Данный тип уровнемеров относится к уровнемерам контактного
типа. Принцип действия волноводного уровнемера основан на тех-
нологии рефлектометрии с временным разрешением TD7? (Time
Domain Reflectome-try). Микроволновые радиоимпульсы малой мощ-
ности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую
среду, уровень которой нужно определить (рис. 4.5). Когда радио-
импульс достигает среды с коэффициентом диэлектрической про-
ницаемости, отличной от проницаемости газа над поверхностью
среды, то из-за разности коэффициентов диэлектрических прони-
цаемостей происходит отражение микроволнового сигнала в обратном
направлении. Временной интервал между моментом передачи зон-
дирующего импульса и моментом приема эхо-сигнала Пропорциона-
лен расстоянию до уровня контролируемой среды. Аналогичным
образом измеряется расстояние между датчиком и границей раздела
двух жидких сред с различными коэффициентами диэлектрической
проницаемости. Интенсивность отраженного сигнала зависит от раз-
ницы коэффициентов диэлектрических проницаемостей сред на
границе. Чем выше эта разность, тем выше интенсивность отражен-
ного сигнала. Волноводная технология имеет ряд преимуществ по
сравнению с другими методами измерения уровня, поскольку радио-
импульсы практически невосприимчивы к составу среды, атмосфере
резервуара, температуре и давлению.
Поскольку радиоимпульсы направляются по зонду, а не свободно
распространяются в пространстве резервуара, то волноводная техно-
логия может с успехом применяться для малых и узких резервуаров,
а также для резервуаров с узкими горловинами. Радарные волновод-
ные уровнемеры используются в сложных условиях (пар, пена, на-
липания, волны, кипение, резкие скачки уровня и т.д.). Точность
измерений не зависит от плотности, диэлектрической проницаемости
рабочей среды и давления.
Диапазон измерения радарных волноводных уровнемеров — до 30 м.
Абсолютная погрешность измерения ± (3... 5) мм.
Сигнализаторы уровня
Сигнализация достижения определенных значений уровня в про-
мышленных емкостях без постоянного непрерывного контроля яв-
ляется стандартной, широко распространенной задачей. Примерами
могут служить защита от переполнения, проверка минимального и
максимального уровня заполнения резервуаров. В настоящее время
широкое распространение получили следующие типы сигнализаторов
уровня: кондуктометрические, емкостные, поплавковые, вибрацион-
ные и ультразвуковые.
Кондуктометрические сигнализаторы уровня являются наиболее
простыми и дешевыми. Чувствительный элемент представляет собой
два изолированных друг от друга электрода. Иногда в качестве одно-
го из электродов используется металлическая стенка резервуара.
Электроды включены в электрическую цепь с источником питания
и выходным реле. Принцип работы заключается в электрическом
замыкании рабочей жидкостью (по достижении нужного уровня)
электродов чувствительного элемента. При замыкании электродов
в электрической цепи начинает протекать ток, который приводит к
срабатыванию реле. Для того чтобы исключить такие эффекты, как
электролиз жидкости или взрыв, применяется постоянный или пере-
менный ток достаточно малой мощности.
Кондуктометрические сигнализаторы применимы для электро-
проводных жидкостей (проводимость более 0,2 См/м), таких как
технологическая вода, слабые растворы кислот и щелочей в цистер-
нах, баках, паровых котлах. Эти сигнализаторы используются при
температуре до 350 °С и давлении до 6,3 МПа (как правило, для стан-
дартных исполнений 200 °С и 2,5 МПа).
Примерами кондуктометрических сигнализаторов являются: РОС-
301, ЭРСУ, САУ-М6, СУ-300И.
Основные достоинства: простота и прочность; отсутствие движу-
щихся механических частей; простая регулировка и обслуживание.
К недостаткам следует отнести непригодность для клейких веществ
и диэлектриков; кроме того, масляные вещества могут вызывать на-
липание на электроды тонкого слоя непроводящего покрытия, что
может быть причиной отказа.
Емкостные сигнализаторы широко распространены и исполь-
зуются для определения наличия рабочей среды, как жидкой, так и
сыпучей, как электропроводной, так и неэлектропроводной. Чувстви-
тельный элемент представляет собой два изолированных друг от
друга электрода, образующих электрический конденсатор. Часто в
качестве одного из электродов используется металлическая стенка
резервуара. Емкостные сигнализаторы отличаются большим разно-
образием конструктивных исполнений для конкретных применений,
могут быть стержневого, трубчатого типов, гибкие, тросовые и т.п.
Для датчиков, работающих в проводящей среде, необходимо исполь-
зовать конструкцию с изолированным электродом.
Принцип действия сигнализаторов основывается на изменении
электрической емкости конденсатора при контакте с рабочей средой
из-за различия диэлектрической проницаемости. При контакте
электрода с рабочей средой электрическая емкость конденсатора, как
правило, увеличивается, поскольку диэлектрическая проницаемость
любой среды больше диэлектрической проницаемости воздуха. Кон-
денсатор включается в частотозадающую цепь генератора электриче-
ских колебаний. Увеличение емкости конденсатора приводит к
уменьшению частоты колебаний генератора и формированию сигна-
ла, преобразуемого в дальнейшем к срабатыванию выходного реле.
Распространенными моделями емкостных сигнализаторов явля-
ются РОС-101 и РОС-102.
Поплавковые сигнализаторы отличаются простотой и универ-
сальностью, в простейшем варианте состоят из поплавка, соединен-
ного с механизмом переключения контактов с помощью механической
или магнитной связи. При магнитной связи поплавок снабжается
магнитом, который скользит по направляющему стержню. В стержне
находятся микропереключатели (герконы), которые при прохождении
через них поплавка с магнитом меняют свое состояние.
Распространенные сигнализаторы этого типа: РОС-400, РОС-401,
ДРУ-1ПМ.
К достоинствам поплавковых сигнализаторов можно отнести про-
стоту, прочность, невысокую стоимость, устойчивость к неблагопри-
ятным внешним воздействиям. Недостатками являются непригод-
ность для клейких жидкостей, зависимость точки срабатывания от
изменений (колебаний) плотности рабочей среды.
Вибрационные сигнализаторы уровня (рис. 4.6) широко распро-
странены за рубежом и в меньшей степени в России. Чувствительным
элементом служит резонатор камертонного типа (из-за формы его
часто называют колебательной вилкой). Принцип действия основан
на зависимости амплитуды колебаний резонатора от окружающей
среды. Погружение чувствительного элемента в контролируемую
среду вызывает резкое уменьшение амплитуды колебаний вплоть до
их полного гашения. Смена состояния колебания состоянием покоя
или наоборот сигнализирует о достижении предельного уровня.
Диапазон применимости сигнализаторов по температуре -50... + 250 "С,
по давлению — до 6,4 МПа, плотность рабочей среды в преде-
лах 0,5...2,5 г/см3. Датчики обеспечивают точность срабатывания
± 1 мм.
Распространенными марками вибросигнализаторов являются
серии Optiswitch фирмы Krohne, Liquiphant фирмы Endress + Hauser,
Vibranivo фирмы UWT.
Основные достоинства вибрационных сигнализаторов: простота;
не требуется регулировка в месте установки; отсутствуют движущие-
ся части; нечувствительны к турбулентности, образованию пены и
внешней вибрации; допускают любую пространственную ориента-
цию; нечувствительны к большинству физических свойств измеряе-
мого вещества (исключение — плотность).
Недостатком является возможность отказов при наличии в жид-
костях клейких веществ и твердых частиц, которые могут заклинивать
колебательную вилку.
Ультразвуковые сигнализаторы отличаются надежностью и ста-
бильностью рабочих характеристик. Чувствительный элемент пред-
ставляет собой пару излучатель—приемник. Он может размещаться
в емкости как горизонтально, так и вертикально. Принцип действия
основан на зависимости скорости распространения, а следовательно,
и времени распространения ультразвуковых волн между излучателем
и приемником, в качестве которых используются пьезоэлектрические
преобразователи, от рабочей среды. Электронный блок сигнализато-
ра оценивает время распространения ультразвуковых волн и при
наличии отклонения замыкает или размыкает выходное реле. По-
грешность срабатывания сигнализаторов типа УЗС составляет ± 2 мм
(при вертикальной установке). Эти сигнализаторы могут использо-
ваться при температуре до 250 °С и давлении до 1,6 МПа.
Популярные ультразвуковые сигнализаторы — это УЗС- 10Х, УЗС-
20Х, УЗС-ЗХХ, УЗС-4ХХ, УЗР-1.
Контрольные вопросы
1. Какие физические явления используются в магнитострикционном уров-
немере?
2. Какие уровнемеры относятся к контактным, а какие — к бесконтакт-
ным?
3. Какие свойства измеряемой жидкости оказывают влияние на результат
измерения поплавкового уровнемера?
4. Почему показания гидростатических уровнемеров зависят от температу-
ры?
5. Какие свойства контролируемой среды используются в электрических
уровнемерах?
6. Влияют ли на результат измерения уровня ультразвуковым методом хи-
мические и физические свойства среды?
7. Поясните принцип действия радарного уровнемера.
8. В чем состоит отличие технологии FMCW от импульсной в радарных
уровнемерах?
9. Поясните принцип действия волноводного уровнемера.
10. Объясните принципы действия вибрационных сигнализаторов уровня.
Гл а в а 5
ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ
Дата: 2019-04-23, просмотров: 269.
