Дәріс №12. Сұйықтың деңгейін өлшеу және сигнализациялау құралдары
Техникада сұйықты үздіксіз сорып, қажет орнына жіберу жүйесіне техникалық қызмет көрсеткенде, сұйық деңгейін өлшеу және сигнализациялау үлкен мәнге ие. Сұйық ортаның деңгейін өлшеу құралы деңгейөлшегіш (уровномер) деп аталады. Бұл өлшеу құралы қазіргі кезде барлық көлік түрлерінің – ұшу аппараттарының, автомобилдердің, кемелердің – бактеріндегі отынның мөлшерін өлшеу үшін (олар отынөлшеуіштер деп аталады); кеңінен қолданыс тапқан. отын қоймаларындағы отынның деңгейін, қазандық агрегаттардағы, су қысымын жасау жүйелеріндегі сұйықтың (судың) өлшеу үшін қолданылады. Сұйықтың деңгейін өлшеудің әдістері: қалтқылы (поплавковый), монометрлік, сыйымдылық (емкостный), ультраакустикалық, радиациалық, радиожиіліктік (радиочастотный) және т.б.
Қалтқылық әдіс.Құтыдағы атмосфералық қысымдағы сұйықтық деңгейін бақылайтын қарапайым деңгейөлшегішке – қалтқылық деңгейөлшеуіш жатады. Төменде,12.1-суретте, (а) сұйықтың 4 бетінде қалқып тұратын, қалтқылы 1 механикалы деңгейөлшеуіштің құрылымы берілген. Қалтқының 1, демек онымен байланысқан теңгергіштің 2 қалпы шкалаға 3 қатысты сұйықтың деңгейін анықтайды.
12.1-сурет – Сұйықтың деңгейін өлшеудің қалтқылық әдістері
Резервуардағы сұйықтың көбейіп-азаюына байланысты қалтқы және онымен бірге теңгергіш те жоғары-төмен жылжиды. Тәжірибеде сұйыққа жартылай батырылған қалтқы-буектер көп қолданылады (12.1-сурет, б). Буек (қалтқы) 6, иінтірек 2 пен серіппеге1 ілініп тұрады. Сұйықтың деңгейі өзгерген кезде, буектің де сұйыққа бату деңгейі, сонымен бірге буектің массасы әсерінен серіппенің 1 де созылу күші өзгереді. Соның арқасында әрбір деңгейге буектің белгілі бір қалпы сай келеді. Буектің жылжуы иінтірек 2 арқылы шкала 3 бойынша сұйықтың деңгейін көрсететін жебе 4 орналасқан өске 5 беріледі. Сызықтық немесе бұрыштық жылжуға түрлендірілетін буектің немесе қалтқының қалпы көрсетуші аспапқа берілуі немесе қашықтыққа берілу үшін электр сигналына айналдырылуы мүмкін. 12.1-суретте (в) қалтқылы электрлік деңгейөлшеуіштің сұлбасы көрсетілген. Онда сұйықтың белгілі бір деңгейі Х қалтқының және өлшеуші көпірдің R1...R4 түрлендіргіш потенциометрінің көмегімен кедергілері Rк1 и Rk2 магнитоэлектрлік логометрде көрсетіліп қалады. Деңгейөлшеуіштің түрлендіргіші көпірлік сұлбаға бір уақытта көпірдің екі көрші иықтары өзгеретіндей етіп қосылады. Бұндай сұлбада температуралық қайтарымға (компенсацияға) қол жеткізіледі.
Деңгейді өлшеудің манометрлік әдісін пайдаланғанда резервуардағы сұйық қысымының бағанасы анықталады. Бу генерторларының барабандарындағы, қазандық-қайтаөңдеушілеріндегі және буландырып суыту жүйелеріндегі сұйықтың деңгейін өлшеу үшін деңгей бірлігінде көрсететін мембраналы дифманометрлерді кеңінен қолданады. 12.2-суретте сигналды түрлендірудің электрлік сұлбасы қолданылған манометрлік деңгейөлшеуіштің сұлбасы көрсетілген.
12.2-сурет – манометрлік деңгейөлшеуіштің сұлбасы: R0... R3 – көпір иықтарының кедергілері.
Манометрдің қатты ортасы шар арқылы көпір иығына қосылатын тензорезисторды Rx басып тұрады. Сұйықтың деңгейі өзгергенде тензокедергі де өзгереді, ол көпірдің теңдігінің бұзылуына келтіреді. Көпірден алынатын теңсіздену сигналы күшейткішпен У күшейтіліп, қозғалтқышқа Д беріледі. Соңғысы көпірді теңдестіріп, төмендеткіш арқылы көрсетуші жебені немесе сигналдаушы құрылымды жылжытады.
Деңгейді өлшеудің сыйымдылық әдісісұйығы бар резервуардың ішіне орналастырылған арнайы конденсатордың электр сыйымдылығын өлшеуге негізделген, оның деңгейіне тәуелді. Деңгейі сыйымдылық әдісімен өлшенетін сұйықтардың электрлік сипаттамаларына тәуелді, оларды электр өткізбейтін және электр өткізетін деп бөледі.
12.3-суретте (а) электр өткізбейтін сұйықтың деңгейін өлшеуге арналған сыйымдылықты түрлендіргіштің құрылымы көрсетілген.
12.3-сурет – электр өткізбейтін сұйықтың деңгейін өлшеуге арналған сыйымдылықты түрлендіргіштің құрылымы (а) және оның электрлік сұлбасы (б).
Өлшенетін ортаға корпустан төлкемен 3 оқшауланған электрод 1 түсірілген. Екінші электрод болып, жерге қосылған түрлендіргіштің корпусы 2 қарастырылған. Сонда, түрлендіргіш екі параллель жалғанған конденсаторлардан тұратын болады: конденсатор Сж – электродтың бір бөлігінен және деңгейі өлшенетін диэлектрик-сұйықтан жасалынған; конденсатор Св – электродтың қалған бөлігі мен диэлектрик-ауамен жасалған. Электр сыйымдылығын Сд өлшеу индуктивті-сыйымдылықты көпірмен іске асырылады (12.3-сурет, б). Бұл көпір трансформатордың екі екіншілікті орауыштарынан Тр, конденсаторлардан С1, С2 және сыйымдылықтан Сд тұрады. Өлшеуші көпір жиілігі 100 Гц генератордан Г қоректенеді. Сұйықтың деңгейінің өзгеруімен бірге электродтың бату тереңдігі де өзгереді, бұл Сд сыйымдылығының өзгерісіне келтіріп, көпір теңдігін бұзады. Сұйықтың деңгейіне пропорционал теңдік бұзылу сигналы шығу кернеуі екіншілікті аспаппен ВП (потенциометрмен немесе амперметрмен) өлшенетін күшейткіштің кірісіне беріледі. Өлшеу диапазоны электродтың типіне, оның ұзындығына, өлшенетін сұйықтың сипаттамаларына тәуелді.
Ультраакустикалық әдіс. Ультраакустикалық деңгейөлшеуіштер (12.4-сурет) улы және жарылысқауіпті орталармен байланысты, сондай-ақ жоғарға температура мен қысым жағдайында болатын технологиялық процестерде қолданыс тапты.
2.4-сурет – Ультраакустикалық деңгейөлшеуіштің принциптік сұлбасы.
Бұл типтегі өлшеу және бақылау құралдарының әрекеті ультрадыбыстық тербелістердің іс жүзінде кез-келген қалыңдықтағы металл қабырғалардын өтіп, орталардың шекарасынан шағылысу қасиетіне негізделген. Бұл қасиет екі нұақада іске асырылады. Екі әдісті де іске асыру үшін түрлендіргіш 1'немесе 1 резервуардың жоғарғы немесе төменгі жағына орналастырылады. Түрлендіргіш сұйықтың үстіндегі кеңістікке (немесе сұйыққа) импульстер шоғын жібереді. Сұйықтың (газдың) шекарасынан шағылысқан сигнал сол түрлендіргіштің өзімен қабылданады. Түрлендіргіш 1'немесе 1 жіберетін электрлік сигналдар жоғарғы жиіліктегі импульстер генераторымен 2 жасалады. Қысқа уақыттық импульстер шоғын жасау үшін , сонымен бірге импульстер генераторы 2 мен өлшеу сұлбасын 4 басқаруға, пакеттер генраторы 3 қызмет етеді. Көрсеткішке ОУ берілетін сигнал t — шоқтың таратушыдан бөлу бетіне дейінгі және кері қайтқанға кететін уақытты автоматты қадағалау жолымен қалыптастырылады. Пьезоэлектрлік түрлендіргіштер 1'және 1 тарату-қабылдау режимінде жұмыс істейтін болғандықтан, импульстер шағын жіберген соң өздері соның шағылысқан сигналдарын қабылдайды. Дыбыс жылдамдығы температураға тәуелді болғандықтан, деңгейді өлшеу кезіндегі температуралық қателікті түзету үшін температуралық қайтарымдарды қолданады. Ультраакустикалық өлшеуіштердің қателігі 1-ден 15 м дейінгі өлшеу диапазонында 2,5%-дан аспайды.
Сұйықтың деңгейін өлшеудің радиациялық әдісі12.5-суретте көрсетілген.
12.5-сурет – Радиациялық деңгейөлшеуіштің принциптік сұлбасы
Радиоизотоптық бастау Из, мысалы кобальттық 80Со, резервуардың жоғарғы жағына, ал бірнеше пласмасса сцинтилляторлардан, жарық коллекторынан және жалпы көрсетіп тұрушы құрылымнан тұратын детектор Дет – төменгі жағына орналастырылады. Детектордан сигналдар күшейткішке У және есептеуші құрылымға ОУ беріледі. Сұйықтың деңгейі Х өзгергенде детектор секундына қабылдайтын импульстерсаны да өзгереді. Бұл әдіспен жұмыс істейтін деңгейөлшеііштердің қателіктері азғана (2...3%-дан аспайды), бірақ сәуле шығарудан қорғануды талап етеді. Олар сұйықтың, еріген металдар мен пласмассалардың да, деңгейлерін жанаспай арақашықтықтан жанаспай өлшеуге арналған.
Негізгі әдебиет: 1[286-291], 5[119-123]
Қосымша әдебиет: 8[218-233]
Бақылау сұрақтары:
1. Машина жасау өнеркәсібінде сұйық деңгейін сигналдауының қандай тәсілдері мен құралдары қолданылады?
2. Қалтқылы деңгейөлшегіштің қандай кемшіліктері мен артықшылықтары бар?
3. Монометрлік деңгей өлшеу құралының жұмыс істеу принципі қандай?
4. Сыйымдылықтық, ультраакустикалық және радиациалық деңгей өлшегіштердің жұмыс істеу принципі қандай?