Измерители уровня

По характеру исходного сигнала датчики уровня можно разделить на две группы:

1. Сигнализаторы, которые фиксируют одну или несколько дискретных значений уровня.

2. Уровнемеры, которые осуществляют беспрерывное измерение уровня в заданных значениях.

В зависимости от устройства и принципа действия измерители уровня бывают водоуказывающие стекла, поплавки, мембранные, гидростатические, термогидравлические, емкостно- омические и др.

Водоуказывающие стекла сделанные в виде колонок действующих по принципу соединенных сосудов.

У поплавковых измерителей уровня чувствительным элементом является поплавок (рис.17.а) уровень погружения поплавка и его подъемная сила для одной и той жидкости остается постоянной.

На рисунке 17 показанная схема поплавкового датчика уровня. Исходным сигналом являются перемещения рычага - 1 и усиление - Q какие пропорциональные уровню в сосуд.

На судах для автоматической поддержки уровня в затратных цистернах топлива, используют поплавковое реле уровня фирм «Мобрей» «Беста» СРМ -2S.

Положительным качеством реле является то, что поплавковая часть отделена от контактной и механически не связанные между собой и находятся в кожухах из немагнитных материалов и имеют широкий диапазон регулирования.

Гидростатический преобразователь уровня рисунок (17б) с помощью мембраны - 5 измеряется высота столба жидкости в трубах - 3 и 4. В трубе 3 высота столба воды постоянная, она зависит от среза трубы в конденсационном сосуде - 1. В трубе 4, согласно принципу соединяющих сосудов устанавливается уровень одинаковый, что и в барабане котла.

Таким образом, мембрана - 5 находится под действием разности столбов, пропорциональна изменения уровня в барабане - 2. Для уменьшения действия качки судна на измерение уровня в котлах установлена пружина - 7 и груз - 6. Такие измерители имеют высокую чувствительность до 9,8ГПа.

В резервуарах с низким давлением, например в конденсаторах, постоянный уровень можно получить с помощью трубки - 7 размещенной в середине резервуара (рис.17, в) расположенной выше уровня жидкости. Через трубку постоянно протекает вода из внешнего источника. Для сведения к минимуму динамическую составляющую затрата воды должна быть небольшая.

Мембранный преобразователь уровня (рис.18.) с электрическим исходным сигналом, принцип действия которого, основанный на свойстве жидкости давить на дно танка.

Гидростатическое давление (Р) столба жидкости пропорционально его высоте (h)

Датчик (рис.19.) имеет две мембранные коробки - 2, которые состоят из двух оди-наковых мембран соединенных по диаметру между собой капиллярной трубкой - 3.

Под действием давления столба жидкости, нижняя мембранная коробка сжимается при этом воздух через капиллярную трубку переходит в верхнюю мембранную коробку к которой прикрепленный якорь - 1 дифференционного трансформаторного преобразователя. При деформации коробки якорь перемещается, при чем исходное напряжение (11_вих) преобразователя будет пропорционально уровню контролируемой жидкости.

Индуктивный поплавковый датчик уровня.

Схема датчика такого типа представлена на рис.19.

Датчик имеет поплавковую камеру - 2 изготовленную из немагнитной стали, которая соединена с резервуаром, в котором контролируется уровень жидкости.

Извне поплавковой камеры, размещенные две катушки - 1, конической формы. В средней камере находится сферический поплавок из магнитной стали, который перемещается в зависимости от уровня жидкости в камере. Перемещение поплавка приводит к уменьшению индуктивности катушек. Коническая форма катушек разрешает сдержать линейную зависимость индуктивности от положения поплавка. Рассмотренный датчик представляет собой реверсивный индуктивный преобразователь. Благодаря кольцам - 4 поплавок не может выйти из зоны катушек. Индуктивные поплавковые датчики нашли применение в автоматических системах поддержки уровня хладагента в судовых холодильных установках. На таком принципе действует поплавковый сигнализатор уровня с магнитоуправляющим контактом, которые нашли применение для контроля воды в паровых котлах. Емкостные датчики уровня используются как определение уровня диэлектрических жидкостей (топливо, масла - проницаемость 1,97-2,1) так и для электропроводных жидкостей.

На рисунке 20 представленная схема емкостного датчика уровня - 3 непроводящего жидкости в котором внешним электродом используется стенка цистерны - 4, а внутренним - металлический стержень - 1, имеющий изолирующее покрытие - 2.

Емкость такого конденсатора будет зависеть от уровня жидкости. Преобразователями такого датчика является высокая чувствительность, быстрое действие, малые габариты и масса. Недостатками такого датчика является зависимость от температуры и влажности окружающей среды, вида жидкости и примесей в ней.

Омические датчики уровня.

Принцип действия омических датчиков базируется на замыкании электрической цепи жидкостью, которая имеет малое омическое сопротивление. Согласно требованиям техники безопасности напряжения электропитания не должно превышать больше 36В.

На судах омические датчики используются для контроля за уровнями жидкости в танках и цистернах забортной воды, фекальных цистернах, системах контроля льяльних вод. Схема сигнализатора уровня представлена на рис.21.

В начальном состоянии когда жидкость в цистерне отсутствует реле Р₁ и Р₂ обесточенные. Заполнение цистерны жидкостью приведет к замыканию через электрод II. электрической цепи реле Р₁ которое своим замыкающим контактом подготовит цепь питания реле Р₂. При достижении уровня жидкости к электроду I сработает реле Р₂, которое своими контактами включит сигнализацию и даст сигнал для включения насосной установки. Снижение уровня жидкости не приведет к подключению реле Р₂ так как оно будет получать питание через свой контакт Р₂.

Датчики и приборы затрат и состава среды

Датчики расхода делятся на расходомеры и счетчики расходомеры измеряют затраты среды (жидкости или газа), счетчики для измерения количества вещества протекающего по трубопроводу за определенное время.

В зависимости от принципа действия росходомеры бывают: сменного и постоянного перепада давления, объемные счетчики и росходомеры, тахометрические и индукционные росходомеры.

Принцип работы расходомеров сменного давления основан на измерении перепада давления возникающего при протекании жидкости, пара или газа через суженное устройство установленный в середине трубопровода.

При протекании среды через обратное отверстие часть потенциальной энергии перейдет в кинематическую что вызовет повышение средней скорости в суженном отверстии. В итоге этого статическое давление после сужения будет меньшим чем перед ним. Перепад давления будет зависеть от затрат вещества. В качестве суживающих устройств используются диафрагмы.

На рисунке 22 показан трубопровод с диафрагмой. Для сужения потока могут использоваться нормальные сопла или трубки Вентури, последние называются затратомерной трубой или соплом с конусом. Диафрагма устанавливаются между двумя фланцами трубопровода. Давление измеряется до и после диафрагмы в розрезе I и П. В зависимости от затраты среды будет пропорционально изменяться и перепад давления Г.

При этом нужно выполнять следующие условия: - затраты должны изменяться медленно; - среда должна находиться в одном состоянии(жидкость, газ); - должна быть известная плотность среды.Росходомеры постоянного перепада давления ротаметры состоят из вертикальной конусной трубки - 1 в середине которой находится поплавок -2 свободно плавающий в потоке измерительной среды. В верхней части поплавка имеет косые канавки которые приводят к обращению поплавка при проходе измерительной среды. На поплавок ротаметра действует сила тяготения Р направленная вниз

p=v_ng(_Pi -р)

где:

V_n -объем поплавка;g-ускорение свободного падения;

р₁ -плотность материала поплавка;

р - плотность измерительной среды.

Подъемная сила направленная вверх сравнивается

R = (Р_{ -P₂)-F_v

где:

P1, P2 -давление жидкости до и после поплавка; F - площадь поверхности поплавка.

Перепад давления в процессе уменьшения затрат будет постоянным. При уменьшении затрат поток жидкости передвигает поплавок до тех пор, пока плоскость кольцевого разреза между поплавком и стенками конусной трубки не достигает значения равновесия в зависимости от измерительной затраты.

Q=a-K-F_k

где:

а – коэффициент расхода;

К- постоянная ротаметра:

F -площадь кольцевого разреза пропорциональная уменьшению высоты подъема поплавка.

Тахометрические расходомеры принцип действия которых основан на измерении количества протекаемой жидкости по частоте вращения крыльчатки, которая изменяется пропорционально скорости протекания жидкости.

Зависимость между угловой скоростью вращения крыльчатки и скоростью протекания жидкости и можно выразить соотношением С0=С-3

где:

с - коэффициент пропорциональности; ц - скорость протекания

Зависимость между затратой Q и скоростью протекания жидкости можно Q получить из следующего выражения

СО=С

где:

F - площадь поперечного сечения трубопровода.

Таким образом скорость вращения турбины пропорциональная затрате. На рисунке 24 показан тахометрический преобразователь турбинки -2 изготовленная из ферромагнитного материала с высокой проникновенностью и размещенная в трубопроводе - 1 в потоке измерительной жидкости. Для измерения частоты вращения в росходомере используется индукционный преобразователь частоты обращения который состоит из постоянного магнита и измерительной обмотки в которой при вращении турбинки будет приведенная ЕДС частота которая будет пропорциональная частоте вращения турбинки. С помощью такого расходомера можно измерять не только количество протекающей жидкости а и

ее затраты.