Наиболее развиты и распространены акустические методы измерений уровня жидкости, основанные на применении ультразвука (колебания с частотой с 15—20кГц до 200МГц принято называть ультразвуковыми). Ультразвуковые колебания характеризуют частота колебания, скорость их распространения, амплитуда колебаний и величина, определяющая затухание ультразвука – коэффициент поглощения.
Ультразвуковые уровнемеры можно разделить по принципу работы на локационные, поглощения (диссипативные) и резонансные. Наибольшее распространение получили локационные уровнемеры, обладающие простотой технической реализации и относительно высокой эффективностью. Однако они имеют невысокие метрологические характеристики в силу наличия многих существенных влияющих факторов. Так, по данным /источник/ относительные погрешности измерений уровня наиболее высокоточными ультразвуковыми уровнемерами достигают 0,25-0,5 %, что делает их непригодными для целей настоящей задачи.
Оптические методы измерения уровня построены на использовании различия оптических свойств веществ, образующих поверхность раздела, т.е. на использовании некоторых явлений взаимодействия света с веществом.
Основные параметры, характеризующие световое излучение, являются частота электромагнитных колебаний, скорость распространения света в среде, абсолютный показатель преломления света для данной среды и др.
При измерении уровня жидкости может быть использовано любое явление, сопровождающее прохождение света через среды. В зависимости от явления, положенного в основу метода, оптические методы можно разделить соответственно на уровнемеры отражения, преломления и поглощения. На практике же оптические уровнемеры дополнительно делятся по принципу измерения уровня на две большие подгруппы – визуальные и фотоэлектрические. Наиболее широкое применение получили визуальные уровнемеры.
Существенным недостатком визуальных уровнемеров является сложность выполнения с их помощью дистанционного измерения уровня и невозможность их применения при автоматизированных технологических процессах.
Повышение точности оптических измерителей уровня жидкости в принципе возможно (например, интерферометрические уровнемеры обладают высокой точностью – до 0,1мм и даже выше), но их аппаратурная реализация весьма усложняется, а стоимость существенно возрастает, к тому же чувствительность и точность таких уровнемеров в значительной степени зависит от стабильности внешних влияющих факторов и характеристик измеряемой жидкости, что, в общем, делает их малопригодными для решения поставленной задачи.
Для измерения уровня жидкости может быть использовано различие электрических свойств жидкости и парогазованной смеси над ней.
В зависимости от принципа работы существует большое количество уровнемеров, которые используют электрические методы измерения уровня, а именно: кондуктометрические уровнемеры, индуктивные, емкостные, радиоволновые, эндовибраторные, резонансные и др.
Наиболее широкое применение получили кондуктометрические уровнемеры. Кондуктометрические уровнемеры, или, как их еще называют уровнемеры сопротивления применяются для измерения уровня только проводящих жидкостей.
Широкое применение в промышленности получил релейный эффект в датчиках кондуктометрических уровнемеров, заключающийся в скачкообразном изменении проводимости датчика от нуля до конечной величины при соприкосновении электродов с жидкостью. На основе этого эффекта работают разнообразные сигнализаторы уровня. Количество этих приборов столь велико, что их можно выделить в особую группу – контактных. Применение кондуктометрических сигнализаторов уровня в качестве чувствительных элементов следящих уровнемеров имеет ту особенность, что электрод помимо основного, следящего, перемещения находится в непрерывном возвратно-поступательном движении. Чувствительность уровнемера определяется амплитудой колебаний чувствительного элемента и может достигать десятых и даже сотых долей миллиметра. Этот метод отличается простотой технической реализации и относительно высокой эффективностью, позволяет получить требуемую точность измерения, что определяет целесообразность применения данного метода в настоящей работе.
По степени подвижности чувствительного элемента датчика механические уровнемеры можно разделить на уровнемеры с неподвижным чувствительным элементом и на уровнемеры с подвижным чувствительным элементом. К уровнемерам с неподвижным чувствительным элементом относятся механические уровнемеры с гибким щупом и так называемые маятниковые уровнемеры.
Уровнемеры с подвижным чувствительным элементом можно разделить на уровнемеры с поступательным, вращательным и колебательным движением чувствительного элемента. Наибольшее распространение получили механические уровнемеры с поступательным движением чувствительного элемента. Уровень жидкости в резервуаре определяют по длине мерной ленты, на которой подвешен лот – опускаемый датчик уровня жидкости.
Механические лотовые уровнемеры просты в эксплуатации и обслуживании, надежны в работе при самых неблагоприятных условиях, сравнительно дешевые, точность лотовых уровнемеров в значительной степени определяется применяемыми датчиками фиксации уровня жидкости.
На основе анализа описанных выше методов измерения уровня, разработку вторичного эталона единицы длины для измерения уровня жидкости предлагается осуществить на основе комбинированного электроконтактного-лотового метода, в котором измерение уровня жидкости (в данном случае применения – воды) производится путем опускания на мерном линейном элементе электроконтактного датчика до его касания поверхности жидкости, а расстояние до поверхности жидкости определяется по длине мерного элемента. Сочетание этих двух методов позволит получить требуемую точность измерения при простоте технической реализации, этот комбинированный метод прост в обслуживании и эксплуатации, отличается дешевизной и обладает очевидной структурой источников погрешностей измерения, доступных для метрологического анализа.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.