5.2.2. Гідростатичні рівнеміри

Гідростатичні прилади займають важливе місце при вимірюванні рівня агресивних розчинів та речовин, що швидко кристалізуються, і застосовується для вимірювання рівня в ємностях, які знаходяться під тиском. У цих приладах вимірювання рівня рідини базується на вимірюванні гідростатичного тиску, створюваного рідиною, на дно резервуару. Загальне рівняння для тиску Р стовпа для нерухомої рідини має вигляд:

, (5.3)

де - густина рідини, кг/м ; Н – висота стовпа рідини (рівень), м; g – прискорення вільного падіння, м/с .

Умова вимірювання рівня вимагає підтримання густини на постійному значенні.

Вимірювання гідростатичного тиску здійснюється:

– манометром, що встановлюється на висоті, що відповідає нижньому граничному значенню рівня;

– диференціальним манометром, що під’єднується до резервуару на висоті, яка відповідає нижньому граничному значенню рівня, та до газового простору над рідиною;

– вимірюванням тиску газу (повітря), що продувається трубкою, зануреною на фіксовану глибину в рідину, яка заповнює резервуар (п’єзометричний рівнемір).

Рис. 5.5. Вимірювання гідростатичного тиску: а) – манометром; б)– диференціальним манометром

В даній лабораторній роботі в якості вимірювача тиску стовчика рідини застосовано перетворювач типу KPT-C, призначений для вимірювання надлишкового тиску нейтральних до титану та нержавіючої сталі середовищ (газу, пари, рідини) і перетворення вимірюваного тиску в уніфікований вихідний сигнал постійного струму.

Перетворювач КРТ-С складається з вимірювального та електронного блоків, розташованих в одному корпусі.

Принцип дії перетворювача заснований на дії вимірюваного тиску на мембрану тензоперетворювача та переворенні електричного сигналу на виході з нього електронним блоком в стандартний струмовий сигнал 0…5, 0…20, 4…20 мА.

Тензодатчик являє собою спеціальної форми резистор (рис. 5.6), розташований на тонкій основі, яка під дією прикладених сил деформується й тим самим змінює опір тензодатчика:

(5.4)

де поперечний переріз, довжина, питомий опір.

Рис. 5.6. а) – принцип дії тензодатчика (на прикладі дрота);

б) – тензодатчик з металевої фольги

Принцип роботи манометра із застосуванням тензодатчиків пояснюється рис. 5.7. На консолі, яка деформується разом із діафрагмою під дією тиску, наклеєні або напилені чотири тензодатчики. Вони з’єднуються в схему незрівноваженого моста, вихідний сигнал якого у вигляді напруги пропорційний прикладеному тиску:

. (5.5)

а) б)

Рис.5.7. а) – Принципова схема тензометричного діафрагмового датчика;

б) – мостова вимірювальна схема з тензодатчиками.

Стандартний електричний сигнал 4…20 мА від перетворювача КРТ-С надходить на вимірювач двоканальний типу ТРМ200 фірми «ОВЕН», який слугує для отримання візуальної інформації про рівень в резервуарі.

Прилад ТРМ200 (рис. 5.8) має два універсальних входи для підключення датчиків температури, тиску, вологості та ін.; здійснює цифрову фільтрацію та корекцію вхідного сигналу, масштабування шкали для аналогового входу; розраховує різницю вимірюваних величин (за необхідності); здійснює індикацію поточних значень виміряних величин та їх різниці на двох вмонтованих 4-х розрядних світлодіодних цифрових індикаторах; вираховує та показує квадратний корінь від виміряної величини (прикладом, для вимірювання міттєвої витрати).

а б

Рис. 5.8. Прилад ТРМ200: а– зовнішній вигляд; б – функціональна схема приладу

П’єзометричний рівнемір (рис. 5.8) складається із вимірювальної камери, яку утворюють: п’єзометрична трубка 1, що занурена в резервуар з контрольованою рідиною якомога ближче до його дна; контрольний пристрій 2, призначений для візуального контролю якості проходження стисненого повітря через шар рідини; манометра 5, який приєднуєднаний до трубки 1 для вимірювання тиску Р повітря у п’єзометричній трубці.

Живиться система стисненим повітрям (Р =140 кПа), яке подається від компресора через фільтр 4, що забезпечує очищення повітря, і редуктор 3, призначений для регулювання постійного тиску повітря.

Рис. 5.8. П’єзометричний рівнемір

В п’єзометричному рівнемірі висота стовпа рідини (за умови, що густина ) впливає на швидкість виходу повітря з нижнього каліброваного отвору п’єзометричної трубки. При збільшенні рівня збільшується гідростатичний тиск стовпчика рідини, що, в свою чергу, впливає на тиск повітря, яке проходить п’зометричною трубкою, й вимірюється манометром 5. Для цього випадку покази манометра прямопропорційні рівню рідини в резервуарі:

.

Необхідною умовою надійної роботи п’єзометричних рівнемірів є те, що повітря повинно виходити з нижнього отвору п’єзометричної трубки окремими бульбашками, які піддаються підрахунку (30–80 бульбашок в хвилину).

Подібні прилади використовувються для вимірювання рівня агресивних та забруднених рідин, а також рідин, що швидко кристалізуються. Прилади забезпечують точність вимірювання в межах 1,5 – 2,5 % від діапазону вимірювання.

В даній лабораторній роботі в якості вимірювача тиску при роботі з п’єзометричним рівнеміром застосований перетворювач тиску в електричний сигнал типу ПТЕ-4.

Принцип дії пневмоелектричного перетворювача ПТЕ-4 базується на перетворенні виміряного тиску в стандартний електричний сигнал у спеціальній робочій камері за допомогою тензорезисторних перетворювачів.