Измерение уровня жидкостей

I. Визуальные уровнемеры.

Работа указательных стекол основана на принципе сообщающихся сосудов. Указательное стекло соединяют с сосудом нижним концом (для открытых сосудов) или обоими концами (для сосудов с избыточным давлением или разрежением). Указательные стекла снабжают вентилями или кранами для отключения их от сосуда и продувки системы. В арматуру ука­зательных стекол сосудов, работающих под давлением, обычно вводят предохранительные устройства, автоматически закрывающие каналы в головках при случайной поломке стекла. Пло­ские указательные стекла рассчитаны на давление до 2,94 МПа и температуру до 300°С.

Указательные стекла не рекомендуется употреблять дли­ной более 0,5 м, поэтому при контроле уровня, изменяющего­ся больше чем на 0,5 м, устанавливают несколько стекол (рис. в) так, чтобы верх предыдущего стекла перекрывал низ по­следующего.

II. Поплавковые уровнемеры. Чувствительным элементом по­плавкового измерителя уровня является поплавок 1, плаваю­щий на поверхности жидкости. Поплавок уравновешивается грузом 2, который связан с поплавком гибким тросом 3. Положение груза относительно шкалы определяет уровень жидкости. Пределы измерения устанавливают в соответствии с принятыми значениями верхнего 4 и нижнего 5 уровней.

Работа поплавкового электрического уровнемера типа ДПЭ основана на изменении положения поплавка, связан­ного с постоянным магнитом, при изменении уровня жидкости. Магниты, ориентированные одноименными полюсами один от­носительно другого, обеспечивают при перемещении поплавка управление контактными устройствами через герметичную стенку. При достижении жидкостью верхнего предельного положения нормально-закрытый контакт размыкается, а нормально-открытый замыкается.

Первичный преобразователь уровнемера типа ДПЭ-1 состоит из поплавка 7 и магнита 5, закрепленного на оси 6 кронштей­на 4, размещенного в литом алюминиевом корпусе 3. чНа изо­лированной крышке 2, крепящейся винтами к корпусу датчи­ка, расположен переключатель. В крышке предусмотрено саль­никовое уплотнение 1 для закрепления кабеля.

Значительно более надежны тонущие поплавки — массивные буйки 1. При изменении уровня жидкости изме­няется по закону Архимеда действую­щая на конец рычага 2 сила (вес буй­ка) и соответственно изменяется мо­мент сил, действующих на рычаг. Из­меняющийся при колебаниях уровня мо­мент сил от буйка 1 передается через вал 5, закрепленный в донышке 6, на трубку 4 и уравновешивается моментом ее скручивания. Изменение угла скручи­вания трубки, пропорциональное вели­чине уровня, очень невелико. Поэтому обычно используют усилители 2, чаще пневматические, соединяемые с доныш- ком 6 рычагом 3. Длина буйка 1 зависит от установленных зна­чений верхнего ВУ и нижнего НУ уровней.

Интервал измерения уровня поплавковых и буйковых уров­немеров выбирают из ряда: от 0 до 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0 и 20 м. Класс точности может быть 0,6; 1,0; 1,6 и 2,5.

III. Гидростатические уровнемеры.

Дифманометром можно измерять уровень в открытых и закрытых сосудах, т. е. в сосудах, находящихся под давлением и разрежением. При применении дифманометров для измерения уровня обязательно устанавливают уравнительный сосуд, наполненный до определенного уровня той же жидкостью, что находится в ре­зервуаре. Назначение уравнительного сосуда - обеспечение постоянного столба жидкости в одном из колен дифманометра. Высота столба жидкости во втором колене дифманометра из­меняется с изменением уровня в резервуаре. Каждому значе­нию уровня в резервуаре соответствует определенный перепад давления, показываемый дифманометром, что позволяет су­лить о положении уровня.

IV. Пьезометрические уровнемеры основаны на принципе гидравлического затвора.

Для измерения уровня используют воздух или инертный газ под давлением, который продувают через слой жидкости. Количество продуваемого воздуха ограничивают диафрагмой D или иным способом так, чтобы скорость движе­ния его в трубопроводе была минимально возможной. Это при­ближает к нулю потери на трение в трубопроводе после диа­фрагмы D.

Уровень жидкости определяется по установившемуся давле­нию (Р—Р_х) в системе:

Р-Р_Х = Hρ_жg,

Откуда: H = (Р-Р_Х)/ ρ_жg

Давление (Р—Р_Х) определяется по высоте h столба жид­костного манометра с замыкающей жидкостью плотностью ρ_ж или любым иным способом (рис.а).

В случае измерения уровня в со­судах, заполненных агрессивными жидкостями и газами (рис.б) обязателен непрерывный подвод воздуха пли инертного газа в обе линии, подсоединяемые к дифференциальному мано­метру. Для наблюдения за непрерывностью на каждой линии устанавливают стеклянные контрольные сосуды КС с водяным затвором, по ко- торому видно движение воздуха, или ротаметры. Количество подводимого воз­духа устанавливают регулирующими вентилями РВ.

V. Электрические уровнемеры.

Емкостной уровнемер:в сосуд с жидкостью 1, уровень которой необходимо измерить, опущен электрод 2, покрытый изоляционным мате­риалом. Электрод вместе со стенками сосуда образует цилинд­рический конденсатор, емкость которого изменяется при коле­баниях уровня жидкости. Величина емкости измеряется элект­ронным блоком 3, который дает сигнал в блок 4, представляю­щий собой релейный элемент (в схемах сигнализации достиже­ния определенного уровня) или указывающий прибор (в схе­мах измерения уровня).

Омический сигнализатор:основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, пред­ставляющую собой участок электрической цепи, обладающей определенным оми­ческим сопротивлением (растворы кислот и щелочей). Прибор представляет со­бой электромагнитное реле, которое включается в цепь, обра­зующуюся между электродом и контролируемым материалом.

Схемы включения омического релейного сигнализатора уровня: а — для контроля одного уровня: б — для контроля днух уронней; в — для контроля уроиней в емкости из изоляционного материала; г - для контроля грех уровней.

Измерение уровня сыпучих тел

I. Указатель уровня с металлической мембраной состоит из металлической мембраны 1 с закреп­ленным по центру штоком 2. При прогибе мембраны шток воздействует на контактное устройство 3. На кронштейне 4 за­креплена возвратная пружина 5. Для регулирования натяже­ния возвратной пружины служит винт 6. Изолятор 7 крепится в корпусе сигнализатора 8. При понижении уровня возвратная пружина 5 возвращает мембрану и контактное устройство в ис­ходное положение.

Свойство сыпучих материалов образовывать при насыпании угол естественного откоса позволило создать серию маятнико­вых приборов, работающих на принципе отклонения материа­лом чувствительного элемента, выполняемого в виде маятника, с жесткой или гибкой подвеской.

II.Указатель предельного уровня сыпучего материала. При по­вышении в бункере 1 уровня сыпучего материала 2 с углом естественного от­коса чувствительный элемент 3 отклоня­ется от вертикального положения и за­мыкает контактную систему 4 включе­ния световой сигнализации 5, Общим недостатком всех указателей уровня ма­ятникового типа является их зависи­мость от способа загрузки сосуда (бун­кера) материалом. Например, при бес­порядочной загрузке, когда материал может обтекать маятник со всех сторон, может не произойти ожидаемого откло­нения маятника.

III. Лотовый уровнемер: зонд 6 и груз 8 под­вешены на блоке храпового колеса 4.

Периодически зонд приподнимается при помощи пневматического мембранного привода 2. Привод воздействует на храповое колесо через собачку 3. Зонд опускается на поверхность сыпучего мате­риала 7 под действием силы тяжести.

Если уровень не изменяется, то зонд поднимается и опускается на одно и то же расстояние. При понижении уровня материала зонд опуска­ется на большее расстояние, чем поднимается, и наоборот. При этом храповое колесо с осью 5 в одном направлении поворачи­вается на больший угол, чем при повороте в обратном направ­лении. Ось 5 через муфту 10 и поводок 11 соединена с пневмопреобразователем 12. Устройство прибора рассчитано так, что при изменении уровня в заданных пределах давление сжатого воздуха на выходе прибора изменяется от 20 до 100 кПа. Сжа­тый воздух с выхода пневмопреобразователя 12 подается на вторичный прибор (манометр) 9, шкала которого отградуиро­вана в единицах высоты уровня. Рассмотренный уровнемер поз­воляет измерять уровень до 20 м с погрешностью ±10 см.

№10 КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

I. Разновидностью ртутных являют­ся контактные термометры, использу­емые в основном для сигнализации о нарушении заданного температурного режима. Одноконтактный термометр с контактами из платиновой проволоки, впаянными в нижнюю часть капилляра на уров­не отметки, соответствующей той тем­пературе, о которой нужно сигнализи­ровать или которую необходимо под­держивать постоянной. К контактам припаяны проводники из медной проволоки, которые через соответствующие реле включены в цепь электрического нагревателя или сигнализации. В тот момент, когда оба контакта соединяются столбиком ртути, происходит замыкание электрической цепи реле, которое вы­ключает электрический нагреватель или включают сигнализа­цию.

Контактные термометры бывают с двумя и тремя контактами, с переменным положением верхнего контакта и т. д.

II. Чувствительным элементом биметаллических термометров является биметаллическая пластинка. Внутренний слой этой пластинки изготовляют из ме­талла, имеющего большой коэффициент линейного расширения, а наружный из металла с малым коэффициентом (из инвара). При повышении температуры пластинка разгибается. Деформа­ция пластинки через тягу, зубчатый механизм и шестеренку передается стрелке. Верхний предел измерения этих термомет­ров ограничивается пределом упругости материалов. Область их применения — автоматическое регулирование тем­пературы и сигнализация предельных значений температур. Биметаллические элементы применяют также для защиты электрических цепей от перегрузок.

III. Действие манометрических термометров основано на изменении давления рабочего веще­ства, заключенного в емкость постоянного объема, при измене­нии его температуры.

Прибор состоит из термобаллона 1, капиллярной трубки 2 и манометрической части 3—6. Всю систему прибора заполняют рабочим веществом. Термобаллон помещают в зону измерения температуры. При нагревании термобаллона давление рабочего вещества внутри замкнутой системы увеличивается. Увеличение давления воспринимается манометрической пружиной, которая воздействует через пере­даточный механизм на стрелку или перо прибора.

Манометрическая пружина выполняется как в виде одно-или многовитковой пружины, так и в виде сильфона. Термобаллоны из­готовляют из стали или латуни, облада­ющей высокой теплопроводностью, а ка­пилляр — из медной или стальной труб­ки с внутренним диаметром от 0,15 до 0,5 мм. Длина капилляра - от 0,25 см до 60 м. Для за­щиты от механических повреждений ка­пилляр часто помещают в защитную оболочку из оцинкованного стального провода.

Этими приборами можно измерять температуру в интервале от —120 до 600 °С.

Различают манометрические термометры следующих ти­пов:

- газовые, вся система которых заполнена газом под некото­рым начальным давлением. В качестве заполнителя термоси­стем в газовых манометрических термометрах применяют азот, аргон, гелий;

- жидкостные, система которых заполнена жидкостью; в ка­честве заполнителя используют полиметилсилоксановые жидко­сти;

- конденсационные, в которых термобаллон частично запол­нен низкокипящей жидкостью, а остальное его пространство заполнено парами этой жидкости (ацетон).

Дата добавления: 2015-07-11