Радарные волноводные уровнемеры

Данный тип уровнемеров относится к уровнемерам контактного

типа. Принцип действия волноводного уровнемера основан на тех-

нологии рефлектометрии с временным разрешением TD7? (Time

Domain Reflectome-try). Микроволновые радиоимпульсы малой мощ-

ности направляются вниз по зонду, погруженному в технологическую

среду, уровень которой нужно определить (рис. 4.5). Когда радио-

импульс достигает среды с коэффициентом диэлектрической про-

ницаемости, отличной от проницаемости газа над поверхностью

среды, то из-за разности коэффициентов диэлектрических прони-

цаемостей происходит отражение микроволнового сигнала в обратном

направлении. Временной интервал между моментом передачи зон-

дирующего импульса и моментом приема эхо-сигнала Пропорциона-

лен расстоянию до уровня контролируемой среды. Аналогичным

образом измеряется расстояние между датчиком и границей раздела

двух жидких сред с различными коэффициентами диэлектрической

проницаемости. Интенсивность отраженного сигнала зависит от раз-

ницы коэффициентов диэлектрических проницаемостей сред на

границе. Чем выше эта разность, тем выше интенсивность отражен-

ного сигнала. Волноводная технология имеет ряд преимуществ по

сравнению с другими методами измерения уровня, поскольку радио-

импульсы практически невосприимчивы к составу среды, атмосфере

резервуара, температуре и давлению.

Поскольку радиоимпульсы направляются по зонду, а не свободно

распространяются в пространстве резервуара, то волноводная техно-

логия может с успехом применяться для малых и узких резервуаров,

а также для резервуаров с узкими горловинами. Радарные волновод-

ные уровнемеры используются в сложных условиях (пар, пена, на-

липания, волны, кипение, резкие скачки уровня и т.д.). Точность

измерений не зависит от плотности, диэлектрической проницаемости

рабочей среды и давления.

Диапазон измерения радарных волноводных уровнемеров — до 30 м.

Абсолютная погрешность измерения ± (3... 5) мм.

Сигнализаторы уровня

Сигнализация достижения определенных значений уровня в про-

мышленных емкостях без постоянного непрерывного контроля яв-

ляется стандартной, широко распространенной задачей. Примерами

могут служить защита от переполнения, проверка минимального и

максимального уровня заполнения резервуаров. В настоящее время

широкое распространение получили следующие типы сигнализаторов

уровня: кондуктометрические, емкостные, поплавковые, вибрацион-

ные и ультразвуковые.

Кондуктометрические сигнализаторы уровня являются наиболее

простыми и дешевыми. Чувствительный элемент представляет собой

два изолированных друг от друга электрода. Иногда в качестве одно-

го из электродов используется металлическая стенка резервуара.

Электроды включены в электрическую цепь с источником питания

и выходным реле. Принцип работы заключается в электрическом

замыкании рабочей жидкостью (по достижении нужного уровня)

электродов чувствительного элемента. При замыкании электродов

в электрической цепи начинает протекать ток, который приводит к

срабатыванию реле. Для того чтобы исключить такие эффекты, как

электролиз жидкости или взрыв, применяется постоянный или пере-

менный ток достаточно малой мощности.

Кондуктометрические сигнализаторы применимы для электро-

проводных жидкостей (проводимость более 0,2 См/м), таких как

технологическая вода, слабые растворы кислот и щелочей в цистер-

нах, баках, паровых котлах. Эти сигнализаторы используются при

температуре до 350 °С и давлении до 6,3 МПа (как правило, для стан-

дартных исполнений 200 °С и 2,5 МПа).

Примерами кондуктометрических сигнализаторов являются: РОС-

301, ЭРСУ, САУ-М6, СУ-300И.

Основные достоинства: простота и прочность; отсутствие движу-

щихся механических частей; простая регулировка и обслуживание.

К недостаткам следует отнести непригодность для клейких веществ

и диэлектриков; кроме того, масляные вещества могут вызывать на-

липание на электроды тонкого слоя непроводящего покрытия, что

может быть причиной отказа.

Емкостные сигнализаторы широко распространены и исполь-

зуются для определения наличия рабочей среды, как жидкой, так и

сыпучей, как электропроводной, так и неэлектропроводной. Чувстви-

тельный элемент представляет собой два изолированных друг от

друга электрода, образующих электрический конденсатор. Часто в

качестве одного из электродов используется металлическая стенка

резервуара. Емкостные сигнализаторы отличаются большим разно-

образием конструктивных исполнений для конкретных применений,

могут быть стержневого, трубчатого типов, гибкие, тросовые и т.п.

Для датчиков, работающих в проводящей среде, необходимо исполь-

зовать конструкцию с изолированным электродом.

Принцип действия сигнализаторов основывается на изменении

электрической емкости конденсатора при контакте с рабочей средой

из-за различия диэлектрической проницаемости. При контакте

электрода с рабочей средой электрическая емкость конденсатора, как

правило, увеличивается, поскольку диэлектрическая проницаемость

любой среды больше диэлектрической проницаемости воздуха. Кон-

денсатор включается в частотозадающую цепь генератора электриче-

ских колебаний. Увеличение емкости конденсатора приводит к

уменьшению частоты колебаний генератора и формированию сигна-

ла, преобразуемого в дальнейшем к срабатыванию выходного реле.

Распространенными моделями емкостных сигнализаторов явля-

ются РОС-101 и РОС-102.

Поплавковые сигнализаторы отличаются простотой и универ-

сальностью, в простейшем варианте состоят из поплавка, соединен-

ного с механизмом переключения контактов с помощью механической

или магнитной связи. При магнитной связи поплавок снабжается

магнитом, который скользит по направляющему стержню. В стержне

находятся микропереключатели (герконы), которые при прохождении

через них поплавка с магнитом меняют свое состояние.

Распространенные сигнализаторы этого типа: РОС-400, РОС-401,

ДРУ-1ПМ.

К достоинствам поплавковых сигнализаторов можно отнести про-

стоту, прочность, невысокую стоимость, устойчивость к неблагопри-

ятным внешним воздействиям. Недостатками являются непригод-

ность для клейких жидкостей, зависимость точки срабатывания от

изменений (колебаний) плотности рабочей среды.

Вибрационные сигнализаторы уровня (рис. 4.6) широко распро-

странены за рубежом и в меньшей степени в России. Чувствительным

элементом служит резонатор камертонного типа (из-за формы его

часто называют колебательной вилкой). Принцип действия основан

на зависимости амплитуды колебаний резонатора от окружающей

среды. Погружение чувствительного элемента в контролируемую

среду вызывает резкое уменьшение амплитуды колебаний вплоть до

их полного гашения. Смена состояния колебания состоянием покоя

или наоборот сигнализирует о достижении предельного уровня.

Диапазон применимости сигнализаторов по температуре -50... + 250 "С,

по давлению — до 6,4 МПа, плотность рабочей среды в преде-

лах 0,5...2,5 г/см3. Датчики обеспечивают точность срабатывания

± 1 мм.

Распространенными марками вибросигнализаторов являются

серии Optiswitch фирмы Krohne, Liquiphant фирмы Endress + Hauser,

Vibranivo фирмы UWT.

Основные достоинства вибрационных сигнализаторов: простота;

не требуется регулировка в месте установки; отсутствуют движущие-

ся части; нечувствительны к турбулентности, образованию пены и

внешней вибрации; допускают любую пространственную ориента-

цию; нечувствительны к большинству физических свойств измеряе-

мого вещества (исключение — плотность).

Недостатком является возможность отказов при наличии в жид-

костях клейких веществ и твердых частиц, которые могут заклинивать

колебательную вилку.

Ультразвуковые сигнализаторы отличаются надежностью и ста-

бильностью рабочих характеристик. Чувствительный элемент пред-

ставляет собой пару излучатель—приемник. Он может размещаться

в емкости как горизонтально, так и вертикально. Принцип действия

основан на зависимости скорости распространения, а следовательно,

и времени распространения ультразвуковых волн между излучателем

и приемником, в качестве которых используются пьезоэлектрические

преобразователи, от рабочей среды. Электронный блок сигнализато-

ра оценивает время распространения ультразвуковых волн и при

наличии отклонения замыкает или размыкает выходное реле. По-

грешность срабатывания сигнализаторов типа УЗС составляет ± 2 мм

(при вертикальной установке). Эти сигнализаторы могут использо-

ваться при температуре до 250 °С и давлении до 1,6 МПа.

Популярные ультразвуковые сигнализаторы — это УЗС- 10Х, УЗС-

20Х, УЗС-ЗХХ, УЗС-4ХХ, УЗР-1.

Контрольные вопросы

1. Какие физические явления используются в магнитострикционном уров-

немере?

2. Какие уровнемеры относятся к контактным, а какие — к бесконтакт-

ным?

3. Какие свойства измеряемой жидкости оказывают влияние на результат

измерения поплавкового уровнемера?

4. Почему показания гидростатических уровнемеров зависят от температу-

ры?

5. Какие свойства контролируемой среды используются в электрических

уровнемерах?

6. Влияют ли на результат измерения уровня ультразвуковым методом хи-

мические и физические свойства среды?

7. Поясните принцип действия радарного уровнемера.

8. В чем состоит отличие технологии FMCW от импульсной в радарных

уровнемерах?

9. Поясните принцип действия волноводного уровнемера.

10. Объясните принципы действия вибрационных сигнализаторов уровня.

Гл а в а 5

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ