Материал: 2015 [Тынчеров] Основы автоматизации ТПНП

рывном колебании около измеряемого уровня). Это положение в виде угла поворота ролика преобразуется измерительным устройством в унифицированный сигнал — напряжение постоянного тока U.

Радиоизотопные уровнемеры с гамма-излучателями делятся на две группы:

1) Следящие уровнемеры — для непрерывного измерения уровня среды в резервуаре (рис. 4.21). В этом случае излучатель и приемник радиационного излучения перемещаются вверх и вниз по всей высоте емкости, используя либо специальные ленты, либо жесткие металлические рейки с зубцами. Эта конструкция приводится в действие при помощи реверсивного электромотора. Такой уровнемер отслеживает границу уровня раздела сред и в соответствии с ней выдает текущий уровень материала в резервуаре.

Рис. 4.21 — Следящий радиоизотопный уровнемер:

1 — измеряемая сыпучая или жидкая среда, 2 — излучающее устройство, 3 — подъемный механизм (червяк, лента или рейка с зубцами),

4 — стенка резервуара, 5 — счетчик Гейгера, 6 — электронный блок поддержания равновесия в системе, 7 — электродвигатель,

8 — сельсин-датчик, 9 — механический редуктор, 10 — индукционный датчик, 11 — показывающий (регистрирующий) прибор,

12и 13 — сельсин-приемники

2)Сигнализаторы или индикаторы уровня — в свою очередь подразделяются на сигнализаторы предельного значения и сигнализаторы отклонения от заданного уровня (рис. 4.22). Отличие этих сигнализаторов состоит в том, что они считают нормальным: уровень

среды до линии установки датчика (т. е. защита от перелива) либо же нахождение датчика на границе двух сред (поддержание уровня). Это стационарные приборы, установленные на одном месте, не имеющие подвижных частей.

Рис. 4.22 — Радиоизотопный сигнализатор уровня

Каким бы ни был радиоизотопный уровнемер, стационарным или «следящим», принцип его действия неизменен и основан на измерении разности интенсивности гамма-лучей, излученных и поглощенных при их прохождении через вещества с различной плотностью, заполняющие резервуар. Что это означает на практике?

Слабое гамма-излучение от источника радиоизотопного излучения (это может быть либо радиоактивный Кобальт Co60, либо Цезий 137), проникая через стенки резервуара и его внутреннюю полость, улавливается и преобразуется приемником-детектором, в качестве которого выступает обычный счетчик Гейгера. В счетчике Гейгера при воздействии гамма-излучения происходит ионизация заполняющего его газа. Благодаря тому, что к электродам счетчика приложен высокий электрический потенциал, возникает импульсный ток, частота импульсов которого прямо пропорциональна интенсивности потока гамма-излучения.

В случае заполнения резервуара сыпучей или жидкой средой часть гамма-излучения поглощается, вследствие чего на приемном устройстве уровнемера наблюдается снижение уровня излучения. Та-

ким образом, частота импульсов от счетчика Гейгера изменяется. Контроллер по этим сигналам распознает порог изменения интенсивности гамма-излучения, преобразует его в постоянный ток, пропорциональный частоте импульсов, и переключает контакты встроенного реле (либо подает сигнал на пульт диспетчера или индикаторы).

Таким образом, радиационное излучение идет от излучателя к приемнику, которые располагаются на противоположных стенках емкости или резервуара. Гамма-лучи на своем пути проходят либо через воздух (в случае, когда уровень среды не достигнет отметки, на которой установлен уровнемер), либо непосредственно через продукт, уровень которого и контролируется. Воздушная среда не способна обеспечить сильное затухание радиоактивного сигнала. Если же уровень измеряемой среды окажется выше отметки, на которой установлены излучатель и приемное устройство, то радиоактивное излучение будет проходить сквозь толщу этой среды, что отразится на его интенсивности, поскольку плотная среда имеет свойство поглощать радиацию намного сильнее, нежели воздушная среда.

Радиоизотопные уровнемеры уже давно освоены предприятиями тяжелой промышленности. Они надежны, поскольку ломаться в таких уровнемерах и сигнализаторах абсолютно нечему, и имеют высокую точность определения уровня. Однако они имеют ряд негативных моментов, которые и ограничивают их повсеместное применение. Во-первых, это необходимость обеспечения дополнительной безопасности персонала, работающего с этими радиоактивными приборами. Во-вторых, невозможность использования таких датчиков для измерения уровня пищевых продуктов. Они подходят лишь для промышленного применения.

Рис. 4.23 — Прибор технологического контроля уровня жидкого металла ПТКУ

И в-третьих, стоимость радиационной аппаратуры вообще и радиоизотопных уровнемеров, в частности, может быть в несколько раз выше, чем уровнемеров других типов.

Однако, как уже говорилось ранее, существуют ситуации, когда без радиоизотопного уровнемера не обойтись. Например, при измерении уровня расплавленного металла в печах или в процессе непрерывной отливки (для этих целей прекрасно подойдет прибор технологического контроля уровня жидкого металла ПТКУ). Поэтому радиоизотопные уровнемеры имеют полное право на существование и активную эксплуатацию. Просто подбирать такой уровнемер можно не подо все технологические процессы.

Ультразвуковые и акустические уровнемеры. По принципу действия акустические уровнемеры можно подразделить на:

•локационные,

•поглощения,

•резонансные.

Влокационных ультразвуковых уровнемерах используется эф-

фект отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела «жидкость — газ», в связи с чем они получили название ультразвуковых. Положение уровня определяется по времени прохождения ультразвуковых колебаний от источника до приемника после отражения их от поверхности раздела.

Вуровнемерах поглощения положение уровня определяется по ослаблению интенсивности ультразвука при прохождении через слои жидкости и газа.

Врезонансных уровнемерах измерение уровня производится посредством измерения частоты собственных колебаний столба газа над уровнем жидкости, которая зависит от высоты уровня.

Наибольшее распространение получили локационные уровнемеры. Локация уровня может производиться либо через газовую среду над жидкостью, либо снизу через слой жидкости. Недостатком первого типа уровнемеров являются погрешность от зависимости скорости звука от давления и температуры газа и сильное поглощение ультразвука газом, что требует большей мощности источника, чем при локации через жидкость. Однако на показания таких уровнемеров не сказываются изменения характеристик жидкости, поэтому они могут быть использованы для измерения уровня жидкостей неоднородных, содержащих пузырьки газа или кристаллизующихся. Уровнемеры с локацией через жидкость могут быть использованы для сред под высоким давлением, для них требуется небольшая мощность источника, однако они чувствительны к включениям в жидкость, например, к пузырькам газа при вскипании. Поэтому эти уровнемеры применимы

только для однородных жидкостей. Кроме того, они также чувствительны к изменению температуры и давления среды из-за зависимости от них скорости распространения ультразвука.

Упрощенная схема и внешний вид акустического уровнемера с локацией уровня со стороны газа ЭХО-1 представлены на рисунке

4.24.

Рис. 4.24 — Упрощенная схема и внешний вид акустического ультразвукового уровнемера ЭХО-АС-01:

1 — акустический преобразователь; 2 — генератор; 3 — усилитель; 4 — схема измерения времени; 5 — преобразователь; 6 — вторичный прибор;

7 — блок температурной компенсации

Источником и одновременно приемником отраженных ультразвуковых колебаний является пьезоэлемент, заключенный в акустический преобразователь 1. Локация осуществляется ультразвуковыми импульсами, которые возбуждаются пьезоэлементом в результате подачи на него электрических импульсов от генератора 2. Одновременно генератор включает схему измерения времени 4. Отраженный ультразвуковой импульс возвращается на пьезоэлемент через время t, соответствующее контролируемому уровню в соответствии с выражением t = 2(Н – h)/c, где с — скорость ультразвука в газе.

Пьезоэлемент преобразует отраженный ультразвуковой импульс в электрический сигнал, который усиливается усилителем 3 и подается на схему измерения времени 4. Преобразователь 5 преобразует значение времени в унифицированный выходной сигнал 0...5 мА, измеряемый вторичным прибором 6. Для уменьшения влияния изменения температуры газа имеется блок температурной компенсации 7, включающий в себя термопреобразователь сопротивления, расположенный внутри акустического преобразователя.