Обобщенные выводы по электромеханическим датчикам.
Электромеханические уровнемеры предназначены главным образом для измерения уровня жидкостей. Для сыпучих материалов следует использовать отвес. В этом случае непрерывно контролировать изменения уровня невозможно.
Преимущество электромеханических уровнемеров заключается в их относительной надежности и возможности применения в различных условиях эксплуатации. Температура или состав жидкостей не имеет никакого значения. Как было уже отмечено, электромеханические уровнемеры могут быть также использованы для измерений уровня жидкости в резервуарах высокого давления. Большинство методов измерения обходится без каких-либо вспомогательных источников энергии, так что с этой стороны не возникает никаких помех и отказов. Несмотря на наличие движущихся частей, нуждающихся в постоянном техническом обслуживании, этот метод измерения пока еще находит широкое применение. В ряде случаев ему даже отдают предпочтение, хотя в этой области измерительной техники появились многочисленные электрические и электронные приборы.
Емкостный метод измерения уровня.
Обычные механические уровнемеры не позволяют производить непрерывные измерения, когда объектом измерения являются, зернистые или порошкообразные материалы. Емкостный метод дает такую возможность. Давление или разрежение играет здесь подчиненную роль. Емкостный метод применяют главным образом для измерения уровня:
а) порошкообразных пищевых продуктов, зерна, стирального порошка, песка, цемента, извести и угольной пыли в бункерах и хранилищах;
б) мазута, топлива, воды, кислот, щелочей и вязких материалов в баках.
Емкостные уровнемеры можно использовать как для сигнализации предельных значении, тик и для непрерывного измерения. Точность индикации составляет при наличии однородных материалов 2 - 3%.
Данный метод измерения непригоден, однако, для измерения смеси жидкости с твёрдыми частицами, имеющими другую диэлектрическую проницаемость εг, так как эта величина должна оставаться постоянной. Его нельзя применять также а условиях колебания влагосодержания и изменения соотношения компонентов смеси.
Физические основы. Название метода предполагает измерение емкости в зависимости от уровня наполнения. Конденсатор образован стенкой резервуара и щупом, погруженным в его содержимое. Емкость этого конденсатора находится в диапазоне пикофарад, что обуславливает необходимость применения напряжения высокой частоты. Измерение емкости осуществляют, как правило, при помощи резонансных схем или мостов переменного тока с самоуравновешиванием. Верхняя часть конденсатора заполнена воздухом, нижняя часть - сыпучим материалом или жидкостью. Емкость конденсатора изменяется в зависимости от повышения или понижения уровня заполнения.
Для точного измерения решающую роль играют конструкция, изоляция и правильное размещение емкостного зонда. Необходимо учесть следующие факторы: изоляцию зонда, форму резервуара, давление в резервуаре, температуру материала заполнения, его зернистость, абразивность, химическую агрессивность, образование конденсата, пены и вязкость материала заполнения.
Измерительный зонд в зависимости от требуемой длины выполнен из проволочного тросика, металлического стержня или трубки. Если материал заполнения резервуара обладает электропроводностью или подвержен коррозни, измерительный зонд необходимо покрыть слоем соответствующей изоляции, например слоем эбонита, стекла, поливинилхлорида или других синтетических материалов.
Метод измерения на основе проводимости (кондуктометрический метод).
Область применения метода ограничена исключительно контролем предельных значении уровня и измерением уровня заполнения проводящими жидкостями. Следовательно, сыпучие или вязкотекучие материалы, измерять указанным методом нельзя. Необходимо наличие определённой минимальной проводимости, чтобы для измерении уровня можно было получить сигнал достаточного уровня. Настоящий метод измерения применяют главным образом для измерения уровня в цистернах, баках и паровых котлах.
Физические основы. Принцип этого метода измерения основан на изменении силы тока. При пустом резервуаре сопротивление между двумя электродами бесконечно велико; при погружении ко1гцов электродов в проводящую среду сопротивление уменьшается соответственно величине проводимости.
Измерение. Кондуктометрические индикаторы уровня выполняют в виде указателей предельных значений или уровнемеров, осуществляющих непрерывное измерение. Особое значение они приобрели как дистанционные измерители уровня воды в паровых котлах. Однако на производственных предприятиях химической промышленности они нашли применение лишь в качестве указателей предельных значении.
Выводы: Кондуктометрический метод измерения требует меньших затрат в отличие от емкостного метода измерения уровня. Недостаток метода заключается в том. что он ограничен измерением уровня электропроводных жидкостей.
Оба метода пригодны для измерения уровня любых жидкостей. При выборе материала трубки, используемой для измерения давления, необходимо учитывать химические свойства жидкостей. Гидростатический и пневматический методы индикации уровня отличаются друг от друга тем, что при гидростатическом методе используется непосредственно давление, оказываемое жидкостью на дно сосуда, тогда как при пневматическом методе в резервуар должен принудительно подаваться воздух или защитный газ.
Указанные методы применяют в промышленности для измерения уровня жидкости в паровых котлах, перегонных кубах, реакторах и. т.д.
Выводы. Преимущество гидростатического и пневматического способа измерения уровня заключается в том, что они обладают весьма высокой эксплутационной надёжностью. Гидростатический метод можно использовать, в частности, для измерения уровня в резервуарах высокого давления. Преимущество пневматического метода состоит в том, что измерительный механизм не находится в контакте с измеряемым материалом. Поэтому его очень удобно применять в случае агрессивных, сильно загрязнённых, вязких и склонных к кристаллизации жидкостей.
Ультразвук можно использовать для измерения уровня жидкостей, так и сыпучих материалов. Способ непригоден лишь для измерения уровня жидкости, содержащей твердые частицы, которые могут образовать отложения на вибраторах и тем самым привести к погрешностям измерения. Такие химические и физические свойства жидкости, как агрессивность, плотность и вязкость, играют при этом второстепенную роль. Ультразвуковой метод измерения уровня позволяет осуществить сигнализацию уровня сыпучих материалов, а также лёгких хлопьевидных содержащих воздух материалов, например стиропора целлюлозы, мелкозернистых или порошкообразных синтетических материалов. Область применения этого метода распространяется также и на измерение уровня жидкости в сосудах из дерева и пластика, где сам по себе точный и надежный емкостный метод измерения не всегда пригоден.
Физические основы. Для измерения уровня необходимо наличие излучателя и приёмника ультразвуковых импульсов, представляющих собой механические колебания в диапазоне частот от 20 кГц до нескольких мегагерц. Чем выше частота, тем прямолинейнее распространяются ультразвуковые колебания, два способа получения которых: магнитострикционный и пьезоэлектрический.
Время прохождения или поглощения луча может служить мерой уровня.
При измерении уровня методом поглощения мерой уровня служит ослабление ультразвука. Излучатель и приёмник должны входить внутрь резервуара и располагаться строго друг напротив друга. При заполнении пространства между двумя вибраторами реле посылает сигнал. Этот метод используют для сигнализации предельных величин сыпучих материалов.
Для жидкостей более удобен метод, основанный на измерении времени прохождения сигнала, отражённого от поверхности (принцип эхолота).
Выводы: Преимущество измерения уровня посредством ультразвука заключается в том что этот метод удобен для измерения уровня заполнения даже в труднодоступных резервуарах, где часто по конструктивным причинам бывает невозможно воспользоваться другим способом измерения. Разумеется этот метод требует больших расходов, так как кроме магнитострикционных или пьезоэлектрических вибраторов, необходим наличие частотных генераторов.
Среди такого многообразия датчиков, нельзя не обратить внимание на необычный способ измерения уровня, предложенный В.Н. Скугоровым [1].
Метод основан на измерении собственной частоты уровнемерной трубки. Эта частота меняется в зависимости от момента инерции относительно оси вращения, который в свою очередь меняет своё значение при заполнении уровнемерной трубки. Для регистрации этой частоты используется автоколебательная система возбуждения-съёма.