книги / Метрология, стандартизация и сертификация. Методы и средства измерения физических величин

11. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

При автоматизации технологических процессов в различных отрас­ лях промышленности, водного и коммунального хозяйства, при местном и дистанционном контроле уровня нефти и нефтепродуктов в различных ре­ зервуарах, емкостях и технологических аппаратах, при измерении уровня воды и положения затвора в открытых водоемах, водовыпусках, водохра­ нилищах, уровня раздела несмешиваюпшхся жидкостей, вязких, агрессив­ ных, криогенных, взрывоопасных жидкостей, жидкостей, находящихся под избыточным или вакууметрическим давлением, применяются датчики уровня.

Приборы для измерения и контроля уровня можно разделить на по­ плавковые, буйковые, акустические, ультразвуковые, емкостные, радио­ изотопные и дифманометрические.

Принцип действия поплавкового уровнемера основан на следящем действии поплавка, находящегося на поверхности жидкости и переме­ щающегося вместе с уровнем жидкости. Поплавок, подвешенный на пер­ форированной мерной ленте, скользит вдоль направляющих струн. Натя­ жение ленты обеспечивается специальным механизмом с мерным шкивом. Один оборот шкива соответствует изменению уровня на 0,2; 0,5 или 1,0 м. Уровнемер УДУ-10 измеряет уровни жидкости до 20 м. Основная погреш­ ность измерения ±4 мм. Мерный шкив связан с пятиразрядным механиче­ ским визуальным указателем уровня. Для дистанционного контроля уров­ ня используется потенциометрическая приставка. В приставке формирует­ ся электрический сигнал, пропорциональный углу поворота мерного шки­ ва, и система сигналов о крайних положениях уровня.

В буйковых уровнемерах происходит пневматическая компенсация усилия, с которым выталкивается чувствительный элемент - буек, погру­ женный в жидкость, уровень которой измеряется. Буйковые уровнемеры (УБ-Э, УБ-П) основаны на компенсации усилия, развиваемого буйком, электромеханическим или пневматическим преобразователем. Буйковые уровнемеры измеряют уровень среды при температуре до 400 °С и давле­ нии до 10 МПа. Диапазон измерений от 0 - 0,04 м до 0 - 16 м, основная по­ грешность 1,0 и 1,5 %. Выходной сигнал уровнемера УБ-Э 0 - 5 мА.

Акустические расходомеры бесконтактные. В них производится ло­ кация уровня вещества (жидкость, сыпучий, кусковой материал) звуковы­ ми импульсами, проходящими через газовую среду, находящуюся над кон­ тролируемым веществом. Мерой уррвня является время распространения звука от источника излучения до контролируемой границы раздела сред и обратно до приемника. Существует два основных способа реализации ло­ кационного метода: импульсный и фазовый. В импульсных локаторах из­ меряемый уровень 1Хвычисляется по следующей формуле:

где t - время между посылкой импульса и приемом отраженного от сре­

ды импульса;

V- скорость распространения излучения.

Акустические уровнемеры (ЭХО-3) применяются для измерения уровня от 0 до 30 м с погрешностью 1,5 %. Выходной сигнал 0 - 5 мА по­ стоянного тока.

В фазовом методе измеряется сдвиг фаз между сигналом непрерыв­ ного модулированного излучения и сигналом, отраженным от объекта.

Ультразвуковые уровнемеры предназначены для измерения уровня жидкостных сред (нефтепродуктов) и сжиженных газов. Принцип действия их основан на обратном магнитоупругом эффекте: упругая деформация, вызванная ультразвуковой волной, изменяет магнитную проницаемость стержня, которая, в свою очередь (при наличии подмагничивающего поля), уменьшает или увеличивает магнитный поток через приемную катушку. Измерение уровня сводится к измерению интервала времени между мо­ ментами прохождения фронта ультразвуковой волны в стержне около опорной точки отсчета и около поплавка. Ультразвуковой метод аналоги­ чен импульсному локационному,

где Дг - измеряемый интервал времени;

V- скорость ультразвука в металлическом стержне.

Диапазон измерения ультразвуковых уровнемеров (РУМБ) от 0 до 20 м. Основная погрешность от 0,5 до 2,5 %. Выходной сигнал 0 - 5 мА постоянного тока, двоично-десятичный код.

Радиоизотопный следящий уровнемер предназначен для непрерыв­ ного автоматического измерения и регистрации уровня жидкостных сред в закрытых или открытых резервуарах. По обе стороны резервуара устанав­ ливаются колонки с подвижными каретками для источника излучения и приемника. Диапазоны измерения уровня: 0 - 2; 0 - 4; 0 - 6; 0 - 8; 0 - 10 м. Основная погрешность не более ±10 мм. Выходной сигнал пневматический 0,02-0,1 МПа.

Емкостной уровнемер предназначен для измерения уровня неэлекгропроводных жидкостей. При изменении уровня жидкости изменяется емкость чувствительного элемента. Работа уровнемера основана на емко­ стно-импульсном методе измерения уровня, использующем переходные процессы, протекающие в цепи емкостного датчика, периодически под­ ключаемого к источнику постоянного напряжения. Диапазоны измерения уровня емкостных датчиков уровня (РУС): от 0,4 до 2,5 м; от 2,5 до 20 м.

Выходной сигнал 0 - 5 мА; 0 - 2 0 мА; 4 - 2 0 мА постоянного тока. Основ­ ная погрешность от 0,5 до 2,5 %.

В дифманометрических датчиках уровня измеряется разность давле­ ний столба жидкости и атмосферного давления (если резервуар открытый). При этом используются датчики давления с электрическим выходным сиг­ налом («Сапфир-22» ДГ, «Сапфир-22» ДД, «Сапфир-22» ДД-ЕХ, «Сапфир43», «Сапфир-45» и др.).

При создании автоматической системы измерения уровня вещества необходимо выбирать датчики уровня с сигналом ГСП. В табл. 11.1 пред­ ставлены технические характеристики датчиков уровня с электрическим выходным сигналом. Конструкции и принципы действия датчиков уровня описаны на С. 210 - 220 справочника [1].

Библиографический список

1.Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / Под ред. В.В. Черенкова. Л., 1987.

2.Бобровников Г.Н., Катков А.Г. Методы измерения уровня. М.,

1977.

3.Карандеев К.Б. и др. Емкостные самокомпенсированные уровне­ меры. М., 1966.

4.Макаров А.К. и др. Автоматические устройства контроля уровня. М., 1966.

12. ИЗМЕРЕНИЕ РАССТОЯНИЙ

Современные средства измерения расстояний можно разделить на механические и физико-оптические. Механические средства - это сталь­ ные и инваровые проволоки, штриховые ленты, жезлы. Общий их недоста­ ток - субъективность и большая трудоемкость измерения.

Физико-оптические средства - это оптические и радиофизические дальномеры.

Оптические дальномеры основаны на использовании геометрической оптики, их назначение - развитие геодезической сети, измерение расстоя­ ний. Общий недостаток - небольшая дальность и сравнительно невысокая точность.

Радиофизические дальномеры основаны на определении времени прохождения электромагнитной энергией измеряемого расстояния. Они подразделяются на 4 группы:

- импульсные радиогеофизические системы (РЫМ, РВТО - Россий­ ская Федерация, Хирани Шорен - США);

-фазовые радиогеофизические системы («Поиск», РГСУ - Россий­ ская Федерация, «Гидродист» и «Аэродист» - США);

-фазовые геофизические радиодальномеры (ВРО и «Луч» - Россий­ ская Федерация, «Телурометр» - ЮАР, «Электротейп» - США);

-фазовые светодальномеры (ЭОД, СВВ, СТ, МСД - Российская Фе­ дерация, «Геодиметр» - Швеция, «Дистомат» - Швейцария).

Отличительной особенностью радио- и светодальномеров является высокая точность измерения расстояний при значительном снижении тру­ доемкости.

Геодезические светодальномеры по назначению, дальности действия

иотносительной точности измерений делятся на 4 группы:

1.Светодальномеры высокоточные (тип СБ-6) - для измерения рас­ стояний не менее 30 км днем и 50 км ночью со среднеквадратической ин­ струментальной погрешностью не более ±(1 + Р ^\0 ) см (Ркм - предельная

дальность, км).

2.Светодальномеры высокой точности (тип СМ-02) - для измерения расстояний не менее 300 м со среднеквадратичной инструментальной по­

грешностью не более ±2 мМ- 3. Светодальномеры точные (тип СМ-2) - для измерения расстояний

не менее 2 км со среднеквадратичной инструментальной погрешностью, не превышающей ±2 см.

4. Светодальномеры технические (тип СМ-5) - для измерения рас­ стояний не менее 0,5 км со среднеквадратичной погрешностью не более ±5 см.

В обозначении типов светодальномеров первая буква С означает светодальномер; вторая буква характеризует дальность действия: Б - большие расстояния, М - малые; следующие за буквами цифры показывают макси­ мально допустимую средреквадратическую инструментальную погреш­ ность в сантиметрах.

Выделяют два типа оптических дальномеров. В светодальномерах физического типа расстояние определяют по времени прохождения света между двумя точками, а в светодальномерах геометрического типа - путем измерения базиса В и острого параллактического угла, т.е. косвенно.

Принципиальная схема светодальномера состоит: из источника све­ та, устройства для образования световых сигналов с оптической системой, посылающей сигналы в нужном направлении; приспособления, отражаю­ щего и возвращающего посланные сигналы; устройства для измерения времени распространения сигнала; источника питания. В табл. 12.1 приве­ дены некоторые технически данные российских и зарубежных дальноме­ ров. Зарубежные светодальномеры оборудованы электронным табло ото­ бражения расстояния и устройством автоматического учета поправок на метеорологические условия-