Măsurarea nivelului industrial
Această intrare sau secțiunea privind mijloacele de măsurare nu citează sursele necesare sau cele prezente sunt insuficiente. |
Nivelul [1] este un parametru important măsurat în procesele industriale.
Sistemele de măsurare a nivelului și instrumentele aferente depind de tipul de echipament în care urmează să fie măsurat nivelul, fluidul conținut, condițiile de funcționare.
Indicarea valorii nivelului poate fi doar locală ( la fața locului sau in situ ), dar de cele mai multe ori semnalul este transmis către camera de control , unde va fi utilizat pentru indicare , înregistrare , alarmă , reglare .
Prin urmare, sistemele sunt foarte numeroase, iar mai jos indicăm unele dintre multele utilizate.
Niveluri de sticlă [2]
Nivele
Compus dintr-un suport vertical care conține un anumit număr de sticlă securizată cu grosime mare. Este instalat pe părțile laterale ale rezervorului prin intermediul a două supape de închidere și de purjare. Lichidul de proces pătrunde în interiorul nivelului datorită principiului vaselor comunicante , iar nivelul său este afișat pentru transparență.
Aceasta este doar o măsurare la nivel local și este potrivită și pentru rezervoarele sub presiune și la temperaturi ridicate. Lichidul nu trebuie să fie incrustant sau murdar .
Nivelurile de împingere hidrostatică
Contoare de nivel ale barei de torsiune
Instrumentul, utilizat în mod normal ca transmițător de nivel, este instalat pe partea laterală a rezervorului al cărui nivel trebuie măsurat prin intermediul conexiunilor cu flanșă și a supapelor de închidere și de purjare.
Datorită principiului vaselor comunicante, supapele permit lichidului de proces să pătrundă într-o cameră cilindrică verticală. În interiorul acestei camere există un cilindru metalic a cărui lungime este mai mare decât domeniul de măsurare a nivelului. Cilindrul, numit în mod necorespunzător plutitor [3] , este atârnat de un braț poziționat la 90 ° de o bară care face parte din corpul instrumentului de măsurare . Această bară sigilează procesul de mediu. Bara este goală, iar în partea sa terminală internă din partea procesului a fixat un arbore care iese în interiorul carcasei instrumentului.
Când nivelul este scăzut și încă nu afectează plutitorul, greutatea acestuia determină o rotație elastică a barei (numită bară de torsiune ). Arborele este poziționat în poziția sa minimă de rotație.
Pe măsură ce nivelul crește și plutitorul este tot mai scufundat în lichid, se creează o forță hidrostatică care este o funcție directă a nivelului și densității lichidului. Această împingere determină o mișcare ascendentă a plutitorului cu rotația consecventă a barei de torsiune și a arborelui conectat la aceasta.
Când nivelul ajunge la capătul superior al plutitorului, există flotabilitate maximă și rotație minimă a barei de torsiune. Arborele va fi făcut rotația maximă.
Poziția unghiulară a arborelui este deci o funcție a nivelului (densitatea fluidului fiind constantă). Prin urmare, este doar o chestiune de măsurare a rotației sale și acest lucru se face în moduri diferite, în funcție de construcția instrumentului. În cazul unui emițător pneumatic, va exista un sistem de modulare a foliei-duze. În cazul unui transmițător electric, va exista un circuit electronic pentru conversia rotației unghiulare - curent electric de 4-20 mA .
Transmițătorul cu bare de torsiune este un instrument robust potrivit pentru procese grele atât în presiune, cât și în temperatură. Cu toate acestea, lichidul nu trebuie să fie incrustant.
Măsurarea nivelului prin măsurarea presiunii
Aveți un rezervor deschis către atmosferă și care conține lichid al cărui nivel doriți să îl măsurați. Dacă se face un punct de presiune în partea inferioară a rezervorului și este instalat un manometru , aceasta va indica o valoare a presiunii care este o funcție directă a nivelului și densității lichidului. Cunoscând densitatea (presupusă constantă), scara manometrului poate fi gradată direct în metri de coloană de lichid. În mod similar, există emițătoare de nivel cu senzor submersibil pentru măsurarea nivelului hidrostatic, imersate de sus prin intermediul unui cablu etanș care conține un capilar de compensare, acestea transmit electric valoarea măsurată către un afișaj sau către un alt sistem de achiziție și control.
Dacă rezervorul nu este deschis către atmosferă, dar este presurizat, acest sistem nu este potrivit, deoarece manometrul ar măsura suma celor două presiuni ale coloanei de lichid și a presiunii statice de deasupra lichidului.
În acest caz, puteți utiliza un manometru diferențial a cărui priză pozitivă este conectată în partea inferioară a rezervorului și priza negativă în partea superioară a rezervorului.
Desigur, manometrul oferă doar o indicație locală. Dacă trebuie să aveți semnalul în camera de comandă, vor fi utilizate transmițătoare de presiune sau de presiune diferențială.
Note de instalare
Dacă lichidul este murdar, este necesar să utilizați instrumente al căror orificiu de presiune este echipat cu o membrană de separare a procesului pentru a evita înfundarea.
În cazul măsurătorilor de presiune diferențială, este esențial ca conducta de presiune negativă să fie întotdeauna golită de condens posibil sau (dacă acest lucru nu este posibil), întotdeauna umplută cu un lichid adecvat. În acest din urmă caz, această coloană constantă de lichid trebuie luată în considerare la calibrarea instrumentului.
Păstrarea coloanei negative întotdeauna goală se poate realiza, de exemplu, prin încălzirea acestei țevi cu o manta de abur. Orice condens se va evapora lăsând tubul gol. Dacă, pe de altă parte, doriți să-l mențineți întotdeauna plin, îl puteți umple așa cum s-a menționat cu un lichid special sau îi permiteți să se umple singur prin condensarea spontană a vaporilor existenți în partea superioară (de exemplu în rezervoare care conțin vapori de apă ).
Nivel de clocot
O variantă care, în general, este potrivită doar pentru rezervoarele nepresurizate este sistemul de turbionare .
Instrumentul utilizat este în continuare un transmițător de presiune, care este totuși instalat la un nivel peste nivelul maxim realizabil.
Un tub metalic (sondă) cu un diametru intern de aproximativ 10 mm este scufundat în rezervor, a cărui lungime atinge punctul cel mai de jos al nivelului minim care urmează să fie măsurat. Tubul din partea sa superioară este conectat la robinetul de presiune al emițătorului. În același punct, se aplică o injecție de aer printr-o restricție calibrată constând dintr-un tub capilar subțire.
Presiunea aerului care alimentează tubul trebuie să fie mai mare decât cea care poate genera forța hidrostatică a coloanei maxime de lichid care trebuie măsurată.
Ca urmare a acestei injecții de aer în sondă, lichidul care ar trebui să pătrundă în interior este forțat să scape complet. Prin urmare, în interiorul sondei este generată o presiune a aerului egală cu cea generată de coloana de lichid. Transmițătorul de presiune va trimite un semnal proporțional cu această presiune și, prin urmare, la nivel.
Pentru o precizie maximă, se utilizează un tub capilar pentru a minimiza căderea de presiune în interiorul sondei datorită debitului de barbotare.
Nivelurile cu ultrasunete
Acest sistem măsoară timpul care trece între emisia unui impuls ultrasonic și revenirea acestuia după ce a fost reflectat de la o suprafață.
Acest timp este o funcție directă a distanței dintre instrument și suprafața reflectorizantă și, prin urmare, este potrivit pentru măsurarea nivelului într-o mare varietate de aplicații.
Pot fi, de exemplu, silozuri care conțin pulberi sau granule , rezervoare de stocare pentru produse petroliere , bazine de apă . Capul care conține emițătorul / receptorul este poziționat în partea de sus și emite fasciculul de unde ultrasonice în jos. Electronica internă convertește timpul măsurat într-un semnal reprezentativ pentru nivel (și nu pentru distanța dintre emițător și suprafața reflectorizantă).
Procese dificile
Există procese „dificile” din punct de vedere al instrumentării. Un exemplu poate fi un rezervor care conține polimeri topiți la temperatură înaltă. În acest caz, nu este posibilă utilizarea instrumentelor tradiționale, deoarece acestea ar ieși imediat din funcțiune.
Unele soluții posibile pot fi următoarele:
- Nivelurile sondei capacitive
- Nivele adaptate greutății
- Nivele cu sursă radioactivă
Nivelurile sondei capacitive
Un tub vertical de metal este instalat în interiorul rezervorului, printr-o conexiune cu flanșă de dedesubt.
Partea terminală internă superioară a tubului este acoperită cu un material izolant (de exemplu, teflon umplut cu sticlă) și introdusă într-o carcasă specială fixată în interiorul rezervorului.
În conexiunea cu flanșă inferioară, conducta este izolată electric de masa metalică a rezervorului. Există un cap de joncțiune electric, conectat la capătul tubului. De aici, o conexiune electrică duce la un contor de capacitate electrică locală.
Sistemul funcționează deoarece există o capacitate electrică între tubul sondei și suprafața echipamentului. Când nivelul produsului topit afectează sonda, există o variație a constantei dielectrice și, prin urmare, a valorii capacității. Instrumentul detectează și măsoară schimbarea capacității și oferă o ieșire standardizată (pneumatică sau electrică) în funcție de nivel. Ele sunt, de asemenea, utilizate în mod obișnuit pentru măsurarea nivelului de ulei din rezervoarele centralelor hidraulice
Nivele adaptate greutății
Se folosesc celule de încărcare care măsoară greutatea rezervorului. Desigur, pentru a avea o precizie maximă , este esențial ca nici o forță verticală variabilă să nu acționeze asupra rezervorului, cum ar fi, de exemplu, împingeri cauzate de dilatarea termică a conductelor. Trebuie avut grijă ca orice solicitări externe să fie întotdeauna direcționate în direcție orizontală.
Nivele cu sursă radioactivă
Acesta este un tip de măsurare care trebuie utilizat exclusiv acolo unde alte tipuri de detectare a nivelului nu sunt posibile și care trebuie utilizat în medii protejate împotriva riscului de radiații ionizante .
O sursă radioactivă punctiformă sau filiformă de cobalt 60 [4] este inserată vertical într-o teacă introdusă în interiorul rezervorului. În afara acestuia este instalat un detector de radioactivitate de scintilație, a cărui ieșire depinde de absorbția pe care nivelul lichidului o provoacă în radiații. Prin urmare, semnalul de ieșire este o funcție a nivelului. Este de obicei utilizat în turnarea continuă a oțelului, deoarece oțelul topit este nemagnetic. prin urmare, contorul radioactiv este utilizat pentru a măsura nivelul din matriță . Există senzori electromagnetici, dar sunt mai scumpi.
Notă
- ^ În loc să vorbim despre nivelul lichidului, uneori se folosește reținerea lichidului. Reținerea este cantitatea volumetrică de lichid conținută efectiv într-un echipament chimic în timpul funcționării sale, care este mai mică decât (sau la aceeași limită) capacitatea totală a echipamentului.
- ^ Contoarele de nivel sunt, de asemenea, denumite în mod obișnuit „niveluri” sau „niveluri”.
- ^ De fapt, plutitorul nu „pluteste” pe suprafața lichidului, ci este întotdeauna mai mult sau mai puțin scufundat.
- ^ Numărul „60” indică numărul de masă al izotopului de cobalt.
