Бесконтактные уровнемеры

Уровень в закрытых емкостях можно контролировать по времени прохождения сигнала через слой вещества Схемы, показанные на рисунке 7.12, а и б, применяются в тех случаях, когда нет доступа в сосуд. Схему, приведенную на рисунке 7.12, а, можно применять как сигнализатор максимального или минимального уровня (при неподвижном излучателе и приемнике излучения) или для непрерывного измерения уровня (уровнемеры со следящей системой). При небольшом столбе жидкости (до 1 м для легких жидкостей) можно применять схему, показанную на рисунке 7.12,б. Схему, показанную на рисунке 7.12, в, целесообразно применять в тех случаях, когда в сосуд можно поместить поплавок.

1 – излучатель; 2 – приемник излучения.

Рисунок 7.12 –Принципиальные схемы бесконтактных уровнемеров:

Ультразвуковые уровнемеры – бесконтактные датчики уровня непрерывного действия. Используют явление отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела фаз. Ультразвуковые датчики изготавливаются в виде моноблока с индикаторным устройством и блоком программирования (рисунок 7.13, а), либо с отсутствием таковых. В этом случае управление осуществляется через ПК. Выходные сигналы формируются по стандартным протоколам 4 - 20 мА, HART. Диапазон измерения уровня до 25 метров. Точность измерения 0,25%. Температура процесса до +90єС. Взрывобезопасное исполнение.

Уровнемер устанавливается вертикально над поверхностью продукта (рисунок 7.13, б). Поверхность продукта частично или полностью отражает ультразвуковой импульс в направлении уровнемера. Отраженный сигнал детектируется приемником уровнемера и конвертируется в электрический сигнал. Время между излучением и приемом импульса прямо пропорционально расстоянию между датчиком и поверхностью продукта.

Расстояние вычисляется по следующей формуле:

D = c * t / 2, где:

D - расстояние между датчиком и поверхностью продукта с - скорость звука в свободном пространстве бака t -время прохождения ультразвукового импульса от измерителя до поверхности продукта и обратно Например, при скорости звука 340 м/сек и времени отклика 10 млсек, пройденный ультразвуковым импульсом путь составит 3,4 м, что соответствует расстоянию от датчика до поверхности продукта 1,7 м.

а)

а – ультразвуковой уровнемер жидкости EchoTREK уровнемера

Рисунок 7.13 –Ультразвуковой уровнемер

Акустические уровнемеры по принципу действия аналогичны ультразвуковым уровнемерам. Прибор излучает очень мощные акустические волны, которые отражаются от поверхности измеряемого вещества. Отраженный сигнал обрабатывается при помощи специально разработанного программного обеспечения, для того чтобы отфильтровать полезный сигнал и подавить ложное эхо. Метод обработки принятого эхо-сигнала позволяет снизить до минимума потери сигнала. Благодаря применению очень мощного импульса, затухания имеют гораздо меньшее влияние по сравнению с обычными ультразвуковыми приборами. Излучаются более мощные сигналы, соответственно, принимаются тоже более мощные отраженные сигналы. Приемная электроника позволяет распознать и обработать очень слабые эхо-сигналы, также в комбинации с сильными шумовыми помехами.

Для обеспечения наиболее возможной точности измерения, измеряемый сигнал компенсируется в зависимости от температуры. Установка вертикально сверху или под небольшим углом в зависимости от профиля измеряемой поверхности. Диапазон измерения уровня до 60 метров. Точность измерения 0,25%. Температура процесса до 150єС. Взрывобезопасное исполнение.

Микроволновые радарные уровнемеры– универсальные приборы непрерывного измерения уровня, по принципу работы аналогичны ультразвуковым уровнемерам, так же используют принцип отражения волн от границы раздела фаз. Отличие заключается в том, что ультразвуковые датчики уровня работают в диапазоне излучения от 5 до 50 кГц, а микроволновые радарные датчики используют частоты о 6 до 95 ГГц.

Значение частоты излучения радарного уровнемера необходимо учитывать при выборе приборов для измерения уровня жидкостей с малыми значениями диэлектрической проницаемости. Чем меньше диэлектрическая проницаемость, тем выше должна быть частота. Так, для измерения уровня нефтепродуктов следует использовать радарные уровнемеры с максимальной частотой.

Радарный датчик уровня построен по принципу радиолокатора, что позволяет минимизировать влияние паразитных помех и помех, связанных с неровностью измеряемой поверхности. Так же как и ультразвуковые уровнемеры не имеют контакта с измеряемым объектом, но в отличие от ультразвуковых датчиков, обладают намного меньшей чувствительностью к влиянию температуры и давления в рабочей емкости, а так же их изменению.

Радарные уровнемеры обладают большей устойчивостью к таким негативным для других приборов явлениям, как запыленность, пенообразование, испарения с измеряемой поверхности.

Важной характеристикой влияющей на уровень измерения и точность, является размер и тип применяемой антенны. Различают рупорные, стержневые, трубчатые, параболические и планарные антенны. Чем больше размер антенны, тем более мощный и узконаправленный сигнал она формирует, соответственно

обеспечивается максимальная дальность и максимальная разрешающая способность микроволнового радарного уровнемера.

а)

а – радарный уровнемер БАРС 351И;

7.14 –Радарный уровнемер

Радарный уровнемер БАРС 351И (рисунок 7.14) предназначен для непрерывного бесконтактного высокоточного (погрешность измерения ±1 мм) измерения уровня различных жидких сред: cветлые нефтепродукты, нефть и темные нефтепродукты, любые жидкости (как проводящие, так и непроводящие), едкие химические реагенты (щелочи, кислоты и их растворы), пасты, растворители, краски, в технологических и товарных резервуарах, в том числе и в емкостях, находящихся под избыточным давлением, как автономно, так и в составе систем коммерческого учета.

Радиоизотопные уровнемеры используются в сложных технологических процессах, где другие способы измерения уровня невозможны. Это универсальные приборы, измеряющих уровни как жидкости, так и сыпучих веществ. Принцип действия таких устройств основан на степени поглощения проходящего через вещество радиоактивного излучения. Приемник и излучатель перемещаются по всей высоте емкости на специальных лентах с помощью реверсивного электромотора. Существуют четыре основных типа излучения – альфа-частицы (α), бета частицы (β), гамма- лучи (γ) и нейтроны (n). Альфа-частицы – ядра гелия и бета-частицы легко обнаруживаются, но имеют очень небольшую мощность излучения и практически не используются для измерения уровня. Гамма-лучи являются электромагнитными по своей природе и имеют большую проникающую способность. Нейтронное излучение также проникает через металл очень эффективно, но может быть рассеяно любым веществом, содержащим водород (например вода, углеводороды и много других жидкостей). Данное свойство делает данное излучение практически идеальным для измерения уровня большого количества технологических жидкостей. Эти последние две формы радиации (гамма-лучи и нейтронное излучение) больше всего распространены в промышленных измерениях уровня. Гамма-лучи используются в измерениях уровня через две стенки емкости, нейтронное излучение используется при применении эффекта рассеивания.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 ОСНОВЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ

1.1 Метрология. Виды измерений

1.2 Методы измерений

1.3 Погрешность измерения. Виды погрешностей измерения

1.4 Погрешности средств измерений

1.5 Основные свойства измерительных приборов. Точность, чувствительность, быстродействие, надежность

1.6 Классификация измерительных приборов по метрологическому назначению.

1.7 Обеспечение единства и качества измерений

2 СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

2.1 Функциональная структура систем автоматического контроля

2.2 Классификация систем автоматического контроля.

3 ТЕХНИКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

3.1 Первичные измерительные преобразователи (датчики). Основные требования, предъявляемые к датчикам. Статические и динамические характеристики датчиков.

3.2 Классификация первичных измерительных преобразователей по принципу действия

3.3 Промежуточные преобразователи: сельсинные, дифференциально-трансформаторные, пневматические преобразователи

3.4 Вторичные приборы. Отсчетные устройства вторичных приборов. Дополнительные функции вторичных приборов

3.5 Основные измерительные схемы вторичных приборов.

3.6 Сбор и обработка данных измерений с применением микропроцессорной техники, "интеллектуальные датчики"

4 ГСП

4.1 Основные принципы построения ГСП

4.2 Классификация устройств ГСП

4.3 Совместимость устройств ГСП. Виды совместимости: конструктивная, метрологическая энергетическая, эксплуатационная, информационная.

По

4.4 Ветви ГСП

5 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР

5.1 Манометрические термометры. Принцип действия и конструкция.

5.2 Термометры сопротивления. Принцип действия и конструкция.

5.3 Термоэлектрические термометры. Принцип действия и конструкция.

5.4 Пирометры излучения. Принцип действия и конструкция.

6 ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

6.1 Жидкостные приборы

6.2 Поплавковые дифференциальные манометры. Принцип действия и конструкция.

6.3 Кольцевые приборы. Принцип действия и конструкция.

6.4 Колокольные приборы. Принцип действия и конструкции.

6.5 Пружинные приборы

6.6 Приборы с трубчатыми пружинами. Мембранные приборы. Принцип действия и конструкции.

6.7 Пружинно-мембранные приборы. Сильфонные приборы. Принцип действия и конструкции.

6.8 Выбор, установка и эксплуатация приборов для измерения давления.

7 ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ

7.1 Поплавковые уровнемеры. Принцип действия и конструкция.

7.2 Буйковые уровнемеры. Принцип действия и конструкция.

7.3 Гидростатические уровнемеры. Принцип действия и конструкция.

7.4 Электрические уровнемеры. Принцип действия и конструкция.

7.5 Радиоизотопные уровнемеры. Принцип действия и конструкция.