CC BY
230
DOI: 10.6084/m9.figshare.4880294
АНАЛ1З МЕТОД1В ВИМ1РЮВАННЯ Р1ВНЯ Р1ДИНИ
Литвиненко В.М.
Доцент кафедри iнформацiйно-вимiрювальних технологiй електронiки та шженерй, к.т.н. Литвиненко Вiктор Миколайович Херсонський нащональний технiчний унiверситет Бериславське шосе, 24, тел. 32-69-44, viktor [email protected]
Рiвнем називають висоту заповнення технолопчного апарата робочим середовищем — рщиною або сипучим тiлом. Рiвень робочого середовища е технологiчним параметром, шформащя про нього необхiдна для контролю режиму роботи технолопчного апарата, а в рядi випадюв для керування виробничим процесом i для проведення заходiв щодо енергоаудиту. Шляхом вимiрювання рiвня можна одержувати iнформацiю про масу рщини в резервуарах. Подiбна iнформацiя широко використовуеться для керування виробничим процесом. Рiвень вимiрюють в одиницях довжини. Засоби вимiрювання рiвня називають рiвнемiрами.
Розрiзняють рiвнемiри, як призначенi для вимiрювання рiвня робочого середовища; вимiрювання маси рiдини в технолопчному апаратi; сигнаизацп граничних значень рiвня робочого середовища — сигнаизатори рiвня. За дiапазоном вимiрювання розрiзняють рiвнемiри широкого (з межами вимiрювання 0,5-20 м) i вузького дiапазонiв (межi вимiрювання (0...±100) мм або (0...±450) мм).
На даний час вимiрювання рiвня в багатьох галузях промисловостi здiйснюють рiзними за принципом дй рiвнемiрами, з яких дiстали поширення вiзуальнi, поплавковi, буйковi, гщростатичш, електричнi, ультразвуковi i радiоiзотопнi.
Розглянемо основш методи вимiрювання рiвня рщини.
1. Вiзуальнi засоби вимiрювання р1вня
До вiзуальних засобiв вимiрювання рiвня вiдносять мiрнi лiнiйки, рейки, рулетки з лотами (цилшдричними стрижнями) i склянi рiвнемiри [1]. У виробничш практицi широкого застосування набули скляш рiвнемiри. Вимiрювання рiвня за допомогою скляних рiвнемiрiв (рис.1, а) грунтуеться на законi сполучених посудин. Вк^вне скло 1 за допомогою арматур з'еднують iз нижньою i верхньою частинами емностi. Спостерiгаючи за положенням менюка рiдини в трубцi 1, роблять висновок про положення рiвня рщини в емност^ Для виключення додатково! похибки, обумовлено! розходженням температури рщини в резервуарi i у склянш трубцi, перед вимiрюванням здшснюють промивання скляних рiвнемiрiв.
/ I_1 I_и
Рис. 1. Схема установки на технолопчних апаратах
Для цього передбачений вентиль 2. Арматура скляних рiвнемiрiв оснащуеться запобiжними клапанами, що забезпечуе автоматичне перекривання канаив, якi зв'язують вказiвне скло з технолопчним апаратом при випадковiй поломщ скла. Через низьку механiчну мщшсть склянi рiвнемiри звичайно виконують довжиною не бiльше 0,5 м. Тому для вимiрювання рiвня в резервуарах (рис.1, б) встановлюеться декiлька скляних рiвнемiрiв з тим розрахунком, щоб вони перекривали один одного. Абсолютна похибка вимiрювання рiвня скляними рiвнемiрами ±(1-2) мм. При вимiрюваннi можливi додатковi похибки, пов'язаннi iз впливом температури навколишнього середовища. Склянi рiвнемiри застосовуються до тискiв 2,94 МПа i до температури 300°С.
2. Поплавковi р1внем1ри
Серед iснуючих рiзновидiв рiвнемiрiв поплавковi е найбiльш простими. Дютали поширення поплавковi рiвнемiри вузького i широкого дiапазонiв [2]. Поплавковi рiвнемiри вузького дiапазону (рис. 2) звичайно являють собою пристрiй, який мютить кульковий поплавок дiаметром 80200 мм, виконаний з нержавдачо! сталi. Поплавок плавае на поверхш рiдини i через штангу i спецiальне ушiльнення з'еднуеться або зi стрiлкою вимiрювального приладу, або з перетворювачем 1 кутових перемiшень в ушфжований електричний або пневматичний сигнал. Рiвнемiри вузького дiапазону випускаються двох титв: фланцевi (рис.2, а) i камерш (рис. 2 ,б), що вiдрiзняються способом !х установлення на технолопчних апаратах. Мтмальний дiапазон вимiрювання цих рiвнемiрiв 0 -10 мм, максимальний — 0-200 мм. Клас точност 1,5. Поплавковi рiвнемiри широкого дiапазону (рис. 2, в) яляють собою поплавок 1, пов'язаний iз противагою 4 гнучким тросом 2. У нижнш частинi противаги закршлена стрiлка, що показуе за шкалою 3
значення рiвня рщини в емност^
Рис.2. Схеми поплавкових рiвнемiрiв:
а) фланцевц
б) камернi;
в) широкого дiапазону
При розрахунках поплавкових рiвнемiрiв пiдбирають такi конструктивнi параметри поплавка, як забезпечують стан рiвноваги системи «поплавок-противага» тiльки за певно! глибини занурення поплавка. Якщо знехтувати силою ваги троса i тертям у роликах, стан рiвноваги системи «поплавок-противага» описуеться рiвнянням
°в = °п - 8 ' 'Рр ' § , (1)
де GВ, ОП — сили ваги противаги i поплавка, Н; £ — площа поплавка,
м2;
Н\ — глибина занурення поплавка, м; рж — густина рщини, кг/м3; g -прискорення вiльного падшня.
Пiдвищення рiвня рiдини змiнюе глибину занурення поплавка i на нього дiе додаткова сила виштовхування. У результат рiвняння (1) порушуеться, i противага опускаеться вниз до того часу, доти глибина занурення поплавка не стане дорiвнювати Н\, При зниженш рiвня дiюча на поплавок сила виштовхування зменшуеться, i поплавок починае опускатися вниз до того часу, доти глибина занурення поплавка не стане дорiвнювати Н\. Для передачi iнформацil про значення рiвня рiдини в резервуарi застосовують сельсинш системи передачi.
Буйковi (мвнешри
В основу роботи буйкових рiвнемiрiв покладене фiзичне явище, яке описуеться законом Архiмеда. Чутливим елементом у цих рiвнемiрах е цилiндричний буй, виготовлений з матерiалу iз густиною, бiльшою за густину рщини [3, 4]. Буй перебувае у вертикальному положенш i частково занурений у рщину. При змт рiвня рiдини в апаратi маса буя в рщиш змiнюеться пропорцшно змiнi рiвня. Перетворення ваги буя в сигнал вимiрювальноl шформаци здшснюеться за допомогою унiфiкованих перетворювачiв «сила - тиск» i «сила - струм». Вщповщно до виду використовуваного перетворювача сили розрiзняють пневматичнi та електричш буйковi рiвнемiри.
Схема буйкового пневматичного рiвнемiра наведена на рис.3.
Рис. 3. Схема буйкового пневматичного рiвнемiра
Рiвнемiр працюе в такий спо^б. Коли рiвень рiдини в апарат дорiвнюе початковому Н0 (в окремому випадку Н0 може дорiвнювати 0), вимiрювальний важiль 2 перебувае в рiвновазi, тому що момент М\, створюваний вагою буя О, зрiвноважуеться моментом М2, створюваним противагою N. Коли рiвень рiдини стае бшьшим И0, частина буя занурюеться в рiдину, при цьому вага буя зменшуеться, а отже, зменшуеться i момент М\, створюваний буем на важелi 2. Внаслiдок того, що М2 стае бiльшим М\, важiль 2 повертаеться навколо точки 0 за годинниковою стрiлкою i прикривае заслiнкою 7 сопло 8. Тому тиск у лши сопла збшьшуеться. Цей тиск
надходить у пневматичний тдсилювач 10, вихщний сигнал якого е вихщним сигналом рiвнемiра.
Цей самий сигнал одночасно посилаеться в сильфон негативного зворотного зв'язку 5. Шд дiею тиску Рвих виникае сила R, момент М3 яко! збiгаеться за напрямком з моментом Mi, тобто дiя сили R спрямована на вщновлення рiвноваги важеля 2. Рух вимiрювальноi системи перетворювача вiдбуваеться до того часу, доти сума моменлв в^х сил, що дiють на важшь 2, не стане дорiвнювати 0.
Крiм розглянуто! модифшаци пневматичних рiвнемiрiв, випускаються рiвнемiри, оснащенi ушфжованим перетворювачем «сила - тиск». Верхш межi вимiрювання рiвнемiра з ушфжованим електричним сигналом обмеженi значеннями 0,02-16 м.
Буйковi засоби вимiрювання рiвня застосовуються при температурi робочого середовища вiд -40 до +400°С i тиску робочого середовища до 16 МПа. Класи точностi буйкових рiвнемiрiв 1,0 i 1,5.
3. Смшсш р1внем1ри
Gмнiсними рiвнемiрами називаються рiвнемiри, заснованi на залежностi електрично! емност конденсаторного перетворювача, утвореного одним або декшькома стержнями, цилiндрами або пластинами, частково введеними в рщину, вщ li рiвня [5-10] .
а)
Рис. 4. Схема конденсаторного перетворювача рiвня для неелектропровщних
середовищ: 1, 2 - електроди; 3 - резервуар; 4 - iзолятор
Конструкщя конденсаторних перетворювачiв рiзна для електропровщних i неелектропровiдних рiдин. Електропровiдними
вважаються рщини, що мають, питомий отр р <106 Ом м i дiелектричну проникнiсть е > 7. Рiзниця перетворювачiв полягае в тому, що один з електродiв рiвнемiрiв для електропровщних рiдин покритий iзоляцiйним шаром, в той час як електроди перетворювачiв для неелектропровщних рiдин не iзольованi. Електроди можуть бути у виглядi плоских пластин, стрижнiв. Як електрод може використовуватися металева стiнка резервуара, якщо вона металева. Часто застосовуються цилiндричнi електроди, що володiють в порiвняннi з iншими формами електродiв хорошою технологiчнiстю, кращою перешкодостiйкiстю i забезпечують бiльшу жорсткiсть конструкци.
Конденсаторний перетворювач для неелектропровщних рщин, що складаеться з двох коаксiально розташованих електродiв 1 i 2, помщених в резервуар 3, в якому проводиться вимiр рiвня, зображений на рис. 4, а.
Взаемне розташування електродiв зафiксовано прохiдним iзолятором 4. Електроди утворюють цилтдричний конденсатор, частина мiжелектродного простору, висота якого Н, заповнена контрольованою рiдиною, решта висотою Н - И - 11 парами.
У загальному виглядi емнють цилiндричного конденсатора визначаеться виразом:
C = nssoH / ln (d2 / di), (2)
де s0 = 8,85-10-12 Ф/м - дiелектрична проникнiсть вакууму; s - вщносна дiелектрична проникнiсть речовини, що заповнюе межелектродний npocTip; Н - висота електродiв; d1, d2 - дiаметри внутрiшнього та зовнiшнього електродiв.
На n^CTaBi виразу (2) легко записати вирази для емносп С1 частини перетворювача, що знаходиться в рщит, i для емносп С2 частини, що знаходиться в газовому просторi
2П8г,£ h _ 0 р
_
ln(d2 / dx)
с = 2Л£0£г h
2 ln(d2 / d )
де ер i 8г - вiдноснi дiелектричнi проникностi рiдини i газу над нею.
Сумарний вихщний опiр перетворювача 7пр, крiм емностей С1 i С2, визначаеться також емнiстю С; прохiдного iзолятора i його активним опором ^ (емнiсть С; утворюеться електродами перетворювача на дiлянцi а; отр Ri обумовлений провiднiстю матерiалу iзолятора на цiй дiлянцi), а також емшстю i провiднiстю з'еднувального кабелю.
Таким чином, електрична схема перетворювача мае вигляд, зображений
на рис. 1, б. Сумарна емнють перетворювача
Спр - С1 + С2 + Ci.
Смнють Ci вiд значення h не залежить, KpiM того, для ra3iB sr ~ 1, тому
с = с +
пр 1 ln(d2 / d)
H[1 + (s - 1)h / H].
Таким чином, при sp = const емнють Спр однозначно залежить вщ вимiрюваного рiвня h. В реальних умовах sр може змiнюватися (наприклад, при змiнi температури рiдини, 11 складу i т.д.).
Для зменшення впливу змiни sр на показання рiвнемiра зазвичай використовуеться компенсацiйний конденсатор (рис. 5).
Рис. 5. Схема перетворювача з компенсацшним конденсатором:
1, 2 - електроди; 3 - додатковий електрод
Тут 1 i 2 - електроди конденсаторного перетворювача, емнють якого залежить вщ вимiрюваного рiвня h, i дiелектричноl проникност ер. Нижня частина електрода 1 i додатковий електрод 3 утворюють компенсацiйний конденсатор, який постiйно занурений в рщину, i, отже, його емнють залежить тшьки вiд ер. Gмнiсть компенсацiйного конденсатора використовуеться в електроннш схемi в якостi коригуючого сигналу.
Негативний вплив на роботу емнюних рiвнемiрiв чинить активний ошр перетворювача. Вiн складаеться з активного опору прохщного iзолятора i активного опору контрольовано! рiдини в мiжелектродному просторi (зазвичай значення останнього дуже мале). Для зменшення впливу активного опору перетворювача в схему рiвнемiра включаеться фазовий детектор. У конденсаторних перетворювачах для електропровiдних рiдин один електрод виконуеться iзольованим.
Якщо резервуар металевий, то його стшки можуть бути використанi в якост другого електроду.
Якщо резервуар неметалевий, то в рiдину встановлюеться металевий неiзольований стрижень, який виконуе роль другого електроду.
На рис. 6, а зображена схема перетворювача, виконаного у виглядi стрижня (електрода) 1, покритого шаром iзоляцil 2 i зануреного в металевий резервуар 3.
б)
Рис. 6. Схема конденсаторного перетворювача рiвня для електропровщних
рiдин:
1 - стрижень (електрод);
2 - iзоляцiя;
3 - резервуар
Якщо знехтувати дiелектричною проникнiстю газiв над рщиною в порiвняннi з дiелектрично. проникнiстю iзоляцil електроду, то електричну схему перетворювача можна представити у вигляд^ зображеному на рис. 6, б. Залежну вiд рiвня емнють перетворювача можна уявити як емнють двох послiдовно з'еднаних конденсаторiв С1 i С2.
Параметр С1 - емнiсть конденсатора, обкладинками якого е поверхня електроду 1 i поверхня електропровщно! рiдини на кордонi з iзолятором 2. Дiелектриком цього конденсатора е матерiал iзолятора. При збшьшенш h збiльшуеться площа обкладки - поверхня рщини, що веде до збшьшення С1.
Параметр С2 - емнють конденсатора, одшею обкладкою якого е поверхня рщини на кордош з iзолятором 2 (загальна з обкладкою конденсатора С1), друга обкладка - поверхня резервуара 3. Зi збiльшенням h емнiсть С2 також зростае.
Параметр Rр - активний опiр рiдини; С1, К^ - емнють i активний опiр прохщного iзолятора.
Таким чином, повна емнють перетворювача визначаеться виразом:
Спр = С + С1С2 / (С1 + С2).
Як i в схемi на рис. 4, наявнють активно! складово! в вихiдному опорi Ъпр перетворювача, може привести до появи похибки. Щоб 11 уникнути в схемi встановлюеться фазовий детектор.
У емшсних рiвнемiрах для вимiрювання електрично! емносп перетворювача використовуються рiзнi схеми. Найбшьш простими е мостовi схеми, прикладом яких може бути схема електронного шдикатора рiвня Е1Р (рис. 7).
Рис. 7. Принципова схема електронного шдикатора рiвня
Мют складаеться з двох вторинних обмоток I i II трансформатора Тр , генератором Г, емност перетворювача Спр i пiдлаштувального конденсатора С. Мiст урiвноважений при нульовому рiвнi рiдини, при цьому сигнал на входi i виходi пiдсилювача дорiвнюе нулю.
При збiльшеннi рiвня емнiсть Спр зростае, розбаланс моста збiльшуеться i напруга на входi пiдсилювача зростае. За допомогою пiдсилювача цей сигнал посилюеться, перетворюеться в унiфiкований i вимiрюеться вторинним приладом ВП.
Складнiша вимiрювальна схема використовуеться в рiвнемiрах типу РУС (рис. 8).
Робота схеми заснована на емнюно Импульсному методi вимiрювання рiвня, що використовуе перехщш процеси, що протiкають в ланцюзi емнiсного перетворювача, перiодично пiдключаеться до джерела постшно! напруги.
Вимiрювальний конденсаторний перетворювач 1 i компенсацiйний конденсатор 2 шдключеш до входiв перетворювачiв 3, 4 емностi в електричний сигнал. У перетворювачi 3 вимiрювальний конденсатор 1 генератором тактових iмпульсiв 7 перiодично пiдключаеться до постшно! напруги и1. Наприкiнцi робочого iмпульсу генератор шунтуе вимiрювальний конденсатор i розряджае його. За час iмпульсу вимiрювальний конденсатор зарядиться до значення напруги, яке залежить вiд значення емностг
Вихiдним сигналом перетворювача 3 е постшна напруга и3 iмпульсноl форми, амплiтуда якого визначаеться емшстю конденсатора, тобто значеннями контрольованого рiвня i дiелектричною проникнiстю середовища.
Перетворювач 4 мае аналопчне виконання, але живиться напругою и2,
пропорцшнш вихщному струму 1вих (тобто використовуеться негативний зворотний зв'язок).
Рис. 8. Вимiрювальна схема рiвнемiра РУС:
1 - конденсаторний перетворювач;
2 - компенсацшний конденсатор;
3, 4 - перетворювачц 5 - iмпульсний детектор;
6 - пiдсилювач;
7 - генератор тактових iмпульсiв
Таким чином, амплггуда вихщно! iмпульсноl напруги u4 перетворювача 4 залежить вщ емностi компенсацiйного конденсатора (тобто дiелектричноl проникностi середовища) i значення u2. Сигнали з перетворювачiв 3 i 4 вiднiмаються i рiзницевий сигнал подаеться на вхщ iмпульсного детектора 5, що перетворюе iмпульсний сигнал в напругу постшного струму u2. Напруга u2 потiм використовуеться в якост сигналу зворотного зв'язку i пiдсилювачем 6 перетворюеться в ушфшований струмовий вихiдний сигнал 1вих. У статичному режимi вихiдна напруга u2 i струм 1вих приймають таю значення, при яких u3 ~ u4.
При збiльшеннi рiвня i ер = const буде збшьшуватися u3, що призведе до збшьшення u2 i 1вих, так як збшьшення u4 можливо тiльки за рахунок збшьшення u2 (при ер = const емнiсть компенсацiйного конденсатора не змшюеться). Припустимо h = const, але збiльшилася дiелектрична проникнють ер, при цьому u2 i 1вих не повиннi змiнитися. Дшсно, при цьому збiльшиться u3, але одночасно збшьшиться i значення u4 (при u2 = const), так як збшьшилася i емнiсть компенсацшного конденсатора. Верхнi межi рiвнемiрiв РУС вибираються з ряду вiд 0,4 до 20 м, основна похибка в
залежност вщ модифкаци 0,5; 1,0; 1,5; 2,5%.
Рiвнемiри застосовуються на дiелектричних або провiдних середовищах, агресивних, вибухо-небезпечних при температурах вщ -60 до 250 ° С при тисках до 10 МПа.
У емнюних рiвнемiрах може використовуватися резонансна схема вимiрювання емностг При цьому первинний перетворювач включений в схему коливального контуру, параметри якого змшюються 3i змiною контрольованого рiвня. При цьому або вимiрюеться амплiтуда напруги на контурi (при незмiннiй амплiтудi i частотi напруги живлення), або резонансна частота контуру. Таю схеми мають деяк модифшаци рiвнемiрiв типу РУМБ, сигналiзатори типу СУС.
Смнюш рiвнемiри набули широкого поширення особливо в якосп сигналiзаторiв через дешевизну, простоту обслуговування, зручнють монтажу первинного перетворювача, вiдсутнiсть рухомих елементiв, можливють використання в широкому iнтервалi температур i тискiв.
Великою перевагою е нечутливiсть до сильних магнгтних полiв, можливiсть використання в широкому iнтервалi температур (вiд крiогенних до 500°С) i тискiв.
До числа недолтв слiд вiднести непридатнiсть для вимiрювання рiвня в'язких (динамiчна в'язкють бiльше 1 Пас), плiвкоутворюючих, рщин, що кристалiзуються i мiстять домшки, що випадають в осад, високу чутливють до змiни електричних властивостей рщини i змiни емностi кабелю, що з'еднуе первинний перетворювач з вимiрювальним приладом.
Останнш недолiк усуваеться при розмщенш електронно! частини в голiвцi перетворювача. В цьому випадку емнюний стрижневий перетворювач нагадуе термоперетворювач.
Так, стрижневий емнюний рiвнемiр типу Меrcap фiрми Siemens може мати довжину до 5 м при дiаметрi трубки 24 мм, вимiрювана емнiсть якого становить 3,3 ... 3300 пФ. Гнучка конструкщя перетворювача може мати довжину до 35 м. Перетворювачi працюють при температурах вщ -200 до 400 °С при тисках вщ вакууму до 50 МПа. При вихщному сигналi 4 ... 20 мА перетворювач мае цифровий сигнал по HART-протоколу, похибка вимiрювання складае ± 0,1%.
3. Гщростатичш р1внем1ри
Основним принципом ди даних рiвнемiрiв е вимiр гiдростатичного тиску, що чиниться рщиною [2, 4].
Величина гщростатичного тиску Рг залежить вiд висоти стовпа рiдини h над вимiрювальним приладом i вщ щiльностi ще! рiдини р.
Вимiрювання гiдростатичного тиску може здiйснюватися рiзними способами, наприклад манометром або датчиком тиску, як пiдключаються до резервуара на висот^ рiвнiй нижньому граничному значенню рiвня; диференцiальним манометром, який пщключаеться до резервуара на висот^ рiвнiй нижньому граничному значенню рiвня, i до газового простору над
рщиною; вимiрюванням тиску повiтря, що прокачуеться по трубцi, опущенiй в рщину на фiксовану вiдстань, i iншими.
Рис. 9. Вимiрювання рiвня в резервуарi за допомогою датчика
надлишкового тиску
На рис. 9 наведена схема вимiрювання рiвня датчиком надлишкового тиску ДН (манометром). Для цих цшей може застосовуватися датчик будь -якого типу з вщповщними межами вимiрiв.
При вимiрюваннi рiвня гiдростатичним способом похибки вимiрювання визначаються класом точностi вимiрювального приладу, змшами щiльностi рiдини i коливаннями атмосферного тиску.
Якщо резервуар знаходиться тд надлишковим тиском, то до пдростатичного тиску рiдини додаеться надлишковий тиск над 11 поверхнею, який данною вимiрювальною схемою не враховуеться. Тому така схема вимiрювання для таких випадюв не пiдходить.
У зв'язку з цим, бшьш ушверсальними е схеми вимiрювання рiвня з використанням диференщальних датчикiв тиску (дифманометрiв). За допомогою диференцiальних датчикiв тиску можна також вимiрювати рiвень рщини у вiдкритих резервуарах, контролювати кордон роздшу рiдин.
Схема вимiрювання рiвня рiдини у вiдкритому резервуарi, розташованому пiд атмосферним тиском, представлена на рис. 10.
Плюсова камера дифманометра ДД через iмпульсну трубку з'еднана з резервуаром в його нижнш точщ, мiнусова камера - з атмосферою.
У такш схемi усуваеться похибка, пов'язана з коливаннями атмосферного тиску, тому що результуючий перепад тиску на дифманометрi дорiвнюе:
Р = (Р г + Ратм) - Ратм = Рг.
Рис. 10. Вимiрювання рiвня в вщкритому резервуарi за допомогою диференщального датчика тиску
Рис. 11. Вимiрювання рiвня в вщкритому резервуарi за допомогою датчика диференщального тиску з 1С-використанням зрiвняльних посудин: а - з нижшм розташуванням зрiвняльних посудин; б - з верхшм розташуванням зрiвняльних посудин
Така вимiрювальна схема може використовуватися тод^ коли дифманометр розташований на одному рiвнi з нижньою площиною
резервуара. Якщо ця умова дотриматися неможливо i дифманометр розташовуеться нижче на висоту Ы, то використовують зрiвняльнi резервуари (ЗР).
Схеми вимiрювання рiвня з зрiвняльними посудинами для резервуарiв пiд атмосферним тиском представлен на рис. 11.
Зрiвняльний резервуар використовують для компенсаци статичного тиску, створюваного стовпом рщини h1 в iмпульснiй трубцi.
Для вимiрювання рiвня в резервуарах, що перебувають пiд надлишковим тиском Рнад, застосовують вимiрювальну схему, зображену на рис.12.
Рис. 12. Вимiрювання рiвня в закритому резервуарi за допомогою датчика диференщального тиску з використанням зрiвняльних посудин
Надмiрний тиск Рнад надходить в обидвi iмпульснi трубки дифманометра, тому вимiрюваний перепад тиску Р можна представити у виглядг
Р = pgHmax - pgh,
де: р - щiльнiсть рiдини, g = 9,81 м / с2 - прискорення вшьного падшня.
При h = 0, Р = ДРшах, а при h = Нтах, Р = 0.
Тобто з рiвняння випливае, що шкала вимiрювального приладу рiвнемiра буде обернена.
Бшьш сучасним аналогом дифманометрiв е датчики гiдростатичного тиску. Як i у дифманометрiв, у них е двi вимiрювальнi камери. Одна з камер виконана у виглядi вщкрито! мембрани, а друга - у виглядi штуцера. Такi
датчики завжди можна встановити безпосередньо бшя дна резервуару, тому вщсутня необхщнють в iмпульсних трубках, а значить, i в необхiдностi компенсацй висоти iмпульсноl трубки.
Найбiльш поширеш вимiрювальнi схеми з використанням гщростатичного датчика тиску представленi на рис.13.
Рис. 13. Вимiрювання рiвня в резервуарах за допомогою датчика
гщростатичного тиску: а - для вщкритих резервуарiв;
б - для закритих резервуарiв, без зрiвняльних посудин; в - для закритих резервуарiв з зрiвняльними посудинами; ДГ - датчик гщростатичний
Схема в) використовуеться для процеЫв, в яких неминучий рясний конденсат та його накопичення в труб^ що з'еднуе датчик з об'емом над рщиною.
4. Рад^зотопш р1внем1ри
Радiоiзотопнi рiвнемiри й сигнаизатори рiвня застосовуються в тих випадках, коли не можна застосовувати розглянут рашше рiвнемiри через важкi умови роботи [11]. Радюактивш сигналiзатори рiвня застосовуються для визначення рiвня сипучих матерiалiв в складових цехах i дозувально -змiшувальних вiддiленнях.
Принцип дй радiоiзотопних рiвнемiрiв i сигналiзаторiв рiвня (рис. 14) оснований на використанш залежностi iнтенсивностi потоку радюактивного випромiнювання, що падае на приймач (детектор) випромшювання, вiд положення рiвня вимiрюваного середовища.
Основними елементами рад^зотопного приладу е: джерело радiоактивного випромшювання (ДРВ); приймач (П) випромiнювання (детектор) ; електронний пристрiй (ЕП), перетворюе i пiдсилюе сигнал, що йде вщ детектора в вимiрювальний прилад (ВП), який показуе вимiряне значення рiвня рiдини.
и
п
ДРБ
♦ ЕП
Рис. 14. РадЫзотопний рiвнемiр
Як джерело радiоактивного випромiнювання застосовують iзотопи кобальту або цезiю.
Джерело випромшювання розташоване в захиснiй чавуннш оболонцi, залито! свинцем, яка е надшним захистом вiд радiацiйного випромшювання. У нш зроблено овальний конусоподiбний отвiр. У робочому положеннi джерело встановлюеться проти отвору, на його геометричнш ос^ В неробочому положенш джерело випромiнювання змiщуеться щодо геометрично! осi отвору всередину свинцево! оболонки. Приймачем випромшювання служать газорозрядш i сцинтиляцiйнi лiчильники, якi встановлюються так, щоб умовна вiсь, що проходить через центри блокiв джерел випромшювання i лiчильникiв, була паралельна межi подiлу двох середовищ.
Межi вимiрювання обмежуються висотою резервуара, похибка сигналiзатора ± 20 мм, iнших рiвнемiрiв 2-3%.
При експлуатаци радiоiзотопних приладiв необхщно застосовувати заходи бiологiчного захисту, керуючись санiтарними правилами роботи з радюактивними речовинами та джерелами iонiзуючих випромшювань.
Зроблено огляд основних методiв вимiрювання рiвня рiдин. Приведенi схеми вимiрювачiв рiвня рiдини, розглянуто !х принцип ди. Наведено переваги i недолжи методiв вимiрювання рiвня рiдин, проведено аналiз причин, якi зумовлюють !х погрiшностi.
Висновки
Л^ература
1. Полщук С.С., Дорожовець М.М., iBaxiB О.В. та ш. Засоби та методи вимiрювань неелектричних величин / G.C. Полщук, М.М. Дорожовець, О.В. iBaxiB та ш. - Львiв: Видавництво «Бескид Бгт», 2008.- 618с.
2. Полщук С.С. Метролопя та вимiрювальна техшка / С.С. Полщук. -Львiв: Видавництво «Бескид Бгт», 2003. - 544с.
3. Электрические измерения / Под ред. Е.Г. Шрамкова.- М.: Высшая школа, 1972.- 520с.
4.Туричин А.М. Электрические измерения неелектрических величин /
A.М. Туричин. -Л.: Энергия, 1966.-700с.
5. Мирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения / Г.Я.Мирский. - М.: Энергия, 1975.- 600с.
6. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений / Ф. Мейзда. - М: Мир,1990.- 535с.
7. Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения / Ф.В. Кушнир, В.Г. Савенко. - Л.: Энергия, 1975. - 368с.
8. Головко Д.Б. Основи метрологи та вимiрювань / Д.Б. Головко, К.Г.Рего, Ю.О. Скрипник. - К.: Либщь, 2001.-408с.
9. Электрические измерения/ Р.М. Демидов-Панферов, В.Н. Малиновский,
B.С. Попов и др. - М.: Энергоиздат, 1983. - 392с.
10. Шаповаленко О.Г. Основи електричних вимiрювань / О.Г. Шаповаленко, В.М. Бондар. - К.: Либщь, 2002. - 412с.
11. Хансуваров К. И. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара: Учебное пособие для техникумов /
К. И. Хансуваров, В. Г. Цейтлин. - М.: Издательство стандартов, 1990. -287 с.
Анотащя
АНАЛ1З МЕТОД1В ВИМ1РЮВАННЯ Р1ВНЯ Р1ДИНИ
Проведено аналiз методiв вимiрювання рiвня рщини. Представлен схеми пристро!в вимiрювання рiвня рщини, як характеризують рiзнi методи вимiрювання, розглянуто принцип дй вимiрювачiв рiвня рщини, наведеш 1х переваги та недолжи. Визначенi фактори, яю зумовлюють похибки вимiрювання рiвня рщини.
Annotation
ANALYSIS OF METHODS OF MEASUREMENT OF
LIQUID LEVEL
The analysis of methods of liquid level measurement. Are diagrams of devices for measuring liquid level, which represent different measurement methods, discussed the principle of measuring liquid level, given their advantages and disadvantages. The factors which determine the error of measurement of the liquid level.
ANALYSIS OF METHODS OF MEASUREMENT OF
LIQUID LEVEL
Associate professor of department of informatively - calculable technologies of electronics and engineering, candidate of engineerings sciences Litvinenko Victor Nikolaevich. Kherson national technical university Berislavskoe of highway, 24, tel. 32-69-44, viktor [email protected].
Ключовi слова: pieeHb piduHU, pieneMip, емшсть конденсатора, буйок, поплавок, гiдростатичний тиск.
Key words: liquid level, level gauge, capacitance, displacer, float, hydrostatic pressure.
