Основные характеристики приборов измерения уровня жидкости

Основные характеристики приборов измерения уровня жидкости

Жидкость - одно из агрегатных состояний вещества. Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое. Вещество в жидком состоянии существует в определённом интервале температур, ниже которого переходит в твердое состояние (происходит кристаллизация либо превращение в твердотельное аморфное состояние - стекло), выше - в газообразное (происходит испарение). Границы этого интервала зависят от давления.

Физико-механические свойства жидкости:

• текучесть - способность жидкости вытекать с той или иной скоростью из разных отверстий, текучесть величина обратно пропорциональная вязкости, жидкости предела текучести не имеют;
• вязкость - способность оказывать сопротивление перемещению одной из частей другой;
• испарение - постепенный переход вещества из жидкости в газообразную фазу (пар);
• конденсация - обратный процесс, переход вещества из газообразного состояния в жидкое;
• смачивание - характеризует «прилипание» жидкости к поверхности и растекание по ней (или, наоборот, отталкивание);
• плотность - количество массы жидкости заключающейся в единице объема.

В подборе датчиков для измерений уровня жидкости и воды важное значение имеют следующие особенности:

• широкий диапазон температур и давления в резервуаре;
• возможна работа с агрессивными и ядовитыми жидкостями;
• испарения могут вызывать коррозию частей датчиков, находящихся в резервуаре;
• жидкости с высокой вязкостью могут налипать на чувствительные элементы датчиков контактного типа;
• изменение плотности измеряемого продукта вследствие изменений параметров процесса;
• часто требуется взрывозащищенное исполнение;
• измеряемая поверхность может иметь бурлящий или пенящийся характер;
• часто требуются измерения для целей коммерческого учета, что повышает требования к точности измерений;
• при работе с парящими жидкостями возможно проникновение паров внутрь датчика;
• часто требуется проводить измерение уровня твердых веществ в объеме жидкости;
• при контроле уровня пищевых продуктов требуется тщательный подбор материалов приборов.

Для измерения уровня жидкости в емкостях используются датчики механического (поплавковые, вибрационные, байпасные), гидростатического, электрического (кондуктивные, емкостные), магнитного, оптического принципа работы, а также уровнемеры использующие принципы эхолокации и радиолокации. Измерение уровня воды одно из направлений контроля и мониторинга уровня жидкости.

В целом приборы измерения уровня жидкости в технологических емкостях можно разделить на:

Инвазивные приборы измерения уровня жидкости в емкостях - приборы, действие которых подразумевает врезку их датчиков внутрь сосуда, цистерны с жидкостью.

Данные приборы бывают следующих типов: поплавковые магнитные уровнемеры, гидростатические уровнемеры, емкостные уровнемеры, микроволновые рефлексные уровнемеры, магнитострикционные уровнемеры, байпасные уровнемеры.

Неинвазивные приборы уровня жидкости в емкостях - приборы, действие которых не подразумевает нахождение прибора внутрь емкости, цистерны с жидкостью. То есть такие приборы являются бесконтактными по отношению к жидкой среде емкости или сосуда.

Данные приборы бывают следующих типов: акустические (отдельные виды), ультразвуковые (отдельные виды), радиоизотопные.

Приборы уровня жидкости по назначению условно можно разделить следующим образом.

Сигнализаторы уровня жидкости - это датчики уровня для контроля граничных/предельных значений уровня. Выходной сигнал сигнализатора сообщает о моменте  заполнения емкости до уровня расположения чувствительных элементов прибора контролируемой жидкостью.

Уровнемеры для жидкости - это датчики для мониторинга. Уровнемеры отслеживают, градации уровня в течение времени или в определенные интервалы времени.

Важно отметить, что данное маркетинговое исследование не рассматривало сегмент приборов измерений расхода жидкости.

Различные приборы измерения уровня жидкости и их обозначения

Источник: портал oburenie.ru

Ниже на конкретных примерах приведем подробное описание приборов разного типа.

Уровнемер радиоволновый (микроволновый) - инвазивный бесконтактный прибор.

Ниже представим пример подобного прибора.

БАРС332МИ уровнемер радиоволновый

Источник: www.td-urovnemer.ru

Радарный уровнемер БАРС332МИ предназначен для бесконтактного точного непрерывного измерения уровня (погрешность ± 5 мм) или объема жидких и пастообразных сред (нефти, нефтепродуктов, мазута, воды, щелочей, кислот, масел, пищевых жидкости и др.), контроля и световой сигнализации заданных положений текущего уровня или текущего объема в технологических и товарных резервуарах, бункерах, танках и тому подобных стационарных установках, в том числе и в емкостях, находящихся под избыточным давлением.

Радарные уровнемеры БАРС332МИ позволяют отображать измеренное значение на встроенном цифровом индикаторе и осуществлять преобразование измеренного значения в токовый сигнал и цифровой кодовый сигнал RS-485 для последующего обмена информацией с другими аппаратными средствами автоматизированных систем управления (АСУ).

Уровнемер радиоволновый радарный работает в широком микроволновом диапазоне радиоволн от единиц до десятков Гигагерц. Чем выше частота излучения радиоволны уровнемера, тем выше его точность. Стоимость уровнемера радарного напрямую зависит от частоты излучения и точности уровнемера.

Байпасный уровнемер (инвазивный контактный прибор)

Ниже представим пример подобного прибора.

Принцип действия байпасного датчика уровня

Источник: rusautomation.ru

Байпасный датчик уровня жидкости с визуальным отображением уровня.

В целом байпасный уровнемер производит впечатление колонки для измерения уровня жидкости, размещенной сбоку емкости, тем не менее, это многофункциональное решение для визуализации видимого уровня жидкости и точного измерения уровня жидкости в резервуаре с погрешностью 0,5 мм.

Применение байпасных уровнемеров:

• нефтедобывающие и газовые отрасли промышленности;
• химическая промышленность;
• электроэнергетика;
• теплоэнергетика;
• ЖКХ;
• герметичные резервуары в пищевой промышленности.

Байпасный уровнемер может иметь различные модификации измерения уровня жидкости: магнитный, микроволновый рефлексный, магнитострикционный. Но всегда в основе его работы лежит принцип сообщающихся сосудов и применение байпасной трубки.

Поскольку неинвазивные приборы уровня жидкости на рынке РФ пока не распространены (существующие на рынке РФ приборы будут рассмотрены в разделе 3.1.), рассмотрим некоторые виды бесконтактных инвазивных приборов измерения уровня жидкости в емкостях.

Ультразвуковой уровнемер (инвазивный бесконтактный прибор)

Ниже представим пример подобного прибора.

EasyTREK измеритель уровня для жидкости ультразвуковой

Источник: rusautomation.ru

Ультразвуковой уровнемер жидкости использует в своей работе метод возвращенного сигнала. Располагаясь в верхней точке емкости параллельно поверхности продукта, прибор отсылает импульсы и принимает их, замеряя время прохождения. На основании известных и измеренных данных, рассчитываются все необходимые параметры.

Специальные модели приборов оснащаются средствами, позволяющими осуществлять GPS, GSM – коммуникацию и связываться по промышленным протоколам. Такие функции реализуются сложной электроникой прибора.

Ультразвуковые датчики в качестве сигнализаторов предельного уровня незаменимы там, где не допустим контакт датчика с контролируемой жидкостью. В качестве сигнализаторов применяют ультразвуковые датчики положения или ультразвуковые датчики с программируемыми пороговыми выходами. Пороговое регулирование, где уровень жидкости или величина провиса должны быть не больше одной и не меньше другой величины. Привод регулятора подключается к одному датчику, а не к двум. Подстройка порогов срабатывания выходов осуществляется при помощи одной кнопки на корпусе датчика. Ультразвуковые датчики уровня позволяют контролировать уровень от 5мм до 6 метров, имеют «острую» диаграмму излучения, что позволяет применять их даже для контроля уровня жидкости в пробирках. При этом доступны специальные химически-стойкие исполнения.

Жидкостные модификации ультразвуковых уровнемеров наиболее распространены. Они находят применение во множестве сфер промышленности, где требуется производить измерения и расчеты данных по жидким продуктам:

• химическая промышленность (сбор информации о жидкостях в открытых либо закрытых емкостях);
• нефтехимическая отрасль промышленности (количественная оценка нефти, топлива);
• фармацевтика (агрессивные продукты, кислоты и спирты);
• аграрная промышленность и сельское хозяйство (замер расхода жидкости, промышленный учет);
• пищевая промышленность (слежение за большим парком емкостей, соки, алкоголь);
• производство, требующее регулярных перевозок (отслеживание передвижных цистерн);
• коммунальное хозяйство (количественная оценка потоков воды);
• очистные сооружения (сточные воды, грязные жидкости);
• опреснительные сооружения;
• промышленные АСУ (контроль уровня, управление, сигнализация).

Акустический уровнемер (инвазивный бесконтактный прибор)

Ниже представим пример подобного прибора.

Уровнемер акустический ЭХО-АС-01

Источник: портал www.kipia.info

Уровнемер акустический ЭХО-АС-01 предназначен для бесконтактного автоматического дистанционного измерения уровня жидких сред (в том числе взрывоопасных, агрессивных, вязких, неоднородных, выпадающих в осадок) и сыпучих материалов с диаметром гранул и кусков от 5 до 300 мм, при температуре контролируемой среды -30 +120 ⁰С.

Принцип действия прибора ЭХО-АС-01 основывается на локации уровня звуковыми импульсами, проходящими через газовую среду и отражающимися от границы раздела «газ - контролируемая среда». Датчик включает в себя акустический преобразователь (АП) и блок измерительный (БИ-1).

Датчик имеет жидкокристаллический дисплей для отображения текущего значения измеряемых величин:

• уровня в процентах и метрах;
• объема контролируемого вещества в резервуаре;
• расстояния до объекта;
• температуры воздуха в зоне АП.

Кроме того, на дисплее можно просматривать содержимое архивов и диагностические сообщения о неисправностях.

Акустический уровнемер излучает очень мощные акустические волны, которые отражаются от поверхности измеряемого вещества. Отраженный сигнал обрабатывается при помощи специально разработанного программного обеспечения, для того чтобы отфильтровать полезный сигнал и подавить ложное эхо.

Метод обработки принятого эхо-сигнала позволяет снизить до минимума потери сигнала. Благодаря применению очень мощного импульса, затухания имеют гораздо меньшее влияние по сравнению с обычными ультразвуковыми приборами. Излучаются более мощные сигналы, соответственно, принимаются тоже более мощные отраженные сигналы. Приемная электроника позволяет распознать и обработать очень слабые эхо-сигналы также в комбинации с сильными шумовыми помехами.

Такие приборы применяются для непрерывного измерения уровня заполнения сыпучими веществами и жидкостями в таких отраслях промышленности, как:

• энергетика: котлы, угольные бункеры, емкости для сбора продуктов горения и т.д.;
• пищевая промышленность;
• химическая промышленность;
• водоснабжение / ирригация;
• сельское хозяйство.