Уровнемер воды. Методы измерения и контроля уровня. Виды уровнемеров. Сравнение и обзор уровнемеров.

Измеритель уровня воды в скважине серии BFM. Уровнемер воды


Датчики уровня воды — поплавковый, герконовый, электронный и оптический, принцип работы, устройство и применение

ПОПЛАВКОВЫЙ - ЭЛЕКТРОННЫЙ - ГЕРКОНОВЫЙ

Для определения количества воды в емкости используют специальные устройства – датчики уровня. Компактные измерители широко применяются в автоматизации систем водоснабжения, а также в промышленном и бытовом оборудовании. С их помощью можно отслеживать уровень любых жидкостей, существуют варианты, разработанные для сыпучих материалов.

Конструктивно датчики уровня воды различаются в зависимости от области применения и требований к точности измерения. Наибольшее распространение получили следующие типы измерителей:

  • поплавковый;
  • электронный;
  • герконовый.

Каждый из вариантов обладает определенными преимуществами, и может быть рекомендован к установке. Выбор конкретной модели зависит исключительно от предъявляемых требований к устройству, включая точность измерения, надежность, срок эксплуатации и устойчивость к внешним факторам.

Так поплавковые датчики считаются наиболее экономичным вариантом, обеспечивающим приемлемую точность измерения, и часто используются в быту. А современные электронные уровнемеры используются в сложных автоматических системах для отслеживания точных значений.

Стоит заметить, что электронные системы можно использовать для простых задач, но такой шаг неоправдан с экономической точки зрения.

ПОПЛАВКОВЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ВОДЫ

Поплавковый уровнемер – самый распространенный измеритель, популярность которого обусловлена предельно простой конструкцией и соответственно надежностью. Поплавковые измерители можно условно разделить на два варианта:

  • механические;
  • герконовые.

Второй вариант подразумевает использование выключателей с магнитоуправляемыми контактами, поэтому его устройство будет рассмотрено в отдельном разделе.

Самый простой механический поплавковый измеритель работает на определение предельного уровня воды. Измеритель устанавливается в определенной части емкости, и когда вода достигает поплавка, он всплывает и через специальный шток замыкает (размыкает контакты). Подобные устройства более известны под названием поплавковые выключатели.

Поплавковый датчик уровня воды

Этот тип механических датчиков отличается достаточной надежностью и часто используется в простейших автоматизированных системах. Но его функциональность ограниченна конструкцией – датчик срабатывает только при предельном значении уровня воды.

Также выпускаются кабельные поплавковые датчики. В этой конструкции используется поплавок особой формы, который изменяет угол наклона в зависимости от уровня воды. Внутри поплавка устанавливается выключатель, который срабатывает при изменении угла. В большинстве случаев используются выключатели со стальным шариком, замыкающим контакты.

Отдельная категория – кабельные поплавковые измерители с ртутным выключателем, обеспечивающим высокую надежность. Для точного контроля иногда устанавливают несколько поплавковых датчиков с разной длиной кабеля.

Поплавковые измерители пользуются спросом во многих отраслях промышленности. Датчики используют для контроля уровня горюче смазочных материалов, охлаждающих жидкостей. В быту устройства обычно применяют для измерения уровня в скважинах и колодцах (защита насоса от «сухого» хода), а также для автономной канализации.

Одно из преимуществ этого типа уровнемера – простая установка и настройка. Некоторые модели разрабатываются специально для насосов и позволяют исключить использование дополнительных пусковых реле.

В начало

ЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ВОДЫ

Электронные измерители изготавливаются на основе различных типов датчиков. Один из вариантов – емкостные датчики позволяющие фиксировать изменение уровня воды в режиме реального времени. Одно из преимуществ подобных устройств – отсутствие подвижных элементов, что положительно сказывается на надежности и сроке эксплуатации.

Принцип работы емкостного уровнемера основан на изменении емкости конденсатора в зависимости от состава и распределения диэлектрического материала между обкладками. То есть при изменении уровня воды в конденсатор, включенный в электрическую цепь, меняет свою емкость, что фиксируется специальным оборудованием.

Для точности снимаемых показателей измеритель калибруют непосредственно перед установкой, учитывая свойства измеряемой жидкости. Емкостные измерители используют не только для контроля уровня воды, но и других жидких и сыпучих материалов.

Емкостной датчик уровня воды

При всех преимуществах емкостного датчика, стоит учитывать зависимость показателей от температуры, поэтому для точного измерения уровня воды с изменяемой температурой необходимо дополнительно устанавливать датчик температуры для корректировки получаемых значений.

Оптический электронный датчик уровня воды.

Второй востребованный вариант электронного измерителя уровня воды – оптический. Это устройство используется в качестве альтернативы поплавковым измерителям при высокой вероятности вибрации воды (что в механических системах приводит к искажению показателей). Оптические датчики используют для отслеживания предельных уровней воды. Принцип работы основан на изменении отражательной способности оптической системы при достижении водой определенного уровня.

В качестве преимуществ подобных датчиков можно отметить отсутствие подвижных частей, и независимость от внешних факторов. Оптические уровнемеры используют на транспорте для контроля уровня охлаждающей жидкости, в бытовой технике (кофемашины). Часто устанавливаются для измерения предельного уровня воды в цистернах, которые перевозятся на автомобильном или железнодорожном транспорте (устойчивость к вибрациям).

В целом, электронные измерители лишены основных недостатков механических аналогов, и позволяют проводить измерения с высокой точностью. Единственно ограничение – более высокая цена и необходимость профессиональной установки и настройки.

В начало

ГЕРКОНОВЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ВОДЫ

Один из самых популярных типов датчика, представляющий собой усовершенствованный вариант поплавковых устройств с механическим переключателем. Герконовые уровнемеры отличаются низкой стоимостью, простой и надежной конструкцией, а также возможность отслеживать изменение уровня воды в широком диапазоне.

Существует несколько разновидностей герконовых датчиков. В простейшем варианте механический переключатель поплавкового датчика меняют на геркон, что несколько повышает надежность устройства (так устроены герконовые уровнемеры боковой установки). Но чаще используется схема с несколькими герконами и поплавком с магнитами.

Геконовый датчик уровня воды

В качестве примера можно рассмотреть одну из самых популярных конструкций. Датчик изготавливается в виде трубки, по которой свободно перемещается поплавок. Внутри трубки устанавливаются герконы, количество которых может варьироваться в зависимости от требований к дискретности измерения.

То есть чем больше уровней воды нужно отслеживать, тем большее количество герконов нужно установить.

При изменении уровня воды поплавок поднимается или опускается, вызывая встроенным магнитом срабатывание геркона, который подключен в управляющую цепь. В простейшем варианте используются один геркон, для сигнализации предельного уровня воды.

Корпус герконовых датчиков может изготавливаться из различных материалов, в бюджетном варианте используется пластик, более дорогие и прочные модели изготавливают из нержавеющих сплавов. Выбор материала в основном зависит от того, где будет устанавливаться датчик (требования к механической прочности и надежности).

Герконовые датчики – одни из самых распространенных, и часто используются в бытовых системах автономного водоснабжения. Простая конструкция позволяет изготовить датчик самостоятельно, при этом его надежность и точность измерения будет на достаточно высоком уровне. Герконовые измерители уровня можно использовать для различных жидкостей.

В частности эти устройства широко применяются для контроля уровня топлива на транспортных средствах, используются в химической и нефтегазовой промышленности.

Если оценивать вышеперечисленные варианты датчиков уровня воды исходя из критериев надежности и точности измерений, то на первом месте будут электронные уровнемеры.

Но стоит учитывать, что их технические характеристики часто превышают требования, предъявляемые к бытовым системам водоснабжения. Поэтому поплавковые и герконовые датчики – это оптимальный вариант, с доступной ценой и простой установкой.

В начало

© 2012-2018 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

eltechbook.ru

Уровнемеры для контроля уровня воды и других жидкостей

Высокоточные уровнемеры от компании «Ризур»

У компании «Ризур» вы можете приобрести уровнемеры для воды и других жидкостей, которые подойдут для любых областей применения собственного производства, немецкой компании KOBOLD, Endress+Hauser, английской Seetru и японской Fuji Electric. Все оборудование тщательно протестировано нашим собственным отделом контроля качества и адаптировано к длительной эксплуатации в России. Мы предлагаем приборы, эффективность которых известна во всем мире. Купить уровнемеры можно оптом или в розницу. Перед заказом крупных партий уточняйте количество на складе у менеджера компании по телефону 8-800-200-85-20. Рады сотрудничеству как с физическими, так и с юридическими лицами. Для дилеров есть особые условия отгрузки.

Сортировать по:

Поиск

-- РазделАнализ--- pH / ОВП--- Анализаторы--- Кислород--- Мутность--- Проводимость--- Прочее--- Станции мониторинга--- Уровень осадка--- ХлорДатчики-реле и сигнализаторы уровня--- Вибрационные датчики предельного уровня--- Емкостные датчики реле уровня--- Кондуктометрические датчики-реле уровня--- Поплавковые датчики-реле уровня--- --- Поплавковый датчик уровня Rizur-M 01-M20 (РИЗУР-М)--- Прочее--- Ротационные--- Ультразвуковые сигнализаторыОборудование обогрева КИП--- Блок-боксы для оборудования--- Греющий кабель--- Кабельные вводы--- Клеммные коробки--- Обогреваемые импульсные линии--- Обогреватели взрывозащищенные и терморегуляторы--- Терморегуляторы--- Термошкафы, термочехлы, кожухи--- --- Кожухи защитные--- --- Термочехлы--- --- Термошкафы--- --- --- Уличные всепогодные шкафыПреобразователи давления--- Аксессуары для преобразователей давления--- Датчики давления--- Датчики-реле давления--- Малогабаритные датчики давления--- Манометры--- Пневматические преобразователи давленияПрочие приборы--- Блоки питания. Блоки преобразования сигналов--- Газоанализаторы--- Другое--- Пневматические приборы--- Предохранительные клапаныРасходомеры и смотровые фонари--- Вихревые расходомеры--- Индикаторы, реле потока, смотровые фонари--- Кориолисовые массовые расходомеры--- Механические расходомеры--- Ротаметры--- Термально-массовые расходомеры--- Ультразвуковые расходомеры--- Электромагнитные расходомерыТермометры, термопреобразователи--- Защитные Гильзы--- Механические--- Реле температуры--- ЭлектронныеУровнемеры--- Байпасные уровнемеры (визуальные)--- Бесконтактные радарные (микроволновые) уровнемеры--- Буйковые уровнемеры--- Волноводные уровнемеры--- Гидростатические уровнемеры--- Емкостные уровнемеры--- Поплавковые уровнемеры--- Прочее--- Ультразвуковые уровнемеры--- Уровнемеры, сигнализаторы, индикаторы уровня производства РизурФункциональная аппаратура--- Cамописцы, регистраторы--- Контроллеры--- Панели оператора--- Преобразователи частотыЭлектротехника--- Взрывозащищенные клеммные коробки и кабельные вводы--- Греющий кабель--- Защитные кожухи--- Кабельные вводы--- Светильники--- Терморегуляторы--- Электродвигатели

-- ПроизводительBD SensorsDialightEndress-HauserFuji ElectricHakko ElectronicsKoboldNivelcoOTTRIZURSchneiderSeetruSiemensWIKAТеплоприборТизприборЦИТ-Плюс

www.rizur.ru

Уровнемеры для скважин. Скважинные уровнемеры

Скважинные уровнемеры применяются для контроля уровня содержимого скважин, емкостей, трубопроводов и колодцев. Наиболее частое применение находят уровнемеры для скважин с водой, в том числе артезианских, и для емкостей с жидкими веществами.

Область применения скважинных уровнемеров

Уровнемеры для скважин подходят для работы во многих отраслях промышленности при решении задач, связанных с контролем уровня жидких веществ:

  • в металлургической и горнодобывающей промышленности для контроля уровня и состояния грунтовых вод в скважинах,
  • в сельском хозяйстве:
    • для определения уровня в естественных водоемах,
    • контроля воды в водозаборах предприятий и населенных пунктов,
    • обеспечения подачи воды к местам полива и орошения,
  • в химической промышленности для контроля уровня жидких продуктов в цистернах, в том числе для агрессивных жидкостей,
  • в нефтегазовой промышленности:
    • для контроля процесса бурения,
    • оценки состояния скважин,
    • определения уровня газа и топлива в резервуарах,
  • в жилищно-коммунальном хозяйстве:
    • для измерения скважин и колодцев,
    • отслеживания их состояния,
    • мониторинга сточных и канализационных вод,
  • в пищевой промышленности для мониторинга уровня жидкостей в емкостях и трубопроводах.

Также уровнемеры могут применяться для бытовых скважин в рамках индивидуальных хозяйств.

Предназначение уровнемеров для скважин

Основным назначением уровнемеров является определение уровня воды в различных скважинах, колодцах и емкостях. Помимо этого с помощью данных устройств могут решаться другие задачи:

  • контроль процесса бурения колодцев и скважин,
  • определение глубины залегания подземных вод,
  • контроль наполнения резервуаров с жидкими продуктами,
  • измерение температуры контролируемой среды и многие другие.

Некоторые варианты скважинных уровнемеров способны работать с газовыми средами.

Варианты исполнения скважинных уровнемеров

Для отслеживания уровня в скважине в основном используются устройства двух типов: переносные тросовые и гидростатические. Выбор зависит от конкретных задач и существующих условий.

Тросовые скважинные уровнемеры

Тросовые (кабельные) уровнемеры для скважин являются самым доступным вариантом измерения глубины залегания вод. Уровнемер выполнен в виде катушки с измерительным кабелем (тросом). Кабель постепенно опускается в скважину, пока не достигнет поверхности воды. По индикаторной шкале, нанесенной на трос, определяется глубина. Наиболее распространены электроконтактные и лотовые кабельные скважинные уровнемеры.

В работе электроконтактых устройств используется электрод, который замыкает цепь при контакте с водой. После этого происходит автоматическая остановка кабеля, и оператор оповещается световым или звуковым сигналом.

При использовании лотового варианта устройства для определения глубины кабель с лотом-хлопушкой спускается в скважину под действием ускорения свободного падения. При ударе о водную поверхность раздается хлопок, сигнализирующий о достижении воды.

В работе скважинных уровнемеров с тросом можно выделить такие преимущества:

  • низкая стоимость устройства,
  • простота использования и обслуживания,
  • возможность работы с очень глубокими скважинами – до 500 метров и более,
  • высокая точность измерений благодаря индикаторной шкале на кабеле,
  • возможность совмещения с измерителями температуры для анализа состояния скважин.

При этом работа тросовых измерителей ограничена в связи с некоторыми недостатками:

  • лотовый вариант невозможно использовать в условиях повышенного шума или для глубоких скважин, т.к. сложно контролировать момент хлопка,
  • необходимость непосредственного нахождения возле устройства для отслеживания глубины.

Гидростатические скважинные уровнемеры

Гидростатические измерители определяют уровень на базе определения создаваемого гидростатического давления, пропорционального высоте столба жидкости. Перед началом работы в устройстве должны быть заданы типовые параметры, исходя из которых высчитывается результат для контролируемой среды.

Измерение может проходить с помощью скважинного уровнемера врезного или погружного типа. Врезной уровнемер устанавливается непосредственно в стенки резервуара или трубы в определенной точке.

Погружной конструкционно схож с тросовыми устройствами и представляет собой размещенный на кабеле зонд, погружаемый в скважину или резервуар на необходимую глубину. Соответственно по уровню давления над зондом определяется высота столба жидкости.

Скважинные уровнемеры гидростатического типа обладают рядом достоинств:

  • возможность удаленного отслеживания результатов измерения,
  • возможность непрерывного отслеживания уровня,
  • устройства применимы для газообразных сред.

Но при этом гидростатические измерители более сложны в работе и требуют тщательного подхода к установке для гарантии точности работы. Также гидростатические уровнемеры отличает более высокая стоимость.

Виды уровнемеров для скважин

Большое разнообразие моделей приборов позволяет подобрать оптимальный вариант скважинного уровнемера для работы в конкретных условиях. Для примера можно привести такие варианты оборудования:

Помимо этого уровнемеры для скважин выпускаются в различных вариантах по взрывозащещенности, устойчивости к агрессивным средам и с разнообразными дополнительными функциями.

Заказать звонок

rusautomation.ru

Сигнализаторы уровня жидкости | КИПиА от А до Я

Довольно часто в промышленности для контроля уровня жидкости в резервуарах, баках или приямках применяют датчики-реле уровня типа РОС. С их помощью можно легко организовать многоуровневую схему контроля (опустошение емкости, предупреждение о переполнении, аварийный останов при переполнении или т.п.). Конструкция датчика-реле типа РОС очень проста: металлический контрольный электрод из нержавеющей стали 12Х18Н10Т запрессован в изолирующую втулку. Изолирующая втулка, в свою очередь, запрессована в металлическую оправу с резьбой. Один конец контрольного электрода размещается на нужном расстоянии от дна резервуара. Ко второму концу электрода (с нарезанной резьбой и накрученными гайками) присоединяется провод, соединяющий электрод с входом блока сигнализации. Как только уровень жидкости достигает свободного конца электрода, происходит замыкание цепи «контрольный электрод – земля» и срабатывает реле в блоке сигнализации. Роль земляного контакта выполняет либо один из электродов (как правило, самый длинный), либо стенка металлического резервуара, либо металлическая полоса на дне неметаллического резервуара. В любом случае, земляной контакт должен быть заземлен и соединен с входом «нейтраль» блока сигнализации РОС.

Контрольный электрод

На контрольный электрод в процессе работы подается переменное напряжение порядка 6 вольт. Осуществляется подача именно переменного напряжения, так как подача постоянного напряжения может вызвать процессы электролиза в некоторых растворах и осаждение на контрольном электроде продуктов распада. Исходя из принципа действия датчиков уровня данного типа, можно понять, что для нормальной работы сигнализаторов жидкость должна обладать достаточной электропроводностью и не содержать загрязняющих веществ образующих токонепроводящую пленку. Обеспечить контроль уровня дистиллированной воды или воды, загрязненной смазочными материалами или нефтепродуктами с помощью сигнализаторов РОС будет весьма проблематично. В этом случае разумнее применить другие способы контроля уровня.

Длина свободного конца контрольного электрода может быть от 10 см (при горизонтальном монтаже) до 5 метров (при вертикальном монтаже) или даже 10 метров (тросовый электрод при вертикальном монтаже). При вертикальном монтаже датчиков на крышке резервуара расстояние между отверстиями для крепления датчиков должно быть не менее 60 мм, для исключения взаимного влияния электродов друг на друга. В случае если датчики с контрольными электродами длиной свыше 60 см монтируются на резервуарах, в которых имеется сильное волнение жидкости, то необходимо дополнительно зафиксировать нижнюю часть электрода. Фиксацию нижней части электрода можно выполнить с помощью изолирующих распорок, либо предусмотреть защиту электрода демпфирующим устройством (токонепроводящая перфорированная труба, решетка и т.д.).

Горизонтальная установка датчиков возможна только для контроля уровня жидкостей, не образующих проводящих отложений на изолирующей втулке датчика. Для обеспечения стекания жидкости с контрольного электрода датчик рекомендуется ориентировать так, чтобы его ось была направлена вниз на 10-20° относительно горизонтальной оси. Бобышки для монтажа датчиков должны иметь минимально необходимую высоту. Сопротивление сигнальных проводов (от электрода к блоку сигнализации) должно быть не более 20 Ом. Сопротивление изоляции сигнальных проводов с подключенными (но не погруженными в воду) датчиками относительно земли должно быть не менее 20 МОм при испытательном напряжении 500В. Место присоединения провода к контрольному электроду должно быть защищено от попадания влаги резиновым колпачком. Изолирующая втулка датчика должна быть изготовлена из полиэтилена, фторопласта или керамики в зависимости от максимальной температуры контролируемой среды (80, 200 или 300 градусов соответственно).

Горизонтальная установка датчика уровня

Для периодической проверки работоспособности сигнализатора уровня РОС нужно, при необходимости, заблокировать работу подключенных исполнительных механизмов и, последовательно замыкая электроды датчиков на «землю» через резистор сопротивлением 1...5 кОм, убедиться в срабатывании соответствующих реле и свечении светодиодов блока сигнализации РОС. Для удаления отложений на контрольных электродах и изолирующих втулках рекомендуется протирать их смоченной в спирте ветошью.

Поплавковые уровнемеры, несмотря на свою примитивную конструкцию, еще находят применение. Причем зачастую они устанавливаются на новейшее импортное оборудование. В частности они монтируются на баки-аккумуляторы гидравлической системы, выпускаемые фирмой HYDAC, для контроля уровня водоглюколевой смеси и включения насоса подкачки. Причиной тому надежность и неприхотливость уровнемеров данного типа, возможность настройки уровней срабатывания (в некоторых моделях). Конструкция и способ присоединения поплавковых уровнемеров к резервуару могут быть различными, но принцип работы всегда один и тот же.

Один из возможных вариантов поплавкового уровнемера представляет собой полый стержень из немагнитного материала, внутри которого размещаются магнитоуправляемые контакты (герконы) верхнего и нижнего уровня. Внутреннее пространство стержня герметично и изолировано от жидкости. По стержню свободно перемещается поплавок со встроенным магнитом. Перемещение поплавка вверх обусловлено действием архимедовой силы: при повышении уровня жидкости в резервуаре поплавок всплывает. Перемещение поплавка вниз обусловлено действием сил всемирного тяготения: когда уровень жидкости падает, поплавок опускается вслед за ней. Перемещение поплавка вверх и вниз ограничено стопорными кольцами. Когда поплавок, с встроенным в него магнитом, доходит до верхнего или нижнего геркона контакты последнего замыкаются. Схема автоматики срабатывает, активируя цепи сигнализации и/или исполнительные механизмы. Поплавковый уровнемер может иметь всего один магнитоуправляемый контакт – только верхнего или только нижнего предельного уровня.

Поплавковый уровнемер

Данный уровнемер имеет жестко настроенные пределы срабатывания, которые не могут быть изменены в процессе эксплуатации. Длина стержня у подобных уровнемеров может быть от нескольких десятков сантиметров до 1,5 метров. Уровнемер такой конструкции должен монтироваться строго вертикально во избежание "залипания" поплавка.

Поплавковые уровнемеры с регулируемыми порогами срабатывания имеют другую конструкцию и способ присоединения к процессу. Они выполнены в виде байпаса к резервуару, уровень жидкости в котором контролируется, и работают по принципу сообщающихся сосудов. Уровень жидкости в полом стержне уровнемера такой же, как и в резервуаре. Через нижнее присоединение уровнемера к резервуару в него поступает жидкость, а через верхнее присоединение из уровнемера выходит воздух. Если уровнемер будет присоединен к резервуару только в одной, нижней точке, то уровни жидкости в резервуаре и стержне уровнемера могут не совпадать. Для визуального контроля уровня жидкости в резервуаре полый стержень чаще всего изготавливают из прозрачного материала - стеклянной трубки, например.

Сообщающиеся сосуды

Магнитоуправляемые контакты размещаются внутри пластмассовых хомутов, которые могут перемещаться вдоль стержня уровнемера. Настройка порогов срабатывания уровнемера производиться установкой хомутов на нужном расстоянии. В случае если хомуты с герконами установлены не в крайнее верхнее и не в крайнее нижнее положение может возникнуть следующая ситуация. При пропадании напряжения питания со схемы контроля уровня поплавок, в связи с изменением уровня жидкости, может «проскочить» магнитоуправляемый контакт, но схема автоматики при этом не сработает. После включения напряжения питания никаких аварийных сигналов не поступит, притом, что резервуар в это время может быть уже пустым или, наоборот, переполненным.

Поплавковый уровнемер - байпас

Конструкция данного уровнемера очень схожа с конструкцией ротаметра (с функцией реле расхода). Главной отличительной чертой являются форма поплавка. Ротаметры, как правило, предназначены для измерения расхода газов, поэтому поплавок в них имеет форму шарика (при очень маленьких измеряемых расходах) или конуса направленного острием вниз. Стеклянная трубка ротаметра имеет меньший диаметр по сравнению с трубкой поплавкового уровнемера, у которого, при малых диаметрах трубки, может проявиться эффект поверхностного натяжения  жидкости, что скажется на правильности измерения уровня.

Рассмотренные поплавковые уровнемеры имеют ограничения по применению в жидкостях содержащих загрязняющие вещества, так как они могут оседать на поплавке и стержне. Это приведет к заклиниванию поплавка. Для контроля уровня загрязненных жидкостей используют поплавковые уровнемеры других конструктивных исполнений (с штоком, например).

Дополнительную информацию вы можете найти в разделе "Вопрос-ответ".

Посмотреть другие статьи.

knowkip.ucoz.ru

Измеритель уровня воды в скважине серии BFM

oblako

Измеритель уровня воды в скважине серии BFM с плоским кабелем разработан специально для измерения глубины нахождения воды в скважинах и колодцах. Миллиметровая шкала скважинного измерителя уровня BFM позволяет проводить более точные замеры.

Измеритель уровня воды в скважине BFM

Преимущества использования измерителей серии BFM

  • В отличие от уровнемеров с обычным кабелем плоская измерительная лента позволяет нанести более подробную шкалу. Благодаря этому осуществлять контроль уровня в скважине с помощью измерителя серии BFM можно с точностью до миллиметра. Нейлоновое покрытие желтого цвета надежно защищает кабель от истирания и повреждений.
  • Зонд диаметром 15мм позволяет производить измерения в различных условиях, в том числе в достаточно узких трубах и скважинах. Использование высококачественной стали при изготовлении зонда гарантирует сохранность устройства.
  • В рамках серии BFM выпущено несколько моделей измерителей уровня воды с разной длиной кабеля для скважин различной глубины. Это позволяет подобрать подходящий вариант для решения поставленных задач.
  • Удобная катушка для кабеля имеет ударопрочное покрытие и защищена специальной краской. Звуковой сигнал и светодиодная лампа оповестят оператора по достижении уровня воды, а с помощью предусмотренного тормоза произойдет остановка кабеля.

Сфера применения измерителей уровня воды в скважине серии BFM

Измерители уровня воды в скважинах серии BFM разработаны специально для исследования глубины залегания грунтовых и поверхностных вод. Измерители уровня BFM могут применяться для работы с артезианскими скважинами, колодцами, водозаборами.

Помимо контроля воды в уже существующих водозаборных сооружениях измерители востребованы при бурении новых скважин и колодцев для определения необходимых глубин. Модели серии BFM в зависимости от длины кабеля подойдут как для неглубоких бытовых скважин, так и для промышленных, предназначенных для обеспечения водой небольших поселков, промышленных объектов, фермерских хозяйств.

Принцип работы уровнемеров BFM

Измеритель уровня воды в скважине серии BFM несложен в использовании и обслуживании. Для работы с измерителем уровня воды серии BFM оператор, работающий на поверхности скважины, не должен обладать специальными знаниями и умениями.

Измеритель устанавливается на краю скважины, колодца или водозабора, куда опускается плоский кабель с закрепленным на нем зондом. При достижении воды происходит замыкание электрода, погружение останавливается, подается сигнал звукового оповещателя и светодиодной лампы для оператора. Глубина залегания вод проверяется по шкале, нанесенной на кабельную ленту.

Технические параметры измерителей уровня воды BFM

Измеритель уровня воды в скважине серии BFM выпускается в пяти вариантах, различающихся длиной кабеля. Длины индикаторного кабеля влияет на размеры и вес измерителей водного уровня в скважинах BFM:

Все модели в качестве кабеля используют плоскую нейлоновую ленту с двужильным медным сердечником. На ленту нанесена измерительная шкала с миллиметровым интервалом. Для контакта с водой используется стальной датчик-зонд.

  • Ширина кабеля: 10 мм
  • Зонд: 15 мм
  • Трафаретная разметка: 1 мм
  • Принцип индикации: акустический и световой сигнал
  • Элемент питания: 9В (Крона)

По отдельному запросу:

  • Крюк для пробоотборника
  • Съёмный индикатор глубины скважины. Диаметр зонда – 15/25 мм

Документация на измеритель уровня BFM

Измеритель уровня воды в скважине серии BFM легок в использовании. Для работы с ним достаточно знать основные рабочие параметры, описанные в документации на уровнемеры BFM, а также подобрать модель с нужной длиной кабеля:

Заказать звонокЗаказать продукцию

rusautomation.ru

Методы измерения и контроля уровня. Виды уровнемеров. Сравнение и обзор уровнемеров.

На рынке средств измерений представлены приборы, реализующие разнообразные методы измерения уровня, у каждого из которых есть как преимущества, так и недостатки. Нет универсального решения для всех случаев, но в некоторых процессах могут быть работоспособны несколько методов измерения. В текущем разделе описаны наиболее распространенные методы измерения уровня, их достоинства и недостатки.

1. Волноводные уровнемеры

- непрерывное измерение уровня

1.1 Принцип измерения

Волноводный уровнемер (Guided wave radar - GWR) также называют радаром с временным разрешением (TDR), микроимпульсным радаром (MIR).

Волноводный уровнемер устнавливается на крыше резервуара или в выносной камере, при этом зонд имеет длину, равную глубине емкости/камеры.

Микроволновый импульс малой мощности распространяется со скоростью света вниз по зонду. В точке контакта зонда и жидкости (границы раздела воздух/вода) значительная часть энергии отражается и возвращается в обратном направлении по зонду в приемник.

Уровнемер измеряет временную задержку между излучением и приемом излученного и отраженного сигналов, после чего встроенный -микропроцессор рассчитывает расстояние до поверхности измеряемой среды по формуле:

Расстояние = (Скорость света x время задержки) / 2

Если при настройке уровнемера было указано расстояние до опорной точки - обычно это днище резервуара или камеры, то микропроцессор рассчитает уровень жидкости.

Часть микроволнового импульса продолжает распространяться через жидкость с низкой диэлектрической постоянной, уровнемер может зарегистрировать второй эхосигнал от границы раздела жидкостей.

Благодаря этой особенности волноводные уровнемеры успешно применяются для измерения уровня границы раздела жидкость/жидкость, таких как нефть и вода, а так же для измерения уровня жидкости через слой пены.

Волноводные уровнемеры можно применять в резервуарах со сложной геометрией, выносных камерах и емкостях с высокими патрубками. Они подходят для измерения уровня жидкостей с малыми значениями диэлектрической постоянной, в условиях неспокойной поверхности. Поскольку работа волноводного уровнемера не зависит от того, насколько "плоской" является поверхность, его можно применять для измерения уровня порошковых, гранулированных материалов с наклонной поверхностью или жидкостей, поверхность которых представляет собой воронку.

Волноводный уровнемер

Рис. 1.1. Волноводный уровнемер может работать вблизи объектов, создающих помехи, и в жестких условиях процесса

 

1.2 Преимущества

Волноводные уровнемеры способны одновремено измерять уровень и уровень границы раздела сред, обеспечивая надежные измерения в различных технологических процессах. Волноводные уровнемеры реализуют метод измерения "сверху" и обеспечивают прямое измерение расстояния до поверхности среды. Возможно измерения уровня жидкостей, шлама и сыпучих материалов. Ключевым преимуществом таких уровнемеров является отсутствие необходимости корректировки настроек при изменении плотности, диэлектрической постоянной или электропроводности жидкости. Изменения давления, температуры и состояния парогазового пространства над жидкостью практически не влияют на погрешность измерения.

В дополнение, волноводные уровнемеры не имеют подвижных частей, что сводит к минимуму потребность в техническом обслуживании. Волноводный уровнемер прост в монтаже, и может заменять приборы других принципов измерения уровня, такие как емкостные и буйковые уровнемеры, монтаж возможен даже при начличии продукта в резервуаре.

1.3 Ограничения

Несмотря на то, что волноводные радары могут работать в самых разнообразных условиях, следует уделить особое внимание выбору зонда. Доступно несколько вариантов зондов, выбор производится исходя из условий технологического процесса, требуемой длины и ограничений по монтажу. Зонды не должны соприкасаться с металлическими объектами (кроме коаксиальных зондов), так как это влияет на измерительный сигнал. Если измеряемая среда имеет тенденцию к налипанию или образованию отложений, то следует применять одинарные зонды. Некоторые волноводные уровнемеры оснащены расширенными возможностями диагностики, которые позволяют обнаруживать осаждения на зонде. Камеры диаметром до 75 мм более восприимчивы к осаждениям и в них сложнее избежать контакта зонда и стенок камеры.

2. Бесконтактные радарные уровнемеры

- непрерывное измерение уровня

2.1 Принцип измерения

Бесконтакные радарные уровнемеры реализуют два основных способа излучения радиоволн - импульсный и частотно-модулированный (FMCW).

Импульсный бесконтактный радар излучает радиоволны, которые отразившись от поверхности измеряемой среды возвращаются обратно в приемник. Уровнемер измеряет временную задержку между излучением и приемом излученного и отраженного сигналов, после чего встроенный микропроцессор рассчитывает расстояние до поверхности измеряемой среды по формуле:

Расстояние = (Скорость света x время задержки) / 2

При настройке уровнемера указывается расстояние до опорной точки - обычно это дно резервуара или камеры, микропроцессор рассчитывает уровень жидкости.

Радарный уровнемер с частотной модуляцией также излучает радиоволны к поверхности продукта, но частота радиоволн постоянно изменяется. Когда радиоизлучение отразилось от поверхности жидкости и вернулось обратно в уровнемер, оно сравнивается с радиоизлучением, которое передается в резервуар в текущий момент. Разница частот между передаваемым и принятым радиосигналом прямо пропорциональна расстоянию до поверхности жидкости.

Поскольку измерения осуществляются бесконтактно и части уровнемера практически не подвергаются коррозии, такие уровнемеры являются идеальным выбором для измерений вязких, клейких сред и жидкостей с абразивными включениями. Довольно часто бесконтактные уровнемеры применяются в резервуарах с мешалками. При необходимости радарный уровнемер с высокой рабочей частотой может быть изолирован от технологического процесса шаровым клапаном. Большинство изготовителей предлагают бесконтактные радары для диапазонов измерений от 1 до 30 или 40 метров.

Рабочая частота бесконтактного радарного уровнемера влияет на его характеристики. Низкая частота уменьшает восприимчивость уровнемера к парам, пене и загрязнениям антенны, а более высокие частоты способствует большей концентрации радиоизлучения, что позволяет свести к минимуму влияние патрубков, стенок и внутренних конструкций резервуара. Угол излучения обратно пропорционален размеру антенны, это значит, что при одинаковой рабочей частоте ширина измерительного луча уменьшается по мере увеличения размера антенны.

2.2 Преимущества

Бесконтактные радарные уровнемеры реализуют метод измерения "сверху" и обеспечивают прямое измерение расстояния до поверхности среды. Возможно измерения уровня жидкостей, шлама и сыпучих материалов. Ключевым преимуществом таких уровнемеров является

отсутствие необходимости корректировки настроек при изменении плотности, диэлектрической постоянной или электропроводности жидкости. Изменения давления, температуры и состояния парогазового пространства над жидкостью практически не влияют на погрешность измерения. В дополнение, бесконтактные радарные уровнемеры не имеют подвижных частей, что сводит к минимуму потребность в техническом обслуживании. При необходимости, радарные уровнемеры могут быть изолированы от технологического процесса диафрагмами из политетрафторэтилена (PTFE), или шаровых клапанов. Так как прибор не соприкасается с измеряемой средой, его с успехом можно применять для работы с агрессивными и загрязненными средами.

Бесконтактные радарные уровнемеры

Рис. 2.1. Бесконтактные радары с антеннами различных типов для применения в различных условиях.

 

2.3 Ограничения

Ключевым условием успешной работы бесконтактного радара является его правильная установка на резервуаре. Поверхность измеряемой среды должна беспрепятственно просматриваться с места планируемой установки и монтажный патрубок должен иметь гладкие стенки без выступающих сварных швов.

Внутренние конструкции резервуара: трубы, усилители, перемешивающие устройства могут вызвать эхосигналы помех, но большинство уровнемеров снабжены сложными программными алгоритмами, которые позволяют уровнемеру маскировать и игнорировать подобные помехи.

Бесконтактный радар может использоваться в условиях турбулентности и перемешивания, но успешность и качество измерений будет зависеть от диэлектрической постоянной жидкости и интенсивности возмущений на поверхности. На измерение может оказывать влияние пена. Легкая и насыщенная воздухом пена, как правило, не отражает микроволны, а плотная и тяжелая пена может отражать микроволны.

Жидкости с низкой диэлектрической постоянной поглощают большую часть излучаемой энергии, к уровнемеру отражается сравнительно небольшая ее часть. Вода и большинство водных растворов обладают высокой диэлектрической постоянной, нефтепродукты, масла и некоторые сыпучие материалы обладают низкой диэлектрической постоянной.

Если поверхность среды турбулентна из-за перемешивания, смешивания продуктов, всплесков на поверхности, то значительная часть микроволнового сигнала рассеивается. Таким образом, сочетание низкой диэлектрической постоянной и неспокойной поверхности может существенно ограничить часть микроволнового сигнала, которая возвращается к радарному уровнемеру. Эта проблема может быть решена путем установки успокоительной трубы или выносной камеры для обеспечения спокойной поверхности в поле зрения уровнемера.

3. Ультразвуковые уровнемеры

- непрерывное измерение уровня

3.1 Принцип измерения

Ультразвуковой уровнемер монтируется на крыше резервуара и посылает ультразвуковые импульсы к измеряемой среде. Ультразвуковой импульс, который распространяется в пространстве со скоростью звука, отражается от поверхности жидкости. Уровнемер измеряет время задержки между моментом излучения и приема отраженного импульса, встроенный микропроцессор вычисляет расстояние до поверхности жидкости по формуле:

Расстояние = (Скорость звука x время задержки) / 2

Ультразвуковые уровнемеры

Рис. 3.1. Пример установки ультразвукового уровнемера

При настройке уровнемера указывается значение опорной высоты - обычно это расстояние от дна резервуара до уровнемера, прибор вычисляет уровень в резервуаре.

3.2 Преимущества

Ультразвуковые уровнемеры могут быть установлены как на пустой, так и на заполненный резервуар. Как правило, запуск в эксплуатацию очень прост благодаря встроенным средствам настройки, позволяющим обеспечить ввод в эксплуатацию за считанные минуты.

Благодаря отсутствию подвижных частей и контакта с измеряемой средой, ультразвуковые уровнемеры практически не нуждаются в обслуживании. Смачиваемые части обычно изготовлены из инертных фторуглеродных материалов, устойчивых к воздействию конденсата технологических сред.

Поскольку уровнемер является бесконтактным, результаты измерений не зависят от изменений плотности, диэлектрических свойств или вязкости среды; ультразвуковые уровнемеры хорошо подходят для измерения уровня различных водных растворов и химикатов. Изменения температуры процесса вызывают изменения скорости распространения ультразвукового импульса через парогазовое пространство над жидкостью, эти отклонения, как правило, автоматически корректируется по показаниям встроенного или выносного датчика температуры. Изменения давления процесса на результат измерений не влияют.

3.3 Ограничения

Работа ультразвуковых уровнемеров основывается на допущении, что ультразвуковой импульс не изменяет скорость распространения. Следует избегать таких применений, где над поверхностью жидкостей образуются испарения или плотные пары. В подобных случаях рекомендуется использовать радарные уровнемеры.

Так как ультразвуковой импульс распространяется в воздушной среде, ультразвуковые уровнемеры нельзя применять в процессах со значительным вакуумметрическим давлением.

Применяемые конструкционные материалы ограничивают рабочие температуры до 70° C и рабочее давление до 3 бар.

Состояние поверхности жидкости также имеет большое значение. Некоторая турбулентность допустима, но пена зачастую ослабляет отраженный эхосигнал.

Внутренние конструкции резервуаров, например, трубы, перегородки, перемешивающие устройства и т.д., вызывают ложные отражения, но в большинство уровнемеров заложены специальные программные алгоритмы, которые позволяют отслеживать или игнорировать эти отражения.

Ультразвуковые уровнемеры могут использоваться в силосах, содержащих сыпучие материалы в виде гранул, зерен или порошков, но запуск в эксплуатацию в таких применениях затруднен из-за таких факторов, как угол наклона поверхности, запыленность пространства и большие диапазоны измерений. Для работы с сыпучими материалами лучше применять волноводные уровнемеры.

4. Ультразвуковые методы измерения и сигнализации уровня осадка в жидкости

- непрерывное измерение уровня

4.1 Принцип действия

Мониторинг содержания твердых частиц

Содержание твердых частиц в суспензии может быть измерено по степени ослабления ультразвукового сигнала, который проходит через суспензию.

Пара излучатель/приемник ультразвукового сигнала погружаются в резервуар, либо могут бытьустановлены в трубе. Ультразвуковой сигнал, который передается от излучателя к приемнику, ослабляется твердыми частицами в суспензии. Мощность полученного сигнала обратно пропорциональна содержанию твердых частиц в суспензии (плотности суспензии).

Ультразвуковой уровнемер

Рис 4.1 Принцип измерения содержания твердого осадка

Измерение уровня осадка

Ультразвуковой уровнемер может быть применен для обнаружения присутствия слоя осадка в жидкости и измерения его уровня в осветлителе или сгустителе.

Чувствительный элемент ультразвукового уровнемера погружается в надостаточную жидкость и ультразвуковые импульсы направляются вертикально вниз к слою осадка. Слой осадка отражает импульсы, которые улавливаются чувствительным элементом уровнемера.

Измерительная система измеряет время распространения импульса от уровнемера до слоя осадка. Если задать в уровнемере опорную высоту и скорость звука в жидкости, блок электроники вычислит уровень осадка.

Схема резервуара-отстойника

Рис. 4.2 Схема резервуара-отстойника

4.2 Преимущества

Ультразвуковые уровнемеры просты в монтаже, часто имеют встроенные средства настройки, и таким образом могут быть быстро запущены в эксплуатацию.

Так как чувствиельный элемент уровнемера погружной, измерение не зависит от состояния поверхности, наличия испарений и пены на поверхности.

Принцип измерения не зависит от оптических свойств жидкости, обеспечивает отсутствие подвижных частей, таким образом подобные измерительные системы практически не нуждаются в техническом обслуживании.

4.3 Ограничения

Погружные ультразвуковые уровнемеры разработаны для работы в жидкостях, содержание взеси в которых находится в пределах 0,5 .. 15%. Если в надосадочной жидкости содержится большее количество взеси, то измерительный ультразвуковой сигнал может быть полностью рассеян.

Ультразвуковой сигнал также может ослабляться пузырьками воздуха/газа в надосадосной жидкости. Пузырьки газа/воздуха могут увеличить погрешность измерения.

Дополнительное ограничение - необходимо обеспечить постоянное погружение чувствительного элемента.

5. Датчики давления

- непрерывное измерение уровня

5.1 Принцип измерений

Датчики давления - это наиболее распространенная технология измерения уровня жидкости. Они имеют несложную конструкцию, отличаются простотой монтажа и эксплуатации, и работают в самых разных применениях и в широком диапазоне условий технологических процессов.

Если измерение уровня осуществляется в открытом/вентилируемом резервуаре, то может использоваться один датчик избыточного гидростатического давления (GP) или датчик дифференциального (перепада) давления (DP). Если резервуар закрыт или находится под давлением, то для компенсации давления в резервуаре должен измеряться перепад давления.

В дополнение к основным измерениям уровня датчики перепада давления могут быть настроены для измерения плотности или уровня границы раздела сред.

Измерение уровня в открытом резервуаре

Для того, чтобы получить значение уровня в открытом резервуаре, необходимо измерить гидростатическое давление жидкости. Столб жидкости оказывает воздействие на основание столба, обусловленное весом жидкости. Это воздействие, называемое гидростатическим давлением или давлением столба жидкости, может быть измерено в единицах давления. Гидростатическое давление определяется следующим уравнением:

Гидростатическое давление = Высота x Удельный вес

При изменении уровня (высоты столба) жидкости пропорционально изменяется и гидростатическое давление. Поэтому простейшим способом измерения уровня в резервуаре является установка датчика давления на самом нижнем уровне. Уровень жидкости над точкой измерения может быть получен из величины гидростатического давления, если формулу, указанную выше, преобразовать для расчта высоты. Если единицы измерения давления не соответствуют единицам измерения длины, то необходимо провести преобразование единиц измерения (1 м вд.ст. = 0,1 кг/см2).

Измерение уровня в закрытом резервуаре

Если резервуар находится под давлением, то показаний одного датчика избыточного давления недостаточно, так как датчик не может распознать, вызвано ли изменение общего давления изменением уровня жидкости или изменением давления в резервуаре. Для решения этой задачи в закрытых резервуарах должен применяться датчик перепада давления, чтобы скомпенсировать давление в резервуаре.

При измерении перепада давления изменение суммарного давления в резервуаре в равной степени воздействует на верхний и нижний отбор, поэтому влияние внутреннего давления полностью исключается.

Датчик перепада давления

Рис. 5.1. Датчик перепада давления (DP)

На нижнем отборе вблизи дна резервуара, измеряется сумма гидростатического давления и давления в парогазовом пространстве. На верхнем отборе измеряется только давление в парогазовом пространстве. Разность далений на отборах (дифференциальное давление) используется для определения уровня.

Уровень = Дифференциальное давление / Удельный вес

5.2 Преимущества

В целом, датчики давления являются экономичным, простым в эксплуатации и хорошо изученным решением. В дополнение к этому, датчики давления могут применяться практически в любых резервуарах и любыми жидкостями, включая суспензии, и могут работать в широком диапазоне давлений и температур, а так же при наличии пены и неспокойной поверхности.

5.3 Ограничения

На погрешность измерения уровня датчиками давления может повлиять изменение плотности жидкости. При работе с вязкими, коррозионно активными или иными агрессивными жидкостями необходимо соблюдать особые меры предосторожности. Кроме того, некоторые среды (например, целлюлозная масса) имеют тенденцию к затвердеванию по мере роста концентрации. Датчики давления не работают со средами, находящимися в твердом состоянии. Если датчики давления установлены с импульсными трубками (сухие и мокрые колена), тогда на их работу будет влиять изменение температуры окружающей среды из-за изменения плотности заполняющей жидкости в мокром колене или накопления конденсата в сухом колене Закрытые каппилярные системы смягчают воздействие некоторых из этих факторов и могут быть выбраны для снижения дополнительной погрешности.

Измерительные системы с электронными выностными мембранами могут еще больше снизить погрешность, связанную с изменением температуры, так как импульсные линии в них заменены на цифровые линии связи. Но системы с электронными выносными мембранами разработанны для применения на высоких резервуарах с низкми и средними значениями статического давления.

6. Емкостные уровнемеры

- непрерывное измерение и дискретный контроль уровня

6.1 Принцип измерения

При установке электрода для измерения уровня в резервуаре образуется конденсатор. Металлический стержень электрода выступает в качестве одной из пластин конденсатора, а стенка резервуара (или опорным электрод в неметаллических резервуарах) действует как другая пластина. При повышении уровня воздух или газ, окружающий электрод, вытесняется материалом, имеющим другое значение диэлектрической постоянной. Изменение емкости конденсатора происходит из-за изменения диэлектрических свойств среды между пластинами. Это изменение регистрируется электронными цепями для измерения емкости и преобразуется в команду для исполнительного реле или в пропорциональный выходной сигнал.

Зависимость для емкости конденсатора выражается следующим уравнением:

C = K ( A / D )

где:

С = емкость в фарадах;

К = диэлектрическая постоянная материала; A = площадь пластин в квадратных метрах;

D = расстояние между пластинами в метрах;

Принцип работы емкостного уровнемера

Рис. 6.1. Принцип работы емкостного уровнемера

Диэлектрическая постоянная - это численное значение по шкале от 1 до 100, которая характеризует способность диэлектрика (среды между пластинами) удерживать электростатический заряд. Диэлектрическая постоянная материала определяется на испытательном стенде. В реальных условиях изменение емкости происходит различным образом, в зависимости от свойств измеряемой среды и выбора электрода для измерения уровня. Однако, основной принцип всегда остается в силе. Если среда с низкой диэлектрической постоянной вытесняется средой с высокой диэлектрической постоянной, то суммарная емкость системы возрастает.

При увеличении размеров электрода (возрастании эффективной площади поверхности) емкость возрастает; при увеличении расстояния между измерительным и опорным электродами емкость уменьшается.

6.2 Преимущества

Емкостной уровнемер может применяться в широком диапазоне технологических параметров, в частности, в условиях переменной плотности, повышенных температур (до 540 °C), высоких давлений (до 345 бар), при наличии вязких/клейких продуктов, пены и паст. Он может применяться для непрерывного или точечного измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов, и пригоден для измерения уровня границы раздела сред. Кроме того, емкостные уровнемеры отличаются невысокой стоимостью.

6.3 Ограничения

Изменение диэлектрических свойств среды, а также осаждение продукта на зонде, приводят к ошибкам измерений емкостного уровнемера. Существуют различные варианты компенсации влияния отложений продукта на емкостных зондах. В неметаллических резервуарах или в резервуарах, не имеющих вертикальных стенок, требуется применение дополнительного опорного электрода. Калибровка емкостного уровнемера может вызывать затруднения, особенно в случае невозможности "калибровки на стенде", а изменение характеристик парогазового пространства может повлиять на выходной сигнал. Кроме того, работа емкостных уровнемеров сильно затруднена в условиях сильного пенообразования.

7. Буйковый уровнемер

- непрерывное измерение уровня

7.1 Принцип измерения

Буйковый уровнемер устанавливается на крыше резервуара или чаще, в выносной камере, сообщающейся с резервуаром через отборы с отсечными вентилями. Конструктивно уровнемер состоит из буйка, установленного на подвесе, соединенного с торсионным валом или подвешенного на подпружиненный подвес, который соединяется с электронным преобразователем уровнемера или сигнализатора. Буек выполнен таким образом, чтобы быть тяжелее жидкости, в которой он будет работать, таким образом, даже при полном погружении буйка в жидкость, на подвес воздействует сила тяжести.

При повышении уровня жидкости в резервуаре, буек глубже погружается в среду. На буек воздействует выталкивающая сила, пропорциональная весу жидкости, вытесненной буйком (закон Архимеда). Уменьшение веса буйка воспринимается электронным преобразователем уровнемера, и, поскольку вес буйка пропорционален уровню жидкости, блок электроники уровнемера может рассчитать уровень жидкости.

Буйковый уровнемер

Рис. 7.1. Общий вид буйкового уровнемера

7.2 Преимущества

Парк установленных буйковых уровнемеров и сигнализаторов огромен, и они, при условии, что техническое обслуживание и калибровка выполняются регулярно, безотказно работают в течение многих лет. Эти приборы получили широкое распространение благодаря способности работать при выскоих значениях давления и температуры процесса, а также возможности измерения уровня границы раздела жидкостей даже при наличии эмульсионных слоев между ними, что позволяет осуществлять измерение уровня в тяжелых условиях эксплуатации.

7.3 Ограничения

Погрешность измерения уровня зависит от правильности калибровки прибора для рабочих условиий эксплуатации. Если рабочие параметры изменятся, то измерение уровня будет проводиться с повышенной погрешностью.

Буйковые уровнемеры с торсионным подвесом особенно требовательны к периодическому техническому обслуживанию и к корректной калибровке. Кроме того подобные уровнемеры могут быть повреждены в условиях резких перепадов уровня.

Применение буйковых уровнемеров на диапазонах измерений более 5 м считается нецелесообразным, в основном из-за сложности монтажа

8. Радиоизотопные уровнемеры

- непрерывное измерение и дискретный контроль уровня

8.1 Принцип измерения

Радиоизотопные уровнемеры состоят из экранированного радиоизотопного источника, размещаемого с одной стороны резервуара или трубы, и приемника, размещаемого на противоположной стороне. Гамма-лучи излучаются источником и направляются через стенку

резервуара, через находящуюся в нем среду, в сторону противоположной стенки резервуара, где находится приемник. В радиоизотопных сигнализаторах уровня применяются источники определенного размера, обеспечивающие уровень радиации который обнаруживается при отсутствии материала между источником и приемником.

Радиоизотопные уровнемеры

Рис. 8.1. Общий вид радиоизотопного уровнемера

В радиоизотопных уровнемерах используются аналогичные источники, но они определяют величину поглощения гамма-излучения, проходящего от источника к детектору через толщу измеряемого продукта. Доза облучения, регистрируемого приемником, обратно пропорциональна количеству продукта в резервуаре.

Несмотря на то, что слово "радиоизотопные" иногда вызывает опасения, имеется документально подтвержденный опыт безопасного применения данного метода в течение более 30 лет.

8.2 Преимущества

Самым большим преимуществом радиоизотопного метода измерений является то, что он абсолютно не требует контакта с процессом, то есть технологических присоединений для установки прибора на резервуаре не требуется. Кроме того, радиоизотопные уровнемеры являются бесконтактными и не подвергаются воздействию высоких температур, давлений, агресивных, абразивных и вязких материалов, нечувствительны к перемешиванию, засорению или заиливанию. Они могут применяться для непрерывного измерения уровня или сигнализации уровня жидкостей, сыпучих сред, а также для определения уровня границы раздела сред.

8.3 Ограничения

Значительные колебания плотности, особенно изменения концентрации водорода в продукте, могут вызывать ошибки измерений. Отложения материала на стенках резервуара также могут влиять на результаты измерений. Для использования радиоизотопного метода требуется разрешение на использование и обязательный контроль отсутствия утечек радиации, а также соблюдение жестких требований по охране труда и технике безопасности при обращении с источниками излучения и их утилизации. К тому же радиоизотопные уровнемеры имеют довольно высокую стоимость.

9. Лазерные уровнемеры

- непрерывное измерение уровня

Лазерный уровнемер

Рис. 9.1 Лазерный уровнемер

9.1 Принцип измерения

В лазерном уровнемере применяется источник сфокусированного инфракрасного излучения, которое посылается к поверхности среды. Лазерное излучение отражается от большинства жидких и сыпучих сред. Для измерения расстояния от уровнемера до поверхности измеряется с высокой точностью время распространения инфракрасного излучения.

9.2 Преимущества

Узкий сфокусированный лазерный луч делает эти уровнемеры подходящими для применения в резервуарах с ограниченным внутренним пространством.

Это бесконтактный уровнемер, без подвижных частей, требующий техничекого обслуживания в небольшом объеме. Лазерные уровнемеры хорошо работают в непрозрачных, хорошо отражающих жидкостях или сыпучих средах. Лазерные уровнемеры могут отрабатывать быстрые изменения уровня и могут обеспечивать измерение уровня на больших диапазонах.

9.3 Ограничения

Для нормальной работы лазерного уровнемера защитное стекло лазерного излучателя должно оставаться чистым. Поэтому уровнемеры этого типа не могут работать в условиях запыленности или при наличии тумана.

В дополнение, лазерный луч может не отразиться от поверхности спокойных, прозразных жидкостей. При монтаже крайне важно выдержать перпендикулярность оси уровнемера к поверхности жидкости.

10. Магнитострикционные уровнемеры

- непрерывное измерение уровня

Магнитострикционные уровнемеры

Рис. 10.1. Возникновение магнитострикции при взаимодействии магнитных полей

10.1 Принцип измерения

Магнитострикционные уровнемеры определяют момент пересечения двух магнитных полей, одно из которых создается магнитом поплавка, а другое - волноводом. Электроника генерирует токовый импульс малой мощности, распространяющийся по волноводу, и, когда магнитное поле импульса взаимодействует с полем, создаваемым магнитом поплавка, возникает "скручивание" чувствительного элемента. При этом создается ультразвуковая волна, время распространения которой измеряется электроникой уровнемера.

10.2 Преимущества

Магнитострикционные уровнемеры отличаются низкой погрешностью измерений (±1 мм). Одним уровнемером можно измерять как уровень, так и уровень границы раздела сред, а также измерять температуру процесса в одной или нескольких точках.

10.3 Ограничения

Магнитострикционный уровнемер измеряет положение поплавка, таким образом, изменение плотности измеряемой среды вызовет повышенную погрешность измерения. Поскольку поплавки соприкасаются с измеряемой средой, они могут потерять подвижность, и подвергаются коррозии. Уровнемеры для больших диапазонов измерения (более 3 м) могут быть выведены из строя турбулентной поверхностью или из-за ошибок в монтаже. Кроме того, магнит поплавка притягивает все металлические частицы, содержащиеся в жидкости, что изменяет свойства поплавка.

11. Магнитные указатели уровня

- непрерывное измерение уровня

11.1 Принцип измерения

Магнитный указатель - это вертикальный индикатор, состоящий из камеры, установленной на технологическом резервуаре, и колонки с визуальными указателями для индикации уровня.

В камере размещены магнитные поплавки, которые движутся вверх и вниз вместе с поверхностью среды и переключают или перемещают указатели в колонке. Поплавки могут также управлять переключением магнитострикционных датчиков, чувствительных к магнитному полю.

Камера указателя изготовлена из немагнитного материала, стойкого к технологическим средам и способного противостоять воздействию температуры и давления. Камера устанавливается на технологическом резервуаре таким образом, что уровень жидкости в камере совпадает с уровнем жидкости в резервуаре, но поверхность среды в камере более спокойная. Камера присоединяется к резервуару чрез отборные трубы и может иметь несколько присоединений. В ней содержатся те же жидкости и границы раздела сред, что и в технологическом резервуаре, при условии, что присоединения обеспечивают надлежащее сообщение камеры и резервуара.

Магнитный поплавок или поплавки, находящиеся в камере, рассчитаны таким образом, чтобы находиться на уровне верхней жидкости и/или на границе раздела двух жидкостей с учетом их удельного веса. Указатели обычно состоят из корпуса, в котором помещается колонка с флажками или роликами. Линии силового поля от намагниченного поплавка проходят сквозь стенки камеры и воздействуют на флажки или ролики, в результате чего они разворачиваются обратной стороной, окрашенной в контрастный цвет.

Таким образом осуществляется индикация положения поплавка (поплавков) в камере. Уровень жидкости или границы раздела сред в камере поднимается и опускается; соответственно поднимается и опускается поплавок (поплавки), и положение уровня отображается на указателе. Линии магнитного силового поля могут воздействовать также на магнитострикционные датчики или магнитные реле любого типа, например, герконовые, установленные на колонке.

Магнитный индикатор уровня

Рис. 11.1 Магнитный индикатор уровня

 

11.2 Преимущества

Магнитные индикаторы уровня обычно применяются, как средство визуальной индикации уровня жидкости в резервуаре и предназначены для технологического персонала. Их преимущество перед обычным смотровым стеклом состоит в том, что в самом указателе не содержится технологическая жидкость, чем устраняется опасность выброса жидкости в окружающую среду в случае разрушения стекла или из-за нарушенного уплотнения. Кроме того, возможно наблюдение за уровнем с расстояния, возможен контроль бесцветных жидкостей, и уровень отчетливо виден даже для жидкостей, которые вызывают загрязнение или травление смотрового стекла. Магнитные индикаторы обычно находятся в эксплуатации десятилетиями.

11.3 Ограничения

В магнитных индикаторах уровня используются поплавки, которые подвержены загрязнению и заклиниванию. Если в среде присутствуют железные опилки, они могут захватываться магнитами и вызывать застревание поплавка. Кроме того, липкая среда, содержащая вещества, подобные парафину, может стать причиной застревания или зависания поплавка, если температура камеры опустится ниже температуры технологического процесса. Поплавки могут повредиться во время гидравлических испытаний, при очистке паром, а также в ходе запуска и остановки технологического процесса.

В магнитных индикаторах иногда применяется поплавок-спутник, который магнитно связан с основным поплавком и перемещается вместе с ним. Известны случаи, когда связь основного поплавка с поплавком-указателем нарушается, и в этом случае возникает необходимость возврата индикатора в исходное состояние. Конструкция индикаторов "флажкового" типа сравнительно устойчива к подобным явлениям. В определенных обстоятельствах правилами котлонадзора предусматривается непосредственный контроль уровня технологической среды. В таких случаях магнитные индикаторы не применяются.

Конструкция поплавка зависит от давления в резервуаре и удельного веса технологической жидкости во всем диапазоне рабочих температур. Наиболее сложными являются процессы, в которых сочетаются высокая температура, высокое давление и низкий удельный вес, магнитные индикаторы могут применяться при температурах до 538 °C, при давлении свыше 275 бар и в жидкостях с удельным весом 0,4 и ниже.

12. Сервоуровнемер

Сервоуровнемер

Рис. 1.1 Схема сервоуровнемера

12.1 Принцип работы

В уровнемере, оснащенном сервоприводом, используется реверсивный двигатель, к которому присоединяются трос и буек. Трос, к которому крепится буек, намотан на измерительный барабан. Серводвигатель управляется электронными весами, которые постоянно отслеживают плавучесть частично погруженного буйка. В состоянии равновесия вес частично погруженного буйка компенсируется усилием уравновешивающих пружин.

Подъем или опускание уровня вызывает изменение выталкивающей силы. Детектор равновесия воздействует на интегрирующую схему в двигателе, который, в свою очередь, вращает измерительный барабан, и буек поднимается или опускается до восстановления равновесного положения.

Обычно сервоуровнемеры монтируются на крыше резервуара в успокоительной трубе. Труба необходима для обеспечения минимальной погрешности измерений и для устранения смещения буйка по горизонтали.

Если буек не будет находиться в успокоительной трубе, то на его работу могут повлиять ошибки монтажа.

Сервоуровнемеры можно применять и для измерения границы раздела сред. В этом случае буек будет рассчитан для того, чтобы плавать в более плотной среде и тонуть в слое верхней среды.

К факторам, влияющим на погрешность системы, относятся: удлинение троса из-за изменений температуры, место установки, деформация резервуара под действием жидкости, что вызывает смещение опорной точки, колебания плотности продукта, а также допуски при изготовлении троса и барабана.

12.2 Преимущества

В уровнемере, оснащенном сервоприводом, используется реверсивный двигатель, к которому присоединяются трос и буек. Трос, к которому крепится буек, намотан на измерительный барабан. Серводвигатель управляется электронными весами, которые постоянно отслеживают плавучесть частично погруженного буйка. В состоянии равновесия вес частично погруженного буйка компенсируется усилием уравновешивающих пружин. Подъем или опускание уровня вызывает изменение выталкивающей силы. Детектор равновесия воздействует на интегрирующую схему в двигателе, который, в свою очередь, вращает измерительный барабан, и буек поднимается или опускается до восстановления равновесного положения.

Сервоуровнемер обеспечивает непосредственное измерение уровня с малой абслоютной погрешностью (±0,5 мм). Некоторые сервоуровнемеры позволяют дистанционно включать подъем и опускание измерительного буйка в целях контроля воспроизводимости и технических характеристик или для калибровки. Опускание буйка дает также возможность измерить плотность и/или обнаружить границу слоя воды на дне резервуара под поверхностью продукта.

Для обеспечения минимальной погрешности измерений буек должен устанавливаться в успокоительной трубе, чтобы ограничить его перемещение по горизонтали.

В уровнемере имеется много подвижных частей, которые подвержены механическому износу, а также чувствительны к загрязнению и налипанию.

Изменение плотности измеряемого продукта может повлиять на осадку чувствительного элемента в состоянии равновесия.

Несмотря на то, что с помощью сервоуровнемера можно измерять плотность и/или обнаружить границу слоя воды, это достигается погружением троса и буйка, в результате чего на них могут оставаться отложения продукта. Это может привести к повышенному объему технического обслуживания для поддержания минимальной погрешности измерений. Во время измерения плотности и положения границы слоя воды измерение уровня продукта невозможно.

Обычно сервоуровнемеры монтируются на крыше резервуара в успокоительной трубе. Труба необходима для обеспечения минимальной погрешности измерений и для устранения смещения буйка по горизонтали.

Если буек не будет находиться в успокоительной трубе, то на его работу могут повлиять ошибки монтажа.

Сервоуровнемеры можно применять и для измерения границы раздела сред. В этом случае буек будет рассчитан для того, чтобы плавать в более плотной среде и тонуть в слое верхней среды.

К факторам, влияющим на погрешность системы, относятся: удлинение троса из-за изменений температуры, место установки, деформация резервуара под действием жидкости, что вызывает смещение опорной точки, колебания плотности продукта, а также допуски при изготовлении троса и барабана. 

13. Вибрационные сигнализаторы уровня

- дискретный контроль уровня

13.1 Принцип действия

Вибрационный сигнализатор состоит из вилки с двумя лепестками, который вибрирует на собственной частоте под воздействием пьезоэлемента. Сигнализатор монтируется сверху или сбоку резервуара на фланцевое или резьбовое технологическое присоединение таким образом, чтобы вилка находилась внутри резервуара.

 Вибрационные сигнализаторы уровня

Рис. 13.1. Примеры монтажа вибрационных сигнализаторов уровня в резервуаре

В воздухе вилка вибрирует на собственной резонансной частоте, которая постоянно контролируется электроникой. В момент, когда вилка погружается в жидкость, частота вибрации изменяется. Изменение частоты обнаруживается электроникой сигнализатора, которая в свою очередь, изменяет выходное состояние сигнализатора для оповещения оператора, управления насосом, клапаном. Рабочая частота сигнализатора выбирается таким образом, чтобы избежать влияния вибрации, котрая может присутствовать при работе технологической установки, и возможных ложных срабатываний.

Конструкция сигнализатора не содержит каких-либо внешних уплотнений и обычно выполняется из нержавеющей стали, что позволяет применять его при высоких давлениях и температурах. Также доступны варианты с покрытием смачиваемых частей или из специальных материалов для работы в агрессивных средах.

13.2 Преимущества

На работу вибрационных сигнализаторов практически не оказывают воздействия: потоки жидкости, турбулентность, пузырьки, пена, вибрации, твердые включения, налипания, отложения, а также изменение свойств / характеристик жидкости. После установки на объекте дополнительной калибровки не требуется. Сигнализаторы имеют минимальные требования к монтажу, отсутствие подвижных частей и зазоров практически полностью исключает потребность в техническом обслуживании.

13.3 Ограничения

Вибрационные сигнализаторы уровня непригодны для работы в очень вязких средах. Отложения между элементами вилки приводят к ложным срабатываниям.

14. Поплавковые и буйковые сигнализаторы уровня

- дискретный контроль уровня

14.1 Принцип действия

Поплавковый сигнализатор уровня обычно монтируется на боковой стенке резервуара или в выносной камере и срабатывает, когда поплавок всплывает под действием жидкости, достигающей заданного уровня сигнализации. С поплавком конструктивно связан постоянный магнит, который взаимодействует со вторым постоянным магнитом в корпусе сигнализатора. Конструкция не содержит уплотнений, так как магниты взаимодействуют через стенку корпуса сигнализатора.

Эти простые электромеханические приборы практически безотказны и обеспечивают надежное срабатывание при контроле верхнего или нижнего уровня. Такие сигнализаторы имеют множество исполнений и можно подобрать модель, подходящую к практически любому технологическому присоединению, любому технологическому процессу и любой прикладной задаче.

В тех случаях, когда контролируемые уровни находятся значительно ниже точки монтажа сигнализатора, можно использовать буйковый сигнализатор, принцип действия которого аналогичен принципу действия буйкового уровнемера. Подпружиненный буек на тросе размещается на требуемом уровне.

Буек оказывает нагрузку определённой величины на подвес и пружину. Когда буек погружается в жидкость, сила, действующая на пружину уменьшается, рабочий постоянный магнит поднимается, взаимодействуя со вторым постоянным магнитом в корпусе сигнализатора. Буйковые сигнализаторы часто используются в процессах с очень высокими давлениями и с жидкостями, имеющими низкую плотность.

Поплавковые и буйковые сигнализаторы уровня

Рис. 14.1. Примеры монтажа поплавковых сигнализаторов

14.2 Преимущества

Благодаря простой конструкции с небольшим количеством элементов, поплавковые и буйковые сигнализаторы очень надежны и просты в обслуживании. Они выдерживают условия процессов с высокими давлениями и температурами, а разнообразие материалов смачиваемых частей позволяет применять сигнализаторы практически в любых жидкостях.

14.3 Ограничения

Поплавковые и буйковые сигнализаторы являются простыми пассивными устройствами, не имеющими функций самодиагностики, поэтому рекомендуется осуществлять регулярный контроль их состояния и техническое обслуживание. Подвижные части таких сигнализаторов подвержены загрязнению липкими или вязкими жидкостями.

15. Кондуктометрические системы контроля раздела пар/вода

- Непрерывное измерение и дискретный контроль уровня

15.1 Принцип измерения

Измеряя сопротивление среды в выносной камере или трубопроводе, возможно обнаруживать воду (ее сопротивление как правило составляет от 2 Ом до 100 кОм) и пар (сопротивление как правило составляет более 10 МОм).

Для измерения уровня воды в барабане котла можно установить набор электродов, смонтированных в выносной камере, присоединенной к барабану. Электроды размещаются над и под нормальным уровнем воды в барабане. Измеряется сопротивление среды на каждом электроде, и ступенчатое изменение сопротивления двух соседних электродов воспринимается как уровень раздела пар/вода.

Различное сопротивление воды и пара может быть задействовано в системах предотвращения попадания воды в турбоагрегаты. Измеряя сопротивление среды на электродах, установленных в паропроводах, можно организовать сигнализацию наличия воды и принять соответсвующие меры безопасности.

15.2 Преимущества

Кондуктометрический метод обнаружения пара и воды - проверенный метод измерения. Разница в сопротивлении воды и пара очень большая, что обеспечивает простоту и надежность измерений.

Применение электронного метода измерения уровня воды, обнаружения воды/пара обеспечивает высокий уровень самодиагностики и достоверности измерений по сравнению с механическими уровнемерами из-за отсутсвия подвижных частей. Благодаря этому значительно сокращается потребность в техническом обслуживании.

15.3 Ограничения

Надежность измерения зависит от качества воды. Обычно она очень чистая, но в загрязненной воде электроды могут давать ложные срабатывания. Тем не менее, передовые модели таких уровнемеров позволят избежать ложных срабатываний даже в таких случаях.

Предел рабочей темпертуры ограничивается применяемыми материалами и составляет 500 °C.

Кондуктометрический уровнемер

Рис. 15.1 Кондуктометрический уровнемер на барабане котла

 

16. Сравнительный обзор методов измерения уровня

Таблица 16.1. Сравнительная таблица методов измерения уровня с учетом их работоспособности в различных условиях процесса.

Условия процесса

Перепад давления

Емкостной

Ультразвуковой

Волноводный

Бесконтактный радарный

Радиоизотопный

Лазерный

Буйковый

Магнитострикционный

Магнитные указатели уровня

Сервоуровнемер

Аэрация

2

1

2

1

2

2

2

1

2

1

2

Перемешивание

1

2

3

3

1

1

2

1

2

1

2

Изменения температуры окружающей среды

2

1

2

1

1

1

1

2

1

1

1

Коррозия

2

1

1

2

1

1

1

2

2

2

2

Изменения плотности

2

1

1

1

1

2

1

2

2

2

3

Изменения диэлектрической постоянной среды

1

3

1

Г

1

1

1

1

1

1

1

Пыль

1

1

3

1

2

1

3

3

1

3

3

Эмульсия

1

1

1

2**

1

1

1

1

2**

2**

2**

Пена

1

2

3

1

2

1

3

1

1

1

2

Высокая температура процесса

1

1

3

1

2

1

1

1

3

1

2

Высокое давление в резервуаре

1

1

3

1

2

1

1

1

3

2

2

Внутренние конструкции в резервуаре

1

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

Низкие температуры процесса (-40°С)

1

1

1

1

1

1

1

2

1

2

1

Вакууметрическое давление в резервуаре (разрежение)

2

1

3

1

1

1

1

1

1

1

1

Помехи (ЭМП, двигатели)

1

1

2

1

1

1

2

1

1

1

1

Осаждения

3

3

2

2

1

2

2

3

3

3

3

Суспензии

2

1

1

2

1

1

1

3

2

2

3

Сыпучие материалы

3

2

2

1

1

1

1

3

3

3

3

Пары

1

2

2

1

1

1

2

1

1

1

1

Вязкие, липкие среды

2

2

1

2

1

1

1

3

3

3

3

1 = Хорошо: это условие слабо влияет или не оказывает воздействия на эффективность данного метода.

2 = Удовлетворительно: этот метод может работать в данных условиях, но надежность измерений может быть снижена или может потребоваться специальный монтаж.

3 = Плохо: этот метод не подходит для данных условий.

* Изменения диэлектрической постоянной влияет на погрешность измерения уровня границы раздела сред.

** Общий уровень хорошо, уровень поверхности раздела - удовлетворительно.

 

17. Сравнительный обзор методов сигнализации уровня

Таблица 17.1. Сравнительная таблица и оценка методов сигнализации уровня с учетом их работоспособности в различных условиях процесса.

Условия процесса

Емкостной

Радиоизотопный

Поплавковый

Вибрационная вилка

Аэрация

1

2

1

1

Перемешивание

2

1

1

1

Изменения температуры окружающей среды

1

1

1

1

Коррозия

1

1

2

2

Изменения плотности

1

2

2

1

Изменения диэлектрической постоянной среды*

3

1

1

1

Пыль

1

1

1

1

Эмульсия

1

1

1

1

Пена

2

1

1

2

Высокая температура процесса

1

1

1

1

Высокое давление в резервуаре

1

1

1

1

Внутренние конструкции в резервуаре

2

2

1

1

Низкая температура процесса

1

1

1

1

Вакууметрическое давление в резервуаре (разрежение)

1

1

1

1

Помехи (ЭМП, двигатели)

1

1

2

2

Отложения, налипания продукта

3

2

2

2

Суспензии

1

1

2

2

Сыпучие материалы

2

1

3

3

Пары

2

2

1

1

Вязкие, липкие среды

2

1

2

2

1 = Хорошо: это условие слабо влияет или не оказывает воздействия на эффективность данного метода.

2 = Удовлетворительно: этот метод может работать в данных условиях, но надежность измерений может быть снижена или может потребоваться специальный монтаж.

3 = Плохо: этот метод не подходит для данных условий.

www.eti.su

Приборы измерения уровня | КИПиА Портал

Для измерения уровня жидкостей применяются специальные средства измерений – уровнемеры. Многообразие типов уровнемеров, принцип действия которых основан на различных физических методах, объясняется разнообразием свойств измеряемых жидкостей.

Наибольшее распространение получили следующие виды уровнемеров:

1. Уровнемеры с визуальным отсчетом;

2. Буйковые и поплавковые уровнемеры;

3. Гидростанические уровнемеры;

4. Пьезометрические уровнемеры;

5. Дифманометрические уровнемеры;

6. Радиоактивные уровнемеры;

7. Акустические и ультразвуковые  уровнемеры;

8. Емкостные уровнемеры.

Уровнемер с визуальным отсчетом — уровнемер, основанный на визуальном измерении высоты уровня жидкости.  Уровень жидкости измеряют в стеклянной трубке, сообщающейся с контролируемым сосудом в нижней, а иногда и в верхней части, или же при помощи прозрачной вставки, помещенной в стенке контролируемого сосуда, например, барабанно-парового котла

Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении перемещения буйка или силы гидростатического давления, действующей на буек (силы Архимеда).

Буек в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружен в жидкость и перемещается в зависимости от ее уровня.

Буйковые уровнемеры наиболее часто применяются для измерения уровня однородных, в том числе агрессивных, жидкостей, находящихся при высоких рабочих давлениях (до 32 МПа), широком диапазоне температур (от –200 до +600 °С) и не обладающих свойствами адгезии (прилипания) к буйкам.

Главной особенностью буйковых уровнемеров является возможность измерения уровня границы раздела двух жидкостей.

Недостатком буйковых уровнемеров являются зависимость их точности от плотности и температуры измеряемой среды, ограниченность использования для больших (свыше 16 м) диапазонов измерения уровней жидкостей и жидкостей, обладающих адгезией к буйку.

Пьезометрический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на преобразовании гидростатического давления жидкости в давление воздуха, подаваемого от постороннего источника и барботирующего через слой жидкости.

У этого уровнемера чувствительный элемент не находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, а воспринимает гидростатическое давление через воздух, что является его достоинством.

Для пьезометрических уровнемеров также характерна погрешность измерения из-за изменения плотности измеряемой среды.

Гидростатический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении манометром или напоромером гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты ее уровня.

Уровнемеры этого вида обычно используют для измерения неагрессивных, незагрязненных жидкостей, находящихся под атмосферным давлением.

Для измерения уровней агрессивных сред используют специальные разделительные устройства.

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

Поплавковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении перемещения поплавка, плавающего на поверхности жидкости (поплавок как бы отслеживает уровень жидкости).

Поплавковые уровнемеры не пригодны для вязких жидкостей (дизельного топлива, мазута, смол) из-за залипания поплавка, обволакивания его вязкой средой.

При измерении уровня криогенных жидкостей из-за кипения верхнего слоя возникает вибрация поплавка, что приводит к искажениям результатов измерения.

Наиболее часто поплавковые уровнемеры используют для измерения уровней в больших открытых резервуарах, а также в закрытых резервуарах с низким давлением.

Применение магнитной связи для передачи перемещения поплавка позволяет герметизировать вывод передачи в измерительный блок, упростить конструкцию, повысить надежность, измерять уровень в резервуарах под давлением.

Дифманометрический уровнемер — гидростатический уровнемер, в котором гидростатическое давление измеряют при помощи дифференциального манометра. Часто используется для измерения уровня в емкостях под избыточным давлением.

Акустический уровнемер — уровнемер, основанный на зависимости интенсивности поглощения или времени распространения акустических колебаний от высоты уровня жидкости или сыпучего вещества

Ультразвуковой уровнемер — акустический уровнемер, работающий на звуковых колебаниях высокой частоты

Емкостной уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на различии диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха.

В связи с этим по мере погружения электродов датчика уровнемера в жидкость изменяется емкость между ними пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Остановимся на некоторых типах уровнемеров подробней.
Уровнемеры буйковые

Настройка уровнемеров на заданные пределы измерения проводится с помощью грузов путем имитации гидростатической выталкивающей силы, соответствующей верхнему пределу измерений.

Расчетное значение давления, соответствующее верхнему пределу измерений,

 

ф1

Расчет массы грузов для буйковых уровнемеров:

для жидкости

ф2

для раздела фаз

ф3

где d – диаметр буйка испытываемого уровнемера, см; Hmax – верхний предел измерения уровня жидкости, см; ρж – плотность измеряемой жидкости, г/см3; ρ н.ж, ρ в.ж — плотности соответственно нижней и верхней измеряемой жидкости в случае измерения уровня раздела фаз, г/см3.

Пьезометрические уровнемеры.

В пьезометрических системах измерения уровня для продувания через трубку помещенную в жидкость, дозированного расхода воздуха. Принцип действия этого регулятора основан на автоматическом поддержании постоянного перепада давления на дросселе, в результате чего обеспечивается постоянный расход воздуха через этот дроссель.

Принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня в открытом резервуаре представлена на рисунке 2, а, б, в, г.

На рисунке 2, д показана принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня жидкости в резервуаре, находящемся под давлением. Для исключения влияния давления в резервуаре на показания прибора, измеряющего уровень жидкости, применяется дифференциальный метод измерения с двумя регуляторами расхода. От одного регулятора расхода воздух подается в пьезометрическую трубку, от другого в верхнюю часть резервуара над жидкостью. Разность давлений в трубках, пропорциональная уровню жидкости, измеряется дифманометром.

В системах измерения нижний конец пьезотрубки должен находится на нижнем контролируемом уровне жидкости, но не ниже 80 мм от дна резервуара.

Расход воздуха устанавливается минимальным, чтобы перепад давления на пьезотрубке был возможно меньшим, так как это определяет погрешность измерения пьезометрическим методом.

Минимальный расход воздуха обеспечивается постоянным, без запаздывания, выходом воздуха из пьезометрической трубки при изменениях уровня. Обычно расход воздуха принимается равным 0,1 – 0,2 м3/ч.

Если пренебречь перепадом давления на пьезометрической трубке, то уровень в резервуаре

ф4

где Р – давление на манометре М или перепад давления на дифманометре; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

В случае, когда измеряется уровень в резервуаре, находящемся под избыточным давлением, давление питания регулятора расхода воздуха, подающего воздух в пьезотрубку, должно быть:

ф5

где Ризб – избыточное давление, кПа; Нмаксρg – максимальное гидростатическое давление столба жидкости, кПа.

р2

Рисунок 2. Обвязка пьезометрических уровнемеров.

На рисунке 2, е показан пример обвязки и монтажа пьезометрического уровнемера с подачей промывочной воды в защитную трубу. В этом случае защищается от «обрастания» нижний конец пьезотрубки, который оказывается в зоне промывочной воды и не контактирует с измеряемой жидкостью.

Гидростатические датчики уровня.

Схемы обвязки и работы гидростатических датчиков уровня представлены на рисунке 3, причем правая обвязка применяется при измерении уровня жидкости в емкости, находящейся под избыточным давлением.

р3

Рисунок 3. Обвязка гидростатических уровнемеров.

В этом случае импульсная трубка, идущая к минусовой полости чувствительного элемента, прокладывается от места отбора давления с уклоном в верх, а в нижней части устанавливаются отстойный сосуд и разделитель мембранный РМ.

Измерение уровня в котле

Рисунок 4. Измерение уровня в котле (100% — 4 мА/0,2 кгс/см2, 0% — 20 мА/1 кгс/см2)

Очень хорошо себя показал данный принцип измерения уровня на очень сложной позиции при измерении уровня воды в котле (рисунок 4). Обвязка при этом не классическая, а на оборот т.е. на плюсовой отбор подается отбор с верней точки котла (импульсная трубка при этом должна быть заполнена водой), на минус с нижней, и задается обратная шкала прибора (на самом приборе или вторичном оборудовании).

kipia-portal.ru


Смотрите также