Уровнемер

Измерение уровня молока на стерильных танках хранения

Излучаемый сигнал отражается от поверхности измеряемой среды и с небольшой временной задержкой t принимается антенной. Используемый радарный принцип называется FMCW (непрерывное частотно-модулированное излучение). При радарном FMCW измерении используется высокочастотный сигнал, частота излучения которого во время измерения линейно возрастает (так называемое качание частоты). Излучаемый сигнал отражается от поверхности измеряемой среды и принимается с небольшой временной задержкой t. Время задержки рассчитывается по формуле t=2d/c, где d - это дистанция до поверхности продукта, а c - это скорость света в газе над поверхностью среды. На основании частоты посланных и принятых сигналов рассчитывается разница Δf, используемая при дальнейшей обработке сигнала. Разница частот прямо пропорциональна дистанции. Большая разница между частотами соответствует большей дистанции, и наоборот. Разница частот Δf трансформируется в частотный спектр с помощью дискретного преобразования Фурье (ДПФ), на основании которого затем рассчитывается дистанция. Уровень рассчитывается как разница между высотой резервуара и полученной дистанцией.

Ультразвуковой уровнемер в эксплуатации на лотке Паршаля

Короткие ультразвуковые импульсы в диапазоне от 18 до 70 кГц излучаются сенсором в направлении измеряемой среды, отражаются от её поверхности и снова улавливаются сенсором. Импульсы распространяются со скоростью звука, при этом время между моментом излучения и приёма сигнала зависит от уровня заполнения резервуара. Новейшая микропроцессорная технология и зарекомендовавшее себя программное обеспечение гарантируют надёжное обнаружение эхо-сигнала уровня даже при наличии ложных эхо-сигналов, отражённых от внутренних конструкций, и высокоточное вычисление дистанции до поверхности измеряемой среды. Чтобы компенсировать влияние времени прохождения акустического сигнала, встроенный температурный датчик определяет температуру в резервуаре.

Благодаря простому вводу габаритных размеров ёмкости и измеренной дистанции рассчитывается сигнал, пропорциональный уровню. Таким образом, отсутствует необходимость в заполнении ёмкости для выполнения точной настройки.

Метод непрерывного ультразвукового измерения уровня доказал свою эффективность. Ультразвуковые уровнемеры подходят для измерения дождевой и сточной воды, для жидкостей с низким или высоким уровнем загрязнения, с содержанием твёрдых частиц или шлама. Само собой разумеется, что при работе с сыпучими веществами к измерительному прибору предъявляются другие требования, чем при работе с жидкостями. Ведь поверхность измеряемого продукта при этом неровная и часто представляет собой насыпной конус. Многие вещества вызывают интенсивное образование пыли. Кроме того, многие резервуары для сыпучих веществ намного выше, чем ёмкости для жидкостей.

Принцип рефлекс-радарного измерения уровня

Принцип измерения рефлекс-радарного TDR уровнемера основан на технологии рефлектометрии во временно области (TDR - "Time Domain Reflectometry"). Часто такие приборы также называют уровнемерами с направленной волной, контактного типа (GWR - "guided wave radar"). При данном способе измерений электромагнитные импульсы малой мощности и длительностью около 1 наносекунды распространяются по волноводу (чаще всего стержень или несколько стержней, трос, коаксиальная конструкция). Импульсы движутся со скоростью, определяемой характеристиками среды распространения, геометрией волновода - как конструкции распространения электромагнитного излучения. В случае распространения в воздухе при нормальных условиях скорость распространения считают равной скорости света. Скорость распространения обратно-пропорциональна квадратному корню из диэлектрической проницаемости среды распространения [1]. В случае распространения импульсов через слой среды, диэлектрическая проницаемость которой близка к 2 (почты все нефтепродукты), скорость распространения снизится в 1.414 раз. Достигнув поверхности контролируемого продукта, импульсы отражаются от границы раздела сред, а интенсивность отражения также зависит от диэлектрической постоянной продукта εr (например, от поверхности воды отражается до 80% от уровня первоначального импульса, для светлых нефтепродуктов - около 17%). Прибор измеряет временной интервал между моментами излучения и отражения импульсов. Половина этого времени соответствует расстоянию между точкой начала отсчёта (часто принимают за начало отсчета уплотнительную поверхность фланца) и поверхностью измеряемой среды. Это временное значение преобразуется в выходной сигнал требуемого типа, например 4...20 мА и/или дискретные сигналы, либо сохраняется в доступном для считывания/доступа виде с использованием цифрововых интерфейсов/протоколов (например RS-485, Modbus RTU, HART и т.п.). Особенностью приборов данного типа является возможность измерения межфазного уровня одновременно с измерением уровня основного продукта, без применения движущихся частей. Отдельные приборы такого типа удобно объединяют в себе измерение уровня и температуры продукта. Пыль, пена, испарения, неспокойная поверхность, кипящие жидкости, колебания давления и температуры, плотности практически не влияют на работу прибора.

Принцип работы поплавкового уровнемера

Магнитный байпасный индикатор уровня функционирует по принципу сообщающихся сосудов. Измерительная камера устанавливается вплотную к ёмкости таким образом, чтобы условия в измерительной камере и в ёмкости были одинаковыми. Поплавок оснащён cистемой постоянных магнитов, предназначенных для передачи измеренных значений на локальный индикатор. Система магнитов поплавка либо активирует магнитные пластины (флажковый индикатор) в соответствии с уровнем жидкости, либо перемещает магнитный указатель в индикаторе в зависимости от выбранного способа индикации. Индикация уровня осуществляется посредством изменения положения группы вертикально расположенных магнитных флажков или исходя из положения магнитного указателя.

Индикатор уровня работает по принципу вытеснения. Согласно этому принципу длина тела, погружённого в жидкость, соответствует диапазону измерения уровня. Подвешенный на измерительной пружине стержень-вытеснитель погружён в жидкость, и на него в соответствии с законом Архимеда воздействует выталкивающая сила, пропорциональная массе вытесненной телом жидкости. Изменению выталкивающей силы точно соответствует изменение длины пружины, что позволяет измерить уровень. Изменение длины пружины преобразуется при помощи магнитной системы в изменение уровня и передаётся на индикатор.

Буйковый уровнемер

Буек закреплен на упругой подвеске с жесткостью с, действующей на буек с определенным усилием. Увеличивая уровень на Н от нулевого положения 00, увеличиваем выталкивающую силу, что вызывает подъём буйка на х, причём при его подъёме увеличивается осадка, т.е. х < h. При этом изменяется усилие, с которым подвеска действует на буек, причём изменение равно изменению выталкивающей силы, вызванной увеличением осадки буйка на (h - х): хс = (h — х)ρ жgF - (h- х)ρ гgF, где с — жесткость подвески; ρ ж, ρ г — плотность жидкости и газа; F— площадь поперечного сечения буйка. Отсюда легко получить выражение для статической характеристики буйкового уровнемера: x = h/(1 + с(ρ ж - ρ г)gF). Таким образом, статическая характеристика буйкового уровнемера линейна, причём чувствительность его может быть изменена за счет увеличения F или уменьшения жесткости подвески с. При большой жесткости подвески буек перемещаться не будет, однако при изменении уровня изменится усилие, с которым он действует на подвеску. В этом случае при увеличении уровня на h изменение усилия равно hF(ρ ж - ρ г)g. Такой принцип используется, например, в буйковых уровнемерах типов Сапфир-22ДУ, УБ-Э, ПИУП (ранее УБ-П). Последние уровнемеры снабжены преобразователями с силовой компенсацией (УБ-Э) с унифицированным токовым выходным сигналом, УБ-П и ПИУП с унифицированным пневматическим выходным сигналом).