Измерение уровня. Буйковые, поплавковые, емкостные, радиолокационные, ультразвуковые, гидростатические, вибрационные уровнемеры

Поплавковый уровнемер
Уровнемер, основанный на измерении положения поплавка, частично погруженного в жидкость, причем степень погружения поплавка (осадка) при неизменной плотности жидкости не зависит от контролируемого уровня. Поплавок перемещается вертикально вместе с уровнем жидкости, и, следовательно, по его положению может быть определено значение уровня. В статическом режиме на поплавок действуют: сила тяжести G и выталкивающие силы жидкости и газовой среды. При перемещении поплавка появляется также сила сопротивления в подвижных элементах уровнемера. Если пренебречь силой сопротивления кинематики и выталкивающей силой газовой фазы, то действующие на поплавок силы связаны уравнением

G = Vжρ жg,

где Vж – объем погруженной части поплавка, ρ ж – плотность жидкости.

Объем Vж однозначно определяет осадку (глубину погружения) поплавка. При изменении плотности контролируемой жидкости на Δρ ж изменяется объем погруженной части на ΔVж, что приводит к изменению осадка, т.е. к появлению дополнительной погрешности. Выражение для ΔVж можно получить в виде
ΔVж = (δVж / δρ ж)Δρ ж = -Vж (Δρ ж / ρ ж)

Таким образом, объем погруженной части Vж, а следовательно, осадка поплавка, является параметром, определяющим дополни-тельную погрешность, вызванную изменением плотности контролируемой жидкости. Для снижения этой погрешности целесообразно уменьшить осадку поплавка, что может быть достигнуто либо увеличением площади поперечного сечения поплавка, либо облегчением поплавка.

В простейшем случае поплавок соединен с указателем с помощью гибкой механической связи. Размеры поплавка ограничиваются размерами уровнемера, масса поплавка не может быть сильно уменьшена из-за необходимости обеспечения требуемого натяжения гибкого элемента и преодоления сил трения. Сила сопротивления определяется выбором схемы связи поплавка с измерительной схемой уровнемера. Такая конструкция имеет большой диапазон измерения, но не обеспечивает хорошей герметизации резервуара, поэтому используется только при небольшом избыточном давлении или разрежении и невысоких температурах контролируемой среды.
При более высоких значениях температуры и давления среды используются поплавковые уровнемеры с магнитными преобразователями.
По направляющей трубе 7 под влиянием изменения уровня жидкости перемещается поплавок 6 с постоянным магнитом 5. Внутри трубки 7 по всей ее длине находятся герконовые реле, которые срабатывают под действием магнитного поля поплавка. Стопорное кольцо 4 ограничивает перемещение поплавка вверх, а зонтик 3 защищает его от капель конденсата, который может образовываться на внутренних стенках резервуара. При диапазоне измерения от 0,5 до 6 м высота уровня измеряется с дискретностью 5 мм.

Рисунок 5 – Схема поплавкового уровнемера:
1 – корпус; 2 – кабельный вывод; 3 – зонтик; 4 – стопорное кольцо; 5 – постоянный магнит; 6 – поплавок; 7 – направляющая трубка; 8 – герконовое реле

При определении массы для учета изменения плотности жидкости в преобразователе производится измерение температуры. Эти преобразователи могут иметь в качестве выходной величины изменение сопротивления, токовый сигнал 4...20 мА или цифровой.