Измерение расхода сыпучих материалов

Измерение расхода сыпучих материалов осуществляется с помощью весов непрерывного действия. Весы, встроенные в ленточные конвейеры, называются конвейерными, а выполненные в виде коротких самостоятельных конвейеров - индивидуальными весоизмерителями (дозаторами). Взвешивание на последних производится по тому же принципу, что и на конвейерных весах, при этом систе­ма имеет устройство регулирования для обеспечения заданного расхода.

Весы предназначены для измерения массы сыпучих или кусковых материа­лов, транспортируемых при помощи ленточных конвейеров. Весы состоят из гру- зоприемного устройства (ГПУ) и весового терминала (ТВ), представляющего со­бой блок индикации и управления. ГПУ устанавливается вместо штатной ролико- опоры конвейера на тензодатчик Т100 и имеет те же габаритно-установочные размеры. ТВ имеет два цифровых индикатора: верхний для отображения текущей производительности, линейной скорости или плотности (по выбору) и нижний для отображения значения суммарного количества прошедшего материала.

Рис. 7.3. Схема конвейерных весов BHK

Отечественные весоизмерители ВК-1М, ВК-2М производства ЗАО Сибтен- зоприбор (Топки Кемеровской обл.) комплектуются датчиками ДСТ. Суммарное количество материала определяется с помощью весового терминала Микросим- 06КС, погрешность взвешивающего устройства равна ±1%.

Рассмотрим функциональную структурную схему конвейерных весов фирмы SCHENCK (Германия).

На определенном участке транспортерной ленты / измеряется нагрузка q (рис. 7.4)

где mi - масса материала, находящегося в данный момент на этом участке; g - ус­корение силы тяжести. Тогда массовый расход материала

где V- скорость движения ленты.

На рис.7.5 показана конструкция конвейерных весов.

Рис.7.4. Функциональная структурная схема конвейерных весов SCHENCK

Рис. 7.5. Конструкция конвейерных весов SCHENCK

Ленточные весовые дозаторы типа ДВЛ (ЗАО Сибтензоприбор) используют­ся для непрерывного динамического взвешивания и дозирования сыпучих мате­риалов в технологических потоках металлургического производства.

Дозатор является комплектным оборудованием в системах управления ТП, но может иметь и самостоятельное автономное применение.

Дозатор ДВЛ - система, состоящая из весового конвейера, электропривода, микроконтроллера, функционирующего на основе принципа непрерывного взве-

Сигналы весовых нагрузок на ленту и скорости ее движения обрабатываются системой измерения, управления и регулирования. Постоянное измерение пара­метров системы обеспечивает возможность непрерывного регулирования скоро­сти движения конвейерной ленты и обеспечивает поддержание требуемого расхо­да материала.

Непрерывное дозирование сыпучих материалов обеспечивается с помощью тензорезисторного датчика силы (ДСТ), датчиков вращения ведущего/ведомого валов транспортера и электропривода. Система также оснащена датчиками схода ленты влево/вправо, датчиками числа оборотов ленты и забивки разгрузочной точки, датчиками минимального и максимального наличия материала в форми­рующей воронке.

Система управления весовым дозатором непрерывного действия построена на базе контроллера SIMATIC С7-633 фирмы SIEMENS, совмещенного с операторской панелью.

Рис. 7.6. Конструкция индивидуального весоизмерителя (дозатора) фирмы SCHENCK

Функции системы управления: калибровка и настройка ДСТ; настройка па­раметров регулирования производительности, в том числе коэффициентов ПИД- регулятора; настройка параметров системы, заданной производительности; инди­кация параметров дозирования; измерение скорости транспортерной ленты с уче­том "проскальзывания" по сигналам вращения ведомого/ведущего валов транс­печать информации о производительности (в том числе на верхний уровень АСУТП); обработка входных сигналов и управление электроприводом транспор­тера; преобразование входных сигналов ДСТ в значение веса материала и др.

Конструкция индивидуального весоизмерителя (дозатора) приведена на рис.7.6.

Платформенные весы

Платформенные весы ТИТАН (НЛП Метран), адаптированные к эксплуата­ции в условиях металлургического производства, используются для взвешивания

деталей, пачек и рулонов металла, слябов, металлопроката, ковшей с жидким ме­таллом и др.

Грузоприемное устройство представляет собой стальную платформу, уста­новленную с помощью монтажных узлов на тензодатчики, Монтажные узлы

обеспечивают равномерное распределение нагрузки на датчики, предотвращают боковые посторонние нагрузки и имеют цепь защиты датчика от сварочных то­ков. Пружинные шайбы в монтажных узлах защищают весы от ударных нагрузок.

Тензодатчики (типа ДСТ) воспринимают нагрузку от взвешиваемого груза и преобразуют ее в электрические сигналы, поступающие в весовой терминал (типа

Микросим), индикатор которого имеет цифровую излучающую индикацию для отображения массы груза и других параметров и выходы RS-232, RS-485.

Рис. 7.7. Схема весовой противоударной платформы ВСДП

Конструктивно весовая платформа состоит из грузоприемной (демпфирую­щей) платформы 1, опирающейся через пружинные гасители 2 на промежуточную раму 3. Промежуточная рама соединена с опорной рамой 4 при помощи узлов

Противоударные весы с демпфирующей платформой (ВСДП) Гранит (ЗАО Эталон, Челябинск) имеют встроенную защиту тензодатчиков от ударных верти­кальных и боковых нагрузок (рис. 7.7).

Для ограничения перемещения грузоприемной платформы в вертикальном и горизонтальном направлениях предусмотрены ограничители вертикальных 6 и горизонтальных 7 перемещений.

Дополнительное оборудование включает в себя весовой индикатор, к кото­рому, при необходимости, с помощью портов связи RS-232 подключается допол­нительное оборудование (выносное табло, принтер, компьютер, преобразователь интерфейса RS-232/RS-485) (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Конструктивные особенности весов ВСДП

Привлекают внимание платформенные весы фирм Avery Bervel (Англия) и, в особенности Mettler Toledo (Швейцария). Они отличаются высокой точностью взвешивания, надежностью, сервисными возможностями и дизайном.

Крановые весы

Для взвешивания грузов, транспортируемых на крюке мостового крана, ис­пользуются крановые весы. Они имеют дистанционный пульт управления с ин­фракрасным световым сигналом (радиус действия до 50 м). Результаты взвешива­ния передаются в базу данных АСУП с помощью радиомодема. Цифровая инди­кация позволяет отображать весовую информацию подкрановому персоналу (рис.

Рис. 7.9. Схема крановых весов

Контроль процесса разливки чугуна и стали из ковшей в сталеплавильном производстве осуществляется с помощью весоизмерительных систем типа Траверса-200 (ЗАО МЕГ А).

Силоизмерительные датчики устанавливаются в блоках верхних роликов траверсы главного подъема (рис. 7.1). Использование беспроводной информации по радиоканалам обеспечивает связь комплекса с АСУТП.

7.5. Вагонные весы

Железнодорожный транспорт был и остается основным средством грузовых перевозок в России; поэтому важным условием эффективной работы каждого

Вагонные весы комплектуются широким набором устройств отображения информации: от простых весовых индикаторов до полностью автономных кон­троллеров, которые автоматически определяют вес вагонов в движении и пере­дают данные в компьютерную сеть.

При использовании устройств идентификации вместе с информацией о весе формируются и передаются данные о номере вагона, грузоотправителе, грузопо­лучателе и перевозимой в вагоне продукции.

Вагонные весы различают: по способу взвешивания вагонов; размерам и кон­струкции грузоприемной платформы.

Способы взвешивания включают в себя: статическое, взвешивание в движе­нии, универсальное на полной длине вагона.

При статическом взвешивании неподвижный вагон целиком находится на грузоприемной платформе (этот способ является наиболее точным). Взвешивание в движении создает возможность определения общего веса вагона, благодаря суммированию веса тележек. Универсальные весы позволяют производить стати­ческое взвешивание и взвешивание в движении.

Основными элементами вагонных весов являются силоизмерительные датчи­ки, весовой терминал (индикатор), специализированное программное обеспече­ние (в случае подключения весового терминала к ПК), грузоприемная платформа.

Тензометрический датчик имеет встроенный микропроцессор, преобразующий аналоговый сигнал в цифровой, а также вводит поправку на температуру ок­ружающей среды. Внутренняя диагностика обеспечивает поиск неисправностей и дает возможность автоматизировать процесс калибровки весов. Результат изме­рений в цифровом виде передается по кабелю на весовой терминал.

Для взвешивания специальных транспортных средств (например, миксеровозы для жидкого чугуна) изготовление весов производится по индивидуальному проекту.

Отечественные приборостроительные предприятия изготавливают разнооб­разные взвешивающие устройства.

Весы тензометрические вагонные для статического взвешивания и взвешива­ния в движении типа ВТВ выпускает ИЦ АСИ, Кемерово. Весы вагонные ВД (АВИТЕК-ПЛЮС, Екатеринбург) предназначены для потележечного или повагонного взвешивания без расцепки 2-х, 4-х, 6-ти и 8-ми -осных железнодорожных вагонов, груженных сыпучими и твердыми материалами, цистерн с жидкими про­дуктами, мульдовых тележек и составов в целом с автоматической регистрацией

На следующих рисунках представлены схемы вагонных весов ЗАО ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА, Пенза.

Рис. 7.10. Схема весов ВВД-200

Рис. 7.11. Схема весов ВВЭ-СД

На рис. 7.12 приведена схема взвешивания миксеровоза жидкого чугуна (METTLER TOLEDO).

рис. 7.12.

На рис. 7.13 показана схема конфигурации системы автоматического взвеши­вания железнодорожных вагонов (компания METTLER TOLEDO, Швейцария).

Рис. 7.13. Схема конфигурации технических средств системы взвешивания вагонов

7.6. Системы взвешивания и дозирования

В современных технологических процессах требуется оборудование, позво­ляющее с высокой точностью автоматически осуществлять взвешивание и дози­рование сырья, промежуточных продуктов переработки или производимой про­дукции. Для решения подобных задач фирма SIEMENS разработала семейство устройств с общим названием SIWAREX, в составе которых применяются модули взвешивания SIWAREX U, SIWAREX М.

К SIWAREX U могут быть подключены до 4-х систем взвешивания. Модуль SIWAREX М используется в качестве устройства управления однокомпонентны- ми или многокомпонентными весами (точность измерения 0,05%); а также уст­
ройства управления подсистемами, состоящими из нескольких установок взвеши­вания и дозирования (суммарная ошибка измерения 0,15%).

Модуль SIWAREX М независимо от ПЖ может управлять всеми исполни­тельными механизмами системы дозирования.

Рис. 7.14. Конфигурация модуля SIWAREX U

Рис. 7.15. Системы взвешивания и дозирования

Параметрирование модуля производится с помощью пакета программирова­ния STEP 7 или пакета параметрирования SIWATOOL (ОС Windows). Наряду с двумя последовательными интерфейсами (ТТУ и RS-232 С) система дозирования и взвешивания SIWAREX М оборудована 4 цифровыми выходами, 3 цифровыми входами и одним аналоговым выходом.

На рис. 7.16 приведены конструктивные ряды датчиков взвешивания и дози­рования SIWAREX R.

Рис. 7.16. Конструктивные ряды датчиков взвешивания и дозирования: а - семейство измери­тельных датчиков; б - изгибный стержень/траверс (конструктивный ряд ВВ); в - стержень (конструктивный ряд SB); г - торсион (RN); д - измерение силы давления (К); е - измерение силы давления (СС)

Глава 8. Измерение уровня жидких и сыпучих материалов

Технические средства, применяемые для измерения уровня жидкости, назы­ваются уровнемерами. Приборы, предназначенные для сигнализации предельных уровней жидкости, носят название сигнализаторов уровня.

Уровнемеры, применяемые для измерения уровня жидкости с целью поддер­жания его постоянным в определенных пределах, снабжают устройством для сиг­нализации предельных отклонений уровня от заданного значения.

У сигнализаторов уровня жидкости контактное устройство срабатывает при некотором заданном значении уровня для данного объекта.

Измерение уровня сыпучих материалов в бункерах и других устройствах значительно отличается от измерения уровня жидкостей, так как характер распо­ложения материала в объекте не позволяет говорить о его уровне как о горизон­тальной поверхности.

В промышленности уровнемеры применяют для измерения уровня шихты, угля, различных порошкообразных материалов. При измерении уровня сыпучих тел, в частности твердого топлива, необходимо знать характер движения мате­риала в объекте (бункере). Выбирая технические средства для автоматического контроля уровня, необходимо учитывать возможную взрывоопасность материала, уровень которого подлежит измерению.

Бункера для кускового и пылевого топлива в большинстве случаев имеют форму усеченной пирамиды с направленной вниз вершиной. При высоте бункера 8-10 м слой топлива в нем подвергается достаточно большому горизонтальному сжатию, что вызывает заметное ухудшение его сыпучих свойств. В связи с этим в бункере любой емкости в зоне максимальных давлений возможно появление за­висаний и сводообразования.

Обычно в бункере топливо частично располагается на внутренних стенках в виде слоев различной толщины. Размер топлива на стенках зависит от угла на­клона стенок бункера, влажности материала и коэффициента внутреннего трения. Для устранения зависаний топлива в бункере применяют различные обрушиваю­щие устройства.

В бункерах с кусковым топливом за уровень условно принимают низшую точку воронки со стороны крышки бункера. Угольная пыль вследствие высокой текучести располагается в виде более или менее ровного горизонтального слоя, однако при потере угольной пылью текучих свойств и ее слеживания понижение уровня происходит с перекосами, сопровождается образованием воронок, колод­цев и налипанием слоя пыли на стенках бункера.

Для автоматизации загрузки бункеров или других объектов необходимо как минимум обеспечить с помощью сигнализирующих уровнемеров автоматический контроль наличия материала в двух сечениях по высоте в нижней части каждого бункера - для получения сигнала на включение загрузочных устройств и в верх­ней части - для получения сигнала на отключение загрузочных устройств.

Для обеспечения большей надежности ведения технологического процесса нередко возникает необходимость в непрерывном контроле уровня в бункерах или в других объектах. В этом случае для дистанционного измерения уровня сы­пучих материалов в технологических объектах применяют уровнемеры, снабжен­ные вторичными приборами, которые должны иметь контактное устройство для сигнализации предельных значений уровня. Контактное устройство вторичных приборов можно использовать также и для автоматизации загрузки бункеров или других объектов.

Существует широкая номенклатура отечественных средств контроля и изме­рения уровня от простых поплавковых сигнализаторов предельных значений (концевых выключателей) до бесконтактных приборов непрерывного определе­ния уровня на основе различных физических принципов. Они используют раз­личные методы: емкостной, электроконтактный, гидростатического давления, по­плавковый, ультразвуковой, радиоволновый, оптический и др. Эти методы и средства позволяют контролировать уровень различных сред: жидких (чистых, загрязненных), пульп, нефтепродуктов, сыпучих материалов различной дисперс­ности. При выборе уровнемера необходимо учитывать такие физические и хими­ческие свойства контролируемой среды, как температура, абразивные свойства, вязкость, электрическая проводимость, химическая агрессивность и т.д.

Кроме того, следует принимать во внимание рабочие условия в резервуаре или около него: давление, вакуум, нагревание, охлаждение, способ заполнения или опорожнения, огнеопасность и взрывоопасность.

В качестве примеров в разделах главы будут использоваться изделия фирм Pepperl+Fuchs, Siemens, Endress+Hauser и др. Фирмы производят целый ряд так называемых интеллектуальных датчиков, являющихся многофункциональными программируемыми измерительными средствами, имеющими связи со стандарт­ными промышленными коммуникационными сетями.

8.1. Основные типы сигнализаторов уровня

Концевые выключатели предельного уровня формируют электрический сиг­нал в тех случаях, когда уровень контролируемой среды достигает, поднимается выше или опускается ниже определенного уровня, заданного относительно высо­ты установки датчика. Примерами могут служить защита от переполнения, защи­та оборудования от режима "сухого хода", проверка минимального и максималь­ного уровней заполнения резервуаров. Для определения предельного уровня предлагаются следующие средства контроля: поплавковые выключатели, конце­вые выключатели с вибрирующим чувствительным элементом, кондуктометриче- ские выключатели, емкостные зонды, выключатели на основе гидростатического давления жидкости.

8.1.1. Поплавковые сигнализаторы уровня

Поплавковые выключатели используются для сигнализации предельных зна­чений уровня жидкостей. Они обладают необходимой плавучестью, позволяющей им в незакрепленном состоянии находиться на поверхности жидкости в строго горизонтальном положении. В конкретных применениях поплавковый датчик за­крепляется на высоте, соответствующей предельному уровню жидкости. Процесс переключения запускается качанием датчика, когда он отклонятся от горизон­тального положения в любом направлении, как это представлено на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Принцип действия поплавкового выключателя

В качестве коммутационных устройств часто применяются жидкометалличе- ские микровыключатели, в которых в настоящее время вместо ртути используется галинстан (Galinstan - жидкий металлический сплав, включающий галлий, индий и олово и сохраняющий жидкое состояние при температурах выше -19°С).

Поплавковый выключатель состоит из корпуса поплавка со встроенным мик­ровыключателем и присоединительного кабеля.

Современные поплавковые датчики используют три разновидности не со­держащих ртути коммутационных устройств.

1. Шаровой микровыключатель с определением положения на основе индук­тивного метода (рис. 8.2 а).

2. Шаровой концевой микровыключатель (рис. 8.2 б).

3. Микровыключатель, использующий жидкий металлический сплав Galin­stan (рис. 8.2 в).

Рис. 8.2. Не содержащие ртути коммутационные устройства поплавковых выключателей

В качестве поплавков применяют преимущественно полые шаровидные или сфероцилиндрические тела, выполненные из полипропилена или металлического материала, устойчивых к воздействию неконцентрированных кислот и щелочей, большинства растворителей, спирта, бензина, воды и др. (рис. 8.3, 8.4).

Присоединительные кабели поплавкового выключателя шаровидной формы изготавливаются из поливинилхлорида (PVC) для применений в водной среде, в слабых агрессивных жидкостях; из полиуретана (PUR), устойчивого к нагретым маслам и жидкостям; из хлорсульфированного полиэтилена (CSM, Hypalon), ус­тойчивого к воздействию кислот, щелочей и многих растворителей.

Рис. 8.3. Общий вид датчика - реле уровня жидкости двухпозиционный ДРУ-1ПМ (ОАО Теп- лоприбор, Рязань)

Рис. 8.4. Поплавковый выключатель шаровидной формы

Регулируемое комбинированное устройство из поплавковых выключателей (до 5 датчиков) позволяет изменять уровни срабатывания выключателей, если этого потребуют новые эксплуатационные условия (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Регулируемое комбинированное устройство с поплавковыми выключателями пре­дельного уровня

На рис. 8.6 показаны некоторые способы применения поплавковых выключа­телей.

Рис. 8.6. Некоторые способы применения поплавковых выключателей: а - управление уровнем жидкости; б - управление уровнем жидкости в диапазоне установленных предельных значений; в - аварийная сигнализация; г - контроль уровня жидкости с помощью двух поплавковых вы­ключателей

8.1.2. 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. 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 в схему управления. При этом функционирование данных устройств не зависит от флуктуаций 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.

Вибрационные концевые выключатели Vibracon Mini LVL-A1 применяются для определения уровня жидкости там, где ранее использовались поплавковые выключатели, кондуктометрические, емкостные и оптические датчики, но оказа­лись малопригодными из-за электропроводимости или налипания измеряемого вещества, проявления турбулентности в жидкости, образования всплесков или воздушных пузырьков.

Рис. 8.7. Общий вид датчика серии Vibracon Mini LVL-A1

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. 8.8)

Рис. 8.8. Применения вибрационного выключателя Vibracon Mini LVL-A1

Образование пены не ухудшает его функционирование. Эти датчики приме­нимы для любых жидкостей, которые после извлечения колебательной вилки из контролируемой среды стекают с нее и не препятствуют свободной вибрации. В жидкости допускается содержание частиц с размерами меньше 5 мм.

При установке в замкнутых объемах или при контакте с вязкими жидкостями колебательная вилка может полностью не освобождаться от контролируемого вещества, что приводит к ложному срабатыванию датчика (рис. 8.9.)

Рис. 8.9. Монтаж датчиков Vibracon Mini LVL-A1 с учетом свойств контролируемой среды

Вибрационные выключатели серии LVL-A2, предназначенные для определе­ния уровня жидкостей, выпускаются в компактном и удлиненном исполнениях (рис. 8.10).

Для определения уровня агрессивных жидкостей выпускаются датчики (рис. 8.10 г), колебательные вилки которых покрыты термопластичным фторопластом (Halar).

Рис. 8.10. Вибрационные концевые выключатели серии LVL-A2: а - модель в компактном ис­полнении; б - в удлиненном исполнении; в - с корпусом из нержавеющей стали; г - с монтаж­ными фланцами

Рис. 8.11. Внешний вид выключателей с колебательной вилкой серии Vibracon М

Вибрационные выключатели LVL-E5 используются для определения уровня как жидкостей, так и сыпучих материалов. 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. Состояние датчика отображают четыре светодиодные индикатора.

Вибрационные концевые выключатели серии Vibracon М (рис. 8.11) предна­значены для применения на предприятиях химической промышленности. Эти датчики во взрывозащищенном исполнении с видами взрывозащиты "искробезо- пасная электрическая цепь" и "взрывонепроницаемая оболочка" можно устанав­ливать во взрывоопасных зонах.

8.1.3. Метод определения предельного уровня на основе измерения проводи­мости (кондуктометрический метод)

Этот метод основан на изменении силы тока. При пустом резервуаре сопро­тивление между двумя электродами бесконечно велико; при погружении концов электродов в электропроводящую среду сопротивление уменьшается соответст­венно величине ее проводимости (рис. 8.12)

Рис. 8.12. Внешний вид кондуктометрического концевого выключателя

Принцип действия кондуктометрических концевых выключателей с одно- стержневыми электродами HR-6001 (Pepperl+Fuchs) заключается в следующем. 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.

8.1.4. 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 контролируемая среда 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 емкостного методов, и используется практически для любого вещества.

8.1.5. Емкостный метод определения предельного уровня

В основе метода лежит определение изменений электрической емкости в за­висимости от уровня наполнения резервуара. Конденсатор образован стенкой ре­зервуара и зондом, погруженным в его содержимое. Измерение емкости осущест­вляют, как правило, при помощи резонансных схем или мостов переменного тока с самоуравновешиванием.

В точном определении уровня решающую роль играют конструкция, изоля­ция и правильное размещение емкостного электрода. Поэтому необходимо учи­тывать следующие факторы: изоляцию зонда, форму резервуара, температуру контролируемого материала, его зернистость, абразивность, химическую агрес­сивность, вязкость, возможность образования конденсата.

Измерительный зонд в зависимости от требуемой длины выполнен из прово­лочного тросика, металлического стержня или трубки.

Датчики-реле уровня РОС 101 (ОАО Теплоприбор, Рязань) предназначены для контроля уровня жидких, твердых (сыпучих) сред, уровня раздела фаз жидких продуктов. В датчике-реле с помощью регулирующих элементов в передающем преобразователе обеспечивается установка уровня и дифференциала срабатыва­ния в пределах рабочей зоны.

Принцип действия датчиков основан на высокочастотном методе преобразо­вания изменения электрической емкости чувствительного элемента, вызванного изменением уровня контролируемой среды, в выходной сигнал (рис. 8.13).

Рис. 8.13. Внешние виды конструкции датчиков реле РОС 101

Емкостные средства контроля предельного уровня представлены в номенкла­туре фирмы Pepperl+Fuchs концевыми выключателями серии LCL.

Сигнализаторы уровня предназначены для определения пределов заполнения как жидкостей, так и сыпучих материалов в бункерах и других объектах.

Рис. 8.14. Внешний вид конструкции емкостных выключателей LCL

8.1.6. Магнитные погружные зонды предельного уровня

Магнитные погружные зонды предельного уровня серии LML разработаны для использования в жидкостях. Они работают следующим образом: поплавок, направляемый трубкой зонда, плавает на поверхности жидкости; тороидальный магнит, смонтированный на поплавке, в соответствующем положении замыкает язычковые герметизированные контакты, установленные на направляющей труб­ке, посредством магнитного поля.

Рис. 8.15. Требования к установке датчиков LCL1

Точность измерения не зависит от давления, плотности и электрических свойств жидкости. Внешний вид конструкции магнитного погружного зонда се­рии LML показан на рис. 8.16.

Рис. 8.16. Внешний вид магнитного погружного зонда серии LML для сигнализации о предель­ных значениях уровня

Рис. 8.17. Требования к установке датчиков LCL2

8.1.7. Гидростатический метод определения предельного уровня

Гидростатический метод подходит для определения уровня любых жидко­стей. Здесь непосредственно используется давление, оказываемое жидкостью на дно резервуара. Давление столба жидкости воздействует на мембранный чувстви­тельный элемент. Как только давление достигает значения, соответствующего ус­тановленному значению уровня, срабатывает переключающее коммутационное устройство. Когда уровень жидкости и, соответственно, давление понизится, мембранный чувствительный элемент возвращается в первоначальное состояние.

Рис. 8.18. Внешний вид конструкции гидростатического концевого выключателя HR-0211

8.1.8. Радиоизотопные сигнализаторы уровня

Принцип действия радиоизотопных сигнализаторов уровня (гамма-реле) ос­нован на ослаблении контролируемым материалом в бункере просвечивающем его у-излучением.

Гамма-реле РРП-3 применяются для контроля предельных уровней шихты в бункерах коксохимического, агломерационного и др. производств. В качестве ис­точников излучения используются радиоактивные изотопы Со 60, Cs 137.

В заключение раздела 8.1 необходимо отметить, что в промышленности ли­дерами среди устройств контроля уровня являются поплавковые датчики из-за своей низкой стоимости, простоты и достаточной надежности, а также вибраци­онные концевые выключатели, отличающиеся более широкими функциональны­ми возможностями.

8.2. Уровнемеры жидкостей и сыпучих материалов

В зависимости от требований, предъявляемых к автоматизации технологиче­ских процессов, применяют различные физические принципы и методы непре­рывного измерения уровня жидкости и сыпучих материалов.

Отечественные и зарубежные фирмы предлагают широкую номенклатуру измерительных устройств и соответствующих средств сопряжения. Предлагаются уровнемеры с унифицированными выходными токовыми сигналами 4-20 мА, с двухпроводными цифровыми коммуникационными промышленными интерфей­сами, такими как HART, PROFIBUS-PA и Foundation Fieldbus, их модификации для установки во взрывоопасных зонах.

8.2.1. Гидростатический метод измерения уровня

Данный метод измерения основан на определении гидростатического давле­ния, оказываемого жидкостью на дно резервуара. Величина гидростатического давления на дно резервуара (Р) зависит от высоты столба жидкости над измери­тельным прибором (h) и от плотности жидкости (р):

Р = pgh,

соответственно

h = P/pg,

где g = 9,81 м/с².

Пьезорезистивный тензодатчик (или емкостный керамический измеритель­ный преобразователь) связан с измеряемой жидкостью через изолирующую мем­брану из нержавеющей стали и вещество, усредняющее давление. Выходной сиг­нал тензодатчика преобразуется в сигнал, соответствующий уровню жидкости.

Пена, отложения, изменения электрических свойств жидкости и форма ре­зервуара не оказывают влияния на результат измерения при реализации гидроста­тического метода.

Рассмотрим гидростатические средства контроля уровня на примерах датчи­ков Метран-100-ДГ и изделий фирмы Pepperl+Fuchs, которая в настоящее время предлагает измерительные зонды серии LGC и ряд датчиков гидростатического давления под общей торговой маркой Barcon (РРС-М20, LHC-M20, РРС-М10, LHC-M40).

Датчики давления Метран-100-ДГ предназначены для использования в сис­темах контроля и регулирования уровня нейтральных и агрессивных сред, а также высоковязких и шлакосодержащих жидкостей и обеспечивают непрерывное пре­образование значения гидростатического давления среды в унифицированный то­ковый сигнал или цифровой сигнал на базе HART-протокола.

Схемы установки датчиков приведены на рис. 8.19 - 8.21.

Рис. 8.19. Схема установки датчиков Мегран-100-ДГ при измерении гидростатического давле­ния в открытом резервуаре

Рис. 8.20. Схема установки датчиков Мегран-100-ДГ при измерении гидростатического давле­ния в резервуаре под давлением

Рис. 8.21. Схема установки датчиков Метран-100-ДГ

Рис. 8.22. Гидростатические зонды серии LGC

Модели со встроенным термопреобразователем сопротивления из платины Р 100 одновременно определяют температуру в месте установки датчика. Соответ­ствующий преобразователь трансформирует сигнал термопреобразователя сопро­тивления в унифицированный токовый сигнал 4-20 мА.

Керамический измерительный элемент зонда является "сухим", т. е. давление воздействует непосредственно на прочную керамическую диафрагму да<