Способы измерения уровня

• 1. Гравитационные методы, при которых прямо или косвенно используется проявление силы тяжести контролируемой среды (законы Архимеда, сообщающихся сосудов, весовой метод и т. д.).
• 2. Полевые методы, в которых используются различного рода физические поля для идентификации границы раздела «жидкость-воздух» и эффекты их поглощения и отражения в контролируемой среде.
• 3. Лучевые методы, при которых используются лучи частиц или сфокусированный оптический луч источника света или лазера.

Первая группа методов — гравитационная — представлена пневматическим, гидростатическим, совмещённым, весовым методами. Полевые методы — это наиболее многочисленная группа методов, к ней относятся: ёмкостной; индуктивный; резистивный (омический);резонансный; СВЧ; ультразвуковой. В группу лучевых методов входят и радиоизотопный и оптический методы.

I. Контактные методы.

1) Поплавковый.

В них ЧЭ является поплавок, плавающий на поверхности жидкости. Перемещение его вместе с жидкостью преобразуется в электрический сигнал или в метрические единицы. Простейший УМ содержит поплавок, подвешенный на гибком тросе или тягах. На другом конце троса закреплён указатель — стрелка, перемещающаяся по метрической шкале, откалиброванной в единицах уровня. В УМ с дистанционной передачей поплавок соединяется с преобразователем линейных погрешностей в электрический сигнал (индуктивный или трансформаторный преобразователи).

2) Емкостной.

ЧЭ емкостного уровнемера представляет собой конденсатор, обкладки которого погружены в среду. Он может быть выполнен в виде двух концентрических труб, пространство между которыми заполняется средой, либо в виде стержня, при этом роль второй обкладки играет металлическая стенка емкости. В случае проводящей жидкости ЧЭ покрывается изолятором, обычно фторопластом. Изменение уровня жидкости приводит к изменению емкости ЧЭ, преобразуемой в выходной электрический сигнал.

3) Гидростатический.

В основе принципа действия гидростатических уровнемеров - измерение давления создаваемого гидростатическим столбом жидкости находящимся выше чувствительного элемента датчика и преобразование измеренного значения в действительное значение уровня. Так как значение уровня создаваемого гидростатическим давлением зависит от плотности среды и совершенно не зависит от формы, размера и объема емкости. Конструктивно из можно отнести к датчикам дифференциального давления. На мембрану с одной стороны воздействует давление создаваемое столбом измеряемой жидкости, с другой стороны на мембрану воздействует атмосферное давление для обеспечения точности измерения. При измерении уровня продукта находящегося в емкости под давлением, на мембрану вместо атмосферного давления, необходимо подавать давление, имеющееся в емкости.

Более точными методами являются измерения не относительного, а дифференциального (разностного) давления, которое получается в результате вычитания давлений подаваемых на чувствительный элемент дифференциального манометра (дифманометра) из разных точек.

4) Буйковый.

В уровнемерах применяется неподвижный, погруженный в жидкость буек 3 — рисунок 55. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила F.

5) Кондуктометрический Принцип действия основан на измерении электрической проводимости.

Если контролируемая жидкость покрывает электрод ВЕ, то между электродом и корпусом резервуара образуется электролитический контакт, то получает питание обмотка электромагнитного реле КV1. Реле срабатывает и через его замыкающий контакт КV1,1 получает питание лампа НL, сигнализирующая о достижении заданного уровня.

При обнажении электрода электрическая цепь питания реле и сигнальной лампы прерывается.

II. Бесконтактные методы.

1) Зондирование ультразвуком Ультразвуковые и акустические уровнемеры. Действие основано на измерении времени прохождения импульса ультразвука от излучателя до поверхности жидкости и обратно. При приеме отраженного импульса излучатель становится датчиком. Если излучатель1 расположен над жидкостью, уровнем называется акустическим, а если внутри жидкости — ультразвуковым.

2) Зондирование электромагнитным излучением.

Магнитное поле возбуждения создается одинаковыми катушками 3 и 4, по которым протекают токи возбуждения, образованные соответственно от источников тока 9 и 8. Сигнал, возбуждаемый взаимодействием потока жидкости с магнитным полем на основе закона Фарадея, снимается с электродов 1 и 2, усиливается предварительным усилителем 6, далее с помощью АЦП 7 преобразуется в цифровой код, который вводится в вычислитель 10. Вычислитель по соответствующей программе выдает сигнал на коммутационно-регулирующее устройство, которое обеспечивает необходимые токи возбуждения в катушках, при которых результирующий сигнал между электродами устанавливается равным нулю. При этом с помощью устройства 11 вычисляется отношение токов в катушках, которое высвечивается на табло 12.

III. Визуальные УМ.

Наиболее простыми по конструкции и принципу действия являются УМ, основанные на визуальном измерении высоты уровня жидкости. Конструктивно они представляют собой трубки или водомерные стёкла, монтируемые на резервуарах. Трубки и стёкла оцифровываются в метрических единицах. Для увеличения диапазона измерения с одновременным сохранением прочности резервуара устанавливается несколько водомерных стёкол, располагающихся на различных, перекрывающихся уровнях.