Файл: В.А. Старовойтов Местный и дистанционный контроль уровня жидкости.pdf

1

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение методов и принципов действия устройств для измерения уровня жидкостей, а также приобретение навыков в определении уровня имеющимися на стенде приборами.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Ознакомление с измерительными устройствами, преобразователями и приборами, установленными на стенде.

2.2.Заполняя последовательно резервуар водой и затем сливая ее, произвести 5-6 измерений уровня с помощью всех предназначенных для этого технических средств.

2.3.Оценить точность измерений, считая измерения, произведенные мерной линейкой, образцовыми.

2.4.Представить данные для тарировки шкал измерительных приборов в единицах уровня.

3.УКАЗАНИЯ К ОТЧЕТУ

Поскольку работа предполагает одновременное участие 2-3 студентов, составляется один (общий) отчет с указанием названия работы, цели ее проведения и фамилий участников. Кроме того он должен содержать необходимые экспериментальные и расчетные данные.

4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Значительная часть объектов управления, в качестве которых можно рассматривать разнообразные конструкции машин и аппаратов, требует постоянного контроля или оперативного регулирования уровня жидких сред, находящихся в них.

Устройства для измерения уровня жидкостей называют уровнемерами. Выбор метода измерения и типа уровнемера в каждом конкретном случае определяется условиями его работы и назначением.

Для измерения уровня жидкости наибольшее распространение получили указательные стекла, поплавковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые и акустические уровнемеры.

2

В настоящей работе используются первые четыре из вышеуказанных типов уровнемеров.

Работа указательных стекол для жидкостей 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). Наблюдая за положением уровня жидкости в стеклянной трубке, можно судить об изменении уровня в сосуде.

Указательные стекла снабжают вентилями или кранами для отключения их от сосуда и для продувки системы. В арматуру указательных стекол сосудов, работающих под давлением, обычно вводят предохранительные устройства, автоматически закрывающие каналы в головках при случайной поломке стекла.

вой области и проходят внутрь в область заполнения жидкостью. При этом часть стекла, соприкасающегося с жидкостью, кажется темной, а часть стекла, соприкасающегося с парами или газом, — серебристобелой. Плоские указательные стекла рассчитаны на давление до 2,94 МПа и температуру до 300 °С.

Указательные стекла не рекомендуется выполнять длиной более 0,5 м, поэтому при контроле уровня, изменяющегося на большую величину, устанавливают несколько стекол (рис. 1 в) так, чтобы они перекрывали одно другое.

3

В поплавковых уровнемерах перемещение поплавка на поверхности жидкости передается на показывающее устройство или преобразователь для преобразования перемещения или силы в выходной сигнал.

за изменения силы, натягивающей трос (при подъеме уровня к силе тяжести противовеса добавляется сила тяжести троса). В более сложных конструкциях эти недостатки устранены [1, c. 195].

Широкое распространение, и особенно для герметичных аппаратов, работающих при больших давлениях, получили поплавковые уровнемеры переменного погружения, называемые также буйковыми из-за специфической формы поплавка (отклонение диска к диаметру более трех при длине цилиндра до 1,6 м).

На рис. 3 приведена схема перемещения цилиндрического поплавка переменного погружения.

Для положения, показанного на рис. 3 а, условие равновесия по-

где S - площадь поперечного сечения поплавка; ρ п - плотность материала поплавка; g - ускорение свободного падения; Z - жесткость пружины.

Для положения, показанного на рис 3 б, условие равновесия имеет

4

где ρ - плотность жидкости.

Из выражения (3) следует, что перемещение поплавка пропорционально изменению уровня жидкости; коэффициент пропорциональности меньше единицы (равен единице при Z = 0) и зависит от жесткости пружины. С увеличением жесткости пружины относительное перемещение поплавка снижается.

Для дистанционного измерения уровня жидкости применяют буйковые уровнемеры с унифицированными выходными сигналами постоянного тока 0-5 и 0-20 мА (типа УБ-Э) или давления воздуха 0,002-0,1 МПа (тип УБ-П) [2, c. 214]. Для преобразования перемещения буйка в унифицированный электрический или пневматический сигналы используют преобразователи, аналогичные рассмотренным в книгах

[1, c. 104; 2, c. 70].

На рис. 4 показана схема поплавкового (буйкового) уровнемера с пневматической передачей показаний на расстояние. Уровнемер при-

5

соединяют к объекту с помощью фланцев. Поплавок 1 подвешен к рычагу 2, на конце которого находится уравновешивающий груз 3. Этим грузом уравновешивается начальная сила тяжести поплавка, когда

жидкости в резервуаре нет (Н = 0 и ρ вых = 0,1 МПа). Функции первичного преобразователя выполняют сопло 5 и заслонка 6. Сильфон 4 реа-

лизует обратную связь.

Для уровнемеров с пневматическим выходным сигналом применяют любые вторичные приборы, имеющие диапазон измерения

0,02-0,1 МПа.

Уровнемеры типа УБ-Э могут работать в комплекте с любыми миллиамперметрами. Недостатки поплавковых уровнемеров: большая металлоемкость, недостаточные надежность и точность из-за наличия кинематических узлов.

В гидростатических уровнемерах измерение уровня жидкости сводится к измерению давления, создаваемого столбом жидкости, т.е. Р = Ηρ g. Существуют гидростатические уровнемеры с непрерывной продувкой воздуха или газа (пьезометрические уровнемеры) [1, c. 148] и с непосредственным измерением столба жидкости как с помощью дифференциальных манометров [1, c. 128; 3, c. 34], так и с помощью разработанных в последнее время преобразователей типа «Сапфир22ДГ» [4, c. 108].

Пьезометрические уровнемеры (рис. 5) применяют для измерения самых разнообразных, в том числе агрессивных и вязких, жидкостей в открытых резервуарах и в сосудах под давлением. Сжатый воздух или газ, пройдя дроссель 1 и ротаметр 2, попадает в пьезометрическую трубку 3, находящуюся в резервуаре. Давление воздуха (газа), измеряемое манометром 4, характеризует положение уровня жидкости в резервуаре. С начала подачи воздуха давление будет повышаться до тех пор, пока не станет равным давлению столба жидкости высотой Н. В момент выравнивания этих давлений из трубки в жидкость начнет выходить воздух, расход которого регулируют так, чтобы он пробулькивал отдельными пузырьками (примерно один пузырек в секунду). Расход воздуха устанавливают регулируемым дросселем 1 и контролируют ротаметром 2.

6

При измерении уровня жидкостей следует учитывать возможность образования при определенных условиях статического электричества. В связи с этим при контроле легковоспламеняющихся и взрывоопасных жидкостей (сероуглерода, бензола, масел и др.) в качестве сжатого газа применяют двуокись углерода, азот, дымовые газы или устанавливают специальные пьезометрические уровнемеры.

Другим видом гидростатических уровнемеров является дифманометр любой системы, измеряющий давление столба жидкости в сосуде. Дифманометрами можно измерять уровень в открытых и закрытых сосудах, т. е. в сосудах, находящихся под давлением и разрежением. На рис. 6 a показана схема при измерении уровня в открытом резервуаре и установке дифманометра ниже дна резервуара.

При использовании дифманометров для измерения уровня обязательно устанавливают уравнительный сосуд, наполненный до определенного уровня жидкостью, находящейся в резервуаре. Назначение уравнительного сосуда — обеспечение постоянного столба жидкости в одном из колен дифманометра. Высота столба жидкости во втором колене дифманометра меняется с изменением уровня в резервуаре. Каждому значению уровня в резервуаре соответствует определенный пере-