5.1. Общие сведения об автоматическом измерении уровня

Уровень как физическая величина измеряется в единицах длины системы СИ, в метрах (m - международное обозначение, м - русское обозначение). Стандарт рекомендует к использованию следующие кратные и дольные значения от единицы СИ: km - километр, международное обозначение (км - русское обозначение, cm - сантиметр (см), mm - миллиметр; µm (мкм) -микрометр, nm (нм) - нанометр.

Уровень как технологический параметр характеризует состояние и работу многих технологических аппаратов, машин, оборудования и технологических процессов в целом.

В практике осуществления автоматических измерений уровня как сыпучих материалов (руда, компоненты шихты, концентраты), так и жидких продуктов (реагенты, пульпа, вода) мы сталкиваемся с необходимостью иметь постоянную непрерывную (или дискретную) информацию об уровне в объектах контроля, отличающихся большим конструктивным разнообразием и условиями измерений. Так, например, жидкость может находиться в открытой и закрытой емкости или под давлением. Жидкость может быть агрессивной, взрывоопасной, кристаллизующейся и т. д., что создает определенные трудности при выборе метода и средства измерения уровня.

По характеру выходного сигнала все средства измерения уровня делят на сигнализаторы и уровнемеры.

Сигнализатор уровня - устройство, позволяющее осуществлять измерение (контроль) уровня в одной заданной точке или в заданных точках.

Уровнемеры осуществляют непрерывное автоматическое измерение уровня.

По принципу действия средства измерения уровня условно делят: на механические, электромеханические, электрические, радиоактивные, фотоэлектрические, акустические.

Уровень пульпы в зумпфах, камерах флотационных машин может автоматически измеряться с помощью ультразвуковых датчиков. Принцип их действия заключается в следующем. Источник ультразвуковых колебаний (1) испускает серию импульсов, которые отражаются от измеряемой среды и воспринимаются приемником излучения (2). Время прохождения ультразвукового сигнала в обе стороны (от излучателя до поверхности контролируемой жидкости и обратно до приемника излучения) преобразуется измерительным преобразователем (3), корректируется с учетом температуры (4, 5), фильтруется от помех (6) и преобразуется в токовый сигнал в блоке 7 (4 - 20 мА), пропорциональный измеряемому уровню (см. рис. 1).

Фильтрация сигнала необходима для устранения помех, возникающих вследствие работы электрических двигателей, вращения импеллеров в агитационных чанах, зумпфах, камерах флотомашин, где измеряется уровень.

Рис. 1. Структурная схема ультразвукового датчика уровня

Сигнал о текущем значении передается на дисплей (8), конструктивно расположенный вместе с элементами ультразвукового преобразователя.

Таким образом, расстояние от источника излучения до измеряемой среды определится как

l = с · t / 2,

где с - скорость ультразвука в воздухе;

t - суммарное время прохождения сигнала от источника до измеряемой среды и от среды до приемника.

Таким образом, при известной постоянной скорости ультразвука в конкретной среде (воздух) определение времени прохождения прямого и обратного излучения позволяет вычислить расстояние до поверхности.

Если ультразвук за время t проходит двойное расстояние l, следовательно, при определении расстояния от излучателя до среды схема преобразователя будет учитывать половинный временной интервал.

Для нахождения уровня нужно из высоты всей емкости L вычесть расстояние от излучателя до измеряемой среды.

h = L – l.