Бесконтактные методы измерения уровня жидких сред
Принцип работы акустических и ультразвуковых уровнемеров основан на использовании отражения волн от границы раздела сред. В акустических уровнемерах используется метод локации уровня через газовую среду, поэтому не зависит от характера контролируемой среды, но зависит от давления газа, запыленности.
Ультразвуковые уровнемеры используют для однородных жидкостей, для сыпучих материалов они не пригодны.
.files/image336.jpg)
.files/image338.gif)
Рис. 4.8 Ультразвуковое устройство для контроля уровня: 1 – излучатель и 2 – приемник ультразвука.
Принцип действия ультразвуковых датчиков расстояния основан на свойстве звуковых волн отражаться от различных объектов: излучатель, расположенный в корпусе датчика, посылает ультразвуковые волны, часть которых, отражаясь от объекта измерения, возвращается назад в приемник. В датчике принятый отраженный сигнал преобразуется в напряжение. Интегрированный контроллер измеряет время, за которое сигнал проходит путь от излучателя, отражается от объекта и возвращается в приемник. Выходным сигналом ульразвукового датчика может быть амплитуда, фаза или частота следования сигналов. Время распространения акустического сигнала в среде зависит от измеряемого уровня:
.files/image340.gif)
. (4.5)
Ультразвуковые датчики расстояния широко используются и часто рекомендуются в качестве приборов для измерения и контроля: объема жидких и сыпучих веществ в резервуаре и уровня заполнения емкости. Однако на практике часто можно столкнуться с проблемой с уменьшения диапазона измерений датчика и искажения значения измеряемой величины (при непрерывном измерении объема или уровня) для датчиков с аналоговым выходным сигналом. Производители зачастую приводят лишь максимальный диапазон измерения своих приборов, который получается при работе датчика в идеальных условиях эксплуатации.
Ультразвуковые уровнемеры подходят для измерения уровня различных жидкостей, а также хорошо работают и на сыпучих продуктах. Эти приборы отличаются по диапазонам измерения, версиями датчика.
Радиолокационный датчик уровня предназначен для непрерывного бесконтактного измерения уровня заполнения крупногабаритных емкостей, как в автономном режиме, так и в составе АСУ ТП.
.files/image342.jpg)
.files/image344.jpg)
Промышленные лазерные измерительные системы позволяют проводить точные бесконтактные измерения уровня жидкости в различных резервуарах и емкостях, от флаконов с косметическими препаратами до металлургических ковшей. При неравномерном заполнении (уклоны, вращение, высокая вязкость) устанавливается несколько датчиков, показания с которых объединяются с помощью программного обеспечения.
Измерение производится бесконтактно, с помощью цифровых лазерных датчиков, установленных фиксировано над открытым участком емкости.
Программное обеспечение обеспечивает обработку сигнала, в том числе:
· калибровку, привязку системы координат к объекту;
· измерение уровня жидкости;
· объединение показаний нескольких датчиков;
· проверку результата измерений на нахождение уровня в поле допуска.
Примеры практического использования:
· бесконтактный учет количества горючего в резервуарах;
· контроль уровня ингредиентов в емкостях смешивающих машин;
· контроль наличия достаточного количества воды в противопожарных резервуарах;
· измерение уровня расплавленного металла в ковше и др.
Источник
Бесконтактные методы и средства измерения уровня
Акустические уровнемеры, прежде всего ультразвуковые, находят все большее применение благодаря высокой точности измерений.
Принцип действия ультразвуковых датчиков расстояния основан на излучении импульсов ультразвука и измерении, пока звуковой импульс, отразившись от объекта измерения, вернется обратно в датчик. При этом достигается разрешения до 0,2 мм (рис. 2.46).
Рис. 2.46. Принцип действия ультразвуковых датчиков уровня.
Благодаря тому, что пьезорезистивный преобразователь может служить как излучателем, так и приемником ультразвуковых импульсов, появляется возможность создать ультразвуковые датчики расстояния с одним преобразователем. Такой преобразователь сначала излучает короткий ультразвуковой импульс. Одновременно с этим, в датчике запускается внутренний таймер. Когда отраженный от объекта ультразвуковой импульс вернется обратно в датчик, таймер останавливается. Время, прошедшее между моментом излучения импульса и моментом, когда отраженный импульс вернулся в датчик, служит основой для вычисления расстояния до объекта. Полный контроль за процессом измерения производится с помощью микропроцессора, обеспечивающего высокую линейность измерений. Наиболее важными особенностями применений ультразвуковых датчиков служит их возможность измерять расстояния до таких сложных объектов таких как, например, сыпучие вещества, жидкости, гранулы, прозрачные или напротив сильно отражающие поверхности.
Ультразвуковые датчики уровня имеют ряд ограничений. Прежде всего, это пена и другие объекты, сильно поглощающие ультразвуковые колебания. Такое поглощение сильно уменьшает измеряемую дистанцию. Сильно изогнутые поверхности так же снижают расстояние и точность измерений, поскольку рассеивают ультразвуковые колебания в различных направлениях. Ультразвуковые датчики излучают импульс в виде широкого конуса, что так же ограничивает возможность измерения расстояния до небольших объектов, увеличивая уровень помех от других объектов, которые так же могут находиться в поле зрения датчика. Некоторые ультразвуковые датчики имеют конус с углом всего 5 градусов. Это позволяет использовать их для измерения намного меньших объектов, например таких, как бутылки или ампулы.
На рис. 2.46 дан пример микропроцессорного ультразвукового преобразователя уровня — модель 8175 фирмы Burkert. Преобразователь уровня состоит из ультразвукового датчика и блока управления с 8-ми позиционным многоязыковым индикатором, заключенным в пластиковый корпус с классом защиты IP65 (рис. 2.47). Преобразователь имеет 3-х проводной выход 4…20мА непосредственно для управления клапаном, для контроллера или внешней индикации. Простое и быстрое программирование устройства обеспечивается функциями “Teach-In” и “Simulation”. Различная форма емкостей (цилиндр, куб, сфера) может быть просто запрограммирована через задание фиксированных промежутков уровня или шаг за шагом через заполнение емкости равными порциями жидкости. Измеренная величина может отображаться как уровень, расстояние (в см, м, дюймах или футах) или непосредственно в единицах объёма (литр, м 3 , галлон, us-галлон). Предназначен для неконтактное непрерывное измерение уровня для жидкостей в открытых или закрытых емкостях.
 |
Рис.2.47. Ультразвуковой датчик уровня и измерительный
Оптические датчики расстояния
Довольно часто встает задача по бесконтактному определению расстояния до объекта, одним из способов решения которой, является применение оптических датчиков расстояния или оптических дальномеров. Выходной функцией у этих датчиков является, аналоговый (4..20 мА / 0..10 В) или цифровой выходной сигнал + , у более дорогих версий, интерфейс RS485.
Принцип работы датчика — измерения времени прохождения светового луча от датчика до объекта и обратно — приведен на рисунке 2.48.
Рис. 2.48. Принцип работы оптического датчика расстояния
Новые схемы измерения, базирующиеся на современных технологиях обработки сигнала позволяют теперь без опасений проводить измерения на прямом солнечном свете. Даже такие отражающие поверхности, как полированный металл не влияют на надежность измерений.
Датчики серии O1D включают в свой состав датчики расстояния, работающие как на рассеяном от объекта излучении, так и на отражении от рефлектора для измерения на больших дистанциях (до 75 метров). Датчики наличия объекта имеют только дискретный выход, зато они могут обнаруживать небольшие объекты за значительных расстояниях, до нескольких метров. Оптические датчики уровня сыпучих и жидких веществ могут быть совершенно незаменимы для измерения уровня вязких веществ, например для измерения уровня шоколада в кондитерском производстве.
Источник
Бесконтактные методы и средства измерения уровня
Акустические уровнемеры, прежде всего ультразвуковые, находят все большее применение благодаря высокой точности измерений.
Принцип действия ультразвуковых датчиков расстояния основан на излучении импульсов ультразвука и измерении, пока звуковой импульс, отразившись от объекта измерения, вернется обратно в датчик. При этом достигается разрешения до 0,2 мм (рис. 2.28).
Рис. 2.28. Принцип действия ультразвуковых датчиков уровня.
Благодаря тому, что пьезорезистивный преобразователь может служить как излучателем, так и приемником ультразвуковых импульсов, появляется возможность создать ультразвуковые датчики расстояния с одним преобразователем. Такой преобразователь сначала излучает короткий ультразвуковой импульс. Одновременно с этим, в датчике запускается внутренний таймер. Когда отраженный от объекта ультразвуковой импульс вернется обратно в датчик, таймер останавливается. Время, прошедшее между моментом излучения импульса и моментом, когда отраженный импульс вернулся в датчик, служит основой для вычисления расстояния до объекта. Полный контроль за процессом измерения производится с помощью микропроцессора, обеспечивающего высокую линейность измерений. Наиболее важными особенностями применений ультразвуковых датчиков служит их возможность измерять расстояния до таких сложных объектов таких как, например, сыпучие вещества, жидкости, гранулы, прозрачные или напротив сильно отражающие поверхности.
На рис. 2.29. дан пример микропроцессорного ультразвукового преобразователя уровня — модель 8175 фирмы Burkert. Преобразователь уровня состоит из ультразвукового датчика и блока управления с 8-ми позиционным многоязыковым индикатором, заключенным в пластиковый корпус с классом защиты IP65 Преобразователь имеет 3-х проводной выход 4…20мА непосредственно для управления клапаном, для контроллера или внешней индикации.
 |
Рис..2.29. Ультразвуковой датчик уровня и измерительный
Оптические датчики расстояния
Довольно часто встает задача по бесконтактному определению расстояния до объекта, одним из способов решения которой, является применение оптических датчиков расстояния или оптических дальномеров. Выходной функцией у этих датчиков является, аналоговый (4..20 мА / 0..10 В) или цифровой выходной сигнал + , у более дорогих версий, интерфейс RS485.
Принцип работы датчика — измерения времени прохождения светового луча от датчика до объекта и обратно — приведен на рисунке 2.30.
Рис. 2.30. Принцип работы оптического датчика расстояния
Новые схемы измерения, базирующиеся на современных технологиях обработки сигнала позволяют теперь без опасений проводить измерения на прямом солнечном свете. Даже такие отражающие поверхности, как полированный металл не влияют на надежность измерений.
Датчики серии O1D включают в свой состав датчики расстояния, работающие как на рассеяном от объекта излучении, так и на отражении от рефлектора для измерения на больших дистанциях (до 75 метров). Датчики наличия объекта имеют только дискретный выход, зато они могут обнаруживать небольшие объекты за значительных расстояниях, до нескольких метров. Оптические датчики уровня сыпучих и жидких веществ могут быть совершенно незаменимы для измерения уровня вязких веществ, например для измерения уровня шоколада в кондитерском производстве.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
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