Un indicator de nivel este un dispozitiv conceput pentru a determina nivelul de conținut în vase deschise și închise , rezervoare , depozite și alte containere. Conținutul se referă la diferite tipuri de lichide, inclusiv cele care formează gaze, precum și la vrac și alte materiale. Indicatoarele de nivel sunt numite și senzori de nivel /dispozitive de semnalizare, convertoare de nivel. Principala diferență dintre un indicator de nivel și un detector de nivel este capacitatea de a măsura în mod continuu nivelul (gradații de nivel), și nu doar valorile de limită în puncte.
În producția industrială, există în prezent o gamă diversă de mijloace tehnice care rezolvă problema măsurării și controlului nivelului. Instrumentele de măsurare a nivelului implementează diverse metode bazate pe diverse principii fizice. Cele mai comune metode de măsurare a nivelului care vă permit să convertiți valoarea nivelului într-o mărime electrică și să transferați valoarea acesteia către sistemele APCS includ:
Odată cu dezvoltarea tehnologiei de măsurare, fiecare metodă dobândește un set caracteristic al implementărilor sale tehnice, care în fiecare caz specific prezintă atât avantaje, cât și dezavantaje.
Aplicabilitatea unuia sau altuia instrument de măsurare a nivelului este determinată de precizia necesară și de cerințele unui anumit proces - condițiile din interiorul rezervorului controlat, specificul sarcinii de măsurare (presiunea și temperatura procesului, densitatea variabilă a mediului, agresivitatea mediului, posibilitatea de lipire, îngroșare etc.). La obiectele cu risc crescut de incendiu, manometrele de nivel trebuie să aibă caracteristici care să asigure funcționarea normală a echipamentului în locuri în care există pericol de explozie cu gaz sau praf - nivelul corespunzător de protecție împotriva exploziilor . Unele indicatori de nivel trebuie să aibă încorporate autodiagnosticare, verificări software și protecție pentru setări - de obicei pentru transferul custodiei sau siguranța procesului.
Măsurarea continuă a nivelului prin principiul radar se bazează pe teoria propagării undelor electromagnetice a fizicianului britanic James Maxwell , creată de acesta în 1865. El a sugerat că liniile de forță ale unui câmp magnetic în schimbare sunt înconjurate de linii circulare de forță ale unui câmp electric, chiar și în absența conductorilor electrici. Inspirat de această teorie, fizicianul german Christian Hülsmeier a dezvoltat telemobiloscopul la Düsseldorf în 1904 și a brevetat acest prim instrument radar. Datorită acestui dispozitiv, el a devenit cunoscut drept inventatorul primului radar.
Principiul de măsurareSemnalul emis este reflectat de pe suprafața mediului măsurat și este recepționat de antenă cu o mică întârziere t. Principiul radar utilizat se numește FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Măsurătorile radar FMCW utilizează un semnal de înaltă frecvență a cărui frecvență de emisie crește liniar în timpul măsurării (așa-numita frecvență de măsurare). Semnalul emis este reflectat de pe suprafața mediului măsurat și este recepționat cu o mică întârziere t. Timpul de întârziere este calculat prin formula t=2d/c, unde d este distanța până la suprafața produsului și c este viteza luminii în gaz deasupra suprafeței mediului. Pe baza frecvenței semnalelor trimise și primite, diferența Δf este calculată și utilizată în procesarea ulterioară a semnalului. Diferența de frecvență este direct proporțională cu distanța. O diferență mai mare între frecvențe corespunde unei distanțe mai mari și invers. Diferența de frecvență Δf este transformată într-un spectru de frecvență folosind o transformată Fourier discretă (DFT), de la care apoi se calculează distanța. Nivelul este calculat ca diferența dintre înălțimea rezervorului și distanța rezultată.
Transmițătoarele de nivel cu ultrasunete sunt utilizate pentru măsurarea continuă a nivelului de lichide și solide în aproape toate industriile.
Principiul de măsurareImpulsuri ultrasonice scurte în intervalul de la 18 la 70 kHz sunt emise de senzor în direcția mediului măsurat, reflectate de pe suprafața acestuia și captate din nou de senzor. Impulsurile se propagă cu viteza sunetului, în timp ce timpul dintre momentul emiterii și recepția semnalului depinde de nivelul de umplere al rezervorului. Cea mai recentă tehnologie de microprocesor și software-ul dovedit garantează o detectare fiabilă a ecoului chiar și în prezența ecourilor false reflectate de structurile interne și un calcul foarte precis al distanței până la suprafața mediului măsurat. Pentru a compensa influența timpului de tranzit al semnalului acustic, senzorul de temperatură încorporat detectează temperatura din rezervor.
Prin simpla introducere a dimensiunilor vasului și a distanței măsurate, se calculează un semnal proporțional cu nivelul. Astfel, nu este nevoie să umpleți recipientul pentru a efectua reglajul fin.
Metoda de măsurare continuă a nivelului cu ultrasunete s-a dovedit eficientă. Transmițătoarele de nivel cu ultrasunete sunt potrivite pentru măsurarea apei pluviale, a apelor uzate, a lichidelor cu niveluri scăzute sau ridicate de poluare, care conțin solide sau nămol. Este de la sine înțeles că atunci când se lucrează cu solide, instrumentului de măsurare sunt impuse cerințe diferite decât atunci când se lucrează cu lichide. La urma urmei, suprafața produsului măsurat este neuniformă și adesea reprezintă un con vrac. Multe substanțe provoacă formare intensă de praf. În plus, multe rezervoare de solide în vrac sunt mult mai înalte decât rezervoarele de lichide.
Principiul măsurării indicatorului de nivel al radarului reflex TDR se bazează pe tehnologia reflectometriei în domeniul timpului (TDR - „Reflectometria în domeniul timpului”). Adesea astfel de dispozitive sunt numite și indicatori de nivel cu undă ghidată, tip contact (GWR - „radar cu undă ghidată”) [1] . Cu această metodă de măsurare, impulsurile electromagnetice de putere mică și o durată de aproximativ 1 nanosecundă se propagă de-a lungul ghidului de undă (cel mai adesea o tijă sau mai multe tije, un cablu, o structură coaxială). Impulsurile se deplasează cu o viteză determinată de caracteristicile mediului de propagare, geometria ghidului de undă - ca structură pentru propagarea radiațiilor electromagnetice. În cazul propagării în aer în condiții normale, viteza de propagare este considerată egală cu viteza luminii. Viteza de propagare este invers proporțională cu rădăcina pătrată a permitivității mediului de propagare [2] . În cazul propagării impulsurilor printr-un strat de mediu a cărui constantă dielectrică este apropiată de 2 (aproape toate produsele petroliere), viteza de propagare va scădea cu un factor de 1,414. După ce au ajuns la suprafața produsului controlat, impulsurile sunt reflectate de la interfața dintre medii, iar intensitatea reflexiei depinde și de constanta dielectrică a produsului εr (de exemplu, până la 80% din nivelul impulsului inițial este reflectat din suprafața apei, pentru produsele petroliere ușoare - aproximativ 17%). Aparatul măsoară intervalul de timp dintre momentele de emisie și reflectarea impulsurilor. Jumătate din acest timp corespunde distanței dintre punctul de referință (denumit adesea suprafața de etanșare a flanșei) și suprafața mediului de măsurat. Această valoare de timp este convertită într-un semnal de ieșire de tipul necesar, de exemplu 4...20 mA și/sau semnale discrete, sau stocată într-o formă lizibilă/accesabilă folosind interfețe/protocoale digitale (de exemplu RS-485, Modbus RTU , HART etc.). .P.). O caracteristică a dispozitivelor de acest tip este capacitatea de a măsura nivelul interfeței simultan cu măsurarea nivelului produsului principal, fără a utiliza părți mobile. Dispozitivele individuale de acest tip combină în mod convenabil măsurarea nivelului și a temperaturii produsului. Praful, spuma, fumul, suprafețele agitate, lichidele în fierbere, fluctuațiile de presiune și temperatură, densitatea practic nu afectează funcționarea dispozitivului.
Indicatorul de nivel de bypass magnetic funcționează pe principiul vaselor comunicante . Camera de măsurare este instalată aproape de rezervor, astfel încât condițiile din camera de măsurare și din rezervor să fie aceleași. Flotitorul este echipat cu un sistem de magneți permanenți conceput pentru a transmite valorile măsurate către un indicator local. Sistemul de magnet plutitor fie activează plăcile magnetice (indicator de steag) în funcție de nivelul lichidului, fie deplasează indicatorul magnetic în indicator, în funcție de metoda de indicare selectată. Indicarea nivelului se realizează prin schimbarea poziției unui grup de steaguri magnetice amplasate vertical sau pe baza poziției indicatorului magnetic.
Indicatorul de nivel funcționează pe principiul deplasării. Conform acestui principiu, lungimea unui corp scufundat într-un lichid corespunde domeniului de măsurare a nivelului. O tijă de deplasare suspendată pe un arc de măsurare este scufundată într-un lichid și, în conformitate cu legea lui Arhimede, este afectată de o forță de flotabilitate proporțională cu masa lichidului deplasată de corp. Modificarea flotabilității corespunde exact cu modificarea lungimii arcului, ceea ce face posibilă măsurarea nivelului. Modificarea lungimii arcului este transformată printr-un sistem magnetic într-o modificare a nivelului și transmisă la indicator.
Schema de decontareDeplasatorul este fixat pe o suspensie elastică cu rigiditate c care acționează asupra deplasatorului cu o anumită forță. Prin creșterea nivelului cu H din poziția zero 00, creștem forța de flotabilitate, ceea ce face ca dispozitivul de deplasare să se ridice cu x, iar atunci când se ridică, pescajul crește, adică. x < h. In acest caz, forta cu care actioneaza suspensia asupra deplasantului se modifica, iar modificarea este egala cu modificarea fortei de flotabilitate cauzata de cresterea deplasarii deplasantului cu (h - x): - rigiditatea suspensiei; ρ l, ρ g sunt densitatea lichidului și a gazului; F este aria secțiunii transversale a dispozitivului de deplasare. De aici este ușor de obținut o expresie pentru caracteristica statică a indicatorului de nivel al deplasatorului: x = h/(1 + c(ρ w - ρ g)gF). Astfel, caracteristica statică a deplasatorului este liniară, iar sensibilitatea acestuia poate fi modificată prin creșterea F sau reducerea rigidității suspensiei c. Cu o rigiditate mare a suspensiei, geamandura nu se va deplasa insa, la schimbarea nivelului, forta cu care actioneaza asupra suspensiei se va modifica. În acest caz, cu o creștere a nivelului cu h, modificarea forței este egală cu hF(ρ w - ρ g)g. Acest principiu este utilizat, de exemplu, în manometrele de nivel de geamanduri de tipurile Sapfir-22DU, UB-E, PIUP (fostă UB-P). Cele mai recente indicatori de nivel sunt echipate cu traductoare compensate de putere (UB-E) cu un semnal de ieșire de curent unificat, UB-P și PIUP cu un semnal de ieșire pneumatic unificat).
Principiul de bază de funcționare al acestor indicatori de nivel este măsurarea presiunii hidrostatice exercitate de un lichid. Există trei tipuri principale de transmițătoare de nivel hidrostatice - submersibile, mortare și cu flanșă, care se disting prin tipul de conectare la proces. De asemenea, deoarece acest factor provoacă cerințe speciale pentru materialele din care este fabricat dispozitivul, este logic să se evidențieze indicatoarele de nivel hidrostatice în funcție de tipul de mediu măsurat: necoroziv pentru oțel inoxidabil, agresiv pentru oțel inoxidabil, pulpos, gros. și medii abrazive. Atunci când alegeți o metodă de măsurare a nivelului, trebuie luat în considerare faptul că măsurătorile corecte prin senzori hidrostatici sunt posibile numai în medii cu o densitate constantă, deoarece presiunea hidrostatică depinde de densitatea lichidului și de nivel. Dacă este necesar să se rezolve problema măsurării nivelului în medii cu densitate variabilă, este posibil să se instaleze doi senzori de nivel. Un dispozitiv este instalat în containerul de mostre. În rezervor este asigurat un nivel constant, iar indicatorul de nivel măsoară densitatea, iar datele de la al doilea (indicatorul de nivel în sine) sunt recalculate în controler, ținând cont de densitatea de curent a mediului, de la care semnalul deja corectat. intră la nivelul superior.
Avantaje:
Defecte: