Практическая работа №5 Контроль уровня жидкостей.. Контроль уровня жидкостей. Основные характеристики приборов. Показатели качества приборов
 Скачать 2.23 Mb.
|
|
Практическая работа №5 Тема: Контроль уровня жидкостей. Основные характеристики приборов. Показатели качества приборов. Цель: Изучить приборы для измерения уровня. Перечень профессиональных и общих компетенций, которые формируются в рамках лекции: ОК 1- ОК-7; ПК 1; ПК3.1 Измерение уровня жидкостей относится к числу вспомогательных контрольных операций, позволяющих определять количество жидкости в хранилище для учета продукта и сигнализации о переполнении расходных баков и бункеров. Приборы, предназначенные для этой цели, называются уровнемерами широкого диапазона. Эти приборы имеют шкалу с нулем в начале и делениями, идущими от нуля в одну сторону. Единицы измерения — сантиметры, дециметры и метры. Кроме того, измерение уровня необходимо для поддержания его на заданной высоте. В этом случае приборы показывают величину отклонения уровня от нормального положения и называются уровнемерами узкого диапазона. Шкала прибора имеет нуль посередине и деления, идущие в обе стороны от нуля. Пределы измерений обычно составляют от ±100 до ±150 мм. Единицы измерения в узком диапазоне — сантиметры и миллиметры. Измерение уровня жидкости Устройства для измерения уровня жидкости можно подразделить на следующие: - визуальные; - поплавковые, в которых для измерения уровня используется поплавок или другое тело, находящееся на поверхности жидкости; -гидростатические, основанные на принципе сообщающихся сосудов со средами одинаковой или различной плотности по сравнению с плотностью измеряемой среды. -электрические, в которых величины электрических параметров зависят от уровня жидкости; - ультразвуковые, основанные на принципе отражения звуковых волн; -радиоизотопные, основанные на использовании интенсивности потока ядерных излучений, зависящих от уровня жидкости. Визуальные уровнемеры. Простейшим измерителем уровня жидкости служат указательные стекла (рис. 1).  Рис.1 Указательные стекла: а — проходящего света; б — отражательного света; в — несколько указательных стекол на высоких резервуарах. Работа указательных стекол основана на принципе сообщающихся сосудов. Указательное стекло соединяют с сосудом нижним концом (для открытых сосудов) или обоими концам (для сосудов с избыточным давлением или разрежением). Наблюдая за положением уровня жидкости в стеклянной трубке можно судить об изменении уровня в сосуде. Указательные стекла снабжают вентилями или кранами для отключения их от сосуда и продувки системы. В арматуру указательных стекол сосудов, работающих под давлением, обычно вводят предохранительные устройства, автоматически закрывающие каналы в головках при случайной поломке стекла. Плоские указательные стекла рассчитаны на давление до 2,94 МПа и температуру до 300 °С. Указательные стекла не рекомендуется употреблять длиной более 0,5 м, поэтому при контроле уровня, изменяющегося больше чем на 0,5 м, устанавливают несколько стекол (рис. 1, в) так, чтобы верх предыдущего стекла перекрывал низ последующего. Поплавковые уровнемеры. Чувствительным элементом поплавкового измерителя уровня является поплавок 1, плавающий на поверхности жидкости (рис. 2). Поплавок уравновешивается грузом 2, который связан с поплавком гибким тросом 3. Положение груза относительно шкалы определяет уровень жидкости. Пределы измерения устанавливают в соответствии с принятыми значениями верхнего 4 и нижнего 5 уровней  Рис.2 Поплавковый уровнемер Работа поплавкового электрического уровнемера типа ДПЭ (рис.3) основана на изменении положения поплавка, связанного с постоянным магнитом, при изменении уровня жидкости. Магниты, ориентированные одноименными полюсами один относительно другого, обеспечивают при перемещении поплавка управление контактными устройствами через герметичную стенку. При достижении жидкостью верхнего предельного положения нормально замкнутый контакт размыкается, а нормально разомкнутый замыкается  Рис.3. Поплавковый электрический уровнемер типа ДПЭ-1 Уровнемеры этого типа выпускаются трех модификаций. Первичный преобразователь уровнемера типа ДПЭ-1 состоит из поплавка 7 и магнита 5, закрепленного на оси 6 кронштейна 4, размещенного в литом алюминиевом корпусе 3. На изолированной крышке 2, крепящийся винтами к корпусу датчика, расположен переключатель. В крышке предусмотрено сальниковое уплотнение 1 для закрепления кабеля. Уровнемеры ДПЭ имеют погрешность срабатывания ±3 мм. Основной эксплуатационный недостаток поплавков — возможность коррозии и протравления тонких стенок поплавка, приводящих к его потоплению. Это ограничивает область применения поплавковых измерителей уровня. Значительно более надежны тонущие поплавки — массовые буйки 1 (рис.4 ). При изменении уровня жидкости изменяется по закону Архимеда действующая на конец рычага 2 сила (вес буйка) и соответственно изменяется момент сил, действующих на рычаг. Изменяющийся при колебаниях уровня момент сил от буйка 1 передается через вал 5, закрепленный в донышке 6, на трубку 4 и уравновешивается моментом ее скручивания. Изменение угла скручивания трубки, пропорциональное величине уровня, очень невелико. Поэтому обычно используют усилители 2, чаще пневматические, соединяемые с донышком 6 рычагом 3. Длина буйка 1 зависит от установленных значений верхнего ВУ и нижнего НУ уровней.  Рис. 4. Тонущий буек Принципиальная схема уровнемера буйкового пневматического типа УБ-П показана на рис. 5. Уровнемер предназначен для непрерывного преобразования уровня жидкости, находящейся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением, в пневматический сигнал дистанционной передачи. Он состоит из унифицированного пневмосилового преобразователя и измерительного блока. Буйковые измерители уровня используют чаще всего как устройства информации в системах автоматического регулирования, защиты и сигнализации. Интервал измерения уровня поплавковых и буйковых уровнемеров выбирают из ряда: от 0 до 0,25; 0,4; 0,6; 1,0;1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0 и 20 м. Класс точности можетбыть 0,6; 1,0; 1,6 и 2,5. Для учетно-расчетных операций уровнемеры изготовляют с основными погрешностями от ±1,0 до 10,0 мм (ГОСТ 8.321–2013).  Рис. 5. Уровнемер буйкового типа УБ-П: 1 — пружина корректора нуля; 2 — Т-образный рычаг; Т — подвижная опора; 4 — пневмореле; 5 — сопло; 6 — заслонка; 7 — Г-образный рычаг; 8 — сильфон обратной связи; 9 — рычаг; 10 — чувствительный элемент Измерительный блок датчика представляет собой рычажную систему с чувствительным элементом в виде буйка 10. Буек подвешен к рычагу 9 вывода через призму. Вывод рычага 9 из полости рабочего давления уплотнен одной гофровой металлической мембраной. Начальный вес буйка уравновешивается специальным грузом, навинченным на плече дополнительного рычага. Основание имеет фланец, который служит для крепления датчика к объекту. Гидростатические уровнемеры. К простейшим гидростатическим измерителям уровня жидкости относятся дифференциальные манометры. Дифанометром можно измерять уровень в открытых и закрытых сосудах, т. е. в сосудах, находящихся под давлением и разрежением. На рис. 6 показана схема трубных соединений при измерении уровня в открытом резервуаре и установка дифанометра ниже его дна.  Рис. 6. Схема трубных соединений с размещением дифманометра ниже дна резервуара: а — при измерении уровня жидкости в открытом резервуаре; б — то же в резервуаре, находящемся под давлением. При применении дифманометров для измерения уровня обязательно устанавливают уравнительный сосуд, наполненный до определенного уровня той же жидкостью, что находится в резервуаре. Назначение уравнительного сосуда — обеспечение постоянного столба жидкости в одном из колен дифманометра. Высота столба жидкости во втором колене дифманометра изменяется с изменением уровня в резервуаре. Каждому значению уровня в резервуаре соответствует определенный перепад давления, показываемый дифманометром, что позволяет судить о положении уровня. Пьезометрические уровнемеры. Они основаны на принципе гидравлического затвора. Для измерения уровня (рис. 7) используют воздух или инертный газ под давлением, который продувают через слой жидкости. Количество продуваемого воздуха ограничивают диафрагмой D или иным способом так, чтобы скорость движения его в трубопроводе была минимально возможной. Это приближает к нулю потери на трение в трубопроводе после диафрагмы D. Уровень жидкости определяется по установившемуся давлению (Р − РX) в системе: Р − Рх= Нpжq, откуда Н = (Р − Рх) / pжq. Давление (Р − Рх) определяется по высоте h столба жидкостного манометра с замыкающей жидкостью плотностью ж или любым иным способом. В случае измерения уровня в сосудах, заполненных агрессивными жидкостями и газами (рис. 7), обязателен непрерывный подвод воздуха или инертного газа в обе линии, подсоединяемые к дифференциальному манометру. Для наблюдения за непрерывностью на каждой линии устанавливают стеклянные контрольные сосуды КС с водяным затвором, по которому видно движение воздуха, или ротаметры.  Рис. 7 Схема пьезометрического измерения уровня: а — неагрессивной жидкости под давлением; б — агрессивной жидкости под давлением Количество подводимого воздуха устанавливают регулирующими вентилями РВ. Пьезометрические уровнемеры находят широкое применение для измерения уровня в подземных резервуарах. Электрические уровнемеры. В электрических уровнемерах уровень жидкости преобразуется в электрический сигнал. Наиболее распространены емкостные и омические уровнемеры. Работа емкостных уровнемеров основана на том, что диэлектрическая проницаемость водных растворов солей, кислот и щелочей отличается от диэлектрической проницаемости воздуха либо водных паров. Принципиальная схема емкостного уровнемера показана на рис. 8. В сосуд с жидкостью 1, уровень которой необходимо измерить, опущен электрод 2, покрытый изоляционным материалом. Электрод вместе со стенками сосуда образует цилиндрический конденсатор, емкость которого изменяется при колебаниях уровня жидкости. Величина емкости измеряется электронным блоком 3, который дает сигнал в блок 4, представляющий собой релейный элемент (в схемах сигнализации достижения определенного уровня) или указывающий прибор (в схемах измерения уровня).  Рис.8 Схема измерения емкостными уровнемерами Радиоизотопные уровнемеры. Уровнемеры с радиоизотопными излучателями делятся на две группы: 1) со следящей системой, для непрерывного измерения уровня; 2) сигнализаторы (индикаторы) отклонения уровня от заданного значения. Принципиальная схема следящего уровнемера типа УР приведена на рис. 9 Действие прибора основано на сравнении интенсивностей потоков γ-лучей, проходящих выше или ниже уровня раздела двух сред разной плотности. Комплект прибора состоит из трех блоков: 1) преобразователя, содержащего источник и приемник излучения; 2) электронного блока; 3) показывающего прибора. Преобразователь на фланцах 4 присоединен к вертикальным трубкам 2, установленным внутри объекта измерения.Расположенный в герметичном корпусе преобразователя реверсивный двигатель 6 через червячную передачу 7 вращает барабан 5, на котором укреплена стальная лента 3. На концах ленты свободно висят источник излучения 1 и приемник излучения 13. Электрический сигнал от приемника излучения через гибкий кабель 11 передается на электронный блок. При перемещении приемника кабель фиксируется в определенном положении при помощи ролика 14 с грузом. Лента 3 проходит через зубчатый ролик 9, на оси которого расположен первичный сельсин 10. Вторичный сельсин находится в показывающем приборе. Ось вторичного сельсина через редуктор связана со стрелками показывающего прибора 12, который имеет две шкалы, градуированные в метрах и сантиметрах. В показывающем приборе имеется преобразователь, преобразующий угловое перемещение оси вторичного сельсина, пропорциональное положению уровня, в стандартный пневматический сигнал. Стандартная индукционная катушка служит для связи с вторичными приборами дифференциально-трансформаторной системы. Для обеспечения радиационной защиты персонала при транспортировке, монтаже и ремонтных работах внутри объекта измерения источник излучения перемещается автоматически в свинцовый контейнер 5. Отверстие в контейнере при этом закрывается свинцовой пробкой 15, жестко связанной с источником. Диапазон измерения уровня прибором составляет до 10 м, основная погрешность измерения не превышает 1 см. Использование приборов с радиоизотопными излучателями целесообразно там, где другие методы измерения непригодны.  Рис.9 Схема радиоизотопного уровнемера со следящей системой Ультразвуковые уровнемеры. Ультразвуковые уровнемеры позволяют измерять уровень при отсутствии контакта с измеряемой средой и в труднодоступных местах. В ультразвуковых уровнемерах обычно используется принцип отражения звуковых волн от границы раздела жидкость — газ (воздух). На рис. 10 показана блок-схема ультразвукового уровнемера, работающего на отражении звука от границы сред. Прибор состоит из электронного блока, пьезоэлектрического излучателя (преобразователя) и вторичного прибора (автоматического потенциометра). Электронный блок ЭБ состоит из генератора 1, задающего частоту повторения импульсов, генератора импульсов 2, посылаемых в измеряемую среду, приемного усилителя 4 и измерителя времени 5. Генератор 1 управляет работой генератора 2 и схемой измерения времени. Частота импульсов 300 Гц. Генератор 2 формирует короткие импульсы для возбуждения пьезоэлектрического излучателя 5. Электрический импульс, преобразованный в ультразвуковой в пьезоэлектрическом излучателе, распространяется в жидкой среде, отражается от границы раздела жидкость — воздух, возвращается обратно, воздействуя спустя некоторое время на тот же излучатель, и преобразуется в электрический. Оба импульса, посланный и отраженный, разделенные во времени, поступают на усилитель. Время х между моментом посылки импульса и моментом поступления отраженного импульса является функцией высоты измеряемого уровня, т. е. m = 2Н / с, где Н — высота измеряемого уровня; с — скорость распространения ультразвука в измеряемой среде; при любой температуре воды скорость распространения ультразвука с = 1557 − 0,0245(74 − t°)2 . Постоянное напряжение, пропорциональное времени запаздывания отраженного сигнала (уровню) и получаемое в измерителе времени, подается на вторичный прибор 6.  Рис. 10. Блок-схема ультразвукового уровнемера Задание: 1.Изучить материал по данной теме. 2.Изучить конструкцию и работу уровнемеров. 3.Ответить на вопросы. Вопросы для самоконтроля 1.Повлияет ли избыточное давление в емкости на показания буйкового уровнемера? емкостного уровнемера? 2.Какие свойства измеряемой жидкости оказывают влияние на результат измерения поплавкового уровнемера? буйкового уровнемера? гидростатического уровнемера? емкостного уровнемера? З. Чем ограничен диапазон измерения буйкового уровнемера? Ссылка:https://www.elec.ru/files/2020/02/17/_Kamraze_A.N.__Fiterman_N.YA.__Kontrolno-izmeritel.PDF Список литературы: 1. «Компрессорные и насосные установки» - Виригин В.С.; Академия. 2017г. – 288с. 2. «Техническое облуживание и ремонт горного оборудования»: Учебник для нач. проф. образования/ Ю.Д. Глухорев, В.Ф. Замышляев, В.В. Карамазин.- М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 400 3.Контрольно измерительные приборы и автоматика. Учебное пособие. Зайцев С.А., Грибанов Д.Д., Толстов А.Н. Москва 2019. |