Емскостные, акустические и ультразвуковые уровнемеры. Уровнемеры для сыпучих тел.
Емкостные уровнемеры.
Их действие основано на изменении емкости конденсатора находящегося в сосуде с жидкостью. Конденсаторы в таких уровнемерах м/б выполнены цилиндрического или пластинчатого типа.
Цилиндрические конденсаторы представляют собой 2 концентрично расположенные трубы, а пластинчатые несколько расположенных пластин. Емкость складывается из суммы 2х участков: погруженного в жидкость и находящегося над жидкостью: C = k(εЖh + εC(H-h)).
ε - диэлектрическая проницаемость. k – коэффициент зависящий от конструкции конденсатора. H – высота конденсатора, h – уровень жидкости. Из этой формулы можно найти h – уровень жидкости.
Для фиксации изменения емкости применяют резонансные и мостовые схемы. При резонансном методе конденсатор включают || индуктивности и создается резонансный контур. Любое изменение емкости приводит к резонансу.
“недостаток”: возможно оседание твердых частиц и появится новая диэлектрическая проницаемость загрязнений.
Ультразвуковые и акустические уровнемеры.
Они позволяют измерять уровень без непосредственного контакта с измеряемой средой. Принцип действия основан на отражении сигнала от границы 2х сред (отражение со стороны воздушной среды). В ультразвуковых используется принцип отражения со стороны жидкости, а в акустических-газовой среды.
Схема акустического уровнемера.
τ = 2(H-h)/aв – время прохождения сигнала.
aв=0,33 км/с – скорость распространения акустических колебаний в воздухе.
1 – генератор импульсов, кот. задает частоту повторения импульсов
2 – формирователь импульсов
3 – пьезоэлемент (если дать ток, то он изменит размеры)
4 – усилитель преобразователь
5 – блок формирования временных интервалов
6 – вторичный прибор
Сигнал формируется в 1 поступает в 2, где он формируется в импульсы и направляется на пьезоэлектрический преобразователь, который создает ультразвуковые колебания. Далее через усилитель отраженный сигнал поступает в блок 5, кот. определяет время движения сигнала. Время на вторичном приборе переводится уровень жидкости.
При ультразвуковом измерении пьезоэлемент находится на дне и aв =1,5 км/с.
“+” простота, “-”: возникновение эхо.
Уровнемеры для сыпучих сред.
Особенность измерения УСС вызвана: неоднородность веществ в объеме, связанная с наличием пространства между твердыми частицами, заполненного газом, ограниченная подвижность частиц из-за действия сил трения и сцепления между частицами, результатом чего является отсутствие горизонтальной плоскости раздела газ — материал.
Простейшими по принципу действия уровнемерами являются массовые, основанные на взвешивании бункера вместе с заполняющим его материалом. В качестве преобразователя может быть использована гидравлическая мессдоза, которая служит опорой одной из лап бункера. Мессдоза представляет собой стальной корпус с поршнем, на который опирается лапа бункера. Поршень давит на герметизирующую металлическую мембрану. Внутренняя полость корпуса (под мембраной) заполнена жидкостью и соединена с манометром. Давление жидкости в системе мессдоза-манометр равно силе тяжести бункера с материалом, деленной на площадь поршня. Манометр градуируется в единицах массы или уровня. Погрешность таких уровнемеров достигает ±10%.
В массовых уровнемерах вместо мессдозы могут применяться и более совершенные магнитоупругие преобразователи, обеспечивающие более высокую точность измерения (их погрешность не более ±5 %). Основной элемент таких преобразователей — металлический чувствительный элемент, магнитная проницаемость которого изменяется при упругой механической деформации. Магнитоупругие преобразователи устанавливаются под опоры бункера и включаются в схему неуравновешенного моста, выходной сигнал которого зависит от степени деформации преобразователя, т.е. от количества материала в бункере.
Из всех электрических методов измерения уровня наиболее применимым является емкостный метод. Это объясняется как простотой конструкции емкостного преобразователя, так и малой чувствительностью их к неоднородностям. Как правило, преобразователи применяются одноэлектродными в виде зондов или изолированных тросов, вторым электродом является стенка бункера или вспомогательный электрод. Основной недостаток таких уровнемеров — разрушение изоляционного покрытия преобразователя, налипание материала, зависимость показаний от изменения электрических свойств материала, вызванного, например, изменением его состава или влажности.
Специфическим уровнемером для сыпучих материалов является лотовый.
Чувствительным элементом таких уровнемеров представляет массивное тело — лот 1, подвешенное на гибком тросе 2. В начале цикла измерений лот зафиксирован в предельном верхнем положении. Цикл измерения уровня начинается с момента растормаживания лота, при этом под действием собственного веса лот начинает опускаться. В этот же момент сигнальным устройством 3, реагирующим на натяжение троса, включается отсчетное устройство 4, регистрирующее смещение лота относительно первоначального предельного положения. В момент касания лотом поверхности натяжение троса уменьшается и сигнальное устройство отключает отсчетное устройство, одновременно включая механизм подъема лота 5, возвращающее лот в исходное положение, после чего цикл измерения повторяется. Показания отсчетного устройства позволяют определить текущее значение уровня. Перед началом следующего цикла измерения показания отсчетного устройства должны быть сброшены. По такой схеме работает уровнемер сыпучих тел УСТ-2 (пределы измерения 0...25 м, основная относительная погрешность ±2,5 %).
Возможен бесконтактный вариант лотового уровнемера. В схеме такого уровнемера чувствительный элемент — лот не касается поверхности материала, а при любом уровне удерживается на определенном расстоянии от поверхности.