Курсовая работа: Уровнемеры для жидкостей и сыпучих тел
Рисунок 6. – Электрические уровнемеры: а – емкостный; б – омический
Рисунок 7. – Ультразвуковой уровнемер: 1, 2 – генераторы, соотв., управляющий и импульсов; 3 – пьезоэлектрический излучатель; 4 – усилитель импульсов; 5 – измеритель времени; 6 – вторичный прибор.
Ультразвуковые уровнемеры (рис. 7). В них используется явление отражения ультразвуковых колебаний (импульсов) от плоскости раздела жидкость-газ (обычно воздух). Время между моментом посылки первичного импульса и моментом возвращения отраженного импульса является функцией высоты измеряемого уровня. Эти приборы позволяют измерять уровень без контакта с контролируемой средой в труднодоступных местах.
Радиоизотопные уровнемеры основаны на сравнении интенсивностей потоков a- или b-излучения, проходящих выше либо ниже уровня раздела двух сред разной плотности. Применение этих приборов целесообразно в случае невозможности использовать иные уровнемеры.
Уровнемеры для сыпучих материалов, уровнемеры для сыпучих тел имеют свои особенности. Характерным отличием сыпучих материалов от жидкостей является непропорциональность передачи давления на дно и стенки емкости в зависимости от уровня в ней контролируемого вещества. Простейшие уровнемеры для сыпучих материалов выполняются с чувствительными элементами, соприкасающимися с поверхностью вещества. Изменение уровня дистанционно передается на вторичный измерительный прибор.
Наиболее, распространены лотовые уровнемеры (рис. 8). В них зонд (лот) 5 и груз 7 подвешены на блоке храпового колеса 4. Зонд периодически приподнимается с помощью управляемого пневматическим генератором импульсов пневматического мембранного привода 2 (воздействующего на колесо через собачку 3) и опускается на поверхность сыпучего материала 6 под действием силы тяжести. Если уровень не изменяется, зонд поднимается и опускается на одно и то же расстояние. При понижении уровня материала зонд опускается на большее расстояние, чем поднимается, и наоборот. У. должен работать так, чтобы при изменении уровня в заданных пределах давление сжатого воздуха на выходе прибора изменялось от 20 до 100 кПа. С выхода пневмопреобразователя 8 воздух подается на вторичный прибор. Лотовые У. позволяют измерять уровень до 20 м. В меньшей степени для определения уровня сыпучих материалов применяют также поплавковые, массовые, электрические (емкостные) и радиоизотопные уровнемеры.
Немецкая компания ACS-CONTROL-SYSTEM предлагает решения для измерения и контроля состояния жидкости, газа и сыпучих материалов, определения и ограничения уровня жидкости и сыпучих, расхода, давления и температуры. Фирма производит датчики температуры и давления, измерительные преобразователи, уровнемеры, зонды и многое другое. В этом разделе представлены гидростатические, ультразвуковые и радарные уровнемеры, кондуктивные зонды, а также вибрационные и флажковые ограничители уровня жидкости и сыпучих материалов.
Гидростатические датчики уровня измеряют давление жидкости и преобразуют его в значение уровня, поскольку гидростатическое давление зависит от уровня и плотности жидкости, но не зависит от формы и объема резервуара. Они представляют собой дифференциальные датчики давления, к которым подается давление среды и для сравнения второй вход соединяется с атмосферой или с областью избыточного давления в случае емкости под давлением. Гидростатические уровнемеры применяются для однородных жидкостей в резервуарах без существенного движения жидкости и могут использоваться для вязких жидкостей, суспензий и паст.
Конструктивно гидростатические датчики бывают двух типов: мембранные и погружные. В первом случае тензорезистивный или емкостной датчик непосредственно соединен с мембраной и весь прибор находится в нижней части резервуара, при этом расположение мембраны датчика соответствует минимальному уровню. В случае погружного датчика мембрана находится в жидкости и передает давление на тензорезистивный сенсор через столб воздуха запаянный в подводящей трубке. Гидростатические уровнемеры обеспечивают высокую точность при невысокой стоимости и простоте конструкции.
Ультразвуковые уровнемеры зондируют рабочую зону волнами ультразвука, т.е. волнами давления с частотой свыше 20 кГц. Конструктивно такой уровнемер состоит из излучателя и приемника колебаний, выполненных на кварцевой пластине, на которой измеряется напряжение отражённого сигнала. Ультразвуковой датчик устанавливается в верхней части резервуара. При этом сигнал проходит через воздух и отражается от от границы с твердой (жидкой) средой. Уровнемер в этом случае называется акустическим.
Скорость распространения ультразвука зависит от температуры, поэтому применяется термокомпенсация с помощью встроенного термодатчика. Рабочий диапазон достигает 25 м при погрешности измерения в 1%. Ультразвуковые уровнемеры могут использоваться для агрессивных сред и для сред с самыми различными физическими свойствами, за исключением сильнопарящих, сильнопенящихся жидкостей и мелкодисперсных и пористых гранулированных сыпучих продуктов.
Радарные уровнемеры – это наиболее высокотехнологичные средства измерения уровня. Для зондирования рабочей зоны и определения расстояния до объекта используется электромагнитное излучение СВЧ диапазона. В непрерывных уровнемерах идёт как излучение частотно модулированного сигнала, так и одновременно прием отраженного сигнала с помощью одной и той же антенны. На выходе получается смешаный сигнал, который анализируется с применением специального ПО. Импульсные микроволновые уровнемеры излучают сигнал с паузами, в которых прием происходит отраженного сигнала. Прибор вычисляет время прохождения прямого и обратного сигналов и определяет значение расстояния до поверхности.
Радарные уровнемеры не имеют непосредственного контакта с контролируемой средой, они могут применяться для агрессивных, вязких, неоднородных жидких и сыпучих материалов. От ультразвуковых бесконтактных уровнемеров их отличает меньшая чувствительность к температуре и давлению, а также устойчивость к запыленности, испарению, пенообразованию. Радарные уровнемеры обеспечивают высокую точность, что позволяет использовать их в системах коммерческого учета, они позволяют производить измерения уровня сред с низкой диэлектрической проницаемостью и, следовательно, слабой отражательной способностью. Они удобны в емкостях, где присутствует различное оборудование, сокращающее свободную зону для работы радара.
Чем больше размер антенны, тем более сильный и узконаправленный сигнал она излучает и, в тоже время, тем лучше прием отраженного сигнала. Рупорная антенна применяется в больших емкостях, позволяет работать с широким спектром сред по диэлектрической проницаемости, применима в сложных условиях и обеспечивает диапазон измерения до 35…40 м. Стержневая антенна применяется в небольших емкостях с химически агрессивными средами или гигиеническими продуктами, а также в случае, когда доступ в емкость ограничен малыми размерами патрубка. Диапазон измерения – до 20 м. Поверхность стержневой антенны покрыта слоем защитной изоляции. Трубчатая антенна представляет собой удлиненный волновод. Она позволяет формировать наиболее сильный сигнал за счет снижения рассеивания и используется в особо сложных случаях при наличии сильного волнения поверхности среды или большого слоя густой пены либо для случая сред с низкой диэлектрической проницаемостью.
Кондуктивные зонды работают на электропроводящих жидкостях. При погружении зонда в жидкую среду обнаруживается электрическое сопротивление продукта, между электродами протекает малый переменный ток, который измеряется встроенной электроникой, и это измерение преобразуется в команду переключения выходного реле. Сигнал переключения определяется монтажным положением или длиной электрода. Благодаря простоте обслуживания и надежности эксплуатации кондуктивные зонды могут применяться для защиты от переполнения и сухого хода, а также для управления насосами в любых отраслях промышленности.
OPTISOUND 3000
Ультразвуковой уровнемер для жидкостей и сыпучих продуктов
Ультразвуковые уровнемеры OPTISOUND 3010 C, 3020 C и 3030 C особенно подходят для измерения уровня жидких продуктов, однако они одинаково хорошо работают и на сыпучих продуктах. Эти приборы отличаются по диапазонам измерения, версиями датчика и имеют разные технологические присоединения.
Благодаря разным адаптированным излучаемым частотам, возможно измерение уровня в пределах от 0,25 до 15 метров. Химически стойкие материалы изготовления датчиков и технологических присоединений позволяют применять приборы и на коррозионных продуктах (в зависимости от модели). Удобная монтажная скоба (опция) позволяет без труда установить прибор OPTISOUND 3020 C в нужном положении.
Измерение уровня в процессе производства и хранения жидких продуктов
Отстойные резервуары, резервуары для воды и сточных вод
Бесконтактное измерение расхода в открытых каналах
Диапазон применения охватывает измерение жидких и сыпучих продуктов практически во всех отраслях промышленности, в особенности для отрасли водопользования, водоснабжения и очистки сточных вод.
Ультразвуковые уровнемеры OPTISOUND 3030 C, 3040 C и 3050 C особенно подходят для измерения уровня сыпучих продуктов, однако они одинаково хорошо работают и на жидкостях. Эти приборы отличаются по диапазонам измерения, версиями датчика и имеют разные технологические присоединения. Измерение уровня в процессе производства и хранения жидких продуктов.
Благодаря разным адаптированным излучаемым частотам возможно измерение уровня в пределах от 0,6 м до 45 м.
Химически стойкие материалы изготовления датчиков и технологических присоединений позволяют применять приборы и на коррозионных продуктах (в зависимости от модели).