ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ И ВЛАЖНОСТИ
На металлургических заводах применяются технические средства для непрерывного измерения уровня (уровнемеры) и устройства для сигнализации предельных уровней (сигнализаторы уровня, реле уровня). Уровень измеряется в метрах (м) и миллиметрах (мм). Широкое применение нашли различные приборы для измерения и регулирования уровня, основанные на разных принципах действия: дифманометры-уровнемеры, пьезометрические, поплавковые (буйковые), емкостные, акустические, электроконтатные, зондовые и радиометрические уровнемеры.
Если дистанционная передача показаний не требуется, то уровень жидкости с достаточной точностью и надежностью можно измерять или показывающими дифманометрами, принцип действия которых описан или с помощью указательных стекол. Измерение уровня жидкости указательными стеклами основано на принципе сообщающихся сосудов.
Измерение уровня сыпучих тел в бункерах и других устройствах значительно отличается от измерения уровня жидкостей, так как из-за характера расположения материала в объекте уровень не является горизонтальной поверхностью.
Принцип действия поплавковых и буйковых уровнемеров (типа РМ-51, УДУ-10, ДУЖЭ-200М, УБ-П) основан на использовании выталкивающей силы, действующей на поплавок (буек), погруженный в жидкость. Чувствительным элементом таких уровнемеров (рис. 2.10, а) является полый поплавок (буек), плавающий на поверхности жидкости. Перемещение поплавка (буйка), вызванное изменением уровня, воспринимается передающим преобразователем. Следует иметь в виду, что при использовании поплавковых и буйковых уровнемеров на средах, склонных к налипанию, появляется дополнительная погрешность, связанная с изменением массы поплавков, что приводит к изменению глубины погружения и ограничивает их применение.
Емкостные уровнемеры (типа ЭИУ-2, РУС, ДКУ-1) широко применяют для сигнализации и дистанционного измерения уровня жидких и сыпучих сред. Принцип действия приборов основан на измерении электрической емкости первичного преобразователя, величина которой зависит от уровня контролируемой среды.
Рисунок 2.10 – Принцип действия поплавковых и буйковых уровнемеров
Для электропроводных сред применяются первичные преобразователи с одним электродом (рис. 2.10, б), покрытым слоем изоляции. Вторым электродом является измеряемая среда. При изменении уровня меняется величина поверхности обкладки конденсатора, образованного электродом и измеряемой средой, что приводит к изменению его емкости пропорционально изменению контролируемого уровня. Измерение емкости и преобразования ее в пропорциональный изменению уровня выходной сигнал осуществляется промежуточным преобразователем, содержащим индуктивно-емкостный мост. Электрический контакт контролируемой среды с измерительной схемой достигается путем заземления одного из входов измерительной схемы и стенок резервуара, в котором находится контролируемая среда.
Для измерения уровня неэлектропроводных сред (рис. 2.9, в) применяют первичный преобразователь с двумя неизолированными электродами (одним из электродов могут быть стенки резервуара). Для каждого значения уровня среды в резервуаре емкость первичного преобразователя определяется как емкость двух параллельно соединенных конденсаторов, один из которых образован частью электродов преобразователя и средой, уровень которой измеряется, а второй - остальной частью электродов преобразователя и воздухом или парами жидкости. При повышении уровня, например, происходит замещение воздуха в пространстве между электродами измеряемой средой, которая обладает существенно отличной диэлектрической проницаемостью. В результате этого изменяется емкость между электродами.
Емкостные уровнемеры не применяются для измерения уровня кусковых и склонных к налипанию материалов.
Принцип работы акустических уровнемеров (типа ЭХО-2с, ЭХО-3) основан на использовании эффекта отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела двух сред с различными акустическими сопротивлениями. Время прохождения ультразвукового (зондирующего) импульса от источника ультразвуковых колебаний до границы раздела таких сред и обратно при постоянной температуре среды пропорционально измеряемому расстоянию.
Сущность измерения уровня с помощью акустических уровнемеров состоит в определении времени между моментами излучения и приема ультразвукового импульса, отраженного от поверхности границы раздела сред. Акустический уровнемер (рис. 11, г) состоит из преобразователя акустического, осуществляющего излучение ультразвуковых колебаний и прием отраженного импульса, и промежуточного преобразователя, предназначенного для преобразования в выходной сигнал времени между посылкой зондирующего импульса и приемом отраженного.
Акустические уровнемеры применяются в металлургическом производстве при измерении уровней агрессивных, кристаллизующихся жидкостей, а также для измерения уровня различных сыпучих материалов.