Классификация датчиков для измерения уровня, гидростатические уровнемеры

Измерение уровня жидкостей относится к числу вспомогательных контрольных операций, позволяющих определить количества жидкостей в резервуарах для учета продукта и сигнализации о переполнении расходных баков и бункеров.

Эти измерения связаны как с поддержанием технологического режима, так и с условиями безопасной работы оборудования. Технические средства, применяемые для измерения уровня жидкости, называются уровнемерами. Приборы, предназначенные для сигнализации предельных уровней жидкости, называются сигнализаторами уровня.

В химической промышленности применяют различные методы измерения уровня жидкости:

· измерение уровня жидкости указательными стеклами,

· механические применяются в основном для непрерывного измерения уровня жидкости, когда положение поплавка или буйка, выступающего в роли чувствительного элемента и помещенного в жидкость, вызывает изменение какого-либо параметра преобразующего элемента.

· электромеханические (например, уровнемеры с индуктивными датчиками),

· гидростатическое измерение уровня основано на измерении оказываемого жидкостью на дно резервуара гидростатического давления, которое измеряется в открытых резервуарах при помощи обычного или дифференциального манометра

· емкостные. Применяются для измерения уровня электропроводящих жидкостей в резервуарах, цистернах. Принцип измерения основан на изменении силы тока от изменения контролируемого уровня жидкости в резервуаре.

· Фотоэлектрические уровнемеры применяются только для измерения дискретных уровней жидкости. Луч света между фотоэлектрическим источником света и детектором прерывается, если уровень жидкости превышает высоту установки этих преобразователей.

· Ультразвуковые. Для измерения уровня при помощи ультразвука необходимо наличие излучателя и приемника. Излучатель посылает ультразвуковые импульсы, представляющие собой механические колебания в диапазоне частот от 20 кГц до нескольких мегагерц.

· акустические,

· радиоизотопные. Основе лежит принцип поглощения радиоактивного излучения соответствующим материалом, содержащимся в резервуаре.

При выборе уровнемера необходимо учитывать температуру, абразивные свойства, вязкость, электрическую проводимость, радиоактивность, химическую агрессивность измеряемой среды. Кроме того, следует принимать во внимание рабочие условия в объекте измерения или около него: давление, нагревание или охлаждение, способ заполнения или опорожнения резервуара, наличие мешалки, огнеопасность и взрывоопасность.

Гидростатические уровнемеры. Измерение уровня основано на измерении оказываемого жидкостью на дно резервуара гидростатического давления, которое измеряется в открытых резервуарах при помощи обычного или дифференциального манометра. В резервуарах, находящихся под давлением и, следовательно, представляющих собой замкнутую емкость, уровень жидкости можно измерить только дифференциальным манометром (рисунок 1).

Величина гидростатического давления на дно резервуара зависит от высоты h столба жидкости над измерительным прибором и от плотности р жидкости. Таким образом, справедливо уравнение:

Или

Если манометр установить не на одинаковой с днищем резервуара высоте, то произойдет смещение точки начала измерения, пропорциональное разности высот. При использовании дифференциальных манометров место установки измерительного прибора не влияет на правильность индикации, если оно находится ниже уровня днища резервуара, а измерение давления осуществляется относительно давления постоянного уровня жидкости.

Рисунок 1- Схема гидростатического уровнемера

Преимущество гидростатического способа измерения уровня заключается в том, что они обладают весьма высокой эксплуатационной надежностью. Гидростатический метод можно использовать, в частности, для измерения уровня в резервуарах высокого давления. Данный метод применяют в промышленности для измерения уровня жидкости также в перегонных кубах, реакторах и т. д.

2. Необходимое и достаточное условие устойчивости

Под устойчивостью понимают способность системы возвращаться в исходное состояние после снятия возмущающего воздействия.

Рассмотрим интерпретацию понятия устойчивости на механических системах. Предположим, что система представляет собой впадину, на дне которой располагается шар в неподвижном состоянии. Переместим шар с помощью некоторого усилия F по поверхности впадины и в некоторой точке это усилие уберем. Шар начнет скатываться вниз и после нескольких колебаний успокоится в своем первоначальном состоянии. О такой системе говорят, что она устойчива.

Предположим теперь систему, представляющую собой перевернутую впадину и на её вершине расположим шар. Переместим шар с помощью некоторого усилия F по поверхности и в некоторой точке это усилие уберем. Шар начнет скатываться вниз и уже не сможет возвратиться в свое первоначальное состояние. О такой системе говорят, что она неустойчивая.

Если шар расположить на плоской поверхности и переместить его с помощью некоторого усилия F по поверхности и в некоторой точке это усилие убрать, то шар остановится в момент прекращения действия усилия. О такой системе говорят, что она нейтрально-устойчивая (рисунок 2).

Если система представляет подвешенный маятник, то при выводе её из состояния покоя маятник будет совершать незатухающие колебания (при условии, что трение отсутствует). О такой системе говорят, что она находится на границе устойчивости.

Под устойчивостью понимают способность системы возвращаться в исходное состояние после снятия возмущающего воздействия. В линейных АСУ устойчивость не зависит от величины входного воздействия и определяется только ее внутренними свойствами. Поэтому справедливо утверждение: если автоматическая система устойчива в малом, то она устойчива и в большом.

Рисунок 2 – Различные состояния механической системы

Об устойчивости АСУ судят по форме переходного процесса. Возможный вид переходного процесса показан на рисунке 3.

Рисунок 3 – Возможный характер переходных процессов в АСУ

1 – апериодический переходный процесс в устойчивой АСУ; 2 - апериодический переходный процесс в устойчивой АСУ; 3 – процесс регулирования в АСУ, которая находится на границе устойчивости; 4 – апериодический переходный процесс в неустойчивой АСУ; 5 - колебательный переходный процесс в неустойчивой АСУ.

Дата добавления: 2015-10-23