Меню

Решение проблем измерения уровня



Виды уровнемеров. Методы измерения уровня

ВИДЫ И ТИПЫ ВЫБОР И ПРИМЕНЕНИЕ

Отслеживание уровня воды и аналогичных жидкостей осуществляется с помощью приборов с разным типом и функционалом. Выбор конкретного варианта делают исходя из поставленных задач, внешних условий и свойств рабочей жидкости.

Во избежание ошибок и лишних трат подбор и монтаж датчиков производственного и общественного назначения доверяют специалистам. Датчики для индивидуального пользования без проблем выбираются и устанавливаются самостоятельно.

Данная группа для измерения уровня воды или других жидкостей представлена приборами с абсолютно разным принципом работы.

Эти устройства могут быть механическими, электронными, магнитными, оптическими, гидростатическими или локационными.

Они устанавливаются в местах с затруднительным или отсутствующим доступом к воде или при наличии угрозы безопасности при прямом измерении.

Простейшие датчики уровня работали за счет базовых законов физики (силы выталкивания или разницы в электропроводности разнородных сред). Современные разновидности пригодны для решения самых разных задач, включая:

  • онлайн мониторинг фактического уровня воды;
  • оповещение о достижении предельных или заданных значений уровня жидкости;
  • измерение и расчет объема рабочей жидкости в емкостях со сложной формой или скорости ее расхода;
  • хранение, накопление и обработку результатов.

Исходя из функционального назначения все датчики уровня воды делятся на уровнемеры и сигнализаторы. Первые устанавливаются с целью непрерывного мониторинга этого параметра и преобразовывают его значение в аналоговый или цифровой сигнал.

Вторые задействуются при необходимости получения сигнала или команды о достижении определенного значения уровня жидкости в емкости.

Особенности уровнемеров

По функциональности устройства делятся на два типа: сигнализаторы, позволяющие отслеживать определенную точку заполнения (макс. или мин.) и уровнемеры, предназначенные для беспрерывного мониторинга. Сфера применения приборов определяется принципом их действия (в основе может быть акустика, оптика, гидростатика, электропроводность). Также они бывают контактные или бесконтактные.

Выбирая современные уровнемеры, учитывают цели, для которых будут проводиться измерения. Также принимают во внимание вид измеряемой жидкости – ее плотность, категорию опасности и прочие характеристики. Принцип действия уровнемера подбирается с учетом материала емкости. Приборы могут работать с аналоговым сигналом, в качестве реле или как радар.

При подборе обязательно учитывают санитарные нормы, устойчивость к механическим воздействиям, вибрациям, химикатам, возможность эксплуатации во взрывоопасной среде (в зависимости от особенностей проходящих техпроцессов).

Зачем нужен уровнемер и как его выбрать?

Уровнемеры для АЗС, АГЗС позволяют измерять уровень жидких,твердых или сыпучих веществ, находящихся в закрытых или открытых резервуарах под давлением или без давления. Обеспечивают точные измерения вне зависимости от уровня загрязнения и состава среды.

Установка измерителя топлива в резервуарах в лице уровнемеров является отличным решением автоматизации учета запасов топлива. Помимо автоматизации уровнемеры помогают:

  • Улучшить контроль работы АЗС, АГЗС (сокращают и предотвращают потери топлива);
  • Получать точную и полную информацию со станций при меньших усилиях;
  • Принимать более взвешенные решения об активах, обеспечивая автоматизированную работу АЗС, АГЗС;
  • Осуществляют постоянный контроль герметичности резервуара.

Полученная с уровнемера информация позволит вам эффективно контролировать деятельность АЗС, АГЗС в режиме реального времени для получения наилучших результатов. В отличии от альтернативы уровнемеру — метроштока, который является устаревшим методом измерения уровня топлива в резервуаре.
Как же определиться в многообразии уровнемеров и выбрать именно подходящий вам?

Для начала узнаем, какие бывают виды датчиков уровня жидкости.

Датчики уровня жидкости бывают:

(весь датчик или его часть контактирует с измеряемой средой)

(измерение происходит без контакта с жидкой средой).

Также датчики различаются по принципу действия:

– отличное решение для резервуаров с отсутствием возможности вспенивания и налипания среды на датчик, а также в местах, где не требуется высокая точность измерения уровня. Работает по принципу определения емкости конденсатора, в качестве конденсатора – изолированный электрод и стенки резервуара, в котором он находится. В основном используется для измерения уровня жидкости в небольших резервуарах. Для пищевых продуктов и агрессивных сред рекомендуются модели с пластиковым покрытием измерительного зонда. Недостатком является высокая погрешность при измерении жидкости с низкой диэлектрической проницаемостью (ε=1,5…3,0), а также противопоказана работа с диэлектрическими жидкостями. С помощью данного уровнемера можно проводить регулярный контроль рабочей среды на глубине до 50 м и при температуре до +250°С.

отличается более высокой точностью измерения по сравнению с емкостными и невысокой стоимостью. Это оптимальный вариант по соотношению цена/качество. Устанавливается в открытых резервуарах или в закрытых, но с давлением воздушной среды соответствующей атмосферному. Не рекомендуется использование гидростатического метода определения уровня для жидкостей с переменной плотностью (радиохимическое производство, нефтепродукты при изменении температуры). Подходит для однородных сред в водоемах, хранилищах, скважинах, промышленных резервуарах, не реагируют на пену. Является безальтернативным решением для измерения уровня жидкости в скважинах.

  • Байпасные уровнемеры
    работают на принципе сообщающихся сосудов, и делают процесс измерения наглядным и понятным. Данный уровнемер применяется в небольших резервуарах под давлением с температурой рабочей среды до +250 °С. Есть возможность использования совместно с магнитострикционными уровнемерами, что позволяет их интегрировать в АСУ. Противопоказан к применению с вязкими жидкостями или жидкостями вязкость которых повышается при снижении температуры, так как температура жидкости в байпасной камере из-за тепловых перемычек в соединительной арматуре ниже чем в сообщающимся с ним сосуде.
  • Магнитострикционный и магнитный уровнемеры

    относятся к типу поплавковых. Поплавок находится на поверхности жидкости и измерение уровня происходит относительно положения этого поплавка. Данные уровнемеры отличаются большой точностью. Применяются при коммерческом учёте светлых нефтепродуктов, химических веществ и других дорогостоящих жидкостей. Поплавковые уровнемеры подходят для измерения уровня пенящихся жидкостей, но не применимы с вязкими жидкостями.

    Микроволновый рефлексный уровнемер

    состоит из электронного блока и волновода. Длина волновода должна соответствовать высоте резервуара, что делает невозможным его применение в высоких резервуарах. Используется в тяжёлых условиях (высокая температура и давление), а также в резервуарах с пенящимися и налипающими жидкостями. Данный уровнемер наиболее универсален и подходит для применения фактически с любым видом жидкостями, не зависимо от давления воздушной среды над поверхностью жидкости или диэлектрической проницаемости среды.

    — датчик, применяемый в тяжёлых условий, где требуется высокая точность измерений. Принцип работы буйкового уровнемера схожа с работой поплавковых датчиков и основана на законе Архимеда. Некоторые модели способны измерять при температурах от -196 °С до + 500 °С и с давлением рабочей среды до 414 атмосфер. Чаще всего используются на нефтехранилищах и в химической промышленности.

    Микроволновый радарный уровнемер

    — универсальное устройство непрерывного измерения уровня жидкостей. Имеет все преимущества бесконтактного метода измерения и отличается крайне высокой точностью. Совместим со всеми жидкими средами, исключением в некоторых случаях может стать пена. Применяется в резервуарах с медленным изменением уровня жидкости, где важна высокая точность измерения.

    уровня применяются для бесконтактного контроля уровня жидкостей. Отличаются не высокой точностью измерения и низкой стоимостью. Нельзя применять в пенящихся жидкостях и ёмкостях в которых образуется газовая подушка.

    Оптические сигнализаторы уровня жидкостей

    — датчики небольшого размера, предназначенные для контроля уровня в небольших ёмкостях и резервуарах, находящихся под вибрацией.

    врезаются в ёмкость на требуемых уровнях. Используется в резервуарах с вязкими и пенящимися жидкостями, не боясь ложных срабатываний. Имеет среднюю точность и стоимость, относительно других сигнализаторов.

    Принципиальная схема вибрационного сигнализатора уровня

    предназначены для контроля уровня жидкости и сточных вод, а также слабоагрессивных жидких сред. Делятся на два типа – это поплавковые кабельные и поплавковые магнитные сигнализаторы. Уровень жидкости определяется путем механического перемещения герметичного полого поплавка на поверхности. При изменении высоты уровня срабатывает микровыключатель, и тем самым устройство сигнализирует об изменении высоты уровня. Как правило их применяют для включения/отключения насосов. Доступная цена и невысокая точность.

    Выбор уровнемера достаточно сложный процесс поэтому стоит доверять профессионалам. Наши менеджеры по продажам могут проконсультировать вас по вопросам выбора уровнемеры и подобрать идеально подходящий для вас вариант. Вам стоит только подготовить ответы на вопросы:

    1. Для какой среды нужен прибор – сыпучей или жидкой?
    2. Какая у вас область применения: вертикальный резервуар, открытый канал, измерение границы раздела фаз и пр.

    Обратившись к нам вы можете ознакомиться с популярными производителями и учесть все плюсы и минусы каждого:

    • Уровнемер OPW;
    • Уровнемер Sensor;
    • Уровнемер Veeder-root;
    • Уровнемер Струна;

    Как вы видите, существует большое разнообразие уровнемеров, и объясняется это многообразием задач измерения уровня продукта: продукты различного типа, условия различного типа, различная точность по измерению уровня, различная степень надежности и стоимости. Необходимо знать что в настоящее время универсального уровнемера не существует. Существует большое разнообразие модификаций датчиков и опций, позволяющих подобрать оптимальное для заказчика решение по измерению уровня продукта.

    Для получения консультации свяжитесь с нашим специалистом по телефону или отправьте запрос на электронную почту
    [email protected]Вернуться к списку

    Основные виды уровнемеров

    Уровнемеры классифицируются по режимам деятельности на устройства для непрерывного измерения или для дискретного контроля. Также они разделяются по типу измеряемого продукта на оборудование, предназначенное для жидкостей (нефтепродуктов, воды, растворов, суспензий) и для сухих сыпучих элементов (гранул, порошков).

    Приборы, предназначенные для контроля за уровнем жидкости, также классифицируются по принципу действия:

    • Электродные: проводится дискретный контроль рабочей среды с использованием ее электропроводности. Рабочая среда (электрический проводник) доходит до электрода, в результате чего электрическая цепь замыкается и возникает сигнал. При уменьшении количества рабочей среды цепь размыкается. В комплект может входить несколько электродов, и можно настраивать их разную длину. Это устройства простой конструкции, но они могут срабатывать только в электропроводных средах (например, в воде);
    • Емкостные. В основе – принцип определения емкости конденсатора, а в качестве конденсатора – изолированный электрод и стенки того резервуара, в котором он находится. При изменении уровня жидкости изменяется площадь (а значит, и емкость) такого конденсатора. С помощью таких уровнемеров можно проводить постоянный контроль рабочей среды на глубине до 50 м и при температуре до +250°С. Отличаются высокой чувствительностью;
    • Поплавковые. Уровень жидкости определяется путем механического перемещения герметичного полого поплавка на поверхности. При изменении высоты уровня срабатывает микровыключатель, и тем самым устройство сигнализирует об изменении высоты уровня. Эти устройства могут использоваться в баках с топливом и в цистернах с водой – иными словами, в емкостях с разными типами сред, вне зависимости от их температуры и плотности;
    • Магнитные. Представляют собой мерную трубку с поплавком и встроенным магнитом. Создается одинаковый уровень жидкости в резервуаре и трубке, а магнит в устройстве действует на магнитный указатель, установленный снаружи. Эти приборы могут применяться для разных типов жидкостей, за исключением нефтепродуктов;
    • Визуальные оснащены смотровым стеклом и часто применяются в паровых котельных или на химическом производстве;
    • Гидростатические могут быть врезными и погружными, позволяют измерять уровень даже при высоком давлении рабочей среды вне зависимости от типа жидкости. Подходят для однородных сред в водоемах, хранилищах, скважинах, промышленных резервуарах.

    Ультразвуковые датчики уровня

    Схема измерения, использующаяся для датчиков этого типа, соответствует рассмотренной в предыдущем разделе статьи. Локационный метод измерения применяется в ультразвуковом диапазоне длин волн.

    Полученные данные определяют разницу во времени между излученным передатчиком и принятым приемником сигналами. Используя данные о скорости распространения ультразвука в пространстве над поверхностью жидкости, анализирующее устройство определяет расстояние, пройденное сигналом, или уровень жидкости в резервуаре.

    Емкостной измеритель — преимущества для контроля уровня топлива в автомобильном баке

    Емкостной электронный датчик уровня топлива в баке монтируется по желанию автомобилиста. Он позволяет с максимальной точностью контролировать расход горючего, фиксировать количество дозаправок, а также факты несанкционированного слива. Измерительный блок данного устройства представляет собой конденсатор две вставленные одна в другую, но не соприкасающиеся между собой трубки. В верхней части они соединены к плате прибора. Полость между ними заполняется горючим. На конденсатор подается электроток. Удельное электросопротивление бензина ниже, чем у воздуха. Соответственно, чем меньше бензина, тем дольше заряжается конденсатор.

    Плата электронного датчика уровня топлива в баке подсчитывает время зарядки. На основании полученных данных вычисляется высота столба горючего как в конденсаторе, так и в самой емкости. Данный прибор подключается к GPS-трекеру и передает в систему мониторинга информацию о выполненных вычислениях. Она поступает в зависимости от настроек пользователя — или в режиме реального времени или с определенной периодичностью.

    Автоматизация с помощью датчиков уровня

    У нас есть готовые решения по автоматизации и диспетчеризации водоканалов, а также по мониторингу и контролю КНС, за коллекторами предприятий и по контролю за сбросом не охлажденной воды от ТЭЦ. Системы автономные и имеют архив.

    Мы предлагаем системы централизованного наблюдения и управления скважинами и работой насосных механизмов. Использование наших приборов и систем позволяет пользователю получать достоверные данные о дебете скважины, расходе, уровне, давлении и прочих параметров.

    Мы поставляем защищенный КИП. В том числе датчики уровня жидкости со взрывозащитой и искробезопасные преобразователи и реле для самых разных отраслей промышленности. Например, наши приборы способны функционировать при температуре воздуха ниже – 35*С или на опасном нефте перерабатывающем участке производства.

    Среди наших заказчиков почти все регионы России, например, города: Санкт‐Петербург, Москва, Новый Уренгой, Мурманск, Брянск, Нижний Новгород, Великий Новгород, Екатеринбург, Голицыно, Ханты‐Мансийск, Архангельск, Старый Оскол, Черкесск.

    Каждый датчик уровня жидкости, представленный в нашем ассортименте, имеет надлежащую спецификацию и информацию о принципах действия и рекомендациях к применению, с которыми вы можете ознакомиться, прежде чем сделаете заказ. Это поможет вам определиться с выбором и познакомиться с возможностями каждого вида автоматики. Если вы затрудняетесь в выборе и хотите получить более широкую информацию по конкретным видам датчиков, преобразователей и реле уровня жидкости, наши квалифицированные специалисты предоставят вам необходимую консультацию.

    «Полтраф СНГ» осуществляет поставки в Санкт-Петербурге, Москве, а также в другие регионы России и по странам СНГ.

    Читайте также:  Единиц измерения избыточного давления

    Мониторинг уровня вод с использованием гидростатических датчиков уровня жидкости

    Современную промышленность сложно представить без систем автоматизации и управления, значительную часть в которой занимают датчики, преобразователи и реле уровня жидкости. Они предназначены для установки в различных резервуарах для определения уровня жидких сред. Основное распространение этот вид датчиков получил в пищевой, химической и фармацевтической промышленности, а также при производстве промышленного и бытового оборудования (стиральных, посудомоечных машин, систем фильтрации и подачи воды и т. д.).

    В зависимости от принципа действия датчики, преобразователи и реле уровня жидких сред классифицируют на два типа: контактные (поплавкового типа) и бесконтактные (электромагнитные, волоконно-оптические, емкостные, частотные, гидростатические и ультразвуковые).

    Выбор датчиков уровня (уровнемеров)

    В ассортименте продукции вы можете купить датчики, преобразователи и реле уровня воды для измерения как одного заданного уровня, так и для непрерывного отслеживания изменения уровня воды в резервуаре. Это дает возможность автоматизировать сложные технологические системы и значительно упрощать производственный процесс, или работу оборудования.

    Точность проводимых измерений, а также надежность и стоимость автоматики, напрямую зависят от типа датчика, а также условий его эксплуатации. Так, например, емкостные измерители уровня жидкости применяются в особо сложных условиях, для чего они дополнительно оснащены системами защиты от короткого замыкания и переполюсовки при подключении питания.

    Пьезоэлектрические датчики уровня жидкости допускают использование при измерении любых типов жидкостей, включая возможность образования пара или пены. Наиболее недорогими типами датчиков являются ультразвуковые или радарные датчики жидкости, которые также отличаются высокой надежностью и защищенным от внешнего воздействия корпусом. Однако точность измерений такого датчика может составлять около +/− 3 мм.

    Для сравнения волоконно-оптические датчики уровня жидких сред, цена которых значительно выше, чем у емкостных, обеспечивают точность +/− 0,5 мм. Кроме того оптические датчики позволяют выполнять измерения как в чистой так и в мутной жидкости. Датчики, преобразователи и реле уровня жидкости могут также быть отечественного и импортного производства, что также определят их стоимость.

    Источник

    Измерение уровня. Методы, способы измерения уровня. Выбор уровнемера

    Чтобы гарантировать безопасность и рентабельность технологических процессов, их необходимо оснастить измерительными приборами, способными обеспечить надежное и точное измерение уровня. Основной задачей измерения уровня является определение положения поверхности среды внутри хранилища, реактора или резервуара другого назначения. Точнее, измерение уровня заключается в определении линейного расстояния по вертикали между точкой отсчета (которая обычно совпадает с дном емкости) и поверхностью жидкости, сыпучей среды, или границей раздела двух жидкостей. Точное измерение уровня жидкости в емкости, реакторе или ином резервуаре имеет большое значение для многих технологических процессов.

    Измерение уровня часто используются при коммерческом учете. Для обеспечения контроля ресурсов погрешность измерений имеет особое значение; для измерения уровня существуют различные типы приборов и систем. Каждый из них предназначен для измерения уровня с конечной погрешностью, хотя значение погрешности и принципы работы прибора могут отличаться. Любое измерение уровня предполагает взаимодействие между чувствительным элементом прибора или системой, и продуктом, содержащимся внутри резервуара.

    В следующих разделах рассматриваются наиболее распространенные задачи по измерению уровня, а также разъясняется порядок применения различных методов измерений. При этом затрагиваются важные аспекты, которые следует учитывать при выборе устройства или системы измерения уровня для конкретного применения, а также преимущества и ограничения средств измерения уровня.

    1. Для чего измеряется уровень?

    1.1 Технологический учет запасов

    Основной причиной для измерения уровня является необходимость отслеживать количество продуктов в единицах объема или массы. Промышленные требования по технологическому учету постоянно ужесточаются. Измерение уровня является одним из ключевых компонентов системы учета резервуарных парков для обеспечения надежного и точного управления запасами сырья и готовых продуктов.

    К другим измерениям, выполняемым при технологическом учете, относятся измерение температуры, давления и уровня подтоварной воды. За последние несколько лет учет запасов приобрел особое значение не только для оперативного персонала, но и для компаний в целом, включая руководителей и лиц, ответственных за материальный учет и анализ непроизводительных потерь. Это является результатом повышенного внимания к вопросам безопасности, стоимости владения и стоимости продукции. В подавляющем большинстве случаев для задач учета запасов требуется погрешность измерения уровня не более ±3 мм.

    1.2 Коммерческий учет

    Во многих случаях расчет количества покупаемого или продаваемого продукта (передаваемого на ответственное хранение) основывается на значении уровня продукта, по которому рассчитывается либо объем или масса (с применением математических уравнений или градуировочных таблиц, см. стр. 12). При коммерческом учете требования к погрешности уровнемера очень высоки, так как величина погрешности порядка 3 мм может привести к очень значительной ошибке при вычислении объема.

    Для учета должны использоваться приборы утвержденного образца, точность которых, как правило, превышает 1 мм. Руководящие указания и рекомендации по применению приборов измерения уровня для коммерческого учета приводятся в международных стандартах.

    1.3 Эффективность технологических процессов

    Точное измерение уровня повышает эффективность. Например, если в резервуарном парке необходимо постоянно иметь в наличии определенное количество сырья, а у резервуаров не используется их полная емкость, предприятие будет нести расходы на приобретение и обслуживание дополнительных резервуаров хранения. Показанные на Рисунке 1.1 резервуары могут принять дополнительные 60 объемных единиц продукта прежде, чем потребуется приобретение нового резервуара для расширения парка. Эффективное использование объема предотвращает дополнительные расходы на приобретение дополнительных резервуаров.

    Рис. 1.1: Эффективность хранения

    1.4 Безопасность

    Измерение уровня осуществляется также с целью обеспечения безопасности. Наполнение открытых резервуаров сверх расчетной емкости может создать угрозу для безопасности — перелив (переполнение). Если в резервуарах хранятся едкие, химически активные, горючие или токсичные материалы, перелив или создание повышенного давления может вызвать катастрофические последствия. У резервуаров с продуктами такого типа важно также контролировать уровень для уверенности в отсутствии утечек. Кроме того, предупреждение переливов и обнаружение утечек важно для удовлетворения требований природоохранного законодательства.

    1.5 Равномерная подача

    Во многих технологических процессах необходимо обеспечить равномерную подачу продукта на входе и выходе. Обеспечение постоянства подачи может быть затруднено из-за колебаний скорости потока или давления в подающей линии. Резервуар, помещенный между источником и технологическим процессом, может выступать в качестве буферной емкости и обеспечить постоянство потока на выходе независимо от флуктуаций на входе (Рисунок 1.2). Если технологический уровень в накопительном резервуаре постоянно поддерживается в заданном диапазоне, то интенсивность подачи на входе резервуара может возрастать и уменьшаться, не оказывая влияния на интенсивность подачи из резервуара в технологический процесс.

    Постоянство подачи непосредственно влияет на качество продукции в целлюлозно-бумажной промышленности, так как этим обеспечивается одинаковая толщина всех выпускаемых листов бумаги.

    Рис. 1.2: Обеспечение равномерной подачи

    2. Терминология измерений уровня

    Значение уровня выражается, как правило, в единицах длины. Уровень может также быть выражен в % от значения, соотвествующего полному резервуару или в % от диапазона измерений. Например, уровень в резервуаре на Рисунке 2.1 может быть представлен, как 2,7 м, 90% от полной емкости или 50% от диапазона измерений. Диапазон измерений — это расстояние между низшим и высшим значениями, измеряемыми датчиком уровня (LT) в конкретном применении. На Рисунке 2.1 диапазон измерений от 8 до 10 футов (2,45 — 3 метра).

    Рис. 2.1: Измерение уровня

    2.1 Индикация и регулирование

    Индикатор уровня обеспечивает местное отображение уровня. Индикатор требует присутствие оператора, для считывания его показаний и выполнения соответствующих операций. Системы, в которых используются индикаторы уровня, называются разомкнутыми системами управления. Индикаторы также часто используются в качестве вспомогательного средства при калибровке автоматических систем управления.

    Автоматические системы управления, или системы с обратной связью, могут регулировать уровень в резервуаре. Уровенмер, оснащенный средствами дистанционной передачи измерительной информации, генерирует сигнал, пропорциональный уровню в резервуаре. Этот сигнал передается в регулятор, который воздействует на исполнительные устройства (клапаны или насосы), которые, в свою очередь, управляют расходом продукта на входе и выходе резервуара. Резервуары с автоматическим управлением могут также оснащаться индикаторами для измерения уровня.

    Точное измерение уровня жидкости в емкости, реакторе или ином резервуаре имеет большое значение для многих технологических процессов. Для обеспечения качественного управления процессом важно обеспечить измерение уровня с конечной погрешностью. В данном разделе представлены принципы работы средств измерения уровня и техническая терминология, а также, каким образом на основании измерений уровня можно определить другие свойства среды (например, объем и плотность).

    2.2 Система управления резервуарным парком, непрерывное и дискретное измерение уровня

    Система управления резервуарным парком

    Система управления резервуарным парком применяется в случаях, когда на предприятие закзачика поступает сырье, которое хранится в накопительных резервуарах, а также при отгрузке готовой продукции, то есть когда есть задача технологческого или коммерческого учета запасов сырья/готовой продукции. Высота резервуаров обычно составляет от 10 до 30 метров. В некоторых случаях они бывают и меньших размеров, например, резервуары для присадок. Требования к погрешности измерения достаточно высоки — порядка .3 мм.

    Типичные области применения систем управления резервуарными парками:

    • Большие резервуарные парки на нефтебазах, нефтяных терминалах и нефтепроводах;

    • Резервуары для хранения сырья / промежуточного продукта / готовой продукции на нефтеперерабатывающих предприятиях;

    • Большие емкости для хранения сырья и готовой продукции на химических и асфальтовых заводах, электростанциях и топливных складах аэропортов.

    Обычно в системе управления резервуарным парком, кроме уровня, выполняются измерение температуры, давления и уровня подтоварной воды. В систему управления парком включается оборудование связи, рабочие станции и программное обеспечение. Измеренные значения используются для расчета полезного объема, передаваемого потребителю (в коммерческих целях), учета запасов, для решения эксплуатационных задач и обеспечения безопасности. Измереннные значения часто используются для оформления коммерческих документов и должны быть очень точными, воспроизводимыми и надежными, полностью отвечая требованиям стандартов API MPMS 3.1 В и OIML R85, или национальных норм точности. Обладая инструментальной погрешностью +/-0.5 мм, система управления резервуарным парком от Rosemount соответствует требованиям этих международных стандартов к погрешности измерений и одобрена органами государственного регулирования многих стран.

    Уровнемеры непрерывного измерения

    В технологических процессах чаще применяются уровнемеры с непрерывным выходным сигналом. Как правило, в системе управления измеряемый уровень является независимым входным сигналом. При этом надежность и воспроизводимость показаний имеют большее значение, чем погрешность измерения. Требуемая погрешность измерений обычно составляет 5..10 мм.

    Уровнемеры с непрерывным выходным сигналом востребованы во многих отраслях промышленности — химической, нефтегазодобывающей, энергетической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, горнодобывающей, фармацевтической, в производстве продуктов питания и других технологических процессах. Резервуары в технологических процессах отличаются широким разнообразием размеров и формы, но высота большинства из них не превышает 18 м. Во многих случаях измерение уровня выполняется в выносной камере, устанавленной снаружи резервуара, рядом с участком, где необходимо знать значение уровня.

    Условия измерения могут разниться, в зависимости от положения, которое резервуар занимает в технологическом процессе. Промежуточные резервуары, отстойники являются достаточно простыми для измерения уровня. Измерение уровня в выносной камере также является распространненым случаем измерения уровня, в реакторах и резервуарах-смесителях существуют некоторые сложности.

    Точечное измерение уровня

    Сигнализаторы уровня часто применяются в дополнение к уровнемеру с непрерывным выходным сигналом для сигнализации верхнего и нижнего уровней. Сигнализаторы могут использоваться и самостоятельно для индикации заполненного или пустого состояния резервуара. Выбор типа сигнализатора определяется условиями механического монтажа, а также особенностями технологического процесса.

    Выбор метода измерения с учетом применения

    Понимание всех требований заказчика упрощает выбор средств дискретного/непрерывного измерения уровня для системы контроля параметров в резервуаре. В Главе 4 рассмтаривается ряд вариантов применений, приведены рекомендации по выбору подходящих методов измерения, ключевая информация по монтажу и рассмотрен передовой опыт применения уровнемеров различных типов. Так как рассматривать все возможные варианты применения практически нецелесообразно, приведенные в этой главе применения были выбраны с целью дать обзор наиболее распространенных решений, встречающихся во многих отраслях промышленности, а также некоторые из задач, которые сопряжены с некоторыми проблемами по измерению. Кроме того, приводятся примеры с применением различных методов измерений. Однако окончательное решение по выбору технологии будет зависеть от сочетания условий эксплуатации, ограничений по монтажу и возможностям метода измерения.

    2.3 Контактные и бесконтактные измерения

    При контактных измерениях часть измерительной системы находится в непосредственном контакте с содержимым резервуара. Примерами контактных методов измерения являются волноводные, поплавковые уровнемеры и метрштоки.

    При бесконтактных измерениях ни одна из частей измерительной системы не находится в непосредственном контакте с содержимым емкости.

    Бесконтактные методы предпочтительны в случаях, когда измеряемая жидкость обладает особо абразивными, вязкими или коррозионными свойствами, имеет склонность к кристаллизации, либо загрязнена.

    2.4 Измерения «сверху» и «снизу»

    Измерение «сверху вниз» обеспечивает меньше возможностей для утечек (Рисунок 2.2) и позволяет установить или демонтировать измерительные приборы без опорожнения резервуара (например, радарный уровнемер). Нисходящие измерения могут выполняться в контакте или без контакта с технологической жидкостью.

    Приборы для измерения уровня, в которых используются датчики давления, относятся к системам, реализующим измерение «снизу». Уровнемер, реализующий такой принцип измерения, обычно соприкасается с технологической средой (например, датчик перепада давления).

    Рис. 2.2: Измерение «сверху» и измерение «снизу»

    2.5 Прямое и косвенное измерение уровня

    Прямое измерение уровня реализуется в случае непостредтвенного измерения расстояния до поверхности. Например, пользуясь щупом для проверки уровня масла в двигателе автомобиля, Вы выполняете прямое измерение. Результаты прямого измерения не зависят от каких-либо других параметров технологического процесса.

    Косвенное измерение, называемое также расчетным, подразумевает определение значения переменной, не являющейся уровнем, с последующим преобразованием полученного результата в значение уровня жидкости. Например, в датчиках давления для вычисления уровня используются значения массы и удельного веса жидкости.

    2.6 Плотность

    Плотность — это масса единицы объема материала. Плотность чаще всего выражается в килограммах на кубический метр (кг/м3). Часто для выражения плотности используется величина удельного веса — плотность среды по отношению к плотности воды.

    Читайте также:  Измерь с помощью транспортира данные углы вак вам кам cam

    Удельный вес

    Удельный вес — это отношение плотности материала к плотности воды при одинаковой исходной температуре. Вода имеет плотность 1,00 г/см3 при температуре 4 °C. Глицерин, соединение, часто используемое в составе мыла, имеет плотность 1,26 г/см3. Таким образом, при одинаковой температуре удельный вес глицерина равен 1,26.

    2.7 Объем

    Объем — это пространство, занимаемое данным количеством материала, и уровень часто используется для вычисления объема. Объем обычно выражается в галлонах, литрах, кубических метрах или баррелях. Определение объема по значению уровня — это наиболее распространенный вид расчетов.

    При определении объема сначала выполняется измерение уровня в резервуаре, после чего рассчитывается величина объема на основании геометрических данных резервуара.

    В электронных модулях многих уровнемеров хранятся данные о геометрии резервуаров распространенных типов, что позволяет получить выходной сигнал в единицах объема.

    В других случаях вычисление объема может осуществляться в распределенной системе управления (РСУ) или программируемом логическом контроллере (ПЛК), либо определяться по таблицам преобразования значений уровня в объем.

    На следующей странице приведены соотношения между уровнем объемом для ряда распространенных форм резервуаров:

    Рис. 2.3: Вертикальный цилиндр

    Рис. 2.4: Горизонтальный цилиндр

    Рис. 2.5: Сфера

    Рис. 2.6: Вертикальный буллит

    Рис. 2.7: Горизонтальный буллит

    Резервуары с выпуклыми днищами

    Резервуары с выпуклыми днищами не имеют стандартной формы (Рисунок 2.8). Поэтому объем эти резервуаров нельзя получить путем строгих геометрических расчетов. В этом случае для определения объема используются градуировочные таблицы.

    Рис. 2.8: Резервуары с выпуклыми днищами

    Градуировочные таблицы

    Вычисление объема по значению уровня и геометрии резервуара обеспечивает достаточную точность для потребностей большинства пользователей. Однако в некоторых случаях резервуар может иметь неправильную форму, что делает практически невозможным вывод математического соотношения между уровнем и объемом. В таких случаях объем может быть рассчитан по значению уровня и по градуировочной таблице.

    В градуировочной таблице устанавливается взаимосвязь между объемом и рядом дискретных значений уровня в резервуаре (Рисунок 2.9). Градуировочные таблицы обычно получают путем добавления известного объема продукта в резервуар с последующим измерением уровня, соответствующего этому объему (ручная привязка). Измеренные значения объема и уровня записываются в градуировочную таблицу. Впоследствии, при необходимости определить объем жидкости, выполняется измерение уровня и по градуировочной таблице определяется соответствующее значение объема.

    Рис. 2.9: Градуировочная таблица

    Градуировочные таблицы могут содержать лишь несколько точек для описания формы резервуара, или состоять из сотен пар значений уровень/объем. Большее количество точек используются для крупных резервуаров, которые могут изменять форму при заполнении. Если измеряемое значение уровня попадает в промежуток между двумя точками в таблице, объем определяется методом интерполяции по двум точкам. Как правило, градуировочные таблицы имеют меньший шаг значений уровня в тех областях резервуара, где зависимость между уровнем и объемом нелинейна. Например, на Рисунке 2.9 градуировочные точки сосредоточены вблизи днища резервуара. Это способствует увеличению разрешающей способности таблицы и уменьшению погрешности измерений.

    Существует несколько причин для корректировки показаний уровнемера по градуировочной таблице.

    При наливе продукта в резервуар его боковые стенки деформируются. Деформация резервуара вызывает дополнительную погрешность в расчетах, основанных на неизменной геометрии резервуара. Величина погрешности зависит от степени деформации. Градуировочные таблицы часто используются для устранения погрешности, возникающей из-за деформации резервуара (Рисунок 2.11).

    Кроме того, в градуировочных таблицах содержатся зависимости уровень/объем для резервуаров неправильной формы (Рисунок 2.9) или для резервуаров с внутренним оборудованием (Рисунок 2.10).

    Рис. 2.10: Резервуар с внутренним оборудованием

    В некоторых случаях (например, при хранении или транспортировке нефти) ошибки, связанные с деформацией резервуара, могут привести к завышению или занижению сумм, выставляемых поставщиками к оплате потребителям.

    Рис. 2.11: Ошибка из-за вздутия резервуара

    2.8 Масса

    Масса, как количество вещества, содержащегося в объекте, часто отождествляется с весом. Масса обычно выражается в килограммах, граммах, тоннах или фунтах. Масса не подвержена влиянию температуры. Так, 30 кг нефти при температуре 10 °С — это та же масса при 30 °С. Однако общий объем нефти может измениться в результате теплового расширения.

    Если известна плотность материала, то массу можно рассчитать при помощи следующего уравнения, предварительно определив объем на основании измерений уровня:

    Масса = Плотность x Объем

    Некоторые приборы для измерения уровня могут измерять массу непосредственно (например, тензодатчики).

    2.9 Граница раздела сред

    Граница раздела — это слой между двумя несмешиваемыми (не поддающимися перемешиванию) жидкостями с различной плотностью (например, нефть и вода). Измерение поверхности раздела сред позволяет определить положение границы между жидкостями с различной плотностью, хранящимися в одном и том же резервуаре. Например, если поместить нефть и воду в один и тот же резервуар слой нефти держится на поверхности воды. Граница раздела между двумя жидкостями — это верхний уровень воды и нижний уровень нефти (Рисунок 2.12).

    Уровень поверхности раздела часто используется для откачки из резервуара только верхнего продукта. Измерение положения границы раздела позволяет определить момент прекращения откачки продукта.

    Рис. 2.12: Граница раздела сред

    Измерение положения границы раздела может также использоваться в сепараторе для управления расходом верхней и нижней жидкостей на выходе из резервуара при минимальном уровне загрязнения.

    Рис. 2.13: Измерение уровня и положения границы раздела сред в сепараторе

    3. Выбор уровнемера

    В связи с большим разнообразием приборов для измерения уровня выбор подходящего уровнемера для конкретной прикладной задачи может быть затруднен. Несмотря на то, что большинство методов измерения уровня можно использовать в различных технологических процессах, не существует универсального уровнемера, пригодного для всех случаев. Однако, задавая правильные вопросы и уточняя основные требования технологических процессов, заказчик может значительно сузить круг поиска и определить, какой уровнемер будет лучше всего работать в том или ином случае.

    3.1 Зачем необходимо измерять уровень?

    Вам необходима индикация уровня продукта, или желательно точно знать, какое количество продукта находится в резервуаре?

    Ответ на этот вопрос покажет, какая информация должна поступать от уровнемера и какой тип измерений необходим (например, измерение массы или дискретный контроль). Например, если закачик хочет предотвратить перелив или узнать, когда возникнет необходимость пополнения резервуара, то сигнализатора уровня будет вполне достаточно. Если же необходимо поддерживать объем продукта в резервуаре в определенных пределах, потребуется уровнемер с непрерывным выходным сигналом. Если закачику необходимо знать расход продукта в тоннах, нужны измерения массы. При необходимости организовать управление материальными запасами или коммерческий учет потребуется полноценная система контроля параметров в резервуаре.

    3.2 Нужно ли измерять уровень границы раздела сред?

    Перед тем, как приступить к выбору прибора для измерения уровня границы раздела сред, необходимо принять во внимание ряд факторов.

    Для измерения границы раздела можно применять уровнемеры двух типов — волноводный уровнемер и датчик перепада давления. Ниже приводятся некоторые соображения, которые следует учесть при выборе одного из этих методов.

    Волноводный уровнемер

    Измерение положения границы раздела сред, основанное на различии диэлектрических постоянных двух жидкостей

    Примеры типичных прикладных задач: нефть поверх воды, нефть поверх кислоты, органические растворители с низкой диэлектрической постоянной поверх воды или кислоты. К растворителям с низкой диэлектрической постоянной относятся толуол, бензол, циклогексан, гексан, терпентин и ксилол.

    • Жидкость с низкой диэлектрической постоянной должна находиться сверху;

    • Перепад значений диэлектрических постоянных жидкостей должен составлять не менее 10;

    • Диэлектрическая постоянная верхнего продукта должна быть известной (ее можно определить в условиях эксплуатации);

    • Максимальная толщина слоя верхнего продукта зависит от диэлектрической проницаемости материала;

    • Для определения границы раздела сред толщина верхнего слоя жидкости должна быть от 10 см до 20 см, в зависимости от модели уровнемера

    и типа зонда. За подробной информацией обратитесь к разделу 5 «Рекомендации по монтажу волноводных уровнемеров»;

    • Типовое применение: верхний продукт с низкой диэлектрической постоянной (менее 3), нижний продукт с высокой диэлектрической постоянной (более 20);

    • Возможно одновременное измерение уровня и уровня границы раздела сред;

    • На измерение уровня границы раздела может повлиять наличие эмульсионного слоя. Результаты измерений будут зависеть от смешиваемых жидкостей. В большинстве случаев положение поверхности раздела определяется по верхней границе эмульсионного слоя. Тонкие эмульсионные слои (толщиной до 50 мм) не оказывают влияние на измерение.

    Рис. 3.1: Измерение границы раздела сред волноводным уровнемером

    Датчик перепада давления

    Измерение уровня границы раздела сред, основанное на различии плотности двух жидкостей

    • Датчик перепада давления;

    • Измерение уровня границы раздела сред, основанное на различии плотности двух жидкостей;

    • Обе мембраны датчика давления должны быть под жидкостью;

    • Расстояние между отводами (L) x Разность удельных весов = Перепад давления;

    Рекомендуемая величина перепада давления не менее 500 мм водяного столба;

    Возможно только измерение уровня раздела сред;

    Наличие эмульсионного слоя или нечеткая граница раздела не влияет на измерения.

    Рис. 3.2: Измерение границы раздела датчиком дифференциального давления

    3.3 Каковы условия внутри резервуара?

    Необходимо ли уровнемеру работать в условиях высокого давления и температуры?

    Уровнемеры некоторых типов могут достаточно надежно работать при высоком давлении и высокой температуры, в то время как возможности других ограничены. На выбор типа уровнемера влияют допустимые пределы рабочих давления. В Таблице 3.1 приведены допустимые пределы рабочих парметров для некоторых наиболее распространенных типов уровнемеров.

    У некоторых уровнемеров устойчивость к воздействию параметров процесса достигается за счет ухудшения измерительных характеристик. Многие уровнемеры могут иметь повышенную погрешность измерения при колебаниях температуры технологического процесса.

    Каково состояние поверхности, если поверхность неспокойная — какова причина — налив, перемешивание? Образуется ли пар или другие испарения над поверхностью продукта?

    Измерение уровня приборами, рализующими измерение «сверху» может быть затруднено из-за неспокойного состояния поверхности или наличия паров. Например, принцип работы некоторых уровнемеров основывается на отражении сигнала от поверхности продукта. Неспокойная поверхность продукта или пары могут ослаблять сигнал, либо привести к отсутствию отражения от поверхности. Состояние поверхности и парогазовой фазы в резервуаре в меньшей степени влияют на уровнемеры, реализующие принцип измерения «снизу».

    Присутствуют ли в резервуаре границы раздела сред, градиент температуры продукта, пена, взвешенные частицы?

    Наличие границы раздела сред, неравномерности температуры, пены, взвешенных частиц или препятствий внутри резервуара может повлиять на достоверность результатов, в зависимости от выбранного метода измерений. Например, взвешенные частицы могут вызывать засорение чувствительных элементов. Наличие пены требует особого внимания, так как одним заказчикам требуется измерение уровня поверх слоя пены, а другим — под ним.

    Имеются ли какие-либо ограничения по монтажу в резервуаре?

    Следует, по возможности, использовать существующие отводы и патрубки резервуара. В некоторых случаях монтаж затруднен из-за наличия стеклянной футеровки или сдвоенных стенок в резервуаре. У небольших емкостей меньше доступное пространство для монтажа. Доступ к резервуарам может быть ограничен из-за расположения под землей, либо из-за близкого расположения резервуаров друг к другу, из-за высоты помещения, из-за наличия термизоляции/подогрева. Плавающая крыша в резервуаре может ограничить монтаж уровнемеров, реализующих измерение «сверху».

    Должен ли прибор монтироваться в выносной камере?

    Камеры обеспечивают доступ к уровнемерам для калибровки или устранения неисправностей без остановки технологического процесса. Кроме того камера может быть установлена так, чтобы охватывать интересующий диапазон уровней, вместо измерения уровня во всем резервуаре. Диаметр отводных труб должен быть достаточным для обеспечения свободного сообщения камеры и резервуара и достоверного измерения уровня в резервуаре. По этой же причине расстояние между резервуаром и камерой должно быть минимальным.

    Для того чтобы температура жидкости в камере была как можно ближе к температуре в резервуаре, может потребоваться ее теплоизоляция или обогрев.

    Таблица 3.1: Рабочие пределы давления и температуры

    Принцип измерения

    Давление*

    Температура

    Радиоизотопный

    Емкостной

    Буйковый

    Датчик давления с выносными мембранами

    Датчик давления

    Ультразвуковой бесконтактный уровнемер

    Бесконтактный радар

    Волноводный уровнемер

    Вибрационный сигнализатор

    Поплавковый сигнализатор

    * Полный вакуум = -1 бар; атмосферное давление = 0 бар

    ** Верхний предел температуры для уплотнений в вакуумных установках ограничен.

    3.4 Каковы условия эксплуатации?

    Какое влияние будут оказывать условия окружающей среды на технические характеристики прибора?

    При монтаже внутри помещения обеспечивается достаточно стабильная окружающая среда с минимальными колебаниями температуры и постоянной влажностью. Уровнемеры, установленные на резервуарах вне помещений, в большей степени подвержены воздействию температуры и влажности. К другим внешним факторам, которые следует учитывать, относятся вибрация, электромагнитные помехи, и переходные процессы (импульсные помехи, вызванные грозовыми разрядами). Блоки защиты от переходных процессов и надежное заземление позволяют организовать достаточную защиту от переходных процессов.

    3.5 Каковы характеристики продукта?

    Уровнемеры одного типа не могут одинаково хорошо работать во всех возможных технологических процессах. Для применения в процессах с агрессивными технологическими жидкостями могут потребоваться уровнемеры, смачиваемые части которых изготовлены из специальных материалов. В таком случае, убедитесь, доступны ли подобные материалы у выбранного поставщика контрольно-измерительного оборудования, не исключено, что лучшим выбором будет бесконтактный уровнемер.

    Особенности технологического процесса могут по-разному влиять на уровнемеры различного типа:

    • Вязкий продукт может забивать чувствительные элементы некоторых уровнемеров;

    • Пыль, пена и пары могут мешать распространению измерительного сигнала;

    • Изменение плотности продукта вызывает дополнительную погрешность в работе датчиков давления, если не применяется компенсация;

    • Изменение диэлектрической постоянной (электрохимическое свойство жидкости, обусловленное ее способностью передавать электрический заряд от одного тела другому) влияет на работу емкостных уровнемеров;

    • Отложения продукта могут повлиять на чувствительность уровнемеров контактного типа;

    • Сыпучие материалы имеют тенденцию к слеживанию и, как правило, не образуют плоскую поверхность. Выберите, в какой точке конуса/воронки будет измеряться уровень, и убедитесь, что значение уровня в этой точке обеспечивает достоверное представление об уровне среды в бункере.

    3.6 Каковы требования к погрешности измерений в данном применении?

    Как определяется погрешность уровнемера?

    Уровнемер, который хорошо работает в небольшом резервуаре, может не обеспечить требуемую погрешность измерений в большем резервуаре. Например, относительная погрешность 0,1 % от диапазона измерений обеспечивает абсолютную погрешность уровня ±1,5 мм в резервуаре высотой 1,5 м. Этот же уровнемер обеспечивает погрешность ±15 мм в резервуаре высотой 15 м.

    Для уровнемеров, реализующих измерение «сверху», например, радарных уровнемеров, указывается либо величина абсолютной погрешности (±3 мм), либо относительная погрешность, приведенная к измеряемому расстоянию. Следует принимать во внимание и дополнительную погрешность, возникающую из-за воздействия прочих факторов, в частности, из-за влияния температуры.

    Необходима ли низкая погрешность измерения?

    В некоторых случаях первостепенной задачей может быть способность обеспечить надежность измерений.

    В других случаях воспроизводимость измерений, то есть способность обеспечить неизменный результат при неоднократном измерении стабильного уровня, может иметь гораздо большее значение, чем низкая погрешность.

    В системах управления резервуарными парками (для коммерческого учета и управления запасами) применяется большое число уровнемеров с самой низкой погрешностью, высокой стабильностью и воспроизводимостью измерений. Без обеспечения высоких измерительных характеристик влияние погрешности измерения на финансовую деятельность может быть очень велико, и было бы невозможно соблюдать требования международных и национальных стандартов к организации коммерческого учета.

    3.7 Какие требования предъявляются к уровнемерам?

    Какие виды сертификатов необходимы?

    Сертификация для эксплуатации в опасных зонах должна отвечать местным требованиям. Для многих приборов может оказаться достаточным соблюдение

    стандарта по взрывобезопасности, но для эксплуатации на некоторых предприятиях или установках может потребоваться сертификат искробезопасности или другие виды сертификатов. В других случаях может потребоваться обеспечить соответствие санитарным требованиям.

    Имеется ряд действующих национальных стандартов на соответствие систем коммерческого учета и управления материальными запасами местным метрологическим требованиям. Основным международным стандартом для коммерческого учета является OIML R85 в обновленной редакции R85:2008.

    Каковы требования к выходным сигналам?

    Наиболее распространенным выходным сигналом является непрерывный аналоговый сигнал 4-20 мА, не смотря на широкое распространение промышленных цифровых протоколов передачи данных. Кроме того, приобретает популярность беспроводная передача сигналов. В некоторых случаях необходимы сигнализаторы для оповещения операторов и реализации системы противоаварийной защиты.

    Для обеспечения высокого разрешения и низкой погрешности в системах управления резервуарными парками необходимо использовать полевые шины для передачи информации от полевых приборов в распределенную систему управления.

    Какие источники питания используются?

    Большинство приборов работает с питанием 12-24 В постоянного тока, хотя встречаются приборы, работающие от сети переменного тока 110..220 В. Некоторые приборы способны работать на пониженном напряжении питания или в беспроводных сетях с питанием от батарей.

    3.8 Каковая совокупная стоимость прибора?

    Цена уровнемера имеет большое значение, но не меньшее внимание следует уделять затратам на монтаж и техническое обслуживание. В целом, недорогие уровнемеры (как правило, механические), требуют большего объема технического обслуживания. Более сложные электронные приборы зачастую стоят дороже, но расходы на их техническое обслуживание значительно ниже. Первоначальная стоимость некоторых типов уровнемеров уменьшается по мере увеличения их технических возможностей и распространения на рынке средств измерения.

    Еще одним фактором стоимости является срок службы уровнемера. Недорогой прибор, который нуждается в частой замене, может потребовать намного больших затрат, чем более дорогой, но и более долговечный, надежный и более подходящий к условиям эксплуатации уровнемер. В общем случае, уровнемеры с более высокими рабочими характеристиками стоят дороже.

    3.9 Каковы условия работы оператора?

    И наконец, рассмотрим удобство эксплуатации устройства.

    Будет ли выбранный метод измерений понятен людям, которым придется пользоваться им повседневно?

    Будет ли обеспечиваться простота установки, калибровки и технического обслуживания уровнемера?

    Несмотря на то, что производительность и инженерные вопросы имеют решающее значение, удобство повседневной эксплуатации уровнемера может оказаться ключевым фактором для окончательного выбора и долговременного применения прибора.

    4. Классификация методов измерения уровня

    Существует много методов измерения уровня. Доступен выбор от простых ручных методов до более совершенных, не требующих контакта с измеряемым продуктом. Некоторые методы могут иметь варианты исполнения как для непрерывного, так и для дискретного измерения уровня. Если объединить приборы для измерения уровня с общими характеристикам в группы, то можно выделить следующие четыре категории:

    В данном разделе рассмотрена каждая из групп приборов, и подробно рассматриваются их функции, преимущества и недостатки.

    4.1 Ручные / механические

    Приборы, относящиеся к категории ручных/механических, не формируют электрических выходных сигналов. Оператор использует прибор для визуальной индикации количества продукта в резервуаре. Примерами приборов для измерения уровня этой категории являются смотровые окна или метршток. Эти приборы недороги, но не могут работать автоматически.

    4.2 Электромеханические

    Приборы электромеханической категории представляют собой механизмы с множеством движущихся деталей, которые генерируют электрические выходные сигналы.

    В отличие от ручных/механических приборов, электромеханические уровнемеры обеспечивают дистанционную передачу измерительной информации. Приборы с подвижными частями, как правило, требуют большого объема технического обслуживания. При воздействии на электромеханические уровнемеры липких, вязких или агрессивных сред создаются условия для загрязнения и коррозии подвижных механических частей, в результате его они часто требуют очистки и ремонта. Примером прибора для измерения уровня этой категории является буйковый уровнемер.

    4.3 Электронные контактные

    Приборы, относящиеся к категории электронных контактных приборов, не имеют подвижных частей. Несмотря на то, что электронные контактные уровнемеры могут подвергаться влиянию отложений или коррозии, они более надежны в эксплуатации и требуют меньшего объема обслуживания по сравнению с электромеханическими. Примерами приборов для измерения уровня этой категории являются волноводные, емкостные уровнемеры, а также датчики давления.

    4.4 Электронные бесконтактные

    Приборы из категории электронных бесконтактных обеспечивают измерение уровня современными техническими средствами без какого-либо соприкосновения с продуктом. Так как они не имеют движущихся частей и не контактируют с продуктом непосредственно, требования к техническому обслуживанию минимальны. Электронные бесконтактные уровнемеры проще установить, чем уровнемеры других типов, так как при этом обычно не требуется опустошение резервуара. На погрешность измерения могут оказывать влияние пары и пена. Примерами устройств этой категории являются радарные и ультразвуковые уровнемеры.

    4.5 Стоимость и измерительные характеристики

    Выбор того или иного типа уровнемера зависит от того, что больше интересует пользователя — цена прибора, или измерительные характеристики. Эти два критерия в неявном виде пропорциональны. С другой стороны, затраты на техническое обслуживание обратно пропорциональны измерительным характеристикам.

    На Рисунке 4.1 показана взаимосвязь первоначальных затрат и эксплуатационных характеристик для различных групп уровнемеров.

    Рис. 4.1: Зависимость стоимости от эксплуатационных характеристик

    На Рисунке 4.2 показана взаимосвязь затрат на техническое обслуживание и эксплуатационных характеристик у различных групп уровнемеров.

    Рис. 4.2: Зависимость затрат на техническое обслуживание от эксплуатационных характеристик уровнемера

    4.6 Сводная таблица приборов для измерения уровня

    В Таблице 4.1. «Классификация измерений уровня» приводится распределение различных технологий измерения по соответствующим категориям. В таблице также указывается, какие технологические параметры могут измеряться каждым из устройств.

    Таблица 4.1: Классификация приборов для измерения уровня

    Категория уровнемеров

    Непрерывное измере­ние уровня

    Дискретное измерение уровня

    Плотность

    Граница раздела

    Масса

    Поплавковые сигнализаторы

    Поплавковые уровнемеры

    Метршток / щуп

    Визуальные указатели / смотровые стекла

    Ленточные уровнемеры и системы

    Буйковый

    Магнитострикционный

    Ленточный резистивный

    Ротационный сигнализатор

    Сервоуровнемер

    Емкостной

    По электропроводности

    Оптические

    Датчик перепада давления

    Волноводный уровнемер

    Гибридная система

    (датчик давления и радарный уровнемер)

    Тепловые

    Вибрационный сигнализатор (с камертоном)

    Лазер

    Тензодатчик

    Радиоизотопный уровнемер

    Радарный уровнемер

    Ультразвуковой уровнемер

    5. Диэлектрическая постоянная и измерение уровня радарным уровнемером

    «Что такое диэлектрическая постоянная?». Этот вопрос часто возникает в случаях, когда при выборе технологии измерения уровня рассматривается радарный или емкостной уровнемер. Работа бесконтактного радарного, волноводного и емкостного уровнемера в некоторой степени зависит от диэлектрической постоянной измеряемой среды. Так что же такое диэлектрическая постоянная, чем она определяется и какое влияние оказывает на уровнемеры?

    5.1 Что такое диэлектрическая постоянная?

    Для понимания физического смысла диэлектрической постоянной ее полезно рассмотреть в связи с понятием «диэлектрик». По определению, «Диэлектрик — это вещество с очень низкой электропроводностью, то есть изолятор. Такие вещества имеют электропроводность менее 1000 000 сименс/см. Вещества с несколько большей электропроводностью (от 10-6 до 10-3 сименс/см) называются полупроводниками. К наиболее распространенным твердым диэлектрикам относятся стекло, резина и аналогичные эластомеры, а также древесина и другие целлюлозные материалы. К жидким диэлектрикам относятся углеводородные и силиконовые масла, трансформаторное масло.» (Источник: Hawley’s Condensed Chemical Dictionary; 12th Edition. Richard Lewis).

    Наряду с термином «диэлектрическая постоянная» широко распространено и другое ее название — «относительная диэлектрическая проницаемость», или количество энергии, которое может накапливаться в материале или передавать электромагнитное поле по сравнению с вакуумом. Диэлектрическая постоянная материала — это безразмерная величина, так как проницаемость материала рассматривается относительно проницаемости вакуума. Диэлектрическая постоянная проводника (например, меди) близка к бесконечности, потому что медь не может пропускать электромагнитное поле. Диэлектрическая проницаемость воздуха равна 1,0006, так как он пропускает электромагнитное поле практически так же хорошо, как и вакуум.

    Материалы, являющиеся хорошими изоляторами, имеют низкую относительную диэлектрическую проницаемость (диэлектрическую постоянную). Электропроводящие материалы имеют более высокие значения диэлектрической проницаемости. Несмотря на широкое использование, термин «диэлектрическая постоянная» не является предпочтительным, так как эта величина не является абсолютной, а диэлектрическая проницаемость не является константой — она зависит от частоты, давления, температуры, относительной влажности и других переменных параметров. (Источник: A Guide to characterization of dielectric materials at RF and microwave frequencies — The Institute of Measurement and Control, London 2003). При измерении уровня диэлектрическая постоянная (ДП) используется для характеристики отражающей способности материала.

    Стандартные измерения диэлектрической постоянной выполняются относительно вакуума, диэлектрическая постоянная которого принята равной При измерении ДП прочих материалов она приводится в сравнении с величной ДП вакуума. Диэлектрические постоянные материалов, измеренная в одинаковых условиях, при 20°C:

    • Уксусная кислота: 6,2

    Электропроводность растворов зависит от химического состава, склонности к ионизации и концентрации. Несмотря на то, что простой формулы пересчета электропроводности в диэлектрическую проницаемость не существует, в общем случае можно уверенно полагать, что непроводящий материал будет иметь низкую диэлектрическую постоянную, а электропроводный — более высокие значения постоянной. Основным исключением из этого обобщения является вода.

    Водные растворы, спирты, большинство неорганических кислот и щелочей имеют высокую диэлектрическую постоянную. Так как вода имеет полярную молекулу, ее диэлектрическая постоянная достаточно высока. Большинство углеводородов имеют неполярные молекулы, и поэтому для них характерны низкие значения диэлектрической постоянной.

    Вода обладает уникальным сочетанием электропроводных и диэлектрических свойств. Например, электропроводность воды зависит от степени чистоты. Деионизованная и дистиллированная вода отличается высокой чистотой, так как из нее удалены соединения кальция, магния и железа. Несмотря на то, что деионизованная или дистиллированная вода обладает очень низкой электропроводностью ( 40). Питьевая вода в большинстве городов имеет электропроводность от 100 до 300 мкСим, но значение ДП при этом составляет от 70 до 80.

    5.2 Какие факторы влияют на диэлектрическую постоянную?

    Диэлектрическая постоянная вещества зависит от многих переменных. На ее значение может повлиять методика измерения, а также физические свойства вещества. К другим факторам можно отнести температуру и частоту электромагнитного излучения. Степень воздействия каждого из факторов может изменяться в зависимости от тестируемого вещества.

    На диэлектрическую постоянную влияет дипольный момент молекул. Ассиметричные молекулы соединений имеют большой диполный момент, особенно те, которые состоят из атомов со значительно отличающимися значениями относительной электроотрицательности, например, вода. Ее молеула имеет явно выраженный центр с отрицательным зарядом (атом кислорода) и представляет собой «минимагнит4. В результате значение диэлектрической постоянной подобных соединений более высокое. Вещества, имеющие более симметричные молекулы, например, большинство нефтепродуктов и других углеводородов, в меньшей степени склонны к поляризации, и поэтому имеют низкое значение диэлектрической постоянной.

    Значительное влияние на диэлектрические свойства могут оказывать фазовые превращения. Например, лед имеет диэлектрическую проницаемость 3,2 при -12 °C, а свежевыпавший снег (в котором содержится гораздо больше воздуха) имеет диэлектрическую проницаемость около 1,3 при -20 °C. Разная структура одного и того же вещества приводит к разному значению диэлектрической постоянной.

    В парообразном состоянии вещество будет иметь более низкую диэлектрическую постоянную, чем в жидком. Диэлектрическая постоянная паров многих соединений такая же, как у воздуха, и лишь незначительно изменяется с повышением давления. Исключениями являются пары аммиака, водяной пар и некоторые другие газы. Эти газы при высоком давлении могут оказывать значительное влияние на скорость распространения микроволнового излучения.

    5.3 Стабильность диэлектрической постоянной

    Диэлектрическая постоянная может изменяться с изменением температуры и частоты электромагнитного излучения. Повышение температуры может вызвать уменьшение диэлектрической постоянной. Аналогично, повышение частоты, используемой при измерениях, может привести к уменьшению диэлектрической проницаемости некоторых жидкостей. Следует учесть, что для измерения диэлектрической постоянной используются частоты от 100 Гц до 25 ГГц и выше. Имеется ограниченное количество данных, подтверждающих эти изменения. Большинство данных по диэлектрическим свойствам приводятся только для одной частоты. По имеющимся данным, диэлектрическая постоянная многих жидкостей лишь незначительно изменяется с изменением частоты измерений, как правило, в знаках после запятой. Несмотря на достаточную стабильность диэлектрических свойств многих соединений, существуют и исключения. Ниже показаны примеры количественных изменений для масла на основе силикона, ароматического соединения и алифатического соединения.

    Температура тоже может вызвать изменение диэлектрических свойств. Температура оказывает влияние на диэлектрическую постоянную материала в связи с тем, что изменяется количество молекул в известном объеме вещества. По мере повышения температуры диэлектрическая постоянная уменьшается, из-за увеличения расстояния между молекулами способность материала к передаче энергии электрических зарядов уменьшается. Однако, отклонения значений диэлектрической постоянной, наблюдаемые в углеводородах, составляют от 0,0013 до 0,05% на градус Цельсия.

    Давление может вызывать повышение диэлектрической постоянной газа благодаря уменьшению расстояния между молекулами. Для большинства газов зависимость диэлектрических свойств от давления минимальна.

    Для паров с минимальной величиной диэлектрической постоянной, подобных воздуху, ее величина возрастает при повышении давления незначительно. Диэлектрическая постоянная насыщенного водяного пара, относительно низкая при атмосферном давлении, сильно возрастает с увеличением давления и температуры.

    Источник

    Сравнить или измерить © 2021
    Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.