Водомерные стекла и поплавковые уровнемеры

Лекция 6

Измерение уровня

Общие сведения

Контроль и измерение уровня различных веществ связаны с безопасностью и надежностью работы основного и вспомогательного оборудования, с предупреждением аварийных ситуаций. Приборы, измеряющие уровень вещества, называют уровнемерами. Уровнемеры, которые контролируют отклонение уровня от номинального значения, имеют двустороннюю шкалу, а уровнемеры, которые служат для определении количества вещества в сосуде, – одностороннюю шкалу. Первый тип уровнемеров дополнительно снабжают устройствами сигнализации предельных отклонений уровня от заданного значения.

В зависимости от параметров измеряемой среды и условий измерения применяют различные методы и средства измерений уровня. Оперативный контроль за уровнем вещества осуществляют визуально по водомерным стеклам, поплавковым уровнемерам или показывающим дифманометрам, установленным по месту измерения. При необходимости дистанционной передачи измерительных сигналов к вторичным приборам используют дифманометрические уровнемеры с промежуточными преобразователями, а также емкостные, индуктивные, радиоизотопные и акустические.

Водомерные стекла и поплавковые уровнемеры

Визуальное измерение уровня жидкости в различных теплоэнергетических установках осуществляют по водомерным стеклам. При невысоком давлении среды водомерное стекло представляет собой изогнутую стеклянную трубку, сообщающуюся с газовым и жидкостным объемами резервуара (рисунок 16.1). Показания считывают по деле­ниям на трубке. При повышенном давлении среды в корпусе резервуара устанавливают плоские стекла, располагаемые в шахматном порядке (из условий прочности), чтобы их диапазоны измерения уровня перекрывались.

Уровнемеры работают по принципу сообщающихся сосудов. Основным источником погрешности уровнемеров является разница плотностей жидкости в резервуаре и трубке из-за различия их температур: Δh = h₂ – h₁ = h₂(1 – ρ₂ /ρ₁), где ρ₁, ρ₂ − плотности жидкости в резервуаре и трубке. Обычно показания уровня по водомерному стеклу меньше действительного уровня, поэтому необходима либо тепловая изоляция стекла трубки, либо ее продувка жидкостью из резервуара.

Уровень жидкости в резервуарах, находящихся под атмосферным или вакуумметрическим давлением, измеряют с помощью простого технического устройства − поплавка или буйка. В этом случае указатель уровня связан с поплавком (буйком) гибкой (трос, лента) или жесткой механической связью. С изменением высоты уровня меняется положение поплавка (буйка), а следовательно, и указателя. Однако при изменении плотности жидкости Δρ_ж изменяется объем погруженной части поплавка (буйка), что приводит к возникновению дополнительной погрешности в определении уровня

,

где V_П и ΔV_П − объем погруженной части поплавка (буйка) и его изменение; S − площадь поперечного сечения резервуара.

Рисунок 6.1 − Схема измерения уровня с помощью водомерного стекла

Для дистанционного измерения уровня жидкости широко применяют буйковые уровнемеры УБ-Э и УБ-П соответственно с унифицированным выходным сигналом постоянного электрического тока или пневматическим. Измерительный сигнал преобразуется на основе электросиловой или пневмосиловой компенсации усилия, развиваемого буйком уровнемера, погруженного в жидкость. Уровнемеры УБ-Э и УБ-П служат для измерения уровня в объектах с температурой не более 400⁰ С и допустимым рабочим давлением 10 МПа. Диапазон измерения этих уровнемеров 0-1,6 или 0-0,04 м, класс точности 1; 1,5.

Достоинствами поплавковых уровнемеров являются простота устройства, широкий диапазон измерений, необходимая точность измерений в широком диапазоне температур, возможность измерения уровня агрессивных и вязких сред, а их недостатками − необходимость установки поплавка (буйка) в резервуаре, трудность измерения уровня в резервуаре под давлением, герметизация измерительного устройства.