Датчик рівня
Давач рівня (рос. уровнемер, англ. level meter, нім. Niveaumesser m )- прилад, призначений для визначення рівня вмісту у відкритих і закритих резервуарах, сховищах і так далі. Під вмістом розуміють різноманітні види рідин, у тому числі і газотвірні, а також сипкі і інші матеріали. Давачі рівня також називають рівнеміром ,сигналізатором рівня, перетворювачем рівня.
Зміст
Історія створення
Перший найпростіший рівнемір був створений для визначення рівня води в озерах , річках та інших водоймах і отримав назву футшток (від німецького Futstock ) . Його створення було викликано розвитком флоту і навігації та необхідністю вивчення зміни рівня в конкретному місці водойми , визначення середнього рівня моря і встановлення початкового рівня для обчислення висот і глибин. Футшток - рівнемір у вигляді рейки ( бруса) з розподілами , встановлений на водомірному посту для спостереження і точного визначення рівня води в морі, річці або озері . Перший футшток з'явився в Петербурзі в 1703 році .
Найпростіші візуальні вказівники рівня були винайдені з появою парових котлів. Уатт Джеймс [1]( 19.01.1736 - 19.08.1819 ) - шотландський винахідник - в 1784 р. створив універсальний паровий двигун, що має особливості сучасних парових машин , з безперервним обертанням та високою ефективністю , що набув широкого поширення саме у виробничих цілях і зіграв велику роль в промисловій революції 19 століття. Він і сконструював перше водомірне скло - візуальний вказівник рівня рідини.
У XX столітті, з розвитком науки, темпи зростання промисловості швидко прискорювалися, з'являлися все нові галузі виробництва. Автоматизація виробничих процесів вимагала створення автоматичних приладів для вимірювання рівня рідини.Технологія автоматичного заміру рівня рідкого продукту, за допомогою системи спостереження, була розроблена вже в середині 50-их років. Незабаром після цього був розроблений перший автоматичний рівнемір для резервуарів.
Загальний опис
Вимірювання рівня рідини відіграє важливу роль при автоматизації технологічних процесів у багатьох галузях промисловості. Ці виміри особливо важливі в таких випадках, коли підтримання деякого заданого рівня рідин, пов'язано з умовами безпечної роботи обладнання. На сьогодні існує велике число методів виміру рівня рідин. Вимір рівня відбувається як у відкритих ринках, так і в ємностях, що знаходяться під тиском.
Класифікація рівнемірів
Для виміру рівня рідини застосовують :
- поплавкові;
- буйкові;
- гідростатичні;
- ультразвукові;
- акустичні прилади.
Для виміру рівня рідини і твердих сипучих матеріалів
- ємнісні;
- радіоізотопні.
Поплавкові рівнеміри
Поплавкові рівнеміри є одними з найбільш простих і надійних. Проте вони практично не можуть застосовуватися за високих тисків. Вони дозволяють контролювати рівень рідин у широкому діапазоні від 50 до 2000 мм. До таких сигналізаторів граничних контрольованих рівнів відносяться поплавкові прилади типів РРС (реле рівня сильфонне), СУ (сигналізатор рівня), ДРР (дистанційне реле рівня).
На рисунку 3.1 показано загальний вид приладу ДРУ-1. Поплавець 3 (порожниста металева куля), сполучений початком 2 із мікровимикачем 1, знаходиться в контрольованій рідині. При досягненні максимального рівня на кулю 3 діє гранична уштовхуюча сила, що змушує шток 2 підніматися і переключати мікровимикач, який сигналізує про аварійний рівень.
Індикуючий пристрій сполучено з поплавцем тросом або за допомогою важелів. Поплавковими рівнемірами можна вимірювати рівень рідини у відкритих ємностях.
Основними несправностями у таких приладах є порушення герметичності кулі, корозія контактів перемикача внаслідок підвищеної вологості контрольованого середовища.
За необхідності поверхня кулі в місцях ушкодження підлягає паянню припоєм ПОС-40 або ПОС-60 за допомогою газового пальника або паяльника. Мікроперемикач залежно від ступеня корозії підлягає ремонту або заміні на новий тип МП.
Буйкові рівнеміри
У буйкових рівнемірах застосовується нерухомий занурений у рідину буй 3. Принцип дії буйкових рівнемірів базується на тому, що на занурений буй діє з боку рідини виштовхуюча сила F. За законом Архімеда ця сила дорівнює вазі рідини, витиснутої буйком. Але кількість витиснутої рідини залежить від глибини занурення буя, тобто від рівня в ємності H. Таким чином, у буйкових рівномірах рівень H, який вимірюється, перетворюється на пропорційну йому виштовхуючу силу. Тому залежність виштовхуючої сили від рівня, який вимірюється, лінійна.
У буйкових рівнемірах УБ-П і УБ-Е буй передає зусилля на важіль 1 проміжного перетворювача сили в уніфікований сигнал 2. Вихідний сигнал першого рівнеміра – уніфікований пневматичний, іншого – уніфікований електричний сигнал (постійний струм).
Принцип дії буйкових рівнемірів дозволяє в широких межах змінювати їх діапазон виміру. Це досягається як заміною буя, так і зміною передатного підиймаючого механізму проміжного перетворювача. Рівнеміри УБ можуть вимірювати рівень у межах від 0-40 мм до 0-16 м.
Застосування буйкових, а так само і поплавкових рівнемірів ускладнено в агресивних рідинах і середовищах з осадами, що випадають. Для дистанційного виміру рівня рідини застосовуються буйкові рівнеміри з уніфікованим електричним або пневматичним сигналом типів УБ-Е й УБ-П. Вимірювальні схеми рівнемірів побудовані за принципом компенсації зусиль.
Гідростатичні рівнеміри
Гідростатичний метод виміру рівня базується на тому, що в рідині існує гідростатичний тиск, пропорційний глибині, тобто відстані від поверхні рідини. Тому для вимірювання рівня гідростатичним методом можуть бути використані прилади для вимірювання тиску або перепаду тисків. В ролі таких приладів, зазвичай, застосовують дифманометри.
При вмиканні дифманометра 1 за схемою, показаною на рисунку 5.2, перепад тисків на ньому буде дорівнювати гідростатичному тиску рідини, що пропорційно рівню H, який вимірюється.
Якщо рідина в ємності знаходиться під надлишковим тиском, то дифманометр 1 включають за схемою, приведеною на рисунку 5.3, причому його плюсову камеру з'єднують із простором над рідиною через порівнювальну посудину 2. Цю посудину заповнюють рідиною, стовп якої створює постійний гідростатичний тиск у плюсовій камері дифманометра.
Оскільки вимірюється перепад тисків, рівний різниці гідростатичних тисків рідини в камерах дифманометра, вимірюваний рівень буде пропорційний різниці між рівнем у розділювальній судині Hmax і рівнем, який вимірюється Н.
Ультразвукові та акустичні рівнеміри
Принцип дії рівнемірів цього типу базується на вимірі часу проходження імпульсу ультразвука від випромінювача до поверхні рідини та назад. При прийомі відбитого імпульсу випромінювач стає датчиком. Якщо випромінювач 1 (рис. 2.62) розташований над рідиною, рівнемір називається акустичним; якщо усередині рідини – ультразвуковим. У першому випадку час, який вимірюється, буде тим більше, чим нижче рівень рідини H, у другому – навпаки.
Електронний блок 2 призначений для формування ультразвукових імпульсів, посилення відбитих імпульсів, вимірювання часу проходження імпульсом подвійного шляху (у повітрі або рідині) і перетворення цього часу в уніфікований електричний сигнал. Наприклад, акустичний рівнемір ЭХО-1 використовується для виміру рівня неоднорідних рідин (із перемінною за висотою щільністю), які кристалізуються і випадають в осад, у баках висотою до 3 м і має вихідний сигнал у виді постійного струму.
Ємнісні рівнеміри
Ємнісні рівнеміри використовують для вимірювання рівня зміни ємності перетворювача, викликаного зміною рівня рідини. Рівнеміри такого типу можуть застосовуватися для виміру як неелектропровідних, так і електропровідних рідин. Вони придатні для виміру рівня в широкому діапазоні тисків і температур агресивних і неагресивних середовищ. Їх показання залежать від діелектричної проникності середовища, яка може змінюватися з температурою. Застосування компенсаційних ємностей дозволяє істотно зменшити цей вплив, але не виключає його цілком. Електронна схема ємнісних рівнемірів достатньо складна, що обмежує їх широке поширення.
Найпростіший первинний перетворювач ємнісного приладу являє собою електрод 1 (металевий стрижень або провід), розташований у вертикальній металевій трубці 2 (рисунок 7.1) . Стрижень разом із трубою утворюють конденсатор. Ємність такого конденсатора залежить від рівня рідини, тому що при його зміні від нуля до максимуму діелектрична проникність буде змінюватися від діелектричної проникності повітря до діелектричної проникності рідини.
