Измерение уровня

Измерение уровня жидкости в водопроводно-канализа­ционных технологических процессах имеет очень большое значение, так как позволяет контролировать правильность протекания технологических процессов, поддерживать в случае необходимости постоянство уровня, определять количество жидкости в баках и резервуарах.

Практически измерение уровня применяют в двух слу­чаях. В одном случае оно осуществляется в широких пределах, определяемых геометрическими размерами ем­кости. Например, это имеет место при измерении уровня в резервуаре от верхнего края до дна. Во втором случае измерение уровня осуществляется в узких пределах, составляющих обычно ± 100...200 мм. По этому признаку уровнемеры можно разделить на две основные группы: приборы широкого и узкого диапазона измерений.

Существенное влияние на конструкцию уровнемеров оказывает их размещение по высоте относительно места измерения уровня. Различают уровнемеры, расположен­ные ниже измеряемого уровня и выше его.

Уровнемеры могут быть показывающие, регистрирую­щие и сигнализирующие. Каждый из этих приборов может быть, в свою очередь, с местным показанием результатов измерения или с дистанционной их передачей.

По способу измерений уровнемеры можно разделить на три основные группы: поплавковые; гидростатические уровнемеры, действие которых основано на измерении статического давления слоя жидкости или перепада уров­ней; электрические разных типов.

Промышленность выпускает большое число уровнеме­ров для различных условий измерения.

Поплавковые уровнемеры получили широкое распро­странение благодаря простоте устройства. Основным эле­ментом их является поплавок, плавающий на поверхности жидкости.

Непрерывный контроль за изменением уровня жидкос­ти в открытом резервуаре с сигнализацией заданных предельных положений уровня может осуществляться с помощью прибора РП-1065 (рис. 57). Уровнемер состоит из поплавка 1 и противовеса 3. Переключение контактов предельного положения уровней происходит с помощью коромысла 2, на которое воздействуют укрепленные на тросе упоры. Прибор выпускается в двух модификациях: РП-1065-0 – в качестве реле двух положений уровня и РП-1065-1 —непрерывного контроля уровня. Во втором случае в комплект кроме показанного на рисунке входит вторичный прибор сельсинного типа со шкалой и стрел­кой, указывающей изменение уровня. Шкала может градуироваться в пределах от 0 до 6 м.

Рис. 57. Поплавковый уровнемер РП-1065:

1 – поплавок; 2 – коромысло; 3 – противовес; 4 – сельсин датчик; 5 – механическая передача; 6 – шина; 7 – ртутные контакты

Разработаны уровнемеры, поплавок которых имеет магниты. При перемещении поплавка магниты переклю­чают герметизированные магнитоуправляемые контакты, которые разрывают или замыкают цепи управления и сигнализации.

Для контроля уровня в закрытых резервуарах выпус­кается поплавковое реле уровня СУ-1 и СУ-3 с ходом поплавка до 150 мм.

Выпускается также поплавковое сельсинное устройство для непрерывного измерения практически любых измене­ний уровня жидкости в открытых резервуарах. Устройство состоит из датчика ДСУ-1 и приемника УСП-1 или УСП-2 (см. рис 126). Путем комбинации этих приборов можно измерять уровень, разность уровней, два уровня и напор, создаваемый их разностью.

Для сигнализации предельных положений уровня в диапазоне 0,5... 10 м в открытых резервуарах используют также поплавковое механическое реле уровня типа РМ-51.

Колокольное реле уровня типа РУК предназначается для контроля уровня жидкости в канализационных колод­цах (рис. 58).

Прибор состоит из корпуса 1, в верхней части которого герметично вмонтирован сильфон 2, связанный посредст­вом стержня 3 с контактной системой 5, укрепленной на угольнике 6. Угольник с контактами свободно поворачивается в кронштейнах 8. Контактная система герметически закрыта кожухом 9. Момент срабатывания регулируется винтом 4.

Рис. 58. Устройство контроля уровня в канализационных колодцах типа РУК

При подъеме уровня жидкости в колодце нижняя часть корпуса реле окажется погруженной в жидкость. При дальнейшем подъеме жидкости воздух, находящийся в корпусе, будет сжиматься. Внутри корпуса создается увеличенное давление воздуха, которое приводит к сжатию сильфона и замыканию ртутных выключателей.

Гидростатические уровнемеры измеряют уровень в зависимости от изменения статического давления столба воды. Существует ряд конструкций таких уровнемеров мембранного и сильфонного типа. Можно использовать также дифманометры, если уровнемер можно расположить ниже измеряемого уровня. В этом случае плюсовый сосуд дифманометра присоединяется к днищу закрытого резервуара (рис. 59,б), в котором измеряется уровень.

К минусовому сосуду дифманометра присоединяется урав­нительный сосуд, располагаемый таким образом, чтобы уровень жидкости в нем соответствовал максимальному уровню жидкости в резервуаре. Тогда дифманометр будет измерять перепад или разность уровней в резервуаре и уравнительном сосуде. При измерении уровня в от­крытом резервуаре уравнительный сосуд устанавли­вают на отметке минимального уровня (рис. 59, а), верхняя часть сосуда сообщается с атмосферой, пре­дусматриваются сливные краны. Если уравнительный сосуд подключается к плюсовой стороне дифманометра, прибор показывает снижение уровня жидкости относительно верхнего предела. Когда уравнительный сосуд подключается к минусовой стороне, прибор показывает повышение уровня относительно ниж­него предела.

Рис. 59. Схема измерения уровня жидкости дифманометром:

а – в открытом резервуаре; б – в закрытом; 1 – резервуар; 2 – запорный вентиль; 3 – продувочный вентиль; 5 – уравнительный вентиль; 6 – дифманометр

Для измерения уровня в резервуарах, расположенных ниже места установки уровнемера, можно использовать приборы, схема которых показана на рис. 60.

Рис. 60. Схемы гидростатических уровнемеров:

а – колокольный уровнемер: 1 – соединительная трубка; 2 – манометр; 3 резервуар; 4 – колокол; б – пневмометрический уровнемер: 1 трубка; 2 – манометр; 3 – редуктор

На рис 60,а показана схема измерений с помощью колокола, погруженного в резервуар и соединенного тонкой трубкой с манометром, градуированным в едини­цах уровня. Нижняя часть колокола закрывается гибкой мембраной во избежание растворения воздуха в воде, что приводит к погрешностям измерения. Прогиб мембра­ны изменяет объем воздуха, заключенного в колоколе и соединительной трубке, создавая повышенное давление, которое измеряется манометром.

На рис. 60,б показана схема пневмометрического уровнемера. Трубку 1 измерителя 2 погружают в емкость почти до самого дна. Через эту трубку непрерывно проду­вается сжатый воздух с постоянным давлением и расхо­дом, что обеспечивается редуктором 3. Давление воздуха, поступающего в трубку, должно превысить давление, создаваемое столбом жидкости при наивысшем положении уровня над отверстием трубки, иначе при повышении уровня сжатый воздух не выйдет из полости трубки.

В основу этого метода измерения уровня положена строгая закономерность: давление воздуха Р в трубке рав­но длине погруженной части трубки Н, умноженной на удельный вес жидкости. Давление Р, создаваемое в полос-

ти трубки, измеряется манометром 2, шкала которою градуирована в единицах высоты уровня. Понижение уров­ня жидкости приводит к снижению давления в трубке из-за уменьшения сопротивления столба жидкости.

В Академии коммунального хозяйства разработана система телеизмерения уровней ТУ-2-АКХ (см. рис. 123 и 126), предназначенная для измерения уровня воды и открытых резервуарах систем водоснабжения и канализа­ции. Измерение уровня основано на перемещении чувстви­тельного элемента в виде сильфона под действием гидростатического давления столба воды. В сочетании с фотоэлектронным регулятором ФЭР-1-АКХ телеуров­немер позволяет автоматически регулировать уровень воды.

Электрические уровнемеры составляют значительную группу приборов, чувствительные элементы которых осно­ваны на преобразовании различных электрических свойств воды в соответствующую величину ее уровня. Из электрических уровнемеров наиболее широко приме­няют электродные устройства.

Электрический электродный сигнализатор уровня типа ЭРСУ-2 предназначен для сигнализации 2...3 уровней. Принципиальная электрическая схема прибора приведена на рис. 61.

Рис. 61. Принципиальная схема электрического электродного сигнализатора уровня

ЭРСУ-2

В этой схеме к каждому отдельному датчику подключается реле постоянного тока, которое служит для контроля одного уровня: реле – для нижнего, – для верхнего и – для аварийного уровня. Аварийный уровень может быть выше или ниже конт­ролируемого диапазона. Если аварийный уровень принят ниже контролируемого, то переключатель В устанавли­вается в правое положение, если выше—в левое.

Световая сигнализация контролируемых уровней Л , Л и Л разомкну­та и через размыкаю­щий контакт включе­на красная лампа Л . Когда горизонт нахо­дится между контроли­руемыми уровнями, замкнута цепь реле и через замыкающий контакт , и размыкаю­щий контакт Р включе­на зеленая лампа Л . При повышении уровня до верхней контролируемой отметки У , включается желтая лампа Л .

В тех случаях, когда стенки резервуара не могут быть использованы в качестве заземляющего электрода, уста­навливают дополнительный электрод, присоединив его к зажиму Э релейного блока.

Реле питается постоянным током от обмотки транс­форматора Тр через выпрямитель Д —Д с конденсатором С выполняющим роль фильтра; световая сигнализация питается переменным током от отдельной обмотки трансформатора.

Устройство датчика показано на рис. 62.

Рис. 62. Датчик сигнализатора уровня ЭРСУ-2

Датчик пред­ставляет собой металлический электрод 1, электрически изолированный от штуцера трубкой 2 и от головки корпуса 3 шайбой 4. Корпус датчика закрыт крышкой 5 с прокладкой 6; крышка привинчивается четырьмя винта­ми 7. Пружина 8 обеспечивает надежное уплотнение между изоляцией электрода и внутренней стенкой штуце­ра. Провода вводятся через штуцер с сальниковым уплотнением. Выпускаются датчики определенной длины L, но при необходимости длину электрода можно увели­чить, наращивая стержень 10 из нержавеющей стали с помощью переходной втулки 9.

Промышленность выпускает емкостные уровнемеры. В состав ГСП входит емкостный уровнемер с токовым выходом типа ДУЕ-2 для измерения уровня в пределах 0,6...10 м.

Выпускаются также электродные сигнализаторы уровня ЭСУ-1М и ЭСУ-2М, основанные на измере­нии емкости электрода, изменяющейся в зависимости от уровня воды.