Вимірювання рівнів

Вимірювання рівнів рідин наповненими у різних резервуарах та баках займають значне місце в різних галузях промисловості, науки та техніки.

Основними групами рівнемірів є: візуальні (за допомогою водо­мірного скла); гідростатичні, в яких рівень визначають за значенням тиску рідини на дно резервуара з наступним вимірюванням різниці даного тиску та атмосферного за допомогою диференціального мано­метра; електромеханічні та механічні, зокрема поплавкові та буйкові; електричні, в яких рівень перетворюється в зміну електричного опору (кондуктометричні) або в зміну ємності (ємнісні).

Розглянемо деякі найпоширеніші типи рівнемірів, що застосо­вуються в промисловості.

Поплавкові рівнеміри. Принцип роботи поплавкових рівнемірів оснований на висліджуванні рівня рідини за допомогою поплавка.

Поплавок, маючи питому густину, значно меншу, ніж рідина, завжди знаходиться на її поверхні і переміщується з переміщенням вимірю­ваного рівня рідини. Переміщення поплавка перетворюється у вихідний сигнал відлікових пристроїв, що може здійснюватись як за допомогою звичайних механічних пристроїв, так і з перетворенням переміщення в електричний сигнал за допомогою різних вимірювальних перетво­рювачів.

На рис. 3 наведена принципова схема поплавкового рівнеміра з реостатним перетворювачем переміщення та логометричним вимірю­вальним приладом для вимірювання рівня пального в баках автомобілів та літаків. Поплавок розміщений в баку з досліджуваним рівнем і меха­нічно зв'язаний з повзунком реостатного перетворювача Резисторислужать для узгодження параметрів перетворювача та лого­метра для забезпечення заданого діапазону вимірювань.

При зміні досліджуваного рівня та відповідному переміщенні поплавка повзунок реостатного перетворювача, змінюючи співвідно­шення опорів у колах рамок логометра, змінює і відношення струмів, а тим самим відхилення стрілки та покази логометра.

Рис. 3. Схема поплавкового рівнеміра

Шкала таких рівнемірів градуюється в значеннях вимірюваного рівня або в частках максимального рівня, прийнятого за одиницю.

До переваг логометричних кіл належить незмінність показів при ко­ливанні напруги джерела живлення та незначний вплив опору лінії.

Вторинними перетворювачами поплавкових рівнемірів можуть бути також індуктивні чи взаємоіндуктивні перетворювачі переміщень.

Буйкові рівнеміри, їх робота базується на використанні виштовхувальної сили, що діє на занурене у рідину тіло (буйок) у вигляді циліндра, довжина якого значно більша від його діаметра (рис. 4), а питома густина значно більша від питомої густини досліджуваної рідини.

Рис. 4 Структура буйкового перетворювача рівня рідини

Такий буйок механічно з'єднаний з чутливим елементом 2 вторинного перетворювача, а його переміщення обмежується за допомогою пружини 3, закріпленої одним кінцем до верхньої частини буйка, а другим до нерухомої частини перетворювача. Такий буйок, що вільно підвішений на пружині, служить масштабним перетворювачем порівняно великих змін рівня (до 10...20 м) у порівняно невеликі переміщення буйка та чутливого елемента вторинного перетворювача. Залежно від рівня рідини на буйок буде діяти підйомна сила, внаслідок чого пружина стискається, а чутливий елемент, яким може бути, наприклад, плунжер індуктивного чи взаємоіндуктивного перетворювача, переміщується, змінюючи відповідно вихідну індуктив­ність (повний електричний опір) чи вихідну ЕРС.

Вторинними вимірювальними приладами рівнемірів з буйковим перетворювачем можуть бути прилади типу КПД чи КСД (з компенса­ційним вимірювальним колом з диференціально-трансформаторними перетворювачами).

Рис. 5. Схема буйкового рівнеміра з диференціально-трансформаторними перетворювачами

Ємнісні рівнеміри відрізняються універсальністю, високою чутли­вістю, простотою вимірювального кола, відсутністю рухомих елементів в зоні вимірюваного рівня. Однією з основних проблем при побудові ємнісних рівнемірів є компенсація змін відносних діелектричних сталих середовища, рівень якого вимірюють, та έп повітря між обкладками вимірювального перетворювача в зоні, що не заповнена досліджуваним середовищем.