Пьезометрические уровнемеры

В этих приборах измерение уровня жидкости постоянной плотности сводятся к измерению давления, создаваемого столбом жидкости. Уровнемер состоит (рис.4) из опускаемой в резервуар трубке I; манометра 5, для контроля давления воздуха в трубке, а следовательно, иуровня жидкости; фильтра 4, пневморедуктора 3 и контрольного устройства 2, служащего для визуального контроля передачи воздуха через трубку.

Подобные приборы применяют для измерения агрессивных, загрязнен­ных и быстрокристаллизующихся жидкостей с точностью измерения +-1,5 % при постоянной плотности жидкости.

Уровнемеры - дифманометры

Уровень продукта в резервуарах можно измерять дифманометром. Причем такими уровнемерами возможно измерение уровня в сосудах под давлением и под вакуумом. На рис 5,а показана схема трубных соеди­нений дифманометра при измерении уровня в открытом сосуде, а на рис 5,6 при измерении уровня в сосуде под давлением. При установке дифманометра обязательно применение уравнительного сосуда, заполнен­ного той жидкостью, уровень которой измеряется. Назначение уравнитель­ного сосуда - обеспечение постоянного столбе жидкости в одном из ко­лен дифманометра. Высота столба жидкости во втором колене дифманометра изменяется с изменением уровня в резервуаре, т.е. меняется пере­пад давления на дифманометре, по которому и судят об уровне. В качест­ве уровнемеров применяют поплавковое, мембранные и сильфонные дифманометры. Погрешность уровнемеров - дифманометров составляет +- I % и

+-1,5 %.

Мембранные уровнемеры

Чувствительным элементом этих уровнемеров является мембрана -установленная в нижней части резервуара, в котором измеряется уровень. Известно, что столб жидкости создает давление

P=r*H*g (V)

где ρ - плотность жидкости, кг/м³;

H - уровень жидкости, м;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Рис 4

Рис 5

Таким образом, при изменении уровня изменяется давление жидкости, которое действует на мембрану. Изменение давления вызывает изменение прогиба мембраны, по величине которого судят об уровне жидкости. Погрешность таких приборов составляет +- 15 мм.

Кондуктометрические уровнемеры

Принцип действия кондуктометрических (омических) приборов основанных на изменении сопротивления между электродами при изменении уровня жидкости в резервуаре, в котором установлены электроды.

Эти приборы используются. в основном для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня электропроводных жидкостей. Рабочий ток, протекающий между электродами, может быть постоянным и переменным. Постоянный ток должен быть ограничен по плотности, т.к. в против­ном случае может возникнуть электролитическое разложение продукта, уровень которого измеряется. Кондуктометрические сигнализаторы уровня выпускают для сигнализации одного, двух и трех положений уровня. Одним из электродов датчика может служить электропроводяший корпус резервуара.

Приборы этой группы надежны в эксплуатации, просты по устройству,

но могут применятся только для электропроводных жидкостей g≥10^-2 см/м. Погрешность срабатывания от ± 2 до ± 10 мм для различных типов приборов.

Емкостные уровнемеры

Для непрерывного измерения уровня различных материалов и сигнализации его предельных значений широко используются емкостные уровнемеры. Принцип действия основан на изменении емкости датчика при изменении уровня продукта в межэлектродном пространстве датчика. Для неэлектропроводных продуктов применяют металлические электроды в виде стержней, тросов или параллельных пластин. Для электропроводных продуктов электроды покрываются чаще всего фторопластом. Одним из электродов может служить корпус металлического резервуара.

.Достоинством емкостных прибор является возможность и измерения,
и сигнализацииуровня сыпучих я жидких, проводящих и не проводящих продуктов. Недостаткам их следует отнести низкую помехоустойчивость, что приводит к ложным обрабатыванием, и ограниченную длину коаксиального кабеля, соединяющего датчик с электронным блоком. Погрешность сигнализации уровня составляет от ±2,5 до ±15мм. Погрешность измерения уровня ±2,5 % от верхнего предела измерения.

Индуктивные уровнемеры

Принцип действия этих уровнемеров основан на измерении индуктивности катушки датчика. При повышении или понижении уровня индуктивности катушки изменяется в связи с изменением электрических потерь в измеряемой среде. Контролируемая среда должна иметь высокую электропроводимость g≥10^-2 см/м.

Приборы для непрерывного измерения уровня имеют одну катушку «индуктивности, охватывающую весь диапазон измерения уровня. Измерительной схемой может являться уравновешенный или неуравновешенный м ост.

Сигнализирующие приборы состоят из ряда расположенных вдоль Общей оси независимых катушек, каждая из которых включена в соответствую схему с электромагнитным реле. Реле срабатывает, когда
уровень измеряемой жидкости достигает соответствующей катушки датчика.

Катушки помещаются обычно в защитный чехол-трубку из немагнитного материала, т.е. контакт с продуктом отсутствует.

Погрешность таких устройств ±2,5 %. Диапазон измерения до 5 м.

3. Конструкция некоторых сигнализаторов и измерителей уровня.

Реле уровня полупроводниковое ПРУ-5

Реле уровня ПРУ - 5 относится к поплавковым сигнализаторам уровня и предназначено для контроля верхнего или нижнего уровней аммиака, фреона, воды, масла, дизельного топлива и других жидкостей плотностью не менее 580 кг/м³.

Принцип работы реле уровня основан на получении сигнала моста переменного тока при изменении индуктивного сопротивления катушек I датчика, включенных в плечи мостовой схемы (рис.6). Индуктив­ное сопротивление катушек I изменяется с изменением положения сферичес­кого сердечника-поплавка 2, свободно перемещающегося вместе с уров­нем жидкости в поплавковой камере 3 датчика. Поплавковая камера по способу сообщающихся сосудов соединяется с резервуаром 4, в котором контролируется уровень жидкости.

На рис.7 показана принципиальная схема реле уровня. Мост перемен­ного тока образуют активное сопротивление RI, R2, R3 и индуктив­ные сопротивления катушек датчика LI и L2. Питание моста (диагональ питания А-В) осуществляется от трансформатора Тр1 (обмотка 4-5). Переменный резистор R2 служит для настройки нижнего уровня срабаты­вания реле. Напряжение разбаланса моста (измерительная диагональ С -Д) подеется на вход выпрямителя собранного на диодах Д1÷Д4.

С выхода мостиков ого выпрямителя сигнал подается на двухкаскадный усилитель, собранный на транзисторах ПП1, ПП2 и за счет диф­ференциала выходного реле P1, работающий в режиме триггера. Резистор R4и емкость С1 образуют фильтр для сглаживания пульсаций выпрям­ленного напряжения, кроме того, резистор R4играет роль ограничителя базового тока транзистора ПП1. Резистор R6 и К7образуют дели­тель напряжения для задания первоначального отрицательного смещения на ПП1 с тем, чтобы последний был открыт в начальный момент времени

Рис 6

Рис 7

при отсутствии сигнала, когда поплавок находится в нижнем положении и мост близок к равновесию.

Резистор R8 служит нагрузкой первого каскада усилителя. Резистор R9 образует глубокую обратную связь по двум каскадам, а резисторы R10, R11 являются делителем напряжения на входе второго каскада усилителя, причем R10, кроме того, служит для ограничения базового тока ПП2.C2 – шунтирующая емкость выходного реле для устранения эффектов взаимоиндукции. Резистор R12 и емкость СЗ слу­жат для сглаживания пульсаций напряжения питания, подаваемого от выпрямителя - диода Д5,Д6.

В начальный монет (уровень жидкости ниже нижнего) транзистор ПП1 открыт, на его коллекторе потенциал близок к нулю, транзистор ПП2 будет закрыт, вследствие чего катушка реле Р1 будет обесточена. При повышении уровня поплавок датчика постепенно поднимается до верх­него положения, соответствующего максимально допустимому уровню. При этом растет величина разбаланса моста и на базе транзистора ПП1 уменьшается отрицательное смешение за счет роста положительного сиг­нала. Когда потенциал на базе ПП2 будет близок к нулю, транзистор запирается, при этом отрицательный потенциал базы ПП2. увеличивается, транзистор ПП2 открывается, и когда напряжение на его коллекторе достигнет уровня срабатывания реле Р1 последнее замыкает свои замы­кающие контакты и размыкает размыкающие. При уменьшении уровня жид­кости транзистора ПП1 начинает постепенно открываться за счет снижения положительного сигнала, снимаемого с мостикого выпрямителя, это приводит к снижению отрицательного потенциала на базе ПП2 и посте­пенному его запиранию, т.е. уменьшению тока ч коллекторной цепи. Когда падение напряжения на реле P1 снизится до уровня отпускания его кон­тактов (напряжение отпускания реле меньше напряжения срабатывания за счет дифференциала реле), схема приходит в исходное состояние.

Состояние контактов выходного реле, в зависимости от положения уровня контролируемой жидкости, следующее. Если контролируемая жид­кость находится выше верхнего уровня сбрасывания выходное реле включено, если ниже - выключено. При нахождении уровня жидкости в зоне дифференциала, выходное реле будет выключено, если уровень повы­шается от нижнего, и включено, если уровень понижается от верхнего.

Кондуктометрический сигнализатор уровня ESP-5O

(производство ПНР)

Сигнализатор ESP-5O предназначен для сигнализации и позиционного регулирования уровня жидкости с проводимостью более 20 •10^-4 Ом/м. Применяется для сигнализации и управления уровнем воды, молока, пищевых и химические жидкостей, не вызывающих разрушения материала датчиков (сталь 12X18H9T, глазурованный фарфор, эпоксидная смола), а также не вызывающих образования диэлектрических покрытий на контактных поверх­ностях датчиков.

В комплект сигнализатора входят три стержневых датчика, (зонда) и электронный блок, являющийся триггерным усилителем с тремя независимыми каналами усиления.

На рис.8 показана конструкция датчика сигнализатора. Он состоит из корпуса I, для закрепления датчика на стенке или крышке резервуара, с уплотнением 2; Фарфорового изолятора 3; электрода 4, длина которого выбирается в диапазоне 100-2000 мм, в зависимости от. величины сигна­лизируемого уровня жидкости;зажима 5 для электрического соединения датчика с электрическим блоком и изолирующего резинового колпачка 6.

Принципиальная схема сигнализатора показана на рис.9.Электрон­ный блок имеет три независимых канала усиления, каждый из которых подключен к соответствующему датчику. На входе каждого канала имеется переключатель диапазонов 4П ÷ ЗЛ, который позволяет приспособить сис­тему к разным проводимостям жидкостей независимо для каждого канала. Переключатель диапазонов представляет собой набор сменных резисторов. Первый диапазон применяется для жидкостей с минимальной пр сводимостью, а четвертый - для жидкостей с максимальной проводимостью. Выход кана­лов усиления соединен с соответствующим выходным реле 1P ÷ ЗP.

Система работает следующим образом. На вход каждого канала усиления поступает сигнал с делителя напряжения, образованного сопротивлением датчика и соответствующим диапазонным резистором. Полученный с делителя сигнал управляет триггерным усилителем. Рабочее состояние усилителя зависит от уровня сигнала на входе, определяемого соотношением сопротивлений R_x/R_g

где R_x - сопротивление датчика;

R_g - величина диапазонного резистора.

Падение сопротивления R_xниже некоторой величина (датчик коснулся уровня жидкости) приводит к уменьшению управляющего сигнала, отключе­ние выходного реле Р и включению соответствующей сигнальной лампы.

Рис 8

Питание схемы осуществляется от встроенного блока питания, состоящего из понижающего трансформатора и выпрямителя.

Напряжение на электродах датчиков не более 10 В, точность обрабатывания ±5 мм.

Емкостный сигнализатор уровня ЭСУ-3

Емкостный сигнализатор уровня ЭСУ-3 применяется для сигнализации и позиционного регулирования уровня электропроводных и неэлектропро­водных агрессивных и неагрессивных жидких и сыпучих сред.

Принцип действия сигнализатора основан на изменении электрической емкости системы электрод датчика - измеряемая среда. Эта емкость включена в схему генератора высокочастотных колебаний.

Первичный преобразователь сигнализатора представляет собой метал­лический электрод I (рис.10а), заключенный чехол из полимерного материала 2 (фторопласт. винипласт) и укрепленный в корпусе 3. Соеди­нение первичного преобразователя с электронным блоком осуществляется коаксиальным кабелем 4.

Принципиальная электрическая схема электронного блока ЕСУ-3 показана на рис. 10,б. Блок представляет собой генератор высокой час­тоты, собранный на левой половине двойного триода 6Н6П. Колебатель­ный контур генератора образуют емкость датчика, емкости С1 и C2 и индуктивность L. Генератор настраивается построечным конденсато­ром С2. включенным в цепь генератора последовательно с датчиком. При правильной настройке схемы срыв колебаний происходит при соприкосновении датчика со средой. При срыве колебаний увеличивается анодный ток лампы 6Н6П и срабатывает реле P1, включенное в анодную цепь лампы, в результате чего включается местная сигнальная лампа ЛС1 от первого контакта реле. Остальные контакты предназначены для внешней сигнализации и управления исполнительными механизмами.

При необходимости контроля уровня в двух положениях (максимальный и минимальный) устанавливают два сигнализатора типа ЭСУ-3 или сигнализатор с двумя электродами, каждый из которых подключен к своей преобразовательной схеме, (типа ЭСУ- 2М).

Для емкостных сигнализаторов выпускается следующие типы первич­ных преобразователей:

- стержневой с неизолированным электродам диаметром 6 мм из стали X18H9T для неэлектропроводных жидкостей и сыпучих сред с величиной зерна до 5 мм:

Рис 10

- стержневой изолированный фторопластом для электропроводных агрессивных жидкостей;

- пластинчатый неизолированный для неэлектропроводных жидкостей и
сыпучих сред с постоянной влажностью.

Питание сигнализатора осуществляется от сети переменного тока промыш­ленной частоты напряжением 220 В. Погрешность срабатывания - 2,5 мм.

Электронный индикатор уровня ЭИУ-2

Индикатор уровня ЭИУ-2 предназначен для непрерывного изменения в резервуарах уровня электропроводных и неэлектропроводных жидкостей.

В качестве датчиков могут применяться стержневые (рис.11,а), пластинчатые (рис.11,в), кабельные (рис.11,б) или тросовые (рис11.г) емкостные преобразователи.

Для изменения уровня электропроводных сред электрода преобразова­теля имеют фторопластовое покрытие.

Структурная схема электронного индикатора уровня ЭИУ-2 приведена на рис. 12,а. Она состоит из блока питания 6П; генератора высокочас­тотных колебаний Г; измерительной схемы ИC – представляющей собой индуктивно-емкостной мост; усилителя У - состоящего из эмиттерного повторителя с усилительным каскадом УК и выходного каскада ОК; вторичного преобразователя ВП и индикатора уровня ИУ. Питание при­бора осуществляется напряжением временного тока 220 или 127 В, часто­той 50 Гц. Измерительная схема питается от генератора синусоидальных колебаний частотой 100 кГц.

Первичный емкостной преобразователь Сп включен в плечо моста. Сигнал разбаланса моста подается на вход усилителя. Выходное напряже­ние, снимаемое с резистора оконечного каскада (клемы 3-4), составля­ет 0-100 мВ.

В качестве показывающего и самопишущего вторичного прибора может быть использован автоматический потенциометр КСП-2. В качестве инди­катора уровня - миллиамперметр типа М 325, включаемый в разрыв эмиттерной цепи транзистора оконечного каскада.

Диапазон измерения уровнемера зависит от типа преобразователя, его длинны;, характеристики жидкости и способа установки преобразователя на резервуаре.

Рис 11

Пластинчатые и тросовые емкостные преобразователи изготовляются соответственно от I до 2,5 и от 4 до 20 м. Стержневые и кабельные

Рис 12

преобразователи изготовляются длиною соответственно от I до 2,5 м и от 4 до 10 м.

В зависимости от номинальной емкости первичного преобразователя прибор может быть нестроен на три диапазона: 0 ♦ 300 пФ, 0 ♦ 600 пФ и 0 ♦ 1200 пФ.

Переключение осуществляется с помощью перемычек П.. Для перво­го диапазона перемычки должны находиться в положении 1-2; для вто­рого в положении 1-3,1-4; и для третьего в положении I-3..I-5. (рис»12,а). Подстройка нуля осуществляется конденсатором переменной емкости С9. Подстройка верхнего предела измеренья осуществляется регулируемым резистором R11 включенным в эмиттерную цель транзистopa усилительного каскада.

Предел допустимой основной погрешности электронного индикатора уровня ЭИУ-2 равен 2,5 % диапазона измерений.

Дополнительные погрешности измерения могут возникнуть от наве­дения ЭДС в проводах, связывающих датчик с прибором. Для устранения этой погрешности провода, соединяющие датчик с прибором, экранируются, и экран заземляется. Погрешность может возникнуть также при изме­нении диэлектрической проницаемости контролируемый среды. При изме­нении диэлектрической проницаемости среда необходима переградуировка