СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ И СИГНАЛИЗАЦИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Средства измерения уровня жидкости среды называют уровнемерами. Уровнемеры нашли применение для измерения уровня воды в котельных агрегатах.

Существуют следующие методы измерения уровня жидкости: поплавковый, манометрический, емкостный, ультраакустический, радиационный, радиочастотный.

Поплавковый метод измерения уровня жидкости

На рис. 2.28, а представлена конструкция механического уровнемера с поплавком /, плавающим на поверхности жидкости 4. Положение поплавка и, следовательно, связанного с ним

Рис. 2.28. Поплавковые методы измерения уровня жидкости: а — конструкция поплавкового уровнемера: 1 — поплавок;

• 2 — уравновешивающий груз; 3 — шкала; 4 — жидкость; б — конструкция уровнемера с тонущим поплавком-буйком:
• 1 — пружина; 2 — рычаг; 3 — шкала; 4 — стрелка; 5 — ось;
• 6 — поплавок-буек; в — схема поплавкового электрического уровнемера: х — уровень жидкости; Я_Г..Я₄ — сопротивление плеч моста;

Я_х — сопротивление преобразователя; Я_м и R_k2 — сопротивление логометра уравновешивающего груза 2 относительно шкалы 3 определяет уровень жидкости.

Чаще применяются тонущие поплавки-буйки, частично погруженные в жидкость (рис. 2.28, б), поплавок-буек 6 подвешен на рычаге 2и пружине 1. При изменении уровня жидкости изменяется степень погружения и, следовательно, растягивающее усилие пружины 1 под действием массы буйка. Перемещение буйка через рычаг 2 передается на ось 5, на которой установлена стрелка 4, показывающая по шкале 3 уровень жидкости.

На рис. 2.28, в приведена схема поплавкового электрического уровнемера. Определенный уровень жидкости X с помощью поплавка и потенциометра преобразователя R_x, измерительного моста R_v..R₄ фиксируется на магнитоэлектрическом логометре, сопротивление которого R_kl и R_kT Преобразователь уровнемера включается в матовую схему таким образом, что одновременно изменяются два соседних плеча моста.

При использовании манометрического метода измерения уровня определяется давлением столба жидкости в резервуаре. Для измерения уровня жидкости в барабанах котлов, котлах-утилизаторах применяются мембранные дифманометры, отградуированных в единицах уровня.

На рис. 2.29 показана схема манометрического уровнемера с применением электрической схемы преобразования сигнала. Жесткий центр манометра через шар соединен с тензорезистором R_x, включаемым в плечо моста. При изменении уровня жидкости X меняется тензосопротивление, что приводит к разбалансу моста. Сигнал рассогласования, снимаемый с моста, усиливается в усилителе У и подается на двигатель Д. Последний уравновешивает мост и через редуктор перемещает стрелку показывающего или сигнализирующего устройства.

Изменение уровня жидкости играет важную роль при автоматизации процессов в системах газоснабжения. Эти измерения особенно важны, когда поддержание некоторого постоянного уровня, например уровня воды в барабане котла, уровня жидкости в резервуаре, связано с условиями безопасной работы оборудования.

Технические средства, применяемые для измерения уровня жидкости, называются уровнемерами. Приборы, предназначенные для сигнализации предельные уровней жидкости, называются сигнализаторами уровня.

Нормальная эксплуатация барабанных котлов может осуществляться только при условии строгого поддержания уровня воды в барабане в допустимых пределах.

Рис. 2.29. Схема манометрического уровнемера: Я₀...R₃ — сопротивление плеч моста;

Д — двигатель; У — усилитель; R — тензорезистор

На рис. 2.30 показана схема измерения уровня воды в барабане котла дифманометром с использованием стандартного двухкамерного уравнительного сосуда. В широкой части сосуда /, присоединенного к паровому пространству барабана, уровень воды (конденсата) поддерживается постоянным. В трубке 2, присоединенной к водяному пространству барабана, уровень воды меняется при изменении уровня воды в барабане. При установке запорного клапана на трубке, соединяющей паровое пространство барабана с уравнительным сосудом, необходимо, чтобы шпиндель его находился в горизонтальном положении.

Разность давлений (Па), создаваемая двухкамерным уравнительным сосудом, которую измеряет дифманометр 3, определяется выражением

где Н и h — разность столба воды в сосуде и трубе соответственно, м;

р' и р" — плотность воды и пара в состоянии насыщения при давлении Р, кгс/м³;

g — ускорение свободного падения, м/с².

Эксплуатация газонаполнительных станций вызывает необходимость в измерении уровня сжиженного газа, находящегося в резервуарах хранения. Для этого применяются различные устройства, в частности, указатели уровня следующих типов: с постоянными трубками; с мерным стеклом; с поворотной или скользящей трубкой; поплавковые; магнитные; электронные; радиоактивные.

Рис. 2.30. Схема измерения уровня воды в барабане дифференциальным манометром с использованием двухкамерного уравнительного сосуда:

• 1 — двухкамерный уравнительный сосуд; 2 — трубка;
• 3 — дифференциальный манометр; Н — разность столба воды в сосуде; h — разность столба воды в трубке; h — уровень воды в барабане котла

В настоящее время широко используются указатели уровня с постоянными трубками. Данный указатель (рис. 2.31) состоит из трех трубок различной длины, которые привариваются к существующему стальному фланцу и опускаются внутрь резервуара на различную глубину.

Сверху на выступающие концы трубок приварены стальные штуцеры с внутренней резьбой, в которые ввертываются запорные угловые вентили. Контрольные трубки свободным концом опущены в резервуар на различную глубину и оканчиваются на уровнях, соответствующих заполнению резервуара на 10, 30 и 60%. Для проверки уровня 90%-ного заполнения имеется трубка D_y = 32 мм, служащая для соединения паровых фаз. При открытии запорных вентилей определяют примерный уровень заполнения резервуара сжиженным газом.

Рис. 2.31. Указатель уровня с постоянными трубками: 1 — трубка; 2 — фланец; 3 — штуцер; 4 — прокладка; 5 — запорный угловой клапан; 6 — сбросной штуцер

Указатель уровня (рис. 2.32) выполнен в виде вертикальной колонки из трубы, присоединенной концами к резервуару. Наблюдение за уровнем ведется через ряд последовательно установленных стеклянных трубок. С обеих сторон трубы установлены запорные вентили с автоматическим шариковым затвором, отключающие указатель от резервуара в случае поломки одной из трубок. На верхнем горизонтальном участке трубы до запорного вентиля установлен манометр с разделительной мембраной под фланцем, защищающий манометр от коррозии.

На горизонтальных резервуарах диаметром до 2 м применяются указатели уровня с поворотной трубкой (рис. 2.33). Указатель состоит из изогнутой трубки 4, которую при помощи стрелки-указателя 2 можно повернуть в любое положение поворотом в пределах 180°. Стрелка 2 указывает на шкале 3 количество жидкости в процентах от общего объема резервуара. Уровень определяется вращением стрелки указателя при открытом вентиле-заглушке 1 с резиновым уплотнителем и отверстием в сальнике 5до тех пор, пока из отверстия

Рис. 2.32. Указатель уровня для горизонтальных надземных резервуаров: 1 — труба; 2 — запорный вентиль с автоматическим шариковым затвором; 3 — фланцевое соединение; 4 — вентиль; 5 — манометр; 6 — резервуар; 7 — стеклянные трубки; 8 — рейка; 9 — подвижный визир

не появится или, наоборот, не перестанет выходить (если он шел) белый туман.

Поплавковый указатель уровня позволяет вести постоянный контроль за уровнем сжиженного газа в подземных резервуарах.

На рис. 2.34 показан аналогичный по принципу работы поплавковый указатель для измерения уровня сжиженного газа в резервуарах автоцистерн. Указатель уровня представляет собой прибор бессальникового типа, состоит из корпуса 6, поплавкового устройства 2, магнита-датчика 3, магнита-приемника 4 со стрелкой 5, шкалы 1.

Рис. 2.33. Уровнемер с поворотной трубкой:

1 — вентиль-заглушка; 2 — стрелка-указатель; 3 — шкала; 4 — поворотная трубка; 5 — сальник

Рис. 2.34. Поплавковый указатель уровня для автоцистерн: 1 — шкала; 2 — поплавковое устройство; 3 — магнит-датчик; 4 — магнит-приемник; 5 — стрелка; 6 — корпус

Указатель уровня является средством визуального контроля за производством сливно-наливных операций. При наливе газа в автоцистерну или сливе поплавковое устройство указателя уровня поворачивает шток с магнитом-датчиком. Магнитное поле магнита- датчика взаимодействует через стенку корпуса с магнитным полем магнита-приемника, который поворачивается вместе со стрелкой, показывающей по шкале объем газа в автоцистерне в кубометрах.