Приборы для измерения уровня. Классификация, принцип действия

Уровень – это граница раздела фаз.

Проверка уровня является одной из важных операций в системе контроля технологических процессов. В промышленности непрерывное измерение и сигнализация уровня составляют до 40% всех измерений. 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.

Устройства для измерения уровня подразделяются в зависимости от метода измерения на следующие основные разновидности:

· механические,(буйковые, поплавковые)

· гидростатические,

· пьезометрические,

· электродные,

· ультразвуковые.

Наибольшее распространение в том числе и на нашем предприятии получили следующие виды уровнемеров: механические (буйковые, поплавковые), пьезометрические, гидростатические, ёмкостные и ультразвуковые.

Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении перемещения буйка или силы гидростатического давления, действующей на буёк. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на изме­рении действующей на буек выталкивающей силы (по закону Архимеда), зависящей от степени погружения буйка в жидкость, т. е. от уровня жидкости.

Изменение уровня жидкости преобразуется на чувствительном элементе измерительного блока датчика.

Буёк в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружён в жидкость и перемещается в зависимости от её 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.

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 надёжность, измерять уровень в резервуарах под давлением.

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. Воздух продувают через трубку, опущенную в резер­вуар до максимальной глубины предполагаемого диапазона изме­нения уровня. Конец трубки не должен доходить до дна резервуара примерно на 75 мм.

Манометр, измеряющий давление воздуха, который подается в резервуар через редуктор и диафрагму, присоединяют к верхнему концу трубки. Важное условие для правильного измерения уровня жидкости этим спо­собом — полная герметичность всех соединений. Чтобы уменьшить влияние переменных сопротивлений соединительных трубопроводов на точность измерения, скорость воздуха, протекающего на участке от места присоединения возду­хопровода до резервуара, устанавливают минимальной. Недостаток пьезометрических уровнемеров — зависимость их показаний от плотности жидкости и ее температуры.

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 давленя жидкости, зависящего от высоты её уровня, т.е. в гидростатических уровнемерах используется принцип сообщающихся сосудов. Простейшим гидростатическим уровнемером является водомерная стеклянная трубка

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

Для измерения уровней агрессивных сред используют специальные разделительные устройства.

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

Ёмкостной 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 ёмкость между ними пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Емкостные приборы имеют высокую чувствительность, большое быстродействие и малый габарит. В качестве электродов в зависимости от измеряемой среды применяют датчики с покрытием из поливинилхлорида, фторопласта и т. д. В результате такого покрытия приборы могут использоваться в агрессивных средах, где применение контактных датчиков практически невозможно.

 

Ультразвуковые уровнемеры - принцип работы ультразвукового датчика уровня основан на свойстве ультразвуковых колебаний отражаться от границы раздела сред с различным акустическим сопротивлением.

 

В датчике используется метод акустической импульсной локации границы раздела (газ-жидкость) со стороны газа. Мерой уровня является время распространения ультразвуковых колебаний от передатчика (источника излучения) до плоскости границы раздела сред и обратно до приемника.

Уровнемер предназначен для непрерывного автоматического дистанционного контроля и регулирования уровня сред, которые могут быть неоднородными, кристаллизующимися и выпадающими в осадок.