Измерительные преобразователи расхода. Уровнемеры
Расход вещества – это количество вещества, которое проходит через технический аппарат за единицу времени.
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.
Статья: Измерительные преобразователи уровня сыпучих материалов и жидкостей
В объемных счетчиках учету подвергается объем вещества, которое прошло через счетчик.
Из расходомеров чаще всего используются:
- Расходомеры с переменным перепадом давления.
- Расходомеры с постоянным перепадом давления.
- Напорные трубки и анемометры.
- Ультразвуковые расходомеры.
- Индукционные расходомеры.
Приборы для измерения уровня (уровнемеры) могут классифицироваться по следующим признакам:
- Род исследуемого вещества. Согласно данному признаку приборы для измерения уровня делятся на приборы для измерения уровня жидкостей кусковых твердых и сыпучих материалов.
- 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.
- 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.
