называются пьезометрическими, или барботажными. Уровне­мер (рис. IX.7) состоит из опус­каемой в резервуар трубки 1, к ко­торой присоединяется манометр 5 для измерения давления возду­ха в трубке р, а следовательно, и статического напора жидкости, пропорционального высоте столба жидкости Н над выходным от­верстием трубки, т. е. Сжатый воздух подается от компрессора через фильтр 4 и ре­дуктор 3, служащий для регули­ровки подачи воздуха через трубку. Для контроля подачи воздуха служит визуальное контрольное уст­ройство 2. Подобные приборы могут с успехом использоваться для измере­ния уровня агрессивных, загрязнен­ных и быстрокристаллизующихся жидкостей и обеспечивают точность измерения ±1,5% при по­стоянной плотности раствора (жидкости).

Уровнемеры-манометры и дифманометры. К гидростатическим приборам относятся уровнемеры, основан­ные на измерении давления, кото­рое создается столбом жидкости. Это давление, определяемое согласно формуле (IX.2), измеряется с помощью манометров.

Уравнение (IX.2) показывает возможность измерения уровня путем опреде­ления гидростатиче­ского давления жидкости. Известны два основных варианта измерения уровня с помощью маномет­ров: путем установки специального чувст­вительного элемента внутри емкости, в которой произво­дится измерение, и путем .подключения манометра к сливному трубопроводу. Между манометром и жид­костью, находящейся в резервуаре, устанавливается разделительная мембрана (чаще всего резино­вая). На этом принципе построен прибор для измерения уров­ня вина, состоящий из резиновой камеры, соединительной полиэтиленовой трубки и манометра, отградуированного в единицах измере­ния уровня. Погрешность таких приборов достигает ±4%, что для технических целей вполне прием­лемо. Для измерения уровня жидкости, находящейся под давлением (например, уровня воды в бараба­нах паровых котлов), широко применяются гидростатические уровнемеры, основанные на прин­ципе измерения разности давлений двух столбов жидкости с по­мощью дифманометрон. Подобные уровне­меры обеспечивают доста­точно высокую точность измерения, однако необходимо иметь в виду влия­ние на нее изменения плотности жидкости, что должно быть учтено при градуировке приборов. Дифма­нометры-уровнемеры могут применяться также для измерения уровня жидкостей, находя­щихся в открытых сосудах или под вакуумом.

3 Широкое внедрение в пищевую промышленность автоматизации технологических процессов, основанное на использовании различных технических средств, явилось предпосылкой создания и внед­рения ГСП.ГСП разработана с целью наиболее экономически целесообраз­ного решения проблемы обеспечения техниче­скими средствами ав­томатических систем контроля, регулирования и управления техно­логическими процессами различных отраслей народного хозяйст­ва. В настоящее время ГСП определяет направления разви­тия оте­чественного приборостроения,, требования к которому непрерывно возрастают как по номенклатуре изделий, так и по их качественным показателям.В основе построения ГСП лежат определенные системотехни­ческие принципы, направленные на создание системы универсаль­ных технических средств автоматизации, которые могут быть сфор­мулированы следую­щим образом:

разделение приборов и средств автоматизации по функциональ­ным признакам на основе типизации сис­тем автоматизации;

минимизация номенклатуры с учетом более полного удовлетво­рения потребностей отраслей народного хо­зяйства путем создания параметрических рядов, унифицированных систем и агрегатированных комплексов приборов и средств автоматизации;

блочно-модульное построение изделий ГСП на основе типовых унифицированных блоков и модулей;

агрегатированное построение сложных устройств на основе ти­повых унифицированных блоков и прибо­ров;

совместимость приборов и средств автоматизации ГСП при ра­боте в автоматических системах контроля, ре­гулирования и управ­ления. Эта совместимость обеспечивается путем унификации сигна­лов между электриче­скими, пневматическими и гидравлическими приборами, конструктивных и присоединительных разме­ров, а так­же технических и эксплуатационных требований к ним.По функциональным признакам (или назначению) изделия ГСП разделяются на следующие группы уст­ройств:1—для получения информации о состоянии процессов;2 — для приема, преобразования и передачи информации по ка­налам связи;3 — для преобразования, хранения и обработки информации и формирования команд управления;4 — для использования командной информации в целях, воздей­ствия на процесс, т. е. исполнительные уст­ройства.

По виду энергии, используемой для питания устройств и форми­рования сигналов, ГСП подразделяется на несколько больших

групп, так называемых ветвей: электрическую, пневматическую, ги­дравлическую, а также ветвь приборов и устройств, работающих без источников вспомогательной энергии.В системах автоматизации управления сложными технологичес­кими процессами применяются, как пра­вило, одновременно техни­ческие устройства и приборы всех ветвей. Связь электрических, пне­вматических и гидравлических устройств и приборов между собой осуществляется с помощью специальных преобразователей сиг­налов.Создание параметрических рядов, унифицированных систем и агрегатированных комплексов приборов и средств автоматизации значительно сокращает номенклатуру ГСП.При конструировании устройств ГСП принят блочно-модульный принцип построения изделий. Его примене­ние делает изделия более универсальными, по­зволяет использовать при их разработке рациональный минимум конструктив­ных элементов. Вместе с тем использование этого принципа позволяет легко и просто заменять отдельные унифицированные блоки и модули устройств при необходимости, т. е. повышает их ремонто­пригодность и расширяет круг решае­мых ими задач.Агрегатирование является эффективным средством унификации и достижения универсальности средств ГСП, обеспечивающих построение сложных централи­зованных и телемеханических автоматических и автоматизи­рованных систем конт­роля, регулирования и управления, предназначенных для обработки большого объ­ема измерительной и управляющей информации. Разработка целой серии (около 20) агрегатированных комплек­сов на базе последних достижений микро­электроники направлена в первую очередь на повышение эффек­тивности ГСП в условиях широкого внедрения автоматизированных систем управления (АСУ) различных уровней и особенно автоматизированных систем управления техноло­гическими процессами (АСУ ТП). Агрегатиро­ванные комплексы, таким образом, рассматриваются как подсистемы ГСП, полностью отвечающие общим системным принципам ГСП и имеющие согласованную с ней общую функциональную направленность.Принципы построения ГСП и технические требования к различ­ным видам изделий отображены в ряде госу­дарственных и отрас­левых стандартов (ГОСТ и ОСТ), которых в настоящее время насчитывается около 200. Комплекс этих стандартов гарантирует и оп­ределяет функциональную, информационную, конструктив­ную, энер­гетическую и метрологическую совместимость изделий ГСП в ав­томатических системах контроля, регулирования и управления.Действующие ГОСТы и ОСТы подразделяются на следующие группы;общие стандарты, нормирующие общие технические требования к надежно­сти, метрологии, условиям экс­плуатации, установке, транспортировке, хранению и т. д.;стандарты, нормирующие входные и выходные сигналы;стандарты, нормирующие требования к функциональным группам; изделий;стандарты, нормирующие требования к различным видам конструктивного исполнения;стандарты, нормирующие требования к типовым деталям и узлам изделий

Унификация сигналов измерительной информации (определяе­мая соответствующими стандартами) обеспе­чивает, передачу и об­мен информацией, а также дистанционную связь между устройст­вами управления, передачу результатов измерений от средств получения информации к устройствам контроля и управления, а также управляющих сигналов на исполнительные механизмы. Классифи­кация основных унифицированных ин­формационных сигналов ГСП показана на рис. III.1.Из электрических сигналов наибольшее распространение полу­чили унифицированные сигналы постоян­ного тока и напряжения.

К лассификация унифицированных информационных сигналов ГСП

Они используются как для передачи информации от средств полу­чения информации к устройствам управле­ния и от них к исполни­тельным устройствам, так и для обмена информацией между уст­ройствами управ­ления.

В меньшей степени применяются сигналы переменного напря­жения. Частотные же сигналы используются главным образом в телемеханической аппаратуре и некоторых специализированных комплекса технических средств.