1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Виды приборов и преобразователей для измерения уровня

Приборы и преобразователи для измерения уровня

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ ЕМКОСТНЫМ УРОВНЕМЕРОМ

Методические указания

К лабораторной работе

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

к лабораторной работе

Составители: доц. А.Р. Герке

Измерение уровня жидкости емкостным уровнемером: метод. указания к лабораторной работе / А.Р.Герке, А.В.Лира, М.Ю.Перухин; Федер. агентство по образованию, Казан. гос. технол. ун-т.– Казань : КГТУ, 2010 – 16 с.

Изложен материал по лабораторной работе «Измерение уровня жидкости емкостным уровнемером». Приведено описание экспериментальной установки, даны краткие теоретические положения по изучаемой теме, изложен порядок проведения работы.

Предназначено для студентов очной, заочной и очно-заочной форм обучения механических и технологических специальностей при изучении ими курса автоматизации технологических процессов.

Подготовлено на кафедре автоматизированных систем сбора и обработки информации.

Табл. 1. Ил.8. Библиогр.: 2 назв.

Печатаются по решению редакционно-издательского совета института управления, автоматизации и информационных технологий.

Рецензенты: зав. каф. АТПП КГЭУ д-р. техн. наук,

проф. К.Х.Гильфанов

кандидат технических наук,

доцент кафедры АиУ

КГТУ (им. А.Н. Туполева) С.А.Терентьев

ÓА.Р.Герке, А.В.Лира, М.Ю.Перухин, 2010

технологический университет, 2010

Лабораторная работа № 15

Измерение уровня жидкости

Емкостным уровнемером

Цель работы:ознакомиться с принципом действия наиболее распространенных уровнемеров и методикой определения уровня емкостным уровнемером; выполнить градуировку измерительного комплекта.

Приборы и преобразователи для измерения уровня

Приборы для измерения уровня жидкости подразделяют на:

· поплавковые и буйковые;

Визуальныеуровнемеры выполняются в виде мерных линеек, реек, рулеток и уровнемерных стекол. Наибольшее распространение получили уровнемерные стекла (рис.1), основанные на законе сообщающихся сосудов. Их изготавливают в виде стеклянной трубки соединенной с аппаратом. Наблюдая за уровнем жидкости в трубке, судят о величине уровня в емкости. Уровнемерные стекла применяют для местного измерения уровня в аппаратах, работающих при атмосферном или избыточном давлениях.

Рис. 1. Использование уровнемерного стекла.

Поплавковые датчики уровня (рис.2) одни из самых недорогих и, вместе с тем, надежных устройств для измерения уровня жидкостей. В этих приборах чувствительным элементом является плавающий поплавок, плотность которого меньше плотности жидкости, при этом поплавок следит за уровнем жидкости.

Рис. 2. Поплавковый уровнемер.

Буйковые уровнемеры(рис.3) имеют погруженный буек, плотность которого больше, чем плотность жидкости. Он работает по принципу изменения выталкивающей (архимедовой) силы, действующей на буек, который удерживается в подвешенном состоянии упругим элементом (пружиной).

Рис. 3. Буйковый уровнемер.

Гидростатические уровнемеры. Их действие основано на взаимосвязи гидростатического давления столба жидкости Р и измеряемого уровня h при постоянной плотности ρ.

Различают следующие виды гидростатических уровнемеров:

1) с манометром, подключенным к емкости на высоте соответствующей нижнему предельному значению уровня (рис.4а)

2) с дифференциальным манометром, подключенным к резервуару на высоте, соответсвующей нижнему предельному значению уровня и к уравнительной емкости. Для измерения уровня в открытых резервуарах, находящихся под атмосферным давлением используется схема (рис. 4б), а в аппаратах под давлением – (рис. 4в). В дифманометрических уровнемерах уровень жидкости определяется по перепаду давлений столбов жидкости в аппарате и в уравнительном сосуде.

Рис. 4. Гидростатические уровнемеры.

3) пьезометрические, действие которых (рис.4г) основано на измерении давления воздуха или газа, прокачиваемого по трубке, погруженной на фиксированную глубину в жидкость, уровень которой измеряют.

Электрические уровнемеры. По виду чувствительного элемента электрические средства измерений уровня подразделяют на емкостные и кондуктометрические (омические). Для измерения уровня жидких диэлектриков применяют емкостные уровнемеры (рис.5а). Чувствительным элементом последних служит конденсатор, между вертикально установленными обкладками которого находится измеряемая среда. Емкость электрического конденсатора зависит от коэффициента диэлектрической проницаемости. У измеряемой среды и газа над ней эти коэффициенты существенно различны. Изменение уровня приводит к изменению общего коэффициента диэлектрической проницаемости и емкости чувствительного элемента. Значение этой емкости преобразуется в пропорциональный сигнал с помощью электронного преобразователя. Емкостные уровнемеры можно также использовать для измерения уровня как жидких, так и сыпучих сред. Для измерения уровня электропроводных жидкостей один из электродов датчика покрывают фторопластовой изоляцией.

Кондуктометрические уровнемеры (рис.5б) предназначены для сигнализации уровня электропроводящих жидких и сыпучих сред с удельной проводимостью более 10 -3 См/м. При достижении уровнем заданного значения (h) замыкается электрическая цепь между двумя электродами. При этом срабатывает реле, контакты которого включены в схему сигнализации.

Рис. 5. Емкостной (а) и кондуктометрический (б) уровнемеры.

Акустические и ультразвуковые уровнемеры. Этот метод позволяет измерять уровень при отсутствии контакта с контролируемой средой и в труднодоступных местах. В настоящее время предложены различные принципы построения акустических уровнемеров, из которых широкое распространение получил принцип локации. В соответствии с этим принципом измерение уровня осуществляют по времени прохождения акустическими колебаниями расстояния от излучателя до границы раздела двух сред и обратно до приёмника излучения (рис. 6). То есть, уровень среды h в резервуаре определяется по времени запаздывания τ отраженного сигнала относительно посланного при известной скорости распространения звука а в рабочей среде.

Локация границы раздела двух сред осуществляется либо со стороны газа, либо со стороны рабочей среды (жидкости или сыпучего материала). Уровнемеры, в которых локация границы раздела двух сред осуществляется через газ, называют акустическими, а уровнемеры с локацией границы раздела двух сред через слой рабочей среды – ультразвуковыми.

Рис. 6. Акустический уровнемер.

Радиоизотопные уровнемеры. Измерение уровня жидкости этими приборами основано на изменении интенсивности радиоактивного излучения при прохождении его через слой жидкости. Источник и приемник излучения расположены снаружи с противоположных сторон аппарата, уровень жидкости в котором измеряется. Если уровень жидкости изменяется относительно линии, соединяющей источник и приемник излучения, то последний фиксирует изменение интенсивности излучения. Это изменение преобразуется в электронном блоке в электрический сигнал, который измеряется вторичным прибором. Радиоизотопные уровнемеры применяют для измерения уровня в закрытых резервуарах, заполненных агрессивной или легковоспламеняющейся жидкостью, а также жидкостью под высоким давлением или при высокой температуре (расплавленные металлы).

Приборы и преобразователи для измерения уровня

Для измерения уровня жидкости с постоянной плотностью приме­няют гидростатические, поплавковые и буйковые уровнемеры и пре­образователи уровня.

Принцип действия гидростатических уровнем© ров основан на измерении давления внутри жидкости, определяе­мого массой столба жидкости, расположенного между точкой измере­ния и поверхностью жидкости в емкости. Если емкость открыта жидкость, уровень которой измеряют, неагрессивна, то в качеств* измерительного прибора применяют манометры (при высоте емкости не ниже 4 м) или напоромеры (при высоте емкости менее 4 м), устанав­ливаемые вблизи днища резервуара. Конструкции этих приборов опи­саны в § 45. Давление, показываемое прибором, при постоянной плотч ности жидкости будет пропорционально уровню жидкости. Для измерения уровня агрессивных жидкостей, контакт которых с чувствительным элементом недопустим, отделяют чувствительны! элемент прибора от агрессивной жидкости потоком сжатого воздуха или газа, который подают в соединительную линию. В этом случае чувствительный элемент манометра не будет контактировать с жид­костью, уровень которой ИЗМЄІ ряют. Гидростатический преоб­разователь уровня, построенный по такому принципу, представ­ляет собой трубку 1 (рис. 79), которую от редукционного пнев­моклапана 2 через вентиль 3 и стакан 4 подают сжатый воз] дух. При небольшом расхода воздуха, который регулируют вентилем по числу пузырьков воздуха в стакане 4 за единицу времени, давление, измеренное^ манометром 5, будет равно гид­ростатическому давлению стол­ба жидкости между концом трубки и поверхностью жидкое-^ ти. При постоянной плотности.

Рис. 79. Принципиальная схема гидро­статического измерения уровня:

жидкости показания манометра будут пропорциональны уровню жид­кости.

Уровень в емкости, которая находится под давлением рк, измеря­ют дифманометром. Перепад давлений (рис. 80, а) р = (ри + рг) — — Ра — Рг равен гидростатическому давлению жидкости.

Отборы 1 и 2 (рис. 80, а) дифманометра устанавливают вверху и инизу емкости. Уравнительный сосуд 3 устанавливают на уровне от

Рис. 80- Дифманометрическии уровень с прямой (а) и обратной (б) шкалой:

бора 2 и заливают в него измеряемую жидкость. Сосуд соединяют с отбором 1. В том случае когда над поверхностью жидкости находятся конденсирующиеся пары или газы, уравнительный сосуд 3 (рис. 80, б) устанавливают на уровне отбора 1 и соединяют с ним. При конденса­ции паров или газов в сосуде уровень в нем остается постоянным, так как излишки конденсата сливаются в емкость через соединительную линию и отбор /. При верхнем расположении сосуда нулевому перепа­ду давления соответствует максимальное значение измеряемого уров­ня и шкала дифманометра будет обратной. Для измерения уровня аг­рессивной жидкости в обе трубки под одинаковым давлением (боль­шим />„) и с одинаковым расходом продувается сжатый воздух.

Поплавковые измерительные преобразо — и а т е л и уровня (рис. 81) используют для измерения уровня но месту и дистанционной передачи показаний. Действие их основано на законе Архимеда. Пустотелый поплавок 4 связан тросом 3 с бараба­ном 2. Трос 3 в один слой наматывают на барабан, длина окружности которого равна целой или дольной единице длины, например метру. Через вал 5 и шестерню 6 вращение барабана передается на устройство / дистанционной передачи показаний и на местное отсчетное устрой­ ство 7, которое фиксирует число оборотов барабана. Система приво-1 дится в действие противовесом 8.

Буйковые измерительные преобразователи уровня применяют для точного измерения уровня жидкости в сосудах, находящихся под дав-| лением до 400 кгс/см2. Они бывают камерные и бес ка мерные. В ка-I мерных преобразователях уровня камера 1 (рис. 82) патрубками 2

Рис. 81. Поплавковый преобразователь уровня:

подсоединяется к сосуду, где измеряют уровень. В камере на рычаг подвешен буек. Через стальную гибкую мембрану 4 рычаг выведен из камеры По закону Архимеда при погружении в жидкость на буеіі будет действовать выталкивающая сила, равная массе жидкости, вьь тесненной погруженной частью буйка. Максимальное усилие, дейст] вующее со стороны буйка на рычаг. будет при отсутствии жидкости в камере (нулевой уровень), минимальное — при полном погружении буйка. Создаваемый момент силы измеряют и по его величине судя г о значении уровня жидкости. Диапазон измерения п реобразо] вателя определяется длиной поплавка и высотой установки камеры на емкости. Поскольку преобразователи с различными диапазонами измерения имеют различную массу, для компенсации начального усилия предусмотрен рычаг 5 с противовесом 6, который может пере мещаться по рычагу.

В бескамерных преобразователях уровня поплавок помещен не посредственно в сосуд, в котором измеряют уровень. Если плотность измеряемой жидкости в заранее известный момент и на известный срои изменяется, шкалы приборов переделывают и показания корректив руют. Измерять уровень жидкости, изменение плотности которой носит случайный характер, рассмотренными приборами нельзя.

Для измерения уровня жидкости с переменной плотностью, а также уровня сыпучих материалов применяют емкостные преобразователи уровня. Действие емкостных преобразователей уровней основано на пшененин емкости электродной системы при изменении измеряемого уровня. В сосуд, в котором измеряют уровень, вертикально погру­жают изолированный электрод (например, трос на изоляторах). I Ьмерительный прибор измеряет емкость конденсатора, обкладками которого являются изолированный электрод и корпус сосуда (земля). При изменении уровня изменяется емкость конденсатора, так как вменяется диэлектрическая проницаемость среды между обкладками. Исли электрод расположить не вертикально, а горизонтально, то из­менение емкости будет происходить резко, скачком, так как жидкость или сыпучая среда достигнет электрода одновременно по всей поверх­ности. Резкое изменение емкости может быть зафиксировано сигналь­ным устройством.

Полупроводниковый индикатор уровня (рис. 83). Блок питания БП иырабатывает напряжения, необходимые для работы генератора ГЧ и полупроводникового двух каскадного усилителя ПУ. Генератор час­тоты вырабатывает переменное синусоидальное напряжение частотой 100 кГц, которое используется для питания измерительного моста ММ переменного тока. Конденсаторы Cl—С4, включаемые параллель­но измерительному преобразователю ПП, служат для выбора диапа­зона измерения индикатора. Конденсатором переменной емкости С5 уравновешивают мост при нулевых значениях уровня. Резистор R0 «•лужит для измерения коэффициента усиления полупроводникового усилителя ПП. Настройки индикатора связаны: при изменении ко — *>>фициента усиления изменяется настройка нулевого значения уров­ня, и наоборот. К клеммам подключают миллиамперметр со шкалой, отградуированной в* %, входящий в комплект ЭИУ.

Радиоактивные уровнемеры и сигнализаторы уровня, получившие распространение в последнее время, изменяют свои показания в за — нисимости от интенсивности излучения передатчика, которое частич­но поглощается при увеличении уровня жидкости.

Технологии и методы измерения уровня

В промышленном производстве в настоящее время существует разнообразный ряд технических средств, решающих задачу измерения и контроля уровня. Средства измерения уровня реализуют разнообразные методы, основанные на различных физических принципах. Выбор метода измерений уровня зависит от конкретных условий рабочей среды и характеристик измеряемой среды.

Контактные методы измерения уровня

Поплавковые уровнемеры.

При поплавковом методе индикатором уровня служит поплавок. Для передачи информации от чувствительного элемента используются различные виды связи. Как правило, поплавок снабжен магнитом и заключен в измерительную трубу либо скользит по направляющему стержню. Магнит может влечь за собой ползунок реостата. Изменение сопротивления преобразуется в электрический выходной сигнал, что дает помимо визуального контроля возможность дистанционной передачи показаний и включения в систему автоматизации. Ряд поплавковых уровнемеров используют магнитострикционный эффект. При этом направляющий поплавок стержень содержит волновод, заключенный в катушку, по которой подаются импульсы тока. Под действием магнитных полей тока и двигающегося магнита в волноводе возникают импульсы продольной деформации, распространяющиеся по волноводу и принимаемые пьезоэлементом вверху стержня. Прибор анализирует время распространения импульсов и преобразует его в выходные сигналы.

Читать еще:  Как правильно укладывать пароизоляционную мембрану или пленку внутри дома: какой стороной клеить, виды крепления и варианты монтажа

Герконовые уровнемеры, содержат в теле направляющего стержня цепочку герконов, замыкаемых движущимся магнитом. Дискретность измерения уровня в этом случае – не менее 5 мм.

Поплавковый метод может с успехом применяться в случае пенящихся жидкостей. Типичным применением поплавковых уровнемеров является измерение уровня топлива, масел, легких нефтепродуктов в относительно небольших емкостях и цистернах в процессе коммерческого учета. Температура рабочей среды: — 40. 120 °С, избыточное давление: до 2 МПа, для преобразователей с гибким чувствительным элементом — до 0,16 МПа. Плотность среды: 0,5. 1,5 г/см3. Диапазон измерений – до 25 м. Важной характерной особенностью поплавковых уровнемеров, является высокая точность измерений (± 1. 5 мм). Метод явно неприменим только в средах, образующих налипание, отложение осадка на поплавок, а также коррозию поплавка и конструкции чувствительного элемента.

Емкостные уровнемеры.

Емкостной метод – более простой и дешевый. Он обеспечивает хорошую точность порядка 1,5 %, имеет те же ограничения, что и поплавковый — среда не должна налипать и образовывать отложения на чувствительном элементе. Вместе с тем, в отличие от поплавкового, он применим как для жидких, так и для сыпучих сред с размером гранул до 5 мм. Характерным принципиальным ограничением для емкостного метода является неоднородность среды — измеряемая среда должна быть однородной, по крайней мере, в зоне расположения чувствительного элемента уровнемера.

Чувствительный элемент емкостного уровнемера представляет собой конденсатор, обкладки которого погружены в среду. Он может быть выполнен в виде двух концентрических труб, пространство между которыми заполняется средой, либо в виде стержня, при этом роль второй обкладки играет металлическая стенка емкости. В случае измерения уровня проводящей жидкости чувствительный элемент емкостного уровнемера покрывается изолирующим материалом, обычно фторопластом. Изменение уровня жидкости приводит к изменению емкости чувствительного элемента, преобразуемой в выходной электрический сигнал.

Условия применения емкостных датчиков по характеристикам рабочей среды: температура -40. +200 °С, давление – до 2,5 МПа, диапазон измерения – до 3м (30 м – для тросовых емкостных уровнемеров).

Гидростатический метод измерения уровня.

Гидростатические уровнемеры измеряют давление столба жидкости и преобразуют его в значение уровня, поскольку гидростатическое давление зависит от величины уровня и плотности жидкости и не зависит от формы и объема резервуара. Они представляют собой дифференциальные датчики давления. На один из входов, подсоединяемый к емкости подается давление среды. Другой вход датчика соединяется с атмосферой — в случае открытой емкости без избыточного давления или соединяется с областью избыточного давления в случае закрытой емкости под давлением. Расположение чувствительного элемента (мембраны) датчика соответствует минимальному измеряемому уровню среды в резервуаре.

Гидростатические уровнемеры применяются для однородных жидкостей в емкостях без существенного движения рабочей среды. Они позволяют производить измерения в диапазоне до 250 кПа, что соответствует (для воды) 25 метрам, с точностью до 0,1% при избыточном давлении до 10 МПа и температуре рабочей среды: – 40. +120 °С. Гидростатические уровнемеры могут использоваться для вязких жидкостей и паст. Важным достоинством гидростатических уровнемеров является высокая точность при относительной дешевизне и простоте конструкции.

Буйковые уровнемеры.

Метод определения уровня по выталкивающей силе действующей на погруженный в рабочую жидкость буек используют буйковые уровнемеры . На тонущий буек действует в соответствии с законом Архимеда выталкивающая сила, пропорциональная степени погружения и, соответственно, уровню жидкости. Действие этой силы воспринимает тензопреобразователь, либо индуктивный преобразователь, либо заслонка, перекрывающая сопло.

Буйковые уровнемеры предназначены для измерения уровня в диапазоне – до 10 м при температурах – 50. +120 °С (в диапазоне +60..120 °С при наличии теплоотводящего патрубка, при температурах 120. 400 °С приборы работают как индикаторы уровня) и давлении до 20 МПа, обеспечивая точность 0,25. 1,5%. Плотность контролируемой жидкости 0,4. 2 г/см3.

Буйковые уровнемеры часто применяются для измерения уровня раздела фаз двух жидкостей. Возможно, также, их использование для определения плотности рабочей среды при неизменном уровне.

Бесконтактные методы измерения уровня

Ультразвуковые уровнемеры.

Ультразвуковые уровнемеры обеспечивают бесконтактное измерение уровня. Точность показателей не зависит от свойств измеряемого продукта (например, от диэлектрической постоянной, проводимости, плотности или влажности). Ульразвуковые уровнемеры в некоторой степени нечувствительны к налипанию продукта за счет эффекта самоочистки, вызванного вибрацией диафрагмы сенсора.

По принципу действия акустические уровнемеры можно подразделить на локационные, поглощения и резонансные. В локационных ультразвуковых уровнемерах используется эффект отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела жидкость — газ, в связи с чем они получили название ультразвуковых. Положение уровня определяется по времени прохождения ультразвуковых колебаний от источника до приемника после отражения их от поверхности раздела. В уровнемерах поглощения положение уровня определяется по ослаблению интенсивности ультразвука при прохождении через слои жидкости и газа. В резонансных уровнемерах измерение уровня производится посредством измерения частоты собственных колебаний столба газа над уровнем жидкости, которая зависит от высоты уровня.

Ультразвуковой метод характерен очень малым подводом теплоты в контролируемую среду, поэтому может быть использован в криогенной технике. Однако метод применим только на жидкостях со спокойной поверхностью, т.е. исключаются кипящие жидкости и криостаты с загруженным внутренним объемом.

Ультразвуковые уровнемеры предназначенны для измерения уровня жидкостей (в том числе агрессивных), а также сыпучих и кусковых материалов при температуре от -50 до 170 °С при давлении до 4 МПа. Пределы измерения уровня от 0,4 до 30 м, основная погрешность равна ±0,5% и более.

Радарные (СВЧ) уровнемеры.

Микроволновые радарные уровнемеры – наиболее сложные и высокотехнологичные средства измерения уровня. Для зондирования рабочей зоны и определения расстояния до объекта контроля здесь используется электромагнитное излучение СВЧ диапазона. В настоящее время широко используются два типа микроволновых уровнемеров: импульсные и FMCW (frequency modulated continuous wave).

Импульсные микроволновые уровнемеры излучают сигнал в импульсном режиме, при этом прием отраженного сигнала происходит в промежутках между импульсами исходного излучения. Прибор вычисляет время прохождения прямого и обратного сигналов и определяет значение расстояния до контролируемой поверхности.

В уровнемерах FMCW происходит постоянное непрерывное излучение линейно частотно модулированного сигнала и, одновременно, прием отраженного сигнала с помощью одной и той же антенны. В результате на выходе получается смесь сигналов, которая анализируется с применением специального математического и программного обеспечения для выделения и максимально точного определения частоты полезного эхо-сигнала. Для каждого момента времени разность частот прямого и обратного сигналов прямопропорциональна расстоянию до контролируемого объекта.

Обычно, рабочая частота радарных уровнемеров независимо от типа варьирует от 5,8 до 26 ГГц. Чем более высокая частота, тем более узкий «луч» и тем выше энергия излучения, а, следовательно, сильнее отражение. Поэтому высокочастотные уровнемеры позволяют производить измерения уровня сред с низкой диэлектрической проницаемостью и, следовательно, слабой отражательной способностью. Они, также, удобны в емкостях, где присутствует различное оборудование, сокращающее свободную зону для работы радара. Вместе с тем, высокочастотные уровнемеры более чувствительны к таким явлениям как запыленность, испарения, волнение поверхности рабочей среды, налипание частиц среды на поверхность антенны вследствие более интенсивного рассеивания сигнала. В подобных условиях лучше работают уровнемеры с частотой более 90 ГГц.

Другой важной характеристикой влияющей на формирование сигнала является размер и тип антенны. Различают следующие типы антенн: рупорная (коническая), стержневая, трубчатая, параболическая, планарная. Чем больше размер антенны, тем более сильный и узконаправленный сигнал она излучает и, в тоже время, тем лучше прием отраженного сигнала.

Наиболее универсальный тип антенны – рупорная. Она применяется, как правило, в больших емкостях, позволяет работать с широким спектром сред по диэлектрической проницаемости, применима в сложных условиях и обеспечивает диапазон измерения до 35. 40 м. (в условиях спокойной поверхности).

Стержневая антенна применяется в небольших емкостях с химически агрессивными средами или гигиеническими продуктами, а также в случае, когда доступ в емкость ограничен малыми размерами патрубка. Диапазон измерения – до 20 м. Поверхность стержневой антенны покрыта слоем защитной изоляции.

Трубчатая антенна представляет собой надстроенный удлиненный волновод. Она позволяет формировать наиболее сильный сигнал за счет снижения рассеивания и используется в особо сложных случаях при наличии сильного волнения поверхности среды или большого слоя густой пены либо для случая сред с низкой диэлектрической проницаемостью. Трубчатая антенна применима для небольшого диапазона измерения уровня.

Планарный и параболический типы антенн обеспечивают особо высокую точность до ±1 мм и применяются в системах коммерческого учета.

Радарные уровнемеры — наиболее универсальные средства измерения уровня. Не имея непосредственного контакта с контролируемой средой, они могут применяться для агрессивных, вязких, неоднородных жидких и сыпучих материалов. От ультразвуковых бесконтактных уровнемеров их выгодно отличает гораздо меньшая чувствительность к температуре и давлению в рабочей емкости, к их изменениям, а также большая устойчивость к таким явлениям как запыленность, испарения с контролируемой поверхности, пенообразование. Радарные уровнемеры обеспечивают высокую точность измерения уровня, что позволяет использовать их в системах коммерческого учета. Вместе с тем существенным лимитирующим фактором применения радарных уровнемеров остается высокая стоимость данных приборов.

Для любого метода измерения уровня характерен набор технических реализаций, расширяющийся с развитием технологий и измерительной техники.

Классификация приборов измерения уровня

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 в промышленном использовании получили следующие виды уровнемеров: буйковые, пьезометрические, гидростатические, поплавковые, и ёмкостные.

Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на изме-рении перемещения буйка или силы гидростатического давления, действующей на буёк.

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 давле-ниях (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 её уровня. 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.

Поплавковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на из-мерении 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, повы-сить надёжность, измерять уровень в резервуарах под давлением.

Ёмкостной уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на раз-личии 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.

Менее распространены акустические, магнито-стрикционные, радиоизотопные, вибрационные уровнемеры.

Измерительный преобразователь. Виды и устройство. Работа

Измерительный преобразователь – специальное устройство, которое преобразует величину неэлектрического характера в электросигнал, а также наоборот. К преобразователям также относятся приборы, переводящие измеряемый параметр в иную величину, который будет удобным для исследования, преобразования, в том числе сохранения и передачи. Эти приборы необходимы во многих сферах, поэтому они получили значительное распространение. Так, к примеру, чтобы создать систему дистанционного контроля траты тепла или воды в ЖКХ требуются преобразователи импульсов в ток или напряжение. Счетчики создают импульсы, которые впоследствии преобразуются в электрическую величину.

Виды

Преобразователи можно поделить на целый перечень устройств:
  • Квантовые.
  • Ионизирующего излучения.
  • Оптоэлектронные.
  • Адсорбционные.
  • Электрохимические.
  • Индук­ционные.
  • Тепловые.
  • Электромагнитные.
  • Гальваномагнитные.
  • Емкостные.
  • Механиче­ские упругие.
  • Пьезоэлектрические.
  • Резистивные и так далее.
Также преобразователи можно классифицировать по целому ряду признаков:
  • По виду выходного сигнала.
  • По физическим закономерностям, которые используются для проведения измерений.
  • Функции преобразования и так далее.
Устройство

Имеется достаточно обширное разнообразие из­мерительных устройств. Однако вне зависимости от их видового разнообразия у всех у них имеется первичный измерительный преобразователь, который и проводит измерение величины. Как раз его, в конечном счете, и необходимо измерить, но величина на выходе должна быть уже в электрическом виде.

  • Измеряемая величина воздействует на чувствитель­ный орган, который имеет свое наименование – датчик. Это отдельный элемент, который находится в месте измерений и выполняет функции первичного преобразователя.
  • Далее находится промежуточный преобразователь, который переводит сигнал в удобную для восприятия величину. На них может быть возложены различные обязанности;
Читать еще:  Кладка печи своими руками: подробное руководство порядовки со схемами и чертежами

— масштабно-временное преобразование;
— цифро-аналоговое преобразование;
— масштабное преобразование;
— изменение величины;
— функциональное преобразование и так далее.

Однако следует учитывать, что в цепи могут находиться сразу несколько первичных преобразователей.

Типичным представителем преобразователя является тензорезистор. Это устройство имеет чувствительную часть, выполненную из специального тензочувствительного материала. Он крепится с помощью пайки на изделии. Для возможности преобразования от чувствительного элемента отходят выводные проводники, которые подключаются к электрической цепи. Ряд подобных устройств имеют дополнительно подложку, которая находится между изделием и чувствительной частью. Может быть установлена и защита, которая расположена поверх чувствительного элемента.

В результате типичный тензопреобразователь включает следующие элементы: чувствительный элемент, элемент связки, само изделие, подложку, узел пайки, защиту и выводные проводники.

Принцип действия

Понять принцип действия преобразователя можно на примере электронных весов. Именно в таких приборах работает измерительный преобразователь, который переводит величину силы тяжести, то есть вес какого-нибудь измеряемого изделия, в понятную для восприятия величину. Просто положив на весы небольшую запасную часть от машины, можно будет с точностью до граммов узнать его массу. В весах в качестве преобразователя работает тензометрический датчик.

Принцип действия весов объясняется измерением веса, который действует на тензодатчик. В процессе преобразования измеряется деформация, которая соответственно переводится в электрический сигнал. Последний поступает на монитор или иной элемент, с которого можно прочитать показания измеренной массы.

В основе функционирования тензодатчика используется тензоэффект, который кроется в смене сопротивления проводников во время деформации. То есть при изменении длины проводника изменяется и сопротивление.

Тензометрические преобразователи применяются не только в весах, но и во многих других устройствах.

При помощи них измеряются и исследуются:
  • Деформации в изделиях, в том числе свойства материалов.
  • Для получения величин, которые образуются в результате деформации соответствующего элемента.

В целом современные преобразователи получили большое распространение, ведь они удобны в управлении, имеют небольшой вес и габариты. Благодаря таким устройствам пользователь может дистанционно отслеживать все необходимые показатели.

Пьезоэлектрические преобразователи работают на базе обратного и прямого пьезоэлектрического эффектов. При механи­ческом действии на диэлектрики наблюдается их электрическая поляризация. При обратном действии в диэлектриках появляются напряжения или меняются их размеры.

Электромеханические преобразователи работают под действием тока, вследствие чего они начинают перемещаться. Гальваномагнитные преобразователи работают по принципу воздействия на них магнитного поля. Индукционные преобразователи действуют благодаря электро­магнитной индукции.

Электрохимические преобразователи действуют на принципах электродной системы и электролитической ячейки. Так при падении изменении напряжения или иного параметра в ячейке происходит изменение другой характеристики: индуктивность, емкость или сопротивлением. Базируясь на этих принципах, появляется возможность измерения температуры, давления и многих других требуемых величин.

Оптоэлектронные преобразователи работают на принципе преобразо­вания ультрафиолетовых и тепловых излучений. Преобразование данных в подобных устройствах может происходить различными способами: за счет изменения мощности излучения, модуляции оптического канала и так далее.

Применение

Измерительный преобразователь находит широчайшее применение. Такие устройства применяют на многих производствах, лабораториях и даже в быту. Это могут быть сложные приборы, которые собирают многочисленную информацию с датчиков или же простые устройства в виде домашних кухонных весов.

Можно назвать следующие области:
  • Металлургическая промышленность.
  • Нефтянка.
  • Химическая и газовая промышленность.
  • Научные и лабораторные установки.
  • Медицина.
  • Фармакология.
  • Геология.
  • Атомная промышленность.
  • Энергетика.
  • ЖКХ и так далее.

На любом производстве, где требуется наблюдение или регулирование технологического процесса, не обойтись без преобразователя. Такие преобразователи часто используются в специальных измерительных приборах, которые применяются для обработки сигналов:

  • Портативные измерительные приборы, к примеру, для получения показателей параметров воды или грунта.
  • Щитовые приборы, которые имеются практически в каждом здании.
  • Регистраторы и самописцы. Это сложнейшие приборы, которые отслеживают происходящие вокруг изменения и сохраняют все в памяти.
  • Цифровые преобразователи.
  • Весовые дозаторы, конвейерные и кухонные весы и так далее.

Как выбрать измерительный преобразователь

Измерительный преобразователь рекомендуется подбирать по следующим принципам:

  • Какой на выходе получается сигнал: цифровой или аналоговый? Именно этот сигнал будет выводиться на монитор или иной элемент, с которого будет считываться информация. Аналоговые преобразователи являются уже устаревшими устройствами, однако они до сих пор применяются. Дело в том, что бурный толчок их развития и производства пришелся на 1980-е года прошлого века.

Благодаря ним были налажены многие производства и области промышленности. В результате появились новые производства, которые были заточены на производство именно этих аналоговых преобразователей. Поэтому они и сегодня выпускаются, ведь они дешевы и весьма распространены.

Тем не менее, на смену им приходят цифровые устройства, они на порядок дороже по стоимости, но считаются более перспективными устройствами:

— они обеспечивают высокую степень передачи информации, точность и быстродействие;
— у них высокая электробезопасность;
— простота реализации;
— их можно интегрировать в различные современные системы телемеханики.

Некоторые современные преобразователи могут иметь одновременно и цифровые и аналоговые выходы.

  • Условия эксплуатации. Почти все преобразователи могут использоваться в широком диапазоне температур, но некоторые устройства могут иметь ограничения. При изменении температуры примерно на десять градусов может появиться погрешность примерно в 0,4%. Также возможны погрешности, которые связаны с влиянием магнитного поля, действующего в месте проведения измерения.

Поэтому при выборе необходимо определиться, какие задачи, в конечном счете, будет решать измерительный преобразователь.

  • Преобразователь должен обеспечивать необходимую точность измерения. Поэтому у него должен иметься межповерочный интервал, проводиться проверка или калибровка. К примеру, для измерительных устройств межповерочный интервал равняется одному году. Для цифровых преобразователей данный интервал находится в пределах 4-6 лет.
  • Учитывая все вышеперечисленное, измерительный преобразователь следует подбирать с учетом его основных технических характеристик: быстрота действия, погрешность проводимых измерений, назначение, метод передачи полученной величины и так далее.

Уровнеметрия. Классификация приборов для измерения уровня

Задача уровнеметрии — измерения уровня — является широко распространенной, очень важной для управления различными технологическими процессами в самых разных отраслях промышленности.

К применяемым для измерения уровня приборам предъявляются, в основном, два требования: в одном случае тре­буется производить непрерывное измерение уровня, в другом — только сигнализировать о том, что достигнуто определённое значение уровня.

Приборы для непрерывного слежения за уровнем принято называть уровнемерами, приборы для сигнализации о предельных значениях уровня — сигна­лизаторами уровня.

Все приборы для измерения уровня (уровнемеры и сигнализаторы) можно классифицировать по принципу действия, в основу которого берутся различные физические методы.

1. Визуальные приборы измерения уровня (указатели уровня) действие которых основано на принципе сооб­щающихся сосудов.

2. Поплавковые приборы измерения уровня — в которых для измерения уровня используется попла­вок или другое тело, находящееся на поверхности контролируемой среды.

3. Буйковые приборы измерения уровня — в которых для измерения уровня используется массивное тело (буёк), частично погружаемое в контролируемую среду.

4. Гидростатические приборы измерения уровня — действие которых основано на измерении гидростатического давления столба жидкости.

5. Емкостные приборы измерения уровня — действие которых основано на том, что диэлектриче­ская проницаемость водных растворов солей, кислот и щелочей отличается от диэлектрической проницаемости воздуха либо водных паров.

6. Ультразвуковые приборы измерения уровня — действие которых основано на принципе отражения звуковых волн от поверхно­сти контролируемой среды.

7. Радарные (микроволновые) приборы измерения уровня — в основу действия которых заложен принцип отражения электромагнитного сигнала высокой частоты от поверхности контролируемой среды.

8. Радиоизотопные приборы измерения уровня — основанные на использовании интенсивности потока ядерных излучений, зависящих от уровня контролируемой среды.

ИУБ-1К уровнемеры бесконтактныеБПУ-1КМ сигнализаторы уровня бесконтактные

Использование всего многообразия методов измерения позволяет контролировать уровень самых разных сред: жидких (чистых, загрязнённых), пульп, вязких, твёрдых сыпу­чих различной дисперсности.

При выборе типа уровнемера приходится также учитывать и другие физические и химические свойства контролируемой сре­ды, которые могут повлиять на ход процесса контроля или на работоспособность самого прибора: температура, давление, абразивные свойства, взрыво­опасность, вязкость, электрическая прово­димость, химическая агрессивность и другие.

Приборы для измерения уровня

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,

Расчет массы грузов для буйковых уровнемеров:

для раздела фаз

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.

Читать еще:  Как подобрать шторы

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

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:

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

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.

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.

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).

Преобразователь давления. Общая информация

Преобразователь давления — измерительный прибор, предназначенный для непрерывного измерения давления различных сред и последующего преобразования измеренного значения в унифицированный выходной сигнал по току или напряжению. Преобразователи давления часто называют датчиками давления. Давление определяется как единица силы создаваемая на единицу площади поверхности. В системе СИ единицей измерения давления является Паскаль (Па). Один Паскаль равен силе в один Ньютон, приложенной на площадь в один квадратный метр (Па = Н / м²).

В зависимости от вида измеряемого давления, преобразователи давления делятся на несколько видов.

Преобразователи избыточного давления

Данные преобразователи измеряют давление, создаваемое какой-либо средой относительно атмосферного давления. Этот тип преобразователей давления является самым распространенным и применяется практически во всех отраслях промышленности: ЖКХ, энергетика, водоподготовка, водоочистка, системы отопления, кондиционирования и вентиляции, пищевая промышленность, химия и др.

Для измерения избыточного давления воды, пара, нейтральных жидкостей и газов ООО «КИП-Сервис» предлагает датчик давления общепромышленного назначения PTE5000. Данные датчики широко применяются российскими предприятиями для измерения давления воды в системах котельной автоматики, системах водоснабжения и водоотведения, ЖКХ и других системах, где на первом плане стоит невысокая стоимость оборудования.

Преобразователи абсолютного давления

Данные преобразователи измеряют давление, создаваемое какой—либо средой относительно абсолютного разряжения (вакуума). Эти датчики давления не так широко распространены, и используются в основном в химической промышленности. В ассортименте датчиков ООО «КИП-Сервис» преобразователи абсолютного давления представлены серией преобразователей давления CER-8000 и CER-2000 голландской фирмы KLAY-INSTRUMENTS BV, выполненные в корпусе из нержавеющей стали, что актуально именно для химической промышленности. Следует отметить, что данные серии датчиков давления, в зависимости от модификации, могут применяться для измерения и других видов давления.

Преобразователи вакууметрического давления (разряжения)

Эти датчики измеряют уровень разряжения (вакуума) относительно атмосферного давления. На сегодняшний день вакуумные процессы находят широкое применение в таких отраслях, как пищевая промышленность (вакуумная упаковка, вакуумный транспорт), металлургическая промышленность и производство РТИ (литье под вакуумом), автомобилестроение и др.

Преобразователи гидростатического давления (гидростатические уровнемеры)

Данные преобразователи представляют собой разновидность датчиков избыточного давления, в том случае, когда последние применяются для измерения гидростатического уровня жидкостей. Преобразователь фактически измеряет давление столба жидкости над ним. Для применения в водоканалах и системах водоочистки в номенклатуре ООО «КИП-Сервис» представлены погружные гидростатические датчики уровня Hydrobar производства фирмы KLAY-INSTRUMENTS BV.

Как было сказано выше, единицей измерения давления в системе СИ является «Паскаль» (Па). На практике в промышленности широко применяются и другие единицы измерения, кроме «Па» наиболее распространенными являются «bar» (бар), «м.в.с.» (метр водяного столба) и «кгс/см²» (килограмм-сила на сантиметр квадратный), а также производные этих единиц: «мбар» (миллибар), «кПа» (килопаскаль), «МПа» (мегапаскаль).

Таблица перевода популярных единиц измерения давления

ЕдиницыПакПаМПакгс/см²мм рт.ст.мм вод.ст.бар
1 Па110 –310 –610,197 16
х 10 –6
0,007 500 620,101 971 60,000 01
1 кПа1 000110 –30,010 197 167,500 62101,971 60,01
1 МПа1 000 0001 000110,197 167 500,62101 971,610
1 кгс/м 29,806 659,806 65
х 10 –3
9,806 65
х 10 –6
0,000 10,073 555 9198,066 5
х 10 –6
1 кгс/см 298 066,598,066 50,098 066 51735,55910 0000,980 665
1 мм рт.ст. (при 0 °C)133,322 40,133 322 40,000 133 322 40,001 359 51113,595 10,001 332 24
1 мм вод.ст. (при 0 °C)9,806 659,807 750
х 10 –3
9,806 65
х 10 –6
0,000 10,073 555 9198,066 5
х 10 –6
1 бар100 0001000,11,019 716750,06210 197,161

Конструкция преобразователей давления

На рисунке снизу приведена общая схема конструкции преобразователей давления. В зависимости от типа датчика, производителя прибора и особенностей применения, конструкция может меняться. Данная схема предназначена для ознакомления с основными элементами типового измерительного преобразователя давления.

  1. Кабельный ввод: Эта часть преобразователя давления используется для герметичного ввода электрического кабеля в датчик. Как правило, используется сальниковый ввод типа PG9, но встречаются и другие варианты подсоединения (например PG16, M20x1,5).
  2. Клеммы: Клеммы необходимы для физического подключения электрических проводов к датчику. На сегодняшний день подавляющее большинство преобразователей давления используют 2-проводную схему подключения с выходным сигналом 4…20 мА.
  3. Плата питания / искорзащиты: Данная плата осуществляет распределение электрической энергии между электронными компонентами датчика. У преобразователей во взрывобезопасном исполнении на данной плате реализуется функция искрозащиты. У недорогих датчиков давления (например, PTE5000), как правило, плата питания и преобразовательная плата совмещены.
  4. Корпус электроники: Часть датчика давления, в которой расположены плата питания и преобразовательная плата. У преобразователей низкой ценовой категории (WIKA, BD Sensors) корпус электроники и корпус собственно датчика представляют одно целое. Наличие отдельного корпуса для электроники характерно только для высококачественных преобразователей давления (например KLAY-INSTRUMETNS, EMERSON, VALCOM, YOKOGAWA).
  5. Преобразовательная плата: Это одна из самых важных частей преобразователей давления. Данная плата осуществляет преобразование сигнала от первичного сенсора в унифицированный электрический сигнал по току или по напряжению.
  6. Корпус датчика: Основная механическая часть, представляющая собой собственно тело преобразователя.
  7. Провода и атмосферная трубка: Провода, как правило, представляют собой кабельный шлейф, соединяющий выводы сенсора и преобразовательную плату. Атмосферная трубка используется в датчиках избыточного и вакууметрического давления для осуществления связи чувствительного элемента (сенсора давления) с атмосферным давлением.
  8. Технологическое соединение: Эта часть преобразователей давления используется для физического подключения датчика к процессу (к трубопроводу, емкости, аппарату). Наиболее распространенным соединением является резьбовое манометрическое подсоединение G1/2″ по стандарту DIN 16288 и резьба М20х1,5. Также широко встречаются соединения G1/4″, G1″, фланцевые соединения. В пищевой промышленности распространены специальные санитарные соединения, например молочная гайка DIN 11851, DRD-фланец, хомуты Tri-clamp. В ассортименте ООО «КИП-Сервис» есть специальные преобразователи давления для применения в пищевой (молочной, пивоваренной) промышленности. Это приборы производства KLAY-INSTRUMENTS BV — датчики давления серии 8000-SAN и интеллектуальные датчики давления серии 2000-SAN, которые полностью удовлетворяют всем требованиям пищевой промышленности по гигиене, точности измерений и температурным режимам.

На рынке существует 4 основных типа сенсоров, основанных на тензорезистивном методе преобразования, которые используют все существующие производители преобразователей давления. Рассмотрим каждый тип отдельно.

Типы сенсоров

1. Толстопленочные сенсоры на металлической/керамической мембране

Данный тип тензорезистивных сенсоров является самых дешевым, и, как следствие, широко используется для производства недорогих преобразователей давления неагрессивных сред (вода, воздух, пар).

Толстопленочные сенсоры обладают следующими особенностями:

  • Самое недорогое решение;
  • Низкая точность — 0,5% или 1%;
  • Измерение только высокого давления — от 1 бар и выше;
  • Низкий запас по перегрузке, не более 2-кратной;
  • Отсутствие термокомпенсации.

2. Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране

Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране были разработаны специально для применения в составе преобразователей высокого (более 100 бар) давления. Они обеспечивают хорошую линейность и повторяемость при работе с высокими значениями давления.

Особенности тонкопленочных сенсоров:

  • Применяются только для высоких давлений — от 6 бар;
  • Точность — не более 0,25%;
  • Низкий запас по перегрузке, не более 2-х, иногда 4-кратной;
  • Отсутствие термокомпенсации.

3. Керамические тензорезистивные сенсоры

Данный вид сенсоров используется для высокоточного измерения давления сред, не агрессивных к материалу керамики (как правило Al2O3), кроме пищевых продуктов (т. к. необходимо использование уплотнителя сенсора) и вязких сред. Данный тип сенсоров используют практически все ведущие производители преобразователей давления.

  • Применяются для измерения как низкого так и высокого давления;
  • Высокая точность — до 0,1%;
  • Средняя устойчивость к перегрузкам;
  • Шероховатая поверхность (нежелателен контакт с пищевыми средами).

4. Кремниевые тензорезистивные сенсоры

Кремниевые тензорезистивные сенсоры широко применяются всеми ведущими производителями преобразователей давления в сочетании с защитной разделительной мембраной из нержавеющей стали (или других химически стойких сплавов) для высокоточного измерения давления различных сред. Использование сварной разделительной мембраны из нерж. стали позволяет применять данный тип сенсоров в пищевой промышленности и для вязких сред.

  • Применяются для измерения как низкого, так и высокого давления;
  • Высокая точность — до 0,1%;
  • Высокая устойчивость к перегрузкам.

Руководитель отдела маркетинга ООО «КИП-Сервис»
Стариков И.И.

Средства измерения уровня и регулирования уровня

Технологические и коммерческие процессы и учёт, их расчет, оптимизация и эффективность зачастую требуют обеспечения таких задач, как, например, определение количества продаваемых и/или хранящихся жидких или сыпучих субстанций, обеспечение безопасности с целью избежать перенаполнения и перелива резервуаров и, наоборот, утечек, равномерность подачи материалов, уточнение сроков пополнения запасов и т.д. Средством их решения является измерение и регулирование уровня рабочей среды. Жидкость или сыпучее тело заполняет специальный прибор (аппарат) на определенную высоту, которая и называется уровнем. Данная высота ‒ это технологический параметр, «уровень рабочей среды», необходимый для получения информации таких важных показателей, как уровень, объём и масса жидкости или сыпучей среды в резервуаре, для контроля работы самого технического прибора измерения.

Требования промышленного технологического учета ежегодно становятся более строгими, а в системе учёта резервуарного хранения измерение уровня ‒ это ключевой параметр наряду с измерением давления, температуры и т.п..

Количество продукции измеряется в единицах массы и / или объёма, а измерение уровня происходит, как правило, в единицах длины, и приборы, измеряющие уровень, называются уровнемерами.

В зависимости от данных, которые необходимо получить от уровнемера и от того, какого вида измерения необходимы (масса сырья или продукта, дискретный контроль, предотвращение перелива, срок пополнения ёмкости хранения или же просто поддержание определенного объема и т.д.), средства для измерения и регулирования уровня используют разнообразные физические (ёмкостные, поплавковые, ультразвуковые, радиоволновый, электроконтактный, гидростатический) методы определения и контроля уровня для различных жидких сред, нефтепродуктов и разных дисперсных сыпучих сред.

Сама измеряемая среда, её физическая и химическая специфика (абразивность, вязкость, нейтральность или агрессивность, электрическая проводимость), а также окружающие её условия в самом резервуаре (температура, пневматические или механические способы заполнения / опорожнения, взрыво- и пожароопасность, наличие вакуума, давление, наличие замешивающего устройства и др.) несомненно влияют на выбор уровнемера (средства для измерения, контроля и регулирования уровня).
Иногда требуется постоянно производить измерения, а иногда ‒ достаточно только просигнализировать об определенном значении предельного параметра.

Купить оборудование для измерения, контроля и регулирования уровня можно в нашей компании. ООО «НПФ «РАСКО» является официальным дилером таких лидеров в производстве данных приборов, как «Контакт‒1», ООО «НПФ «ОВЕН-К» и генеральным дилером ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника». А проконсультировать и подобрать уровнемеры Вам помогут наши технические специалисты.

Ждем Ваших заявок!

Купите необходимый Вам товар. Для этого перейдите на страницу с его описанием и нажмите кнопку
«Добавить товар в заявку».

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×