Буйковые средства измерений уровня

Средства измерений уровня этого вида входят в номенклатуру приборов ГСП.

В основу работы буйковых уровнемеров положено физическое явление, описываемое законом Архимеда. Чувствительным элементом в этих уровнемерах является цилиндрических буек, изготовленный из материала с плотностью, большей плотности жидкости. Буек находится в вертикальном положении и частично погружен в жидкость. При изменении уровня жидкости в аппарате масса буйка в жидкости изменяется пропорционально изменению уровня. Преобразование веса буйка в сигнал измерительной информации осуществляется с помощью унифицированных преобразователей «сила— давление» и «сила — ток». В соответствии с видом используемого преобразователя силы различают пневматические и электрические буйковые уровнемеры.

Схема буйкового пневматического уровнемера приведена на рис. 12.3, а. Уровнемер работает следующим образом. Когда уровень жидкости в аппарате равен начальному h ₀(в частном случае h ₀может быть равен 0), измерительный рычаг 2 находится в рaвновесии, так как момент М ₁создаваемый весом буйка G, уравновешивается моментом М ₂, создаваемым противовесом N.

Рис. 12.3. Схемы буйковых пневматических уровнемеров

Когда уровень жидкости становится больше h ₀, часть буйка погружается в жидкость. Поэтому вес буйка уменьшается, а следовательно, уменьшается и момент М ₁создаваемый буйком на рычаге 2. Так как М ₂становится больше М ₁рычаг 2 поворачивается вокруг точки О по часовой стрелке и прикрывает заслонкой 7 сопла 8. Поэтому давление в линии сопла увеличивается. Это давление поступает в пневматический усилитель 10, выходной сигнал которого является выходным сигналом уровнемера. Этот же сигнал одновременно посылается в сильфон отрицательной обратной связи 5. При действии давления Р _вьгхвозникает сила R, момент М ₃которой совпадает по направлению с моментом М ₁т. е. действие силы R направлено на восстановление равновесия рычага 2. Движение измерительной системы преобразователя происходит до тех пор, пока сумма моментов всех сил, действующих на рычаг 2, не станет равной 0, т. е.

. (12.2)

Представляя моменты М ₁, М ₂, М ₃в виде произведений соответствующих сил и плеч, получим

, (12.3)

где - вес буйка при погружении его в жидкость на глубину h; l ₁, l ₂, l ₃ — плечи действующих сил относительно точки О; R — сила, развиваемая сильфоном 5; N —вес противовеса.

Силы G и R определяем из следующих выражений:

; (12.4)

, (12.5)

где d и H _б—диаметр и длина буйка (последняя определяет диапазон измерений уровнемера); ρ —плотность материала буйка; ρ _ж— плотность жидкости; h — глубина погружения буйка в жидкость, т. е. текущее значение измеряемого уровня; f _эф— эффективная площадь сильфона 5.

Подставляя выражения для сил G и R в равенство (12.3), получим

. (12.6)

В этом равенстве вес буйка в воздухе.

Если выбрать произведение Nl₂ равным , чего можнодостигнуть, изменяя, например, плечо , то

, (12.7)

откуда

, (12.8)

где — коэффициент передачи уровнемера.

Выходной сигнал Р_вых уровнемера линейно связан со значениемизмеряемого уровня h. Выражение представляет собойизменение веса Δ G буйка, поэтому равенство (8.8) можно преобразовать к виду

, (12.9)

где —постоянный коэффициент.

Зависимость (8.9) позволяет градуировать буйковые уровнемеры весовым методом. Выходной сигнал пневматических буйковых уровнемеров изменяется в диапазоне 0, 02—0, 1 МПа при изменении уровня от нуля до максимального значения. Начальное значение выходного сигнала (0, 02 МПа) задается пружиной 6 (см. рис. 12.3, а). Для предотвращения автоколебаний измерительной системы уровнемера служит демпфер 4. Герметизация технологического аппарата при установке в нем чувствительного элемента достигается уплотнительной мембраной 3. При необходимости буек может быть установлен в выносной камере, располагаемой вне технологнческого аппарата. Минимальный верхний предел измерений пневматичe-скйх уровнемеров — 0, 02 м, максимальный — 16 м.

Кроме рассмотренной модификации пневматических уровнемеров выпускаются уровнемеры, оснащенные унифицированным преобразователем «сила — давление». Схема соединения буйка с унифицированным преобразователем приведена на рис. 12.3, б. Здесь 1 — груз, уравновешивающий вес буйка; 2 — Т-образный рычаг унифицированного преобразователя 3.

Для преобразования уровня в унифицированный токовый сигнал разработаны буйковые электрические уровнемеры, оснащенные унифицированным преобразователем «сила — ток» Подключение буйка к унифицированному преобразователю осуществляется по схеме, аналогичной схеме, приведенной на рис. 12.3, б. Верхние пределы измерений уровнемера с унифицированным электрическим сигналом ограничены значениями 0, 02— 16 м.

Буйковые средства измерений уровня применяются при температуре рабочей среды от —40 до +400°С и давлении рабочей среды до 16 МП а. Классы точности буйковых уровнемеров 1, 0 и 1, 5.