Приборы для измерения уровня

выше поверхности проводящей жидкости, уровень которой контролируется. Когда

жидкость достигает той точки, где оба электрода контактируют с жидкостью,

электрический ток вызывает срабатывание реле. Если требуется выявить несколько

значений уровня, используется соответствующее кратное число электродов. Для того

чтобы исключить такие эффекты, как электролиз жидкости или взрыв, применяются

постоянный ток достаточно малой величины и переменный ток.

На основе данного метода может быть легко  и экономично реализовано

определение не только предельного, но и межфазного уровня; например, достаточно

просто выявляется граница между водой и непроводящими жидкостями в разделителях

(сепараторах) масла или бензина.

Уровнемеры  этого вида предназначены для  сигнализации

уровня электропроводящих жидких сред и сыпучих сред с удельной

проводимостью более 10-3 См/м. На рис. 17, приведена схема

сигнализатора верхнего предельного уровня жидкости. В

соответствии со схемой при достижении уровнем значения h

замыкается электрическая цепь между электродом 1 и корпусом

технологического аппарата. При этом срабатывает реле 2, контакты

которого включены в схему сигнализации.

Электроды, применяемые в кондуктометрических  сигнализаторах уровня,

изготавливают из стали специальных марок или угля. Причем угольные электроды

используются только при измерении уровня жидких сред.

Кондуктометрические концевые выключатели с одно-стержневыми

электродами HR-6001 фирмы Pepperl+Fuchs

Эта серия  включает модели с электродом диаметром 4 или 6 мм. Длина

электродов диаметром 6 мм достигает 1,5 м. Для изготовления электродов применяются

различные материалы: нержавеющая сталь, Hastelloy В (NiMo28), Hastelloy С

(NiMol6Crl6Ti), титан,  тантал, а также покрытие из  политетрафторэтилена; материал

резьбовых соединителей: нержавеющая сталь, политетрафторэтилен (устойчив к

воздействию многих химикатов), полипропилен (устойчив к воздействиям кислот,

щелочей, смазок, масел и растворителей).

Принцип действия выключателя с одно-стержневыми  электродами достаточно

прост: реле электрода вырабатывает измерительное напряжение переменного тока; когда

проводящая среда устанавливает контакт с электродом, измерительная цепь замыкается и

реле электрода формирует переключательный сигнал в соответствии с выбранным

порогом чувствительности.

Кондуктометрические концевые выключатели с много  стержневыми

Рис. 17. Уровнемер

кондуктометрический

16

электродами HR-6051 фирмы Pepperl+Fuchs

Серия HR-6051 включает модели с числом электродов от 1 до 4.

Общие технические данные кондуктометрических  выключателей

v Точность: 4 мм.

v Температура контролируемого вещества: до 150ｰС.

v Рабочее давление: до 30 бар.

Основные достоинства:

v простота и прочность;

v отсутствие движущихся механических частей;

v нечувствительны к турбулентности;

v технологическим процессом допускаются высокая температура и давление;

v простая регулировка и обслуживание.

Недостатки:

v непригодны для клейких веществ и диэлектриков;

v масляные вещества могут вызывать налипание на электроды тонкого слоя

непроводящего покрытия, что может быть причиной отказа.

Концевые  выключатели на основе метода измерения  электрического поля

Взаимодействие  двух электродных стержней (или электрода  и металлической

стенки резервуара) со схемой генератора колебаний преобразователя приводит к созданию

переменного электрического поля. По мере того как уровень вещества увеличивается и

контролируемое вещество входит в контакт с электродами, колебательный контур

демпфируется. Детектор с регулируемым порогом фиксирует изменение электрического

поля и формирует соответствующий сигнал.

Этот метод  определения предельного уровня может быть реализован с

использованием стандартных электродов, применяемых для кондуктометрического или

ёмкостного методов, и используется практически для любого вещества:

• жидкостей или зернистых материалов;

• веществ с различным характером электрической проводимости (и диэлектрики,

и проводники);

• материалов, способных налипать на стержни электродов.

Метод находит  наиболее широкое применение при  определении границ раздела в

масляных или бензиновых сепараторах и отстойниках.

В качестве примера рассмотрим концевой выключатель  с одно-стержневым

электродом серии HR-6011. Этот датчик имеет электроды диаметром 4 мм или 6 мм, точка

срабатывания для разных веществ может регулироваться в соответствии с длиной

электрода. Электронная схема преобразователя обнаруживает искажения электрического

поля, вызванные изменением уровня контролируемого вещества, и преобразует их в

соответствующее изменение тока. Если сигнал соответствует превышению значения

установленного предельного уровня, выходной ток дискретно увеличивается до более чем

2,2 мА и  барьер с трансформаторной изоляцией  коммутирует выходные контакты. Этот

барьер также обнаруживает неисправности преобразователя и подводящих проводов

посредством проверки значения потребляемого тока.

Кроме описанного, поставляются устройства с двумя  электродами,

выполненными из различных материалов: нержавеющая сталь, Hastelloy В (NiMo28),

Hastelloy С (NiMol6Crl6Ti), тантал — и покрытыми политетрафторэтиленом. Основные

технические характеристики этих изделий подобны характеристикам

кондуктометрических устройств.

Датчики Pulscon, реализующие метод направленного электромагнитного

излучения

Датчики недавно  предложенной серии Pulscon работают на основе измерения

17

коэффициента отражения методом совмещения прямого и отражённого испытательных

сигналов и определения времени прохождения излученного импульса до поверхности

контролируемой среды (временного сдвига отражённого сигнала — рис. 18).

Повторяющиеся импульсы наносекундного

диапазона длительностей излучаются с

интервалом 1 мкс. Принцип измерения

напоминает ультразвуковой метод определения

уровня. Только в системе с направленным

электромагнитным излучением импульсы

распространяются не равномерно в пределах

границ диаграммы направленности, а

локализованы вдоль стержня или троса датчика,

играющего роль волновода.

Данный метод  базируется на новейших

технологиях и дополняет собой список

контактных методов измерения. Из-за

чрезвычайно низкой мощности и направленности

излучения импульсов микроволны не

рассеиваются в пространстве, поэтому применение этих устройств не требует

согласований с комитетами по радиочастотам. Благодаря низкому энергопотреблению

достаточно двухпроводной системы подключения микроволнового датчика с питанием

через информационный канал. В силу этой же причины датчики являются

взрывобезопасными, что позволяет устанавливать их во взрывоопасных зонах вплоть до

зон класса 0.

Для обеспечения  электромагнитной совместимости микроволновых  датчиков

предложен специальный метод со скачкообразной перестройкой частоты, который

позволяет обнаруживать электромагнитные помехи и маскировать их в динамическом

режиме.

Реализуемый в режиме меню пользовательский интерфейс  с простым

управлением кнопками и поддерживаемая ПК процедура задания параметров через

HART-протокол  являются стандартными для датчиков  этого типа. При этом можно

установить такие функции, как маскирование помех или запоминание характеристик для

линеаризации резервуара. Измерительный блок можно предустановить, используя

ｫсухуюｻ калибровку__________, реализуемую по технологии рlug-an-р1ау несколькими нажатиями

кнопок. Результаты многолетней исследовательской работы и многочисленных

экспериментов на базе метода tames domain reflectometry по идентификации отражённого

сигнала с целью определения положения контролируемого уровня легли в основу

программного обеспечения PulseMasterｮ.

Простой принцип  действия, гибкость установки соответствующего оборудования

и отсутствие необходимости в его обслуживании, а также относительно низкая стоимость

являются важными факторами в пользу широкого применения метода. Суммируя

приведённые данные, можно сформулировать и другие достоинства и преимущества

метода направленного электромагнитного излучения.

Основные  достоинства метода направленного  электромагнитного излучения:

v управление микроволновыми датчиками посредством меню и их калибровка

на этапе изготовления обеспечивают простой ввод в эксплуатацию;

v надёжное измерение порошкообразных материалов даже в процессе

наполнения ёмкости;

v измерение уровня жидкостей при образовании пены в условиях повышения

давления;

v надёжное и точное измерение в обводных и расширительных трубах;

v возможность эффективного устранения помех отражения от арматуры (балок,

18

укосин и др.) и структурных элементов стенок (например гофрированных

листов), резервуаров или узких силосных бункеров;

v независимость метода от

·  вида материала (жидкий/сыпучий),

·  плотности,

·  значения диэлектрической постоянной,

·  химической агрессивности среды,

·  проводимости,

·  изменения свойств материала, вызванных процессом комкования;

v абсолютная независимость метода от влияний таких факторов

технологического процесса, как

·  давление.

·  температура,

·  наличие подвижных поверхностей,

·  пена/туман/пылъ.

Недостатки:

v клейкие вещества могут вызвать отказы;

v диэлектрическая постоянная измеряемого вещества должна быть больше 1,6.

Магнитные погружные зонды серии LMC для непрерывного измерения

уровня

Основные  принципы методов непрерывного измерения  уровня, основанных на

использовании магнитных погружных зондов, рассмотрим на примере работы

иммерсионного зонда LMC8S3 G6S I Ex (рис. 19).

Постоянный  магнит, смонтированный на

поплавке зонда, вызывает срабатывание

герметизированных магнитоуправляемых контактов,

установленных на направляющей трубе. При

срабатывании эти контакты включаются между

последовательно включёнными резисторами внутри

направляющей трубы; таким образом при

перемещениях поплавка общее значение

сопротивления изменяется квазинепрерывно, в

зависимости от разрешающей способности зонда.

Точность  измерения не зависит от электрических

свойств среды, а также от давления, температуры и

плотности.

Поставляются  модификации зонда в

корпусах из пластика или нержавеющей стали, во

взрывозащищённом исполнении (маркировка

взрывозащиты ЕЕх 1а ПС Т6), с шаровидными или

цилиндрическими поплавками. Максимальная длина направляющей трубы достигает 3 м.

Выход устройства — 2-проводной токовый (4...20 мА) или 3-проводной  для подключения

к потенциометру (40 кОм). В месте резьбового соединения используются такие

материалы, как нержавеющая сталь или полипропилен, или поливинилиденфторид

(чрезвычайно  устойчив к воздействию масел, смазок, кислот, щелочей и растворителей).

Общие технические данные магнитных погружных  зондов

Разрешающая способность: от 8 мм (12мм, 16 мм).

Допустимая __________температура контролируемой жидкости: —20...+120ｰС.

Рабочее давление: до 3 бар (пластиковая модификация), до 16 бар (модификация

из нержавеющей стали).

Плотность измеряемого  вещества: не менее 0,6 г/см3.

19

Основные достоинства:

v простой принцип действия;

v несложный монтаж;

v не нуждаются в сколь-ни-будь значительном техническом обслуживании;

v не требуется регулировка в месте установки.

Недостатки:

v подъёмная сила зависит от размера поплавка;

v фактическое положение уровня, соответствующее точке срабатывания, разное

для веществ с различной плотностью;

v максимальная длина направляющей трубы не более 3 м;

v минимальная плотность измеряемой среды равна 0,6 г/см3;

v можно использовать только в очищенных жидкостях.

Акустические  средства измерений уровня

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 ультразвуковыми колебаниями расстояния от излучателя до границы

раздела двух сред и обратно до приемника излучения. 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.

Преимуществом акустических уровнемеров является независимость их показаний

от физико-химических свойств и состава рабочей среды. Это позволяет использовать их

для измерения уровня неоднородных кристаллизирующихся и выпадающих в осадок

жидкостей. К недостаткам следует отнести влияние на показания уровнемеров

температуры, давления и состава газа.

Как правило, акустические уровнемеры представляют собой сочетание

первичного, промежуточного, а в некоторых случаях и передающего измерительных

преобразователей. Поэтому, строго говоря, акустические уровнемеры следует

рассматривать как часть измерительной системы с акустическими измерительными