СЕВАСТОПОЛЬСКИЙНАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Контрольнаяработа
по учебнойдисциплине «Контроль и управление химико- технологическими процессами на АЭС»
на тему: «Методыи средства контроля давления.
Поплавковые игидростатические уровнемеры»
Выполнил:
Студент 4-го курса
заочного обучения
Васильчук В.В.
Научный руководитель:
Юрчук Юрий Борисович
Севастополь-2006
План
Введение
1. Общие сведения об измерениях иконтроле
2. Методы и средства контроля давления
2.1 Физические основы измерениядавления. Классификация приборов измерения и контроля давления
2.2 Датчики давления
3. Поплавковые и гидростатические уровнемеры
3.1 Физические основы измеренияуровня. Классификация приборов измерения и контроля расхода
3.2 Приборы измерения и контроляуровня
3.2.1 Поплавковые уровнемеры
3.2.2 Буйковый уровнемер
3.2.3 Гидростатические уровнемеры
3.2.4 Пьезометрические уровнемеры
3.2.5 Радиоизотопные уровнемеры
3.2.6 Электрические уровнемеры
3.2.7 Ультразвуковые уровнемеры
Заключение
Литература
Введение
В техническомперевооружении народного хозяйства ведущая роль принадлежит машиностроению, таккак на его базе развиваются все отрасли промышленности, повышаетсяпроизводительность труда. Уровень производства машин и их техническоесовершенство являются основными показателями развития промышленности.
Создание комплексныхавтоматических систем и быстродействующих вычислительных машин является важнымэтапом научно-технического прогресса. Использование средств автоматики ивычислительной техники позволяет автоматизировать трудоемкие процессы,экономить энергоресурсы, снижать себестоимость продукции и повышать еекачество.
В настоящее времяотечественная промышленность оснащена современными средствами контроля,регулирования и сигнализации. Непрерывные технологические процессы в различныхотраслях промышленности часто требуют постоянного автоматического контроляколичества накопленного материала, сырья, жидкостей и газов. Контроль уровнячасто имеет важное значение для безаварийной работы оборудования. Например, наводородных станциях понижение уровня подпитки электролизеров может послужитьпричиной серьезной аварии на тепловых электростанциях, понижение или повышениезаданного уровня воды в барабане котла приводит к разрушению лопаток турбин,пережогу кипятильных труб.
1. Общие сведения обизмерениях и контроле
Измерением называетсяпроцесс получения опытным путем числового соотношения между измеряемойвеличиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения. Число,выражающее отношение измеряемой величины к единице измерения, называетсячисловым значением измеряемой величины. Значение величины, принятое за единицу измерения,называется размером этой единицы.
Если х – измеряемаявеличина, y – единица измерения, А – числовое значение измеряемой величины впринятой единице, то результат измерения можно представить следующимравенством:
х = А • y. (1.1)
Уравнение (1.1)называют основным уравнением измерения. Из этого уравнения следует, чтозначение А зависит от размера выбранной единицы измерения y. Если вместоединицы y взять другую единицу y1, то выражение (1.1) примет вид:
х = А1 • y1. (1.2)
Учитывая (1.1), получаем:
А y = А1 y1 (1.3)
или:
А1 = А (1.4)
Из выражения (1.4)следует, что для перехода от результата измерения А, выраженного в единице у, крезультату А1, выраженному в единице у1, необходимо А умножить отношенияпринятых единиц.
Измерительной информациейявляется информация о значениях величины. Результатом измерения являетсяколичественная характеристика в виде именного числа. Основной характеристикойпроцесса измерения является точность, которая характеризуется погрешностьюизмерения и вероятностью.
Для более четкогопредставления особенностей процесса измерения рассмотрим основные особенностиблизких к нему информационных процессов – контроля и счета.
Контролем называетсяпроцесс установления соответствия между состояниями, свойствами объекта контроляи заранее заданной нормой путем восприятия контролируемых величин,сопоставления их с уставками и формирования суждения, вывода. Контролюподвергается физическая величина или состояние объекта. Результатом контроляявляется качественная характеристика – суждение, вывод о нахождении объектаконтроля в норме или вне нормы.
Основнойхарактеристикой процесса контроля является достоверность контроля, котораячисленно выражается вероятностью правильного суждения, вывода.
Счетом называетсяпроцесс определения числового значения дискретной величины или количествапредметов в данной совокупности. Результатом счета является неименованноечисло, число предметов в данной совокупности, не имеющих строго одинаковыхпараметров.
Возникает вопрос, какойиз процессов – измерение или контроль- являются более общими или болеесложными, контроль включает измерение или измерение включает контроль?
Процессы измерения иконтроля близки по своей информационной сущности, содержат ряд общих операций,например сравнение, могут иметь одинаковые объекты, тесно связаны между собой,дополняют друг друга. Контролю иногда предшествует измерение, и такой процессназывают цифровым контролем. Измерению часто предшествует контроль, напримеропределение полярности и выбор предела измерения являются собственноконтрольными операциями и в автоматических и цифровых приборах они предшествуютизмерению. Однако контроль и измерение во многом существенно различны –результатом измерения является количественная характеристика, а результатомконтроля – качественная, измерение осуществляется в широком диапазоне значенийизмеряемой величины, а контроль – в пределах небольшого числа возможныхсостояний.
По способу получениячислового значения искомой величины измерения можно подразделить на два вида:прямые и косвенные.
При прямых измеренияхрезультат получается непосредственно из опытных данных в тех же единицах, что иизмеряемая величина.
К косвенным относятсяизмерения, результат которых получается на основании прямых измеренийнескольких других величин, связанных с искомой величиной определеннойзависимостью. Примером косвенных измерений служит определение расхода жидкостии газа по перепаду давления в сужающем устройстве.
Существуют следующиеметоды измерений:
1) методнепосредственной оценки, в котором значение измеряемой величины определяютнепосредственно по отчетному устройству измерительного прибора прямогодействия;
2) метод сравненияс мерой, или компенсационный, в котором измеряемую величину сравнивают свеличиной воспроизводимой меры;
3) нулевой метод,в котором эффект действия измеряемой величины полностью уравновешиваетсяэффектом известной величины так, что в результате х взаимодействие сводится кнулю.
Измерения проводятся спомощью технических средств измерений. Основные виды средств измеренийследующие:
— мера – средствоизмерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданногоразмера, например, мера массы – гиря;
— измерительный прибор–это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительнойинформации в форме, доступной для непосредственного восприятия оператором.Показания измерительного прибора могут быть представлены в аналоговой илицифровой форме. В показывающих приборах производится только отсчитываниепоказаний, в регистрирующих приборах осуществляется запись показаний в формедиаграммы и печатание в цифровой форме. В интегрирующих измерительных приборахизмеряемая величина подвергается интегрированию по времени или по другойнезависимой переменной.
— измерительныйпреобразователь –это средство измерений, предназначенное для выработки сигналаизмерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшегопреобразования, обработки и хранения, но не подающейся непосредственномувосприятию оператором. Измерительные преобразователи в зависимости от ихназначения подразделяются на первичные, промежуточные, передающие, масштабные идругие.
— первичныйизмерительный преобразователь – это преобразователь, к которому подведенаизмеряемая величина. Передающий измерительный преобразователь предназначен длядистанционной передачи сигнала измерительной информации, масштабныйизмерительный преобразователь – для изменения измеряемой величины в заданноечисло раз.
— измерительноеустройство – это средство измерений, состоящее из измерительных приборов и измерительныхпреобразователей. В зависимости от назначения измерительные устройстваподразделяются на первичные и вторичные. Под первичным измерительнымустройством понимают средство измерений, к которому подведена измеряемаявеличина. Вторичными измерительными устройствами (вторичными приборами)называют средства измерений, которое предназначены для работы в комплекте спервичными измерительными устройствами.
Первичные измерительныеустройства часто называют датчиками. Датчик прибора для измерений той или инойвеличины – это конструктивная совокупность ряда измерительных преобразователей,размещенных непосредственно у объекта измерения.
— измерительныеинформационные системы – это измерительное устройство, которое осуществляетмногоканальное измерение и обработку информации по некоторому заданномуалгоритму.
В зависимости отназначения средства измерений подразделяются на три категории:
1) рабочие меры,измерительные приборы и преобразователи;
2) образцовыемеры, измерительные приборы и преобразователи;
3) эталоны.
Рабочие средстваизмерений применяют для измерений в производственных и лабораторных условиях.Образцовые средства измерений предназначены для проверки рабочих средствизмерений. Эталоны предназначены для хранения единиц измерений и проверки мер,приборов и преобразователей высшего разряда точности.
2. Методы и средстваконтроля давления
2.1 Физические основыизмерения давления. Классификация приборов измерения и контроля давления
За основную единицуизмерения давления согласно Международной системы (СИ) принята единица –Паскаль.
Кроме этого впромышленности для измерения давления используют следующие единицы:
- техническаяатмосфера – равная давлению, которое испытывает 1 см2 плоской поверхности поддействием равномерно распределенной перпендикулярной к поверхности нагрузки в 1кгс. Эту единицу обозначают кгс/см2, т.к. кгс килограмм-сила – сообщающаямассе, равной массе международного прототипа килограмма, ускорение, равное9,80665 м/сек2, допускается сокращенное обозначение килограмм-силы: кГ.
- метр водяногостолба (м вод. ст.);
- миллиметрводяного столба (мм вод. ст.);
- миллиметрртутного столба (мм рт. ст.).
Эти единицы связаныследующими соотношениями:
Единица
Давления Па бар
кгс/см2
кгс/м2 мм рт. ст. мм вод. ст. м вод. ст. Па -
1/>10-5
10,2/>10-6 0,102
7,5/>10-3 бар
1/>105 - 1,02
10,2/>103 750
кгс/см2
98,1/>103 0,981 -
1/>104 735,6
10-3 10
кгс/м2 9,81
98,1/>10-6
1/>10-4 -
73,56/>10-3
10-6
10-3 мм рт. ст. 133,3
1,333/>10-3
1,36/>10-3 13,6 -
13,6/>10-9
13,6/>10-6 мм вод. ст. -
10 -3 м вод. ст.
10-2
103 73,556
103 -
При измерении давленияразличают абсолютное давление Ра, избыточное давление Р и разряжение Рh.
Под абсолютнымдавлением подразумевается полное давление, под которым находится жидкость, парили газ.
Избыточное давление,показываемое манометром, равно разности между абсолютным давлением, большим,чем атмосферное, и атмосферным давлением Рb, показываемым барометром:
Р = Ра — Рb .
Разряжение (вакуум)равно разности между атмосферным давлением и абсолютным давлением, меньшим, чематмосферное:
Рh = Рb — Ра .
Абсолютное и избыточноедавления обычно выражают в кГ/см2, разряжение (вакуум) – в мм рт. ст. или ммвод. ст.
Атмосферное давление,равное давлению на горизонтальную плоскость столба ртути высотой в 760 мм приплотности ртути, равной 13,5951 г/см2, при 00С и ускорении силы тяжести 980,665см/сек2, называют физической атмосферой, в отличии от единицы кГ/см2 –технической атмосферы. Взаимосвязь между технической и физической атмосферамиследующая:
1 кГ/см2 = 0,9678 атм;
1 атм. = 1,0332 кг/см2= 10,332 м вод. ст. при 40С.
Приборами для измеренияи контроля давления служат манометры, для измерения и контроля давления иразряжения – мановакууметры, для измерения разряжения вакууметры и дляизмерения разности (перепада) давлений дифференциальные манометры.
Приборы для измерения иконтроля давления можно классифицировать по различным признакам: по принципудействия, назначению, конструктивным признакам и классу точности.
По принципу действияприборы разделяются на :
- жидкостные, вкоторых измеряемое давление (или разряжение) уравновешивается давлением столбазатворной жидкости соответствующей высоты;
- пружинные, вкоторых для определения давления измеряется возникающая под действиемизмеряемого давления деформация различного рода упругих элементов – трубчатойпружины, мембраны, гармониковой мембраны (сильфона) и т.д.;
- поршневые, вкоторых измеряемое давление определяется нагрузкой на поршень, перемещаемый вцилиндре, заполненном маслом;
- радиоактивные,в которых измеряемое давление (разряжение) определяется изменением ионизации,производимой излучениями;
- пьезоэлектрические,в которых используется пьезоэлектрический эффект, заключающийся в том, что внекоторых кристаллах (турмалин, кварц, сегнетовая соль, пьезокерамика и т.д.)под влиянием силы, действующей в направлении, зависящей от строения кристалла,появляются равные по величине и противоположные по знаку заряды,пропорциональные действующей силе, и исчезающие при снятии нагрузки;
- проволочныетензоманометры, в которых используется изменение сопротивления проволоки подвлиянием механических напряжений и деформаций. Материалом для изготовленияпроволочных тензоманометров может служить проволока нихрома, манганина иликонстантана.
По назначению приборыразделяются на :
— рабочие;
— контрольные;
- образцовые.
По конструктивнымпризнакам приборы подразделяют на:
- жидкостные:
а) трубные манометры(стеклянные двухтрубные манометры, чашечные однотрубные манометры, наклонныежидкостные манометры);
б) колокольные;
в) кольцевые;
г) поплавковые.
- пружинные:
а) с одновитковойтрубчатой пружиной;
б) с многовитковойтрубчатой (геликоидальной) пружиной;
в) мембранные с плоскойгофрированной мембраной;
г) мембранные сгармониковой мембранной (сильфонные).
- поршневые.
Основные характеристикикаждой группы приборов будем рассматривать при их изучении.
2.2 Датчики давления
Принцип действиядатчиков давления основан на использовании деформационных свойств материалов.Датчик состоит из двух преобразователей:
1) чувствительногоэлемента (механического преобразователя), преобразующего измеряемую величину (Р) в линейное перемещение штока чувствительного элемента ( l);
2) индукционнойкатушки (электрического преобразователя), преобразующей линейное перемещениештока чувствительного элемента ( l) в напряжение переменного тока ( U).
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕЭЛЕМЕНТЫ.
В датчиках давленияиспользуются разнообразные чувствительные элементы.
Наиболее простым ЧЭявляется гофрированная мембрана. Такая мембрана штампуется из стали, латуни,бронзы в виде диска с кольцевыми гофрами для повышения упругости и закрепляетсяв корпусе прибора. Корпус и мембрана образуют полость, сообщающуюся сизмеряемой средой. Под воздействием избыточного давления мембранадеформируется. К мембране крепится шток, который соединен с сердечникомкатушки.
Более сложным ЧЭявляется гофрированная мембранная коробка. Она состоит из двух гофрированныхмембран, сваренных по периметру и образующих полость. Мембранная коробкаобладает большей чувствительностью, чем одинарная мембрана.
Наиболее сложным поконструкции ЧЭ является мембранный блок, состоящий из двух мембранных коробок.Он применяется для измерения перепада давлений и имеет наибольшуючувствительность. Такой ЧЭ помещается в корпус, разделенный диафрагмой на двекамеры, к которым подсоединяют измеряемое давление. Под действием перепададавлений жидкость перетекает из одной коробки в другую, которая деформируется,расширяется и перемещает шток чувствительного элемента.
В качествечувствительного элемента применяют трубчатую пружину (трубка Бурдона).
3. Поплавковые игидростатические уровнемеры
3.1 Физические основыизмерения уровня. Классификация приборов измерения и контроля расхода
В химическойпромышленности измерение уровня жидких и сыпучих материалов в технологическихаппаратах, различных емкостях и резервуарах имеет очень важное значение.Большое разнообразие измеряемых сред, их химических, физических,электромагнитных свойств делает невозможным создание каких-либо универсальныхспособов измерения их уровня.
Выбор метода измерениязависит от свойств вещества, которые используются при измерении:
- плотности;
- удельного веса;
- электропроводности;
- диэлектрических;
- акустических;
- теплофизических;
- оптических.
Особенно большиетрудности возникают при измерении уровня агрессивных, радиоактивных ивзрывоопасных сред. Наличие в контролируемых средах газовыделений и налипающейтвердой фазы создает дополнительные трудности.
Приборы, применяемыедля измерения уровня жидких сред, называются уровнемерами. Уровень измеряется влинейных (м) или относительных (%) единицах. Существует несколько методовизмерения уровня жидких сред, каждый из которых находит определенную областьприменения.
Отсутствие каких-либоуниверсальных способов измерения уровня объясняется большим разнообразиемизмеряемых сред, которые отличаются физическими, химическими, электромагнитнымисвойствами, особенностями эксплуатации, требованием к точности измерения,надежности и долговечности. Уровнемеры могут быть как с непосредственнымнаблюдением у мест его установки, так и с дистанционной передачей показаний.
Уровнемеры можноклассифицировать по принципу действия на:
- механические;
- электромеханические;
- волновые.
Жидкостные уровнемеры,принцип действия которых основан на законе сообщающихся сосудов. К жидкостнымуровнемерам относятся указательные стекла и водомерные колонки. Такие приборыпросты по конструкции, принципу действия и правилам обращения. Как правило,такие приборы относятся к вспомогательным и устанавливаются на теплообменныхаппаратах, конденсаторах, подпиточных баках, теплых ящиках.
Указательное стеклосоединяется с сосудом нижним концом или двумя концами. Наблюдая за положениемуровня жидкости в стеклянной трубке, можно судить об изменении уровня жидкостив сосуде. В промышленности применяют указательные стекла проходящего иотраженного света. Указательное стекло отраженного света выполнено в видетолстой стеклянной пластины, на поверхности которой, обращенной к жидкости,нанесены канавки. Лучи света отражаются от граней канавок. Часть стекла,соприкасающаяся с жидкостью, кажется темной, а с газом – серебристо-белой.Указательные стекла изготавливают длиной 0,5 м. Если необходимо контролироватьуровень жидкости более 0,5 м, устанавливают несколько стекол.
Для дистанционногоконтроля уровня применяют различные уровнемеры в сочетании с электрическимиизмерительными преобразователями:
- поплавковые;
- гидростатические;
- буйковые;
- пьезоэлектрические;
- радиоизотопные;
- фотоэлектрические;
- ультразвуковые;
- емкостные;
- индуктивные.
3.2 Приборы измерения иконтроля уровня
3.2.1 Поплавковыеуровнемеры
В поплавковом уровнемеречувствительный элемент – поплавок, плавающий на поверхности жидкости. Поплавокперемещается вверх или вниз вместе с перемещением контролируемого уровняжидкости. Его перемещение передается на показывающее устройство или напреобразователь перемещения в электрический сигнал. Наиболее простым типомпоплавковых приборов является прибор тросового типа (рис.1, а). Поплавок 4через гибкий трос 2 связан с вращающимся шкивом 1. Для уравновешивания всейсистемы на конце троса закреплен противовес 5.
С изменением уровняконтролируемой жидкости происходит перемещение поплавка и троса. Длясигнализации минимального и максимального уровней на тросе устанавливаются дваограничителя уровня 3, которые при достижении заданного уровня перекидываюткоромысло 7, что приводит к переключению сигнальных электрических контактов 6.Перемещением ограничителей уровня можно изменять диапазон сигнализациипоплавкового прибора. Поплавковый прибор с одним рычагом 2, соединяющимпоплавок 1 с контрольным устройством 3 показан на рис. 1, б.
Приборы тросового типанельзя применять в резервуарах, находящихся под избыточным давлением, принизких температурах или в пожаро- и взрывоопасных жидкостях.
3.2.2 Буйковыйуровнемер
Принцип действиябуйкового прибора показан на рис. 2. Стальной цилиндрический буй 8 подвешен наконце рычага 7, который связан с торсионной трубкой 6. Под действием буя купругой трубке прилагается дефомирующий момент. При этом масса буя выбираетсятак, чтобы он не всплывал при полном его погружении в жидкость. С повышениемуровня жидкости увеличивается глубина погружения буя и за счет его погружения иза счет выталкивающей силы уменьшается его масса, что вызывает пропорциональноеуменьшение угла закручивания упругой трубки 6 и стального стержня 5,закрепленного внутри трубки. На противоположном конце стержня 5 (трубки)установлена заслонка 4 пневмоустройства, которая отклоняется относительно сопла3 на тот же угол.
Пневмоустройство 2усиливает малое угловое перемещение заслонки 8 пропорционально изменениюдавления сжатого воздуха, контролируемого специальным монометром 1, шкалакоторого переградуирована в уровень.
Указатель уровня УДУ-5предназначен для контроля уровня жидкостей в закрытых и открытых емкостяхвысотой до 12 м. Указатель имеет датчик и вторичный показывающий сигнализирующийприбор. При изменении положения поплавка уровнемера перемещаются щетки реоходадистанционной приставки, которые изменяют значение сопротивления.Сопротивление, изменяемое в зависимости от уровня контролируемой жидкости,измеряется электронным мостом. Приставка имеет щетки «метров» и «сантиметров».Комплектно с прибором УДУ-5 выпускается пульт контроля и сигнализации ПКС,которые имеет две модификации: для щитового и настольного монтажа. Взависимости от модификации пульта ПКС может контролировать 10 – 20 резервуаров,имеющих указатели уровня типа УДУ-5.
Дистанционный индикаторуровня типа ДИУ используется для автоматического контроля и регулированияуровня жидкости в сосудах, работающих под давлением до 32 мПа. В зависимости отмодификации индикатор типа ДИУ применяется для измерения уровня в пределах0…1600 мм. Прибор имеет взрывозащищенное исполнение и состоит из индикаторауровня буйкового типа, электрического датчика сдифференциально-трансформаторной схемой и вторичного электронного прибора.
Сигнализатор уровняжидкости типа СУ представляет собой поплавковое рычажное бескамерное релеуровня. Прибор предназначается для контроля неагрессивных взрывобезопасныхжидкостей в диапазоне 20…150 мм. Буйковые уровнемеры с пневмовыходом УБ-П и сэлектрическим выходом УБ-Э используют для непрерывного измерения уровняжидкости.
Уровнемеры применяют вкомплекте с вторичными приборами, регуляторами, работающими с выходнымистандартными пневматическими сигналами 20…10 кПа или электрическим токовымсигналом 0…5 мА. Принцип действия приборов типа УБ-П основан на пневматическойсиловой компенсации.
Чувствительнымэлементом уровнемера является стальной буй. При измерении уровня жидкости выше1,6 м буй изготавливают составным свинчивающимся. Он подвешивается к концуГ-образного рычага. Начальная масса буя уравновешивается специальным грузом.
3.2.3 Гидростатическиеуровнемеры
Принцип действиягидростатических уровнемеров основан на измерении давления, создаваемогостолбом жидкости в контролируемом объекте. Зная плотность жидкости, можноопределить ее уровень по показанию монометра, установленного в нижней частирезервуара
H = P /pg,
где Р – давление столбажидкости;
р — плотность жидкости.
Этот метод применяюттолько для открытых резервуаров. Более современен метод измерения уровня припомощи дифференциальных монометров. Для обеспечения постоянного столба жидкостив одном из колен дифманометра устанавливается уравнительный сосуд, уровень вкотором соответствует нулевому уровню в контролируемом резервуаре.
При измерении уровняжидкости в резервуаре, находящемся под давлением, уравнительный сосудустанавливается на высоте максимального уровня в контролируемом резервуаре исоединяется с ним импульсной линией.
В качестведифманометров-уровнемеров применяют поплавковые, мембранные и сильфонныедифманометры.
3.2.4 Пьезометрическиеуровнемеры
Принцип действияпьезометрических уровнемеров основан на том, что через слой контролируемойжидкости перерывно продувается газ. Чем выше уровень жидкости, тем труднеевоздуху барботировать через слой жидкости и тем выше давление газа впьезометрической линии.
Пьезометрическиеуровнемеры применяют для контроля уровня агрессивных, кристаллизующихсяжидкостей в открытых резервуарах. Пределы измерения 250…400 мм (по воде). Вслучаях измерения уровней агрессивных, кристаллизующихся жидкостей, пульп,широко применяют датчики уровня типа ДДП (рис. 3).
Если трубку 1 поместитьвнутрь трубки 5 и подавать через трубку 1 определенное количество воздуха, тоон вытеснит жидкость из трубки 5. Во внутренней полости трубки установитсядавление Р, определяемое глубиной погружения трубки и плотностью жидкости.Шкала прибора 2, измеряющего это давление, пересчитана в единицы измеренияуровня.
Для дистанционнойпередачи показаний применяют как пневматические датчики уровня, так идифференциальные манометры. При этом давление воздуха в пневмотрубкепреобразуется в стандартный выходной пневматический или электрический сигнал,величина которого пропорциональна величине контролируемого уровня жидкости.Вторичные измерительные приборы в зависимости от потребности могут бытьпоказывающими, самопишущими и сигнализирующими.
При дистанционномизмерении уровня погрешность прибора определяется суммарной погрешностьюпреобразователя и вторичного прибора. Величина погрешности составляет 25…35 %.Допустимый диапазон измерения уровня составляет 0…40 кПа.
3.2.5 Радиоизотопныеуровнемеры
Принцип действиярадиоизотопных или радиоактивных уровнемеров основан на «просвечивании»контролируемого объекта потоком радиации. Уровень – граница раздела двух сред(жидкости и газа), которые во разной степени поглощают проходящее через нихизлучение. В качестве излучателя чаще всего используют радиоактивный кобальт,испускающий гамма-излучение.
Общее поглощениеизлучения веществом выражается экспоненциальной зависимостью. Для узкогопараллельного пучка монохроматического излучения и однородного поглотителя этазависимость имеет вид
òх= òоехр(-µх),
где òои òх — интенсивность излучения до и после прохождения через вещество;
µ — коэффициент ослабления излучения, зависящий от природы и толщинывещества.
Радиоизотопныеуровнемеры применяют для контроля уровня химически активных вязких, липкихсред, для контроля границы двух несмешивающихся жидкостей. Их нельзя применятьдля контроля уровня жидкостей, используемых в производстве лекарств, пищевыхпродуктов, а также для контроля уровня радиоактивных сред.
3.2.6 Электрическиеуровнемеры
Принцип действияэлектрических уровнемеров основан на зависимости электрических параметровпреобразователей, емкости, индуктивности от уровня жидкости. Наиболее широкоеприменение получили емкостные уровнемеры.
Емкостныйпреобразователь уровня – электрический конденсатор, емкость которого изменяетсяв зависимости от изменения уровня жидкости. Конструктивно он представляет собойдве или несколько коаксиально расположенных труб или несколько параллельнорасположенных пластин, между которыми находится жидкость (рис. 4, а).
В сосуд с жидкостью 1опущен электрод 2, покрытый изоляционным материалом. Электрод вместе состенками сосуда образует цилиндрический конденсатор, емкость которогоизменяется при изменении уровня жидкости. Емкость измеряется электронным блоком3, который выдает сигнал на вторичный прибор 4.
Для измерения емкостиприменяют резонансные и мостовые схемы. При резонансном методе контролируемаяемкость включается параллельно с индуктивностью, образуя резонансный контур.Изменение емкости приводит к изменению собственной частоты контура и срывуколебаний. Этот метод используется в емкостных сигнализаторах уровня.
При мостовом методеизмерения емкости преобразователь включается в плечо моста. Изменение уровняприводит к изменению емкости, вследствие чего нарушается равновесие моста.Напряжение разбаланса моста фиксируется вторичными измерительными приборами,отградуированными в единицах уровня. Для контроля уровня электропроводныхжидкостей применяют омические уровнемеры, которые представляют собой участокэлектрической цепи, обладающей определенным омическим сопротивлением.
Принцип действияомического уровнемера основан на замыкании электрической цепи черезконтролируемую среду. На рис.4, б показана схема включения омическогосигнализатора уровня для случая, когда резервуар выполнен из токопроводящегоматериала и выполняет роль второго электрода. При снижении уровня жидкости нижеположения электрода электрическая цепь реле разрывается и в схему сигнализациивыдается соответствующий сигнал.
В настоящее времяполучили применение высокочастотные резонансные уровнемеры, преобразователикоторых выполнены в виде отрезков однородной и неоднородной длинной линии.Основной недостаток электрических уровнемеров – невозможность их применения ввязких, кристализующихся средах, имеющих твердые осадки и налипание наэлектроды преобразователя.
На принципедемпфирования строятся также сигнализаторы уровня (рис. 5).
3.2.7 Ультразвуковыеуровнемеры
Ультразвуковой методконтроля получил широкое распространение в химической и других областяхпромышленности, так как
Обеспечиваетбесконтактное измерение уровня агрессивных, взрывоопасных сред при высокихтемпературах и давлении.
Он позволяет создатьцельносварную конструкцию измерительного элемента. На ультразвуковом методестроятся как уровнемеры, так и сигнализаторы уровня.
По принципу действия ихможно разделить на три группы:
- уровнемеры,работающие по принципу ультразвуковой локации;
- по принципу«прохождения»;
- демпфирования.
В уровнемерах,работающих по принципу локации через жидкость или через газ (рис. 5, а, б).Мерой уровня служит время распространения импульса до границы раздела сред иобратно.
Недостаткомуровнемеров, работающих по принципу локации через жидкость является зависимостьих показаний от свойств жидкости и примесей, которые в ней находятся. Методлокации через газ не имеет этих недостатков, но при излучении ультразвука вгазовой среде происходит большая потеря энергии на рассеяние.
По принципу«прохождения» строится работа сигнализаторов уровня (рис. 5, в). Сигнализаторсодержит два щупа. Принцип работы основан на зависимости прохождения энергииультразвуковых волн от излучателя к приемнику от акустического сопротивлениясреды в сигнальном зазоре между щупами.
Принцип из работыоснован на изменении величины энергии ультразвуковых волн, проходящих из однойсреды в другую, обусловлено различными акустическими сопротивлениями сред.Недостаток сигнализаторов, работающих на принципе «прохождение» — возможностьложных срабатываний при наличие пузырьков воздуха в сигнальном зазоре. Этоисключает их применение при барботаже контролируемой жидкости воздухом.Работоспособность сигнализатора нарушается и при наличии осадков на излучателеи приемнике в сигнальном зазоре.
Заключение
Благодаря простоте инадежности поплавковые, буйковые и пьезометрические уровнемеры нашли широкоеиспользование в местном контроле и сигнализации уровней жидких сред.Электронные емкостные и радиоизотопные уровнемеры используются при контролеагрессивных и взрывоопасных сред, сигнализации аварийных значений уровней иотключении технологического оборудования.
Литература
1. Трофимов А.Н. Автоматика,телемеханика, вычислительная техника в химических производствах. Учебник.Энергоатомиздат. 1985.
2. Фарзане Н.Г., Илясов П.В.,Азим-заде А.Ю. Технологические измерения и приборы. Учебник. Москва. Высшаяшкола.1989.
3. Жарковский Б.И. Приборыавтоматического контроля и управления. Учебник. Высшая школа. 1989.
4. Попов И.А., Грунтович Н.В.Сборник заданий для самостоятельной работы по основам теории автоматическогоуправления (регулирования). Учебное пособие. ВМФ. 1982.
5. Трофимов В.В. Справочник АСУТП.Справочник. Киев. Техника. 1988.
6. Измерительно-информационныесистемы. Учебник. ВМФ. Ч.1. 1990 г.