2020-05-12
428
Основным принципом действия данных уровнемеров является измерение гидростатического давления, оказываемого жидкостью (рисунок 8).
Величина гидростатического давления Рг зависит от высоты столба жидкости h над измерительным прибором и от плотности этой жидкости ρ.
Рисунок 8 - Внешний вид гидростатического уровнемера
Измерительный блок датчиков этих моделей состоит из корпуса 1 и емкостной измерительной ячейки Rosemount 2.
Емкостная ячейка изолирована механически, электрически и термически от измеряемой и окружающей сред. Измеряемое давление передается через разделительные мембраны 3 и разделительную жидкость 4 к измерительной мембране 5, расположенной в центре емкостной ячейки. Воздействие давления вызывает изменение положения измерительной мембраны 5, что приводит к появлению разности емкостей между измерительной мембраной и пластинами конденсатора 6, расположенным по обеим сторонам от измерительной мембраны. Разность емкостей измеряется АЦП и преобразуется электронным преобразователем в выходной сигнал
|
|
|
Рисунок 8.1 – Конструкция измерительного блока
Измерение гидростатического давления может осуществляться различными способами, например:
- манометром или датчиком давления, которые подключаются к резервуару на высоте, равной нижнему предельному значению уровня (рисунок 9);
- дифференциальным манометром, который подключается к резервуару на высоте, равной нижнему предельному значению уровня, и к газовому пространству над жидкостью;
- измерением давления воздуха, прокачиваемого по трубке, опущенной в жидкость на фиксированное расстояние, и другими.
Рисунок 9 - Измерение уровня в резервуаре при помощи датчика избыточного давления
Для этих целей может применяться датчик любого типа с соответствующими пределами измерений.
При измерении уровня гидростатическим способом погрешности измерения определяются классом точности измерительного прибора, изменениями плотности жидкости и колебаниями атмосферного давления.
Если резервуар находится под избыточным давлением, то к гидростатическому давлению жидкости добавляется избыточное давление над ее поверхностью, которое данной измерительной схемой не учитывается. Поэтому такая схема измерения для таких случаев не подходит.
В связи с этим, более универсальными являются схемы измерения уровня с использованием дифференциальных датчиков давления (диф.манометров) (рисунок 10). С помощью дифференциальных датчиков давления можно также измерять уровень жидкости в открытых резервуарах, контролировать границу раздела жидкостей.
|
|
|
Рисунок 10 - Схема измерения уровня в открытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления, находящимся под атмосферным давлением
Плюсовая камера диф.манометра ДД через импульсную трубку соединена с резервуаром в его нижней точке, минусовая камера сообщается с атмосферой.
В такой схеме устраняется погрешность, связанная с колебаниями атмосферного давления, т.к. результирующий перепад давления на диф.манометре равен формула (1):
ΔР = (Рг + Ратм) – Ратм = Рг (1)
Такая измерительная схема может использоваться тогда, когда диф.манометр расположен на одном уровне с нижней плоскостью резервуара. Если это условие соблюсти невозможно и диф.манометр располагается ниже на высоту h1, то используют уравнительные сосуды (УС).
Схемы измерения уровня с уравнительными сосудами для резервуаров под атмосферным давлением представлены на рисунке 11
Рисунок 11 - Измерение уровня в открытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления с использованием уравнительного сосуда:
а – с нижним расположением уравнительного сосуда;
б – с верхним расположением уравнительного сосуда.
Уравнительный сосуд используется для компенсации статического давления, создаваемого столбом жидкости h1 в импульсной трубке.
Для измерения уровня в резервуарах, находящихся под избыточным давлением Ризб, применяют измерительную схему, изображенную на рисунке 12
Рисунок 12 - Измерение уровня в закрытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления с использованием уравнительного сосуда
Избыточное давление Ризб. поступает в обе импульсные трубки диф.манометра, поэтому измеряемый перепад давления ΔР можно представить в виде формула (12):
(2)
где: ρ - плотность жидкости,
g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.
при h = 0, ΔР = ΔРmax, а при h = Hmax, ΔР = 0.
То есть из уравнения следует, что шкала измерительного прибора уровнемера будет обращенной.
Более современным аналогом диф.манометров являются датчики гидростатического давления. Как и у диф.манометров, у них имеются две измерительные камеры. Одна из камер выполнена в виде открытой мембраны, а вторая - в виде штуцера. Такие датчики всегда можно установить непосредственно у дна резервуара, поэтому отсутствует необходимость в импульсных трубках, а значит, и в необходимости компенсации высоты импульсной трубки.
Наиболее распространенные измерительные схемы с использованием гидростатического датчика давления представлены на рисунке 12
Рисунок 12 - Измерение уровня в резервуарах при помощи датчика гидростатического давления:
а – для открытых резервуаров;
б – для закрытых резервуаров без уравнительного сосуда;
в – для закрытых резервуаров с уравнительным сосудом
Схема в) используется для процессов, в которых неизбежно образование обильного конденсата и его накопление в трубе, соединяющей датчик с объемом над жидкостью.
Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.
