Senzori de nivel. Completarea măsurătorilor
Se iau în considerare principiile fizice ale lucrării și principiile construirii senzorilor de umplere. Descrierea structurilor, caracteristicile generale, condițiile de utilizare.
În funcție de domeniul industriei și de condițiile în care se intenționează utilizarea senzorilor de nivel de umplere, acestea sunt supuse anumitor cerințe. Atunci când se planifică utilizarea transmițătorului trebuie să cunoască proprietățile fizice și chimice ale materialului de umplere, Condițiile de măsurare externe (vâscozitate, conductivitate, radioactivitatea și abrazivitate al.) - temperatura, presiunea și alte agresivitatea mediului.
Există numeroase efecte fizice și proprietăți ale materialelor, pe baza cărora senzorii pot fi proiectați și fabricați (traductoare de măsurare) a nivelului de umplere.
Măsurarea cu un flotor
Un plutitor este utilizat ca element de detectare al senzorului de nivel al lichidului. Ca un plutitor, ca regulă, se utilizează corpuri globulare a căror densitate este mai mică decât densitatea lichidului. informații de la senzorul transmisiei nivelului de umplere poate fi realizată mecanic cu ajutorul rolelor diferite, angrenaje, cabluri sau utilizarea de sisteme de transport de date electrice (mișcarea comună cu rezistor variabil, și altele.). Pentru transmisia de date pot fi utilizate ca pas întrerupători, postarea de impulsuri magnetice float transmisie mișcare, senzorii de deplasare inductiv.
Erori de măsurare la astfel de dispozitive provin în principal din cauza unei modificări a densității lichidului care se umple sau a modificării condițiilor de transmisie a datelor (frecare, răsturnare etc.).
Metoda capacitivă de măsurare a nivelului de umplere. Senzori de nivel capacitivi
Metoda capacitivă de măsurare a nivelului face posibilă măsurarea umplerii materialelor pulverulente, vâscoase, granulare. Niveluri măsurate prin alimente capacitive sub formă de pudră, granule, pulberi pentru spălat, ciment, nisip, praf de cărbune, păcură, combustibil, apă, acizi și baze, și altele. Metoda capacitiv permite măsurarea continuă. Eroarea acestei metode este de 2-3%.
Metoda capacitivă de funcționare a senzorilor se bazează pe măsurarea capacității electrice (folosind principiul funcționării condensatorului). Condensatorul este format din peretele rezervorului și sonda, care este scufundată în conținutul rezervorului. Capacitatea, ca regulă, este măsurată utilizând o tensiune de înaltă frecvență. Capacitatea variază în funcție de nivelul umplerii. Capacitatea este egală cu suma capacităților din secțiunea submersă și a ariei din aer. Există o conexiune paralelă a două rezervoare, în care se însumează capacitatea totală. Precizia depinde de proiectarea sondei și de poziționarea corectă. Sonda este realizată dintr-un cablu, o tijă sau un tub. Dacă este necesar (când se măsoară nivelul materialelor conductive din punct de vedere electric) este prevăzut cu un strat izolator.
Fig.1. Localizarea electrozilor cu o metodă de măsurare capacitivă. 1 - electrod parțial sau complet izolată 2 - Tub electrod, 3, 4 - electrozi sub formă de frânghii, 5 - electrod de semn opus, 6 - banda metalică
Fig. 2. Designul indicatorului de nivel ultrasonic. 1 - emițător, 2 - receptor
Figura 1 prezintă diferitele modele de sonde în metoda capacitivă de măsurare a nivelului de umplere.
Dacă rezervorul este fabricat din material dielectric, este necesar să se asigure un electrod opus separat. Uneori, în construcția indicatorilor de nivel se folosește un condensator cilindric, care este scufundat în mediul de măsurat prin capătul deschis.
Metoda capacitivă pentru determinarea nivelului de umplere este universală. Sondele, senzorii realizați sub formă de condensator cilindric sau placă pot fi utilizați numai pentru măsurarea nivelului de umplere a materialelor lichide.
Măsurarea nivelului de umplere pe baza conductivității electrice
Senzorii nivelului de umplere pe baza conductivității electrice și a metodei pot fi utilizați numai pentru măsurarea nivelului materialelor conducătoare lichide.
Principiul de măsurare se bazează pe modificarea rezistenței electrice dintre doi electrozi atunci când sunt imersați într-un material care umple capacitatea. Rezistența scade când este scufundată. Această metodă și senzorii au fost utilizați pentru măsurarea nivelului de umplere a cazanelor cu abur. Dezavantajul metodei este acela că poate fi utilizat numai pentru măsurarea nivelului materialelor lichide conductive din punct de vedere electric.
Metodele de măsurare a nivelului hidrostatic și pneumatic
Metodele pot fi folosite pentru a măsura nivelul lichidelor. Metoda hidrostatică folosește presiunea lichidului de pe fundul vasului și schimbarea acestuia la schimbarea nivelului. În metoda pneumatică de măsurare a nivelului în rezervor, este obligatoriu să se furnizeze aer sau un gaz de protecție. Metoda și senzorii sunt utilizați în cazane cu abur, reactoare etc.
Presiunea din partea inferioară a recipientului cu lichid poate fi măsurată în rezervoare deschise utilizând un manometru convențional sau diferențial. În rezervoarele închise, în care lichidul poate fi sub presiune, numai un indicator de presiune diferențială. Presiunea depinde de înălțimea coloanei lichide și de densitatea acesteia. Dacă manometrul nu este setat la nivelul inferior, trebuie făcută o corecție.
Metoda pneumatică de măsurare a nivelului de umplere este aceea că într-un lichid, nivelul căruia trebuie măsurat, introduceți tubul la un anumit nivel. O clapetă specială injectează aerul în tub (sau un fel de gaz). Presiunea din tub și, respectiv, deasupra clapetei de accelerație este egală cu presiunea din coloana de lichid (și depinde, respectiv, de nivelul lichidului) față de marginea inferioară a tubului. Astfel de măsurători se numesc măsurători prin metoda barbotării cu gaz. Materialul tubului este selectat ținând cont de proprietățile fizice și chimice ale lichidului.
Avantajele acestor metode considerate și senzorii măsurării nivelului de umplere sunt gradul lor de fiabilitate destul de ridicat.
Metoda ultrasonică de măsurare a nivelului. Senzori ultrasonori
Metoda de umplere cu ultrasunete poate fi utilizată pentru materiale lichide și în vrac. Nu se poate utiliza numai dacă lichidul conține particule solide, ceea ce poate duce la erori mari de măsurare. Această metodă de măsurare facilitează automatizarea procesului de măsurare.
Pentru a implementa o metodă ultrasonică pentru măsurarea nivelului de umplere, este necesar să existe o sursă de unde ultrasonice (emițător) și un receptor. Ca regulă, frecvențele de la 20 kHz la mai multe megahertzi sunt utilizate. Există două metode de obținere a vibrațiilor ultrasonice: piezoelectrice și magnetostrictive.
O măsură a nivelului poate fi, de exemplu, timpul de tranzit al unui fascicul ultrasonic. Viteza fasciculului depinde de mediul de propagare. Acest mod de măsurare a nivelului poate servi la semnalizarea valorilor limită ale nivelului de umplere (a se vedea figura 2). Când un anumit spațiu este umplut, dispozitivul cu ultrasunete trimite un semnal.
Dar pentru lichide, este mai convenabil și mai precis să se folosească metoda de măsurare a nivelului ultrasonic în conformitate cu principiul echosounderului. Ecografia se propagă în spațiu deasupra lichidului, se reflectă din suprafață (interfața aer-lichid), iar nivelul de umplere este determinat de timpul de returnare către receptor.
Unul dintre principalele avantaje ale unui senzor de nivel ultrasonic este posibilitatea utilizării acestuia în locuri greu accesibile.
Fig. 3. Unele variante ale amplasării radiatoarelor la măsurarea nivelului cu ajutorul izotopilor radioactivi. 1 - mai multe radiatoare, 2 - utilizarea unui preparat ca tija
Senzori de nivel bazați pe izotopi radioactivi. Metoda de măsurare
Senzorii de nivel bazați pe izotopi radioactivi, de regulă, sunt utilizați acolo unde măsurătorile nu pot fi efectuate cu ajutorul senzorilor convenționali. Cel mai adesea, metoda de masurare a nivelului pe baza izotopilor radioactivi utilizate pentru măsurarea nivelului de materiale corozive în rezervoare de temperatură înaltă, la mori de oțel, materiale cum ar fi cărbune, minereu și altele.
Funcționarea senzorilor se bazează pe fenomenul de absorbție a radiației radioactive prin materialele din rezervor. În practică, sunt măsurate, de obicei, straturi groase de materiale, prin urmare, razele γ sunt cele mai des folosite în astfel de senzori. Fascicul de raze g trece prin rezervor în linie dreaptă. Pe peretele opus al rezervorului există un receptor de radiație. Intensitatea grinzilor care intră pe receptor depinde de gradul de absorbție al materialului. Proiectarea senzorilor și a sistemelor de măsurare a nivelului de umplere utilizând izotopi radioactivi poate fi diferită, în funcție de specificații și cerințe.
Dacă este necesar un senzor de nivel care funcționează pe principiul unei alarme, designul său este aproximativ același ca pe baza radiației ultrasonice (a se vedea figura 2). Când nivelul este schimbat și materialul fasciculului este blocat de grindă, senzorul și sistemul de măsurare sunt declanșate.
Dacă este necesară măsurarea continuă a nivelului, sunt utilizate alte modele de senzori și metode de măsurare. De exemplu, când mai multe radiatoare sunt amplasate pe peretele rezervorului, razele din care sunt îndreptate către receptor (fig.3-1). Când nivelul materialului se schimbă, unele dintre raze se suprapun și intensitatea radiației care intră în receptor se schimbă. Caracteristica infinit variabilă (cu excepția regiunilor limită) a senzorului de nivel poate fi obținută prin utilizarea unui preparat de radiație în loc de mai multe radiatoare. Se numește pregătirea în formă de tijă a profesorului Berthold (figura 3-2).
Avantajele metodei de măsurare a nivelului sunt: lipsa contactelor, posibilitatea măsurării în condiții deosebit de dificile, fiabilitatea operațională.
Alte metode și senzori pentru măsurarea nivelului de umplere
Măsurarea nivelului cu senzori de temperatură - termocupluri, termistori. Această metodă de măsurare este posibilă pentru materialele lichide necorozive. Principiul de măsurare se bazează pe diferența de temperatură a materialului din rezervor față de temperatura exterioară. Proiectarea unor astfel de traductoare de măsurare este diferită, în funcție de cerințele și condițiile de măsurare.
Măsurători cu dinamometre. De fapt, există o cântărire a rezervorului și a materialului din el. Metoda este potrivită pentru măsurarea nivelului de umplere a materialelor vrac, a materialelor agresive. Proiectarea sistemelor de măsurare poate fi diferită și dezvoltată în conformitate cu cerințele tehnice.
Măsurarea nivelului de umplere poate fi efectuată și cu ajutorul comutatoarelor de limită cu elemente de detectare vibratoare, prin măsurarea cu ajutorul unui corp de deplasare etc. Există senzori de nivel bazați pe metoda interferometrică. Aici se folosesc fascicule laser pentru măsurarea distanței.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: