Датчики с дистанционной передачей данных

Поплавковые уровнемеры. Уровнемеры поплавковые с пружинным уравновешиванием УДУ-10 предназначены для местного и дистанционного контроля уровня нефти и нефтепродуктов в различных резервуарах, емкостях и технологических аппаратах. Принцип работы уровнемера основан на следящем действии поплавка, находящегося на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с уровнем жидкости (см. рис. 4). Конструкция, используемая в данном случае, отличается тем, что поплавок, подвешенный на перфорированной мерной ленте, при изменении уровня жидкости скользит вдоль направляющих струн. Мерная лента, натяжение которой обеспечивается специальным механизмом, проходя через систему роликов и гидрозатвор, приводит во вращение мерный шкив. Один оборот шкива соответствует изменению уровня на 500 мм. Вращение мерного шкива передается на местный показывающий прибор, который состоит из двухстрелочного указателя и оцифрованного диска.

Поплавковые уровнемеры классифицируются в зависимости от типа резервуара, диапазона измерения и числа оборотов выходного вала на 1 м уровня.

*В качестве примера можно привести уровнемер УДУ-10 для которого предусмотрено применение двух типов поплавков: круглого, полезной площадью 1050 см² (при диапазоне измерения от 0 до 12 м) и прямоугольного, полезной площадью 2070 см² (при диапазоне измерения от 0 до 20 м). Основная погрешность измерения при температуре 20°С ± 4 мм. Скорость изменения уровня не более 1 м/ч. Верхний предел показаний: цифрового диска 24 м, малой стрелки 1000 мм, большой стрелки 100 мм. Цена деления: цифрового диска 1 м, малой круговой шкалы 100 мм, большой круговой шкалы 1 мм.

Для дистанционного контроля уровня уровнемер УДУ-10 используется в комплекте с потенциометрической приставкой УДУ-16 и пультом контроля и сигнализации ПКС-2М. Принцип дистанционного замера основан на преобразовании потенциометрической приставкой угла поворота вала мерного шкива в электрический сигнал. В приставке имеется электроконтактное устройство для сигнализации крайних положений уровня.

На пульте ПКС-2М размещены вторичный прибор для отсчета уровня жидкости, лампочки сигнализации крайних значений уровня и ключи, с помощью которых к одному пульту может быть поочередно подключено до 20 потенциометрических приставок. Вторичный прибор имеет две шкалы, одна из них градуирована в метрах, другая — в сантиметрах. Пределы дистанционного измерения уровня С—11 и 0—19 м.

Кроме УДУ-10 в качестве типового можно привести «Устройство дистанционного наблюдения уровня и напора жидкости УМ2-3» предназначеное для дистанционного наблюдения уровня и напора неагрессивных жидкостей и мазута, нагретого до 60 — 80 °С в открытых резервуарах.
Принцип работы устройства основан на способе слежения за уровнем с помощью поплавка, находящегося на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с ее уровнем. Устройство работает по принципу синхронной передачи с применением сельсинов. Типы датчиков отличаются друг от друга материалом поплавка. Конструктивное отличие приемников заключается в типах примененных в них сельсинов. Устройство выпускают комплектами в зависимости от назначения.

Уровнемеры буйковые. Уровнемер буйковый пневматический УБ-П предназначен для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров технологических процессов в целях выдачи информации в виде стандартного пневматического сигнала об уровне жидкости или границе раздела двух несмешивающихся жидкостей, находящихся под вакуумметрическим, атмосферным или избыточным давлением, (см. рис. 5).
Принцип действия уровнемера основан на пневматической силовой компенсации. При измене-нии уровня жидкости на чувствительном элементе (буйке) измерительного блока возникает усилие, которое через систему рычагов и тяг перемещает заслонку пневмопреобразователя относительно сопла. Давление из линии сопла поступает на выход прибора и в сильфон обратной связи, который создает уравновешивающий момент. Внешний вид прибора представлен на рис. 6.

Рис. 6. Уровнемер буйковый УБ-П

Уровнемер буйковый электрический УБ-Э отличается тем, что усилие, возникающее при изменении веса поплавка вследствие изменения уровня жидкости, перемещает сердечник в дифференциально-трансформаторном преобразователе. Поэтому на выходе прибора в соответствии с изменением измеряемого уровня жидкости изменяется величина стандартного индуктивного сигнала (0-10 mH).

Уровнемеры акустические. Уровнемеры акустические ЭХО-3 предназначены для бесконтактного автоматического дистанционного измерения уровня жидких сред, в том числе вязких, налипающих, неоднородных, выпадающих в осадок и взрывоопасных, а также сыпучих и кусковых материалов с диаметром гранул от 2 до 200 мм. Уровнемеры предназначены для применения в различных отраслях промышленности при управлении и регулировании технологических процессов.

Принцип действия акустического уровнемера основан на локации уровня звуковыми импульсами, проходящими через газовую среду, находящуюся над контролируемой жидкостью, и явлении отражения этих импульсов от границы раздела газ — контролируемая среда. Мерой уровня является время распространения звуковых колебаний от источника излучения до контролируемой границы раздела сред и обратно до приемника.

Уровнемер состоит из акустического преобразователя (АП) и преобразователя передающего измерительного (ППИ-3). Акустический преобразователь предназначен для преобразования подводимых к нему электрических импульсов в акустические и преобразования отраженных импульсов от поверхности контролируемого материала обратно в электрические. Основой АП является пьезокерамический диск, работающий в режиме электроакустического источника колебаний. ППИ-3 предназначен для измерения преобразования времени запаздывания отраженного импульса относительно посланного зондирующего в выходной унифицированный сигнал постоянного тока 0—5, 0—20 или 4—20 мА.

Уровнемеры ультразвуковые. Принцип действия ультразвуковых уровнемеров можно рассмотреть на примере уровнемера типа РУМБ. Принцип действия уровнемера основан на обратном магнитоупругом эффекте: упругая деформация, вызванная ультразвуковой волной, изменяет магнитную проницаемость стержня, которая, в свою очередь (при наличии подмагничивающего поля), изменяет магнитный поток через приемную катушку. Измерение уровня сводится к измерению времени между моментами прохождения фронта ультразвуковой, волны в стержне около поплавка и опорной точки отсчета.

Уровнемер включает в себя три преобразователя: первичный, промежуточный и передающий. В первичном преобразователе формируется интервал времени в виде электрического импульса, длительность которого пропорциональна значению измеряемого уровня и обратно пропорциональна скорости ультразвуковой волны в стержне. В преобразователе промежуточном производится измерение интервала времени и преобразование его в значение измеряемого уровня в виде числоимпульсного кода. Преобразователь передающий преобразует числоимпульсный код в десятичный и индицирует его на цифровом табло.

Уровнемеры типа РУМБ предназначены для дистанционного автоматического измерения уровня жидких сред — нефтепродуктов, сжиженных газов и пр., в том числе высоковязких и коагулирующих, в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
Имеются также и другие типы промышленных ультразвуковых уровнемеров.

Уровнемеры радиоизотопные. Имеется несколько модификаций радиоизотопных уровнемеров: сигнализатор уровня радиоизотопный типа ГР-10, радиоизотопный следящий уровнемер УР-8М и другие.

Сигнализатор уровня радиоизотопный типа ГР-10предназначен для бесконтактного контроля уровня жидких, сыпучих, зерновых и кусковых материалов. Прибор может быть использован также для контроля границы раздела двух сред и контроля наличия перемещающихся предметов.

Принцип действия сигнализатора основан на ослаблении потока гамма-излучения контролируемым материалом, который находится между источником излучения и блоком детектирования.

*Прибор имеет бесконтактный выход с уровнем логического «О»— 1,2 В и уровнем логической «1»— 12 В. При воздействии потока ионизирующего излучения бесконтактный ключ находится в положении «Выключено» (соответствует логическому «О»). При перекрытии потока ионизирующего излучения контролируемым объектом бесконтактный ключ переходит в состояние «Включено» (соответствует логической «1»).

Радиоизотопный следящий уровнемер УР-8М предназначен для непрерывного автоматического дистанционного измерения и регистрации уровня жидких сред в закрытых или открытых резервуарах, а также для подачи унифицированного пневматического сигнала.

*В уровнемере применен источник гамма-излучения цезий 137. Конструктивные основные узлы уровнемера: электромеханический блок с блоком детектирования и источником излучения, блок управления, вторичный прибор.

Уровнемеры емкостные. Предназначены для измерения уровня электро- и неэлектропроводных жидкостей, включая криогенные жидкости, а также агрессивные и взрывоопасные, сохраняющие свои агрегатные состояния в интервале рабочих температур и давлений. Уровнемеры применяют в системах контроля, регулирования и управления производственными процессами в различных отраслях промышленности. Работа емкостных уровнемеров основана на том, что диэлектрическая проницаемость водных растворов солей, кислот и щелочей отличается от диэлектрической проницаемости воздуха либо водных паров.

Рис.7. Схема измерения уровня емкостным уровнемером

Функциональная схема емкостного уровнемера приведена на рис.7. В сосуд с жидкостью 1, уровень который необходимо измерить, опущен электрод 2, покрытый изоляционным материалом. Электрод вместе со стенками сосуда образует электрический конденсатор, емкость которого изменяется при колебаниях уровня жидкости. Величина емкости измеряется электронным блоком 3, который дает сигнал на показывающий прибор 4. Работа уровнемера основана на емкостно-импульсном методе измерения уровня, использующем переходные процессы, протекающие в цепи емкостного датчика, периодически подключаемого к источнику постоянного напряжения.

Примером промышленного емкостного уровнемера может служить уровнемер марки РУС.

Рис. 8

*Функциональная схема уровнемера РУС представлена на рис. 8. Первичный преобразователь включает в себя емкостной чувствительный элемент 1 и устройства 2—4 преобразования ем
кости первичного преобразователя в электрический сигнал. Измерительный передающий преобразователь ПИ состоит из усилителя обратной связи 5, усилителя-формирователя 6 унифицированного сигнала. Емкостной чувствительный элемент 1 первичного преобразователя имеет две части: измерительную 1', определяющую предел измерения, и компенсационную 1", расположенную ниже измерительной и предназначенную для формирования сигнала компенсации ошибки, возникающей от изменения диэлектрических свойств среды. При работе компенсационная часть /" должна быть постоянно залита контролируемой жидкостью. Первичный преобразователь с компенсационной частью применяется только для контроля уровня неэлектропроводных сред. Емкость компенсационной части включается в схему устройства 3 и обеспечивает автоматическую компенсацию погрешности при изменении диэлектрической проницаемости среды. При измерении уровня электропроводных жидкостей компенсационная часть /" в первичном преобразователе отсутствует и заменяется конденсатором постоянной емкости в схеме устройства 3. Чувствительный элемент первичного преобразователя подключается к входу устройства 3. В устройствах 3, 4 емкости измерительной и компенсационной частей преобразуются в электрический сигнал, который подается в измерительный передающий преобразователь ПИ на вход усилителя обратной связи 5. С выхода усилителя 5 сигнал подается на вход устройства 3 и на вход усилителя — формирователя унифицированного выходного сигнала 6, преобразующего этот сигнал в токовый выходной унифицированный сигнал 0—5, 0—20 или 4—20 мА.

Для работы в электропроводных средах используют первичные преобразователи, у которых чувствительные емкостные элементы имеют изоляционное покрытие и выполнены в виде проводов (конструктивные исполнения ПОФ, ПТФ, ПСФ). В качестве изоляции использован фторопласт. Для контроля уровня диэлектрических жидкостей используют чувствительные емкостные элементы с неизолированными электродами, которые выполняются в виде коаксиальных труб (КНД), гибких тросиков (ТНД, ТИТ). Степень агрессивности контролируемых сред ограничивается ма­териалами, применяемыми в чувствительных элементах первичных преобразователей: сталь 08Х22Н6Т и фторопласт-4.

**Для коррекции погрешности, возникающей от изменения диэлектрической проницаемости контролируемой среды, в конструкции первичных преобразователей для диэлектрических сред (КНД-К, ТНД-К, ТНТ-К) предусмотрена компенсационная часть.

Удельная электропроводность измеряемой среды: для диэлектрических сред не более 10 См/м, для электропроводных сред не менее 10-⁴ См/м.

 

Уровнемеры дифманометрические. Для измерения уровня жидкостей, находящихся под атмосферным, избыточным или вакуумметрическим давлением, используют манометры дифференциальные; сильфонные ДСП и ДСС, мембранные электрические ДМЭУ-МИ, преобразователи измерительные разности давления пневматические 13ДД11, преобразователи гидростатического давления «Сапфир-22ДГ» и разности давлений «Сапфир-22ДД», «Сапфир-22ДД-Ех». Схема их подключения аналогична представленной на рис. 2.