Тепловые сигнализаторы уровня

Тепловые сигнализаторы уровня используют тот же принцип работы, что и тепловые уровнемеры, а именно, эффект теплового рассеивания. При этом сигнализатор содержит чувствительный элемент, образованный двумя терморезисторами (полупроводниковыми или платиновыми термопреобразователями сопротивления), защищенными оболочками из нержавеющей стали. Оба сенсора расположены на небольшом расстоянии друг от друга (рис. 8.7, в). Один сенсор (активный) содержит нагревательный элемент, который поднимает его температуру несколько выше температуры измеряемой среды. Другой сенсор (опорный сенсор) измеряет температуру среды.

Сигнализаторы уровня, работающие в диапазоне температур окружающей среды от -70 до +200 °С в качестве чувствительного элемента используют полупроводниковые терморезисторы. Для высоких температур от -70 до +450 °С — платиновые терморезисторы.

Эта разность температур, а, следовательно, и значения сопротивлений терморезисторов, зависят от теплопроводности среды, в которую погружен чувствительный элемент. Таким образом, по разности сопротивлений активного и пассивного терморезисторов при соответствующей настройке уровня срабатывания может контролироваться заданное положение уровня в месте установки чувствительного элемента.

Использование дифференциального метода измерения предопределило название этих приборов, как термодифференциальные сигнализаторы уровня (рис. 8.7).

Активный и опорный температурные сенсоры включены дифференциально, поэтому изменение температуры процесса или изменение температуры окружающей среды будут мало влиять на работу прибора, т. к. эти изменения одновременно воздействуют на оба сенсора.

Рис. 8.7. Термодифференциальные сигнализаторы уровня СУТТТ202−02Е.Х (a), MATEL TG1/TG2 (б) и сенсор сигнализатора ТХ-0200 (в).

Внешний вид и габаритные размеры различных сигнализаторов близки. Конструкция сигнализатора включает корпус, выполненный из алюминия или нержавеющей стали, зонд с чувствительным элементом на нижнем его конце. Длина погружаемой части зонда может выполняться от 50 до 3000 и более мм в соответствии с назначением и особенностями монтажа сигнализатора. Так, например, при контроле уровня и вертикальном положении зонда, его длина представляет собой расстояние от места крепления сигнализатора до положения контролируемого уровня.

При монтаже сигнализатора на резервуаре необходимо придерживаться определенного правила ориентации чувствительного элемента относительно поверхности контролируемой жидкости.

При контроле уровня и горизонтальном положении зонда (рис. 8.8, б, зонды 3 и 4) мнимая линия, соединяющая оба зонда должна быть параллельна плоскости раздела сред. При контроле уровня и вертикальном положении зонда сигнализатора ориентация не имеет значения.

Известны более простые тепловые сигнализаторы уровня, содержащие один термочувствительный сенсор (рис. 8.8, а). В зависимости от условий применения сенсор 1 может быть выполнен с подогревом или без него. При контроле уровня холодных контролируемых жидких сред сенсор подогревается до температуры порядка 100−150 °С, превышающей температуру среды, а сопротивление термистора принимает минимальное значение. При совместном контакте благодаря разным коэффициентам теплопроводности жидкости и газа (изначально окружавшего термистор) температура сенсора уменьшается, и сопротивление термистора увеличивается. При контроле же уровня горячих сред сопротивление обычного сенсора (без предварительного подогрева) уменьшается за счет тепла, передаваемого горячей средой сенсору. Электронный блок 2 обеспечивает заданный режим контроля, получение управляющего выходного сигнала (разъём 3) и индикацию результата контроля.

Рис. 8.8. Одностержневой тепловой сигнализатор уровня (а) и схема монтажа сигнализаторов на резервуаре

Тепловые сигнализаторы уровня применимы для обнаружения уровня любой жидкости: с высокой вязкостью; с высоким содержанием твердых частиц; содержащих пену; с различной плотностью; независимо от электрической проводимости и диэлектрической проницаемости.

Проведенный анализ показывает, что уровнемеры, выполненные на базе преобразователей с тепловыми распределенными параметрами обладают высокой чувствительностью и обладают высокой линейностью функции преобразования. Постоянная времени, свойственная тепловым приборам, находится в пределах 4−20 с. На основании разработанных преобразователей могут быть созданы уровнемеры и реле уровня практически для любых жидкостей в широком интервале температур и давлений.

Интересно сравнить рассмотренный материал с понятиями тепловых уровнемеров по ГОСТу [1]:

• 1. Дилатометрический уровнемер — Уровнемер, основанный на температурном изменении длины наклонной металлической трубки от высоты уровня жидкости. Примечания: I. Наклонная металлическая трубка образует сосуд, сообщающийся с контролируемым; 2. Уровнемер предназначен для паровых котлов и им подобных сосудов, обеспечивающих сохранение высокой температуры наклонной трубки.
• 2. Термокондуктометрический уровнемер — Кондуктометрический уровнемер, элементом электрической цепи которого является нагреваемый током резистор с большим температурным коэффициентом. Примечание. Резистор, расположенный в виде вертикальной проволоки или спирали по высоте контролируемого сосуда, изменяет свою температуру, а, следовательно, и омическое сопротивление в зависимости от уровня жидкости [1].