En nivåmätare är en anordning utformad för att bestämma innehållsnivån i öppna och slutna kärl , tankar , lager och andra behållare. Innehållet avser olika typer av vätskor, inklusive gasbildande, samt bulk och andra material. Nivåmätare kallas även nivågivare /signalanordningar, nivåomvandlare. Huvudskillnaden mellan en nivåmätare och en nivådetektor är förmågan att kontinuerligt mäta nivån (nivågraderingar), och inte bara dess gränsvärden i poäng.
Inom industriell produktion finns det för närvarande en mångfald av tekniska medel som löser problemet med nivåmätning och kontroll. Nivåmätningsinstrument implementerar olika metoder baserade på olika fysikaliska principer. De vanligaste metoderna för nivåmätning som låter dig omvandla nivåvärdet till en elektrisk storhet och överföra dess värde till APCS-systemen inkluderar:
Med utvecklingen av mätteknik får varje metod en karaktäristisk uppsättning av sina tekniska implementeringar, som i varje specifikt fall har både fördelar och nackdelar.
Tillämpligheten av ett eller annat nivåmätverktyg bestäms av den erforderliga noggrannheten och kraven för en viss process - förhållandena inuti den kontrollerade reservoaren, specifikationerna för mätuppgiften (tryck och temperatur i processen, variabel densitet av mediet, mediets aggressivitet, möjligheten att klibba, förtjocka, etc.). Vid föremål med ökad brandrisk måste nivåmätare ha egenskaper som säkerställer normal drift av utrustning på platser där det finns risk för gas- eller dammexplosioner - lämplig nivå av explosionsskydd . Vissa nivåmätare måste ha inbyggd självdiagnostik, mjukvarukontroller och inställningsskydd - vanligtvis för vårdnadsöverföring eller processsäkerhet.
Kontinuerlig nivåmätning med radarprincipen är baserad på teorin om elektromagnetisk vågutbredning av den brittiske fysikern James Maxwell , skapad av honom 1865. Han föreslog att kraftlinjerna för ett föränderligt magnetfält omges av cirkulära kraftlinjer för ett elektriskt fält, även i frånvaro av elektriska ledare. Inspirerad av denna teori utvecklade den tyske fysikern Christian Hülsmeier telemobiloskopet i Düsseldorf 1904 och patenterade detta första radarinstrument. Tack vare denna enhet blev han känd som uppfinnaren av den första radarn.
MätprincipDen emitterade signalen reflekteras från ytan på det uppmätta mediet och tas emot av antennen med en liten tidsfördröjning t. Radarprincipen som används kallas FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Radar FMCW-mätningar använder en högfrekvent signal vars emissionsfrekvens ökar linjärt under mätningen (så kallat frekvenssvep). Den emitterade signalen reflekteras från ytan av det uppmätta mediet och tas emot med en liten tidsfördröjning t. Fördröjningstiden beräknas med formeln t=2d/c, där d är avståndet till produktens yta och c är ljusets hastighet i gasen ovanför mediets yta. Baserat på frekvensen för de skickade och mottagna signalerna beräknas skillnaden Af och används i vidare signalbehandling. Frekvensskillnaden är direkt proportionell mot avståndet. En större skillnad mellan frekvenserna motsvarar ett större avstånd och vice versa. Frekvensskillnaden Af transformeras till ett frekvensspektrum med användning av en diskret Fouriertransform (DFT), från vilken avståndet sedan beräknas. Nivån beräknas som skillnaden mellan tankens höjd och det resulterande avståndet.
Ultraljudsnivågivare används för kontinuerlig nivåmätning av vätskor och fasta ämnen i nästan alla industrier.
MätprincipKorta ultraljudspulser i området från 18 till 70 kHz sänds ut av sensorn i riktning mot det uppmätta mediet, reflekteras från dess yta och fångas upp igen av sensorn. Pulserna fortplantar sig med ljudets hastighet, medan tiden mellan emissionsögonblicket och mottagningen av signalen beror på tankens fyllnadsnivå. Den senaste mikroprocessorteknologin och beprövad mjukvara garanterar tillförlitlig nivåekodetektion även i närvaro av falska ekon som reflekteras från interna strukturer, och mycket noggrann beräkning av avståndet till ytan på mediet som mäts. För att kompensera för påverkan av den akustiska signalens transittid känner den inbyggda temperatursensorn av temperaturen i tanken.
Genom att helt enkelt mata in kärlets dimensioner och det uppmätta avståndet beräknas en signal proportionell mot nivån. Det finns alltså inget behov av att fylla behållaren för att utföra finjustering.
Metoden med kontinuerlig ultraljudsnivåmätning har visat sig vara effektiv. Ultraljudsnivågivare är lämpliga för att mäta regnvatten, avloppsvatten, vätskor med låga eller höga föroreningsnivåer, som innehåller fasta ämnen eller slam. Det säger sig självt att vid arbete med fasta ämnen ställs andra krav på mätinstrumentet än vid arbete med vätskor. När allt kommer omkring är ytan på den uppmätta produkten ojämn och representerar ofta en bulkkon. Många ämnen orsakar intensiv dammbildning. Dessutom är många bulktankar mycket högre än vätsketankar.
Principen för mätning av reflexradarns TDR-nivåmätare är baserad på tekniken för tidsdomänreflektometri (TDR - "Time Domain Reflectometry"). Ofta kallas sådana anordningar även nivåmätare med guidad våg, kontakttyp (GWR - "guided wave radar") [1] . Med denna mätmetod utbreder sig elektromagnetiska pulser med låg effekt och en varaktighet på cirka 1 nanosekund längs vågledaren (oftast en stav eller flera stavar, en kabel, en koaxial struktur). Pulserna rör sig med en hastighet som bestäms av utbredningsmediets egenskaper, vågledarens geometri - som en struktur för utbredning av elektromagnetisk strålning. Vid utbredning i luft under normala förhållanden anses fortplantningshastigheten vara lika med ljusets hastighet. Utbredningshastigheten är omvänt proportionell mot kvadratroten av utbredningsmediets permittivitet [2] . I fallet med utbredning av pulser genom ett lager av ett medium vars dielektricitetskonstant är nära 2 (nästan alla petroleumprodukter), kommer utbredningshastigheten att minska med en faktor 1,414. Efter att ha nått ytan av den kontrollerade produkten reflekteras pulserna från gränssnittet mellan media, och reflektionsintensiteten beror också på den dielektriska konstanten för produkten εr (till exempel reflekteras upp till 80 % av den initiala pulsnivån från vattenytan, för lätta oljeprodukter - ca 17%). Enheten mäter tidsintervallet mellan emissionsmomenten och reflektion av pulser. Hälften av denna tid motsvarar avståndet mellan referenspunkten (ofta kallad flänstätningsytan) och ytan på mediet som mäts. Detta tidsvärde omvandlas till en utsignal av önskad typ, till exempel 4...20 mA och/eller diskreta signaler, eller lagras i en läsbar/tillgänglig form med hjälp av digitala gränssnitt/protokoll (till exempel RS-485, Modbus RTU , HART, etc.). .P.). En egenskap hos enheter av denna typ är förmågan att mäta gränssnittsnivån samtidigt med mätningen av huvudproduktens nivå, utan användning av rörliga delar. Individuella enheter av denna typ kombinerar bekvämt mätningen av produktens nivå och temperatur. Damm, skum, ångor, rastlösa ytor, kokande vätskor, fluktuationer i tryck och temperatur, densitet påverkar praktiskt taget inte enhetens funktion.
Den magnetiska bypass-nivåindikatorn fungerar enligt principen att kommunicera kärl . Mätkammaren installeras nära tanken på ett sådant sätt att förhållandena i mätkammaren och i tanken är desamma. Flottören är utrustad med ett system av permanentmagneter utformade för att överföra mätvärden till en lokal indikator. Flytmagnetsystemet aktiverar antingen de magnetiska plattorna (flaggindikatorn) i enlighet med vätskenivån, eller flyttar den magnetiska pekaren i indikatorn, beroende på vald indikeringsmetod. Nivåindikering utförs genom att ändra positionen för en grupp vertikalt placerade magnetiska flaggor eller baserat på positionen för den magnetiska indikatorn.
Nivåindikatorn fungerar enligt principen om förskjutning. Enligt denna princip motsvarar längden på en kropp nedsänkt i en vätska nivåmätområdet. En förskjutningsstav upphängd på en mätfjäder är nedsänkt i en vätska, och i enlighet med Arkimedes lag påverkas den av en flytkraft som är proportionell mot massan av vätskan som förskjuts av kroppen. Förändringen i flytkraft motsvarar exakt förändringen i fjäderlängden, vilket gör det möjligt att mäta nivån. Förändringen i fjäderns längd omvandlas av ett magnetiskt system till en nivåförändring och överförs till indikatorn.
AvräkningsschemaFörskjutaren är fixerad på en elastisk upphängning med styvhet c som verkar på förskjutaren med en viss kraft. Genom att öka nivån med H från nollläget 00 ökar vi flytkraften vilket gör att förskjutaren stiger med x och när den stiger ökar djupgåendet, d.v.s. x < h. I detta fall ändras kraften med vilken upphängningen verkar på förskjutaren, och förändringen är lika med förändringen i flytkraften som orsakas av ökningen av förskjutningen av förskjutningen med (h - x): - upphängningsstyvhet; ρ l, ρ g är densiteten för vätska och gas; F är förskjutarens tvärsnittsarea. Härifrån är det lätt att få ett uttryck för den statiska karakteristiken för förskjutningsnivåmätaren: x = h/(1 + c(ρ w - ρ g)gF). Således är den statiska karaktäristiken för förskjutaren linjär, och dess känslighet kan ändras genom att öka F eller minska suspensionens styvhet c. Med en hög styvhet av upphängningen kommer bojen inte att röra sig, men när nivån ändras kommer kraften med vilken den verkar på upphängningen att förändras. I detta fall, med en ökning av nivån med h, är kraftändringen lika med hF(ρ w - ρ g)g. Denna princip används till exempel i bojnivåmätare av typerna Sapfir-22DU, UB-E, PIUP (tidigare UB-P). De senaste nivåmätarna är utrustade med effektkompenserade givare (UB-E) med en enhetlig strömutgångssignal, UB-P och PIUP med en enhetlig pneumatisk utsignal).
Grundprincipen för driften av dessa nivåmätare är att mäta det hydrostatiska trycket som utövas av en vätska. Det finns tre huvudtyper av hydrostatiska nivåsändare - nedsänkbara, försänkta och flänsade, kännetecknade av typen av anslutning till processen. Dessutom, eftersom denna faktor orsakar speciella krav på de material som enheten är gjord av, är det meningsfullt att peka ut hydrostatiska nivåmätare enligt typen av uppmätta media: icke-korrosivt för rostfritt stål, aggressivt mot rostfritt stål, massaaktigt, tjockt och slipmedel. När man väljer en nivåmätningsmetod bör man ta hänsyn till att korrekta mätningar med hydrostatiska sensorer endast är möjliga i media med konstant densitet, eftersom det hydrostatiska trycket beror på vätskans densitet och nivån. Om det är nödvändigt att lösa problemet med nivåmätning i media med varierande densitet är det möjligt att installera två nivåsensorer. En enhet är installerad i provbehållaren. En konstant nivå tillhandahålls i tanken och nivåmätaren mäter densiteten, och data från den andra (nivåmätaren själv) omräknas i styrenheten, med hänsyn till strömdensiteten för mediet, från vilken den redan korrigerade signalen går in på den övre nivån.
Fördelar:
Brister: