Гидростатический способ измерения уровня

Гидростатический (метод измерения уровня)

Содержание

Гидростатический (метод измерения уровня)

Гидростатический метод измерения уровня -метод основанный на измерении гидростатического давления столба жидкости по формуле P=ρgh, где P-давление, ρ-плотность, g –ускорение свободного падения, h – высота столба жидкости. Для измерения гидростатическим методом уровня жидкости в ёмкости используют гидростатические датчики уровня (гидростатический уровнемер)
Гидростатический уровнемер (гидростатический датчик уровня) – прибор, измеряющий уровень жидкости в ёмкости методом измерения гидростатического давления столба жидкости по формуле h=P/ρg, где P-давление, ρ-плотность, g –ускорение свободного падения, h – высота столба жидкости. Главное достоинство гидростатических уровнемеров это высокая точность при относительно невысокой стоимости и простоте конструкции. Гидростатическим методом, с помощью гидростатического датчика уровня, можно измерять объём жидкости. Для цилиндрических и параллелепипедообразных емкостей используют формулу V=S*h, где V –объём, S – площадь основания, h – высота. Для конусообразных емкостей V=⅓ π(h2 3 -h1 3 ) /tg 2 a. Для ёмкостей сложных конфигураций емкость необходимо «разделить» на части и рассчитывать по формулам для параллепипеда, цилиндра и конуса. При этом следует учитывать, что чем больше площадь поверхности жидкости, тем выше погрешность.

Типы гидростатических датчиков уровня

Существуют два основных типа ГДУ разделяемых по типу присоединения: погружные и врезные. Условно можно выделять так же гидростатические уровнемеры исходя из свойств измеряемой среды. Для сред неагрессивных к нержавеющей стали, агрессивных сред и пульпообразных сред. Химические свойства измеряемой среды, а для пищевых и фармацевтических производств — гигиенические требования к оборудованию, — обуславливают значительные конструкционные особенности гидростатических уровнемеров, требуя исполнения корпуса, мембраны и уплотнителей из соответствующих материалов.

Особенности применения гидростатических уровнемеров

При выборе метода измерения уровня гидростатическим уровнемером следует учитывать следующие особенности их применения.

1. Так как гидростатическое давление зависит от величины уровня и плотности жидкости, то корректное измерение возможно только для жидкостей с постоянной плотностью.
2. ГДУ – датчики избыточного давления, поэтому необходима связь сенсора с атмосферой. У датчиков избыточного давления измеряемая среда (Pср) и атмосферное давление(Pатм бак) действуют с одной стороны чувствительного элемента и только атмосферное давление (Pатм) — с другой. Для открытых ёмкостей, Pатм= Pатм бак. Таким образом, атмосферное давление в баке компенсируется атмосферным давлением вне его и датчик измеряет только Pср (давление среды).
3. Для подачи атмосферного давления в корпус погружнного датчика уровня применяется специальный кабель, который помимо сигнальных линий несет еще и полую трубку, защищенную на обратном конце воздухопроницаемым, но водонепроницаемым фильтром. Корпус погружного датчика воздухопроницаем и должен быть водонепроницаем (степень пылевлагозащиты IP 68). Длина кабеля должна быть больше максимального уровня жидкости в емкости, далее сигнал можно передавать и обычным кабелем. В ГДУ применяют специальные решения для обеспечения проницаемости корпуса для воздуха.
4. Для полностью закрытых емкостей, где создаётся избыточное давление (Ризб) между крышкой емкости и жидкостью, наиболее оптимальным будет применение гидростатических датчиков дифференциального давления. В этом случае, с помощью специального капилляра необходимо связывать датчик дифференциального давления с областью избыточного давления емкости. Датчики избыточного давления устанавливать не рекомендуется, так как при наличии избыточного давления показания прибора будут некорректны, а очень высокое давление между жидкостью и крышкой ёмкости может вывести прибор из строя. Это связано с тем, что конструктивные особенности датчика избыточного давления не позволяют присоединить капилляр к сенсору, а сенсор датчика избыточного давления в свою очередь, в большинстве случаев, не рассчитан на высокие статические давления которые создаются под крышкой ёмкости.
5. При монтаже гидростатических уровнемеров, чтобы избежать влияния повышенного давления при закачивании жидкости, так как струя насоса может создавать область повышенного давления, датчики надо устанавливать на максимальном удалении от источника турбулентности.

Источник

Измерение уровня

Понятие уровень, единицы измерения.

В производственных процессах химической промышленности большое значение имеет контроль за уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в технологических аппаратах, различных емкостях и в резервуарах.

Измерение уровня в технологических аппаратах.

Измерение уровня в технологических аппаратах позволяет контролировать в них вещества, необходимого для протекания технологических процессов в требуемом направлении. Запас вещества в аппаратах должен быть вполне определенным и значительное уменьшение или увеличение его по сравнению с номинальным значением может привести к нарушению производственного процесса. Измерение уровня в аппаратах производится обычно в относительно небольшом диапазоне его измерения, причем высокая точность при измерении не требуется. Необходимо следить лишь за тем, чтобы уровень вещества не был больше или меньше допустимых значений.

Измерение уровня в емкостях и резервуарах.

Измерение уровня в емкостях и резервуарах производится с целью учета количества находящегося в них вещества. В резервуарах больших размеров приходится измерять уровень, изменяющийся в большом диапазоне. Кроме того, точность измерения уровня должна быть достаточно высокой.

— Уровень измеряется в единицах длины — метрах. На заводе его часто измеряют в %.

— Измерение уровня вещества дает возможность, как уже говорилось выше, производить расчет количества и массы вещества для его учета.

Определение количества жидкости или сыпучих материалов.

При постоянном по высоте сечении емкости (резервуара) объем продукта может быть получен умножением площади поперечного сечения на значение уровня вещества, поэтому измерение объема здесь сводится к измерению уровня.

При переменной площади поперечного сечения резервуара по высоте надо знать зависимость этой площади от высоты.

Определение массы вещества.

Измерение массы вещества производится путем определения его объема и измерения плотности вещества. Умножая объем на плотность, получают массу вещества. Это умножение производят или вручную или автоматически при помощи приборов.

Методы измерения уровня, приборы для его измерения.

В производстве для контроля уровня веществ применяют различные уровнемеры, работающие на различных методах измерения уровня.

1. Уровнемеры с визуальным отсчетом;

2. Буйковые и поплавковые уровнемеры;

3. Гидростанические уровнемеры;

4. Дифманометрические уровнемеры;

5. Радиоактивные уровнемеры;

6. Уровнемеры раздела фаз;

7. Акустические уровнемеры;

9. Уровнемеры сыпучих веществ.

Уровнемеры с визуальным отсчетом.

Самый простой способ измерения уровня, основанный на методе сообщающихся сосудов. То есть к технологическому аппарату через запорные вентили подключается стеклянная трубка, по которой и наблюдается столб жидкости.

Недостатки: имеется возможность загрязнения трубки, вплоть до полного исчезновения видимости уровня, а также возможность образования воздушных пузырьков внутри стеклянной трубки, что устраняется с помощью дренажного вентиля.

Применяется для контроля уровня жидких и прозрачных веществ по месту.

Буйковые и поплавковые уровнемеры.

Нашли широкое применение для измерения уровня жидкости, как в технологических аппаратах, так и в резервуарах у нас на предприятии.

Принцип действия основан на возникновении выталкивающей силы при погружении поплавка или буйка в жидкость (закон Архимеда), которая либо преобразуется в стандартный токовый сигнал 4-20 мА, либо пневматический 0.2-1.0 кгс/см2 для последующей передачи информации на вторичные приборы, по которым оператор наблюдает показания уровня. Гораздо реже можно встретить поплавковые уровнемеры типа УДУ с контролем показаний по месту.

Среди буйковых уровнемеров широко используются такие как Сапфир ДУ, Fischer, имеющие стандартный токовый выходной сигнал 4-20 мА, работающие в комплекте с электронными вторичными приборами, как Ш-711, Ремиконт, МОД-30, дающими возможность не только наблюдать уровень, но и получить сигнализацию и блокировку по различным уставкам с помощью дополнительных устройств, таких как УАС, УЗС.

При работе в зимнее время эти уровнемеры нуждаются в обогреве по причине возможности образования наледи, как на внутренних элементах самого прибора, так и в направляющей трубе, в которой находится буек, возникающей при колебаниях температуры, как продукта, так и окружающей среды.

Среди поплавковых уровнемеров применение нашли УБП, УДУ, имеющие стандартный выходной сигнал 0.2-1.0 кгс/см2, работающие в комплекте с вторичными приборами типа ПВ10.1, ППВ1.1. Эти приборы не нуждаются в обогреве. В настоящее время на заводе ведется замена устаревших пневматических приборов КИП на более современные приборы, имеющие лучшие характеристики точности показаний и дающие больше возможностей по обработке информации от датчиков.

Одним из таких приборов является уровнемер ENRAF голландской фирмы. Точность измерения уровня составляет 0.1 мм. Это очень чувствительный прибор-преобразователь силы. Он постоянно взвешивает вес поплавка и сравнивает с уставкой, которая представляет собой вес поплавка минус выталкивающая сила. Если вес поплавка равен уставке, то прибор считает, что поплавок на уровне.

Прибор показал надежную работу на предприятии. Основные эксплуатационные требования: обогрев в зимнее время на резервуарах, где продукт – газ, а также отсутствие ударов вибраций и т. п. из-за которых выходит из строя чувствительный элемент или прибор сбивается. При остановке резервуара на ремонт необходимо перед демонтажем прибора: поднять поплавок, отключить питание 220в, заблокировать прибор механически.

Уровень раздела фаз.

Принцип действия основан на разных электропроводностях жидкостей. В емкость устанавливается электрод, который кабелем соединяется с вторичным прибором Ф-70. В качестве 2-го электрода используется сам корпус емкости. Применяется для разделения 2-х фаз электропроводной воды, от неэлектропроводной, с последующим отводом воды из емкости. Важным условием нормальной работы прибора является обеспечение герметичности конструкции электродов.

Гидростатические уровнемеры.

Гидростатический метод измерения уровня основан на том, что в жидкости существует гидростатическое давление, пропорциональное уровню, которое преобразуется в стандартный токовый сигнал 4-20 мА. Прибор нуждается в обогреве в зимнее время. Пример: Сапфир ДГ.

Дифманометрические уровнемеры.

Применяются для измерения уровня жидкости, как под атмосферным, так и под избыточным давлением. Каждому значению уровня жидкости в емкости соответствует определенный перепад давления, который измеряется прибором. Прибор нуждается в обогреве в зимнее время. Давление в аппарате не влияет на результат измерения, т. к. оно одинаково воздействует на «+» и «-» камеры. При работе на агрессивных средах, трубки между аппаратом и разделительными сосудами продувают воздухом или инертным газом.

Акустические уровнемеры. ( Ультразвуковые)

Принцип действия основан на локализации уровня звуковыми импульсами, проходящими через газовую среду, отходящую над контролируемой жидкостью и явлении отражения этих импульсов от границы раздела. Разновидностью ультразвукового уровнемера являются радарные уровнемеры типа APEX, обладающие высокой точностью, надежностью и возможностью эксплуатации в различных средах.

Радиоактивные уровнемеры.

Действие таких уровнемеров основано на поглощении γ — лучей при прохождении через слой вещества. Уровнемеры УР-8 используются для измерения уровня жидкостей и твердых сыпучих материалов

.

Емкостные уровнемеры.

Принцип действия емкостных уровнемеров основан на зависимости электрической емкости системы «электрод-измерительная среда» от изменения уровня.

Приборы типа ЭИУ предназначаются для измерения не только жидких, но и твердых сыпучих материалов. Для измерения уровня воды, аммиака, мазута, бензина, керосина и смазочных масел предназначены емкостные уровнемеры ЭИУ-1К, фирмы LABKO 2W

Измерение уровня сыпучих материалов.

Для измерения уровня сыпучих веществ могут применяться некоторые из рассмотренных выше уровнемеров. Кроме того, имеются специальные конструкции приборов.

Источник

Гидростатические средства измерения уровня

Измерение уровня гидростатическими уровнемерами сводится к измерению гидростатического давления Р, создаваемого столбом h жидкости постоянной плотности ρ, согласно равенству:

Измерение гидростатического давления осуществляется:

· Манометром, подключаемым на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня;

· Дифференциальным манометром, подключаемым к резервуару на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня, и газовому пространству над жидкостью;

· Измерением давления газа (воздуха), прокачиваемого по трубке, опущенной в заполняющую резервуар жидкость на фиксированное расстояние.

На рис 1а. приведена схема измерения уровня манометром. Применяемый для этих целей манометр 1 может быть любого типа с соответствующими пределами измерений, определяемыми зависимостью (1). Измерение гидростатического давления манометром может быть осуществлено и по схеме, приведенной на рис. 1б. Согласно данной схеме о значении измеряемого уровня судят по давлению воздуха, заполняющего манометрическую систему.

В нижней части манометрической системы расположен колокол 2, отверстие которого перекрыто тонкой эластичной мембраной 1, а в верхней — манометр 3. Применение эластичной мембраны исключает растворение воздуха в жидкости, однако вводит погрешность в определение уровня из – за упругости мембраны. Преимуществом данной схемы измерения гидростатического давления является независимость показаний манометра от его расположения относительно уровня жидкости в резервуаре.

При измерении уровня жидкости по рассматриваемым схемам имеют место погрешности, определяемые классом точности манометра и изменениями плотности жидкости.

Рис.1. схемы измерения уровня гидростатическими уровнемерами.

Измерение гидростатического давления манометрами целесообразно в резервуарах, работающих при атмосферном давлении. В противном случае, показания манометра складываются из гидростатического и избыточного давлений.

Для измерения уровня жидкости в технологических аппаратах, находящихся под давлением, широкое применение получили дифференциальные манометры. С помощью дифференциальных манометров возможно также измерение уровня жидкости в открытых резервуарах, уровня раздела фаз и уровня раздела жидкостей.

Измерение уровня в открытых резервуарах, находящихся под атмосферным давлением, осуществляется по схеме, представленной на рисунке 1в. Дифманометр 1 через импульсные трубки 2 соединен с резервуаром и уравнительным сосудом 3. Уравнительный сосуд применяется для компенсации статического давления, создаваемого столбом жидкости h₁ в импульсной трубке. В процессе измерения уровень жидкости в уравнительном сосуде должен быть постоянным. Вентиль 4 служит для поддержания постоянного уровня в сосуде 3. при равенстве плотностей жидкостей, заполняющих импульсные трубки и резервуар, при условии h₁ = h₂ перепад давления, измеряемый дифманометром,

При измерении уровня в аппаратах, находящихся под давлением, применяют схему, приведенную на рис 1г. уравнительный сосуд 3 в этом случае устанавливают на высоту, соответствующую максимальному значению уровня и соединяют с аппаратом. Статистическое давление Р в аппарате поступает в обе импульсные трубки, поэтому измеряемый перепад давления ΔР можно представить в виде

Как следует из уравнения (2),шкала измерительного прибора уровнемера будет обращенной. В рассмотренных схемах могут быть использованы дифманометры с унифицированным токовым или пневматическим сигналом.

Если жидкость, заполняющая резервуар, агрессивна, то подключение дифманометра к резервуару осуществляется через разделительные сосуды.

Уровнемеры, в которых измерение гидростатического давления осуществляется путем измерения давления газа, подкачиваемого по трубке, погруженной на фиксированную глубину в жидкость, заполняющую резервуар, называют пьезометрическими. Схема пьезометрического уровнемера приведена на рис. 1д. пьезометрическая трубка 1 располагается в аппарате, в котором измеряется уровень. Газ поступает в трубку через дроссель 2 , служащий для ограничения расхода. Для измерения расхода газа служит стаканчик 3 (расход с помощью стаканчика определяется по числу пузырьков, пробулькивающих через заполняющую его жидкость в единицах времени), а давление поддерживается постоянным с помощью стабилизатора давления 4 давление газа после дросселя измеряется дифманометром 5 и служит мерой уровня.

При подаче газа давление в пьезометрической трубке постепенно повышается до тех пор, пока указанное давление не станет равным давлению столба жидкости высотой h. Когда давление в трубке станет равным гидростатическому давлению, из нижнего открытого конца трубки начинает выходить газ. Расход подбирают такой, чтобы газ покидал трубку в виде отдельных пузырьков (примерно 1 пузырек в секунду).

При очень большом расходе давление, измеряемое дифманометром, может быть несколько больше, чем гидростатическое, из-за дополнительного падения давления, возникающего за счет трения газа о стенки трубки при его движении. При очень малом расходе газа увеличивается инерционность измерения. Оба фактора могут увеличивать погрешность измерения уровня.

Источник