Snímače hladiny Učební text VOŠ a SPŠ Kutná Hora Základní pojmy Použití snímačů hladiny (stavoznaků) měření výšky hladiny kapalných látek a sypkých hmot O výběru vhodného snímače rozhoduje požadovaný rozsah měření požadovaná přesnost vlastnosti měřené látky hustota teplota tlak viskozita vodivost vliv okolí (například výbušné prostředí)
podle měřicí metody přímé nepřímé podle způsobu měření kontinuální (spojité) diskrétní (limitní) podle umístění snímače dotykové bezdotykové podle funkčního principu elektrické mechanické fyzikální podle dispozice měření v otevřených nádobách v uzavřených nádobách Rozdělení stavoznaků Mechanické stavoznaky průhledové plovákové se vztlakovými tělesy hydrostatické pneumatické vibrační
Průhledové stavoznaky výška hladiny se sleduje vizuálně ve skleněném průhledovém okénku na boku nádoby pro zviditelnění hladiny je sklo z vnitřní strany rýhováno kapalina se jeví jako černá připojení skleněné trubice se stupnicí použití otevřené i uzavřené nádoby s přetlakem i bez přetlaku kotelní stavoznaky pro malé a střední kotle Plovákové stavoznaky Princip poloha plováku je přenášena na vyhodnocovací zařízení mechanicky magneticky elektricky Přesnost měření je ovlivněna: tvarem a průřezem S plováku pasivními odpory mechanického převodu hustotou kapaliny ρ necitlivost plováku h lze vyjádřit vztahem F h = ρ g S kde: F je vztlaková síla nutná k překonání pasivních odporů S je plocha plováku
Plovákové stavoznaky - provedení mechanický převod polohy plováku zavěšení na tyčích, lanech, řetězech nebo planžetách vyhodnocení polohy plováku diskrétní (kontakty) spojité (odporový nebo indukční snímač polohy) Plovákové stavoznaky - provedení umístění plováků do trubic zvlněná hladina navlečení plováku na vodicí trubici převod polohy na elektrickou veličinu magnetickými snímači
Stavoznaky se vztlakovými tělesy snímačem je vztlakové těleso částečně ponořené v kapalině na těleso působí vztlaková síla: F = ρ g S h = k h ρ měrná hmotnost g gravitační zrychlení S průřez tělesa h ponor tělesa zdvih vztlakového tělesa musí být co nejmenší vztlaková síla se měří: snímači síly snímači krouticího momentu Pneumatické stavoznaky princip závislost hydrostatického tlaku v kapalině na výšce hladiny p h = rgh měření hydrostatického tlaku nepřímá metoda ponořenou sondou protéká vzduch, který probublává do kapaliny tlakoměr udává hydrostatický tlak a tlakovou ztrátu vyvolanou prouděním vzduchu p = p h + p z = rgh + p z p z musí být konstantní regulátor průtoku použití prostředí s nebezpečím výbuchu agresivní a viskózní kapaliny
princip Hydrostatické stavoznaky závislost hydrostatického tlaku v kapalině na výšce hladiny p h = rg (h + h1) h = 1/rg. p h h 1 otevřené nádrže měření jednoduchými snímači tlaku tlakové nádrže (kotle) snímá se hydrostatickýtlak na dno nádoby snímá se tlak působící na kapalinu vyhodnocuje se tlakový rozdíl Elektrické stavoznaky používané principy převod výšky hladiny na vhodnou elektrickou veličinu odporové stavoznaky změna elektrického odporu působením měřené kapaliny na snímací elektrody kapacitní stavoznaky změnou prostředí mezi měřicímu elektrodami se mění kapacita snímací sondy
Odporové stavoznaky princip změna odporu snímače jeho ponořením do měřené kapaliny vyhřívané snímače měřicí sonda je vyhřívána konstantním proudem ponořením se ochlazuje, odpor sondy klesá nevyhřívané snímače vodivé kapaliny mění se odpor mezi sondou a stěnou nádoby obdoba potenciometru elektrodový stavoznak nespojité snímání hladiny vodivé kapaliny Kapacitní stavoznaky princip změna kapacity mezi sondou a stěnou nádoby vlivem změny permitivity při měření vodivých látek izolované elektrody při měření nevodivých látek holé elektrody celková kapacita je dána součtem C 0 stálá kapacita v místě upevnění sondy C 1 kapacita ponořené části sondy C 2 kapacita vynořené části sondy
Vyhodnocení kapacity kapacitu měřicí sondy vyjádříme vztahem: 2πε0ε1 2πε0ε2 C = C0 + C1 + C2 = C0 + h + 1 + 2 D D ln ln d d ε 0 ε 1 ε 2 D d H h permitivita vakua permitivita měřené kapaliny permitivita prostředí nad kapalinou průměr nádoby průměr elektrody výška nádoby výška kapaliny použití měření hladiny kapalin i sypkých látek spojité i limitní snímání ( H h) = k k h Fyzikální stavoznaky základní principy ultrazvukové snímače útlum ultrazvukové vlny v kapalině vyhodnocení odrazu od ultrazvukové vlny od hladiny radarové snímače odraz mikrovlnného záření od hladiny (obdoba ultrazvukových) radioizotopové snímače závislost útlumu intenzity radioaktivního záření na tloušťce materiálu
Ultrazvukové stavoznaky Principy využití útlumu vysílaných ultrazvukových vln útlum je úměrný výšce hladiny, kterou ultrazvuk prochází kvadrátu frekvence ultrazvuku použití: limitní měření hladiny využití odrazu ultrazvukových vln od hladiny měří se doba návratu odražené vlny platí: L τ c cτ L = 2 vzdálenost sondy od hladiny doba návratu ultrazvukovévlny rychlost šířeníultrazvuku