Поплавковый уровнемер

Поплавковый уровнемер.

Датчики уровня ультразвуковые (поплавковые), далее «датчики», предназначены  для непрерывного контроля уровня жидких продуктов, в том числе многофазных (нефть - эмульсия - подтоварная вода и т.п.) в емкостях технологических и товарных парков.

Применяются в системах автоматизации  производственных объектов нефтегазовой, нефтехимической, химической, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслей промышленности в аппаратах  с атмосферным или избыточным (до 2,0 МПа) давлением.

1. ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДАТЧИКОВ

1. Измерение уровня продукта основано на измерении времени распространения в стальной проволоке короткого импульса упругой деформации. По всей длине проволоки намотана катушка, в которой протекает импульс тока, создавая магнитное поле. В месте расположения поплавка с постоянным магнитом, скользящего вдоль проволоки, в ней под действием магнитострикционного эффекта возникает импульс продольной деформации, который распространяется по проволоке и фиксируется пьезоэлементом, закрепленным на ней.

В датчиках измеряется время  от момента формирования импульса тока до момента приема импульсов упругой  деформации, принятых и преобразованных пьезоэлементом. Это позволяет определить расстояние до местоположения поплавка, определяемого положением уровня жидкости.

Расстояние до поплавка вычисляется  по формуле

L = T×V_ЗВ ,    (1)

где  L - расстояние от пьезоэлемента датчика до контролируемой    поверхности, м;

Т - время распространения в проволоке импульса звука от   поплавка   до пьезоэлемента, с;

V_ЗВ - скорость звука в проволоке (паспортное значение датчика) , м/с.

Значение уровня H, м, определяется по следующей формуле

H = B – L ,    (2)

где  В - база установки датчика (расстояние от точки, на которой дальность принимается равной нулю, до поверхности,   принятой за нулевой уровень, см п. 11.2), м;

L - значение дальности, рассчитываемое по формулам (1), м.

2. Датчики состоят из:

•  ЧЭ;
• поплавка, скользящего вдоль продетого сквозь него ЧЭ;
• первичного преобразователя (ПП), включающего пьезоэлемент.

ЧЭ включает в себя стальную проволоку (звуковод), свободно размещенную во фторопластовой трубке, с намотанной катушкой возбуждения. Катушка с звуководом помещена внутрь фторопластовой трубки с антистатическими свойствами.

ПП представляет собой электронный узел, выполняющий следующие функции:

• генерацию импульсов возбуждения;
• фильтрацию, усиление и детектирование ответного сигнала;
• считывание сигнала интегрального термометра и ячейки измерения давления;
• выдачу информации по командам вторичного прибора в линию связи.

ПП имеет литой корпус с крышкой и кабельным сальниковым  вводом, снабженным хомутом для закрепления  гибкой защитной оболочки кабеля (например, металлорукава). Кроме того, на корпусе ПП имеется винт защитного заземления с клеммой. Внутри корпуса расположена электронная плата преобразователя. На плате имеется клеммный соединитель для подключения внешнего кабеля.

Для установки на вваренную  в люк или фланец резервуара втулку из комплекта поставки датчики имеют  штуцер с резьбой под накидную гайку. Герметизация осуществляется установкой прокладки (из комплекта датчика), изготовленной из алюминия, между установочной втулкой и буртиком штуцера.

2. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ДАТЧИКОВ

1. Структурная схема датчиков приведена на рисунке 2.

Датчик содержит следующие  узлы и элементы:

• пьезоэлемент (ПЭ);
• катушка возбуждения (К);
• усилитель-формирователь (УФ);
• компаратор (КОМП);
• микроконтроллер (МК);

Рисунок 1 - Структурная схема датчика

Микроконтроллер (МК) выдает импульс тока в катушку чувствительного  элемента (К) датчика. Под действием  магнитного поля магнитов поплавков  и импульса тока в катушке в  стальной проволоке - звуководе датчика - возникают ультразвуковые импульсы, которые, распространяясь по проволоке,  достигают пьезоэлемента  датчика (ПЭ).

ПЭ преобразует механическое колебание проволоки в электрический  импульс. Аналоговый импульс с ПЭ усиливается УФ.

Выделить импульс  с ПЭ с высокой точностью в  заданном температурном диапазоне работы электронной схемы датчика позволяет компаратор (КОМП).

МК вычисляет и сохраняет  в своей памяти время, прошедшее  между импульсом тока в катушке  и сигналами с КОМП.

По сигналам с линии  “Запрос” от вторичного прибора МК датчика выдает асинхронно в линию “Ответ” значения времен распространения сигналов в звуководе.