MĚŘENÍ VÝŠKY HLADINY. Plovákové hladinoměry. Měřená média. Přehled snímačů hladiny. Mechanické hladinoměry. Provedení plovákových snímačů

Transkript

1 MĚŘENÍ VÝŠKY HLAINY zjišťování výšky ladiny kapalin případně sypkýc mo v zásobnícíc a provozníc nádobác (nádrže, reakory, odparky, krysalizáory, mísicí nádoby apod.) slouží věšinou ke zjišťování množsví vyčíslení množsví z údaje o výšce ladiny je jednoducé pro nádrže, jejicž průřez se s výškou nemění obížnější vyčíslení je např. pro ležaé válcové zásobníky s vyklenuým dnem, nebo kulové zás. (exisují výpočení programy) časo vysačíme v praxi s měřením bodovým měření meznío savu liminí snímače pro indikaci určié úrovně savu ladiny měření spojié poskyuje univerzální informaci, je náročnější Měřená média Velmi široká škála vlasnosí množsví meod kapaliny čisá voda, rozoky, ořlavé kapaliny, viskózní kapaliny a pod. suspenze jemné suspenze, suspenze s abrazivními účinky sypké láky volně ekoucí sucé prášky, vlké a spékající se rudkovié sypké láky Volba snímače ladiny závisí na vlasnosec měřenéo média je řeba uvažova vliv okolnío prosředí (eploa, lak, korosivní účinky, mícání a pod.) požadovaný způsob zpracování informace 1 řeled snímačů ladiny Mecanické ladinoměry plovákové ladinoměry ladinoměry s ponorným ělesem vibrační a vrulkové snímače Hydrosaické ladinoměry přímé měření ydrosaickéo laku měření s probubláváním Elekrické ladinoměry vodivosní kapaciní fooelekrické Fyzikální ladinoměry ulrazvukové radarové s radioakivním zářičem s měřením přenosu epla 3 Mecanické ladinoměry Mecanická měřidla: Tyčové měřidlo je isoricky nejsarším měřidlem výšky ladiny. růledové savoznaky (skleněná rubice nebo průzor) se časo využívají pro vizuální sledování savu ladiny. Nevýody: neposkyují signál pro další zpracování zanášení nečisoami (rez) Hladinoměry založené na měření monosi: výšku ladiny lze zjišťova i měřením monosi nádrže s maeriálem monos nádrže se zjišťuje pomocí siloměrnéo členu cilivým prvkem siloměrnéo členu bývá nejčasěji enzomerický senzor ladinoměry založené na měření monosi se používají např. při dávkování a směšování různýc maeriálů 5 lovákové ladinoměry poyb plováku, kerý plave na ladině měřené kapaliny je vyveden z nádrže: řeízkem nebo lankem přes kladku (obvykle s proizávažím) pákovým mecanizmem mezní spínač může bý ovládán např. magneicky převod na elekrický signál může bý zajišěn např.: při signalizaci mezníc savů konaky spínače při spojiém měření odporovým vysílačem rovedení plovákovýc snímačů lováky s pákovým převodem: lováky s vodicí yčí:: spínač plovák magneický spínač plovák plovák vodicí yč 6 7

2 Snímač ladiny s ponorným ělesem založen na planosi Arcimédova zákona ponorné ěleso zavěšené na pružině a čásečně ponořené do kapaliny pracuje na principu vyrovnání sil (síla íová, vzlaková, síla pružiny) pružina ponorné ěleso φ d ρ π r ( - l ) ρ g = k. l l l diferenční ransformáor S 1 S max ponorné ěleso min rovedení snímače s ponorným ělesem ukazovací zařízení pružina ponorné ěleso 8 9 Vibrační snímače ladiny kmiající elemen vidlicovéo nebo yčkovéo varu prosředí obklopující snímač ovlivňuje mecanické oscilace při doyku rezonáoru s ladinou se lumí kmiy osciláoru vodné pro kapaliny i sypké láky Insalace vibračníc snímačů Liminí snímače: rovedení: kmiající elemen HYROSTATICKÉ HLAINOMĚRY římé měření ydrosaickéo laku Měření v oevřené nádrži Měření v uzavřené nádrži rovedení snímačů ydrosaickéo laku Membránový snímač laku p Tenzomerický snímač laku: zesilovač a převodník p 1 oddělovací membrána enzomerická membrána olej Kapaciní snímač laku p = ρ g p = ρ g d p zesilovač a převodník Ovlivnění: usoa měřenéo média eploa 1 membrána kondenzáor 13

3 rovedení snímačů ydrosaickéo laku onorná sonda: membrána s enzo - merickým snímačem přívod referenčnío laku propojovací adicí měření v zásobnícíc od 1 m měření ve vrec až do 00 m Vlasní provedení Měření ladiny probubláváním a měřením ydrosaickéo laku rubkou přivedenou ke dnu nádrže proudí lakový vzduc měří se ydrosaický lak, kerý musí vzduc překonáva Měření v oevřené nádrži p = ρ g reguláor průoku Měření v uzavřené nádrži p 1 d reguláor průoku 14 lakový vzduc p n > max ρ g kompre sor 15 ELEKTRICKÉ HLAINOMĚRY Vodivosní snímače ladiny pro elekricky vodivé kapaliny Spojié snímání savu ladiny: Kapaciní snímače ladiny ro elekricky nevodivé kapaliny: rincip: C = ε 0 ε r S/d ε 0 - permiivia vakua ε r - relaivní permiivia prosředí C B S - ploca elekrod d - vzdálenos elekrod C A C=C A +C B C=k +q max Snímač válcovéo ypu: Referenční kondenzáor pro kompenzaci změn permiiviy média: C B G = γ S l Indikace mezníc savů ladiny: G = vodivos, γ = měrná vodivos S = ploca, l = vzdálenos elekrod = f(,c ) max min 16 C B C A C A C R 17 ro elekricky vodivé kapaliny: snímač je vořen kovovou elekrodou, kerá je opařena izolačním povlakem (např. eflonem) druou elekrodu válcovéo kondenzáoru vyváří vodivá kapalina s rosoucí výškou ladiny se zvěšuje ploca elekrod kondenzáoru a rose kapacia rovedení kapacinío snímače ladiny Kapaciní snímač pro spojié snímání savu ladiny: vyodnocovací jednoka Liminí kapaciní snímač: sonda elekroda s izolací Vodivá kapalina 18 kapaciní sonda oužií kapaciníc snímačů ladiny: převodník vodné pro měření kapalnýc i sypkýc medií pro měření při eploác (-40 až +00) C a vysokém laku možnos snímání meziladiny dvou nemísielnýc kapalin (např. rozraní vody a oleje) nevodné pro měření pěnicíc medií 19

4 L max Ulrazvukové ladinoměry senzor ladiny voří: generáor a vysílač ulrazvukovéo signálu přijímač ulrazvuku a zesilovač signálu elekronické vyodnocovací zařízení u snímačů pro spojié měření výšky se měří doba průcodu ulrazvukovéo impulsu (při známé ryclosi ulrazvuku v daném prosředí) V L L = c = L max c c - ryclos šíření ulrazvuku vprosředí [m.s -1 ] cca = 330 m/s - čas [s] L - vzdálenos [m] Ovlivňující veličiny: usoa prosředí eploa příomnos mícadla pěna na ladině c = f (, ρ...) 0 Cesa ulrazvukovéo signálu 1 Měření úlumu (jednodušší ladinoměry) olačení falešnýc odrazů 3 Ulrazvukový ladinoměr s kompenzací kompenzace vlivu změn usoy prosředí periodická konrola ryclosi šíření U v daném prosředí auomaická korekce referenční prvek L3 L L 1 přepínač vysílač/přijímač přijímač L L 3 elekronický obvod = L 3 -L rovedení ulrazvukovéo ladinoměru kompakní snímač vysílač a přijímač U využívá piezoelekrickéo principu elekronické obvody řízené µ unifikovaný analogový i číslicový výsup ineligenní převodník senzor ve víku nádrže elekronické obvody vysílač a přijímač U vysílač Čas pro překonání referenční vzdálenosi slouží pro výpoče ryclosi U v prosředí 4 vysílač a přijímač U 5

5 Měření ladiny radarem aplikace mikrovlnnéo záření s frekvencí kolem 10 GHz elekromagneické záření ze zdroje mikrovlnnéo záření je směrováno do prosoru nádrže pomocí anény na rozraní dvou prosředí (na ladině) se vlna čásečně odrazí zpě kvysílači a čásečně procází do druéo prosředí z časovéo údaje mezi vyslanou a přijaou vlnou se sanoví výška ladiny L max A anéna radaru L ulsní meoda: v krákýc inervalec je vysílán impuls vyodnocuje se čas (řádově vps) náročné na přesnos měření času L = c = L max c c - ryclos šíření mikrovln vprosředí cca = m/s - čas [s] l - vzdálenos [m] 6 Frekvenční meoda měření radarem anéna vysílá spojiý signál s plynule se měnící frekvencí frekvence f max f 1 f 0 f min 0 1 vysílaný odražený A f 1 f 0 při příjmu signálu o frekvenci f 0 vysílá anéna signál o frekvenci f 1 ze zjišěné diference f = f 1 f 0 je možno sanovi odpovídající = 1 0 a vypočía vzdálenos ladiny rozdíl frekvence je možno sanovi velmi přesně čas 7 Aplikační možnosi radarovýc snímačů vodné pro měření médií s relaivní permiiviou ε > maeriálem s nízkou permiiviou (izolany např. oleje) mikrovlnné záření proniká a odráží se až od rozraní s vyšší permiiviou (dno nádoby) paraziní odrazy od sěn či mícadla se odlišují sofwarově vysoká přesnos měření (± 1 mm) rovedení radarovýc snímačů Různá provedení anény radarovýc senzorů: Umísění anény radarovýc senzorů ve víku nádrže: Výody: vysoká přesnos, spolelivos bez poyblivýc mecanickýc součásí bez konaku s měřenou lákou možnos využií při náročnýc provozníc podmínkác (vysoká eploa, lak, agresivní prosředí) Nevýody: nevodné pro měření medií s nízkou permiiviou poměrně vysoká cena displej anéna ineligenní snímač sdružuje anénu vysílače i přijímače, elekronické obvody řízené µ analogový a číslicový výsup možnos výpoču objemu náplně 8 9 Fooelekrické snímače ladiny senzor ladiny voří: zdroj svěla (žárovka, svíicí dioda) deekor svěla (foodioda, fooranzisor, foodpor) senzory pracují s IČ nebo vidielným zářením říklady liminíc snímačů: zdroj svěla deekor svěla skleněný ranol 30 Snímače ladiny s radioakivním zářičem radioakivní zářič gama-záření (silně proniká maeriálem, ale nevyvolává jeo radioakiviu) isoop s delším poločasem rozpadu, např. Co 60, Cs 137, aby nebylo nuno časo kalibrova deekor záření (Geiger-Müllerova rubice, scinilační deekor) Liminí snímače: zářič deekor Snímač pro spojié měření: inenzia záření je funkcí výšky ladiny zářič Aplikace: agresivní prosředí viskózní média vysoké laky a eploy kapaliny i sypké láky 31

6 Snímače ladiny s měřením přenosu epla opný elemen se snímačem eploy prosředí obklopující snímač ovlivňuje přenos epla informačním paramerem je změna eploy Liminí snímače: opný elemen se snímačem eploy opný elemen rovedení: snímač eploy Výběr vodnéo ypu snímače ladiny fyzikální a cemické vlasnosi měřenéo média caraker okolnío prosředí a podmínky měření požadavek na spojié či nespojié snímání savu ladiny účel měření signalizace mezníc savů regulace úrovně ladiny zjišťování množsví náplně (bilanční účely) měřicí rozsa požadovaná přesnos cena zařízení 3 33