6.1. Измерение уровня воды

В гидромелиорации используются приборы для измерения уровня воды. По характеру выходной величины различают уровнемеры с плавным выходом, предназначенные для непрерывного измерения, и с релейным выходом, называемые уровнемерами-сигнализаторами.

Широко применяются в мелиорации поплавковые уровнемеры, чувствительным элементом которых является поплавок. При изменении уровня жидкости перемещение поплавка с помощью системы тросов или рычагов передается на преобразующий элемент. Как преобразователи используются механические роликовые счетчики, индуктивные преобразователи, сельсинные устройства и контактные системы.

Основные технические данные поплавковых уровнемеров приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические данные поплавковых уровнемеров

Для дистанционной передачи измерений используют сельсины, работающие в режиме синхронной связи. Уровнемер УМ-2-30-04БТ-01 состоит из сельсинного датчика уровня ДСУ-1 и универсального сельсинного указателя УСП-1. Сельсины представляют собой индукционные электрические машины, имеющие две обмотки: однофазную (обмотку возбуждения) и трехфазную (синхронизации) При одинаковых положениях обмоток синхронизации датчика ДСУ-1М и приемника УСП-1М относительно обмоток возбуждения индуктируемые ЭДС равны по величине и направлены встречно. В результате ток в цепи трехфазных обмоток отсутствует.

При изменении уровня ротор сельсина-датчика ДСУ-1 поворачивается на некоторый угол, ЭДС в трехфазных обмотках сельсинов окажутся различными и возникает уравнительный ток. Взаимодействие результирующих магнитных истоков роторов и обмоток возбуждения создает на осях роторов синхронизирующие моменты, что вызывает поворот ротора УСП-1 М на тот же угол, на который был повернут сельсин датчика, т. е. до уравновешивания ЭДС трехфазных обмоток и исчезновения уравнительных токов.

Для дистанционного измерения перепада уровней используется комплект приборов ДСУ-1М — УСПМ-2М. Сельсинные датчики уровня УСП-1 устанавливаются соответственно в верхнем и нижнем бьефе. Как сельсин-приемник применяют устройство с дифференциальным сельсином ДСУ-2М, который имеет трехфазные обмотки в роторе и статоре Трехфазные обмотки сельсинов-датчиков подключены соответственно к обмоткам ротора и статора дифференциального сельсина-приемника УСП-2М.

В результате взаимодействия магнитных потоков обмоток ротора и статора ротор поворачивается до тех пор, пока не совпадут результирующие векторы магнитных потоков обеих трехфазных обмоток. В свою очередь распределение токов в обмотках сельсина-приемника зависит от положения роторов сельсинов-датчиков, определяемых уровнями воды в бьефах. Поэтому угол поворота ротора сельсина УСП-2М пропорционален перепаду уровней в бьефах. Конструктивно дифференциальный сельсин-приемник УСП-2М оформлен также, как и УСП-1 М. Диапазон измерения уровнемеров типа ДСУ-УСП зависит от длины тросов и может достигать 20 м.

Буйковые уровнемеры работают на ареометрическом принципе Входным параметром датчика уровнемера является действующая на буек сила, величина которой пропорциональна глубине погружения буйка в жидкость. Промышленностью выпускаются буйковые уровнемеры с унифицированными электрическими выходными сигналами в виде постоянного тока 0—20 и 0—5 мА и выходом в виде давления воздуха.

На рисунке 6.1 показана принципиальная электрическая схема уровнемера УБ-Э. Выталкивающая сила, действующая на буек 1, через подвижную опору 2 и систему рычагов 3 перемещает плунжер о в катушке рассогласования 7. Сигнал рассогласования подается на вход полупроводникового усилителя 11, к выходу которого подключена подвижная катушка 9 с магнитоэлектрической обратной связью ОС. Сила взаимодействия катушки 9 с магнитом 10 через рычаг 8 компенсирует выталкивающее действие жидкости на буек я система приходит в равновесие. Унифицированный сигнал постоянного тока снимается с выходного усилителя у и может использоваться для дистанционного измерения или в системе автоматического регулирования Рычаг 5 с навинченным противовесом служит для начального уравновешивания веса буйка, т. е. установки нуля. Мембрана 4 применяется для разделения измерительной части прибора и буйка, выпускаемые уровнемеры имеют предел измерения от 0— 20 до 0—16000 мм, который определяется габаритами буйка. Масса буйка от 2,6 до 5,3 кг, а длина от 40 до 16000 мм.

Рис. 6.1. Принципиальная схема уровнемера УБ-Э:

1 — буек; 2 — подвижная опора; 3 — система рычагов; 4 — мембрана; 5 и 8 — рычаги; 6 — плунжер; 7 — катушка неподвижная; 9 — катушка подвижная; 10 — магнит; 11 — полупроводниковый усилитель; ОС — сигнал обратной связи; У — усилитель.

Разновидностью буйковых уровнемеров являются дистанционный индикатор уровня ДПУ-СЧА и сигнализатор уровня СУЖ. Индикатор уровня ДПУ-СЧА имеет дифференциально-трансформаторный преобразователь и предназначен для работы совместно с дифференциально-трансформаторным вторичным прибором. В зависимости от модификации диапазон контролируемых уровней составляет 0 — 630; 0 — 1000; 0 — 1600 мм.

Сигнализатор уровня типа СУЖ с электроконтактным выходом служит для сигнализации изменения уровня воды в диапазоне до 45 мм.

Принцип действия емкостных уровнемеров основан на изменении уровня материала, частично или полностью заполняющего его межэлектродное пространство. В зависимости от условий измерений электроды преобразователя выполняются в виде стержней, пластин и тросов, которые покрываются изоляционным слоем.

Емкостные сигнализаторы уровня представляют собой электронное реле, содержащее генератор высокой частоты, в анодную цепь лампы которого включено промежуточное электрическое реле.

Для измерения уровней воды выпускаются уровнемеры с плавным выходом типов ЭИУ-2, ДУЕ-2 и релейным (типа ЭСУ и СУЭ).

Сигнализатор ЭСУ-1М работает с одним емкостным преобразователем и сигнализирует о достижении предельных высокого или низкого уровней.

Сигнализатор ЭСУ-2М работает с двумя емкостными преобразователями и информирует о трех значениях уровня; нижнем, среднем и верхнем.

Принцип действия электродных реле-сигнализаторов уровня основан на изменении сопротивления между двумя электродами или электродом и стенкой сосуда при их соприкосновении с поверхностью электропроводной жидкости. В мелиорации используются электродные регуляторы-сигнализаторы - уровня типа ЭРСУ-2 и ЭРСУ-3, применяемые с электропроводным корпусом резервуара и РУ-ЗЭ, РУ-ЗЭТ с неэлектропроводным. При достижении контролируемых уровней подается питание на катушку электрического реле, контакты которого включены в цепь сигнализации или управления. Длина стержневых электродов сигнализаторов ЭРСУ от 0,1 до 2,0 м, что соответствует их рабочему диапазону. Диапазон изменения уровней сигнализаторов РУ-ЗЭ изменяется от 0,05 до 10 м.

Действие акустических (ультразвуковых) уровнемеров основано на зависимости потерь энергии ультразвуковых колебаний от плотности среды, в которой они распространяются. Промышленностью выпускаются акустические уровнемеры ЭХО-1, имеющие унифицированный электрический выход, и реле-сигнализаторы типа Э-1М. Э-УМ, СУУЭ.

Манометрические методы измерений уровня и перепадов уровней основаны на измерении давления столба жидкости, высота которого определяется уровнем жидкости или перепадом уровней.

Рис. 6.2. Схема датчика положения затвора ДПЗ-1:

1 — звездочка; 2 и 3 — реостатные преобразователи соответственно точного и грубого отсчета; 4 — счетчик местного отсчета; 5 — мик-ровыключатель; 6 — кулачки.

В заключении отметим, что поплавковые датчики уровня используются и для измерения положения затворов. В этом случае преобразующая часть датчиков вместо поплавка кинематически сочленяется с затвором или его приводом. Наряду с этим для измерения положения затворов перегораживающих сооружений выпускаются специальные устройства типа ДПЗ-1, ДПЗ-2 и ДПМ. На рисунке представлена схема датчика положения затвора ДПЗ-1. Звездочка 1 сочленяется с винтом затвора, при перемещении которого поворачивается и с помощью зубчатых передач вращает счетчик местного отсчета 4, ползунки реостатных преобразователей точного 2 и грубого 3 отсчетов. Для сигнализации крайних положений затвора применяются микровыключатели 5, переключение которых выполняется кулачками 6. В устройстве ДПЗ-2 вместо реостатных преобразователей дистанционных измерений устанавливается телемеханический частотный преобразователь.