Какие параметры приемной емкости влияют на чувствительность уровнемера

Что может привести к возникновению ГНВП?

+ Бурение скважин при удельном весе БПЖ ниже проектного

— Постоянное поддержание заданного уровня жидкости в скважине

— Отсутствие необходимого объема доливной БПЖ

51. Статическое давление в бурильной колонне, зарегистрированное при нахождении долота на забое скважины, используют для:

+ Увеличения плотности бурового раствора с целью уравновешивания пластового давления

— Начального давления циркуляции

Определить пластовое давление при поступлении в скважину пачки газа высотой 100 м. Скважина заполнена жидкостью плотностью 1000 кг/м?

Справедливо ли утверждение, что наибольшее давление на башмак обсадной колонны возникает тогда, когда давление в межтрубном пространстве у поверхности максимально?

54. При вымыве газовой пачки через дроссельную линию объем бурового раствора в наземном резервуаре:

55. Единицы измерения плотности:

Сколько должно быть на буровой шаровых кранов при вскрытии газовых пластов с АВД?

От каких параметров не зависит гидростатическое давление?

+ Диаметр и длина скважины

— Высота столба жидкости в скважине

58. Условие установки превентора со срезающими плашками:

+ Ризб. ниже 35Мпа и 6% сероводорода

— Ризб. ниже 25Мпа и 6% сероводорода

— Ризб. выше 25Мпа и 6% сероводорода

Допускаются ли отступления в обвязке устья бурящихся скважин?

— Допускаются с разрешения проектной организации

+ Допускаются по специальному разрешению Ростехнадзора

В каких случаях устанавливается три или четыре превентора?

— На нефтяных скважинах

— На газовых скважинах

+ На скважинах с АВД

Сколько должно быть на буровой шаровых кранов при вскрытии нефтяных и газовых пластов?

Чему равно забойное давление в закрытой скважине при ГНВП?

+ Рз = Ргс+ Ри (кп)

— Рз = Ргс+ Ркп

63.Подъем бурильной колонны при невозможности устранения поршневания:

— Осуществляется на пониженной скорости

+ Осуществляется с промывкой и вращением

При помощи какого устройства регулируется давление в затрубном пространстве?

На какое давление опрессовывается превенторная установка после монтажа

На устье скважины?

— На наименьшее рабочее давление одного из превенторов установки

+ На давление опрессовки обсадной колонны

— На наибольшее рабочее давление одного из превенторов установки

Какие параметры приемной емкости влияют на чувствительность уровнемера?

+ Площадь поверхности жидкости

— Форма поверхности жидкости

Как обозначается плашечный превентор?

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Источник

Виды датчиков-уровнемеров для определения уровня жидкости в емкостях

Чтобы автоматизировать некоторые производственные процессы, требуется контроль уровня жидкости. Подобные измерения выполняются с применением специальных уровнемеров для емкостей, которые подают сигнал при достижении определенного уровня воды. Существует несколько типов этих приспособлений.

Конструктивные особенности и принцип работы

Конструкция измерителей уровня жидкости в резервуаре определяется такими характеристиками:

Кроме того, конструктивные особенности устройства определяют тип технологической среды. Например, уровнемеры в баках с питьевой водой отличаются от приспособлений, которые предназначены для измерения наполненности резервуаров с промышленными стоками.

Разновидности датчиков

Все уровнемеры классифицируются по принципу их действия. Основные типы измерительных устройств:

Существуют и другие типы устройств, но они обладают специфичным назначением.

Правила выбора

Выбирать уровнемер для резервуаров необходимо с учетом большого количества факторов. Среди них:

Для выбора бытовых устройств важно учитывать объем емкости, схему управления и принцип срабатывания.

Популярные модели

Современный рынок предлагает много моделей сигнализаторов. Самые популярные из них:

Сложные модели целесообразно приобретать лишь для промышленного применения. Для бытовых целей подходят простейшие варианты уровнемеров.

Источник

Ёмкостные уровнемеры для жидкости

Это уровнемеры, проводящие измерения электрической емкости конденсаторного преобразователя (образуется пластинами или стержнями, что вводится в жидкость), и преобразующие эти измерения в уровень жидкости.

Существуют разные конструкции емкостных уровнемеров, позволяющие измерять емкость электропроводных и неэлектропроводных жидкостей (к электропроводным относятся те, у которых удельное сопротивление меньше 106 Ом*м). В случае работы с электропроводными жидкостями один из пластинчатых или стержневых электродов изолируется, а для неэлектропроводных оба остаются без изоляции.

Принцип действия емкостного уровнемера

В конструкцию емкостного уровнемера входит два основных элемента. Это емкостной датчик в виде стержня или кабеля цилиндрической либо плоской формы и вторичный преобразователь. Основу прибора составляет чувствительный электрический конденсатор, четко фиксирующий все изменения в диэлектрической проницаемости среды. При соприкосновении с жидкостью определяется емкость конденсатора, связанная с нею величина уровня жидкости в емкости, а затем полученные значения преобразуются в выходной сигнал, который и передается на внешнее оборудование для контроля.

Весь принцип действия таких уровнемеров основан на том, что у жидкостей и газового пространства над ними разные электрические свойства. Чувствительные элементы, погруженные в жидкость, определяют емкость, а вторые обкладки, остающиеся «снаружи», так же делают замеры, и на основании этих сведений делаются выводы о высоте жидкостного столба.

Что касается системы электродов, то она может различаться в зависимости от модели. В большинстве случаев – это металлические плоские пластины либо полые цилиндры.

Область применения емкостных уровнемеров жидкости

Емкостные уровнемеры обеспечивают непрерывное измерение уровня жидких сред. Приборы такого типа подходят для использования в разных промышленных отраслях, в том числе:

Назначение уровнемеров для жидкости емкостного типа

Устройства для измерения уровня емкостного типа могут использоваться для поведения замеров в резервуарах, хранилищах, трубах, в топливных баках. Они позволяют определить текущий уровень жидкости или отследить непрерывное изменение уровня. Также есть модели, способные обеспечить замеры в глубоких емкостях и скважинах или подходящие для проведения бесконтактного контроля. В «связке» с дополнительными датчиками такие приборы могут передавать информацию на внешнее оборудование или следить за тем, чтобы уровень контролируемой жидкости оставался стабильным.

Преимущества емкостных уровнемеров для жидких веществ

Емкостные датчики уровня для жидких веществ отличаются от других типов измерителей уровня такими достоинствами:

Однако поправку чувствительности придется производить под каждый новый вид продукта. Кроме того, для работы с вязкими, кристаллизующимися и взрывоопасными жидкостями такие устройства не подходят (они чувствительны к налипаниям на зонд).

Как определить емкость измерительного преобразователя емкостного уровнемера?

Емкость преобразователя, которая зависит от уровня, рассчитывают по формуле

Спр = Си + С1С2/(С1 + С2), где:

Всегда учитывают, что при увеличении высоты жидкости С1 и С2 растут, поскольку увеличивается площадь обкладки.

Схема подключения ёмкостного уровнемера

Емкостной датчик уровня для топливных или стационарных топливных баков может подключаться по цифровой или аналоговой схеме с использованием изолированной CAN-шины и контроллера. Также используется двухпроводная схема подключения, позволяющая непрерывно контролировать уровень жидкости. Кроме того, отдельные модели можно монтировать с использованием трубной насадки или с кабельным пробником.

Поскольку емкостные уровнемеры измеряют емкость конденсатора, а изолятором-диэлектриком служит продукт измерения, то для точного проведения работ приборы можно устанавливать только в емкости с металлическими стенками, причем та из стенок, куда будет выполняться крепление должна быть расположена строго параллельно зонду.

После подключения выполняют контрольный запуск, проводят калибровку на абсолютно пустой и полностью заполненной емкости.

В компании «Измеркон» предлагают емкостные датчики контроля уровня топлива с полным описанием и инструкцией по подключению (представлены схемы в зависимости от интерфейса).

Источник

Как правильно выбрать уровнемер для резервуара с жидкостью или сыпучим материалом

Уровнемер для резервуаров – это специальный прибор, предназначенный для определения уровня газов, жидкостей и сыпучих материалов в резервуарах, хранилищах, баках.

В большинстве случаев такие устройства используются непосредственно для непрерывного измерения и проверки состояния разных веществ на производстве. При этом они нужны не только для замеров уровня, но и для выполнения функций концевых выключателей (т.е. такие агрегаты предупреждают переполнение бака или работу оборудования в «сухом режиме»). Измерение и контроль указанных параметров является важным технологическим процессом на производстве.

Виды уровнемеров: принцип действия и особенности работы аппаратов для измерения уровня жидкостей и сыпучих веществ

Приборы, которые контролируют уровень рабочего материала, можно классифицируются по принципу действия. По этому признаку они подразделяются на магнитные, электродные, визуальные, емкостные, поплавковые, гидростатические и радарные уровнемеры.

Электродные датчики определения считаются наиболее практичными приборами для проведения измерений. С их помощью проводится особый дискретный контроль среды с учетом ее электропроводности. Принцип работы уровнемера электродного вида достаточно прост. Рабочая среда (выступающая в роли проводника) доходит до электрода, из-за чего электрическая цепь замыкается и продуцируется сигнал. При снижении количества материала цепь размыкается. В комплект электродных дозаторов может входить несколько электродов, благодаря чему увеличится их эффективность. Электродные уровнемеры для емкостей имеют достаточно простую конструкцию, но срабатывают только в электропроводных средах.

Емкостные индикаторы позволяют контролировать уровень рабочей среды (воды, нефти, топлива, масла и т.д.) на глубине до 50-60 м и при температуре до +250 °С. В основе их работы лежит принцип определения емкости конденсатора (изолированного электрода и стенок бака) при изменении его площади. Такие датчики уровня отличаются высокой чувствительностью. Емкостные уровнемеры применяются в качестве контроллеров при наполнении баков, траншей, резервуаров, а также трубопроводов с сыпучими веществами или жидкостями.

Поплавковые уровнемеры – это устройства, с помощью которых определяется уровень рабочего материала путем перемещения полого поплавка на поверхности жидкости. При изменении высоты уровня воды прибор начинает об этом сигнализировать. Благодаря конструктивным особенностям эти датчики можно использовать в емкостях с различными типами сред с любыми показателями температуры и плотности. По этой причине поплавковый уровнемер можно встретить в резервуарах как с нефтью, так и с обычной водой.

Магнитные сигнализаторы уровня – это специальные мерные трубки с встроенными магнитами и поплавками. При их работе создается одинаковый уровень материала в трубе и резервуаре, а магнит из прибора начинает воздействовать на магнитный указатель, находящийся снаружи. Такой уровнемер можно использовать с любыми материалами, кроме нефтепродуктов.

Визуальные уровнемеры жидкости в резервуаре предназначены для тех производственных линий, где требуется дополнительный контроль (в т.ч. в химической промышленности). Эти приборы учета оснащены специальными смотровыми стеклами.

Какие функции и технические характеристики имеют уровнемеры для жидкостей

Производственные уровнемеры жидкости поддерживают несколько режимов работы. Они могут выполнять разнообразные функции:

Также уровнемеры для непрерывного измерения параметров воды в резервуаре могут быть оснащены дополнительными элементами, расширяющими их функционал.

Применение уровнемеров для разных продуктов: особенности и проблемы

В рамках использования датчиков уровня жидкости можно столкнуться с разными проблемами, в т.ч. с:

Эти параметры необходимо учитывать при подборе уровнемера вне зависимости от того, в какой именно среде будет использоваться прибор, предназначенный для соответствующих измерений.

Как выбрать уровнемеры: купить и не ошибиться

При выборе датчиков для измерения уровня воды в баке или другого материала необходимо учитывать различные параметры:

Без ответа на все эти вопросы оператору или инженеру будет достаточно трудно выбрать подходящий датчик уровня воды или других материалов, поскольку именно эта информация определяет, какие уровнемеры для жидкости будут работать в системе, а какие – нет.

В каких условиях можно применять тот или иной датчик: ограничения, которые накладывают технические характеристики уровнемера

Существует много факторов, из-за которых может быть наложен запрет на применение определенного оборудования для контроля:

Выбор датчика и возможность его временного выведения из системы

Возможность вывести устройство из использования на какое-то время достаточно сильно влияет на его подбор. Если на датчик очень плохо влияют налипания материала, то прибор нужно периодически изымать для очистки (только очищение в этом случае сможет обеспечить нормальное и бесперебойное функционирование). Если уровнемер для резервуаров с водой (или с другими материалами) нельзя убрать, то нужно поискать возможность использования иной технологии и купить агрегат с другими характеристиками.

Уровнемеры для емкостей от производителя: продажа и доставка

Каталог UWT Level Control содержит большое количество всевозможных товаров для проведения опытов и измерений: уровнемеры для резервуаров нефтепродуктов, бесконтактные датчики уровня воды, ультразвуковые сигнализаторы сыпучих продуктов, приборы для контроля уровня топлива и т.д. Все оборудование, представленное в интернет магазине, отличается высоким качеством и отличными эксплуатационными качествами. С его подробным описанием можно ознакомиться прямо в онлайн каталоге: все технические характеристики устройств в наличии находятся на сайте в открытом доступе.

Интернет магазин UWT Level Control работает по всей России, доставляя уровнемеры для резервуаров и другие датчики в любые населенные пункты. Стоимость и условия перевозки оборудования обговариваются в индивидуальном порядке.

Источник

Уровнемеры

Содержание

Уровнемер – прибор, предназначенный для определения уровня содержимого в открытых и закрытых сосудах, резервуарах, хранилищах и других ёмкостях. Под содержимым подразумеваются разнообразные виды жидкостей, в том числе и газообразующие, а также сыпучие и другие материалы. Главное отличие уровнемера от сигнализатора уровня – это возможность измерять градации уровня, а не только его граничные значения.

По результатам измерения уровня судят об объемном количестве вещества, содержащегося в резервуарах (баках, цистернах, танках и т. п.). Для этого используют либо мерные емкости постоянного (по высоте) поперечного сечения (например, мерные баки объемных расходомерных установок), либо специальные тарировочные таблицы, ставящие в соответствие каждому текущему значению уровня значение объема резервуара.

Как и все средства измерений, уровнемеры состоят из совокупности измерительных преобразователей и вспомогательных устройств, необходимых для осуществления процесса измерений (устройств для линеаризации функций преобразования, отсчетных устройств и т. д.). Первичный преобразователь (датчик) воспринимает измеряемую величину – уровень – и преобразует ее в выходной сигнал, поступающий на последующие преобразователи, или в показания, отсчитываемые по шкале уровнемера.

К числу методических погрешностей, присущих любым процессам измерения уровня жидкостей, относятся: погрешность ориентации датчика в сосуде и температурная.

Измерение уровня может быть непрерывным или точечным. Датчики непрерывного уровня измеряют уровень в заданном диапазоне и определяют точное количество вещества в определенном месте, в то время как датчики точечного уровня указывают только, находится ли вещество выше или ниже точки восприятия. Как правило, последние обнаруживают минимально или максимально допустимые уровни.

Существует множество факторов, которые влияют на выборе метода измерения уровня. Критерии отбора включают физическую фазу (жидкость, твердое вещество или суспензию), температуру, давление или вакуум, химический состав, диэлектрическую постоянную среды, плотность (удельный вес) среды, перемешивание, акустический или электрический шум, вибрацию, тип резервуара, его размер и форма. Также важны ограничения: цена, точность, внешний вид, скорость измерения, простота калибровки или программирования, физические размеры и установка инструмента, контроль непрерывного или дискретного (точечного) уровня.

Погрешность из-за неправильной пространственной ориентации датчика возникает вследствие неточностей установки сосуда, монтажа датчика уровнемера на нем, деформации несущих элементов транспортируемых сосудов при их заполнении и опорожнении, неравномерной осадки фундаментов стационарных емкостей – хранилищ и т. д. Все это, в конечном счете, приводит к несовпадению трассы измерения уровня с перпендикуляром к поверхности раздела сред.

В настоящее время существует разнообразный ряд технических средств, решающих задачу измерения и контроля уровня. Средства измерения уровня реализуют разнообразные методы, основанные на различных физических принципах. К наиболее распространённым методам измерения уровня, которые позволяют преобразовать значение уровня в электрическую величину и передавать её значение в автоматические системы управления, относятся:

Простейший уровнемер (визуальный) – водомерное стекло, в котором использован принцип сообщающихся сосудов, служит для непосредственного наблюдения за уровнем жидкости в закрытом сосуде (см. рисунок 2.69). Указательное стекло соединяют с сосудом нижним концом (для открытых сосудов) или обоими концами (для сосудов с избыточным давлением или разрежением). Наблюдая за положением уровня жидкости в стеклянной трубке, можно судить об изменении уровня в сосуде. Стёкла комплектуют вентилями или кранами для отключения их от сосуда и продувки системы.

При соответствующем (исключающем влияние мениска) диаметре мерной трубки, подсветке поверхности раздела и использовании специальных средств отсчета (например, катетометров) погрешность визуальных уровнемеров при неподвижной поверхности жидкости может быть сведена к десятым и даже сотым долям миллиметра. Вследствие этого они находят широкое применение в поверочных установках с мерными баками, образцовых мерниках. Сложность дистанционных измерений уровня, невозможность использования в системах регулирования автоматизированными технологическими процессами препятствуют широкому промышленному применению визуальных уровнемеров.

Не рекомендуется использовать указательные стекла длиной более 0,5 м, поэтому при контроле уровня, изменяющегося больше чем на 0,5 м, устанавливают несколько стекол таким образом, чтобы верх предыдущего стекла перекрывал низ последующего.

Поплавковые – уровнемеры с чувствительным элементом (поплавком), тогда измерение происходит по оценке положения предмета на поверхности жидкости относительно двух точек измерений.

На рисунке 2.70 а представлен уровнемер, показания которого считываются с помощью груза, соединенного гибким тросом с поплавком – чем выше уровень жидкости, тем больше опуститься груз. Линейные перемещения груза преобразуются в электрический сигнал, который и будет сигнализировать об уровне жидкости

На рисунке 2.70 б представлен магнитный байпасный индикатор уровня, функционирующий по принципу сообщающихся сосудов. Измерительная камера устанавливается вплотную к ёмкости таким образом, чтобы условия в измерительной камере и в ёмкости были одинаковыми. Поплавок оснащён системой 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.

Поплавковые измерительные приборы делятся на уравнемеры узкого и широкого диапазонов.

Поплавковые уровнемеры узкого диапазона представляют собой устройства, содержащие шарообразный поплавок, выполненный из нержавеющей стали, который плавает на поверхности жидкости и через штангу и специальное уплотнение соединяется или со стрелкой измерительного прибора, или с преобразователем угловых перемещений в унифицированный электрический или пневматический сигналы.

Поплавковые уровнемеры широкого диапазона представляют собой: поплавок, связанный с противовесом гибким тросом, в нижней части противовеса укреплена стрелка, указывающая значения уровня жидкости в резервуаре.

Важной характерной особенностью поплавковых уровнемеров, является высокое разрешение прибора 0,1 мм и точность измерений – 1 мм.

Область применения поплавкового метода измерения уровня очень широка. Его нельзя применять только в средах, образующих налипание, а также отложение осадка на поплавок. Типичным применением поплавковых уровнемеров является измерение уровня топлива, масел, легких нефтепродуктов в относительно небольших емкостях и цистернах. Поплавковый метод может с успехом применяться в случае пенящихся жидкостей, а для липких сред существуют вибрационные поплавковые указатели уровня жидкости.

Буйковые уровнемеры работают 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.

Цилиндрический буёк, который изготовлен из материала, плотность которого больше плотности жидкости, является чувствительным элементом буйковых уровнемеров. Примером материала буйка может служить нержавеющая сталь.

Буек располагается в вертикальном положении и должен быть частично погружен в жидкость. Длина буйка подбирается таким образом, чтобы она была приближена к максимальному измеряемому уровню.

По закону Архимеда вес буйка в жидкости должен изменяется пропорционально изменению уровня этой жидкости.

В простейшем случае буек закреплен на упругой подвеске с жесткостью с, действующей на буек с определенным усилием (на рисунке 2.71 а таким элементом является пружина). Увеличивая уровень на Н от нулевого положения, увеличиваем выталкивающую силу, что вызывает подъем буйка на х, причем при его подъеме увеличивается осадка, т.е. х При этом изменяется усилие, с которым подвеска действует на буек, причем изменение равно изменению выталкивающей силы, вызванной увеличением осадки буйка на (h – х):

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:

Таким образом, статическая характеристика буйкового уровнемера линейна, причем чувствительность его может быть изменена за счет увеличения F или уменьшения жесткости подвески с.

Если уровень контролируемой среды становится выше h₀ (например, h ), то часть буйка длиной ( h – h₀ ) погружается в жидкость, поэтому вес буйка уменьшается на некоторую величину, определяемую как

Диапазон измерения буйковых уровнемеров находится в пределах от 0,025 м до 16 м. Особенность буйковых уровнемеров – наличие начального (неконтролируемого) уровня, от которого ведется отсчет показаний. Размер начального уровня составляет обычно 4–10 мм. Он необходим для устранения влияния сил поверхностного натяжения, которое максимально в момент касания (или отрыва) буя поверхности жидкости. С этой же целью используют специальные покрытия, уменьшающие налипание жидкости на поверхности буя.

Преимущества и недостатки такие же, как и в поплавковых уровнемерах.

Работа емкостных уровнемеров основана на различии диэлектрической проницаемости жидкостей и воздуха. Простейший первичный преобразователь емкостного прибора представляет собой электрод (металлический стержень или провод), расположенный в вертикальной металлической трубке. Стержень вместе с трубой образуют конденсатор. Емкость такого конденсатора зависит от уровня жидкости, так как при его изменении от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости воздуха до диэлектрической проницаемости жидкости.

Конструкция конденсаторных преобразователей различна для электропроводных и неэлектропроводных жидкостей. Электропроводными считаются жидкости, имеющие, удельное сопротивление ρ 6 Ом∙м и диэлектрическую проницаемость εж≥7. Различие преобразователей состоит в том, что один из электродов уровнемеров для электропроводных жидкостей покрыт изоляционным слоем, электроды преобразователей для неэлектропроводных жидкостей не изолированы. Электроды могут быть в виде плоских пластин, стержней. В качестве электрода может использоваться металлическая стенка сосуда. Часто применяются цилиндрические электроды, обладающие по сравнению с другими формами электродов хорошей технологичностью, лучшей помехоустойчивостью и обеспечивающие большую жесткость конструкции.

Конденсаторный преобразователь для неэлектропроводных жидкостей, состоящий из двух коаксиально расположенных электродов 1 и 2, помещенных в резервуар 3, в котором производится измерение уровня, изображен на рисунке 72 а.

Взаимное расположение электродов зафиксировано проходным изолятором 4. Электроды образуют цилиндрический конденсатор, часть межэлектродного пространства которого высотой Н заполнена контролируемой жидкостью, оставшаяся часть высотой Н – h – воздухом.

В общем виде емкость цилиндрического конденсатора определяется выражением:

где ε₀ = 8,85∙10 –12 Ф/м – диэлектрическая проницаемость вакуума; ε – относительная диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего межэлектродное пространство; Н – высота электродов; d₁, d₂ – диаметры внутреннего и наружного электродов.

Если резервуар неметаллический, то в жидкость устанавливается металлический неизолированный стержень, выполняющий роль второго электрода.

Последние два недостатка обусловливают появление существенных дополнительных погрешностей. С первым из них борются, применяя различные компенсационные схемы; второй устраняют, используя адгезионные покрытия элементов датчика, вводя специальные присадки в жидкость, применяя «снос» образующейся пленки и т. д.

Измерение уровня в открытом резервуаре

Для того чтобы получить значение уровня в открытом резервуаре, необходимо измерить гидростатическое давление жидкости. Столб жидкости оказывает воздействие на основании столба, обусловленное весом жидкости. Это воздействие, называемое гидростатическим давлением или давлением столба жидкости, может быть измерено в единицах давления. Гидростатическое давление определяется следующим уравнением:

где Р – гидростатическое давление; h – высота столба; γ – удельный вес.

При изменении уровня (высоты столба) жидкости пропорционально изменяется и гидростатическое давление. Поэтому простейшим способом измерения уровня в резервуаре является установка датчика давления на самом нижнем уровне. Уровень жидкости над точкой измерения может быть получен из величины гидростатического давления, если формулу, указанную выше, преобразовать для расчета высоты.

Измерение уровня в закрытом резервуаре

Если резервуар находится под давлением, то показаний одного датчика избыточного давления недостаточно, так как датчик не может распознать, вызвано ли изменение общего давления изменением уровня жидкости или изменением давления в резервуаре. Для решения этой задачи в закрытых резервуарах должен применяться датчик перепада давления, чтобы скомпенсировать давление в резервуаре.

При измерении перепада давления изменение суммарного давления в резервуаре в равной степени воздействует на верхний и нижний отбор, поэтому влияние внутреннего давления полностью исключается.

На нижнем отборе вблизи дна резервуара, измеряется сумма гидростатического давления и давления в парогазовом пространстве. На верхнем отборе измеряется только давление в парогазовом пространстве. Разность давлений на отборах (дифференциальное давление) используется для определения уровня.

Гидростатический уровнемеры применяются для:

Гидростатические уровнемеры с механическими воспринимающими элементами отличаются простотой монтажа и обслуживания, высокой надежностью. Однако их чувствительный элемент находится в непосредственном контакте с контролируемой средой, что требует в ряде случаев применения для датчиков специальных материалов, существенно сужает область их использования. От указанного недостатка свободен один из типов гидростатических уровнемеров – пьезометрический, принципиальная схема которого приведена на рисунок 2.73 б.

Пьезометрический уровнемер содержит регулятор давления 3, контрольный прозрачный сосуд 1, манометр 2. Редуктором создается такое давление воздуха, при котором в баке 4 только-только исчезают пузырьки. При этом давление воздуха будет прямо пропорционально уровню жидкости в сосуде 4. Контроль над практическим прекращением движения воздуха в баке (который, как правило, закрыт) ведут по моменту редкого прохождения пузырьков в контрольном сосуде 1.

Пьезометрические уровнемеры пригодны для измерения уровня любых, в том числе, и агрессивных жидкостей (при правильном выборе материала импульсной трубки). Единственный лимитирующий фактор – вязкость жидкости. Влияние вязкости проявляется в увеличении диаметра пузырьков газа, отрыв которых от обреза трубки сопровождается возникновением колебаний давления и расхода в измерительной линии, что резко снижает точность измерений. Поэтому пьезометрические уровнемеры применяют для измерения уровня жидкостей, вязкость которых не превышает 2 000 сСт.

Магнитный уровнемер – это вертикальный индикатор, состоящий из камеры, установленной на технологическом резервуаре, и колонки с визуальными указателями для индикации уровня.

В камере размещены магнитные поплавки, которые движутся вверх и вниз вместе с поверхностью среды и переключают или перемещают указатели в колонке, как показано на рисунке 2.74. Поплавки могут также управлять переключением магнитострикционных датчиков, чувствительных к магнитному полю.

Камера указателя изготовлена из немагнитного материала, стойкого к технологическим средам и способного противостоять воздействию температуры и давления. Камера устанавливается на технологическом резервуаре таким образом, что уровень жидкости в камере совпадает с уровнем жидкости в резервуаре, но поверхность среды в камере более спокойная. Камера присоединяется к резервуару чрез отборные трубы и может иметь несколько присоединений. В ней содержатся те же жидкости и границы раздела сред, что и в технологическом резервуаре, при условии, что присоединения обеспечивают надлежащее сообщение камеры и резервуара.

Магнитный поплавок или поплавки, находящиеся в камере, рассчитаны таким образом, чтобы находиться на уровне верхней жидкости и/или на границе раздела двух жидкостей с учетом их удельного веса. Указатели обычно состоят из корпуса, в котором помещается колонка с флажками или роликами. Линии силового поля от намагниченного поплавка проходят сквозь стенки камеры и воздействуют на флажки или ролики, в результате чего они разворачиваются обратной стороной, окрашенной в контрастный цвет.

Таким образом, осуществляется индикация положения поплавка (поплавков) в камере. Уровень жидкости или границы раздела сред в камере поднимается и опускается; соответственно поднимается и опускается поплавок (поплавки), и положение уровня отображается на указателе. Линии магнитного силового поля могут воздействовать также на магнитострикционные датчики или магнитные реле любого типа, например, герконовые, установленные на колонке.

Конструкция поплавка зависит от давления в резервуаре и удельного веса технологической жидкости во всем диапазоне рабочих температур. Наиболее сложными являются процессы, в которых сочетаются высокая температура, высокое давление и низкий удельный вес, магнитные индикаторы могут применяться при температурах до 538 °C, при давлении свыше 275 бар и в жидкостях с удельным весом 0,4 и ниже.

Принцип действия кондуктометрических уровнемеров основан на различии электрических свойств жидкостей и газов. При этом жидкости, уровень которых измеряется, могут быть как проводниками, так и диэлектриками; газы же, находящиеся в жидкостном пространстве, всегда диэлектрики. Основным параметром, определяющим электрические свойства проводников, является их электропроводность, а диэлектриков – относительная диэлектрическая проницаемость, показывающая, во сколько раз по сравнению с вакуумом уменьшается в данном веществе сила взаимодействия между электрическими зарядами.

Кондуктометрические уровнемеры (уровнемеры сопротивления) применяются для измерения уровня проводящих жидкостей (в том числе, и жидких металлов). Первичный преобразователь (рисунок 2.75) кондуктометрического уровнемера представляет собой два электрода, глубина погружения которых в жидкость и определяет текущее значение ее уровня. Выходным параметром преобразователя является его сопротивление или проводимость. При измерении уровня «сверхпроводящих» жидкостей (например, жидких металлов) возможно применение кондуктометрических уровнемеров с одним электродом, роль второго электрода при этом выполняет заземленный сосуд.

Основные факторы, ограничивающие точность кондуктометрических уровнемеров – непостоянство площадей поперечных сечений электродов (и вследствие этого непостоянство удельных сопротивлений по длине электродов), а также образование на электродах пленки (окисла, соли) с высоким удельным сопротивлением, что приводит к резкому неконтролируемому снижению чувствительности датчика. Обычно уровнемер используется в качестве сигнализаторов уровня пенящихся продуктов и, чаще всего в тех случаях, когда датчики монтируются на боковых стенках резервуаров.

Кондуктометрический метод обнаружения пара и воды – проверенный метод измерения. Разница в сопротивлении воды и пара очень большая, что обеспечивает простоту и надежность измерений. Применение электронного метода измерения уровня воды, обнаружения воды/пара обеспечивает высокий уровень самодиагностики и достоверности измерений по сравнению с механическими уровнемерами.

Существуют и находят применение акустические уровнемеры трех основных типов

– Локационные уровнемеры – используют для работы эффект отражения УЗ колебаний от границы раздела сред. Именно эти уровнемеры называются ультразвуковыми. Положение уровня, здесь, определяется по времени прохождения ультразвуком расстояния от источника до поверхности и обратно до приемника.

– Уровнемеры поглощения – в основе принципа действия этого вида уровнемера лежит явление рассеивания или поглощения звуковой энергии в различных веществах. Для определения уровня среды в емкости определяется степень ослабления интенсивности ультразвуковых волн при прохождении через слои газа и жидкости. Сигнал здесь учитывается при отражении не от границы раздела двух сред, а от дна резервуара.

– Резонансные уровнемеры – приборы такого вида работают по принципу возбуждения колебаний столба газа над уровнем жидкости и в последующем измерении резонансной частоты, при которой наблюдается возникновение так называемой «стоячей волны».

Локационные ультразвуковые уровнемеры получили наибольшее распространение. Измерение уровня локационным способом может осуществляться либо через газовую среду над жидкостью (подразумевается установка сверху), либо снизу через слой жидкости.

На рисунке 2.76 представлен локационный уровнемер. Генератор Г излучает в жидкость пачку импульсов высокой (ультразвуковой) частоты. Отраженный от границы раздела жидкость-газ сигнал улавливается приемником П ультразвуковых колебаний. Время t между моментом посылки зондирующего импульса и моментом прихода отраженного от уровня импульса связано с текущим значением уровня зависимостью:

Время t фиксируется соответствующей измерительной схемой и преобразуется в выходной сигнал уровнемера, пропорциональный (при постоянном и известном значении с) текущему значению уровня h.

Локация уровня может производиться снизу и сверху. Во втором случае по времени прохождения ультразвуковых колебаний через газ определяется толщина газовой подушки. Локация снизу предпочтительней, так как при этом требуется меньшая мощность излучателя, и меньшее усиление сигнала в приемной части уровнемера.

Локационные уровнемеры, работающие через газовый слой, имеют погрешность, зависящую от скорости звука в определенных условиях давления и температуры газа. Также на уровнемеры этого типа оказывает влияние поглощение ультразвуковых волн газом, что требует более мощного источника УЗ волн. Стоит заметить, что локационные уровнемеры верхней установки не зависят от изменения физических характеристик жидкости, поэтому, они используются для измерения уровня неоднородных, кристаллизующихся и кипящих жидкостей, содержащих пузырьки газа и др.

Уровнемеры типа «локация через жидкость» – используются для сред с высоким давлением. Они требуют значительно менее мощного источника излучения УЗ волн, однако, они требовательны к различным включениям в жидкости (вплоть до того, что пузырьки газа при вскипании оказывают на них огромное влияние). Таким образом, такие уровнемеры используются только для однородных жидкостей. К тому же они, как и уровнемеры типа «локация через газ», зависят от температуры и давления среды.

Недостаток локационных уровнемеров – их повышенная чувствительность к включениям в жидкости (микровзвесей, пузырьков газа). Этот недостаток отсутствует у двухканальных уровнемеров, работающих по схеме совпадений. В этом случае излучение ультразвуковых колебаний осуществляется одновременно двумя датчиками. Отраженные сигналы усиливаются и суммируются, срабатывание системы измерения времени происходит только от суммарного сигнала. Если же из-за наличия включений в зоне работы какого–либо датчика один из отраженных сигналов опережает другой, система измерения времени не срабатывает и, тем самым, исключается возможность ошибочного измерения уровня. Другой способ устранения влияния неоднородности жидкости и деформации уровня – использование звук оводов. В этом случае локация уровня производится сверху, но не через газ, а через специальный жидкостный или металлический звуковод. В точке встречи звуковода с жидкостью происходит отражение сигнала, по времени прихода, которого к приемнику и определяется положение уровня жидкости. Такие уровнемеры (со звуководами) обладают сравнительно невысокой точностью (порядка ±3%), но зато значительно расширяются их эксплуатационные возможности. В частности, они могут использоваться для измерения уровня низкокипящих жидкостей, при высоких температурах контролируемых веществ.

Принцип действия волноводного уровнемера основан на распространении высокочастотных радиоколебаний в волноводе, размещенном в жидкости и измерении отражения этих колебаний от уровня раздела жидкость–газ или жидкость–жидкость с разными диэлектрическими проницаемостями (рисунок 2.77). Математическое описание аналогично радарным и ультразвуковым уровнемерам, в которых источник радиоимпульса или акустического импульса расположен над поверхностью жидкости, имеет следующий вид:

Интервал времени между импульсами Т_n однозначно определяет значение уровня Н в аппарате. с – скорость распространения радиоволн в газе. L – длина волновода до крепежного фланца.

Отличие волнового радарного уровнемера заключается в том, что радиоимпульс S передается от передатчика 2 в волновод 4, который в простейшем случае может представлять собой коаксиальный кабель, подобный телевизионному. Волновод помещен в уровнемерную колонку 1 ректификационной колонны. Крепёжный фланец уровнемера закреплен на крышке 7 колонки. От передатчика 2 высокочастотные электромагнитные импульсы низкой энергии, порожденные электрической схемой датчика, распространяются вдоль волновода 4, погруженного в измеряемую жидкую среду. Когда эти импульсы достигают поверхности измеряемой среды 6, часть энергии импульса E отражается и передается обратно вверх по волноводу 4, а электрическая схема вычисляет уровень на основе разницы во времени между моментами отправки и получения сигнала. Для того чтобы можно было сделать выводы об уровне среды 5 в колонке 1, волновод 4 доходит до дна колонки 1.

При измерении уровня посредством направленных высокочастотных измерительных сигналов используется физическое обстоятельство, что определенная доля Е направленного на волновод 4 высокочастотного измерительного сигнала S попадает на поверхность раздела двух сред с разными значениями диэлектрической проницаемости. Отраженная доля Е при этом тем выше, чем сильнее разнятся значения диэлектрической проницаемости обеих сред. В этой связи говорят также о скачке импеданса. Скачок импеданса происходит в данном случае тогда, когда измерительный сигнал S попадает на поверхность 6 среды 5. Отраженная доля Е измерительного сигнала проявляется на эхо-кривой как выраженный пик или так называемый полезный эхо-сигнал. Сама эхо-кривая представляем амплитуды измерительного сигнала в зависимости от времени прохождения или от пройденного пути. Блок 3 регулирования/обработки определяет время прохождения этого полезного эхо-сигнала и вычисляет на этой основе при известной высоте колонки 1 уровень среды 5 в нём.

Блок 3 содержит генератор, передатчик, приемник и усилитель радиосигнала, а также усилитель интервалов времени. Для регулирования заданного диапазона измеряемой величины блок 3 регулирования/обработки преобразует интервалы времени прохождения между посылкой и приемом первого и второго импульса (эхо-сигнала) в аналоговый выходной сигнал, изменяющийся в пределах 4 … 20 мА. Далее аналоговый сигнал поступает в аналого-цифровой преобразователь, который преобразует его в цифровой сигнал, где он в дискретизированном виде передаётся на контроллер.

При измерении уровня жидкостей оптическими методами могут быть использованы различные явления, связанные с прохождением света через среды, образующие поверхность раздела, – отражение или преломление света на поверхности раздела, ослабление его интенсивности в поглощающей среде и др. Однако на практике наибольшее распространение получили оптические уровнемеры с визуальной фиксацией границы раздела жидкость–газ и фотоэлектрические уровнемеры, использующие эффект отражения света от поверхности жидкости.

Аналогичным образом может быть построен и фотоэлектрический уровнемер преломления.

Литература

Источник