Измерительные преобразователи уровня сыпучих материалов и жидкостей

Измерительные преобразователи расхода. Уровнемеры

Существуют два типа приборов для измерения расхода веществ - расходомеры и счетчики вещества. Во многих случаях расходомеры снабжаются интегрирующими устройствами, то есть они одновременно являются еще и счетчиками. Счетчики могут быть скоростные, объемные и весовые, бывают счетчики жидкости и газа.

В большинстве случаев применяются скоростные счетчики. Чувствительным элементом в скоростном счетчике является крыльчатка или вертушка, которая помещается в поток жидкости или газа. Угловая скорость вертушки или крыльчатки пропорциональна средней скорости потока. Количество прошедшего вещества пропорционально количеству оборотов чувствительного элемента. При помощи передаточных механизмов типа редукторов количество оборотов преобразуется в изменение положения измерительной стрелки.

В объемных счетчиках учету подвергается объем вещества, которое прошло через счетчик.

Из расходомеров чаще всего используются:

1. Расходомеры с переменным перепадом давления.
2. Расходомеры с постоянным перепадом давления.
3. Напорные трубки и анемометры.
4. Ультразвуковые расходомеры.
5. Индукционные расходомеры.

Приборы для измерения уровня (уровнемеры) могут классифицироваться по следующим признакам:

1. Род исследуемого вещества. Согласно данному признаку приборы для измерения уровня делятся на приборы для измерения уровня жидкостей кусковых твердых и сыпучих материалов.
2. Назначение. Согласно данному признаку приборы для измерения уровня делятся на приборы для контроля и сигнализации предельных значений уровня, для непрерывного измерения значений уровня, для определения границы раздела двух несмешивающихся сред.
3. Принцип действия. Согласно данному признаку приборы для измерения уровня делятся на манометрические, механические, визуальные, акустические и электрические.

Принцип действия радарного и ультразвукового уровнемера

Принцип действия радарного уровнемера следующий. Излучаемый сигнал отражается от поверхности измеряемой среды и с небольшой задержкой по времени принимается антенной. Радарный принцип называется FMCW - непрерывное частотно-модулированное излучение. При таком способе измерения используется сигнал высокой частоты, частота излучения которого во время измерения линейно возрастает. Излучаемый сигнал отражается от поверхности измеряемой среды и принимается с временной задержкой. Время задержки рассчитывается по следующей формуле:

$t=2d/c, $

где d - это расстояние до поверхности измеряемой среды, c - это скорость света в газе над поверхностью измеряемой среды.

На основании частоты принятых и посланных сигналов рассчитывается разница, которая используется в дальнейшей обработке сигнала. Разница частот прямо пропорциональна дистанции. Чем больше разница между частотами, тем больше расстояние до поверхности измеряемой среды, и наоборот. Разница частот трансформируется в частотный спектр при помощи дискретного преобразования Фурье, по результатам преобразования рассчитывается расстояние, а уровень представляет собой разницу между высотой резервуара и полученным расстоянием.

Ультразвуковые уровнемеры используются для непрерывного измерения уровня жидкостей и сыпучих веществ практически во всех отраслях промышленности. Принцип работы ультразвукового уровнемера следующий. Короткие ультразвуковые импульсы в диапазоне от 18 до 70 килогерц излучаются сенсором по направлению к измеряемой среде, затем отражаются от её поверхности и опять улавливаются сенсором. Скорость распространения импульсов равняется скорости звука, при этом время между моментом излучения и приема сигнала зависит от уровня заполнения резервуара. Современная микропроцессорная технология и программное обеспечение обеспечивают надежное обнаружение эхо-сигнала уровня даже при наличии ложных сигналов, которые отражаются от внутренних конструкций, а также высокоточное вычисление расстояния до поверхности измеряемой среды. Для того чтобы компенсировать влияние времени прохождения акустического сигнала, встроенным температурным датчиком определяется температура в резервуаре.

Посредством простого ввода габаритных размеров резервуара и измеренного расстояния рассчитывается сигнал, который пропорционален уровню. При использовании ультразвуковых уровнемеров отсутствует необходимость в заполнении резервуара для точной настройки.