Поплавкові і гідростатичні рівнеміри
Вимірювання рівня при наповненні рідиною резервуарів та баків займає значне місце в різних галузях промисловості, науки та техніки.
Основними групами рівнемірів є: візуальні (за допомогою водомірного скла); гідростатичні (в яких рівень визначають за тиском рідини на дно резервуара з наступним вимірюванням дифманометром різниці даного і атмосферного тисків); електромеханічні та механічні, зокрема поплавкові та буйкові; електричні, в яких рівень перетворюється в зміну електричного опору (кондуктометричні) або зміну ємності (ємнісні).
Різновиди рівнемірів.
- Водомірне скло
Дія водомірного скла для рідин грунтується на принципі сполучених посудин.
Водомірне скло 1 (рис. 6.1, а) з допомогою арматури з’єднано з нижньою і верхнею частинами посудини.
Рис. 6.1. Схема встановлення водомірного скла на технологічних апаратах
Спостерігаючи за положенням меніска рідини в трубі 1, судять про рівень рідини в посудині. Для виключення додаткової похибки через різницю температур рідини в резервуарі і скляній трубці, перед вимірюванням роблять промивку водомірної трубки за допомогою вентиля 2.
В результаті не значної механічної міцності, водомірне скло застосовують довжиною не більше 0,5 м. Тому для вимірювання рівня у великих резервуарах (рис. 6.1 б) встановлюють кілька водомірних стекол з таким розрахунком, щоб вони перекривали одне одного.
|
|
|
Водомірне скло застосовується до тиску 2,94 МПа і температури 300 
.
Абсолютна похибка при вимірюваннях становить 
мм.
- Поплавкові рівнеміри
В поплавкових рівнемірах, переміщення поплавка (чутливий елемент), густина якого менша за густину рідини, передається на показуючий пристрій (рис. 6.2) або перетворювач, наприклад, реостатний (рис. 6.3) для перетворення переміщення у вихідний електричний сигнал.
Рис. 6.2. Схема найпростішого поплавкового рівнеміра
Поплавок 1 (рис.6.2) підвішено на гнучкому тросі, який перекинуто через ролик 2. На протилежному кінці тросу закріплено вантаж 3 та показчик (стрілку), що показує на шкалі 4 рівень рідини.
Принципову схему поплавкового рівнеміра з реостатним перетворювачем та логометричним вимірювальним приладом, як зазначалось, наведено на рис. 6.3.
На даній схемі, поплавок розміщено в баку з досліджуваним рівнем. Він механічно зв’язаний з повзунком реостатного перетворювача 
. Резистори 
і 
служать для узгодження параметрів перетворювача та логометра для забезпечення заданого діапазону вимірювань.
Рис. 6.3. Схема поплавкового рівнеміра з реостатним перетворювачем
- вимірюваний рівень; 
- зміна опору реостатного перетворювача, повний опір котушки якого становить 
; 
і 
- струми, що протікають у колах першої і другої рамки логометра; 
- опір з’єднувальних провідників; і - резистори для узгодження параметрів реостатного перетворювача та логометра; 
і 
- опори рамок логометра; 
- напруга джерела живлення постійного струму
|
|
|
При зміні рівня , а отже відповідного положення поплавка, повзунок реостатного перетворювача, змінюючи співвідношення опорів у колах рамок логометра, змінює в них співвідношення струмів та , а тим самим і відхилення стрілки на кут 
( 
), яка показує вимірюваний рівень.
- Поплавкові рівнеміри з сельсинною і реостатною парами
Систему дистанційного вимірювання рівня води в резервуарі показано на рис. 6.4.
Зміна рівня води спричиняє до обертання ротора сельсина-давача 4. Ротор сельсина-приймача 5, який віддалений від резервуара, повертається на той же кут , що і ротор сельсина-давача 4 ( 
), де 
- вимірюваний рівень, що переміщує показчик 7. Наведене дозволяє прочитати на шкалі шукане значення рівня води в резервуарі.
Рис. 6.4. Поплавковий рівнемір з сельсинною парою:
1 – поплавок; 2 – дротяний тросик; 3 – противага; 4 і 5 – відповідно сельсин-давач і сельсин-приймач; 6 – зубчастий редуктор; 7 – показчик
|
|
|
Схему дистанційного вимірювання рівня води на основі поплавкового рівнеміра з реостатною парою показано на рис.6.5.
В системі, наведеній на рис.6.5 переміщення 
поплавка ( 
) передається на пульт оператора наступним чином.
Внаслідок зміни рівня рідини, потенціали точок 
і 
( 
і 
) відрізняються (у вихідному положенні 
).
Різницева постійна напруги 
перетворюється на змінну з допомогою перетворювача 2, підсилюється підсилювачем 3 й вмикає серводвигун РД. Останній переміщує повзунок таким чином, щоб потенціал точки ( ) відповідав новому значенню потенціала точки ( ). Іншими словами, щоб 
.
Рис. 6.5. Поплавковий рівнемір з реостатною парою:
1 – поплавок; 2 – перетворювач постійної напруги на змінну; 3 – підсилювач; РД – реверсивний сервоелектродвигун; 4 – показчик
Стале положення в цьому випадку ротора серводвигуна (і стрілки показчика) дозволяє прочитати на шкалі величину рівня рідини.
- Поплавкові рівнеміри з пневматичною передачею показів
Рівнемір такого типу наведено на рис. 6.6.
Рис. 6.6. Поплавковий рівнемір з пневматичною передачею показів на відстань
На даній схемі поплавок 1 підвішено до важеля 2, на кінці якого знаходиться зрівноважуючий вантаж 3.
|
|
|
Функцію перетворювача виконує система «сопло-заслінка» 5 і 6. Сильфон 4 реалізує зворотній зв’язок.
При збільшенні рівня рідини, поплавок 1 переміститься вгору, сопло 5 більше перекриється заслінкою 6, в результаті чого тиск 
збільшиться. При зменшенні рівня збільшиться відстань між соплом і заслінкою, в результаті чого зменшиться. Отже функціонально залежить від рівня ( 
).
Для рівнемірів з пневматичним вихідним сигналом застосовують вторинні прилади (манометри) які мають діапазон вимірювання 0,02–0,1 МПа.
- Буйкові рівнеміри і сигналізатори рівня
Їх робота грунтується на використанні виштовхувальної сили, що діє на занурене у рідину циліндричне тіло (буйок). Довжина його значно більша від його діаметра (рис. 6.7), а питома густина більша від питомої густини досліджуваної рідини.
Рис. 6.7. Структура буйкового перетворювача рівня рідини
Буйок 1 механічно з'єднаний з чутливим елементом 2 вторинного перетворювача, а його переміщення обмежується за допомогою пружини 3, закріпленої одним кінцем до верхньої частини буйка, а іншим до нерухомої частини корпуса. Такий буйок, що вільно підвішений на пружині, є масштабуючим перетворювачем достатньо великих змін рівня 
(до 10–20 м) у порівняно невеликі переміщення буйка та чутливого елемента вторинного перетворювача. Залежно від рівня рідини, на буйок діятиме підйомна сила, внаслідок чого пружина стискатиметься, а чутливий елемент – плунжер індуктивного перетворювача, переміщувати-меться, змінюючи вихідну індуктивність (повний електричний опір) або вихідну ЕРС.
Вторинним вимірювальним приладом рівнемірів з буйковим перетворювачем (рис.6.8) можуть бути прилади типу КПД чи КСД (з компенсаційним вимірювальним колом з диференціально-трансформаторними перетворювачами).
Рис. 6.8. Схема буйкового рівнеміра з диференціально-трансформаторним перетворювачем: - вимірюваний рівень; 
- різниця електрорушійних сил вторинних обмоток обох диференційно-трансформаторних перетворювачів; 
; ЕП – електронний підсилювач; РД – реверсивний двигун
Останнім часом широко застосовуються буйкові та поплавкові рівнеміри з силовою компенсацією, а також статичного зрівноважувального перетворення. Вихідною величиною в данних вимірювачах є струм. Буйкові рівнеміри такого типу з уніфікованим вихідним сигналом 0–5 мА та 0–20 мА призначаються для вимірювань рівня рідин в технічних місткостях з рівнем заповнення до 10– 16 м. Їхня зведена похибка наближається до 1,5 %.
Одну з найпростіших систем автоматичної сигналізації рівня води в резервуарі показано на рис. 6.9.
Рис. 6.9. Схема автоматичної сигналізації рівня води в резервуарі з буйковим перетворювачем: 1 – буйковий перетворювач; 2 – важіль; 3 – пружина; 
та 
- контактні перетворювачі; 
та 
- сигнальні лампи
На даній схемі відхилення рівня рідини від норми примушує засвічуватись відповідну сигнальну лампу. В разі зменшення рівня – світиться лампа , а у разі збільшення рівня – відповідно лампа .
- Гідростатичні рівнеміри
В цих приладах вимірювання рівня рідини постійної густини 
зводиться до вимірювання тиску 
, який створює стовп цієї рідини
, (6.1)
де 
- прискорення сили земного тяжіння.
З (6.1)
. (6.2)
Існують гідростатичні рівнеміри з неперервним продуванням повітря або газу (п’єзометричні рівнеміри) з безпосереднім вимірюванням стовпа рідини.
Схему п’єзометричного рівнеміра представлено на рис. 6.10.
Рис. 6.10. Схема п’єзометричного рівнеміра
На даній схемі стиснене повітря, пройшовши через дросель 1 і ротаметр 2 надходить в п’єзометричну трубку 3, яка знаходиться в резервуарі.
У випадку, коли тиск повітря, який вимірюється манометром 4 дорівнюватиме тиску вимірюваного стовпа рідини, з трубки в рідину почнуть надходити бульбашки повітря. Це є сигналом того, що необхідно взяти відлік по шкалі манометра. Величина цього тиску підставляється у вираз (6.2), на основі чого і визначається рівень .
На рис.6.11 наведено схеми гідростатичних рівнемірів з безпосереднім вимірюванням стовпа рідини
Рис. 6.11. Схеми гідростатичних рівнемірів з безпосереднім вимірюванням стовпа рідини:
а) у відкритому резервуарі; б) у резервуарі, що знаходиться під тиском
На рис.6.11 а представлено схему вимірювання рівня у відкри-тому резервуарі і встановленні дифманометра нижче дна резервуара. В цьому випадку, для вимірювання рівня обов’язково застосовують зрівнюючу посудину, яка наповнюється до відповідного (відомого) рівня рідиною, що знаходиться в резервуарі. Призначенням цієї зрівнюючої посудини є забезпечення постійного стовпа рідини в одному з колін дифманометра. Висота стовпа рідини в другому коліні дифманометра змінюється із зміною рівня в резервуарі. Кожному значенню рівня в резервуарі відповідає своє значення перепаду тиску.
Зазначене дозволяє по величині вимірюваного перепаду тиску судити про рівень рідини в резервуарі.
На рис.6.11 б показано схему вимірювання рівня рідини в резервуарі, що знаходиться під тиском при встановленні дифманометра нижче дна резервуара. В цьому випадку зрівноважуюча посудина встановлюється на висоті максимального рівня і з’єднується з контрольованим резервуаром.
Запитання для самоконтролю
1. Основні групи рівнемірів.
2. Поплавковий рівнемір з реостатним перетворювачем.
3. Поплавковий рівнемір з сельсинною парою.
4. Поплавковий рівнемір з реостатною парою.
5. Поплавковий рівнемір з пневматичною передачею показів на відстань.
6. Структура буйкового перетворювача рівня рідин.
7. Схема буйкового рівнеміра з диференціально-трансформаторним перетворювачем.
8. Схема автоматичної сигналізації рівня води в резервуарі з буйковим перетворювачем.
9. Схема п’єзометричного рівнеміра.
10. Гідростатичні рівнеміри з безпосереднім вимірюванням стовпа рідини.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 1342; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!