Для вимірювання рівня рідин застосовуються спеціальні засоби вимірювань - рівнеміри. Різноманіття типів рівнемірів, принцип дії яких заснований на різних фізичних методах, пояснюється різноманітністю властивостей вимірюваних рідин.
Найбільшого поширення набули такі види рівнемірів:
1. Рівнеміри з візуальним відліком;
2. буйкових й поплавкові рівнеміри;
3. Гідростаніческіе рівнеміри;
4. П'єзометричного рівнеміри;
5. Діфманометріческіе рівнеміри;
6. Радіоактивні рівнеміри;
7. Акустичні та ультразвукові рівнеміри;
8. Ємнісні рівнеміри.
Уровнемер з візуальним відліком - рівнемір, заснований на візуальному вимірі висоти рівня рідини. Рівень рідини вимірюють в скляній трубці, сполученої з контрольованим посудиною в нижній, а іноді і в верхній частині, або ж за допомогою прозорої вставки, вміщеній в стінці контрольованого судини, наприклад, барабанно-парового котла
Буйковий рівнемір - рівнемір, принцип дії якого заснований на вимірюванні переміщення буйка або сили гідростатичного тиску, що діє на буйок (сили Архімеда).
Буйок на відміну від поплавка не плаває на поверхні рідини, а занурений в рідину і переміщається в залежності від її рівня.
Буйкові рівнеміри найбільш часто застосовуються для виміру рівня однорідних, в тому числі агресивних, рідин, що знаходяться при високих робочих тисках (до 32 МПа), широкому діапазоні температур (від -200 до +600 ° С) і не володіють властивостями адгезії (прилипання) до буйками.
Головною особливістю буйкових рівнемірів є можливість вимірювання рівня кордону розділу двох рідин.
Недоліком буйкових рівнемірів є залежність їх точності від щільності і температури вимірюваного середовища, обмеженість використання для великих (понад 16 м) діапазонів вимірювання рівнів рідин і рідин, що володіють адгезією до буйка.
П'єзометричний рівнемір - рівнемір, принцип дії якого заснований на перетворенні гідростатичного тиску рідини в тиск повітря, що подається від стороннього джерела і барботують через шар рідини.
У цього рівнеміра чутливий елемент не знаходиться в безпосередньому контакті з вимірюваним середовищем, а сприймає гідростатичний тиск через повітря, що є його перевагою.
Для пьезометріческіх рівнемірів також характерна похибка вимірювання через зміни щільності вимірюваного середовища.
Гідростатичний рівнемір - рівнемір, принцип дії якого заснований на вимірюванні манометром або напоромери гідростатичного тиску рідини, що залежить від висоти її рівня.
Рівнеміри цього виду зазвичай використовують для вимірювання неагресивних, незабруднених рідин, що знаходяться під атмосферним тиском.
Для вимірювання рівнів агресивних середовищ використовують спеціальні розділові пристрої.
Недоліком гидростатических рівнемірів є похибка вимірювання при зміні щільності рідини.
Поплавковий рівнемір - рівнемір, принцип дії якого заснований на вимірюванні переміщення поплавка, що плаває на поверхні рідини (поплавок як би відстежує рівень рідини).
Поплавкові рівнеміри не придатні для в'язких рідин (дизельного палива, мазуту, смол) через залипання поплавка, обгортування його вузький середовищем.
При вимірюванні рівня кріогенних рідин через кипіння верхнього шару виникає вібрація поплавка, що призводить до викривлення результатів вимірювання.
Найбільш часто поплавкові рівнеміри використовують для вимірювання рівнів у великих відкритих резервуарах, а також в закритих резервуарах з низьким тиском.
Застосування магнітної зв'язку для передачі переміщення поплавка дозволяє герметизувати висновок передачі в вимірювальний блок, спростити конструкцію, підвищити надійність, вимірювати рівень в резервуарах під тиском.
Діфманометріческій рівнемір - гідростатичний рівнемір, в якому гідростатичний тиск вимірюють за допомогою диференціального манометра. Часто використовується для вимірювання рівня в ємностях під надлишковим тиском.
Акустичний рівнемір - рівнемір, заснований на залежності інтенсивності поглинання або часу поширення акустичних коливань від висоти рівня рідини або сипучої речовини
Ультразвуковий рівнемір - акустичний рівнемір, що працює на звукових коливаннях високої частоти
Ємнісний рівнемір - рівнемір, принцип дії якого заснований на відмінності діелектричної проникності рідини і повітря.
У зв'язку з цим у міру занурення електродів датчика рівнеміра в рідину змінюється ємність між ними пропорційно рівню рідини в резервуарі.
Зупинимося на деяких типах рівнемірів детальніше.
Рівнеміри буйкові
Налаштування рівнемірів на задані межі вимірювання проводиться за допомогою вантажів шляхом імітації гидростатической виштовхує сили, що відповідає верхній межі вимірювань.
Розрахункове значення тиску, відповідне верхньої межі вимірювань,
Розрахунок маси вантажів для буйкових рівнемірів:
для розділу фаз
де d - діаметр буйка випробовується рівнеміра, см; Hmax - верхня межа вимірювання рівня рідини, см; ρж - щільність вимірюваної рідини, г / см3; ρ н.ж, ρ в.ж - щільності відповідно нижньої і верхньої вимірюваної рідини в разі вимірювання рівня розділу фаз, г / см3.
П'єзометричного рівнеміри.
У пьезометріческіх системах виміру рівня для продування через трубку вміщену в рідину, дозованого витрати повітря. Принцип дії цього регулятора заснований на автоматичному підтримці постійного перепаду тиску на дроселі, в результаті чого забезпечується постійний витрата повітря через цей дросель.
Принципова пьезометрические схема вимірювання рівня у відкритому резервуарі представлена на малюнку 2, а, б, в, г.
На малюнку 2, д показана принципова пьезометрические схема вимірювання рівня рідини в резервуарі, розташованому під тиском. Для виключення впливу тиску в резервуарі на показання приладу, що вимірює рівень рідини, застосовується диференційний метод вимірювання з двома регуляторами витрати. Від одного регулятора витрати повітря подається в пьезометрические трубку, від іншого в верхню частину резервуара над рідиною. Різниця тисків у трубках, пропорційна рівню рідини, вимірюється дифманометром.
У системах виміру нижній кінець пьезотрубкі повинен знаходиться на нижньому контрольованому рівні рідини, але не нижче 80 мм від дна резервуара.
Витрата повітря встановлюється мінімальним, щоб перепад тиску на пьезотрубке був якомога меншою, так як це визначає похибка вимірювання пьезометрические методом.
Мінімальна витрата повітря забезпечується постійним, без запізнювання, виходом повітря з пьезометрической трубки при змінах рівня. Зазвичай витрата повітря приймається рівним 0,1 - 0,2 м3 / год.
Якщо знехтувати перепадом тиску на пьезометрической трубці, то рівень в резервуарі
де Р - тиск на манометрі М або перепад тиску на дифманометра; ρ - щільність рідини; g - прискорення вільного падіння.
У разі, коли вимірюється рівень в резервуарі, розташованому під надлишковим тиском, тиск харчування регулятора витрати повітря, що подає повітря в пьезотрубку, має бути:
де Різб - надлишковий тиск, кПа; Нмаксρg - максимальне гідростатичний тиск стовпа рідини, кПа.
Малюнок 2. Обвязка пьезометріческіх рівнемірів.
На малюнку 2, е показаний приклад обв'язки і монтажу п'єзометричного рівнеміра з подачею промивної води в захисну трубу. В цьому випадку захищається від «обростання» нижній кінець пьезотрубкі, який виявляється в зоні промивної води і не контактує з вимірюваної рідиною.
Гідростатичні датчики рівня.
Схеми обв'язки і роботи гидростатических датчиків рівня представлені на малюнку 3, причому права обв'язка застосовується при вимірюванні рівня рідини в ємності, що знаходиться під надлишковим тиском.
Малюнок 3. Обвязка гидростатических рівнемірів.
В цьому випадку імпульсна трубка, що йде до мінусової порожнини чутливого елемента, прокладається від місця відбору тиску з ухилом в верх, а в нижній частині встановлюються відстійний посудину і роздільник мембранний РМ.
Малюнок 4. Вимірювання рівня в котлі (100% - 4 мА / 0,2 кгс / см2, 0% - 20 мА / 1 кгс / см2)
Дуже добре себе показав даний принцип вимірювання рівня на дуже складній позиції при вимірюванні рівня води в котлі (малюнок 4). Обв'язка при цьому не класична, а на оборот тобто на плюсовій відбір подається відбір з вірніше точки котла (імпульсна трубка при цьому повинна бути заповнена водою), на мінус з нижньої, і задається зворотна шкала приладу (на самому приладі або вторинному обладнанні).