Теплотехнические измерения и инновационные измерительные технологии, страница 41

Измерение уровня жидкостей играет важную роль при управлении технологическими процессами, особенно когда это связано с обеспечением безопасной работы оборудования, например, при эксплуатации барабанных котельных агрегатов. Уровнемеры могут использоваться либо для контроля за отклонением уровня от номинального, и в этом случае они имеют двустороннюю шкалу, либо для определения количества жидкости в заполняемой емкости, и в этом случае они имеют одностороннюю шкалу. Самый простой способ измерения – уровнемерами с визуальным отсчетом (с помощью указательных стекол). В случае дистанционного измерения применяются более сложные уровнемеры: гидростатические, буйковые и поплавковые, емкостные, индуктивные, радиоизотопные, волновые, акустические, тремокондуктометрические.

5.5.1.  Уровнемеры с визуальным отсчетом

При невысоких давлениях среды высота уровня измеряется по указательному стеклу трубки, сообщающейся с жидкостным и газовым пространствами контролируемой емкости (рис. 5.67). При повышенных давлениях применяются плоские стекла. Из условий прочности не рекомендуется применять указательные стекла длиной более 0,5 м. Поэтому при большом диапазоне измерения уровня устанавливается несколько стекол так, чтобы их диапазоны измерения перекрывались.

Основным источником дополнительной погрешности визуальных уровнемеров является разница плотности жидкости в контролируемой емкости и в указательном стекле вследствие разности температуры (особенно в случае, когда в емкости поддерживается высокая температура жидкости, а стекло находится на удалении). Это приводит к различию уровней в емкости и в стекле:

                                                ,

где     r₁, r₂ – плотности жидкости в емкости и указательном стекле.

Для снижения погрешности применяют тепловую изоляцию уровнемеров.

5.5.2.  Гидростатические уровнемеры

В этих уровнемерах измерение уровня H жидкости постоянной плотности r сводится к измерению гидростатического давления p, создаваемого столбом жидкости, причем

                                                             .                    (5.56)

На рис. 5.68 представлена схема измерения уровня H в открытом резервуаре с помощью дифманометра 2. В соответствии с (5.56) давление в плюсовой трубке , а в минусовой трубке . Тогда разность давлений выразится:

                                       .

При равенстве плотностей жидкостей в импульсных трубках и высот h₁ и h₂ получится однозначная зависимость перепада давления и уровня жидкости в резервуаре. Чтобы уменьшить погрешность измерения, выражающуюся в занижении показаний дифманометра за счет вытеснения жидкости из минусовой камеры дифманометра, минусовую трубку соединяют не с атмосферой, а с открытым уравнительным сосудом 1, размещенным на отметке 0-0, являющейся началом шкалы дифманометра.

Простейшая схема измерения уровня жидкости в резервуаре под давлением показана на рис. 5.69. Здесь измеряется уровень h в барабане парового котла с использованием однокамерного уравнительного сосуда. Он соединен с паровым пространством котла. Все устройство (уравнительный сосуд и труба 2) тепловой изоляцией не покрыто. Дифманометр 4 с помощью трубки 3 соединяется с водяным пространством.

Давление в плюсовой камере дифманометра выразится:

                                                     ,

где     r_в – плотность воды в уравнительном сосуде 1 и импульсной трубке 2.

Давление в минусовой камере представляется как сумма столба h кипящей воды с плотностью , столба жидкости H₀ в импульсной трубке 3 и столба пара  с плотностью :

                                          .

Тогда перепад давлений будет:

.                                                               (5.57)