Hladinoměr je zařízení určené k určování hladiny obsahu v otevřených a uzavřených nádobách , nádržích , skladech a jiných nádobách. Obsah se týká různých typů kapalin, včetně plynotvorných, jakož i sypkých a jiných materiálů. Hladinoměry se také nazývají hladinové snímače / signalizační zařízení, převodníky hladiny. Hlavním rozdílem mezi hladinoměrem a hladinoměrem je schopnost nepřetržitě měřit hladinu (gradace hladiny), a ne pouze její okrajové hodnoty v bodech.
V průmyslové výrobě je v současné době k dispozici pestrá škála technických prostředků, které řeší problematiku měření a regulace hladiny. Hladinoměry využívají různé metody založené na různých fyzikálních principech. Nejběžnější metody měření hladiny, které umožňují převést hodnotu hladiny na elektrickou veličinu a přenést její hodnotu do systémů APCS, zahrnují:
S rozvojem měřicí techniky získává každá metoda charakteristický soubor svých technických implementací, které mají v každém konkrétním případě výhody i nevýhody.
Použitelnost toho či onoho nástroje pro měření hladiny je dána požadovanou přesností a požadavky konkrétního procesu - podmínkami uvnitř řízeného zásobníku, specifiky měřícího úkolu (tlak a teplota procesu, proměnná hustota média, proměnná hustota média, podmínky pro měření hladiny v řízené nádrži). agresivita média, možnost slepení, zahuštění atd.). U objektů se zvýšeným požárním nebezpečím musí mít hladinoměry vlastnosti, které zajistí běžný provoz zařízení v místech s nebezpečím výbuchu plynu nebo prachu - odpovídající stupeň ochrany proti výbuchu . Některé hladinoměry musí mít vestavěnou autodiagnostiku, softwarové kontroly a ochranu nastavení – obvykle pro přenos do úschovy nebo bezpečnost procesu.
Kontinuální měření hladiny na principu radaru je založeno na teorii šíření elektromagnetických vln britského fyzika Jamese Maxwella , kterou vytvořil v roce 1865. Navrhl, že siločáry měnícího se magnetického pole jsou obklopeny kruhovými siločárami elektrického pole, a to i v nepřítomnosti elektrických vodičů. Německý fyzik Christian Hülsmeier, inspirovaný touto teorií, vyvinul v Düsseldorfu v roce 1904 telemobiloskop a patentoval tento první radarový přístroj. Díky tomuto zařízení se stal známým jako vynálezce prvního radaru.
Princip měřeníVyzařovaný signál se odráží od povrchu měřeného média a je přijímán anténou s malým časovým zpožděním t. Použitý radarový princip se nazývá FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Radarová měření FMCW využívají vysokofrekvenční signál, jehož emisní frekvence se během měření lineárně zvyšuje (tzv. frekvenční rozmítání). Vysílaný signál se odráží od povrchu měřeného média a je přijímán s malým časovým zpožděním t. Doba zpoždění se vypočítá podle vzorce t=2d/c, kde d je vzdálenost k povrchu produktu ac je rychlost světla v plynu nad povrchem média. Na základě frekvence vysílaných a přijímaných signálů se vypočítá rozdíl Δf a použije se při dalším zpracování signálu. Rozdíl frekvencí je přímo úměrný vzdálenosti. Větší rozdíl mezi frekvencemi odpovídá větší vzdálenosti a naopak. Frekvenční rozdíl Δf se pomocí diskrétní Fourierovy transformace (DFT) převede na frekvenční spektrum, ze kterého se pak vypočítá vzdálenost. Hladina se vypočítá jako rozdíl mezi výškou nádrže a výslednou vzdáleností.
Ultrazvukové snímače hladiny se používají pro kontinuální měření hladiny kapalin a pevných látek téměř ve všech průmyslových odvětvích.
Princip měřeníKrátké ultrazvukové impulsy v rozsahu od 18 do 70 kHz jsou emitovány snímačem ve směru měřeného média, odraženy od jeho povrchu a opět zachyceny snímačem. Impulzy se šíří rychlostí zvuku, přičemž doba mezi okamžikem vyslání a přijetím signálu závisí na stavu naplnění nádrže. Nejnovější mikroprocesorová technologie a osvědčený software zaručují spolehlivou detekci úrovně ozvěny i v přítomnosti falešných ozvěn odražených od vnitřních struktur a vysoce přesný výpočet vzdálenosti k povrchu měřeného média. Pro kompenzaci vlivu doby průchodu akustického signálu detekuje vestavěné teplotní čidlo teplotu v nádrži.
Jednoduchým zadáním rozměrů nádoby a naměřené vzdálenosti se vypočítá signál úměrný hladině. Není tedy potřeba plnit nádobu pro jemné doladění.
Osvědčila se metoda kontinuálního ultrazvukového měření hladiny. Ultrazvukové snímače hladiny jsou vhodné pro měření dešťové vody, odpadních vod, kapalin s nízkým nebo vysokým znečištěním, obsahujících pevné látky nebo kaly. Je samozřejmé, že při práci s pevnými látkami jsou na měřicí přístroj kladeny jiné požadavky než při práci s kapalinami. Povrch měřeného produktu je totiž nerovný a často představuje objemný kužel. Mnoho látek způsobuje intenzivní tvorbu prachu. Kromě toho je mnoho nádrží na sypké látky mnohem vyšších než nádrže na kapaliny.
Princip měření reflexního radarového hladinoměru TDR je založen na technologii reflektometrie v časové oblasti (TDR - "Time Domain Reflectometry"). Často se takovým zařízením také říká hladinoměry s řízenou vlnou, kontaktní typ (GWR – „guided wave radar“) [1] . Při této metodě měření se vlnovodem (nejčastěji tyč nebo několik tyčí, kabel, koaxiální struktura) šíří elektromagnetické pulsy nízkého výkonu a trvání asi 1 nanosekundy. Impulzy se pohybují rychlostí určenou charakteristikou prostředí šíření, geometrií vlnovodu - jako struktury pro šíření elektromagnetického záření. V případě šíření vzduchem za normálních podmínek se rychlost šíření považuje za rovnou rychlosti světla. Rychlost šíření je nepřímo úměrná druhé odmocnině permitivity prostředí šíření [2] . V případě šíření pulsů vrstvou prostředí, jehož dielektrická konstanta je blízká 2 (téměř všechny ropné produkty), se rychlost šíření sníží faktorem 1,414. Po dosažení povrchu kontrolovaného produktu se impulsy odrážejí od rozhraní mezi médii a intenzita odrazu závisí také na dielektrické konstantě produktu εr (např. až 80 % počáteční úrovně impulsů se odráží od vodní hladina, u lehkých ropných produktů - asi 17 %). Zařízení měří časový interval mezi okamžiky emise a odrazu impulsů. Polovina této doby odpovídá vzdálenosti mezi referenčním bodem (často označovaným jako těsnící plocha příruby) a povrchem měřeného média. Tato časová hodnota je převedena na výstupní signál požadovaného typu, například 4...20 mA a/nebo diskrétní signály, nebo uložena v čitelné/přístupné podobě pomocí digitálních rozhraní/protokolů (například RS-485, Modbus RTU , HART atd.). .P.). Charakteristickým rysem zařízení tohoto typu je schopnost měřit úroveň rozhraní současně s měřením úrovně hlavního produktu bez použití pohyblivých částí. Jednotlivá zařízení tohoto typu vhodně kombinují měření hladiny a teploty produktu. Prach, pěna, výpary, neklidné povrchy, vroucí kapaliny, kolísání tlaku a teploty, hustota prakticky neovlivňují provoz zařízení.
Magnetický ukazatel hladiny pracuje na principu komunikujících nádob . Měřicí komora se instaluje v blízkosti nádrže tak, aby podmínky v měřicí komoře a v nádrži byly stejné. Plovák je vybaven systémem permanentních magnetů určených k přenosu naměřených hodnot do místního ukazatele. Systém plovákového magnetu buď aktivuje magnetické destičky (vlajkový indikátor) podle hladiny kapaliny, nebo pohybuje magnetickým ukazatelem v indikátoru v závislosti na zvoleném způsobu indikace. Indikace hladiny se provádí změnou polohy skupiny svisle umístěných magnetických praporků nebo na základě polohy magnetického ukazatele.
Ukazatel hladiny pracuje na principu posunu. Podle tohoto principu odpovídá délka tělesa ponořeného do kapaliny rozsahu měření hladiny. Výsuvná tyč zavěšená na měřicí pružině je ponořena do kapaliny a podle Archimedova zákona na ni působí vztlaková síla úměrná hmotnosti kapaliny vytlačované tělesem. Změna vztlaku přesně odpovídá změně délky pružiny, což umožňuje měřit hladinu. Změna délky pružiny je magnetickým systémem převedena na změnu hladiny a přenesena do indikátoru.
Schéma vypořádáníPřesuvník je upevněn na pružném závěsu s tuhostí c působící na přesuvník určitou silou. Zvýšením hladiny o H z nulové polohy 00 zvýšíme vztlakovou sílu, která způsobí zvednutí přestavníku o x a při jeho stoupání se zvětší tah, tzn. x < h. V tomto případě se mění síla, kterou působí odpružení na přestavník, přičemž změna je rovna změně vztlakové síly způsobené zvětšením přemístění přestavníku o (h - x): - tuhost odpružení; ρ l, ρ g jsou hustota kapaliny a plynu; F je plocha průřezu přestavníku. Odtud lze snadno získat výraz pro statickou charakteristiku posuvného hladinoměru: x = h/(1 + c(ρ w - ρ g)gF). Statická charakteristika přestavníku je tedy lineární a její citlivost lze měnit zvýšením F nebo snížením tuhosti zavěšení c. Při vysoké tuhosti odpružení se bójka nepohne, nicméně při změně hladiny se změní síla, kterou na odpružení působí. V tomto případě při zvýšení hladiny o h je změna síly rovna hF(ρ w - ρ g)g. Tento princip je využíván např. u bójových hladinoměrů typu Sapfir-22DU, UB-E, PIUP (dříve UB-P). Nejnovější hladinoměry jsou vybaveny výkonově kompenzovanými převodníky (UB-E) s jednotným proudovým výstupním signálem, UB-P a PIUP s jednotným pneumatickým výstupním signálem).
Základním principem činnosti těchto hladinoměrů je měření hydrostatického tlaku vyvíjeného kapalinou. Existují tři hlavní typy hydrostatických hladinových snímačů – ponorné, zadlabací a přírubové, které se liší typem připojení k procesu. Vzhledem k tomu, že tento faktor vyvolává zvláštní požadavky na materiály, ze kterých je zařízení vyrobeno, má smysl vyčlenit hydrostatické hladinoměry podle typu měřeného média: nekorozivní vůči nerezové oceli, agresivní vůči nerezové oceli, kašovité, tl. a abrazivní média. Při volbě metody měření hladiny je třeba vzít v úvahu, že správná měření hydrostatickými snímači jsou možná pouze v médiích s konstantní hustotou, protože hydrostatický tlak závisí na hustotě kapaliny a výšce hladiny. Pokud je potřeba vyřešit problém měření hladiny v médiích s různou hustotou, je možné instalovat dva snímače hladiny. Jedno zařízení je instalováno v nádobě na vzorky. V nádrži je zajištěna konstantní hladina a hladinoměr měří hustotu a údaje z druhého (samotný hladinoměr) se přepočítávají v regulátoru s přihlédnutím k aktuální hustotě média, ze kterého je již opravený signál vstupuje do horní úrovně.
výhody:
nedostatky: