УДК 681.2 ББК 32.96 АХХ

Агеев А.Ю.

Приборы измерения и контроля уровня: Учебно-методическое пособие / А.Ю. Агеев, Л.Н. Лохтина; СТИ НИЯУ МИФИ. – Северск: Изд-во СТИ НИЯУ МИФИ, 2014. – 82с.

В пособии рассмотрены принципы измерения и контроля уровня различных сред, отмечены их достоинства и недостатки, указаны возможные области применения. Приведены примеры средств измерения и контроля уровня. Пособие подготовлено на кафедре «Электроника и автоматика физических установок» Северского технологического института и предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Электроника и автоматика физических установок» и «Автоматизация технологических процессов и производств», а также направлений «Ядерные физика и технологии» и «Автоматизация технологических процессов».

Одобрено на заседании кафедры ЭиАФУ, (протокол №______ от «_____» ____________2014г.)

Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом СТИ НИЯУ МИФИ

Рег. №__/__от__.__20__г.

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор СТИ НИЯУ МИФИ, Б.М. Кербель

Кандидат технических наук, доцент СТИ НИЯУ МИФИ, В.Я. Дурновцев

Содержание

2.3Уровнемеры гидростатические…………………………………. 10

3.2Буйковые уровнемеры/сигнализаторы…………………………. 30

3.8Волноводные уровнемеры………………………………………. 45

3.9Радиоизотопный уровнемер…………………………………….. 46

3.10Тепловой сигнализатор………………………………………….. 48

4Рекомендации по выбору приборов измерения и контроля

уровня……………………………………………………………… 52

Литература……….……………………………………………….. 54

Приложение А Приборы измерения и контроля уровня

Введение

Экономичная и безопасная работа с высокой производительностью технологических процессов диктует необходимость использования современных приборов измерения, которые следят за состоянием оборудования и ходом процессов. Одной из таких задач является задача измерения уровня контролируемой среды [1,2].

Решение проблемы измерения уровня является один из ключевых моментов, возникающих в процессах управления различными технологическими объектами в самых разных отраслях промышленности (например, в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей, в пищевой промышленности, в производстве строительных материалов, в системах экологического мониторинга и во многих других отраслях).

К приборам, применяемым для измерения уровня, предъявляются, в основном, два требования: в одном случае требуется производить непрерывное измерение уровня, в другом случае требуется только сигнализировать о том, что достигнуто определённое значение уровня [3,4].

Немаловажной задачей на современных предприятиях является оптимизация производства, что диктует всё возрастающая конкуренция. Автоматический контроль, применение современных приборов для измерения и контроля позволяют добиться выполнения работы меньшим числом рабочих и в более быстрые сроки. Применение современных уровнемеров позволяют не только контролировать уровень среды, но и обеспечивает автоматизацию процессов учета запасов и расхода, которые раньше выполнялись операторами. Также своевременный контроль уровня различных веществ дает возможность вовремя обнаружить и устранить утечку опасного для окружающей среды продукта [2-4].

Современные условия, в том числе и ужесточение экологических норм, предъявляют повышенные требования к точности и оперативности измерений, к качеству контроля. Фирмы-производители измерительной техники постоянно находятся в поиске новых технологий, направленных на улучшение характеристик приборов, повышение показателей надежности и универсальности.

В данном пособии рассмотрены принципы измерения и контроля уровня различных сред, используемые в производствах в различных отраслях промышленности, а также дано краткое описание наиболее используемых приборов различных фирм-производителей.

При написании пособия использованы как «классическая» литература, посвященная методам измерения и контроля уровня, так и информация фирм-производителей современных приборов уровня.

2

1 Уровнемеры. Основные понятия. Классификация

В промышленном производстве в настоящее время существует ряд разнообразных технических средств, позволяющих решить задачу измерения и контроля уровня. Прибор, предназначенный для определения уровня содержимого в резервуарах (открытых или закрытых) называется уровнемером. Под содержимым подразумеваются разнообразные виды жидкостей (в том числе газообразующие), сыпучие и другие материалы [1,2].

Первый простейший уровнемер был создан для определения уровня воды в озерах, реках и других водоемах и получил название футшток. Его создание было вызвано развитием флота и навигации и необходимостью изучения изменения уровня в конкретном месте водоема. Футшток – уровнемер в виде рейки (бруса) с делениями, установленный на водомерном посту для наблюдения и точного определения уровня воды в море, реке или озере. Первый футшток появился в Петербурге в 1703 году [5].

Уровнемеры иногда называют датчиками уровня или преобразователями уровня. Помимо уровнемеров, для контроля уровня применяют сигнализаторы уровня. Главное отличие уровнемера от сигнализатора уровня заключается в возможности измерять градации уровня, а не только его граничные значения [3,4].

Приборы для определения уровня жидкости или сыпучего материала в резервуарах называются уровнемерами широкого диапазона измерений. Этот диапазон измерений определяется геометрическими размерами резервуаров. Приборы снабжены шкалами с делениями, находящимися по одну сторону от нулевой отметки (расположенной в начале отсчета), шкалы градуируются в см, дм, м. Приборы для поддержания уровня на заданной высоте или приборы, показывающие величину отклонения уровня от нормального положения, называются уровнемерами узкого диапазона измерений (100-200 мм). Шкалы данных приборов имеют деления по обе стороны от нулевой отметки (находящейся посередине) и градуируются в миллиметрах и сантиметрах [1-4].

Средства измерения уровня воплощают разнообразные методы, основанные на различных физических принципах. К наиболее распространенным методам измерения уровня относятся:

-контактные методы (поплавковый, буйковый, емкостный, гидростатический и т.д.);

-бесконтактные методы (зондирование звуком, зондирование электромагнитным излучением, зондирование радиационным излучением).

Каждый из методов характеризуется набором своих технических реализаций, которые в любом конкретном случае имеют и преимущества,

инедостатки.

3

По типу продукта, уровень которого измеряется, уровнемеры разделяют на:

–уровнемеры для жидкостей (вода, растворы, суспензии, нефтепродукты, масла и т.п.);

–уровнемеры для сыпучих веществ (порошки, гранулы и т.п.).

По режиму работы уровнемеры разделяют на:

–приборы с непрерывным измерением (определяющие уровень с заданной точностью в конкретный момент времени). Такие приборы чаще всего называют уровнемерами или датчиками уровня;

–приборы с определением предельных значений (сигнализирующие

одостижении заданного предельного значения уровня). Такие приборы чаще всего называют сигнализаторами уровня, реле уровня, датчиками предельного уровня [1,3,4].

Существует несколько методов измерения уровня жидкости, имеющих свои технологические возможности, основанных на различных физических принципах действия и обладающих как рядом преимуществ, так и определенными недостатками.

Внастоящее время применяются следующие устройства для измерения уровня жидкости [4-6]:

–визуальные (работающие по принципу сообщающихся сосудов);

–поплавковые (использующие для измерения уровня поплавок, находящийся на поверхности жидкости);

–буйковые (использующие для измерения уровня массивное тело (буёк), имеющее переменный уровень погружения в жидкость);

–гидростатические (основанные на измерении гидростатического давления столба жидкости);

–электрические (использующие изменение значений электрических параметров от уровня жидкости);

–ультразвуковые (основанные на принципе отражения звуковых волн от поверхности среды);

–радарные и волноводные (основанные на принципе отражения сигнала высокой частоты (СВЧ) от поверхности среды);

–радиоизотопные (основанные на использовании интенсивности потока ядерных излучений, зависящей от уровня жидкости).

Эти принципы измерения и контроля уровня рассмотрены далее.

4

2 Принципы измерения и контроля уровня

2.1 Уровнемеры визуальные

Визуальные уровнемеры, называемые иначе указательными стеклами, являются простейшими измерителями уровня жидкости в аппарате. В основе работы указательных стекол лежит принцип сообщающихся сосудов.

Измерение уровня жидкости с помощью визуального уровнемера показано на рисунке 2.1. К технологическому аппарату 1 через краны 2 подсоединено указательное стекло (трубка 3). Аппарат и трубка представляют собой сообщающиеся сосуды, поэтому уровень жидкости H в трубке всегда равен ее уровню в аппарате и отсчитывается по шкале [4].Так же визуальные уровнемеры показывают границу раздела различных фракций жидкости, например вода-нефть [5,6].

1 2 3

100

2

H

0

Рисунок 2.1 – Измерение уровня жидкости с помощью визуального уровнемера

Трубка указательного стекла может быть соединена емкостью, где контролируется уровень жидкости, либо одним нижним концом (для открытых емкостей), либо обоими концами (для емкостей, находящихся под избыточным давлением или разрежением) [4].

Указательные стёкла оснащены кранами для их отключения от емкости и для продувки системы. В арматуре указательных стекол, работающих под давлением, как правило, имеются предохранительные клапаны, автоматически перекрывающие каналы при аварийном разрушении стекла.

Из-за низкой механической прочности указательные стекла обычно выполняют длиной не более 0,5 м. Поэтому для измерения уровня в резервуарах устанавливается несколько указательных стекол с тем расчетом, чтобы они перекрывали друг друга. Абсолютная погрешность измерения уровня указательными стеклами ± (1–2) мм. При измерении возможны дополнительные погрешности, связанные с влиянием температуры окружающей среды. Плоские указательные стекла рассчитаны на работу при

5

давлении до 3 МПа и при температуре до 300 °С. Указательные стекла бывают проходящего света и отраженного света [4].

В настоящее время указательные стекла используются на предприятиях, где применяются паровые агрегаты (например, котельные, компрессорные, тепловые станции и другие) [5]. Внешний вид современных визуальных уровнемеров показан на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Внешний вид современных визуальных уровнемеров

2.2 Уровнемеры механические

Механические уровнемеры бывают следующих типов [1,4,6]:

-поплавковые;

-буйковые.

Поплавковые уровнемеры являются достаточно простыми приборами. В них для измерения уровня используется поплавок, находящийся на поверхности контролируемой среды, само измерение происходит по оценке положения поплавка на поверхности жидкости относительно двух точек измерений.

По конструктивным отличиям можно выделить поплавковые уровнемеры узкого диапазона и поплавковые уровнемеры широкого диапазона.

Поплавковые уровнемеры узкого диапазона представляют собой устройства, имеющие шарообразный поплавок диаметром от 80 до 100 мм. Этот поплавок плавает на поверхности жидкости и через штангу и специальное уплотнение соединяется или со стрелкой измерительного прибора, или с преобразователем угловых перемещений в унифицированный сигнал (электрический или пневматический).

Уровнемеры узкого диапазона выпускаются двух типов: фланцевые и камерные. Отличаются эти два типа способом установки на технологическом аппарате.

Минимальный диапазон измерений этих уровнемеров от -10 до +10 мм, максимальный – от -200 до +200 мм. Класс точности 1,5 [4]. Изме-

6

рение уровня поплавковым уровнемером узкого диапазона показано на рисунке 2.3

Рисунок 2.3 – Измерение уровня поплавковым уровнемером узкого диапазона

В поплавковых уровнемерах широкого диапазона поплавок через гибкий трос связан с противовесом и отсчетным устройством, указывающим значения уровня жидкости в резервуаре. При расчетах поплавковых уровнемеров подбирают такие конструктивные параметры поплавка, которые обеспечивают состояние равновесия системы «поплавок – противовес» только при определенной глубине погружения поплавка. Измерение уровня поплавковым уровнемером широкого диапазона показано на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Измерение уровня поплавковым уровнемером широкого диапазона

Чувствительный элемент – поплавок находится на поверхности жидкости (рисунок 2.4). Поплавок 1 уравновешивается грузом 3, связанным с поплавком гибким тросом 2. Уровень жидкости определяется положением груза относительно шкалы 4. Пределы измерений устанавливают в соответствии с принятыми значениями уровней: верхнего (ВУ) и нижнего (НУ). Уровнемер поплавковый может использоваться для выдачи электрического дискретного сигнала об уровне жидкости и уровне раздела двух несмешивающихся жидкостей в аппаратах и резервуарах технологических установок.

Поплавковые выключатели используются для сигнализации предельных значений уровня жидкостей. Они обладают необходимой плавучестью, позволяющей им в незакрепленном состоянии находиться на жид-

7

кости в строго горизонтальном положении. В качестве коммутационных устройств часто применяются жидкометаллические микровыключатели.

Преимущества поплавкового метода измерения и контроля уровня– простота и применимость для разных сред, низкая стоимость.

Ограничения – уровнемер блокируется при образовании отложений, имеет неточную воспроизводимость точки срабатывания (точка срабатывания зависит от изменений плотности вещества) [3,4].

В буйковых уровнемерах применяется погруженный в жидкость буек. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на измерении выталкивающей силы, действующей на буёк (закон Архимеда). Перемещение буйка через механические связи или систему дистанционной передачи (электрической или пневматической) сообщается измерительной системе прибора. Буйковые уровнемеры (или уровнемеры с тонущим поплавком)значительно надежнее поплавковых уровнемеров.

Чувствительным элементом буйковых уровнемеров является цилиндрический буёк, изготовленный из материала, плотность которого больше плотности жидкости (например, из нержавеющей стали).

Буек располагается в вертикальном положении и должен быть частично погружен в жидкость. Длина буйка подбирается таким образом, чтобы она была приближена к максимальному измеряемому уровню. По закону Архимеда вес буйка в жидкости должен изменяется пропорционально изменению уровня этой жидкости[4,5].Измерительная схема буйкового уровнемера приведена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Измерительная схема буйкового уровнемера

Работа уровнемера происходит следующим образом [5]. Когда уровень жидкости в емкости меньше или равен начальному уровню h0 (зона нечувствительности уровнемера), измерительная штанга (2), на которую подвешен буек (1), находится в равновесии, т.к. момент М1, создаваемый весом буйка G1, уравновешивается моментом М2,создаваемым противовесом (4). Если уровень контролируемой среды становится выше h0 (например, h), то часть буйка длиной (h - h0) погружается в жидкость. Поэтому

8

вес буйка уменьшается на некоторую величину, в соответствии с действующей на него выталкивающей силой (силой Архимеда).

Сила Архимеда определяется по формуле

F =ρgS(h − h0),

где F– сила Архимеда, Н;

ρ – плотность контролируемой среда, кг/м3; g– ускорение свободного падения, м/с2; S–площадь поперечного сечения буйка, м2; h0 – начальный уровень, м;

h–уровень погружения, м.

Следовательно, уменьшается и момент М1, создаваемый буйком на штанге (2).Так как момент М2становится больше момента М1, то штанга поворачивается вокруг точки (О) по часовой стрелке и перемещает рычаг

(3) измерительного преобразователя (5).

Движение измерительной системы происходит до тех пор, пока сумма моментов всех сил, действующих на рычаг (2), не станет равной нулю. Электрический или пневматический измерительный преобразователь формирует выходной сигнал. Уплотнительная мембрана (6) служит для герметизации технологической емкости при установке в ней чувствительного элемента. Как вариант, буек может быть установлен в специальной выносной камере вне технологической емкости.

В буйковых уровнемерах буек передает усилие на рычаг измерительного преобразователя. Выходным сигналом является или унифицированный пневматический или унифицированный электрический сигнал (постоянный ток). Принцип действия буйковых уровнемеров позволяет в широких пределах изменять их диапазон измерения. Это достигается как заменой буйка, так и изменением передаточного отношения рычажного механизма преобразователя. Диапазон измерения буйковых уровнемеров находится в пределах от 0,025 м до 16 м. Стандартный ряд значений верхнего предела измерения: 250; 400; 600; 1000; 1600; 2500; 4000; 6000; 8000; 10000 мм [5].

Буйковые уровнемеры – регуляторы предназначены для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров производственных технологических процессов с целью выдачи информации в виде стандартного сигнала об уровне жидкости или границы раздела двух несмешивающихся жидкостей, находящихся под вакуумметрическим, атмосферным или избыточным давлением [1,4].

9

2.3 Уровнемеры гидростатические

Гидростатический способ измерения уровня основан на определении гидростатического давления, оказываемого жидкостью на дно резервуара. Гидростатическое давление зависит от высоты столба жидкости над измерительным прибором, от плотности жидкости и определяется по формуле

P=Hρg,

следовательно, уровень жидкости определяется по формуле

H=P/(ρg),

где H – высота столба жидкости, м;

P – давление столба жидкости, Па; ρ – плотность жидкости, кг/м3;

g– ускорение свободного падания (g=9,81 м/с2 - это справедливо только для неподвижных жидкостей)[4].

Измерение гидростатического давления выполняется следующими способами:

–датчиком избыточного давления (манометром), подключаемым на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня;

–дифференциальным манометром, подключаемым к резервуару на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня, или к газовому пространству над жидкостью;

–измерением давления воздуха (газа), прокачиваемого по трубке, опущенной в заполняющую резервуар жидкость на фиксированное расстояние (пьезометрический метод) [4].

При измерении уровня гидростатическим способом погрешности измерения определяются классом точности измерительного прибора, изменениями плотности жидкости и колебаниями атмосферного давления.

Измерение уровня датчиком избыточного давления (манометром) приведено на рисунке 2.6. Для этих целей может применяться датчик любого типа с соответствующими пределами измерений.

Pатм

Рисунок 2.6 – Измерение уровня датчиком избыточного давления

10

Если резервуар находится под избыточным давлением, то к гидростатическому давлению жидкости добавляется избыточное давление над ее поверхностью, которое данной измерительной схемой не учитывается. Поэтому такая схема измерения для аппаратов под давлением не подходит.

Более универсальными являются схемы измерения уровня с использованием дифференциальных датчиков давления (дифманометров). С помощью дифференциальных датчиков давления можно также измерять уровень жидкости в открытых резервуарах, контролировать границу раздела жидкостей [4,5].

При измерении уровня с помощью дифманометра требуется установка дополнительного уравнительного сосуда, наполненного до определенного уровня той же жидкостью, что и аппарат. Назначение уравнительного сосуда – обеспечение постоянного столба жидкости в одном из колен дифманометра (т.е. компенсация статического давления, создаваемого столбом жидкости в импульсной трубке). Высота столба жидкости в другом колене дифманометра изменяется с изменением уровня в аппарате. Каждому значению уровня в нем отвечает некоторый перепад давления, определяемый расстоянием по высоте между аппаратом и прибором. Если аппарат работает при атмосферном давлении, уравнительный сосуд размещают на отметке нулевого уровня, если под давлением – на высоте максимального уровня [5].

Измерение уровня дифманометром в открытом резервуаре при атмосферном давлении приведено на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 – Измерение уровня дифманометром в открытом резервуаре при атмосферном давлении

Измерение уровня дифманометром в аппарате, работающем под давлением, приведено на рисунке 2.8.

11

Рисунок 2.8 – Измерение уровня дифманометром в аппарате, работающем поддавлением

При измерении уровня агрессивных жидкостей дифференциальный манометр защищается разделительными сосудами или мембранными разделителями, что позволяет заполнить его камеры и трубки неагрессивной жидкостью. При измерении уровня суспензий и шламов, осадки которых могут забивать импульсные трубки дифференциальных манометров, их непрерывно продувают сжатым воздухом [1,4].

Пьезометрические уровнемеры применяют для измерения уровня различных жидкостей (в том числе вязких и агрессивны) как в открытых резервуарах, так и в аппаратах под давлением. Измерение уровня жидкости пьезометрическим уровнемером приведено на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9–Измерение уровня жидкости пьезометрическим уровнемером

Сжатый воздух (или газ) через дроссель 1 и ротаметр 2 подается в пьезометрическую трубку3, расположенную в резервуаре. Давление воздуха (газа) измеряется манометром. Величина давления характеризует уровень жидкости в резервуаре. В начале подачи воздуха давление будет повышаться до тех пор, пока не станет равным давлению столба жидкости высотой H. В момент выравнивания этих двух давлений из трубки в жид-

12

кость начнет выходить воздух. Расход воздуха регулируют так, чтобы он пробулькивал отдельными пузырьками (примерно один пузырек за секунду). Расход воздуха регулируют дросселем 1 и контролируют ротаметром

2.

При измерении уровня легковоспламеняющихся и взрывоопасных жидкостей (например, сероуглерод, бензол, масла и др.) вместо воздуха используют двуокись углерода, азот или устанавливают специальные пьезометрические уровнемеры [4].

Гидростатические уровнемеры конструктивно близки к датчикам давления. Основное назначение гидростатических уровнемеров – измерение уровня однородных жидкостей в емкостях без существенного движения рабочей среды, а также измерение уровня паст и вязких жидкостей. Скважинные уровнемеры являются разновидностью гидростатических уровнемеров [2].

К достоинству гидростатических уровнемеров можно отнести простоту конструкции и дешевизну. Однако у гидростатических уровнемеров жидкости есть существенные недостатки – относительно низкая (по сравнению с другими методами) точность измерения и ограниченность применения, вызванная трудностью выполнения ряда условий (монтаж на днище резервуара, требование постоянной плотности измеряемого объекта, применимость только для спокойных объектов/процессов) [1,4].

2.4 Уровнемеры электрические

Принцип действия электрических уровнемеров основан на различии электрических свойств жидкостей и газов. При этом жидкости, уровень которых измеряется, могут быть как проводниками, так и диэлектриками; газы же, находящиеся в пространстве над измеряемой средой, всегда диэлектрики. Основным параметром, определяющим электрические свойства проводников, является их электропроводность, а диэлектриков – относительная диэлектрическая проницаемость, показывающая, во сколько раз по сравнению с вакуумом уменьшается в данном веществе сила взаимодействия между электрическими зарядами. В зависимости от того, какой выходной параметр (сопротивление, емкость или индуктивность) первичного преобразователя реагирует на изменение уровня, электрические уровнемеры подразделяются на такие виды [2]:

-кондуктометрические;

-емкостные;

-вибрационные.

Принцип действия кондуктометрических уровнемеров основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую

13

среду, представляющую собой участок электрической цепи с определенным омическим сопротивлением.

Кондуктометрические уровнемеры (омические уровнемеры или уровнемеры сопротивления) используют главным образом для сигнализации или для поддержания в заданных пределах уровня электропроводных жидкостей.

Прибор представляет собой электромагнитное реле, включаемое в цепь между электродом и контролируемым материалом. Схемы включения релейного сигнализатора уровня могут быть различны в зависимости от типа объекта и числа контролируемых уровней.

Первичный преобразователь кондуктометрического уровнемера представляет собой два электрода, глубина погружения которых в жидкость и определяет текущее значение ее уровня. Выходным параметром преобразователя является его сопротивление или проводимость. При измерении уровня «сверхпроводящих» жидкостей (например, жидких металлов) возможно применение кондуктометрических уровнемеров с одним электродом, роль второго электрода при этом выполняет заземленный со-

суд [3,4].

Схемы включения сигнализаторов уровня в токопроводящий объект для контроля одного и двух значений уровней показаны на рисунках 2.10, 2.11 соответственно[4].

2 3

1

h

Рисунок 2.10– Схема включения сигнализаторов уровня в токопроводящий объект для контроля одного значения уровня

Здесь даны следующие обозначения: 1 – электрод; 2 – электромагнитное реле;

3 – источник питания.

14

2

Рисунок 2.11 – Схема включения сигнализаторов уровня в токопроводящий объект для контроля двух значения уровня

В случае контроля одного уровня h можно использовать один электрод, одно реле и один провод (рисунок 2.10). В случае контроля двух уровней h1 и h2 (рисунок 2.11) требуется уже два электрода, два реле и два провода.

Основные факторы, ограничивающие точность кондуктометрических уровнемеров – непостоянство площадей поперечных сечений электродов, следовательно, и непостоянство удельных сопротивлений по длине электродов, а также образование на электродах пленки (окисла или соли) с высоким удельным сопротивлением, что приводит к резкому неконтролируемому снижению чувствительности датчика [4].

Кроме того, на точность кондуктометрических уровнемеров существенное влияние оказывает изменение электропроводности рабочей жидкости, поляризация среды вблизи электродов. Вследствие этого, погрешности кондуктометрических методов измерения уровня (даже при использовании различных компенсационных схем) достаточно высоки (5-10 %), поэтому эти методы находят преимущественное применение в качестве сигнализаторов уровня проводящих сред.

Выводы Кондуктометрические уровнемеры (уровнемеры сопротивления)

применяются для измерения или для сигнализации и для поддержания в заданных пределах уровня только проводящих жидкостей (в том числе и жидких металлов).

Принцип действия кондуктометрических уровнемеров основан на измерении сопротивления между электродами, помещенными в измеряемую среду (одним из электродов может быть стенка резервуара или аппарата). Таким образом, кондуктометрические уровнемеры измеряют сопротивление при замыкании электрические цепи, образованной электромагнитным реле, электродом и контролируемой средой (уровнем) электропроводностью от 2•10-3 См/см (водопроводная вода).

15

Преимущества кондуктометрического метода – простота, низкая стоимость, пригодность как для измерения уровня, так и для сигнализации предельных значений.

Ограничения – потеря чувствительности при налипании непроводящих веществ или отложений, использование в средах с определенной проводимостью [4-6].

Принцип действия емкостного уровнемера основан на зависимости электрической емкости чувствительного элемента от уровня среды, заполняющей аппарат. Это изменение емкости (пропорциональное уровню погружения чувствительного элемента в контролируемую среду) преобразуется электронной схемой в сигнал постоянного тока, который затем используется для местных показаний, для уставок сигнализации, для передачи на другие устройства.

Зависимость электрической емкости чувствительного элемента от уровня среды основана на различии диэлектрической проницаемости контролируемой среды (водных растворов солей, кислот, щелочей и т.д.) и диэлектрической проницаемости воздуха или водяных паров.

Чувствительный элемент, являющийся преобразователем емкостного уровнемера, представляет собой электрический конденсатор. Преобразователи емкостных уровнемеров выполняют в виде пластин, в виде цилиндров или в виде стержня [4].

Простейший первичный преобразователь емкостного прибора представляет собой электрод (металлический стержень или провод), расположенный в вертикальной металлической трубке. Стержень вместе с трубой образуют конденсатор. Цилиндрический емкостной преобразователь изготавливают из нескольких труб, расположенных концентрическим образом, а пластинчатый преобразователь – из двух или нескольких параллельных пластин.

Измерительная схема емкостного преобразователя уровня цилиндрического типа представлена на рисунке 2.12.

На схеме даны следующие обозначения: 1 – внешний электрод; 2 – внутренний электрод; 3 – электронный блок

16

Рисунок 2.12 – Измерительная схема емкостного преобразователя уровня цилиндрического типа

Пространство между электродами на высоту h заполняет контролируемая жидкость. Емкость преобразователя равна сумме емкостей двух его участков:

первый участок – участок, погруженный в жидкость с одной диэлектрической проницаемостью (εж);

второй участок – участок, находящийся в воздухе с другой диэлектрической проницаемостью (εср, для воздуха εср = 1), т.е. емкость преобразователя определяется по формуле

C= Ch+ CH-h ,

где С – емкость, пФ.

Емкость такого конденсатора зависит от уровня жидкости, так как при изменении уровня от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости среды (воздуха) до диэлектрической проницаемости жидкости [4].

При измерении уровня агрессивных, но неэлектропроводных жидкостей обкладки преобразователя выполняют из химически стойких сплавов или покрывают тонкой антикоррозионной пленкой, диэлектрические свойства которой учитывают при расчете. Покрытие обкладок тонкими пленками применяют также при измерении уровня электропроводных жидкостей.

Электрическую емкость измеряют обычно с применением резонансных и мостовых схем [4].

Выводы Принцип действия емкостных уровнемеров основан на различии ди-

электрической проницаемости измеряемой среды и воздуха.

17

Уровнемер емкостный обеспечивает измерение текущего значения уровня и сигнализацию предельных уровней жидких и сыпучих сред, таких как:

а) мазут, топливо, вода, кислоты, щелочи и вязкие материалы; б) порошкообразные пищевые продукты, зерно, стиральный поро-

шок, цемент, известь, угольная пыль.

Точность индикации составляет 2-3 % при наличии однородных материалов.

Данный метод измерения непригоден для измерения уровня в смеси жидкостей с твердыми частицами, имеющими другую диэлектрическую проницаемость, т.к. эта величина должна быть постоянной. Данный метод нельзя применять в условиях колебания влагосодержания и изменения соотношения компонентов смеси.

Преимущества емкостного метода – подходит для предельного и непрерывного измерения уровней, может использоваться для контроля уровня раздела фаз, подходит для сыпучих и жидких продуктов, для высококоррозионных сред.

Ограничения – не подходит для продуктов с изменяющимися диэлектрическими характеристиками [4].

Вибрационные сигнализаторы уровня применяются для измерения граничных значений жидкостей и сыпучих сред. Модульная конструкция приборов позволяет использовать их в емкостях, резервуарах и трубопроводах.

Благодаря универсальной и простой измерительной системе, сигнализатор уровня практически не критичен к химическим и физическим свойствам жидкости. Он работает даже при неблагоприятных условиях, таких как турбулентность, пузырьки воздуха [2,6].

Вибрационные сигнализаторы уровня способны измерять уровень почти всех жидкостей. Вибрирующий элемент приводится в действие пьезоэлектрическим методом и вибрирует с механической резонансной частотой приблизительно 1200 Гц. Пьезоэлементы закреплены механически и не подвергаются воздействию теплового удара. При погружении вибрирующего элемента в измеряемую среду частота вибрации изменяется. Это изменение частоты улавливается встроенным генератором и преобразуется в команду на переключение. Вибрационные уровнемеры, как правило, компактны и могут работать без внешней обработки сигнала, имеют встроенный блок электроники, который обрабатывает сигнал уровня и преобразует его (в зависимости от типа встроенного генератора) в соответствующий выходной сигнал. При помощи этого выходного сигнала можно работать с подключенными дополнительными устройствами напрямую (например, системой предупреждающей сигнализации, насосами, ПЛК и т.д.).

18

Преимущества вибрационного метода – универсальность метода (вибрационные уровнемеры используются и для липких сред), отсутствие требований регулировки, простота монтажа, низкая стоимость.

Ограничения – неприменимость для продуктов с размерами частиц или зёрен, которые могут блокировать вилку [2].

2.5 Уровнемеры ультразвуковые (акустические)

В ультразвуковых (или акустических) уровнемерах используется явление отражения ультразвуковых колебаний от границы (плоскости) раздела сред «измеряемая среда – газ», имеющих разные акустические сопротивления.

Действие уровнемеров этого типа основано на измерении времени прохождения импульса ультразвука от излучателя до поверхности и обратно. При приеме отраженного импульса излучатель становится датчиком. Если излучатель расположен над измеряемой средой, уровнемер называется акустическим уровнемером; если внутри – ультразвуковым уровнемером. В первом случае измеряемое время будет тем больше, чем ниже уровень жидкости, во втором – наоборот.

Также различие проводят и по используемому диапазону волн:

–если применяются волны звукового диапазона, то прибор называют акустическим;

–если применяются волны ультразвукового диапазона, то прибор называют ультразвуковым.

Уровнемеры ультразвуковые предназначены для контроля одного уровня или для контроля двух уровней.

Уровнемер ультразвуковой предназначен для бесконтактного автоматического дистанционного измерения уровня жидких сред, в том числе взрывоопасных, агрессивных, вязких, неоднородных, выпадающих в осадок, а также сыпучих материалов с диаметром гранул и кусков от 5 до 300 мм, при температуре контролируемой среды от минус 30 до плюс 120 °С.

Схема ультразвукового уровнемера приведена на рисунке 2.13. Основными узлами являются:

1 – генератор управляющий;

2 – генератор импульсов;

3 – излучатель;

4 – усилитель импульсов;

5 – измеритель времени;

6 – вторичный прибор (автоматический потенциометр).

19

Прибор состоит из электронного блока (ЭБ), пьезоэлектрического излучателя (преобразователя) и вторичного прибора.

Электронный блок состоит из генератора, задающего частоту повторения импульсов 1, генератора импульсов 2, посылаемых в измеряемую среду, приемного усилителя 4 и измерителя времени 5. Управляющий генератор 1 контролирует работу генератора импульсов 2 и измерителя времени 5, частота генерируемых им импульсов составляет 300 Гц. Генератор 2 формирует короткие импульсы для возбуждения пьезоэлектрического излучателя. Электрический импульс, преобразованный излучателем в ультразвуковой, распространяется в контролируемой среде (жидкости), отражается от границы раздела «жидкость — воздух» и возвращается обратно, воздействуя спустя некоторое время на тот же излучатель. Далее преобразуется в электрический сигнал. Оба импульса (посланный и отраженный), разделенные во времени, поступают на усилитель. Уровень жидкости в емкости определяется по времени запаздывания отраженного сигнала относительно посланного.

Для ультразвуковых уровнемеров время распространения колебаний определяется по формуле

τ=2h/a,

следовательно, уровень жидкости в емкости определяется по формуле

h= τa/2,

где τ – время, с;

h – высота уровня жидкости, м;

a – скорость распространения звука в жидкости, м/с.

Для акустических уровнемеров время распространения колебаний определяется по формуле

τ = 2(H-h)/a,

20

где τ – время, с;

H – полная высота емкости, м; h – высота уровня жидкости, м;

a – скорость распространения звука в газовой среде, м/с.

Электронный блок служит для формирования излучаемых ультразвуковых импульсов, усиления отраженных импульсов, измерения времени прохождения импульсом двойного пути (в жидкости или в воздухе) и преобразования этого времени в унифицированный электрический сигнал

[4].

Существуют два способа получения ультразвуковых колебаний – магнитострикционный и пьезоэлектрический.

Магнитострикционный вибратор работает по принципу использования магнитострикционного эффекта. Ферромагнитное тело испытывает деформацию в магнитном поле, т.е. укорачивается или удлиняется в направлении силовых линий магнитного поля. Это явление называется продольной магнитострикцией.

В ультразвуковой измерительной технике чаще применяют пьезоэлектрический эффект, т.к. он позволяет достичь высоких частот, находящихся в диапазоне мегагерц. Этот эффект основан на деформации определенных кристаллов, имеющей место при приложении к определенным поверхностям кристалла электрического напряжения [3].

Свойства среды не влияют на точность измерения, полученного ультразвуковым методом, поэтому ультразвуковым уровнемером может измеряться уровень агрессивных, абразивных, вязких и клейких веществ. Однако необходимо помнить, что на скорость распространения ультразвука оказывает влияние температура воздуха в среде его работы. Скорость ультразвука зависит и от состава воздуха и его влажности.

Ультразвуковой метод определения уровня применяется для измерения как дискретных, так и непрерывных значений уровня.

Принцип действия датчиков для определения дискретных уровней измеряемой среды заключается в том, что ультразвук в измеряемых средах распространяется иначе, чем в газе. Измерение дискретных значений уровня ультразвуковым уровнемером приведено на рисунке 2.14 [6].

Рисунок 2.14 – Измерение дискретных значений уровня ультразвуковым уровнемером

21

Излучатель (И) и детектор (Д) монтируются в емкости так, что между ними образуется прямой путь волны в газе. Когда уровень измеряемой среды поднимается, он перекрывает преобразователь, в результате ультразвуковые волны существенно поглощаются при прохождении к ранее определенной точке переключения [6].

Выводы Преимущества ультразвукового метода – отсутствие контакта с про-

дуктом, применимость для разных жидкостей и сыпучих продуктов. Ограничения – продукт не должен иметь пену на поверхности, на

сигнал также оказывают влияние пыль, пар, газовые смеси, образующаяся на поверхности. Возможно возникновение ошибок измерения при отражении от нестационарных препятствий (например, мешалок), метод не подходит для высоких давлений и температур, не подходит для вакуума [3-6].

2.6 Уровнемеры радарные (микроволновые)

Микроволновый бесконтактный метод измерения уровня (чаще именуемый радарным) является наиболее используем методом контроля уровня, применяемом в современном производстве.

Радарные уровнемеры, подобно ультразвуковым уровнемерам, используют явление отражения электромагнитных колебаний от плоскости раздела сред «измеряемая среда – газ».

Радарные датчики уровня не имеют контакта с измеряемым объектом. Это позволяет использовать их в сложных условия, в частности, при высоком давлении, при высоких температурах, при наличии паров и газов над поверхностью. По сравнению с ультразвуковыми уровнемерами, радарные способны обеспечить большую точность измерения, обладают меньшей зоной нечувствительности, способны работать при больших давлениях в резервуаре.

Современные радарные уровнемеры являются «интеллектуальными» устройствами, объединяющими в себе и измерительную часть, и обработку полученного сигнала. Датчик уровня построен по принципу радиолокатора. Это один из классических методов радарного (радиолокационного) измерения расстояния, позволяющий минимизировать влияние паразитных помех и помех, связанных с неровностями (волнениями) поверхности измеряемого объекта.

Принцип действия радарные уровнемеры его основан на измерении времени отражения высокочастотных радиоволн от поверхности раздела «газ– контролируемая среда».В радарных уровнемерах применяются СВЧсигналы с несущей частотой, лежащей в диапазоне от 5,8 до 26 ГГц.

Отраженный, а значит и результирующий сигнал, несущий в себе информацию об уровне измеряемого объекта, содержат также различные

22

шумовые и паразитные составляющие. Это связано с тем, что измерение производится в реальных условиях возможных волнений объекта, неполных отражений радиосигнала и его частичного поглощения поверхностью измеряемого продукта. Поэтому результирующий сигнал подвергают анализу. При помощи специальных алгоритмов, в реальном масштабе времени фильтруются паразитные составляющие сигнала и с высокой точностью определяется уровень измеряемого объекта.

Внастоящее время в радарных системах контроля уровня применяются в основном две технологии: с непрерывным частотно-

модулированным излучением (FMCW – frequency modulated continuous wave) и импульсным излучением сигнала [5].

Технология FMCW основана на реализации косвенного метода измерения расстояния. Уровнемер излучает микроволновый сигнал, частота которого изменяется непрерывно по линейному закону между двумя значениями. Отраженный от поверхности жидкости, сигнал принимается той же антенной и анализируется с помощью программного обеспечения. Его частота сравнивается с частотой сигнала, излучаемого в данный момент времени. Значение разности частот прямо пропорционально расстоянию до контролируемого объекта.

Врадарах же импульсного типа применяется метод определения расстояния, основанный на непосредственном измерении времени прохождения СВЧ-импульса от излучателя до поверхности жидкости и обратно. Время прохождения сигналом расстояния в несколько метров составляет единицы наносекунд, поэтому получение точного измерения настолько малых значений требуют специальных методов обработки сигнала. Для решения этой задачи используется преобразование микроволнового импульса в ультразвуковой сигнал. В результате преобразования к обработке сигналов радарного уровнемера легко применяются схемы, которые используются в акустических указателях уровня жидкости.

Радарные уровнемеры импульсного типа обладают рядом преимуществ перед устройствами, использующими технологию FMCW. Это экономичность энергопотребления, меньшая стоимость, более высокая надежность (за счет меньшего количества комплектующих) [6].

Важнейшим элементомрадарного уровнемера, влияющим на формирование сигнала, является тип и размер антенны. От антенны зависит, какая часть излучённого сигнала достигнет поверхности контролируемой среды и какая часть отражённого сигнала будет принята и передана на электронный блок для обработки. В микроволновых системах контроля уровня используются антенны пяти типов: рупорная (или коническая), стержневая, трубчатая, параболическая, планарная.

Самой универсальной является рупорная. Этот тип антенны может использоваться в больших емкостях, применяется в различных (в том числе сложных) условиях, обеспечивает измерения до 35...40 м (в условиях

23

спокойной поверхности), позволяет работать с большим (по диэлектрической проницаемости) диапазоном сред.

Стержневая антенна также широко применима. Радарные уровнемеры с этим видом антенны используются в небольших емкостях с агрессивными средами, химическими веществами, гигиеническими продуктами. Стержневая антенна применима и в случае, когда доступ в емкость ограничен малыми размерами патрубка. Антенна покрывается слоем защитной изоляции, такая антенна позволяет производить измерения на расстояниях до 20 м.

Трубчатая антенна – это надстроенный удлиненный волновод, из-за этого она позволяет выпускать наиболее сильный сигнал за счет снижения рассеивания. Такие антенны применяют в тех случаях, когда проведение измерения посредством рупорной или стержневой антенны связано с большими трудностями или невозможно (наличие пены, сильного испарения или высокой турбулентности жидкости).

В системах коммерческого учета применяются антенны параболического и планарного типов, так как они обеспечивают особо высокую точность измерений.

Выводы На сегодняшний день радарные уровнемеры являются самыми уни-

версальными, так как их эксплуатация обеспечивает минимальный контакт измерительного устройства с контролируемой средой, они могут работать вне зависимости от изменений температуры и давления (причем радарные указатели уровня жидкости применимы в таких условиях, в каких невозможно использование других методов).Радарные уровнемеры имеют большую устойчивость к таким факторам как запыленность, испарение с контролируемой поверхности, пенообразование, обладают высочайшей точностью. Однако недостатком радарного метода является дороговизна таких приборов.

Преимущества радарного метода – применимость для разных продуктов, отсутствие контакта с продуктом, использование при высоких давлениях и температурах, высокая точность метода (до ±1мм).

Ограничения – продукт должен иметь относительную диэлектрическую проницаемость не ниже требуемой [6].

24

2.7 Уровнемерыволноводные (рефлексные)

Волноводные (рефлексные или рефлекс-радарные) уровнемеры по принципу работы подобны радарным уровнемерам, но электромагнитный импульс распространяется по специальному зонду – волноводу [6].

Волноводные уровнемеры предназначены для измерения уровня, дистанции и объема жидкостей, паст и сыпучих продуктов, а также раздела фаз жидких продуктов.

Волноводные уровнемеры применяются в малых и узких резервуарах, поскольку радиоимпульсы направляются по зонду, а не свободно распространяются в пространстве резервуара. В случае необходимости съемная голова датчика позволяет заменять модуль электроники, не нарушая герметичности резервуара, что может быть важно при измерении уровня сжиженных газов и аммиака.

Волноводный уровнемер состоит из следующих основных элементов: корпус, электронный модуль, фланцевое или резьбовое соединение с резервуаром и зонд. Корпус уровнемера, состоящий из двух независимых отсеков (отсек электроники и клеммный отсек для подключения кабелей), может быть снят с зонда, при этом открывать резервуар не нужно (что немаловажно). Кроме того, корпус такой конструкции повышает надежность и безопасность уровнемера при эксплуатации в опасных производствах. Электронный модуль излучает электромагнитные импульсы, которые распространяются по зонду, выполняет обработку отраженного (принятого) сигнала и выдает информацию в виде аналогового или цифрового сигнала на встроенный жидкокристаллический индикатор или в систему измерения

[6].

В зависимости от условий процесса производства и свойств среды, подлежащей измерению, используется один из пяти типов зондов: коаксиальный, жесткий двухстержневой, жесткий одностержневой, гибкий двухпроводный и гибкий однопроводный.

Коаксиальный зонд применяется, когда необходимо измерение уровня внешней поверхности и уровня раздела двух жидкостей, например, растворителей, спиртов, водных растворов, сжиженных газов и жидкого аммиака. Этот зонд обеспечивает самое высокое отношение сигнал/шум. Рекомендуется для измерения уровня жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью, в условиях турбулентности, в условиях возникновения пены или потоков жидкости или пара вблизи зонда, так как оболочка коаксиального зонда работает как успокоительный колодец.

Двухстержневойжесткий или двухпроводной гибкий зонды рекомендуются для измерении уровня жидкостей (нефтепродукты, растворители, водные растворы и т.п.). Возможно применение для измерения уровня и раздела жидких сред. Могут применяться с более вязкими жидкостями,

25

чем рекомендовано для коаксиального зонда. Однако не стоит применять его при наличии липких сред.

Одностержневой жесткий и однопроводной гибкий зонды менее восприимчивы к налипанию среды и образованию наростов. Они могут применяться для вязких жидкостей, взвесей, водных растворов и алкогольных напитков, а также использоваться в фармацевтической промышленности. Применяются для измерения уровня вязких жидкостей, например, сиропа, меда и т.п., а также водных растворов [6].

2.8Уровнемеры радиоизотопные

Работа радиоизотопных уровнемеровоснована на сравнении интенсивностей потоков излучения, проходящих выше или ниже уровня раздела двух сред разной плотности [3,6].

Уровнемеры с радиоизотопными излучателями делятся на две груп-

пы:

–со следящей системой, для непрерывного измерения уровня;

–сигнализаторы (индикаторы) отклонения уровня от заданного зна-

чения.

Приемник и излучатель радиационного излучения перемещаются по всей высоте емкости на специальных лентах с помощью реверсивного электромотора. Комплект прибора состоит из трех блоков: преобразователя, содержащего источник и приемник излучения, электронного блока и показывающего прибора.

Использование приборов с радиоизотопными излучателями целесообразно там, где другие методы измерения непригодны, так как этот метод радиационно опасен и требует дополнительных средств безопасности для персонала [3,6].

2.9Уровнемеры 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 вещества, контролируемого в ней. 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. В них зонд (лот) и груз подвешены на блоке храпового колеса. Зонд периодически приподнимается с помощью управляемого привода и опускается на поверхность сы-

26

пучего материала 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. Лотовые уровнемеры позволяют измерять уровень до 20 м.

Для определения уровня сыпучих материалов применяют также электрические и радарные, ультразвуковые, радиоизотопные уровнемеры.

27

3 Примеры уровнемеров (сигнализаторов)

3.1 Поплавковые уровнемеры (сигнализаторы)

Поплавковые датчики уровня – одни из самых недорогих и вместе с тем надежных устройств, предназначенных для измерения уровня жидкостей.Могут использоваться для контроля уровня самых разных продуктов, например сточных вод, химически агрессивных жидкостей или пищевых продуктов.

Датчики уровня поплавкового типа не подходят для измерения липких и засыхающих жидкостей, жидкостей с механическими включениями, а также в случае замерзания жидкости.

Датчик-реле уровня жидкости двухпозиционный ДРУ-1ПМ Прибор предназначен для контроля верхнего или нижнего уровня

воды, дизельного топлива, авиационного масла, а также других жидкостей с вязкостью не более 2000 сСт и плотностью от 0,8·103 до 1,2·103 кг/м3, не агрессивных по отношению к стали 12Х18Н10Т и резине. Прибор может быть использован в схемах автоматического управления дизельэлектрических агрегатов, а также в стационарных условиях [7].

Датчик-реле уровня жидкости двухпозиционный ДРУ-1ПМ представлен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Датчик-реле уровня жидкости двухпозиционный ДРУ-1ПМ

В корпусе на кронштейне крепится микропереключатель. Чувствительным элементом является поплавок. Принцип работы датчика-реле основан на изменении положения поплавка под воздействием выталкивающей силы контролируемой жидкости. Поплавок, при своем перемещении, рычагом воздействует на микропереключатель, включенный в электрические цепи сигнальных и пусковых устройств.

Прибор эксплуатируется при температуре воздуха от минус 50 до плюс 60°С [7].

28

Прибор измерения уровня ПДУ (ОВЕН)

Поплавковые датчики уровня ПДУ (ОВЕН) применяются для измерения как текущего, так и предельного (максимального или минимального) уровня жидкости [8].

Датчик имеет поплавок, передвигающийся по вертикальному штоку. Внутри поплавка находится постоянный магнит, а в штоке, представляющем собой полую трубку, находится геркон. Герконовый контакт срабатывает при приближении магнита.

Поплавковые датчики уровня ПДУ (ОВЕН) могут работать при температурах до 105°С в воде и в химически агрессивных средах.

Возможно два варианта крепления: горизонтальное (ПДУ-1.1) и вертикальное (ПДУ-2.1, ПДУ-3.1).

Вертикальное крепление позволяет отслеживать как промежуточные, так и предельные (переполнение, недолив) уровни, горизонтальное – только промежуточные уровни.

Датчик ПДУ-3.1, имеющий шарообразный поплавок, может работать с более вязкими жидкостями [8].

Поплавковые датчики уровня ПДУ-1.1, ПДУ-2.1, ПДУ-3.1 представлены на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Поплавковые датчики уровня ПДУ-1.1, ПДУ-2.1, ПДУ-3.1

Поплавковый выключатель ПДУ-Н112 Поплавковый выключатель ПДУ-Н112 представляет собой миниа-

тюрный вертикальный двухуровневый поплавковый выключатель. Контакт может быть как размыкающим, так и замыкающим, в зави-

симости от установки поплавка на шток.

Изготавливаются датчики двух типов– камерныеибескамерные.

В конструкциях камерных датчиков имеется специальная поплавковая камера, которая по принципу сообщающихся сосудов соединена с контролируемой емкостью. Бескамерные датчики рассчитаны на монтаж на стенке или крышке резервуара, в котором контролируется уровень[8].

Поплавковый выключатель ПДУ-Н112 представлен на рисунке 3.3.

29

Рисунок 3.3– Поплавковый выключатель ПДУ-Н112

Миниатюрный поплавковый датчик уровня ПДУ-Н112 предназначен для регулирования уровня жидкости в резервуаре, защиты насоса от сухого хода, автоматизации процесса наполнения/осушения резервуара[8].

3.2 Буйковые уровнемеры (сигнализаторы)

Принцип действия буйковых уровнемеров основан на использовании выталкивающей силы, действующей на буек. Эта сила пропорциональна глубине погружения буйка в жидкость.

Преобразователь уровня буйковый пневматический ПИУП

Преобразователи уровня буйковые измерительные пневматические ПИУП предназначены для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров производственных технологических процессов с целью выдачи информации в виде стандартного пневматического сигнала об уровне жидкости или границе раздела двух несмешивающихся жидкостей (модели 21, 22), находящихся под вакуумметрическим, атмосферным или избыточным давлением. Преобразователь уровня буйковый пневматический ПИУП представлен на рисунке 3.4 [7].

Рисунок 3.4–Преобразователь уровня буйковый пневматический ПИУП

Диапазон измерения составляет до 16 м. При температуре измеряемой среды в интервалах от -200 до -45°С и от +50 до +400°С преобразователи используются в качестве индикатора уровня жидкости. Погрешность

30

измеренийзависит от плотности контролируемой среды и может состав-

лять± 0,5 %; ±1,0 %; ±1,5 %[7].

Преобразователь измерительный уровня буйковый Сапфир-22ДУ Преобразователи Сапфир-22ДУ предназначены для работы в систе-

мах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами, в том числе, со взрывоопасными условиями производства. Обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра уровня жидкостиили уровня границы раздела жидких фаз как нейтральных, так и агрессивных сред в стандартный токовый выходной сигнал и (или) цифровой на базе HART-протокола выходной сигнал дистанционной передачи[7].

Преобразователь измерительный уровня буйковый Сапфир-22ДУ представлен на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5–Преобразователь измерительный уровня буйковый Сапфир-22ДУ

Преобразователи предназначены для контроля сред, не содержащих компонентов, конденсат паров которых замерзает при температуре окружающего воздуха, возможной в процессе эксплуатации. В случае наличия таких компонентов преобразователи должны размещаться в обогреваемых шкафах или использовать обогреватель уровнемеров.

Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного преобразователя. При изменении измеряемого уровня происходит изменение выталкивающей силы, воздействующей на чувствительный элемент – буек. Это изменение через рычаг передается на тензопреобразователь, размещенный в измерительном блоке, где линейно преобразуется в изменение электрического сопротивления тензорезисторов. Электронный преобразователь преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал. Гидравлический демпфер, внутренняя полость которого заполнена вязкой жидкостью, сглаживает колебания.

Электронный блок позволяет получить переключаемые различные токовые выходные сигналы.

31

Буйковый уровнемер Сапфир-22МП-ДУ-Ех имеет взрывозащищенное исполнение. Уровнемеры Сапфир-22МП-ДУ-Вн выполнены с видами с различными видами взрывозащиты.

Верхний предел измерения уровня не превышает 10 м. Погрешность измерений составляет ± 0,5%; ±1,0% [7].

Уровнемеры-регуляторы буйковые пневматические УРБ-П, УРБ-ПМ Уровнемеры-регуляторы буйковые пневматические УРБ-П, УРБ-ПМ предназначены для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров производственных технологических процессов с целью выдачи информации в виде стандартного пневматического сигнала об уровне жидкости (УРБ-П) или границы раздела двух несмешивающихся жидкостей (УРБ-ПМ), находящихся под вакуумметриче-

ским, атмосферным или избыточным давлением[9]. Уровнемеры-регуляторы буйковые пневматические УРБ-П, УРБ-ПМ

представлены на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6–Уровнемеры-регуляторы буйковые пневматические УРБ-П, УРБ-ПМ

Уровнемер эксплуатируется при температуре окружающего воздуха от минус 50 до плюс 70○С(для исполнений УХЛ и ХЛ) и от минус 10 до плюс 45 ○С (для исполнения Т). В линии, подводящей к уровнемерам воздух питания, должны быть установлены фильтр и стабилизатор давления воздуха. Не допускается использование уровнемеров для измерения параметров сред, агрессивных по отношению к материалам, контактирующим с измеряемой средой.

Детали, контактирующие с контролируемой средой, в зависимости от ее агрессивности, изготовляются из стали 20 или стали 12Х18Н10Т, что позволяет обеспечить высокое качество и надежность при долговременной эксплуатации.

Уровнемеры настроены:

а) УРБ-П– на плотность измеряемой жидкости от 0,5 до 2,5 г/см³; б) УРБ-ПМ –на разность плотностей в диапазоне плотностей контро-

лируемых жидкостей от 0,5 до 2 г/см³; от 0,122 до 0,4 г/см³. Допустимая основная погрешность составляет ±0,5 %; ±1,0 %;

32

±1,5%.Дальность передачи выходного сигнала по пневматической линии не более 300 м [9].

3.3. Гидростатические уровнемеры/сигнализаторы

Датчик-реле уровня РО-1

Датчик-реле уровня РО-1 предназначен для контроля уровня морской, пресной и дистиллированной воды, дизельного топлива, смазочного и растительного масла, мазута и технического жира морских млекопитающих, рыб, а также других жидкостей с аналогичными параметрами в судовых условиях (соответствуют требованиям морского Регистра) и в других отраслях народного хозяйства.

Датчик-реле уровня РО-1 представлен на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7– Датчик-реле уровня РО-1

Принцип действия датчика-реле уровня основан на преобразовании гидростатического давления, создаваемого столбом жидкости, в давление воздуха, которое воздействует на мембрану и приводит к срабатыванию электрических контактов переключающего устройства.

Датчики-реле нашли применение в строительстве и ремонте судов. Также возможно применение РО-1 на станкостроительных и машиностроительных заводах (для организации автоматической раздачи смазывающей охлаждающей жидкости), в пищевой, в химической и других отраслях промышленности. Возможно также применение РО-1 в каче стве аварийного датчика давления до 3 кПа при контроле газообразных невзрывоопасных сред.

Предельная глубина контролируемого уровня не превышает 10 м. Температура контролируемой среды составляет от +1 до плюс 110 °С. Температура окружающего воздуха может изменяться в диапазоне от минус 10до плюс 85 °С. Разброс срабатывания не превышает ±15 мм вод.ст. относительно точки настройки[10].

33

3.4 Кондуктометрические уровнемеры (сигнализаторы)

3.4.1 Датчики кондуктометрические производства ОВЕН (ДПС, ДС,

ДУ)

Одноэлектродные датчики ОВЕН предназначены для контроля уровня жидкости в металлических резервуарах открытого и закрытого типа.

Трех- и четырех электродные датчики ОВЕН предназначены для контроля двух уровней жидкости в резервуарах открытого типа со стенками, выполненными из изоляционного материала. Трех электродный датчик контролирует два уровня. Четырех электродный датчик контролирует три уровня. Трех электродный датчик можно также использовать для контроля трех уровней жидкости в резервуарах с металлическими стенками.

Длина электрода (у всех моделей датчиков) составляет 0,5; 1; 1,95 м. Материал электродов (у всех моделей датчиков)– сталь 12Х18Н10Т [8].

3.4.2 Сигнализатор уровня САУ-М2 (ОВЕН)

Сигнализатор САУ-М2 предназначен для применения в системах автоматического поддержания уровня жидкости в резервуарах, накопительных емкостях, отстойниках, а также в системах автоматического осушения. Сигнализатор выполняет управление электроприводом насоса в автоматическом режиме по сигналам, поступающим от датчика уровня жидкости в баке (заполняемая емкость) и от датчика уровня жидкости в скважине (емкости, предназначенной для отбора жидкости). Тип подключаемых датчиков – трех электродный кондуктометрический.

Сигнализатор уровня САУ-М2 представлен на рисунке 3.8

Рисунок 3.8– Сигнализатор уровня САУ-М2

Функциональная схема сигнализатора САУ-М2 приведена на рисун-

ке 3.9.

34

Сигнализатор САУ-М2 включает в себя следующие элементы:

-четыре входных устройства сравнения (четыре компаратора), выполненных на операционных усилителях;

-регулятор чувствительности, изменяющий уровень опорных сигналов компараторов;

-блок логики 1, предназначенный для управления реле «Насос» по сигналам электродов нижнего и верхнего уровней датчика бака;

-блок логики 2, предназначенный для формирования сигнала «блокировка», запрещающего работу насоса при осушении скважины;

-реле «Насос», предназначенное для управления насосом, поддерживающим уровень жидкости в баке.

Особенностиприменения сигнализатора уровня САУ-М2:

-поддержание уровня жидкости в резервуаре;

-защита погружаемого насоса от «сухого» хода;

-автоматическое осушение резервуара до заданного уровня;

-работа с различными по электропроводности жидкостями: дистиллированной, водопроводной, загрязненной водой, молоком и пищевыми продуктами (слабокислотными, щелочными и пр.) [8].

35

3.4.3 Контроллерыуровня

Контроллер для управления насосом САУ-У (ОВЕН)

Контроллер предназначен для создания систем автоматического контроля и поддержания уровня, а также управления насосами. В САУ-У реализованы 12 алгоритмов работ, существующих аналогичных приборов ОВЕН, а именно: САУ-МП, САУ-М6, САУ-М7.Е. Прибор выпускается в настенном, DIN-реечном и щитовом исполнениях.

Контроллер для управления насосом САУ-У представлен на рисунке

3.10.

Рисунок 3.10– Контроллер для управлениянасосом САУ-У

Контроль уровня осуществляется при помощи четырех подключаемых к входам прибора датчиков, которые устанавливаются пользователем в резервуаре на отметках, заданных условиями технологического процесса. Для визуального контроля за срабатыванием датчиков на лицевой панели прибора предусмотрены четыре светодиодных индикатора, засветка каждого из которых сигнализирует о срабатывании соответствующего датчика.

Прибор обеспечивает работу в автоматическом режиме по одному из 12 встроенных алгоритмов или в ручном режиме, от встроенных кнопок ручного управления на передней панели.

В качестве входных датчиков могут быть применены несколько типов, например, кондуктометрические зонды, механические контактные устройства, датчики с токовым выходом (0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА).

Для управления технологическим оборудованием прибор оснащен тремя встроенными электромагнитными реле. Работа каждого реле может осуществляться как в автоматическом режиме (по сигналам датчиков), так и по командам оператора (от встроенных кнопок ручного управления на передней панели прибора).

Прибор эксплуатируется в закрытых взрывобезопасных помещениях без агрессивных паров и газов. Температура окружающего воздуха составляет от минус 10 до плюс 55 °С.

36

3.5 Емкостные уровнемеры/сигнализаторы

Принцип действия емкостных уровнемеров и датчиков основан на изменении электрической емкости чувствительного элемента, пропорциональном уровню погружения в контролируемую среду. Первичные преобразователи для измерения уровня электропроводныхи неэлектропроводных сред имеют отличия в конструкции [4].

Датчики-реле уровня РОС-101, РОС-102 Датчики-реле уровня РОС-101, РОС-102 предназначены для контро-

ля одного уровня (РОС-101) или двух (РОС-102) независимых предельных уровней электропроводных и неэлектропроводных жидкостей, твёрдых (кускообразных) сред, зерна и продуктов его размола, а также раздела сред жидкостей с резко отличающимися диэлектрическими проницаемостями

[11].

Датчики-реле уровня РОС-101,РОС-102 представлены на рисунке

3.11.

Рисунок 3.11 –Датчики-реле уровня РОС-101, РОС-102

В датчиках-реле с помощью регулирующих элементов в передающем преобразователе обеспечивается установка уровня и дифференциала срабатывания в пределах рабочей зоны чувствительного элемента, с помощью изменения положения перемычки обеспечивается изменение вида сигнализации «наличие» или «отсутствие» контролируемой среды, с помощью элементов световой индикации обеспечивается контроль функционирования и индикация достижения устанавливаемого уровня.

Датчик-реле состоит из первичного преобразователя (одного – РОС101 или двух – РОС-102) с чувствительным элементом и передающего преобразователя, при этом в состав сигнализаторов РОС-102 могут быть включены первичные преобразователи на среды с различными электрическими свойствами (например, РОС-102 - 111/121)[11].

37

Датчики-индикаторы уровня РИС-101, РИС-101И Датчики-индикаторы уровня РИС 101, РИС 101-И предназначены

для непрерывного визуального контроля уровня жидких и твердых (сыпучих) сред, а также контроля предельного уровня в одной заданной точке. Датчики-индикаторы с маркировкой А предназначены для эксплуатации на АЭС.

Датчики-индикаторы уровня РИС 101, РИС 101-И представлены на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12 –Датчики-индикаторы уровня РИС 101, РИС 101-И

Принцип действия основан на высокочастотном преобразовании изменения электрической емкости чувствительного элемента, вызванного изменением уровня контролируемой среды, в выходной сигнал. Выходным сигналом может быть сигнал постоянного тока или релейный сигнал. Для индикации токового сигнала используется цифровое табло (и показывающий прибор) с градуировкой в % уровня. Релейный выходной сигнал выдается в момент достижения контролируемой средой заданных предельных уровней (уставок) [12].

Сигнализатор уровня СУ 200И с датчиком ЕС Сигнализатор уровня СУ 200И предназначен для контроля предель-

ного уровня воды, щелочей, кислот, нефти и нефтепродуктов, зерна и продуктов его размола, цемента, извести, песка, угля, угольной пыли, а также других жидких и сыпучих сред, в емкостях, находящихся как под атмосферным, так и под избыточным давлением [11].

Сигнализатор уровня СУ 200И с датчиками ЕС представлен на рисунке 3.13.

38

Рисунок 3.13 –Сигнализатор уровня СУ 200Ис датчиками ЕС

Сигнализатор уровня СУ 200И в комплекте с двумя датчиками уровня обеспечивает контроль предельного уровня в двух точках.

Принцип действия сигнализатора уровня основан на преобразовании изменения электрической емкости чувствительного элемента датчика, вызванного изменением уровня контролируемой среды, в выходной сигнал постоянного тока. Этот сигнал, в свою очередь, используется для управления срабатыванием выходного реле.

Вторичный преобразователь имеет различные исполнения по питанию и организации выходного сигнала.

Вкомплекте с сигнализатором уровня СУ200И может работать до двух датчиков уровня ЕС.

Датчик уровня представляет собой моноблочную конструкцию, объединяющую электронный преобразователь и чувствительный элемент.

Взависимости от типа контролируемой среды и условий измерений могут применяться различные варианты исполнения датчиков уровня ЕС, отличающиеся конструкцией, материалом и длиной чувствительного элемента, типом присоединения, возможностью термостойкого исполнения. Для работы в агрессивных средах выпускаются специальные исполнения датчиков уровня (ЕС13И, ЕС15И, ЕС25И)[11].

Уровнемер ИСУ100И Уровнемер ИСУ100И (измеритель-сигнализатор уровня) в комплекте

с датчиком уровня предназначен для непрерывного измерения уровня различных жидких сред (например, нефти, нефтепродуктов, воды, щелочей, кислот, масла, пищевых жидкостей и др.) и сыпучих сред (например, цемента, извести, песка, щебня, руды, шихты, угля, гранулированного порошка и др.), а так же контроля двух заданных предельных значений уровня в резервуарах, в стационарных установках (в том числе, в емкостях, находящихся под избыточным давлением)[9].

Уровнемер ИСУ100И представлен на рисунке 3.14.

39

Рисунок 3.14– Уровнемер ИСУ100И

Принцип действия уровнемера ИСУ100И основан на преобразовании программируемым микроконтроллером длительности частотного токового сигнала, поступающего от датчика уровня, в пропорциональный сигнал постоянного тока на выходе. Длительность входного сигнала зависит от электрической емкости чувствительного элемента датчика уровня, которая, в свою очередь, определяется глубиной его погружения в контролируемую среду, т.е. положением ее уровня.

Вторичный преобразователь имеет различные исполнения по питанию. В зависимости от типа контролируемой среды и условий измерений могут применяться различные варианты исполнения датчиков уровня, отличающиеся конструкцией, материалом и длиной чувствительного элемента, типом присоединительного элемента, наличием термовтулки[9].

Емкостные уровнемеры для жидкостей Liquicap M FMI51, FMI52 Емкостные уровнемеры для жидкостей Liquicap M FMI51, FMI52

(производитель EndressHauser (ЭндрессХаузер))используются для непрерывного измерения уровня жидкостей.

Благодаря надежной и испытанной конструкции (самоуплотняющийся конус), зонд может использоваться как в вакууме, так и при избыточном давлении до 100 бар (10 МПа). Уплотняющие и изолирующие материалы позволяют использовать прибор в сосуде с измеряемой средой при рабочих температурах отминус 80 до плюс 200 °С. Измерение не зависит от диэлектрической проницаемости, если ее электропроводность более 100 мкСм/см.

Liquicap M FMI51 имеет стержневой зонд и может быть установлен вертикально сверху или снизу.Liquicap M FMI52 имеет тросовый зонд и может быть установлен вертикально сверху.Зонды калибруются по заказанной длинезонда (от 0% до 100%) при отправке с завода.

Емкостные уровнемеры для жидкостей Liquicap M FMI51, FMI52 представлен на рисунке 3.15.

40

Рисунок 3.15–Емкостные уровнемеры для жидкостей Liquicap M FMI51, FMI52

Преимущества:

−использование для измерения уровня жидкостей, а также границы раздела фаз;

−короткое время отклика для измеренного значения;

−переключение электронной вставки для работы в среде, образующей наросты;

−контроль повреждения изоляции, поломки стержня или разрыва троса[13].

Емкостной уровнемер для сыпучих Minicap FTC 260

Емкостной уровнемер Minicap FTC 260 (производитель EndressHauser (ЭндрессХаузер))используется как датчик предельного уровня заполнения емкостей легкими сыпучими материалами, такими как зерно, мука, порошковое молоко, комбикорм, цемент, мел или гипсс размером частиц до 30мм и диэлектрической постоянной не менее 1,6.При установке струя засыпаемого материала не должна быть направлена на датчик.

Minicap FTC 260 имеет 140 мм стержневой зонд и выпускается в двух исполнениях:

–с релейным выходом (SPDT) для подключения постоянного или переменного напряжения;

–с PNP-выходом для подключения постоянного напряжения по трехпроводной схеме.

Преимущества:

−механическая прочность (отсутствие износа, длительный срок службы, не требует технического обслуживания);

−комплексный узел из датчика и электронного блока (простата установки, ввод в эксплуатацию без калибровки);

41

− встроенная активная компенсация отложений (точный момент срабатывания,даже при сильном образовании отложений на датчике, высокая надежность в эксплуатации) [13].

Емкостной уровнемер Minicap FTC 260представлен на рисунке 3.16.

Рисунок 3.16– Емкостной уровнемер Minicap FTC 260

3.6 Ультразвуковые уровнемеры/сигнализаторы

Ультразвуковые уровнемеры Prosonic M FMU 40/41/42/43

УровнемерыProsonic M FMU (производитель EndressHauser (Энд-

рессХаузер))–компактные уровнемеры для бесконтактного измерения уровня в жидкостях, пастах и крупнозернистых сыпучих продуктах.

УровнемерыProsonic M FMUпредставлены на рисунке 3.17.

Рисунок 3.17 – УровнемерыProsonic M FMU

Принцип измерения заключается в том, что уровнемер Prosonic M FMU излучает ультразвуковые импульсы по направлению к поверхности продукта. Импульсы отражаются от поверхности обратно и принимаются уровнемером. Уровнемер Prosonic M FMU измеряет время t между излучением и приемом импульсов. Прибор использует измеренное время t и скорость распространения звука (с) для расчета расстояния D (D = ct/2 ) между мембраной уровнемера и поверхностью продукта. Исходя из значения ну-

42

левой точки (Е), введенной пользователем, можно определить уровнень(L = E - D).

Встроенный датчик температуры компенсирует изменение скорости распространения звука в зависимости от изменения температуры.

Функция подавления эхо-помехProsonic M FMU гарантирует, что случайные эхо-сигналы (например, от кромок, сварных стыков и соединений) не будут распознаваться, как эхо-сигнал уровня.

При калибровке прибора вводится значение нулевой точки Е. Диапазон измерений различных моделей уровнемеров Prosonic M

FMU следующий:

–FMU 40: 5 м (в жидкостях), 2 м (в сыпучих материалах);

–FMU 41: 8 м (в жидкостях), 3,5 м (в сыпучих материалах);

–FMU 42:10 м (в жидкостях), 5 м(в сыпучих материалах);

–FMU 43:15 м (в жидкостях), 7 м(в сыпучих материалах). Уровнемер Prosonic M FMU встраивается в систему через:

−HART (стандарт), 4-20 мА;

−PROFIBUS PA;

−Foundatinfieldbus [13].

Сигнализаторы уровня ультразвуковые УЗС-300, УЗС-400 Сигнализаторы уровня предназначены для контроля от одного до че-

тырех положений уровня жидких сред в различных технологических резервуарах и хранилищах в стационарных и корабельных условиях. Сигнализаторыобеспечивают два вида сигнализации: наличие (Н) или отсутствие (О) контролируемой среды.

Сигнализаторы уровня ультразвуковые УЗС-300, УЗС-400 представлены на рисунке 3.18.

Рисунок 3.18 –Сигнализаторы уровня ультразвуковые УЗС-300, УЗС-400

Принцип действия сигнализатора основан на использовании метода импульсного зондирования ультразвуком с временной и частотной селекцией, который заключается в сравнении времени прохождения ультразвукового сигнала через рабочий зазор датчика, заполненный контролируемой средой, с вырабатываемым в самом сигнализаторе временным интервалом. Стабильность точности срабатывания сигнализаторов не зависит от электрофизических свойств жидкой среды[14].

43

3.7 Радиоволновые уровнемеры/сигнализаторы

Уровнемер БАРС 341И Уровнемер радиоволновый БАРС 341И предназначен для высоко-

точного бесконтактного измерения уровня нефти, нефтепродуктов, мазута и других жидких сред (в т.ч., агрессивных и высоковязких) в различных технологических емкостях, в том числе и в емкостях, находящихся под избыточным давлением [15].

Уровнемер радиоволновый БАРС 341И представлен на рисунке 3.19.

Рисунок 3.19 –Уровнемер радиоволновый БАРС 341И

Радарный уровнемер БАРС341И излучает радиоволны с периодически меняющейся частотой в направлении поверхности контролируемой среды. На каждой частоте прибор принимает отраженный от поверхности контролируемой среды сигнал и сравнивает его с излученным сигналом. Выделенный в смесителе приемника сигнал преобразуется в цифровой код. Значения массива цифровых данных обрабатываются микроконтроллером. Результатом этой обработки является информация о дальности до отражающей поверхности (контролируемой среды), которая преобразуется в токовый сигнал на выходе прибора и в цифровой сигнал на интерфейсном выходе. Диапазон измерения составляет до 30 м. Погрешность измерения не превышает ±2 мм [15].

Возможна передача измерительной информации устройствам автоматизированных систем управления (АСУ) или вторичным приборам. Радарный уровнемер БАРС341И предусматривает эксплуатацию совместно со следующими внешними устройствами:

–ПЭВМ (с программным обеспечением);

–универсальным вторичным преобразователем УВП-01;

–блоком контроля и управления БУК-01;

–аналоговым показывающим прибором (миллиамперметром);

–регистрирующим прибором (самописцем).

Радарные уровнемеры БАРС341И могут быть объединены в локальную сеть с интерфейсом RS-485, что позволяет подключить без повторителей сигнала до 32 приборов на одну линию связи. При наличии повторителей в линии связи возможно подключение 250 приборов [15].

44

Уровнемер БАРС 322И (322И-М)

Уровнемер радиоволновый БАРС 322И (322И-М) прибор предназначен для бесконтактного непрерывного измерения и контроля двух заданных предельных уровней жидких сред (нефти, нефтепродуктов, мазута и др.), а так же сыпучих средв различных емкостях (в том числе в емкостях, находящихся под избыточным давлением), при наличии интенсивных испарений контролируемой среды[15].

Уровнемер БАРС 322И (322И-М)представлен на рисунке 3.20.

Рисунок 3.20 –Уровнемер БАРС 321И (322И-М)

Датчик излучает радиоволны с периодически меняющейся частотой в направлении поверхности контролируемой среды. В результате сравнения отраженного и излученного сигналов выделяется сигнал разностной частоты, пропорциональный расстоянию от датчика до поверхности продукта, который передается на вход вторичного преобразователя, где с помощью микропроцессора производится обработка отраженного сигнала.Вычисляется дальность до контролируемой среды, преобразование ее в текущий уровень или текущий объем и отображение значения на встроенном цифровом индикаторе.Погрешность измерения не превышает ±50 мм. Диапазон измерения составляет до 5 м. Количество уставок сигнализации уровня– три[15].

3.8 Волноводные уровнемеры

Уровнемер жидкости одноканальный ВК1700 ОдноканальныйуровнемержидкостиВК1700 предназначен для опера-

тивного измерения уровня жидкости в технологическом аппарате и может быть использован в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности.

Уровнемер имеет токовый и интерфейсный (RS-485) выходы. Выдача сигнала на токовый выход происходит непрерывно во время измерения, через интерфейсный выход – по запросу от внешнего устройства.Логический протокол обмена для передачи данных по интерфейсу –

MODBUS RTU.

45

Также уровнемерВК1700осуществляет контроль одного верхнего и одного нижнего предельных уровней (или два верхних уровня – для щитового исполнения). При достижении предельных уровней срабатывает звуковая сигнализация и включаются реле. Имеется возможность задать разные уровни для включения и выключения сигналов предельных уровней.

Работа уровнемера ВК1700 основана на измерении времени прохождения ультразвуковой волны по волноводу расстояния от излучателя до поплавка.

УровнемержидкостиВК1700 состоит из первичного преобразователя, монтируемого на технологическом аппарате во взрывоопасной зоне и вторичного преобразователя, устанавливаемого в щите управления, которые соединяются между собой коаксиальным кабелем типа РК-75 или другим радиочастотным.Вторичный преобразовательуровнемеражидкостиВК1700 представлен на рисунке 3.21 [9].

Рисунок 3.21 – Вторичный преобразователь уровнемеражидкостиВК1700

Первичный преобразователь легко сворачивается в кольцо, что облегчает монтаж и транспортирование. УровнемерВК1700 комплектуется титановым поплавком, стойким к агрессивной среде и избыточному давлению. Датчик выполнен из фторопластовой трубки, это делает его устойчивым к воздействию агрессивных сред, малопроницаемым для проникновения легких фракций нефти.

Уровнемер может работать с избыточным давлением до 1 МПа при установке первичного преобразователя в охранный корпус в виде трубы из немагнитного материала (титан). Диапазон измерениясоставляет от 0,2 до

17м[9].

3.9Радиоизотопные уровнемеры

Уровнемер Gammapilot M FMG60

Уровнемер Gammapilot M FMG60 представляет собой компактный преобразователь для бесконтактного измерения предельного уровня наполнения, текущего уровня, расслоения и плотности [16].

Уровнемер GammapilotMFMG60 представлен на рисунке 3.22.

46

Рисунок3.22 –Уровнемер GammapilotMFMG60

Радиометрический принцип измерения (рисунок 3.23) основан на эффекте поглощения гамма-излучения при его прохождении через измеряемую среду.

Рисунок 3.23 – Радиометрический принцип измерения

Радиометрический метод может применяться для различных задач измерения:

–детектирование предельного уровня (1);

–непрерывное измерение уровня (2);

–измерение границ расслоения (3);

–измерение плотности или концентрации (4).

Если подключен дополнительный датчик температуры (5), то Gammapilot M учитывает температурное расширение среды.

Кроме того, сигнал плотности Gammapilot М может быть комбинирован с сигналом объемного расхода (6), это обеспечивает возможность измерения массового расхода.

В качестве радиоактивного гамма-источника используется изотоп 60Со или 137Cs. Радиоактивный источник помещается в контейнер источника, который обеспечивает излучение только в требуемом направлении и экранирование излучения в других направлениях. Контейнеры выпускаются нескольких типоразмеров с различными углами выхода радиации.

47

Компактный преобразователь Gammapilot M состоит из сцинтилятора, фотоумножителя и цепи обработки сигнала. Приходящий поток гаммаизлучения вызывает вспышки света в сцинтилляторе. Фотоумножительпреобразует эти вспышки в электрические импульсы и усиливает их. Частота импульсов (количество импульсов в секунду) является мерой интенсивности радиации. В зависимости от настройки частота импульсов преобразуется в цепи обработки в сигнал уровня, предельного уровня, плотности или концентрации.

Особенности применения:

–непрерывное бесконтактное измерение в жидкостях, сыпучих продуктах, суспензиях или шламах и т. д.;

–использование в процессах с экстремальными условиями, например, высоким давлением, высокой температурой, агрессивными или токсичными продуктами и т. д.;

–использование для любых типов сосудов: например, для реакторов, автоклавов, сепараторов, танков, смесителей, циклонов, печей;

–возможность применения в пищевой промышленности;

–интеграциявсистемычерез HART, PROFIBUS PA и Foundation fieldbus [16].

3.10 Тепловой сигнализатор

Тепловой сигнализатор FH-T-X-X(серия ThermoFH)

Сигнализаторы уровня жидкости серии ThermoFH предназначены для контроля уровня жидкости в емкостях, бункерах, отстойниках и других накопительных устройствах, в том числе находящихся под избыточным давлением (до 1 МПа), а так же для контроля протока [14].

Тепловой сигнализатор FH-T-X-X представлен на рисунке 3.24.

Рисунок 3.24 – Тепловой сигнализатор FH-T-X-X

Сигнализатор ThermoFH – принципиально новый прибор, который в динамическом режиме определяет величину теплопередачи от рабочей поверхности в контролируемую среду и сравнивает её с заданным порогом. В итоге сигнализатор может различать среду:

48

–«воздух - жидкость»,

–«пена - жидкость».

Динамический режим позволяет обеспечить время отклика сигнализатора отдвух дочетырех секунд.

Сигнализаторы ThermoFH наиболее эффективны для контроля уровня теплоемких сред, прежде всего – водных растворов с наличием пены, где применение контактных сигнализаторов вызывает достаточные трудности. Так же сигнализаторы ThermoFH предпочтительны на растворах со значительным изменением удельной электропроводности, и на дистиллированной воде [14].

3.11 Магнотострикционный уровнемер

МагнотострикционныйпоплавковыйуровнемерДУУ4М Уровнемер ДУУ4М предназначен для измерения уровня различных

жидкостей, уровней раздела сред многофазных жидкостей[9]. Уровнемермагнотострикционныйпоплавковый ДУУ4М представлен

на рисунке 3.25.

Рисунок 3.25 – Уровнемермагнотострикционныйпоплавковый ДУУ4М

Уровнемеры ДУУ4Мприменяются в системах автоматизации производственных объектов нефтегазовой, нефтехимической, химической, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслей промышленности в аппаратах с атмосферным или избыточным (до 2,0 МПа) давлением.

Контролируемой средой являются нефть, нефтепродукты, растворители, сжиженные газы, кислоты, щелочи, другие агрессивные и неагрессивные среды. Стойкость уровнемеров к агрессивным средам ограничена применяемыми материалами, контактирующими с контролируемой средой.

Уровнемер ДУУ4М состоит из датчика, обеспечивающего измерение текущих значений, выдающего информацию о результатах измерений, и блока, обеспечивающего питание и формирование выходных информационных сигналов на основе полученных результатов измерений датчика.

49

Измерение уровня продукта основано на измерении времени распространения в стальной проволоке короткого импульса упругой деформации. По всей длине проволоки намотана катушка, в которой протекает импульс тока, создавая магнитное поле. В месте расположения поплавка с постоянным магнитом, скользящего вдоль проволоки, в ней под действием магнитострикционного эффекта возникает импульс продольной деформации, который распространяется по проволоке и фиксируется пьезоэлементом, закрепленным на ней. Кроме того, возникает импульс упругой деформации, отраженный от нижнего конца чувствительного элемента датчика и фиксируемый пьезоэлементом датчика.

В датчике измеряется время от момента формирования импульса тока до момента приема импульсов упругой деформации, принятых и преобразованных пьезоэлементом. Это позволяет определить расстояние до местоположения поплавка, определяемого положением уровня жидкости.

Длина чувствительного элемента составляет:

–от 1,5 до 4 м (жесткий чувствительный элемент);

–от 1,5 до 25 м (гибкий чувствительный элемент).

Комплект ДУУ4М-ТВ обеспечивает формирование токовых сигналов 4-20 мА. Комплект ДУУ4М-RS имеет выходной сигнал в виде последовательного интерфейса RS-485, причем передача результатов измерений организована в формате протокола Modbus RTU[9].

3.12 Электромеханический лотовый уровнемер

Электромеханический лотовый уровнемер Silopilot FMM 760, FMM 760 Z (производитель EndressHauser (ЭндрессХаузер))

Основным элементом электромеханической системы измерения уровня является чувствительный груз, касающийся поверхности продукта. Этот чувствительный грузвыбирается для каждого конкретного применения. В зависимости от выбранного груза, измеряется уровень в силосах или бункерах, как крупно-, так и мелкогранулированных или пылеобразных продуктов. Также возможно измерение уровня жидкостей в тан-

ках[13].

Электромеханический лотовый уровнемер Silopilot FMM 760 (FMM 760 Z) представлен на рисунке 3.26.

50

Рисунок 3.26 –Электромеханический лотовый уровнемер Silopilot FMM 760(FMM 760 Z)

Особенности применения:

–измерение уровня в диапазоне до 70 м независимо от свойств продукта;

–высокая точность;

–ручной или автоматический режим работы с внешним запуском и индикацией;

–компактность конструкции, простота и экономичность монтажа, легкость обслуживания.

Silopilot FMM 760 применяется для измерения уровня в силосах или танках с рабочей температурой до 150 °C, при рабочем давлении до 2 бар, а также в агрессивной атмосфере, например, парах кислот.

Вариант FMM 760 Z для применения во взрывоопасной пыли [13].

51

4 Рекомендации по выбору приборов измерения и контроля уровня

Сегодня на рынке современных устройств измерения и контроля уровня наблюдается тенденция к увеличению доли приборов, принцип действия которых основан на бесконтактном методе измерения. В общем виде это устройства, измеряющие расстояние до контролируемой среды посредством вычисления времени прохождения посланного и принятого обратно отражённого сигнала или. Различия заключаются в физике сигнала (акустика, ультразвук или электромагнитный импульс), конструктивном исполнении, точности измерения и, наконец, ценах уровнемеров [17-19].

Преимущества бесконтактного метода измерения уровня очевидны. Это, прежде всего, отсутствие непосредственного контакта элементов датчика с измеряемой средой, что позволяет существенно расширить сферу применения: бесконтактный метод измерения успешно применим для агрессивных и высокотемпературных сред, а также в условиях повышенного давления или разрежения, требующих высокой герметичности резервуаров и механической стойкости элементов конструкции уровнемера. Далее, это отсутствие подверженных интенсивному износу подвижных механических частей и связанных с этим ограничений долговременных точностных характеристик и срока службы.

Однако возможности бесконтактных методов непрерывных измерений не беспредельны, и их эффективность и надежность снижается при применении на средах с низкой отражательной способностью. Такими средами являются сыпучие материалы (гранулы, порошковые смеси, таблетированные материалы, щебень), сжиженные газы, среды с повышенным пы- ле-, пароили пенообразованием, низкой плотностью и диэлектрической проницаемостью. Условия измерения также существенно затрудняются при работе в высоких узких резервуарах или в емкостях со встроенными конструкциями [4].

Предприятия-изготовители современных приборов измерения и контроля уровня предлагают так называемые «интеллектуальные» датчики.

Термин «интеллектуальные» относится к измерительным преобразователям с подключенной системой датчиков, которые способны выполнять одну из функций [2]:

–расширение динамического диапазона преобразования измеряемой величины за счет автоматического выбора предела измерения;

–возможность согласования измерительного преобразователя с системой разнородных чувствительных элементов для создания первичного измерительного комплекса;

–оптимизация потока измерительной информации, передаваемой по линии связи, за счет использования алгоритмов сжатия и блокирования измерительного процесса;

52

– первичная обработка измерительной информации в виде применения фильтрующих алгоритмов или алгоритмов быстрого преобразования Фурье.

Учитывая требования, предъявляемые к средствам измерения и контроля уровня, зная возможности современных уровнемеров, можно подобрать прибор, максимально удовлетворяющий поставленной задаче.

Добиться эффективности при использовании уровнемера можно при правильном выборе метода измерения, соответствующего реальным условиям применения. Каждый метод обладает характеристиками и возможностями, которые необходимо рассмотреть прежде, чем сделать выбор.

При выборе уровнемера необходимо учитывать такие физические и химические свойства контролируемой среды, как температура, абразивные свойства, вязкость, электрическая проводимость, химическая агрессивность и т.д. Кроме того, следует принимать во внимание рабочие условия в резервуаре или около него: давление, вакуум, нагревание, охлаждение, способ заполнения или опорожнения (пневматический или механический), наличие мешалки, огнеопасность, взрывоопасность, пенообразование и прочие другие [17-19].

Для каждой промышленной отрасли существуют свои методы и приборы. Ознакомившись с устройством и условиями эксплуатации различных уровнемеров, можно делать выбор в пользу того или иного метода измерения уровня жидкости. Также стоит учитывать надежность, качество и стоимость приборов. Учет этих факторов в наиболее полной форме позволит подобрать прибор, максимально удовлетворяющий требованиям[4].

Основными предприятиями - изготовителями уровнемеров являются:

-компания VEGA – Германия;

-ПГ «Метран» – Россия, г. Челябинск (совместно с фирмой

Emerson);

-компания КРОНЕ (KROHNE)– Германия.

-ОАО «Завод « Старорусприбор» – Россия, г. Старая Русса;

-компания «ОВЕН» – Россия, г. Москва;

-компания ЭЛМЕТРО – Россия, г. Новосибирск;

-СКБ «Приборы и Системы» – Россия, г.Рязань;

-ОАО предприятие «Контакт – 1» – Россия, г.Рязань.

Примеры приборов измерения и контроля уровня производства VEGA, Метран -Emerson, КРОНЕ (KROHNE) приведены в приложениях А, Б, В соответственно.

53

Литература

1 Промышленные приборы и средства автоматизации: справочник /В.Я. Баранов [и др.]; под ред. В.Я. Баранова. – Ленинград: Машинострое-

ние, 1987 – 840 с.

2 Справочник инженера по контрольно-измерительным приборам и автоматике: учеб. - практ. пособие /А.В. Калиниченко, Н.В. Уваров, В.В. Дойников; под ред. А.В. Калиниченко. – М.: Инфра-Инженерия, 2008 – 574 с.

Handbuchderindastriellenmesstechnik: справочник: в 3 кн.: пер. с нем. /П.

Профос [и др.]; под ред. П. Профоса; пер. Е.К. Бухман [и др.] под ред. Д.И.

Агейкина – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия,1990. Кн.2: Способы измерения и аппаратура – 384 с.

4 Кулаков M. В. Технологические измерения и приборы для химических производств /M. В. Кулаков, 3-е изд. перераб. и доп. – M.: Машиностроение, 1983 – 424 с.

5Уровнемеры [Электронный ресурс]:справочник –Режим досту-

паhttp://basini.ru/2010/07/urovnemery/– Загл. с экрана.

6 Химическая энциклопедия [Электронный ресурс]: справочник – Режим доступа: http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_3957.html–

Загл. с экрана.

7 Каталог продукции СКБ«Приборы и системы» [Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа: http://skbr.ru/prod/– Загл. с экрана.

8Каталог продукции компании «Овен»[Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа: http://www.owen.ru/–Загл. с экрана.

9 Каталог продукции ТД «Автоматика» [Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа: http://www.td-automatika.ru/– Загл. с экрана.

10Каталог продукции ОАО «Завод «Старорусприбор» [Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа: http://www.staroruspribor.ru/– Загл. с экрана.

11Каталог продукции ООО «Завод УКРМАШПРОМ» [Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа: http://www.psouz.inf.ua– Загл. с экрана.

12Каталог продукции ТД «Уровнемер.ру» [Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа:http://www.td-urovnemer.ru/catalog– Загл. с экрана.

13Каталог продукции НПО РИЗУР [Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа: http://www.rizur.ru/products/– Загл. с экрана.

54

14Каталог продукции АРК Энергосервис [Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа:http://www.kipspb.ru/catalog – Загл. с экрана.

15Каталог продукции ООО «НПФ «РАСКО»[Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа: http://www.packo.ru/–Загл. с экрана.

16Каталог продукции ООО ПКФ «Теплогаз-КИП» Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа:http://www.teplogazkip.ru/–Загл.

сэкрана.

17.Каталог продукции компании VEGA [Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа: http://www.vega.com/– Загл. с экрана.

18Каталог продукции ПГ Метран [Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа: http://www.metran.ru/– Загл. с экрана.

19Каталог продукции компании КРОНЕ (KROHNE) [Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа: http://www.krohne.com/– Загл. с экрана.

20Каталог продукции ОАО «Контакт -1»[Электронный ресурс]: каталог продукции. – Режим доступа: http://www.kontakt-1.ru/–Загл. с экрана.

55

Приложение А

(справочное)

Приборы измерения и контроля уровня VEGA (Германия)

А.1 Уровнемеры радарные

Радарные уровнемеры реализуют беcконтактное непрерывное измерение уровня жидкостей и сыпучих продуктов при самых сложных рабочих условиях.Принцип измерения заключается в том, что антенная система излучает очень короткие микроволновые импульсы и принимает их в виде эхо-сигналов, отраженных от поверхности измеряемого продукта. Микроволновый импульс распространяется со скоростью света, и время от излучения до приема сигнала пропорционально уровню продукта в емкости. Надежность и точность измерения таких предельно кратких периодов обеспечивается с помощью специальной процедуры растягивания импульса по времени. Новейшая микропроцессорная технология и программное обеспечение ECHOFOX обеспечивают надежность селекции и измерения полезного эхо-сигнала[17].

Для отображения сигнала, пропорционального уровню, нужно задать размеры емкости. Температура и давление среды не оказывают влияния на распространение микроволн, поэтому радарные уровнемеры могут применяться при рабочем давлении от вакуума до 160 бар (16 МПа) и температуре отминус 40 до плюс 400°C. Колебания состава или полная замена измеряемого продукта не оказывают влияния на результат измерения.

Для обеспечения надежной работы при различных условиях применения радарные уровнемеры VEGA выпускаются в двух разных частотных диапазонах.Датчики с диапазономК работают с частотой 20 ГГц, благодаря чему могут применяться очень маленькие антенны и компактные типы присоединения. Датчики с диапазономС имеют низкую частоту 6ГГц и обеспечивают надежные результаты измерения при налипании продукта на антенну или образовании пены на поверхности продукта [17].

Радарный уровнемер VEGAPULS 61

Радарный уровнемер VEGAPULS 61 (с герметизированной антенной системой)предназначен для непрерывного измерения уровня агрессивных жидкостей в малых емкостях при несложных рабочих условиях [17].

Диапазон измерения……... до 10 м. Присоединение……………резьбовое.

Рабочая температура……. от минус 40 до плюс 80 ○С. Рабочее давление………… от минус 100 до плюс 300 кПа. Точность измерения……… ± 5мм.

Частота излучения………... диапазон К (26 ГГц )

56

Радарный уровнемер VEGAPULS 61 представлен на рисунке А.1.

Рисунок А.1 – Радарный уровнемер VEGAPULS 61

Радарный уровнемер VEGAPULS 62

Радарный уровнемер VEGAPULS 62с рупорной антенной или 1/2- дюймовой опускной трубой предназначендля непрерывного измерения уровня любых сред в резервуарах-хранилищах и технологических емкостях при самых сложных рабочих условиях [17].

Радарный уровнемер VEGAPULS 62 представлен на рисунке А.2.

Рисунок А.2 – Радарный уровнемер VEGAPULS 62

Диапазон измерения……………… до 35 м Присоединение……………………. резьбовое или фланцевое Рабочая температура…………….. от минус 40 до плюс 200○С Рабочее давление………………….от минус100 до плюс 4000 кПа Точность измерения………………± 3мм Частота излучения………………... диапазон К (26 ГГц)

Возможность измерения расстояния до 50 мм от края антенны.

Радарный уровнемер VEGAPULS 63

Радарный уровнемер VEGAPULS 63 с антенной системой (герметизированной пластиком)предназначендля непрерывного измерения уровня агрессивных жидкостей, а также для гигиеничных сред [17].

Радарный уровнемер VEGAPULS 63 представлен на рисунке А.3.

57

Рисунок А.3 – Радарный уровнемер VEGAPULS 63

Диапазон измерения…………….....до 20 м. Присоединение…………………..… фланцевое.

Рабочая температура………………от минус 40 до плюс 150 ○С. Рабочее давление………………….. от минус 100 до плюс 1600кПа. Точность измерения………………..± 3мм.

Частота излучения…………………. диапазон К (26 ГГц).

Радарный уровнемер VEGAPULS 65

Радарный уровнемер VEGAPULS 65со стержневой антенной системой предназначен для непрерывного измерения уровня агрессивных жидкостей при несложных рабочих условиях в емкостях с малыми размерами присоединения [17].

Диапазон измерения………………..до 35 м. Присоединение……………………… резьбовое или фланцевое. Рабочая температура……………….отминус 40 до плюс 150 ○С. Рабочее давление……………………. от минус 100 до плюс 1600 кПа. Точность измерения………………… ± 10мм.

Частота излучения………………….. диапазон С (6 ГГц ). Радарный уровнемер VEGAPULS 65 представлен на рисунке А.4.

Рисунок А.4 – Радарный уровнемер VEGAPULS 65

58

А.2 Уровнемеры волноводные (направленные микроволны)

Принцип измерения уровня с использованием направленных микроволн заключается в том, что высокочастотные микроволновые импульсы направляются по зонду и отражаются от поверхности измеряемого продукта. Принятые эхо-сигналы обрабатываются микропроцессором в электронном блоке уровнемера с помощью программного обеспечения ECHOFOX и преобразуются в значения уровня. Такой принцип измерения позволяет эксплуатировать уровнемеры без дополнительной настройки на месте установки [17].

При необходимости, стержневой или тросовый зонд можно укоротить. Образование пыли или пара, а также шум во время технологического процесса не оказывают влияния на точность измерения уровня продукта. Изменения плотности или фракционного состава, колебания влажности измеряемого продукта также не оказывают влияния на точность измерения. Нарастание (значительное) отложений продукта на зонде уровнемера или стенке емкости не оказывает влияния на результаты измерения.

Принцип измерения посредством направленных микроволн применим также для измерения уровня раздела фаз нефти и воды или растворителей и воды. Микроволновый импульс направляется вдоль зонда и отражается от уровня раздела фаз с разными значениями диэлектрической постоянной. Данный принцип измерения не зависит от плотности продукта.

Уровнемер VEGAFLEX 61 с направленными микроволнами Уровнемер VEGAFLEX 61предназначен для измерения уровня (по-

средством направленных микроволн) любых легких сыпучих продуктов и жидкостей.Исполнение: трос (диаметр 2 мм или 4 мм) или стержень (диа-

метр 6 мм) [17].

Уровнемер VEGAFLEX 61 представлен на рисунке А.5.

Рисунок А.5 –Уровнемер VEGAFLEX 61

59

Диапазон измерения:

–трос…………………….до 32 м;

–стержень………………. до 4 м.

Присоединение…………. резьбовое.

Рабочая температура….. от минус 40 до плюс 150 ○С. Рабочее давление………. от минус 100 до плюс 4000 кПа. Точность измерения…… ± 5 мм.

Уровнемер VEGAFLEX 65 с направленными микроволнами Уровнемер VEGAFLEX предназначен для измерения уровня (по-

средством направленных микроволн) любых маловязких жидкостей. Исполнение…………………….. коаксиальный зонд. Диапазон измерения…………... до 6 м. Присоединение……………….... резьбовое.

Рабочая температура…………. отминус 40 до плюс 150 ○С. Рабочее давление……………… от минус 100 до плюс 4000 кПа. Точность измерения…………… ± 3мм.

Уровнемер VEGAFLEX 65 представлен на рисунке А.6.

Рисунок А.6 –Уровнемер VEGAFLEX 65

А.3 Уровнемеры ультразвуковые Принцип измерения заключается в том,что звуковой преобразователь

испускает короткие ультразвуковые импульсы (от 10 до 70 кГц) и принимает их в виде эхо-сигналов, отраженных от поверхности измеряемого продукта. Импульсы распространяются со скоростью звука, и время от испускания до приема сигнала пропорционально уровню продукта в емкости. Микропроцессорная технология и программное обеспечение ECHOFOX обеспечивают надежность селекции и измерения полезного эхо-сигнала

[17].

Для отображения пропорционального уровню сигнала нужно задать размеры емкости. Настройка при пустой и полной емкости не требуется. С

60

помощью различных ультразвуковых частот уровень продукта может быть измерен в диапазоне от 5 до 45 м. Дополнительное поворотное крепление позволяет оптимизировать положение датчика относительно поверхности продукта при измерении уровня сыпучих продуктов. Колебания состава или полная замена измеряемого продукта не оказывают влияния на результат измерения. Повторная настройка в этом случае не требуется [17].

Ультразвуковой уровнемерVEGASON 61

УровнемерVEGASON 61предназначен для непрерывного измерения уровня жидкостей и сыпучих продуктов практически в любой отрасли промышленности, особенно в водоснабжении и канализации [17].

Излучатель имеет встроенный датчик температуры для коррекции времени прохождения сигнала.

Диапазон измерения:

– жидкости………………… от 0,25 до 5 м;

–сыпучие продукты……… от 0,25 до 2 м. Рабочая температура…….. отминус 40 до 80 ○С.

Рабочее давление………….от минус 20 до плюс 200 кПа. Уровнемер VEGASON 61 представлен на рисунке А.7.

Рисунок А.7 –Уровнемер VEGASON 61

Ультразвуковой уровнемер VEGASON 64

УровнемерVEGASON 64 предназначен для непрерывного измерения уровня сыпучих продуктов. Уровнемеримеет поворотное крепление для оптимизации положения относительно геометрии емкости и насыпного конуса.Преобразователь снабжен встроенным датчиком температуры для коррекции времени прохождения сигнала. Возможно компактноеисполнение и исполнениевыносным преобразователем [17].

Диапазон измерения

–жидкости………………….. от 1 до 25 м;

–сыпучие продукты……….. от 1 до 15 м.

Рабочая температура………. от минус 40 до плюс 80 ○С. Рабочее давление………........отминус 20 до 50 кПа. Уровнемер VEGASON 64 представлен на рисунке А.8.

61

Рисунок А.8 –Уровнемер VEGASON 64

А.4 Уровнемеры емкостные

Принцип измерения заключается в том, что датчик и стенка резервуара образуют два электрода электрического конденсатора. Изменение емкости конденсатора, вызванное изменением уровня в резервуаре, преобразуется встроенной электроникой в соответствующий выходной сигнал.

Емкостные уровнемеры очень прочные. Полностью изолированные электроды применяются на проводящих жидкостях, а частично изолированные – на сыпучих продуктах (преимущественно). Возможно также применение на агрессивных или липких продуктах. Емкостные уровнемеры могут иметь либо тросовое, либо стержневое исполнение [17].

Емкостной уровнемер VEGACAL 64

Уровнемер VEGACAL 64с полностью изолированным стержневым электродом предназначен для измерения уровня липких проводящих жидкостях [17].

Присоединение…………….. резьбовое.

Рабочая температура………отминус 50 до плюс 150 ○С. Рабочее давление…………..от минус 100 до плюс 6400 кПа. Уровнемер VEGACAL 64 представлен на рисунке А.9.

Рисунок А.9 –Уровнемер VEGACAL 64

62

Емкостной сигнализатор уровня VEGACAP 62

Емкостной сигнализатор уровня VEGACAP 62счастично изолированным стержневым электродом применяется для определения предельного значения уровня на сыпучих продуктах и непроводящих жидкостях. Сигнализатор уровня имеет укорачиваемый электрод [17].

Сигнализатор уровня VEGACAP 62 представлен на рисунке А.10.

Рисунок А.10 – Сигнализатор уровня VEGACAP 62

Диапазон измерения ……………….. до 6 м. Присоединение …………………….. резьба, фланец.

Температура процесса……………...от минус 50 до плюс 200 °С. Давление процесса ………………… от минус 100 до плюс 6400 кПа.

А.5Вибрационные сигнализаторы уровня

Вибрационные сигнализаторы уровня жидкости VEGASWING Принцип действия вибрационных сигнализаторов уровня основан на

том, что пьезоэлемент внутри сигнализатора VEGASWING возбуждает колебания вибрирующей вилки на ее резонансной частоте. При погружении в жидкость частота колебаний вилки падает. Это изменение частоты преобразуется встроенной электроникой прибора в команду переключения.

Пьезоэлементявляется съемным, что обеспечивает надежность и износоустойчивость прибора [17].

Сигнализаторы VEGASWING серии 60 с вибрирующей вилкой длиной 40 мм надежно работают на любых жидкостях в любых монтажных условиях. Давление, температура, образование пены и пузырьков и даже вязкость не влияют на точность сигнализации уровня. Приборы можно применять даже на трубопроводах с условным диаметром от DN 25 мм.

Вибрационный сигнализатор уровня VEGASWING 61 Вибрационныйкомпактный сигнализатор уровня VEGASWING 61

применяется на любых жидкостях и предназначен для защиты от переполнения или сухого хода Точка переключения не зависит от продукта [17].

Сигнализатор уровняVEGASWING 61 представлен на рисунке А.11.

63

Рисунок А.11 – Сигнализатор уровня VEGASWING 61

Вибрационные сигнализаторы уровня сыпучих продуктов VEGAVIB Принцип действия вибрационные сигнализаторы уровня заключается в том, что колебания вибрирующего стержня сигнализатора VEGAVIB

возбуждаются посредством пьезокерамических элементов. При погружении в продукт амплитуда колебаний стержня падает. Это изменение амплитуды преобразуется встроенной электроникой прибора в команду переключения [17].

Конструкция стержня исключает застревание в нем частиц продукта. Сигнализаторы VEGAVIB применяются в системах защиты от переполнения и сухого хода на муке, молочном порошке, песке, цементе, гранулированном пластике, пенопласте или хлопьях. Настройку можно производить без продукта, поскольку размер гранул и условия монтажа не

влияют на точность измерения.

Для условий, в которых не возможно использование вибрирующего стержня, имеется исполнение VEGAVIB с вибрирующей вилкой, что обеспечивает широкий диапазон применения сигнализаторов на сыпучих продуктах [17].

Вибрационный сигнализатор уровня VEGAVIB 62

Сигнализатор уровня VEGAVIB 62для сыпучих продуктов с вибрирующим стержнем и несущим тросом (до 25 м) предназначен для защиты от переполнения или сигнализации опорожнения [17].

Сигнализатор уровняVEGAVIB 62 представлен на рисунке А.12.

Рисунок А.12 – Сигнализатор уровня VEGAVIB 62

64

А.6 Кондуктометрические (кондуктивные) сигнализаторы уровня

Кондуктивный сигнализатор уровня VEGAKON 61

Компактный кондуктивный сигнализатор уровня VEGAKON 61предназначен для защиты от переполнения или сухого хода, также для управления насосом на проводящих жидкостях (преимущественно на трубопроводах) [17].

Сигнализатор уровняVEGAKON 61 представлен на рисунке А.13.

Рисунок А.13 – Сигнализатор уровня VEGAKON 61

Сигнализатор автоматически настраивается на продукт. Точка переключения не зависит от типа продукта. Сигнализаторне чувствителен к налипанию продукта.

Рабочая температура…………….. от минус 40 до плюс 150 °C. Рабочее давление………………… от минус 100 до плюс 2500 кПа. Проводимость среды……………. от 7,5 мкСм/см.

Кондуктивный сигнализатор уровня VEGAKON 66 Многостержневойкондуктивный сигнализатор уровня VEGAKON

66предназначендля защиты от переполнения и сухого хода или для управления насосом на проводящих жидкостях [17].

Точка переключения не зависит от типа продукта. Сигнализатор уровняVEGAKON 66 представлен на рисунке А.14.

Рисунок А.14 – Сигнализатор уровня VEGAKON 66

65

Длина чувствительного элемента….. от 0,12 до 4 м.

Рабочее давление…………………… от минус 100 до плюс 600 кПа. Рабочая температура……………….. отминус 40 до 100 °C . Проводимость среды……………….. от 0,5 мкСм/см.

66

Приложение Б

(справочное)

Приборы измерения и контроля уровня МЕТРАН – EMERSON

КомпаниейМетран - Emerson разработан рядуровнемеров и сигнализаторовRosemount и Mobrey, обеспечивающих точное и надежное измерение и контроль уровня [18].

Б.1 Датчики гидростатического давления (уровня)

Датчики гидростатического давления (уровня)Rosemount 3051S-L Датчики гидростатического давления Rosemount 3051S-L предназна-

чены для измерения уровня жидкости (в т.ч. агрессивных) в закрытых и открытых резервуарах, для технологических процессов с различными типами и размерами фланцев и технологических присоединений [18].

Датчикгидростатического давления Rosemount 3051S-Lпредставлен на рисунке Б.1.

Рисунок Б.1 – Датчикгидростатического давления Rosemount 3051S-L

Диапазоны измеряемых давлений:

–минимальный …………………. от 0 до 0,125 кПа;

–максимальный ……………….... от 0 до 27,6 MПа. Основная погрешность…………. ±0,065%. Диапазон температур:

–окружающей среды…………… от минус 40 до плюс 85°С;

–измеряемой среды……………..от минус 73 до 350°С. Выходные сигналы:

–4-20 мА с HART-протоколом;

–FOUNDATIONfieldbus протокол;

–беспроводной HART-протокол.

67

Б.2 Волноводные уровнемеры

Волноводные радарные уровнемеры Rosemount серии 3300 Уровнемеры Rosemount серии 3300 применяются для измерения

уровня жидких и сыпучих сред во многих отраслях промышленности [18]. Уровнемер волноводныйRosemount 3300 представлен на рисунке Б.2.

Рисунок Б.2 – Уровнемер волноводныйRosemount 3300

Достоинства:

−точность измерений не зависит от диэлектрической проницаемости, плотности, температуры, давления и рН среды;

−различные типы зондов позволяют применять уровнемер серии 3300 в резервуарах разной геометрии и с внутренними конструкциями;

−возможность одновременного измерения уровня и уровня границы раздела двух жидкостей;

−возможность измерений в высокотемпературных процессах, процессах с высоким давлением и высокоагрессивных средах;

−надежность измерений в условиях высокой турбулентности или вибраций, запыленности и парообразования.

Уровнемеры Rosemount 3300 измеряют уровень жидких сред (нефть, темные и светлые нефтепродукты, вода, водные растворы, сжиженный газ, кислоты и др.), а также сыпучих веществ (гранулы, порошки).

Диапазон измерений уровня………. от 0,1 до 23,5 м.

Выходной сигнал…………………… 4-20 мА с цифровым сигналом на базе HART-протокола, RS-485,Modbus.

Волноводные радарные уровнемеры Rosemount серии 5300 Уровнемеры Rosemount 5300 применяются для измерения уровня

жидких и сыпучих сред во многих отраслях промышленности [18]. Уровнемеры Rosemount 5300 обладают следующими достоинствами:

−использование измерения уровня сред с низким коэффициентом отражения;

−измерение уровня сжиженных газов при температуре процесса от минус 196°С;

−возможность использования зондов от уровнемеров Rosemount се-

рии 3300.

68

Уровнемер волноводныйRosemount 5300представлен на рисунке Б.3.

Рисунок Б.3 – Уровнемер волноводныйRosemount 5300

Уровнемеры Rosemount 5300 измеряют уровень жидкихсред (нефть, темные и светлые нефтепродукты, вода, водные растворы, сжиженный газ, кислоты и др., а также сыпучие продуктов (зольная пыль, цемент, песок, сахар, злаки и т.д.)

Диапазон измерений…………………… от 0,1 до 50 м.

Выходные сигналы…………………….. 4-20 мА с цифровым сигна-

лом на базе HART-протокола или Foundationfieldbus.

Б.3 Бесконтактные радарные уровнемеры

Радарные уровнемеры Rosemount серии 5400

Радарные уровнемеры Rosemount серии 5400 применяются для бесконтактных измерений уровня жидкостей, обладающих различными свойствами, в широком диапазоне рабочих температур и давлений. Применение этих уровнемеров рекомендовано для работы в процессах с наличием конденсации, активного парообразования, запыленного пространства внутри резервуара[18].

Уровнемеры радарныеRosemount 5400 представлены на рисунке Б.4.

Рисунок Б.4 – Уровнемеры радарныеRosemount 5400

Измеряемые среды – нефтепродукты, щелочи, кислоты, растворители, алкогольные и слабоалкогольные напитки и прочие типы жидкостей

Диапазон измерений…………………… от 0,4 до 35 м.

Выходные сигналы…………………….. 4-20 мА с цифровым сигналом на базе HART-протокола или Foundationfieldbus.

69

Уровнемеры серии 5400 могут быть оснащены целым набором антенн и дополнительных опций для достижения максимальной гибкости измерения и контроля уровня.

Радарный уровнемер Rosemount серии 5600

Радарные уровнемеры серии 5600 предназначены для бесконтактных измерений уровня различных продуктов в резервуарах различных типа и размеров.Уровнемеры Rosemountсерии 5600 обеспечивают надежные и точные измерения в сложных условиях технологического процесса и могут применяться для измерений уровня продуктов с низкой диэлектрической проницаемостью, работать в широком диапазоне значений температур и давлений, а также обеспечивают высокую гибкость измерений, благодаря широкому выбору антенн и материалов[18].

Уровнемер радарныйRosemount 5600 представлен на рисунке Б.5.

Рисунок Б.5 – Уровнемер радарныйRosemount 5600

Измеряемые среды:

– нефтепродукты, щелочи, кислоты, растворители, алкогольные напитки;

–глина, извести, руды и бумажная пульпа;

–гранулированные материалы от руды до пластиковых гранул, мелкодисперсионные порошковые материалы, цемент и др.

Диапазон измерений……………………… от 0 до 50 м.

Выходные сигналы……………………….. 4-20 мА с цифровым сигналом на базе протокола HART или Foundationfieldbus.

Б.4 Ультразвуковые уровнемеры

Бесконтактные ультразвуковые уровнемеры Rosemountcерии 3100 Ультразвуковые уровнемеры Rosemount серии 3100 предназначены

для обеспечения непрерывного измерения уровня жидкости и расстояния до поверхности жидкости в резервуарах, хранилищах, сточных ямах, а также расчета объема и расхода в открытых каналах и водосборниках[18].

Ультразвуковые уровнемеры Rosemount 3100представлен на рисунке

Б.6.

70