Tasomittari on laite , joka on suunniteltu määrittämään sisällön tason avoimissa ja suljetuissa astioissa , säiliöissä , varastoissa ja muissa säiliöissä. Sisältö viittaa erilaisiin nesteisiin, mukaan lukien kaasua muodostaviin, sekä bulkki- ja muihin materiaaleihin. Tasomittareita kutsutaan myös tasoantureiksi / merkinantolaitteiksi, tasomuuntimiksi. Suurin ero tasomittarin ja tasoilmaisimen välillä on kyky mitata tasoa jatkuvasti (tasoasteikot), eikä vain sen raja-arvoja pisteissä.
Teollisessa tuotannossa on tällä hetkellä laaja valikoima teknisiä keinoja, jotka ratkaisevat tasonmittauksen ja -säädön ongelman. Tasonmittauslaitteet toteuttavat erilaisia menetelmiä, jotka perustuvat erilaisiin fysikaalisiin periaatteisiin. Yleisimmät tasonmittausmenetelmät, joiden avulla voit muuntaa tasoarvon sähköisiksi suureiksi ja siirtää sen arvon APCS-järjestelmiin, ovat:
Mittaustekniikan kehittyessä jokainen menetelmä hankkii tunnusomaisen sarjan teknisiä toteutuksiaan, joilla kussakin tapauksessa on sekä etuja että haittoja.
Yhden tai toisen pinnanmittaustyökalun soveltuvuuden määräävät vaadittu tarkkuus ja tietyn prosessin vaatimukset - säädellyn säiliön sisällä vallitsevat olosuhteet, mittaustehtävän erityispiirteet (prosessin paine ja lämpötila, väliaineen muuttuva tiheys, väliaineen aggressiivisuus, tarttumisen mahdollisuus, paksuuntuminen jne.). Kohteessa, jossa on lisääntynyt palovaara, tasomittarien on oltava ominaisuudet, jotka varmistavat laitteiden normaalin toiminnan paikoissa, joissa on kaasu- tai pölyräjähdysvaara - asianmukainen räjähdyssuojaustaso . Joissakin tasomittareissa on oltava sisäänrakennettu itsediagnostiikka, ohjelmistotarkistukset ja asetussuojaus – tyypillisesti säilytyksen siirron tai prosessin turvallisuuden vuoksi.
Jatkuva tasonmittaus tutkaperiaatteella perustuu brittiläisen fyysikon James Maxwellin vuonna 1865 luomaan teoriaan sähkömagneettisen aallon etenemisestä. Hän ehdotti, että muuttuvan magneettikentän voimalinjat ympäröivät sähkökentän pyöreät voimalinjat, vaikka sähköjohtimia ei olisikaan. Tämän teorian innoittamana saksalainen fyysikko Christian Hülsmeier kehitti telemobiloskoopin Düsseldorfissa vuonna 1904 ja patentoi tämän ensimmäisen tutkalaitteen. Tämän laitteen ansiosta hänestä tuli tunnetuksi ensimmäisen tutkan keksijänä.
MittausperiaateLähetetty signaali heijastuu mitatun väliaineen pinnalta ja vastaanottaa sen antennilla pienellä aikaviiveellä t. Käytetty tutkaperiaate on nimeltään FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Tutka FMCW -mittauksissa käytetään suurtaajuista signaalia, jonka emissiotaajuus kasvaa lineaarisesti mittauksen aikana (ns. taajuuspyyhkäisy). Lähetetty signaali heijastuu mitattavan väliaineen pinnalta ja vastaanotetaan pienellä aikaviiveellä t. Viiveaika lasketaan kaavalla t=2d/c, jossa d on etäisyys tuotteen pintaan ja c on valon nopeus kaasussa väliaineen pinnan yläpuolella. Lähetettyjen ja vastaanotettujen signaalien taajuuden perusteella lasketaan ero Δf, jota käytetään signaalin jatkokäsittelyssä. Taajuusero on suoraan verrannollinen etäisyyteen. Suurempi taajuuksien välinen ero vastaa suurempaa etäisyyttä ja päinvastoin. Taajuusero Δf muunnetaan taajuusspektriksi diskreetin Fourier-muunnoksen (DFT) avulla, josta sitten lasketaan etäisyys. Taso lasketaan säiliön korkeuden ja tuloksena olevan etäisyyden erona.
Ultraäänitasolähettimiä käytetään nesteiden ja kiinteiden aineiden jatkuvaan tasonmittaukseen lähes kaikilla teollisuudenaloilla.
MittausperiaateAnturi lähettää lyhyitä ultraäänipulsseja alueella 18-70 kHz mitattavan väliaineen suuntaan, heijastuu sen pinnalta ja sieppaa ne uudelleen. Pulssit etenevät äänen nopeudella, kun taas lähetyshetken ja signaalin vastaanoton välinen aika riippuu säiliön täyttöasteesta. Uusin mikroprosessoriteknologia ja testattu ohjelmisto takaavat luotettavan tason kaiun havaitsemisen myös sisäisistä rakenteista heijastuvien väärien kaikujen yhteydessä sekä erittäin tarkan etäisyyden laskennan mitattavan aineen pintaan. Akustisen signaalin kulkuajan vaikutuksen kompensoimiseksi sisäänrakennettu lämpötila-anturi havaitsee säiliön lämpötilan.
Syöttämällä aluksen mitat ja mitattu etäisyys lasketaan tasoon verrannollinen signaali. Näin ollen säiliötä ei tarvitse täyttää hienosäädön suorittamiseksi.
Jatkuva ultraäänitason mittausmenetelmä on osoittautunut tehokkaaksi. Ultraäänitasolähettimet soveltuvat sadeveden, jäteveden, vähä- tai korkeasaasteisten nesteiden mittaamiseen, jotka sisältävät kiintoaineita tai lietettä. On sanomattakin selvää, että kiinteiden aineiden kanssa työskennellessä mittauslaitteelle asetetaan erilaisia vaatimuksia kuin nesteillä. Loppujen lopuksi mitatun tuotteen pinta on epätasainen ja edustaa usein bulkkikartiota. Monet aineet aiheuttavat voimakasta pölyn muodostusta. Lisäksi monet irtotavarasäiliöt ovat paljon korkeampia kuin nestesäiliöt.
Refleksitutkan TDR-tasomittarin mittausperiaate perustuu aika-alueen reflektometrian tekniikkaan (TDR - "Time Domain Reflectometry"). Usein tällaisia laitteita kutsutaan myös tasomittariksi, joissa on ohjattu aalto, kontaktityyppi (GWR - "ohjattu aaltotutka") [1] . Tällä mittausmenetelmällä pienitehoiset ja noin 1 nanosekunnin kestoiset sähkömagneettiset pulssit etenevät pitkin aaltoputkea (useimmiten sauva tai useita sauvoja, kaapeli, koaksiaalirakenne). Pulssit liikkuvat etenemisväliaineen ominaisuuksien, aaltoputken geometrian määräämällä nopeudella - sähkömagneettisen säteilyn etenemisrakenteena. Ilmassa normaaleissa olosuhteissa etenemisnopeuden katsotaan olevan yhtä suuri kuin valon nopeus. Etenemisnopeus on kääntäen verrannollinen etenemisväliaineen permittiivisyyden neliöjuureen [2] . Jos pulssit etenevät väliainekerroksen läpi, jonka dielektrisyysvakio on lähellä 2:ta (melkein kaikki öljytuotteet), etenemisnopeus pienenee kertoimella 1,414. Saavutettuaan ohjatun tuotteen pinnan pulssit heijastuvat väliaineiden väliseltä rajapinnalta, ja heijastusintensiteetti riippuu myös tuotteen dielektrisyysvakiosta εr (esim. jopa 80 % lähtöpulssitasosta heijastuu veden pinta, kevyet öljytuotteet - noin 17 %). Laite mittaa aikaväliä pulssien emissio- ja heijastushetkien välillä. Puolet tästä ajasta vastaa vertailupisteen (jota kutsutaan usein laipan tiivistyspinnaksi) ja mitattavan väliaineen pinnan välistä etäisyyttä. Tämä aika-arvo muunnetaan vaaditun tyyppiseksi lähtösignaaliksi, esimerkiksi 4...20 mA ja/tai erillisiksi signaaleiksi, tai tallennetaan luettavassa/käytettävissä olevassa muodossa käyttämällä digitaalisia liitäntöjä/protokollia (esim. RS-485, Modbus RTU). , HART jne.). .P.). Tämän tyyppisten laitteiden ominaisuus on kyky mitata rajapintataso samanaikaisesti päätuotteen tason mittauksen kanssa ilman liikkuvien osien käyttöä. Tämän tyyppiset yksittäiset laitteet yhdistävät kätevästi tuotteen tason ja lämpötilan mittauksen. Pöly, vaahto, höyryt, levottomat pinnat, kiehuvat nesteet, paineen ja lämpötilan vaihtelut, tiheys eivät käytännössä vaikuta laitteen toimintaan.
Magneettinen ohitustason osoitin toimii alusten välisen yhteyden periaatteella . Mittauskammio asennetaan lähelle säiliötä siten, että olosuhteet mittauskammiossa ja säiliössä ovat samat. Uimuri on varustettu kestomagneettijärjestelmällä, joka on suunniteltu lähettämään mitatut arvot paikalliselle indikaattorille. Kelluva magneettijärjestelmä joko aktivoi magneettilevyt (lippuosoitin) nestetason mukaan tai siirtää magneettista osoitinta osoittimessa valitun esitystavan mukaan. Tason ilmaisu suoritetaan muuttamalla pystysuoraan sijoitettujen magneettilippujen ryhmän sijaintia tai magneettisen ilmaisimen sijainnin perusteella.
Tasoilmaisin toimii siirtymäperiaatteella. Tämän periaatteen mukaan nesteeseen upotetun kappaleen pituus vastaa tasonmittausaluetta. Mittausjouselle ripustettu syrjäyttävä sauva upotetaan nesteeseen, ja siihen vaikuttaa Arkhimedesin lain mukaan kehon syrjäyttämän nesteen massaan verrannollinen kelluvuusvoima. Kelluvuuden muutos vastaa täsmälleen jousen pituuden muutosta, mikä mahdollistaa tason mittaamisen. Jousen pituuden muutos muunnetaan magneettijärjestelmällä tasonmuutokseksi ja välitetään indikaattoriin.
SelvitysjärjestelmäSyrjäin on kiinnitetty elastiseen jousitukseen, jonka jäykkyys c vaikuttaa syrjäyttimeen tietyllä voimalla. Nostamalla tasoa H:lla nollapaikasta 00 lisäämme nostevoimaa, joka saa syrjäyttäjän nousemaan x:llä ja sen noustessa syväys kasvaa, ts. x < h. Tässä tapauksessa voima, jolla jousitus vaikuttaa syrjäyttäjään, muuttuu ja muutos on yhtä suuri kuin muutos nostevoimassa, joka aiheutuu syrjäyttäjän siirtymän lisääntymisestä (h - x): - jousituksen jäykkyys; ρ l, ρ g ovat nesteen ja kaasun tiheys; F on syrjäyttäjän poikkileikkauspinta-ala. Tästä on helppo saada lauseke syrjäytystason mittarin staattiselle ominaisuudelle: x = h/(1 + c(ρ w - ρ g)gF). Siten syrjäyttäjän staattinen ominaisuus on lineaarinen ja sen herkkyyttä voidaan muuttaa lisäämällä F tai vähentämällä jousituksen jäykkyyttä c. Jousituksen suurella jäykkyydellä poiju ei liiku, mutta tason muuttuessa muuttuu voima, jolla se vaikuttaa jousitukseen. Tässä tapauksessa tason noustessa h:lla voiman muutos on yhtä suuri kuin hF(ρ w - ρ g)g. Tätä periaatetta käytetään esimerkiksi Sapfir-22DU-, UB-E-, PIUP- (aiemmin UB-P) poijumittareissa. Uusimmat tasomittarit on varustettu tehokompensoiduilla muuntimilla (UB-E), joissa on yhtenäinen virtalähtösignaali, UB-P ja PIUP yhdistetyllä pneumaattisella lähtösignaalilla).
Näiden tasomittarien perusperiaate on mitata nesteen kohdistamaa hydrostaattista painetta. Hydrostaattisia tasolähettimiä on kolmea päätyyppiä - upotettavat, upotettavat ja laipalliset, jotka erottuvat prosessiin liitetyn tyypin mukaan. Lisäksi, koska tämä tekijä aiheuttaa erityisiä vaatimuksia materiaaleille, joista laite on valmistettu, on järkevää erottaa hydrostaattiset pinnankorkeusmittarit mitattavan väliaineen tyypin mukaan: ruostumatonta terästä ei syövyttävä, ruostumatonta terästä syövyttävä, massa, paksu. ja hankaavia aineita. Tasonmittausmenetelmää valittaessa tulee ottaa huomioon, että oikeat mittaukset hydrostaattisilla antureilla ovat mahdollisia vain väliaineissa, joiden tiheys on vakio, koska hydrostaattinen paine riippuu nesteen tiheydestä ja pinnan pinnasta. Jos on tarpeen ratkaista tasonmittausongelma vaihtelevan tiheyden omaavissa väliaineissa, on mahdollista asentaa kaksi tasoanturia. Näytesäiliöön on asennettu yksi laite. Säiliössä on vakiotaso ja tasomittari mittaa tiheyden, ja toisen (itse tasomittarin) tiedot lasketaan uudelleen ohjaimessa ottaen huomioon väliaineen virrantiheys, josta jo korjattu signaali astuu ylemmälle tasolle.
Edut:
Virheet: