Методи вимірювання рівня

Вступ

Вимірювання фізичних величин – основа наукових експериментів, комплексних випробувань і вимірювань в усіх сферах людської діяльності. Метою будь-якого вимірювання є формулювання висновку про стан фрагменту дійсності, що спостерігається, тобто формування деякого об’єктивного образу цієї дійсності на основі вимірювальної інформації, одержаної в результаті експерименту. В останні десятиліття все більшого поширення набувають цифрові засоби вимірювальної техніки (ЗВТ), що поступово витісняють з вжитку аналогові вимірювальні прилади. Цифровими називаються такі вимірювальні прилади, в яких вимірювальна величина автоматично в результаті квантування, дискретизації, цифрового кодування і відповідних обчислень постає у вигляді коду, що виражає значення цієї величини.

АНАЛІЗ МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ ВИМІРЮВАННЯ РІВНЯ РІДИНИ

Безупинні технологічні процеси в різноманітних галузях промисловості часто потребують постійного автоматичного контролю кількості накопиченого матеріалу, сировини, рідин і газів. Контроль рівня часто має також важливе значення і для безаварійної роботи устаткування. Наприклад, на водневих станціях зниження рівня підживлення електролізерів може послужити причиною серйозної аварії; на теплових електростанціях зниження і підвищення заданих рівнів води в барабані казана призводить до руйнації лопаток турбін, перегорянню кип'ятильних труб.

За принципом вимірювання рівноміри діляться на такі основні групи: поплавкові і буйкові, мембранні, диференціальні манометри, ємнісні, радіолокаційні.

По своїй конструкції рівноміри можуть мати шкальні і безшкальні датчики, що працюють із самописними і регулюючими повторними приладами. За допомогою таких приладів здійснюється автоматичний контроль і регулювання рівня рідин і сипучих матеріалів, а також звукова і світлова сигналізації підвищення або зниження рівня контрольованого середовища.

Прилади вимірювання рівня в залежності від категорії вибухозахищеності можуть бути використані тільки відповідно до їх паспортних даних й інструкцій заводів-виготовлювачів.

У вибухобезпечних виробництвах повинні використовуватися для вимірювання і сигналізації рівнів легкозаймистих і горючих рідин і середовищ пневматичні і ємнісні вибухозахищенні прилади.

Відповідно до чинних правил ПВВРЕ (правила виготовлення вибухозахищеного електроустаткування), вибухозахищені прилади всіх типів (рівня, тиску, витрат, температури, газового аналізу і т.д.) мають індекс ВЗГ (вибухозахищені, герметичні).

Індекс, що має вид дробу, відливають на кришці датчика приладу: ВЗГ/метан, ВЗГ/сірчаний ефір, ВЗГ/водень.

Чисельник дробу показує вибухозахищене виконання датчика, а знаменник - робоче середовище, у якому допускається експлуатація приладу.

ПОПЛАВКОВІ ТА БУЙКОВІ РІВНЕМІРИ

Поплавкові і буйкові прилади відносять до найбільш простих приладів вимірювання рівня. Принцип дії поплавкових приладів заснований на використанні виштовхувальної сили, яка діє на занурене в рідину тіло.

Рисунок 1.1. Поплавкові пристрої вимірювання рівня: а) – тросовий , б) – ричажний з поплавковою камерою

Найбільш простим типом поплавкових приладів є прилади тросового типу (Рисунок 1.1, а). Поплавець 4 через гнучкий трос 2 пов'язаний з обертовим шківом 1. Для зрівноважування всієї системи на кінці троса закріплена противага 5. Зі зміною рівня контрольованої рідини відбувається переміщення поплавця і троса. Для сигналізації мінімального і максимального рівнів на тросі встановлюють два обмежувачі рівня З, що при досягненні заданого рівня перекидають коромисло 7, що призводить до переключення сигнальних електричних контактів 6. Переміщенням обмежувачів рівня можна змінювати діапазон сигналізації поплавкового приладу.

На рисунку 1.1, б показаний поплавковий прилад з одним важелем 2, що з'єднує поплавець 1 із контрольним устроєм 3.

Прилади тросового типу не можна застосовувати в резервуарах, що знаходяться під надлишковим тиском, при низьких температурах і у вибухо і пожежонебезпечних рідинах.

Принцип дії буйкового приладу показаний на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2. Буйковий прилад вимірювання рівня

Сталевий циліндричний буй 8 підвішений на кінці важеля 7, що пов'язаний із пружньою трубкою 6. Під дією буя до пружньої трубки додається момент , що деформує, при цьому маса буя вибирається так, щоб він не випливав при повному його зануренні в рідину. З підвищенням рівня рідини збільшується глибина занурення буя і за рахунок збільшення виштовхувальної сили, зменшується його маса, що викликає пропорційне зменшення кута закручування пружньої трубки 6 і сталевого стержня 5, закріпленого всередині трубки. На протилежному кінці стержня 5 установлена заслінка 4 пневмопристрою що відхиляється щодо сопла 3 на той же кут.

Пневмопристрій 2 посилює мале кутове переміщення заслінки в пропорційну зміну тиску стиснутого повітря, контрольованого спеціальним манометром 1, шкала якого переградуйована в рівень.

ЄМНІСНІ РІВНЕМІРИ

В даний час перспективними приладами вимірювання рівня електропровідних і неелектропровідних матеріалів є ємнісні прилади. У цих приладах у якості чутливого елемента використовується електрична ємність, утворена спеціальним робочим електродом і металевою поверхнею стінки резервуара, між якими знаходиться вимірююче середовище.

Електрична ємність плоского конденсатора рівна: