Контрольно-измерительные приборы уровня

Указательные или уровнемерные стекла. Представляют собой вертикально расположенную стеклянную трубку, в которой жидкость, как в сообщающихся сосудах, устанавливается на той же высоте, что и в аппарате. Указательные стекла применяются для местного измерения уровня в аппаратах (рис. 39).

Поплавковые уровнемеры (рис. 40). В качестве чувствительного элемента используют поплавок с меньшим (плавающий) или большим (погружной) удельным весом, чем жидкость. Изменение уровня жидкости в аппарате вызывает перемещение поплавка, которое при помощи системы рычагов, тяг и тросов передается указателю, движущемуся по шкале.

Гидростатические уровнемеры (рис. 41). Служат для измерения гидростатического давления столба жидкости, уровень которой определяется.

Основным элементом гидростатического уровнемера является датчик давления 2, установленный в нижней части резервуара 1, в котором необходимо контролировать уровень жидкости 3. При изменении уровня жидкости в сосуде датчик фиксирует изменение давления ее столба, что будет пропорционально изменению давления отображено на шкале измерительного прибора 4 в единицах измерения уровня. На рис. 42 показаны конструкция датчика давления и резервуар, оборудованный гидростатическим уровнемером.

Электрические уровнемеры. Работают на принципах преобразования значения уровня контролируемой среды в электрический сигнал. Наиболее широко распространены уровнемеры емкостные, омические и вибрационные. В электрических емкостных уровнемерах преобразователем уровня жидкости в электрический сигнал является конденсатор, обкладки которого располагаются с противоположных сторон вертикальной трубки из диэлектрика, соединенной с аппаратом подобно сообщающимся сосудам. Принцип действия их основан на различии диэлектрической проницаемости контролируемой среды (водных растворов солей, кислот, щелочей) и диэлектрической проницаемости воздуха либо водяных паров. Преобразователи бывают пластинчатыми, цилиндрическими или в виде стержня. Измерительная схема цилиндрического емкостного уровнемера приведена на рис. 43.

Цилиндрические преобразователи выполняются из нескольких труб, расположенных концентрическим образом, пространство между которыми на высоту h заполняет контролируемая жидкость. Емкость преобразователя равна сумме емкостей двух его участков – погруженного в жидкость с одной диэлектрической проницаемостью (εж) и находящегося в воздухе с другой диэлектрической проницаемостью (εср, для воздуха εср = 1). При изменении уровня жидкости емкость конденсатора, включенного в одно из плеч моста переменного тока, входящего в электронный блок 3, изменяется, и на вход вторичного4 измерительного прибора подается сигнал, пропорциональный величине измеряемого уровня. На рис. 44 показана конструкция емкостного одноканального уровнемера ИСУ-100И.

Действие электрических омических уровнемеров, применяемых для определения уровня электропроводных жидкостей, основано на измерении сопротивления между электродами соответствующей формы, введенными в жидкость. При этом сопротивление слоя жидкости между электродом и корпусом или между двумя электродами зависит от высоты уровня жидкости в аппарате. На рис. 45 показана схема включения омического уровнемера.

Прибор представляет собой электромагнитное реле 2, включаемое в цепь между электродом 1 и контролируемым материалом (жидкость, сыпучие материалы). Схемы включения могут быть различны в зависимости от типа объекта и числа контролируемых уровней. На рис. 45а для контроля одного уровня h используется один электрод, одно реле и один провод. При контроле двух уровней h1 и h2 (рис. 45б) их требуется уже по два. Вибрационные уровнемеры отличаются надежностью и широкой областью применения. Конструкция и принцип действия данных устройств снижает до минимума их восприимчивость к химическим и физическим свойствам измеряемого вещества. Также вибрационные уровнемеры показывают точные результаты при турбулентности, наличии пузырьков воздуха в жидких средах и прочих неблагоприятных условиях работы.

Вибрирующий элемент приводится в действие пьезоэлектрическим методом и вибрирует с механической резонансной частотой приблизительно 1 200 – 1 300 Гц. Пьезоэлементы закреплены механически и не подвергаются воздействию теплового удара. При погружении вибрирующего элемента в измеряемую среду частота изменяется. Это изменение частоты улавливается встроенным генератором и преобразуется в команду на переключение. На рис. 46 показано конструктивное исполнение вибрационного уровнемера СКАТ-5-Ж, предназначенного для контроля уровня жидкости в технологических емкостях.

Блок электроники оценивает разницу амплитуды и частоты колебаний камертонного резонатора в свободном и задемпфированном контролируемым материалом состоянии и выдает сигнал на вторичные приборы. Радиоактивные уровнемеры. Это приборы, измеряющие уровень жидкости, в которых управляемый поток γ-частиц посылается от одной стороны емкости к другой. Когда жидкость входит в контакт с радиоактивным потоком, она блокирует его часть, ослабляя интенсивность. Измерение уровня жидкости основано на измерении интенсивности поглощения γ-частиц при изменении уровня жидкости. Принцип работы показан на рис. 47–48.

Радиоизотоп, запаянный в капсулу, находится внутри блока излучателя (рис. 47) и излучает радиоактивный пучок, который проходит сквозь стенки емкости и через саму емкость. Пучок направляется на датчик, поле действия которого охватывает весь вертикальный диапазон уровня, который необходимо измерить. Датчик воспринимает радиационный пучок и преобразует его радиоактивную энергию в пропорциональное количество электрического тока. Уровнемер, в свою очередь, преобразует выходную электрическую мощность датчика в показание уровня. Поскольку емкость пуста, на шкале уровнемера показание низкого уровня.

Если емкость заполнена жидкостью (рис. 48), часть излучаемого пучка будет поглощаться жидкостью. Датчик будет воспринимать несколько меньший объем излучения, поэтому его выходной сигнал электрического тока снизится, а величина показания на уровнемере будет выше.

Радиоактивные уровнемеры представляют определенную опасность для обслуживающего персонала, поэтому применяют их довольно избирательно, в первую очередь, на вредных производствах, например, для контроля уровня жидкого металла. Принцип работы радиоактивного уровнемера можно пояснить с помощью схемы, изображенной на рис. 49.

Источник радиоизотопов (1) располагается с одной стороны резервуара по вертикали, а приемник (2) – с другой стороны. Интенсивность излучения радиоизотопов, фиксируемая приемником и передаваемая на индикатор (3), будет уменьшаться при увеличении уровня.