Виды приборов и преобразователей для измерения уровня

Для измерения уровня жидкости с постоянной плотностью применяют гидростатические и буйковые уровнемеры и преобразователи уровня.

Анализ промышленных манометров.

Принцип действия гидростатических уровнемеров основан на измерении давления внутри жидкости, определяемого массой столба жидкости, расположенного между точкой измерения и поверхно­стью жидкости в емкости.

Если емкость открыта и жидкость, уровень которой измеряют, не агрессивна, то в качестве измерительного прибора применяют манометры (при высоте емкости
не ниже 4 м) или напоромеры (при высоте емкости ниже 4 м), устанавливаемые вблизи днища резервуа­ра.

Рисунок 1. Принципиальная схема гидростатического измерения уровня.

Давление, показываемое прибором, при постоянной плотности жидкости будет пропорционально уровню жидкости.

Для измерения уровня агрессивных жидкостей, контакт которых с чув­ствительным элементом недопустим, их отделяют потоком сжатого воздуха или газа, который подают в соединительную линию. В этом случае чувствительный элемент манометра не будет контактировать с жидкостью, уровень ко­торой измеряют.

Рис. 1 Принципиальная схема гидростатического измерения уровня: 1 -трубка, 2 -редукционный мневмоклапан, 3- вентиль, 4 – стакан, 5 – манометр

Гидростатический преобразователь уровня, пост­роенный по такому принципу, представляет собой трубку 1 (рис. 1), в которую от редукционного пневмо­клапана 2 через вентиль 3 и стакан  4 подают сжатый воздух. При небольшом расходе воздуха, который  регулируют вентилем по числу пу­зырьков воздуха в стакане 4 за единицу времени, давление, измерен­ное манометром 5 будет равно гидростатическому давлению столба жидкости между концом трубки и поверхностью жидкости. При постоянной плотности жидкости показания манометра будут пропорциональны уровню жидкости.

Рисунок 2. Дифманометрический уровень с прямой (а) и обратной (б) шкалой: 1, 2 – отборы, 3 – уравнительный сосуд.

Уровень в емкости, которая находится под давлением р_и, измеряют дифманометром. Перепад давлений (рис. 2 а) p = (p_и + p_г) т. е. равен гидростатическому давлению жидкости.

Рис. 2 Дифманометрический уровень с прямой (а) и обратной (б) шкалой: 1, 2 – отборы, 3 – уравнительный сосуд

Отборы 1 и 2 (рис. 2 а) дифманометра устанавливают вверху и внизу емкости, уравнительный сосуд 3 – на уровне отбора 2 и заливают в него измеряемую жидкость. Сосуд соединяют с отбором 1. В том случае, когда над поверхностью жидкости находятся конденсирующиеся пары или газы, уравнительный сосуд 3 (рис. 2 б) устанавливают на уровне отбора 1 и соединяют с ним. При конденсации паров или газов в сосуде уровень в нем остается постоянным, так как излишки конденсата сливаются в ем­кость через соединительную линию и отбор 1. При верхнем расположении сосуда нулевому перепаду давления соответствует максимальное значение измеряемого уровня и шкала дифманометра будет обратной. Для измерения уровня агрессивной жидкости в обе трубки под одинаковым давле­нием (большим р_и) и с одинаковым расходом продувается сжатый воздух.

Рис. 3 Принципиальная схема буйкового преобразователя уровня: 1 – камера, 2 – патрубок, 3,5 – рычаги, 4 – мембрана, 6 – грузы, 7 – опора, 8 – корректор нуля

Рисунок 3. Принципиальная схема буйкового преобразователя уровня.

Буйковые измерительные преобразователи уровня применяют для точного измерения уровня жидкости в сосудах, находящихся под давлением до 40 МПа. Они бывают камерные и бескамерные. В камерных преобразователях уровня камера 1 (рис. 3) патрубками 2 подсоединяется к сосуду, где измеряют уровень. В камере на рычаг 3 подвешен буек. Через стальную гибкую мембрану 4 рычаг выведен из камеры.

По закону Архимеда при погружении в жидкость на буек будет действовать выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной погруженной частью буйка. Максимальное усилие, дей­ствующее со стороны буйка на рычаг 3, будет при отсутствии жидкости в камере (нулевой уровень), минимальное – при полном погружении буйка. Создаваемый момент силы измеряют и по нему судят о значении уровня жидкости. Диапазон измере­ния преобразователя определяется длиной поплавка и высотой установки камеры на емкости. Поскольку преобразователи с различными диапазо­нами измерения имеют различную массу, для компенсации начального усилия предусмотрен рычаг 5 с противовесом 6, который может переме­щаться по этому рычагу 3.

В бескамерных преобразователях уровня поплавок помещен непосред­ственно в сосуд, в котором измеряют уровень. Если плотность измеряемой жидкости в заранее известный момент и на известный срок изменяется, шкалы приборов переделывают и показания корректируют.

Измерять уровень жидкости, изменение плотности которой носит слу­чайный характер, рассмотренными приборами нельзя.

Для измерения уровня жидкости с переменной плотностью, а также уровня сыпучих материалов применяют емкостные преобразователи уров­ня. Действие емкостных преобразователей уровней основано на изменении емкости электродной системы при изменении измеряемого уровня. В сосуд, в котором измеряют уровень, вертикально погружают изолированный электрод (например, трос на изоляторах). Измерительный прибор изме­ряет емкость конденсатора, обкладками которого являются изолирован­ный электрод и корпус сосуда (земля). При изменении уровня изменяется емкость конденсатора, так как изменяется диэлектрическая проницаемость среды между обкладками. Если электрод расположить не вертикально, а горизонтально, то изменение емкости будет происходить резко, скачком, так как жидкость или сыпучая среда достигнет электрода одновременно по всей поверхности. Резкое изменение емкости может быть зафиксировано сигнальным устройством.