Ústav technologie, mechanizace a řízení

staveb

Teorie měření

a regulace

© 2015 - Ing. Václav Rada, CSc.ZS – 2015/2016

P-10b-hl

měření hladiny 2

Hladinoměry

Jedním ze základních úkolů potřebných pro sledování a

řízení celé řady technologických procesů je sledování

úrovně hladiny – pro potřeby získání informací např. o

stavu zásob nebo pro potřeby řídících a regulačních

procesů.

Principy, vlastnosti, použití

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

V prezentaci je využita řada článků z časopisů i ze

studijních pomůcek různých škol

© - zákaz jakéhokoliv kopírování

Hydrostatické hladinoměry

Hydrostatické hladinoměry patří mezi principiálně

jednoduché snímače, které mohou spolehlivě pracovat

za různých podmínek v celém spektru provozních

zařízení.

Mají určité podmínky a zásady při použití této metody

a navazující metodiky v praxi.

principy, vlastnosti, použití

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

V prezentaci je využit článek [*] – © - zákaz

jakéhokoliv kopírování a další publikace.

Hydrostatické hladinoměry

Hydrostatické hladinoměry určují polohu hladiny kapaliny v nádobě

měřením hydrostatického tlaku.

Hydrostatický tlak p, který je vytvářen tíhovou silou sloupce kapa-

liny, je úměrný výšce sloupce kapaliny h, hustotě kapaliny ρ a tí-

hovému zrychlení g – platí klasický vztah:

p = h * ρ * g

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

Podle Pascalova zákona působí tlak v kapalině rovnoměrně do všech

stran – lze použít libovolně orientovaný snímač.

Nejvhodnější místo k zabudování snímače je dno nádoby.

Nevýhodou je snadné zanesení snímače usazeninami.

Proto se snímač zabuduje ve stěně nádoby co nejníže blízko dna,

Používají se i závěsné tlakové sondy zavěšené na kabelu a spuštěné

dolů ke dnu nádoby.

Tím je minimalizováno ovlivnění vlastností i funkce vlastního

snímače.

Snímače se užívají v provozech chemického, petrochemického, po-

travinářského a farmaceutického průmyslu i v tepelné energetice.

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

Hodnota tlaku je ovlivněna těmito třemi faktory:

výškou sloupce kapaliny,

hustotou kapaliny,

tlakem nad hladinou kapaliny.

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

Výška sloupce kapaliny je požadovaný výstupní údaj hladinoměru.

Ovlivnění přesnosti výsledku měření:

- změny hustoty

- změny tlaku nad hladinou kapaliny

Změny hustoty mohou být způsobeny změnami teploty kapalného

média nebo změnami jeho složení v průběhu technologického

procesu.

………….

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

………….

Změny tlaku nad hladinou kapaliny – ovlivěny stavem:

- nádoba otevřená - nad hladinou kapaliny je atmosférický (baro-

metrický) tlak patm

- nádoba uzavřená - hodnota tlaku p1 je nad hladinou a může se

měnit - jak přetlak, tak podtlak - vzhledem k atmosférickému

tlaku - užívá se dvojí uspořádání = se snímačem rozdílu tlaků,

nebo dva snímače přetlaku - elektronika vypočte rozdíl měřených

signálů odpovídající hydrostatickému tlaku kapaliny

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

Snímačem hydrostatického tlaku může být prakticky libovolný typ

s odpovídajícím měřicím rozsahem.

V současné době jsou nejčastěji voleny snímače s tenzometrickým

nebo kapacitním senzorem tlaku.

Tenzometrické čidlo je křemíková membrána s polovodičovými

tenzometry (piezorezistory) v můstkovém zapojení.

……….

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

……….

Samotným křemíkovým senzorem lze měřit pouze čistý, suchý

vzduch nebo jiné neagresivní plyny - v průmyslovém prostředí

podmínkách je nutno čidlo chránit kovovou oddělovací membránou.

Prostor mezi ní a měřicím prvkem je vyplněn olejem.

Oddělovací membrána nesmí neovlivňovat vlastnosti křemíkového

čidla.

Obvyklý průměr oddělovací membrány o činné ploše asi 2 mm2 je

přibližně 10 mm.

Robustní konstrukce snímačů s křemíkovými čidly velmi dobře odo-

lává vibracím a rázům.

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

Základem kapacitního senzoru je speciální keramická membrána.

Na ni jsou naneseny kovové elektrody vytvářející dva deskové kon-

denzátory, v nichž se při působení tlaku mění kapacita.

Keramická membrána misí být vysoce odolná proti vlivům prostředí

a musí být chráněna před mechanickým poškozením,

Součásti snímače tlaku přicházející do styku s měřeným médiem,

jsou vyrobeny z korozivzdorné oceli, popř. z dalších speciálních

slitin.

Pouzdro snímače je kovové (např. hliníková slitina) nebo z plastu

a v požadovaném krytí chránící snímač před vlivy procesního okolí.

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

Přesnost měření polohy hladiny hydrostatickými hladinoměry je

do značné míry ovlivněna změnami hustoty a teploty provozního

média.

Vliv změn hustoty způsobených změnami teploty lze kompenzovat

elektronicky na základě měření teploty.

V případech, kdy se mění hustota provozního média z jiných, např.

technologických příčin, je možné využít vhodné zapojení - měření

používá tři snímače přetlaku s následným elektronickým zpraco-

váním. (tento způsob měření bývá označován jako HTG – Hydrosta-

tic Tank Gauge).

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

Podle aktuální hodnoty hustoty je korigován výpočet hydrostatic-

kého tlaku měřeného snímači a vypočte se výška hladiny:

pC – pB = l * ρ * g

ρ = (pC – pB )/(l * g)

h = [(pB – pA )/(pC – pB )] )/l

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

Snímače měří silové účinky hydrostatického tlaku - je třeba elimi-

novat chyby spojené se změnami hustoty a se změnami teploty

média.

Tento jev ovšem přináší i jistou výhodu: jestliže hladina v nádrži

kolísá vlivem teploty a vlivem teplotní objemové roztažnosti dané

kapaliny, hydrostatický snímač nezaznamená kolísání hladiny, ale

bude správně měřit konstantní údaj úměrný hmotnosti kapaliny

v nádobě.

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

Nejistota měření se liší v závislosti na případu použití a na druhu

měřeného média.

Typická hodnota nejistoty je ±0,5 % z měřicího rozsahu; v některých

případech lze dosáhnout nejistoty ±0,1 %.

Nejistota samotných snímačů tlaku dosahuje hodnot ±0,1 %

z měřicího rozsahu, u některých inteligentních snímačů ±0,04 %.

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

Příklady různých způsobů umístění a připojení snímačů…..

POZN.:

Přívodní potrubí ke snímačům tlaku je v praxi i v literatuře

běžně označováno jako impulzní potrubí, přestože vhodnější

výraz by byl signálové potrubí.

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Hydrostatické hladinoměry

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Měření hydrostatického tlaku .

Hydrostatické hladinoměry

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Kapacitní senzor

Hydrostatické hladinoměry

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Měření hladiny v otevřené nádobě

Hydrostatické hladinoměry

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016Měření hladiny v uzavřené nádobě

Hydrostatické hladinoměry

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Kompenzace vlivu

změn hustoty média

Hydrostatické hladinoměry

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016Měření v uzavřené nádobě s membránovými oddělovači

Hydrostatické hladinoměry

hladinoměr T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Měření

ponornou

sondou.

… a to by bylo

k tomuto tématu

vše……….

T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

© VR - ZS

2015/2016

T- MaR