Приборы для измерения уровня

преобразователями.

На рис. 20. приведена схема

акустического уровнемера жидких сред.

Уровнемер состоит  из первичного I и

промежуточного II преобразователей.

Первичный преобразователь  представляет

собой пьезоэлемент, выполняющий

одновременно функции источника и

приемника ультразвуковых колебаний.

При измерении  генератор 9 с

определенной частотой вырабатывает

электрические импульсы, Которые преобразуются пьезоэлементом I в ультразвуковые

импульсы. Последние распространяются вдоль акустического тракта, отражаются от

границы раздела жидкость — газ и воспринимаются тем же пьезоэлементом,

преобразующим их в электрические импульсы. После усиления устройством 1 импульсы

подаются на схему измерения 2 времени отражения сигнала, где они преобразуются в

прямоугольные импульсы определенной длительности. В ячейке сравнения 3

осуществляется сравнение импульса, подаваемого со схемы 2, с длительностью импульса,

подаваемого с элемента обратной связи 5, который преобразует унифицированный

токовый сигнал в прямоугольный импульс определенной длительности. Если

Рис. 20. Схема акустического уровнемера.

20

длительность импульса схемы измерения 2 отличается от длительности импульса цепи

обратной связи, то на выходе ячейки сравнения 3 появляется сигнал разбаланса, который

усилительно-преобразующим устройством 4 изменяет выходной унифицированный

токовый сигнал до тех пор, пока не будет достигнуто равенство длительностей импульсов.

Для уменьшения влияния температуры на сигнал измерительной  информации

предусмотрен блок температурной компенсации 8. Контроль за работой электрической

схемы осуществляется блоком контроля 7. Исключение влияния различного рода помех на

работу промежуточного преобразователя достигается с помощью помехозащитного

устройства 6.

Расстояние  между первичным и промежуточным  преобразователями— не более

25 м. Диапазоны  измерений уровня 0—1; 0—2; О—3 м. Класс  точности 2,5. Температура

контролируемой среды 10—50 ｰС, давление в технологическом аппарате до 4 МПа.

Акустические  уровнемеры сыпучих сред по принципу действия и устройству

аналогичны акустическим уровнемерам жидких сред. Акустические уровнемеры сыпучих

сред входят в номенклатуру приборов ГСП и имеют унифицированный токовый сигнал.

Они могут  быть одноточечными и многоточечными. Многоточечные уровнемеры состоят

из нескольких (до 30) первичных измерительных преобразователей акустического типа,

каждый из которых размещается на отдельном технологическом аппарате и через

коммутатор подключаются к промежуточному измерительному преобразователю.

Уровнемеры  выпускаются во взрывобезопасном исполнении. Классы точности 1,0; 1,5.

Минимальный диапазон измерений 0—2,5 м, максимальный 0—30 м. Контролируемая

среда— гранулы диаметром 2—200 мм.

Концевые  выключатели с вибрирующим чувствительным элементом

В качестве вибрационных концевых выключателей применяют  устройства с

резонатором камертонного типа (из-за формы его часто называют колебательной вилкой),

в которых пьезоэлектрическим способом возбуждаются сильные механические колебания

в диапазоне резонансных частот. Благодаря высоким механическим качествам

вибрирующей системы вполне достаточна весьма малая мощность возбуждения.

Размещение  чувствительного элемента внутри контролируемой среды вызывает резкое

уменьшение амплитуды колебаний вплоть до их полного гашения. Смена состояния

колебания состоянием покоя или наоборот в виде электрического сигнала предельного

уровня поступает на индикатор. При этом функционирование данных устройств не

зависит от флуктуации физических свойств контролируемого вещества.

Вибрационные  концевые выключатели можно использовать для определения

предельного уровня практически всех жидкостей и сыпучих материалов.

В номенклатуре фирмы Pepperl+Fuchs представлена широкая  гамма

вибрационных концевых выключателей под торговой маркой Vibracon в разных

конструктивных исполнениях, с различными техническими характеристиками.

Общие технические данные вибрационных концевых выключателей

v Точность: до 10 мм. Температура контролируемой среды: до 150ｰС.

v Рабочее давление: до 64 бар.

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

Основные достоинства:

v простота;

v не требуется регулировка в месте установки;

v отсутствуют движущиеся части;

v нечувствительны к турбулентности, образованию пены и внешней вибрации;

v допускают любую пространственную ориентацию;

v нечувствительны к большинству физических свойств измеряемого вещества

(исключение—  плотность р);

v проверка функционирования может проводиться на месте монтажа.

21

Недостатки:

v клейкие вещества и твёрдые частицы в жидкостях могут служить причиной

отказов;

v твёрдые частицы могут заклинивать колебательную вилку.

Вибрационные  концевые выключатели Vibracon Mini LVL-A1

Вибрационные  концевые выключатели Vibracon Mini LVL-A1 применяются  для

определения уровня жидкостей там, где ранее использовались поплавковые выключатели,

кондуктометрические, ёмкостные и оптические датчики, но оказались малопригодными

из-за электропроводимости или налипания измеряемого вещества, проявления

турбулентности в жидкости, образования всплесков или воздушных пузырьков.

Вибрационные  выключатели применяются в очистных и фильтрующих системах,

резервуарах со смазочными материалами и теплоносителями с низкой температурой,

трубопроводах, а также могут быть использованы для защиты насосов. Но главной

областью их применения остаются резервуары, содержащие жидкости.

Vibracon Mini LVL-A1 может быть установлен в любом положении в резервуаре

или трубопроводе диаметром до 40 мм, так как длина самого датчика составляет всего

148,5 мм (рис. 21). Образование пены не ухудшает его функционирование.

Эти датчики  применимы для любых жидкостей, которые после извлечения

колебательной вилки из контролируемой среды стекают с неё и не препятствуют

свободной вибрации. В жидкости допускается содержание частиц с размерами меньше 5

мм.

При установке  в замкнутых объёмах или при  контакте с вязкими жидкостями

колебательная вилка может полностью не освобождаться от контролируемого вещества,

что приводит к ложному срабатыванию датчика (рис. 22).

LVL1-A1 может  быть включен в двух рабочих режимах. Вне зависимости от

выбранного режима работы датчик безопасно выключится даже в случае аварии

(например при обрыве линии сети электропитания).

Режим МАХ  — безаварийный режим при определении  максимального уровня:

LVL-A1 сохраняет  электронный ключ в замкнутом  состоянии, пока уровень жидкости

находится ниже уровня колебательной вилки (светится только зелёный светодиодный

индикатор); применение— защита от переполнения.

Режим MIN —  безаварийный режим при определении  минимального уровня:

LVL-A1 сохраняет  электронный ключ в замкнутом  состоянии, пока колебательная  вилка

погружена в жидкость (светится только зелёный светодиодный индикатор); применение

__________— защита  насосов от ｫсухогоｻ режима работы.

Электронный ключ разомкнётся, если уровень жидкости достигнет предела, или

если случится авария, или если возникнет перебой в электропитании.

Для проверки работоспособности вибрационного  концевого выключателя

Vibracon Mini LVL-A1 применяется тестовый магнит. При  приближении магнита к

22

контрольной точке датчика текущее состояние его выходного каскада изменяется на

противоположное.

Вибрационные  концевые выключатели Vibracon LVL1-A2

Вибрационные  выключатели серии LVL-A2 также предназначены  для

определения уровня жидкостей. Выпускаются модели в компактном и удлинённом

исполнении. Компактная модель имеет длину корпуса 11О мм и длину колебательной

вилки 127 мм; удлинённые модели могут иметь удлинительную трубку длиной 220...3000

мм.

Для жёстких  условий эксплуатации предлагается модель с корпусом из

нержавеющей стали. Для применений в пищевой промышленности имеется модель с

полированной колебательной вилкой. Для определения уровня агрессивных жидкостей

выпускаются датчики, колебательные вилки которых покрыты термопластичным

фторопластом (Halar). Необходимо отметить следующее обстоятельство: модели с

вилками, покрытыми термопластичным фторопластом, имеют исполнение только с

крепёжными фланцами (не резьбовое соединение), так как в процессе резьбового

соединения со стенками резервуара покрытие может нарушиться и защитные свойства

утратятся.

Вибрационные  концевые выключатели Vibracon LVL-E5

Вибрационные  выключатели LVL-E5 используются для определения  уровня как

жидкостей, так и сыпучих материалов; предлагаются изделия в компактном и удлинённом

исполнении (длина трубки 220...3000 мм). Встроенные средства самодиагностики

обеспечивают проверку датчика от колебательной вилки до схемы обработки;

коммутационный выход настраивается как нормально открытый или нормально

закрытый; имеется возможность выбора времени задержки включения (в зависимости от

режима работы — 0,2/1/5 с). Функция отображения изменения консистенции материала

(жидкость/сыпучий  материал) у датчиков этой серии  аналогична подобной функции  у

изделий серии LVL-N и также может быть использована для сигнализирования об

изменении контролируемой среды, о коррозии или о налипании продукта на

колебательную вилку.

Состояние __________датчика  отображают четыре

светодиодные индикатора.

Вибрационные  концевые выключатели Vibracon

T/S

Вибрационные  концевые выключатели серий LVLT1

и LVL-S1 предназначены для определения предельных

уровней жидкостей в небольших резервуарах и баках со

смесителями. Корпуса изделий выполнены из нержавеющей

стали, а корпуса выключателей серии LVL-S1, кроме того,

отполированы, что позволяет применять их в

технологических процессах производства пищевых

продуктов и фармакологической промышленности. Датчики

LVL-T1 имеют  двухпроводной выход, способный

коммутировать цепи с напряжениями 19...253 В

переменного тока, и 3-проводной выход (PNP), способный

коммутировать цепи с напряжениями 10...55 В постоянного

тока.

Примеры установки  выключателей данных серий показаны на рис. 23.

Вибрационные  концевые выключатели Vibracon M

Вибрационные  концевые выключатели серии Vibracon M предназначены  для

применения на предприятиях химической, фармакологической, пищевой

промышленности. Эти датчики во взрывозащищённом исполнении с видами

взрывозащиты ｫискробезопасная электрическая цепьｻ и ｫвзрывонепроницаемая

23

оболочкаｻ можно устанавливать во взрывоопасных зонах.

Особенности конструктивного исполнения и защита от попадания внутрь

оболочки твёрдых посторонних тел и воды позволяют эксплуатировать датчики серии

VibraconM в условиях  повышенного и пониженного давления, в широком температурном

диапазоне, подвергать их воздействию дезинфицирующих растворов и стерилизации.

Данные датчики  можно применять для сигнализирования о предельных значениях

абразивных веществ, жидкостей с включениями твёрдых материалов, для работы в

условиях турбулентности и налипания продукта.

Основными достоинствами  вибрационных концевых выключателей серии

VibraconM являются:

v простой ввод в промышленную эксплуатацию;

v миллиметровая точность и постоянный уровень срабатывания;

v отсутствие необходимости технического обслуживания и повышенный ресурс;

v возможность различного исполнения корпусов (прочный алюминиевый

корпус, пластиковый корпус, корпус из нержавеющей стали);

v различные типы выходных каскадов (PNP для коммутации цепей постоянного

тока, двухпроводные для коммутации цепей переменного тока, реле

переменного и постоянного тока, NAMUR);

v размер удлинительной трубки, к которой крепится колебательная вилка, от 40

мм до 3 м;

v допускаются разнообразные виды монтажа.

Методы  определения уровня по времени прохождения  сигнала

Методы, основанные на измерении времени прохождения  сигнала, используют

принцип эхолота и подразделяются на две основные группы: ультразвуковые (УЗК) и

методы направленного электромагнитного излучения. При известной скорости

распространения импульса и измеренном временном интервале можно вычислить

расстояние, пройденное импульсом. Необходимо учитывать, что импульс проходит

расстояние между излучателем и поверхностью контролируемой среды дважды. В

таблице 1 приведены значения времени прохождения ультразвуковым сигналом и

электромагнитной волной некоторых расстояний в воздушной среде при нормальных

условиях (двойное расстояние уже учтено); эти данные помогают учесть инерционность

УЗК - метода в некоторых применениях.

Таблица 1.

Расстояние, м Время прохождения Ультразвуковой сигнал Электромагнитная волна

0.1 0.6 мс 0.7 нс

0.2 1.2 мс 1.3 нс

0.5 3 мс 3.3 нс

1 6 мс 6.6 нс

2 12 мс 13.3 нс

5 30 мс 33.3 нс

10 60 мс 66.6 нс

Ультразвуковые  датчики уровня

В простейшем и наиболее распространённом случае, когда УЗК - датчик

расположен в верхней точке резервуара, уровень среды вычисляется как разность между

высотой резервуара и расстоянием между датчиком и поверхностью среды (в общем

случае необходимо вносить поправку, учитывающую разность между реальной высотой