Методы измерения уровня жидкости
Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль за уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах.
Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной плоскости, принятой за начало отсчета.
Измерение уровня — довольно распространенный измерительный процесс в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях промышленности, а так же в теплоснабжении. Иногда по результатам измерения уровня судят об объемном количестве вещества, содержащегося в резервуарах (баках, цистернах, танках и т. п.). Для этого используют либо мерные емкости постоянного (по высоте) поперечного сечения (например, мерные баки объемных расходомерных установок), либо специальные тарировочные таблицы, ставящие в соответствие каждому текущему значению уровня значение объема резервуара.
Средства измерений уровня называются уровнемерами. Как и все средства измерений, уровнемеры состоят из совокупности измерительных преобразователей и вспомогательных устройств, необходимых для осуществления процесса измерений (устройств для линеаризации функций преобразования, отсчетных устройств и т. д.).
Первичный преобразователь (датчик) воспринимает измеряемую величину — уровень — и преобразует ее в выходной сигнал (электрический, пневматический, частотный), поступающий на последующие преобразователи, или в показания, отсчитываемые по шкале уровнемера.
Принцип действия первичных преобразователей уровнемеров основан на различии физических свойств веществ, образующих границу раздела.
Механические уровнемеры
К этим уровнемерам относятся поплавковые, буйковые и гидростатические уровнемеры. Все они реализуют абсолютный метод измерения уровня, основанный на использовании различия плотностей веществ, образующих границу раздела.
Поплавковые уровнемеры
В поплавковых уровнемерах (рис.2) имеется плавающий на поверхности жидкости поплавок 1, в результате чего измеряемый уровень преобразуется в перемещение поплавка. В таких приборах используется легкий поплавок, изготовленный из коррозионно-стойкого материала. Показывающее устройство прибора 4 соединено с поплавком тросом 2 или с помощью рычагов. Поплавковыми уровнемерами можно измерять уровень жидкости в открытых емкостях.
Недостатки:
· Характерная особенность поплавковых уровнемеров с механической связью - необходимость герметизации вывода при измерении уровня токсичных, легкоиспаряющихся жидкостей, в сосудах с избыточным давлением, а также наличие дополнительных погрешностей, связанных с упругой деформацией и трением элементов связи.
· В то же время использование для фиксации положения поплавка бесконтактных следящих систем усложняет конструкцию уровнемеров, обусловливает, как правило, нелинейность их характеристик преобразования.
· Наиболее существенное влияние на точность измерения уровня поплавковыми расходомерами оказывает изменение температуры в рабочей полости сосуда. Изменения температуры обуславливают температурную деформацию поплавка, поэтому использовать эти уровнемеры в таких условиях не целесообразно.
Достоинства:
При тщательной градуировке и правильной эксплуатации поплавковых расходомеров их основная погрешность может быть сведена к значению порядка ±1 мм в диапазоне измерений до 15-20 м. Вследствие этого поплавковые уровнемеры находят применение в качестве образцовых.
Буйковые уровнемеры
В буйковых уровнемерах применяется неподвижный погруженный в жидкость буек. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила. По закону Архимеда эта сила равна весу жидкости, вытесненной буйком. Количество вытесненной жидкости зависит от глубины погружения буйка, т. е. от уровня в емкости. Таким образом, в буйковых уровнемерах измеряемый уровень преобразуется в пропорциональную ему выталкивающую силу. Поэтому зависимость выталкивающей силы от измеряемого уровня линейная.
Достоинства:
· отлично справляются с измерением уровня в случае пенящихся жидкостей. Типичная среда применения для этого типа уровнемеров – различные масла, топливо и легкие нефтепродукты.
· принцип действия буйковых уровнемеров позволяет в широких пределах изменять их диапазон измерения. Это достигается как заменой буйка, так и изменением передаточного отношения рычажного механизма промежуточного преобразователя.
Недостатки:
· буйковые уровнемеры очень восприимчивы к вязким жидкостям. Не применимо так же использование буйковых уровнемеров в агрессивных средах, способных вызвать коррозию и разрушение буйка.
· данный тип измерения уровня подразумевает под собой большие затраты и время на установку, а так же затраты на дальнейшую их эксплуатацию.