ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 17
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Тема: Гидростатические уровнемеры
Принцип действия уровнемера основан на зависимости уровня жидкости с постоянной плотностью от давления столба жидкости. Для измерения давления в нижней части резервуара может быть использована разделительная мембрана измерительного преобразователя, отградуированного в единицах уровня. Чувствительный элемент представляет собой измерительную ячейку с пьезорезисторами (тензорезисторами), включенными в мостовую схему. Давление столба измеряемой жидкости оказывает давление на разделительную мембрану и через кремнийорганическую жидкость передается на пластинку с тензорезисторами. Выходное напряжение мостовой схемы, пропорционально уровню, преобразуется в токовый выходной сигнал.
Рисунок 1. Общий вид гидростатического уровнемера Rosemount 3051L
Для измерения уровня в резервуарах, каналах используется погружной зонд, который является разновидностью гидростатического уровнемера. Глубина погружения зонда пропорциональна давлению столба жидкости. Измеряемое давление воздействует на тензорезистивный датчик через разделительную мембрану. Выходное напряжение мостовой схемы преобразуется в токовый выходной сигнал
При использовании дифманометровдляизмерения столба жидкости одна полость чувствительного элемента дифманометра соединена с уравнительным сосудом, заполненным жидкостью, уровень которой измеряется.
Гидростатические уровнемеры
Основным принципом действия данных уровнемеров является измерение гидростатического давления, оказываемого жидкостью.
Величина гидростатического давления Рг зависит от высоты столба жидкости h над измерительным прибором и от плотности этой жидкости ρ.
Измерение гидростатического давления может осуществляться различными способами, например:
- манометром или датчиком давления, которые подключаются к резервуару на высоте, равной нижнему предельному значению уровня;
- дифференциальным манометром, который подключается к резервуару на высоте, равной нижнему предельному значению уровня, и к газовому пространству над жидкостью;
-
измерением давления воздуха, прокачиваемого по трубке, опущенной в жидкость на фиксированное расстояние, и другими.Рисунок 2. Измерение уровня в резервуаре при помощи датчика избыточного давления
На рис. 2 приведена схема измерения уровня датчиком избыточного давления (манометром). Для этих целей может применяться датчик любого типа с соответствующими пределами измерений.
При измерении уровня гидростатическим способом погрешности измерения определяются классом точности измерительного прибора, изменениями плотности жидкости и колебаниями атмосферного давления.
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 таких случаев не подходит.
В связи с этим, 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.
Р
ис. 3. Измерение уровня в открытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давленияСхема измерения уровня жидкости в открытом резервуаре, находящемся под атмосферным давлением, представлена на рис. 3.
Плюсовая камера дифманометра ДД через импульсную трубку соединена с резервуаром в его нижней точке, минусовая камера сообщается с атмосферой.
В такой схеме устраняется погрешность, связанная с колебаниями атмосферного давления, т.к. результирующий перепад давления на дифманометре равен:
ΔР = (Рг + Ратм) – Ратм = Рг.
Такая измерительная схема может использоваться тогда, когда дифманометр расположен на одном уровне с нижней плоскостью резервуара. Если это условие соблюсти невозможно и дифманометр располагается ниже на высоту h1, то используют уравнительные сосуды (УС).
Схемы измерения уровня с уравнительными сосудами для резервуаров под атмосферным давлением представлены на рис. 4.
Рис.4. Измерение уровня в открытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления с использованием уравнительного сосуда: а с нижним расположением уравнительного сосуда; б – с верхним расположением уравнительного сосуда
Уравнительный сосуд используется для компенсации статического давления, создаваемого столбом жидкости h1 в импульсной трубке.
Для измерения уровня в резервуарах, находящихся под избыточным давлением Ризб, применяют измерительную схему, изображенную на рис.5.
Рис. 5. Измерение уровня в закрытом резервуаре при помощи датчика дифференциального давления с использованием уравнительного сосуда
Избыточное давление Ризб поступает в обе импульсные трубки дифманометра, поэтому измеряемый перепад давления ΔР можно представить в виде:
ΔР = ρgHmax – ρgh,
где:
ρ - плотность жидкости,
g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.
При h = 0, ΔР = ΔРmax, а при h = Hmax , ΔР = 0.
То есть из уравнения следует, что шкала измерительного прибора уровнемера будет обращенной.
Более современным аналогом дифманометров являются датчики гидростатического давления. Как и у дифманометров, у них имеются две измерительные камеры. Одна из камер выполнена в виде открытой мембраны, а вторая - в виде штуцера. Такие датчики всегда можно установить непосредственно у дна резервуара, поэтому отсутствует необходимость в импульсных трубках, а значит, и в необходимости компенсации высоты импульсной трубки.
Наиболее распространенные измерительные схемы с использованием гидростатического датчика давления представлены на рис.6.
Рис. 6. Измерение уровня в резервуарах при помощи датчика гидростатического давления: а – для открытых резервуаров; б – для закрытых резервуаров без уравнительного сосуда; в – для закрытых резервуаров с уравнительным сосудом
Схема в) используется для процессов, в которых неизбежно образование обильного конденсате и его накопление в трубе, соединяющей датчик с объемом над жидкостью.
Пьезометрические уровнемеры
В пьезометрических системах измерения уровня для продувания через трубку помещённую в жидкость, дозированного расхода воздуха наиболее часто применяют регуляторы расхода воздуха типа РРВ-1. Принцип действия этого регулятора основан на автоматическом поддержании постоянного перепада давления на дросселе, в результате че-го обеспечивается постоянный расход воздуха через этот дроссель.
Принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня в открытом резервуаре представлена на рисунке а, б, в, г.
На рисунке д показана принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня жидкости в резервуаре, находящемся под давлением. Для исключения влияния давления в резервуаре на показания прибора, измеряющего уровень жидкости, применяется дифференциальный метод измерения с двумя регуляторами расхода. От одного регулятора расхода воздух подаётся в пьезометрическую трубку, от другого в верхнюю часть резервуара над жидкостью. Разность давлений в трубках, пропорциональная уровню жидкости, измеряется дифманометром.
В системах измерения нижний конец пьезотрубки должен находится на нижнем контролируемом уровне жидкости, но не ниже 80 мм от дна резервуара.
Расход воздуха устанавливается минимальным, чтобы перепад давления на пьезотрубке был возможно меньшим, так как это определяет погрешность измерения пьезометрическим методом.
Минимальный расход воздуха обеспечивается постоянным, без запаздывания, выходом воздуха из пьезометрической трубки при изменениях уровня.
Обычно расход воздуха принимается равным 0.1 – 0.2 м3/ч. Если пренебречь перепадом давления на пьезометрической трубке, то уровень в резервуаре
где Р – давление на манометре М или перепад давления на дифманометре; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.
В случае, когда измеряется уровень в резервуаре, находящемся под избыточным давлением, давление питания регулятора расхода воздуха, подающего воздух в пьезотруб-ку, должно быть:
где Ризб – избыточное давление, кПа; Нмаксρg – максимальное гидростатическое давление столба жидкости, кПа.
На рис. е показан пример обвязки и монтажа пьезометрического уровнемера с подачей промывочной воды в защитную трубу. В этом случае защищается от «обраста-ния» нижний конец пьезотрубки, который оказывается в зоне промывочной воды и не контактирует с измеряемой жидкостью.
Принцип работы пьезометрических уровнемеров основан на продувании газа или воздуха через слой жидкости и измерении давления. Обязательным условием является равенство давления столба жидкости и давления воздуха, что подтверждается выходом пузырьков воздуха из трубки.