Измерение уровня

Уровнемеры и регуляторы уровня применяются в качестве элементов систем управления энергетическими установками, разнообразными технологическими процессами, а также на транспорте. Используемые в технике измерители уровня можно условно классифицировать на следующие группы: топливные, гидростатические, весовые, емкостные, индуктивные, резистивные, акустические, радиоинтерференционные и радиоизотопные.

Поплавковый метод основан на измерении линейного перемещения поплавка 1 (рис. 3.41) относительно вертикальной направляющей или углового перемещения рычага 2, связанного с поплавком, который в таких уровнемерах выполняет функцию чувствительного элемента.

Поплавковый уровнемер

Рис. 3.41. Поплавковый уровнемер

Преобразование перемещения поплавка в измерительный сигнал осуществляется с помощью соответствующих преобразователей 3, сигнал с которых поступает на индикатор 4. Поплавковые уровнемеры, в частности, применяются в регуляторах уровня карбюраторных устройств автомобилей. В герметичных емкостях используется механическая передача, которая передает угловое перемещение от промежуточной оси к расположенной вне емкости выходной оси через герметичную стенку. Это осуществляется с помощью сильфона, работающего на изгиб, или с помощью магнитной муфты, состоящей из двух постоянных магнитов, разделенных немагнитной стенкой. Электрический преобразователь выполняется в виде проволочного потенциометра.

Гидростатический метод, основан на зависимости гидростатического давления от уровня жидкости (рис. 3.42).

Гидростатический уровнемер

Рис. 3.42. Гидростатический уровнемер

Гидростатическое давление столба жидкости в резервуаре 1 над датчиком 2, пропорциональное уровню 3, измеряется им и передается на индикатор 4.

Весовой метод заключается в непосредственном взвешивании бака с жидкостью при помощи тензодатчиков 1 (рис. 3.43).

Весовой уровнемер

Рис. 3.43. Весовой уровнемер

Так как при неизменных размерах бака, его вес будет пропорционален уровню, то шкала индикатора 2 может быть про- тарирована в единицах уровня.

Емкостный, индуктивный и резистивный методы основаны на зависимости электрической емкости конденсатора, индуктивности катушки или активного сопротивления резистора, расположенных в баке, от уровня жидкости в нем. Емкость конденсатора изменяется при понижении уровня жидкости, так как её диэлектрическая проницаемость отличается от проницаемости воздуха. Индуктивность катушки изменяется вследствие изменения электрических потерь в жидкости. Сопротивление резистора изменяется из-за шунтирования его жидкостью. Два последних метода применимы для измерения уровней электропроводящих жидкостей.

На рис. 3.44 показан емкостный уровнемер с цилиндрическими обкладками, применяемый для измерения уровня токонепроводящей жидкости или сыпучих тел.

Емкостный уровнемер

Рис. 3.44. Емкостный уровнемер

Одной обкладкой может служить металлический резервуар с внутренним радиусом Г, вторая обкладка выполнена в виде металлического стержня или цилиндра с наружным радиусом г2- Если резервуар заполнен до уровня х жидкостью с определенной диэлектрической проницаемостью, то емкость датчика можно представить как емкость двух параллельно соединенных конденсаторов:

где Сх - емкость нижней части резервуара, заполненной жидкостью, CL.X - емкость верхней части резервуара, заполненной воздухом. Чувствительность такого датчика тем больше, чем больше диэлектрическая проницаемость жидкости, уровень которой измеряется.

Акустический метод основан на свойстве ультразвуковых колебаний отражаться от границы раздела двух сред (рис. 3.45).

Акустический уровнемер

Рис. 3.45. Акустический уровнемер

Ультразвуковой излучатель I может быть установлен на дне резервуара или над поверхностью жидкости, поскольку ультразвук распространяется в любых упругих средах. В зависимости от уровня длина пути от излучателя до приемника 2 и угол отражения волны будут меняться. Соответственно будут изменяться показания на индикаторе 3.

Применение радиоинтерференционного метода связано с зависимостью положения узлов стоячей электромагнитной волны, которая возникает в коаксиальной линии при сложении падающей и отраженной волн, от уровня жидкости (рис. 3.46).

Радиоинтерференционный уровнемер

Рис. 3.46. Радиоинтерференционный уровнемер

Радиоинтерферометр для измерения уровня жидкости состоит из высокочастотного генератора 1 и следящей системы 2, обеспечивающей слежение за положением одного из узлов стоячей волны 3. Таким образом, перемещение выхода следящей системы, передаваемое на индикатор 4, соответствует изменению уровня.

Радиоизотопный метод (рис. 3.47) основан на измерении интенсивности излучения радиоизотопов при его прохождении через слой жидкости, уровень которой измеряется.

Радиоизотопный уровнемер

Рис. 3.47. Радиоизотопный уровнемер

Источник 1 радиоизотопов располагается с одной стороны резервуара по вертикали, а приемник 2 - с другой стороны. Интенсивность излучения радиоизотопов, фиксируемая индикатором 3 будет уменьшаться при увеличении уровня.

Описанные методы измерения уровня в принципе могут быть применены не только для жидкостей, но и для сыпучих материалов.

При аварийных ситуациях часто требуется контролировать уровень в процессе ликвидации аварии. Например, при тушении резервуара с горящим топливом такой контроль можно осуществить при помощи вакуумных захватных устройств робота вертикального перемещения, используемого для автоматизации пожарных операций. При возгорании топлива в резервуаре с помощью робота переносится оборудование для вырезки отверстий в резервуаре над уровнем горящей жидкости для введения через них средств пожаротушения. Одновременно определяется необходимое место доставки технологического оборудования и зона безопасного функционирования робота.

Схема такого робота приведена на рис. 3.48. Робот фиксируется на поверхности резервуара с помощью вакуумных захватных устройств 8 при опущенных штоках 9 цилиндров 7 относительно цилиндров 1 и поднятых штоках 6 цилиндров 3 посредством включения эжекторов 10. В этом положении с помощью цилиндров схваты 4 и 5 переносятся на один шаг вверх, после чего захватные устройства 4 и 5 опускаются и фиксируются на поверхности, а рабочие камеры захватных устройств 8 соединяются с атмосферой и поднимаются.

Контроль уровня горящего топлива

Рис. 3.48. Контроль уровня горящего топлива

Далее захватные устройства 8 вместе с корпусом цилиндров и корпусом робота перемещаются на один шаг вверх и затем фиксируются на поверхности. Повторяя этот цикл движений, робот достигает границы перепада температур на поверхности резервуара, соответствующей контролируемому уровню.

Эжекторы в захватных устройствах меняют режим своей работы при переходе с поверхности резервуара, расположенной ниже уровня, на поверхность, расположенную выше уровня. Поскольку температуры указанных поверхностей при горении топлива отличаются до 3 раз из-за разницы температур жидкости и пространства над ней, то при фиксации захватного устройства на поверхности с более высокой температурой вакуум в нем снизится по сравнению с захватным устройством, зафиксированным на поверхности с более низкой температурой. Достижение контролируемого уровня соответствует скачку давления, фиксируемому датчиком 11 захватного устройства 5. Соответствующий сигнал поступает на пульт управления роботом.

Необходимая точность измерений устанавливается изменением длины штоков 2 или использованием датчика 11 схватов 8 при их одновременном задействовании со схватами 4 и 5. При перемещении робота по вертикали от основания резервуара абсолютное значение уровня можно вычислить по сумме шагов, имеющих фиксированную длину, определяемую размерами штока.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >