Методи і засоби контролю тиску Поплавкові та гідростатичні рівнеміри

СЕВАСТОПОЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЯДЕРНОЇ ЕНЕРГІЇ ТА ПРОМИСЛОВОСТІ

Контрольна робота

з навчальної дисципліни «Контроль і керування хіміко-технологічними процесами на АЕС»

на тему: «Методи та засоби контролю тиску.

Поплавкові та гідростатичні рівнеміри »

Виконав:

Студент 4-го курсу

заочного навчання

Васильчук В.В.

Науковий керівник:

Юрчук Юрій Борисович

Севастополь-2006

План

Введення

1. Загальні відомості про вимірювання та контролю

2. Методи і засоби контролю тиску

2.1 Фізичні основи вимірювання тиску. Класифікація приладів вимірювання та контролю тиску

2.2 Датчики тиску

3. Поплавкові та гідростатичні рівнеміри

3.1 Фізичні основи вимірювання рівня. Класифікація приладів вимірювання та контролю витрат

3.2 Прилади вимірювання та контролю рівня

3.2.1 Поплавкові рівнеміри

3.2.2 буйковий рівнемір

3.2.3 Гідростатичні рівнеміри

3.2.4 п'єзометричного рівнеміри

3.2.5 Радіоізотопні рівнеміри

3.2.6 Електричні рівнеміри

3.2.7 Ультразвукові рівнеміри

Висновок

Література

Введення

У технічному переозброєнні народного господарства провідна роль належить машинобудуванню, так як на його базі розвиваються всі галузі промисловості, підвищується продуктивність праці. Рівень виробництва машин та їх технічна досконалість є основними показниками розвитку промисловості.

Створення комплексних автоматичних систем та швидкодіючих обчислювальних машин є важливим етапом науково-технічного прогресу. Використання засобів автоматики та обчислювальної техніки дозволяє автоматизувати трудомісткі процеси, економити енергоресурси, знижувати собівартість продукції та підвищувати її якість.

В даний час вітчизняна промисловість оснащена сучасними засобами контролю, регулювання та сигналізації. Безперервні технологічні процеси в різних галузях промисловості часто вимагають постійного автоматичного контролю кількості накопиченого матеріалу, сировини, рідин і газів. Контроль рівня часто має важливе значення для безаварійної роботи обладнання. Наприклад, на водневих станціях пониження рівня підживлення електролізерів може послужити причиною серйозної аварії на теплових електростанціях, зниження або підвищення заданого рівня води в барабані котла призводить до руйнування лопаток турбін, пережогу кіпятільних труб.

1. Загальні відомості про вимірювання та контролю

Виміром називається процес отримання досвідченим шляхом числового співвідношення між вимірюваною величиною і деяких її значенням, прийнятим за одиницю порівняння. Число, що виражає відношення вимірюваної величини до одиниці вимірювання, називається числовим значенням вимірюваної величини. Значення величини, прийняте за одиницю вимірювання, називається розміром цієї одиниці.

Якщо х - вимірювана величина, y - одиниця вимірювання, А - числове значення вимірюваної величини у прийнятій одиниці, то результат вимірювання можна представити таким рівністю:

х = А • y. (1.1)

Рівняння (1.1) називають основним рівнянням вимірювання. З цього рівняння випливає, що значення А залежить від розміру вибраної одиниці виміру y. Якщо замість одиниці y взяти іншу одиницю y1, то вираз (1.1) прийме вигляд:

х = А1 • y1. (1.2)

Враховуючи (1.1), отримуємо:

А y = А1 y1 (1.3)

або:

А1 = А (1.4)

З виразу (1.4) випливає, що для переходу від результату вимірювання А, вираженого в одиниці у, до результату А1, вираженого в одиниці у1, необхідно А помножити відносини прийнятих одиниць.

Вимірювальної інформацією є інформація про значеннях величини. Результатом вимірювання є кількісна характеристика у вигляді іменного числа. Основною характеристикою процесу вимірювання є точність, яка характеризується похибкою вимірювання та ймовірністю.

Для більш чіткого уявлення особливостей процесу вимірювання розглянемо основні особливості близьких до нього інформаційних процесів - контролю і рахунки.

Контролем називається процес встановлення відповідності між станами, властивостями об'єкта контролю і заздалегідь заданої нормою шляхом сприйняття контрольованих величин, зіставлення їх з уставками та формування судження, виведення. Контролю піддається фізична величина або стан об'єкта. Результатом контролю є якісна характеристика - судження, висновок про знаходження об'єкта контролю в нормі або поза нормою.

Основною характеристикою процесу контролю є вірогідність контролю, яка чисельно виражається ймовірністю правильного судження, виведення.

Рахунком називається процес визначення числового значення дискретної величини або кількості предметів з даної сукупності. Результатом рахунку є неіменовані число, кількість предметів в даній сукупності, що не мають строго однакових параметрів.

Виникає питання, який із процесів - вимірювання або контроль-є більш загальними або більш складними, контроль включає вимірювання або вимір включає контроль?

Процеси вимірювання та контролю близькі за своєю інформаційної суті, містять ряд загальних операцій, наприклад порівняння, можуть мати однакові об'єкти, тісно пов'язані між собою, доповнюють один одного. Контролю іноді передує вимір, і такий процес називають цифровим контролем. Вимірюванню часто передує контроль, наприклад визначення полярності і вибір межі вимірювання є власне контрольними операціями і в автоматичних та цифрових приладах вони передують виміру. Однак контроль та вимірювання багато в чому істотно різні - результатом вимірювання є кількісна характеристика, а результатом контролю - якісна, вимірювання здійснюється в широкому діапазоні значень вимірюваної величини, а контроль - у межах невеликого числа можливих станів.

За способом отримання числового значення шуканої величини вимірювання можна підрозділити на два види: прямі і непрямі.

При прямих вимірюваннях результат виходить безпосередньо з досвідчених даних в тих же одиницях, що і вимірювана величина.

До непрямих відносяться вимірювання, результат яких виходить на підставі прямих вимірювань декількох інших величин, пов'язаних з шуканої величиною певною залежністю. Прикладом непрямих вимірювань є визначення витрати рідини та газу по перепаду тиску в звужуючому пристрої.

Існують наступні методи вимірювань:

1) метод безпосередньої оцінки, у якому значення вимірюваної величини визначають безпосередньо по звітному пристрою вимірювального приладу прямої дії;

2) метод порівняння з мірою, або компенсаційний, в якому вимірювану величину порівнюють з величиною відтворюваної заходи;

3) нульової метод, в якому ефект дії вимірюваної величини повністю врівноважується ефектом відомої величини так, що в результаті х взаємодія зводиться до нуля.

Виміри проводяться за допомогою технічних засобів вимірювань. Основні види засобів вимірювань наступні:

- Міра - засіб вимірювань, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру, наприклад, міра маси - гиря;

- Вимірювальний прилад-це засіб вимірювань, призначений для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприйняття оператором. Показання вимірювального приладу можуть бути представлені в аналоговій або цифровій формі. У показують приладах проводиться тільки відлік показань, в реєструючих приладах здійснюється запис свідчень у формі діаграми та друкування в цифровій формі. У інтегруючих вимірювальних приладах вимірювана величина піддається інтегруванню за часом або за іншою незалежною змінною.

- Вимірювальний перетворювач-це засіб вимірювань, призначений для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, зручній для передачі, подальшого перетворення, обробки і зберігання, але не подається безпосередньому сприйняттю оператором. Вимірювальні перетворювачі залежно від їх призначення поділяються на первинні, проміжні, що передають, масштабні та інші.

- Первинний вимірювальний перетворювач - це перетворювач, до якого підведена вимірювана величина. Передавальний вимірювальний перетворювач призначений для дистанційної передачі сигналу вимірювальної інформації, масштабний вимірювальний перетворювач - для зміни вимірюваної величини в заданий число раз.

- Вимірювальний пристрій - це засіб вимірювань, що складається з вимірювальних приладів і вимірювальних перетворювачів. У залежності від призначення вимірювальні пристрої підрозділяються на первинні та вторинні. Під первинним вимірювальним пристроєм розуміють засіб вимірів, до якого підведена вимірювана величина. Вторинними вимірювальними пристроями (вторинними приладами) називають засоби вимірювань, яке призначені для роботи в комплекті з первинними вимірювальними пристроями.

Первинні вимірювальні пристрої часто називають датчиками. Датчик приладу для вимірювань тієї чи іншої величини - це конструктивна сукупність ряду вимірювальних перетворювачів, розміщених безпосередньо у об'єкту вимірювання.

- Вимірювальні інформаційні системи - це вимірювальний пристрій, що здійснює багатоканальне вимір і обробку інформації по деякому заданому алгоритму.

У залежності від призначення засобу вимірювань поділяються на три категорії:

1) робочі заходи, вимірювальні прилади і перетворювачі;

2) зразкові заходи, вимірювальні прилади і перетворювачі;

3) еталони.

Робочі засоби вимірювань застосовують для вимірювань у виробничих і лабораторних умовах. Зразкові засоби вимірювань призначені для перевірки робочих засобів вимірювань. Еталони призначені для зберігання одиниць вимірювань і перевірки заходів, приладів та перетворювачів вищого розряду точності.

2. Методи і засоби контролю тиску

2.1 Фізичні основи вимірювання тиску. Класифікація приладів вимірювання та контролю тиску

За основну одиницю вимірювання тиску відповідно до Міжнародної системи (СІ) прийнята одиниця - Паскаль.

Крім цього в промисловості для вимірювання тиску використовують такі одиниці:

- Технічна атмосфера - рівна тиску, який відчуває 1 см2 плоскої поверхні під дією рівномірно розподіленої перпендикулярної до поверхні навантаження в 1 кгс. Цю одиницю позначають кгс/см2, тому що кгс кілограм-сила - що повідомляє масі, що дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма, прискорення, рівне 9,80665 м/сек2, допускається скорочене позначення кілограм-сили: кГ.

- Метр водяного стовпа (м вод. Ст.);

- Міліметр водяного стовпа (мм вод. Ст.);

- Міліметр ртутного стовпа (мм рт. Ст.).

Ці одиниці пов'язані такими співвідношеннями:

При вимірі тиску розрізняють абсолютний тиск Ра, надлишковий тиск Р і розрядження Рh.

Під абсолютним тиском мається на увазі повний тиск, під яким знаходиться рідина, пара або газ.

Надмірний тиск, що показується манометром, дорівнює різниці між абсолютним тиском, більшим, ніж атмосферний, і атмосферним тиском Рb, показуваним барометром:

Р = Ра - Рb.

Розрядження (вакуум) дорівнює різниці між атмосферним тиском і абсолютним тиском, меншим, ніж атмосферний:

Рh = Рb - Ра.

Абсолютна та надлишковий тиску звичайно виражають в кг/см2, розрядження (вакуум) - у мм рт. ст. чи мм вод. ст.

Атмосферний тиск, що дорівнює тиску на горизонтальну площину стовпа ртуті заввишки в 760 мм при щільності ртуті, що дорівнює 13,5951 г / см 2, при 00С і прискоренні сили тяжіння 980,665 см/сек2, називають фізичної атмосферою, на відміну від одиниці кГ/см2 - технічної атмосфери. Взаємозв'язок між технічної та фізичної атмосферами наступна:

1 кГ/см2 = 0,9678 атм;

1 атм. = 1,0332 кг/см2 = 10,332 м вод. ст. при 40С.

Приладами для вимірювання та контролю тиску служать манометри, для вимірювання та контролю тиску і розрядження - мановакууметри, для вимірювання розрядження вакууметра і для вимірювання різниці (перепаду) тиску диференціальні манометри.

Прилади для вимірювання та контролю тиску можна класифікувати за різними ознаками: за принципом дії, призначенням, конструктивними ознаками і класу точності.

За принципом дії прилади поділяються на:

- Рідинні, в яких вимірюється тиск (або розрідження) врівноважується тиском стовпа затворної рідини відповідної висоти;

- Пружинні, в яких для визначення тиску вимірюється виникає під дією вимірюваного тиску деформація різного роду пружних елементів - трубчастої пружини, мембрани, гармоніковой мембрани (сильфона) і т.д.;

- Поршневі, в яких вимірюється тиск визначається навантаженням на поршень, переміщуваний в циліндрі, заповненому маслом;

- Радіоактивні, в яких вимірюється тиск (розрідження) визначається зміною іонізації, виробленої випромінюваннями;

- П'єзоелектричні, в яких використовується п'єзоелектричний ефект, що полягає в тому, що в деяких кристалах (турмалін, кварц, сегнетова сіль, п'єзокераміка і т.д.) під впливом сили, що діє в напрямку, що залежить від будови кристала, з'являються рівні за величиною і протилежні за знаком заряди, пропорційні діючій силі, і зникаючі при знятті навантаження;

- Дротові тензоманометри, в яких використовується зміна опору дроту під впливом механічних напруг і деформацій. Матеріалом для виготовлення дротяних тензоманометров може служити дріт ніхрому, манганина або константана.

За призначенням прилади поділяються на:

- Робочі;

- Контрольні;

- Зразкові.

За конструктивними ознаками прилади поділяють на:

- Рідинні:

а) трубні манометри (скляні двотрубні манометри, чашкові однотрубні манометри, похилі рідинні манометри);

б) дзвіниці;

в) кільцеві;

г) поплавкові.

- Пружинні:

а) з одновитковою трубчастої пружиною;

б) з многовітковой трубчастої (гелікоїдальний) пружиною;

в) мембранні з плоскою гофрованої мембраною;

г) мембранні з гармоніковой мембранної (сильфонні).

- Поршневі.

Основні характеристики кожної групи приладів будемо розглядати при їх вивченні.

2.2 Датчики тиску

Принцип дії датчиків тиску заснований на використанні деформаційних властивостей матеріалів. Датчик складається з двох перетворювачів:

1) чутливого елемента (механічного перетворювача), що перетворює вимірювану величину (Р) в лінійне переміщення штока чутливого елемента (l);

2) індукційної котушки (електричного перетворювача), перетворюючої лінійне переміщення штока чутливого елемента (l) в напругу змінного струму (U).

ЧУТЛИВІ ЕЛЕМЕНТИ.

У датчиках тиску використовуються різноманітні чутливі елементи.

Найбільш простим ЧЕ є гофрована мембрана. Така мембрана штампується із сталі, латуні, бронзи у вигляді диска з кільцевими гофрами для підвищення пружності і закріплюється в корпусі приладу. Корпус і мембрана утворюють порожнину, що сполучається з вимірюваним середовищем. Під впливом надлишкового тиску мембрана деформується. До мембрані кріпиться шток, який з'єднаний з сердечником котушки.

Більш складним ЧЕ є гофрована мембранна коробка. Вона складається з двох гофрованих мембран, зварених по периметру і утворюють порожнину. Мембранна коробка має більшу чутливість, ніж одинарна мембрана.

Найбільш складним за конструкцією ЧЕ є мембранний блок, що складається з двох мембранних коробок. Він застосовується для вимірювання перепаду тисків і має найбільшу чутливість. Такий ЧЕ поміщається в корпус, розділений діафрагмою на дві камери, до яких приєднують вимірюється тиск. Під дією перепаду тисків рідина перетікає з однієї коробки в іншу, яка деформується, розширюється і переміщує шток чутливого елемента.

В якості чутливого елемента застосовують трубчасту пружину (трубка Бурдона).

3. Поплавкові та гідростатичні рівнеміри

3.1 Фізичні основи вимірювання рівня. Класифікація приладів вимірювання та контролю витрат

У хімічній промисловості вимірювання рівня рідких і сипучих матеріалів в технологічних апаратах, різних ємностях і резервуарах має дуже важливе значення. Велика розмаїтість вимірюваних середовищ, їх хімічних, фізичних, електромагнітних властивостей робить неможливим створення будь-яких універсальних способів вимірювання їх рівня.

Вибір методу вимірювання залежить від властивостей речовини, які використовуються при вимірі:

- Щільності;

- Питомої ваги;

- Електропровідності;

- Діелектричних;

- Акустичних;

- Теплофізичних;

- Оптичних.

Особливо великі труднощі виникають при вимірюванні рівня агресивних, радіоактивних і вибухонебезпечних середовищ. Наявність в контрольованих середовищах газовиділень і налипає твердої фази створює додаткові труднощі.

Прилади, що застосовуються для вимірювання рівня рідких середовищ, називаються рівнемірами. Рівень вимірюється в лінійних (м) або відносних (%) одиницях. Існує кілька методів вимірювання рівня рідких середовищ, кожен з яких знаходить певну область застосування.

Відсутність будь-яких універсальних способів вимірювання рівня пояснюється великою різноманітністю вимірюваних середовищ, які відрізняються фізичними, хімічними, електромагнітними властивостями, особливостями експлуатації, вимогою до точності вимірювання, надійності і довговічності. Рівнеміри можуть бути як з безпосереднім наглядом біля місць його установки, так і з дистанційним передаванням показань.

Рівнеміри можна класифікувати за принципом дії на:

- Механічні;

- Електромеханічні;

- Хвильові.

Рідинні рівнеміри, принцип дії яких заснований на законі сполучених посудин. До рідинним рівнеміра відносяться вказівні скла і водомірні колонки. Такі прилади прості по конструкції, принципу дії та правилам поводження. Як правило, такі прилади відносяться до допоміжних і встановлюються на теплообмінних апаратах, конденсаторах, підживлювальних баках, теплих ящиках.

Вказівний скло з'єднується з посудиною нижнім кінцем або двома кінцями. Спостерігаючи за положенням рівня рідини в скляній трубці, можна судити про зміну рівня рідини в посудині. У промисловості застосовують вказівні скла проходить і відбитого світла. Вказівний скло відбитого світла виконано у вигляді товстої скляної пластини, на поверхні якої, зверненої до рідини, нанесені канавки. Промені світла відбиваються від граней канавок. Частина скла, що стикається з рідиною, здається темною, а з газом - сріблясто-білою. Вказівні скла виготовляють довжиною 0,5 м. Якщо необхідно контролювати рівень рідини більше 0,5 м, встановлюють кілька шибок.

Для дистанційного контролю рівня застосовують різні рівнеміри в поєднанні з електричними вимірювальними перетворювачами:

- Поплавкові;

- Гідростатичні;

- Буйкові;

- П'єзоелектричні;

- Радіоізотопні;

- Фотоелектричні;

- Ультразвукові;

- Ємнісні;

- Індуктивні.

3.2 Прилади вимірювання та контролю рівня

3.2.1 Поплавкові рівнеміри

У поплавковому рівнеміри чутливий елемент - поплавок, плаваючий на поверхні рідини. Поплавець переміщається вгору або вниз разом з переміщенням контрольованого рівня рідини. Його переміщення передається на показує пристрій або на перетворювач переміщення в електричний сигнал. Найбільш простим типом поплавкових приладів є прилад тросового типу (рис.1, а). Поплавець 4 через гнучкий трос 2 пов'язаний з обертовим шківом 1. Для зрівноважування всієї системи на кінці троса закріплений противагу 5.

Зі зміною рівня контрольованої рідини відбувається переміщення поплавця і троса. Для сигналізації мінімального і максимального рівнів на тросі встановлюються два обмежувача рівня 3, які при досягненні заданого рівня перекидають коромисло 7, що призводить до перемикання сигнальних електричних контактів 6. Переміщенням обмежувачів рівня можна змінювати діапазон сигналізації поплавкового приладу. Поплавковий прилад з одним важелем 2, що з'єднує поплавок 1 з контрольним пристроєм 3 показаний на рис. 1, б.

Прилади тросового типу не можна застосовувати в резервуарах, що знаходяться під надлишковим тиском, при низьких температурах або в пожежо-та вибухонебезпечних рідинах.

3.2.2 буйковий рівнемір

Принцип дії буйкового приладу зображений на рис. 2. Сталевий циліндричний буй 8 підвішений на кінці важеля 7, який пов'язаний з торсіонної трубкою 6. Під дією буя до пружної трубці додається дефомірующій момент. При цьому маса буя вибирається так, щоб він не спливав при повному його зануренні в рідину. З підвищенням рівня рідини збільшується глибина занурення буя і за рахунок його занурення і за рахунок виштовхувальної сили зменшується його маса, що викликає пропорційне зменшення кута закручування пружною трубки 6 і сталевого стрижня 5, закріпленого усередині трубки. На протилежному кінці стрижня 5 (трубки) встановлена ​​заслінка 4 пневмоустройства, яка відхиляється щодо сопла 3 на той самий кут.

Пневмоустройство 2 посилює мале кутове переміщення заслінки 8 по зміні тиску стисненого повітря, контрольованого спеціальним монометрами 1, шкала якого переградуірована в рівень.

Покажчик рівня УДУ-5 призначений для контролю рівня рідин у закритих і відкритих ємностях висотою до 12 м. Покажчик має датчик і вторинний показує сигналізує прилад. При зміні положення поплавця рівнеміра переміщуються щітки реохода дистанційної приставки, які змінюють значення опору. Опір, змінюване в залежності від рівня контрольованої рідини, вимірюється електронним мостом. Приставка має щітки «метрів» і «сантиметрів». Комплектно з приладом УДУ-5 випускається пульт контролю і сигналізації ПКС, які має дві модифікації: для щитового і настільного монтажу. Залежно від модифікації пульта ПКС може контролювати 10 - 20 резервуарів, що мають покажчики рівня типу УДУ-5.

Дистанційний індикатор рівня типу ДІУ використовується для автоматичного контролю і регулювання рівня рідини в судинах, що працюють під тиском до 32 мПа. Залежно від модифікації індикатор типу ДІУ застосовується для вимірювання рівня в межах 0 ... 1600 мм. Прилад має вибухозахищене виконання і складається з індикатора рівня буйкового типу, електричного датчика з диференційно-трансформаторної схемою і вторинного електронного приладу.

Сигналізатор рівня рідини типу СУ являє собою поплавковое важільні безкамерні реле рівня. Прилад призначений для контролю неагресивних вибухобезпечних рідин в діапазоні 20 ... 150 мм. Буйкові рівнеміри з пневмовиходу УБ-П і з електричним виходом УБ-Е використовують для безперервного вимірювання рівня рідини.

Рівнеміри застосовують у комплекті з вторинними приладами, регуляторами, що працюють з вихідними стандартними пневматичними сигналами 20 ... 10 кПа або електричним струмовим сигналом 0 ... 5 мА. Принцип дії приладів типу УБ-П заснований на пневматичній силовий компенсації.

Чутливим елементом рівнеміра є сталевий буй. При вимірі рівня рідини вище 1,6 м буй виготовляють складовим згвинчуються. Він підвішується до кінця Г-образного важеля. Початкова маса буя врівноважується спеціальним вантажем.

3.2.3 Гідростатичні рівнеміри

Принцип дії гідростатичних рівнемірів заснований на вимірюванні тиску, створюваного стовпом рідини в контрольованому об'єкті. Знаючи щільність рідини, можна визначити її рівень за показаннями монометру, встановленого в нижній частині резервуара

H = P / pg,

де Р - тиск стовпа рідини;

р - щільність рідини.

Цей метод застосовують тільки для відкритих резервуарів. Більш сучасний метод вимірювання рівня за допомогою диференціальних монометру. Для забезпечення постійного стовпа рідини в одному з племен дифманометра встановлюється зрівняльний посудину, рівень у якому відповідає нульовому рівню в контрольованому резервуарі.

При вимірі рівня рідини в резервуарі, що знаходиться під тиском, зрівняльний посудину встановлюється на висоті максимального рівня в контрольованому резервуарі і з'єднується з ним імпульсної лінією.

Як дифманометрів-рівнемірів застосовують поплавкові, мембранні та сильфонні дифманометри.

3.2.4 п'єзометричного рівнеміри

Принцип дії п'єзометричного рівнемірів заснований на тому, що через шар контрольованої рідини переривно продувається газ. Чим вище рівень рідини, тим важче повітрю барботіровать через шар рідини і тим вище тиск газу в п'єзометричного лінії.

П'єзометричного рівнеміри застосовують для контролю рівня агресивних, кристалізуються рідин у відкритих резервуарах. Межі виміру 250 ... 400 мм (по воді). У випадках вимірювання рівнів агресивних, кристалізуються рідин, пульп, широко застосовують датчики рівня типу ДДП (рис. 3).

Якщо трубку 1 помістити усередину трубки 5 і подавати через трубку 1 певну кількість повітря, то він витіснить рідина з трубки 5. У внутрішній порожнині трубки встановиться тиск Р, визначається глибиною занурення трубки і щільністю рідини. Шкала приладу 2, що вимірює цей тиск, перерахована в одиниці виміру рівня.

Для дистанційної передачі показань застосовують як пневматичні датчики рівня, так і диференційні манометри. При цьому тиск повітря в пневмотрубке перетворюється на стандартний вихідний пневматичний або електричний сигнал, величина якого пропорційна величині контрольованого рівня рідини. Вторинні вимірювальні прилади залежно від потреби можуть бути показують, самописними і сигналізують.

При дистанційному вимірюванні рівня похибка приладу визначається сумарною похибкою перетворювача і вторинного приладу. Величина похибки становить 25 ... 35%. Допустимий діапазон вимірювання рівня становить 0 ... 40 кПа.

3.2.5 Радіоізотопні рівнеміри

Принцип дії радіоізотопних або радіоактивних рівнемірів заснований на «просвічуванні» контрольованого об'єкта потоком радіації. Рівень - межа розділу двох середовищ (рідини і газу), які під різного ступеня поглинають проходить через них випромінювання. У якості випромінювача найчастіше використовують радіоактивний кобальт, що випускає гамма-випромінювання.

Загальне поглинання випромінювання речовиною виражається експоненційної залежністю. Для вузького паралельного пучка монохроматичного випромінювання і однорідного поглинача ця залежність має вигляд

ò _х = ò _про ехр _(- μх),

де ò _о і ò _х - інтенсивність випромінювання до і після проходження через речовину;

μ - коефіцієнт ослаблення випромінювання, залежить від природи і товщини речовини.

Радіоізотопні рівнеміри застосовують для контролю рівня хімічно активних в'язких, липких середовищ, для контролю кордону двох змішуються рідин. Їх не можна застосовувати для контролю рівня рідин, використовуваних у виробництві ліків, харчових продуктів, а також для контролю рівня радіоактивних середовищ.

3.2.6 Електричні рівнеміри

Принцип дії електричних рівнемірів заснований на залежності електричних параметрів перетворювачів, ємності, індуктивності від рівня рідини. Найбільш широке застосування отримали ємнісні рівнеміри.

Ємнісний перетворювач рівня - електричний конденсатор, ємність якого змінюється залежно від зміни рівня рідини. Конструктивно він являє собою дві або кілька коаксіально розташованих труб або кілька паралельно розташованих пластин, між якими знаходиться рідина (рис. 4, а).

У судину з рідиною 1 опущений електрод 2, покритий ізоляційним матеріалом. Електрод разом зі стінками посудини утворює циліндричний конденсатор, ємність якого змінюється при зміні рівня рідини. Ємність вимірюється електронним блоком 3, який видає сигнал на вторинний прилад 4.

Для вимірювання ємності застосовують резонансні і мостові схеми. При резонансному методі контрольована ємність включається паралельно з індуктивністю, утворюючи резонансний контур. Зміна ємності призводить до зміни власної частоти контуру і зриву коливань. Цей метод використовується в ємнісних сигналізаторів рівня.

При мостовому методі вимірювання ємності перетворювач включається в плече моста. Зміна рівня призводить до зміни ємності, внаслідок чого порушується рівновага моста. Напруга розбалансу моста фіксується вторинними вимірювальними приладами, отградуированном в одиницях рівня. Для контролю рівня електропровідних рідин застосовують омические рівнеміри, які представляють собою ділянку електричного кола, володіє певним омічним опором.

Принцип дії омічного рівнеміра заснований на замиканні електричного кола через контрольоване середовище. На рис.4, б показана схема включення омічного сигналізатора рівня для випадку, коли резервуар виконаний з струмопровідного матеріалу і виконує роль другого електрода. При зниженні рівня рідини нижче положення електрода електричний ланцюг реле розривається і в схему сигналізації видається відповідний сигнал.

В даний час набули застосування високочастотні резонансні рівнеміри, перетворювачі яких виконані у вигляді відрізків однорідною і неоднорідною довгої лінії. Основний недолік електричних рівнемірів - неможливість їх застосування у в'язких, крісталізующіхся середовищах, що мають тверді опади та налипання на електроди перетворювача.

На принципі демпфування будуються також сигналізатори рівня (рис. 5).

3.2.7 Ультразвукові рівнеміри

Ультразвуковий метод контролю набув широкого поширення в хімічній та інших галузях промисловості, так як

Забезпечує безконтактне вимірювання рівня агресивних, вибухонебезпечних середовищ при високих температурах і тиску.

Він дозволяє створити суцільнозварну конструкцію вимірювального елемента. На ультразвуковому методі будуються як рівнеміри, так і сигналізатори рівня.

За принципом дії їх можна розділити на три групи:

- Рівнеміри, що працюють за принципом ультразвукової локації;

- За принципом «проходження»;

- Демпфування.

У рівнеміра, що працюють за принципом локації через рідину або через газ (рис. 5, а, б). Мірою рівня служить час поширення імпульсу до кордону розділу середовищ і назад.

Недоліком рівнемірів, що працюють за принципом локації через рідина є залежність їх свідчень від властивостей рідини і домішок, які в ній знаходяться. Метод локації через газ не має цих недоліків, але при випромінюванні ультразвуку в газовому середовищі відбувається велика втрата енергії на розсіювання.

За принципом «проходження» будується робота сигналізаторів рівня (рис. 5, в). Сигналізатор містить два щупа. Принцип роботи заснований на залежності проходження енергії ультразвукових хвиль від випромінювача до приймача від акустичного опору середовища в сигнальному зазорі між щупами.

Принцип з роботи заснований на зміні величини енергії ультразвукових хвиль, що проходять з одного середовища в іншу, зумовлене різними акустичними опорами середовищ. Недолік сигналізаторів, що працюють на принципі «проходження» - можливість помилкових спрацьовувань при наявність бульбашок повітря в сигнальному зазорі. Це виключає їх застосування при барботаже контрольованої рідини повітрям. Працездатність сигналізатора порушується і при наявності опадів на випромінювачі і приймачі в сигнальному зазорі.

Висновок

Завдяки простоті і надійності поплавкові, буйкові і п'єзометричного рівнеміри знайшли широке використання в місцевому контролі та сигналізації рівнів рідких середовищ. Електронні ємнісні і радіоізотопні рівнеміри використовуються при контролі агресивних і вибухонебезпечних середовищ, сигналізації аварійних значень рівнів і відключенні технологічного обладнання.

Література

1. Трофімов А.Н. Автоматика, телемеханіка, обчислювальна техніка в хімічних виробництвах. Підручник. Вища. 1985.

2. Фарзане Н.Г., Ілясов П.В., Азім-заде А.Ю. Технологічні вимірювання і прилади. Підручник. Москва. Вища школа.1989.

3. Жарковський Б.І. Прилади автоматичного контролю і управління. Підручник. Вища школа. 1989.

4. Попов І.А., Грунтовіч Н.В. Збірник завдань для самостійної роботи з основ теорії автоматичного управління (регулювання). Навчальний посібник. ВМФ. 1982.

5. Трофімов В.В. Довідник АСУТП. Довідник. Київ. Техніка. 1988.

6. Вимірювально-інформаційні системи. Підручник. ВМФ. Ч.1. 1990