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

7

пад давлений, что позволяет по величине перепада, показываемого дифманометром, судить об уровне жидкости в резервуаре.

На рис. 6 б показана схема измерения уровня жидкости в резервуаре, находящемся под давлением, при установке дифманометра ниже резервуара. В этом случае уравнительный сосуд устанавливают на высоте максимального уровня и соединяют с контролируемым резервуаром.

Врассмотренных выше схемах гидростатических уровнемеров для измерения давления или перепада давлений можно использовать бесшкальные измерительные преобразователи, имеющие на выходе унифицированные пневматические или электрические сигналы, что позволяет обеспечить дистанционный контроль и управление.

Вэтом плане весьма перспективны измерительные преобразователи унифицированной системы типа «Сапфир-22» и преобразователь гидростатического давления (уровня) «Сапфир-22ДГ» (рис. 7), в частности. Все преобразователи системы состоят из измерительного блока

иэлектронного устройства, а «Сапфир-22ДГ» отличается от других

кристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисто-

8

рами 6. Измеряемый параметр (в нашем случае столб жидкости) воздействует на мембрану 4 со знаком «+» и прогибает ее. При этом происходит перемещение связанных с мембраной штока 7 и тяги 8, а также деформация тензорезисторов.

Таким образом, в измерительном блоке измеряемый параметр линейно преобразуется в изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, а электронное устройство преобразователя преобразует его в унифицированный токовый выходной сигнал (0-5; 0-20 или 4-20 мА).

В электрических уровнемерах изменение уровня жидкости преобразуется в какой-либо электрический сигнал. Из электрических уровнемеров наиболее распространены емкостные и омические. В емкостных уровнемерах используются диэлектрические свойства контролируемых сред, в омических — свойство контролируемой среды проводить электрический ток.

Преобразователь емкостного уровнемера является электрическим конденсатором, емкость которого зависит от уровня жидкости. Преобразователи емкостных уровнемеров выполняют цилиндрического и пластинчатого типов, а также в виде жесткого стержня. Широкое распространение на практике получили датчики-реле уровня емкостные типа ЭСУ-1М, ЭСУ-2М, называемые также сигнализаторами уровня. Они состоят из датчика (двух датчиков для ЭСУ-2М) и электронного блока, соединенных между собой коаксиальным кабелем длиной до 3 м. Датчики могут быть стержневыми и пластинчатыми, с изолированным и неизолированным электродом (рис. 8). Датчики устанавливаются на стенке или крышке резервуара.

Электронный блок устанавливается обычно в зоне обслуживания резервуара на расстоянии до 10 м и представляет собой электронное реле, содержащее генератор высокой частоты, собранный на лампе 6Н6П (рис. 9). Последние модификации ЭСУ выполнены на современной элементной базе. При любой конструкции ЭСУ имеют один или несколько выходов, используемых для дистанционного автоматического управления.

9

а) б) в)

Рис. 8. Датчики ЭСУ-1М: а - стержневой с изолированным электродом; б - стержневой без изолятора; в - пластинчатый

а) б)

Рис. 9. Сигнализатор уровня электронный ЭСУ-1М: а - внешний вид электронного блока; б - принципиальная электрическая схема

В анодную цепь лампы включено исполнительное реле МКУ-48. Генератор настраивается таким образом, что при некотором увеличе-

10

нии емкости датчика происходит срыв генерации, при этом увеличивается анодный ток лампы и срабатывает реле. В зависимости от положения переключателя прибор может сигнализировать о повышении или понижении уровня. Срабатывание реле ведет к загоранию лампы на электронном блоке и при соответствующей коммутации свободных контактов может быть использовано для автоматического управления.

Следует отметить, что в современных конструкциях сигнализаторов уровня (датчиков-реле уровня) электронные лампы заменены на полупроводниковые элементы, однако принцип действия и функции остаются неизменными [5, c. 460].

5. ОПИСАНИЕ СТЕНДА

Лабораторный стенд выполнен на основе вертикального металлического щита, на лицевой и тыльной сторонах которого размещены технологический объект (прозрачный резервуар емкостью 30 л), а также устройства контроля и сигнализации за уровнем жидкости в нем. Схема стенда с расположением технических средств измерения представлена на рис. 10.

В качестве объекта контроля на стенде используется прозрачный, выполненный из органического стекла резервуар 5, который заполняется водой при открытии клапанов 12, 13 и опорожняется при открытии клапана 21. Уровень воды в резервуаре измеряется с помощью рассмотренных выше четырех методов, а именно:

−уравнительным стеклом 9 с линейкой 10;

−продувкой воздуха через ротаметр 2 с клапаном 3 и трубкой 7 с отсчетом показаний по шкале тягонапоромера;

−сигнализатором уровня емкостным с датчиком 6 и электронным блоком 4;

−уровнемером буйковым 11 с пневматическим выходным сигналом и отсчетом показаний по шкале пневматического измерительного прибора 16;

−преобразователем избыточного давления «Сапфир-22ДИ» 18, используемого вместо «Сапфира-22ДГ» (при наличии открытой поверхности жидкости в резервуаре замена не меняет сути метода измерения) и отсчетом показаний по шкале миллиамперметра 15.

11

Рис. 10. Схема лабораторного стенда: 1, 20 - редуктор; 2 - ротаметр; 3 - клапан ротаметра; 4 - блок электронный сигнализатора уровня ЭСУ-1М; 5 - резервуар (объект контроля); 6 - датчик стержневой с изолированным электродом ЭСУ-1М; 7 - трубка пьезометрического уровнемера; 8 - буек уровнемера УБ-П; 9 - уровнемерное стекло; 10 - линейка мерная; 11 - уровнемер буйковый УБ-П; 12, 13, 21 - клапаны; 14 - напоромер НМП-52; 15 - миллиамперметр; 16 - прибор измерительный пневматический показывающий ППВ 1.2; 17 - переключатель; 18 - измерительный преобразователь избыточного давления «Сапфир22ДИ»; 19 - манометр; 20 - редуктор питания пневмоприборов

Питание электрических приборов производится от сети переменного тока 220 В при включении переключателя 17, а пневматических -

12

от магистрали сжатого воздуха давлением > 2,5 МПа, регулируемого далее с помощью редукторов 1 и 20.

Подача и слив воды осуществляется с помощью резиновых шлан-

гов.

6. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

6.1. Изучить настоящие методические указания и ознакомиться с устройством учебного стенда, размещением оборудования и приборов.

6.2.Включить электропитание стенда переключателем 17 (положение «Вкл» в соответствии с рис. 10 здесь и далее). При наличии напряжения в верхней части щита стенда должна загореться лампа накаливания.

6.3.С помощью регулятора 20 подать воздух для питания пневмопре-

образователя и приборов, установив его давление на уровне 0,14 МПа. Контроль давления осуществляется по техническому манометру 19.

6.4.Подготовить резервуар для заполнения водой. При этом необходимо убедиться, что вентиль слива воды закрыт.

6.5.Отметив показания измерительных приборов, открыть запорные

клапаны 12 и 13 и заполнить резервуар 15 водой на высоту 90110 мм, ориентируясь по мерной линейке 10. Прекратить подачу воды (уже одним клапаном 12) и зафиксировать показания приборов 15 и 16. Для снятия показаний тягонапоромера 14 необходимо аккуратно приоткрыть клапан 3 ротаметра 2 и, увидев пузырьки воздуха, выходящие из нижнего среза трубки 7, прекратить вращение маховика клапана: стрелка тягонапоромера укажет давление продуваемого столба жидкости.

6.6.Открыв запорный клапан 12, поднять уровень жидкости в резервуаре еще на 90-110 мм и прекратить подачу воды. Зафиксировать показания приборов. При этом возможна коррекция положения маховика клапана 3, т.к. число пузырьков, выходящих из трубки 7 и проходящих через слой воды, не должно превышать 1-3 в секунду.

6.7.Произвести действия в соответствии с п. 6.6 вплоть до практически полного заполнения резервуара, оставив запас в 2-3 см. При нахождении уровня воды в зоне расположения датчика 6 должна загореться лампа на электронном блоке 4.

6.8.Прекратив подачу воды в резервуаре при максимальном уровне и зафиксировав показания приборов, снять показания приборов при

13

пройденных уже уровнях, сливая воду. При этом следует оперировать запорным клапаном 21.

6.9. После окончания работы закрыть все запорные вентили 12, 13 и 21, перекрыть клапаны 3 ротаметра, редуктором 20 сбросить давление до нуля (см. манометр 19). Переключатель 17 установить в положение «Откл» и поставить в известность преподавателя.

7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Полученные результаты измерений свести в таблицу.

Показания средств измерения

По полученным данным тарировать шкалы измерительных приборов, считая показания стекла мерного образцовыми. Результаты представить в виде схемы, выполненной в масштабе, лучше на миллиметровой бумаге (рис. 11).