Измерение уровня жидкости и сыпучих тел

Измерение уровня жидкостей и сыпучих тел относится к числу вспомогательных контрольных операций, позволяющих определить количества жидкостей и сыпучих тел в резервуарах для учета продукта и сигнализации о переполнении расходных баков и бункеров.

Эти измерения также важны, когда поддержание некоторого постоянного уровня, например, жидкости в аппаратах, резервуарах, баках связано как с поддержанием технологического режима, так и с условиями безопасной работы оборудования. Технические средства, применяемые для измерения уровня жидкости, называются уровнемерами. Приборы, предназначенные для сигнализации предельных уровней жидкости, называются сигнализаторами уровня.

В химической промышленности применяют различные методы измерения уровня жидкости: измерение уровня жидкости указательными стеклами, механические (с помощью поплавка или буйка), электромеханические (например, уровнемеры с индуктивными датчиками), гидростатические, пневматические, по измерению проводимости, емкостные, фотоэлектрические, ультразвуковые, акустические, радиоизотопные.

При выборе уровнемера необходимо учитывать температуру, абразивные свойства, вязкость, электрическую проводимость, радиоактивность, химическую агрессивность измеряемой среды. Кроме того, следует принимать во внимание рабочие условия в объекте измерения или около него: давление, нагревание или охлаждение, способ заполнения или опорожнения резервуара, наличие мешалки, огнеопасность и взрывоопасность.

Основными требованиями, предъявляемыми к современным уровнемерам, являются: высокая степень надежности при эксплуатации в химически агрессивной среде для широкого температурного интервала (от —40 °С до +80 °С); малая погрешность измерений (порядка ±1 мм при изменении уровня жидкости до 20 м); относительно невысокая стоимость; простота установки и технического обслуживания; пожаро- и взрывобезопасность; возможность интеграции в АСУ.

Механические уровнемеры

Рис. 96. Схема поплавкового уровнемера.

Поплавковые уровнемеры (рис. 96) применяются в основном для непрерывного измерения уровня жидкости, когда положение поплавка, выступающего в роли чувствительного элемента и помещенного в жидкость, вызывает изменение какого-либо параметра преобразующего элемента. Принцип действия поплавкового уровнемера основан на следящем действии поплавка, находящегося на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с уровнем жидкости. С поплавком 1 с помощью троса 2 соединен указатель вместе с противовесом 4, обеспечивающим натяжение троса. Когда уровень жидкости повышается, поплавок перемещается вверх, противовес с указателем движутся вниз вдоль шкалы 3. В большинстве случаев перемещение поплавка, вызванное изменением уровня жидкости, передается на плунжер соленоидного дифференциально-трансформаторного (индуктивного) датчика (рис. 5.97). Уровнемеры с индуктивными датчиками применяются для измерения уровня жидкости в резервуарах высокого давления.

Рис. 97. Схема уровнемера с дифференциально-трансформаторным датчиком

Рис. 98. Схема буйкового уровнемера:

/ — буек; 2 — преобразователь силы в токовый сигнал

Буйковые уровнемеры (рис. 98). Чувствительным элементом уровнемера является металлический цилиндрический буек, частично погруженный в измеряемую среду. На буек действуют сила его веса и выталкивающая сила. При изменении уровня жидкости меняется выталкивающая сила и положение буйка, подвешенного на пружине (на рис. 98 не показана). За счет разности глубины погружения буйка меняется выталкивающая сила, действующая на буек, и он перемещается либо вверх (при повышении уровня) или вниз (при понижении уровня).

Для дистанционного измерения уровня жидкости, находящейся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением, применяются буйковые уровнемеры с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 0...5 мА; 0...20 мА типа «УБ-Э» или пневматические с давлением 0,02...0,1 МПа (0,2...1,0 кгс/см²) типа «УБ-П». Действие данных уровнемеров основано на электросиловой или пневмосиловой, соответственно, компенсации усилия, развиваемого буйком измерительного блока уровнемера, погруженным в жидкость, уровень которой измеряется.