Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb
Teorie měření a regulace měření hladiny 1
P-10a-hl ZS – 2015/2016
© 2015 - Ing. Václav Rada, CSc.
T- MaR
hladinoměr
Hladinoměry Principy, vlastnosti, použití 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.
© VR - ZS 2015/2016
V prezentaci je využita řada článků z časopisů i ze studijních pomůcek různých škol © - zákaz jakéhokoliv kopírování
T- MaR
hladinoměr
Hladinoměry Principy, vlastnosti, použití Zjišťování výšky hladiny kapalin a případně sypkých hmot v zásobnících a provozních nádobách, jako jsou různé tanky, rezervoáry, nádrže, destilační kolony, odparky, krystalizátory, mísicí nádoby apod., je jedním z velmi častých úkolů provozního měření. Ačkoli se mluví o měření výšky hladiny, jedná se většinou o zjišťování množství.
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
Hladinoměry Měřitelná média a substance:
kapaliny - čistá voda, roztoky, hořlavé kapaliny, viskózní kapaliny apod. suspenze - jemné suspenze, suspenze s abrazivními účinky sypké látky -tekoucí suché prášky, vlhké a spékající se hrudkovité sypké látky
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
Hladinoměry Zjišťování výšky hladiny kapalin a sypkých hmot - od čisté či špinavé vody ke kapalinám hořlavým, viskózním, lepkavým a korozivním až po suspenze s abrasivními účinky + od jemných volně tekoucích prášků přes písky a menší kamenivo až po vlhké a spékající se hrudkovité sypké látky – uložených v zásobnících a provozních nádobách, jako jsou různé tanky, rezervoáry, nádrže, destilační kolony, odparky, krystalizátory, mísicí nádoby apod., je jedním z velmi častých úkolů provozního měření. Ačkoli se mluví o měření výšky hladiny, jedná se většinou o zjišťování množství.
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
Hladinoměry Pracují ve značně rozdílném okolním prostředí - od vakua až po vysoké tlaky a vše při různých teplotách. Výsledkem různorodosti požadavků je velký počet měřicích metod a přístrojů, které byly vyvinuty pro měření stavu hladiny. Volba vhodné metody je ovlivněna řadou faktorů - tlak (otevřené, uzavřené nádoby), teplota, korozivní účinky měřeného média, rozsah a citlivost, potřeba plynulého měření hodnoty úrovně nebo v zadaných časových intervalech a nebo „jen“ indikace mezních stavů, atd.
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
Hladinoměry Přístroje pro měření stavu hladiny se dělí podle konstrukce a provedení: stavoznaky - hladinoměry pohledové stavoznaky - hladinoměry mechanické, stavoznaky - hladinoměry elektrické stavoznaky - hladinoměry s vlněním stavoznaky - hladinoměry hydrostatické.
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
Hladinoměry Mechanické hladinoměry – plovákové hladinoměry – hladinoměry s ponorným tělesem – hladinoměry založené na měření hmotnosti – vibrační a vrtulkové stavoznaky Hydrostatické hladinoměry – přímé měření hydrostatického tlaku – měření s probubláváním
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
Hladinoměry Elektrické hladinoměry – vodivostní – kapacitní – fotoelektrické Hladinoměry s vlněním – ultrazvukové – radarové – s radioaktivním zářičem
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
Hladinoměry Výběr vhodného typu snímače hladiny bere v úvahu:
fyzikální a chemické vlastnosti měřeného média charakter okolního prostředí a podmínky měření požadavek na spojité či nespojité snímání stavu hladiny specifikace účelu měření – signalizace mezních stavů – regulace stavu hladiny – zjišťování množství náplně (bilanční měření) měřicí rozsah požadavek na přesnost měření ekonomické náklady na zařízení – cena.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Vizuální
T- MaR
průhledové
Pro vizuální sledování stavu hladiny se nejčastěji používá průhledových stavoznaků se skleněnou trubicí nebo průzorem – minimální počet bývají dva pro minimum a maximum úrovně hladiny. Hlavní předností je jednoduchost, nevýhodou je nutnost častého čištění od rzi, nánosů, pěny, usazenin a dalších nečistot, které se na skle průzoru usazují – většinou i ne zcela dobrá přístupnost. Průzorů lze použít i pro vysoké tlaky až do 10 MPa.
Nevýhodou je, že neposkytují signál pro další zpracování.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Vizuální
Jinou variantou je obtokový hladinoměr s magnetickými válečky plovák v trubici hladinoměru je opatřen magnetem, který se při pohybu převrací – válečky jsou viditelné v průhledné zobrazovací liště – mají výraznou barvu.
Hodí se pro prostředí agresivní, hořlavé, toxické - horké kapaliny pro teploty (-160 až 400) ºC - od vakua do 42 MPa © VR - ZS 2015/2016
T- MaR
průhledové
hladinoměr
Vizuální
Magnetické spínače hladiny © VR - ZS 2015/2016
T- MaR
průhledové
hladinoměr
Mechanické
T- MaR s měření hmotnosti
Výšku hladiny lze zjišťovat i měřením hmotnosti nádrže - hmotnost nádrže prázdné a nádrže s materiálem - hmotnost nádrže se zjišťuje pomocí siloměrného členu - citlivým prvkem siloměrného členu bývá nejčastěji tenzometrický snímač - hladinoměry založené na měření hmotnosti se používají např. při dávkování a mísení různých materiálů
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Mechanické
T- MaR
plovákové
… hladinoměry se používají pro otevřené i uzavřené a tlakové nádrže – plovák bývá většinou kruhový nebo prstencový, případně kulový (plný nebo dutý naplněný inertním plynem - tvar takový, aby neobsahoval pokud možno žádné vodorovné usazovací plošky - změna hmotnosti vyvolá změnu ponoření a zkresluje výsledek). Plovákové těleso je obvykle vedeno vodítky po pevné tyči nebo na pevném kyvném rameni a je spojeno s protizávažím – vedení je uděláno tak, aby nedocházelo k rozkývání plováku při neklidné hladině – celek musí být dokonale mechanicky proveden s malým třecím momentem a dlouhou bezporuchovou životnost. Nehodí se pro sypké hmoty.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Mechanické
T- MaR
Výška hladiny, tj. poloha plováku, se určuje buď přímo odečtením polohy protizávaží na podložené stupnici, nebo se převádí na elektrický signál pomocí převodníku – např. odporový či indukční vysílač, apod. Přesnost měření je dána především tvarem plováku a jeho průřezem určujícím hloubku ponoření, všemi existujícími pasivními odpory v mechanismu a změnami hustoty měřené kapaliny – v závislosti na teplotě. Plováky, určené pro tlakové prostory, mají nejčastěji kulový tvar a v některých případech bývají naplněny inertním plynem na tlak odpovídající maximálnímu tlaku v nádrži.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Mechanické
T- MaR
Tvar plováku by měl být takový, aby neobsahoval pokud možno žádné - to pak vyvolává změnu hmoty plováku, a tím i změnu jeho ponoření. Plováky, určené pro tlakové prostory, mají nejčastěji kulový tvar a v některých případech bývají naplněny inertním plynem na tlak odpovídající maximálnímu tlaku v nádrži. Materiál plováku polyethylen, polypropylen, PVC, mosaz, nerez,…
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
© VR - ZS 2015/2016
Mechanické
T- MaR
hladinoměr
Mechanické
T- MaR ponorné těleso
Hladinoměry s ponorným tělesem jsou založeny na platnosti Archimedova zákona a pracují na principu vyrovnání sil - ponorné těleso 1 válcového tvaru je zavěšeno na pružině 2 - síla působící na pružinu je dána vlastní tíhou tělesa, zmenšenou o sílu vztlakovou - změnou výšky hladiny o h se změní vztlaková síla a dojde k ustavení nové rovnováhy sil v jiné poloze tělesa - hustota měřené kapaliny musí být konstantní - pro rovnováhu ponorného tělesa pak platí
kde ... S průřez ponorného tělesa, h změna výšky hladiny, l změna polohy tělesa i změna stlačení pružiny, hustota kapaliny, k konstanta pružiny. © VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
© VR - ZS 2015/2016
Mechanické
T- MaR
hladinoměr
Mechanické
T- MaR
Používá se pro měření hladiny v otevřených i v uzavřených tlakových nádobách.
Zdvih ponorného tělesa při maximální změně hladiny je malý. Způsob, jakým se snímá změna polohy ponorného tělesa, závisí na typu přenosu změřené hodnoty - převod na elektrický signál s využitím odporového posuvného snímače nebo indukčnostního diferenčního transformátoru = na trubce z nemagnetického materiálu je navinuto primární a sekundární vinutí - sekundární vinutí je vinuto od poloviny opačným směrem - uvnitř uzavřené trubky se pohybuje železné jádro mechanicky spojené s ponorným tělesem zavěšeným na pružině.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Mechanické
T- MaR
Změna polohy jádra kopíruje změny úrovně měřené veličiny – tím se mění koeficient vzájemné indukčnosti mezi primárem a sekundárem – přitom maximálního rozdílu se dosáhne při zasunutí jádra přesně do poloviny cívky - z tlakových prostorů je pohyb tělesa vyveden např. torzní trubkou, která vedle kompenzačního momentu plní i funkci dokonalé ucpávky. Délka ponorného tělesa pro daný měřicí rozsah nesmí být menší než hodnota výrazu (h - l). Tíha ponorného tělesa musí být větší než vztlak při plném ponoření – používají se dutá tělesa, případně naplněná lehkým inertním plynem.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
© VR - ZS 2015/2016
Mechanické
T- MaR s vibračním snímačem
hladinoměr
Elektrické
T- MaR
Tyto hladinoměry využívající k indikaci polohy hladiny změn hodnoty kapacity, odporu a indukce - dále pak hladinoměry využívající zvukový signál = ultrazvukové - nebo vysokofrekvenční signál = radarové - nebo optický signál = světelný nebo laserový - a rovněž i ty, které využívají speciální vlastnosti gama záření = izotopové.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Elektrické
T- MaR kapacitní
Kapacitní hladinoměry převádějí měření hladiny na měření měnící se kapacity. Snímačů se používají jak ke kontinuálnímu měření, tak i k signalizaci mezních stavů hladiny kapalin i sypkých hmot. Konstrukce snímače závisí jednak na vlastnostech měřeného média, jednak na tvaru nádoby. vhodné pro měření kapalných i sypkých medií pro měření při teplotách (-40 až +200) °C a vysokém tlaku možnost snímání mezihladiny dvou nemísitelných kapalin (např. rozhraní vody a oleje) nevhodné pro měření pěnicích medií © VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Elektrické
T- MaR
U kapalin elektricky nevodivých se využívá kapacitního snímače s principem změny dielektrika - při měření hladiny tvoří nevodivá kapalina "posuvné„ nebo „tloušťku měnící“ dielektrikum. Průběh statické charakteristiky snímače je znázorněn na následujícím obrázku a je v širokém rozsahu lineární. V praxi může jednu elektrodu snímače tvořit např. svislá tyč, druhou představuje stěna nádoby - dielektrikem je nevodivá kapalina - zaplavující elektrodu při změně výšky hladiny. V případě, že nádoba má nevhodný tvar, nebo je nádoba vyrobena z nevodivého materiálu, používá se jako druhé elektrody děrované trubice, obklopující tyčovou elektrodu. © VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Elektrické
C = ε0 * εr * S/d ε0 - permitivita vakua εr - relativní permitivita prostředí S - plocha elektrod d - vzdálenost elektrod
© VR - ZS 2015/2016
snímač hladiny pro nevodivé kapaliny
T- MaR
hladinoměr
Elektrické
T- MaR
Při měření elektricky vodivých kapalin je kovová tyčová elektroda opatřena izolačním povlakem například z teflonu, který tvoří dielektrikum - vodivá kapalina pak představuje druhou elektrodu, jejíž plocha je závislá na výšce hladiny. Snímače pro signalizaci mezních stavů bývají zabudovány ve svislé stěně zásobníku. Přesnost měření ovlivňuje vodivá vrstva kapaliny, špíny, pěny nebo nánosů ulpívajících na povrchu snímačů.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Elektrické
T- MaR
kapacitní snímač hladiny
ukotvením. Kapacitní snímače hladiny
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Elektrické
T- MaR
Kapacitní hladinoměr pro vodivé kapaliny • snímač je tvořen kovovou elektrodou, která je opatřena izolačním povlakem (např. gumou nebo teflonem) • druhou elektrodu válcového kondenzátoru vytváří vodivá kapalina
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Elektrické
T- MaR
K vyhodnocení změn kapacity se používá přímé, substituční, rezonanční metody anebo některého z můstkových zapojení. S měřicím obvodem se kapacitní snímač, který má obvykle velkou impedanci, spojuje speciálním měřicím kabelem.
U současně vyráběných snímačů bývají elektronické vyhodnocovací obvody zabudovány přímo v připojovací hlavici snímače. Snímač poskytuje analogový nebo číslicový signál.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Elektrické
T- MaR
Celková kapacita je dána součtem dvou dílčích kapacit CA a CB
kde je A permitivita posuvného dielektrika, B permitivita vzduchu, a šířka desky
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Elektrické
T- MaR
Kapacitní snímač hladiny pro nevodivé kapaliny a vodivé kapaliny © VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Elektrické
Kapacitní snímače hladiny
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
Elektrické
T- MaR fotoelektrické
Fotoelektrické hladinoměry využívají buď přímého světelného paprsku nebo paprsku vedeného skleněným vláknem u něhož se změnou hladiny mění index lomu - limitní snímač s hranolem nebo se světlovodem - změna indexu lomu při změně prostředí dosažení hladiny je indikováno, když se koncovka světlovodu dotkne kapaliny Snímač hladiny tvoří: zdroj světla - žárovka, svíticí dioda LED detektor světla - fotodioda, fototranzistor, fotoodpor pracují s IČ nebo viditelným zářením.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Elektrické
Vodivostní snímače hladiny © VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
Elektrické
T- MaR vodivostní
Vodivostní hladinoměry jsou tvořeny elektrodami umístěnými v nádrži s elektricky vodivou kapalinou – tato kapalina má definovaný elektrický odpor – měří se změna tohoto elektrického odporu (resp. vodivosti) se změnou výšky hladiny. Přesnost je silně závislá na změnách složení kapaliny nebo gelu, na čistotě, hustotě, vodivosti i teplotě. Vodivostní snímače se používají zejména k signalizaci mezních stavů a k dvou-polohové regulaci. Ukázka umístění vodivostních snímačů hladiny v provozních nádržích je na obrázku.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Elektrické
Vodivostní snímače hladiny
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
S vlněním
T- MaR ultrazvukové
Ultrazvukové hladinoměry využívají principu měření dráhy ultrazvukového impulsu mezi vysílačem a přijímačem. Nejčastěji se měří čas mezi vysláním ultrazvukového impulsu a jeho návratovým dopadem na přijímač po odrazu od fázového rozhraní (hladiny, úrovně materiálu). Zjednodušené schéma ultrazvukového hladinoměru je na obr. Senzor stavu hladiny tvoří: generátor a vysílač ultrazvukového signálu přijímač ultrazvuku a zesilovač signálu elektronické vyhodnocovací zařízení.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
S vlněním
T- MaR
Vysílač a přijímač ultrazvukových impulsů – vysilač pracuje např. na bázi piezoelektrického principu - tvoří konstrukční celek, který je umístěn v horní části nádrže. Funkci celého zařízení řídí generátor pulsů. Na počátku měřicího cyklu je vyslán z vysílače ultrazvukový impuls, který se po odrazu vrací k přijímači. Čas t naměřený elektronickým obvodem závisí na velikosti (délce) dráhy ultrazvuku, a tím i na stavu hladiny.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
S vlněním
T- MaR
Jako vysílačů a přijímačů ultrazvuku se používá piezoelektrických nebo magnetostrikčních měničů - frekvence používaného ultrazvuku je 20 až 50 kHz Výška hladiny se vyhodnocuje na základě vztahů:
kde rychlost šíření ultrazvuku v daném prostředí je c (m/s), naměřený čas t (s), vzdálenost hladiny od snímače L (m), výška nádrže Lmax. © VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
S vlněním
Ultrazvukový snímač hladiny
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
S vlněním
Ultrazvukový snímač hladiny
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
© VR - ZS 2015/2016
S vlněním
T- MaR
hladinoměr
© VR - ZS 2015/2016
S vlněním
T- MaR
hladinoměr
© VR - ZS 2015/2016
S vlněním
T- MaR
hladinoměr
S vlněním
Umístění sondy: - v horní části nádrže nebo u dna nádoby - hlavní osa vysílače signálu by měla směřovat kolmo k povrchu měřené látky - u sypkých látek je třeba respektovat jak násypný úhel, tak úhel pro vyprazdňování substance
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
S vlněním
T- MaR
Údaj ultrazvukového hladinoměru je ovlivňován hustotou a teplotou prostředí, přítomností míchadla nebo vibrátoru u práškovitých substancí, tvarem a kvalitou povrchu fázového rozhraní (horní plocha pro odraz signálu), přítomností pěny i činností míchadla. Rychlost ultrazvuku závisí na hustotě a tedy i na teplotě prostředí - přesné ultrazvukové hladinoměry jsou vybaveny příslušným teplotním korekčním obvodem - korekci je na základě měření teploty. Výstupní signál je elektronicky zpracován v analogové nebo dnes prakticky výlučně v číslicové formě. Při měření kapalin lze určit hladinu s chybou 2 mm.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
S vlněním
T- MaR
Bude-li docházet ke změnám hustoty prostředí i z jiných příčin než je změna teploty, je možno aplikovat ultrazvukový hladinoměr s automatickou korekcí, který je vybaven referenčním prvkem např. ve tvaru U, který vymezuje pevnou referenční vzdálenost sloužící pro výpočet rychlosti ultrazvuku v daném prostředí – změří se jednak doba, kterou potřebuje ultrazvukový signál pro překonání referenční vzdálenosti a jednak doba pro překonání vzdálenost k hladině a zpět. Výšku hladiny h stanoví elektronický obvod na základě znalosti vzdálenosti naměřené při nulovém stavu hladiny. Informace o stavu hladiny nezávisí na změnách rychlosti ultrazvuku v prostředí nad hladinou.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
S vlněním
Ultrazvukový snímač hladiny s kompenzací © VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
S vlněním
T- MaR radarové
Radarové snímače hladiny využívají podobný princip jako ultrazvukové hladinoměry – používají vysokofrekvenční signál (elektromagnetické vlnění - mikrovlnné záření), které se šíří prostředím (skoro) rychlostí světla. Signál má frekvenci kolem 10 GHz - je směrován do prostoru pomocí antény - vyslaná vlna se na fázovém rozhraní částečně odrazí zpět k vysílači a částečně dále prochází do druhého prostředí opět se měří čas potřebný k průchodu elektromagnetických vln z vysílače k hladině a po odrazu zpět k přijímači - z časového údaje mezi vyslanou a přijatou vlnou je stanovena výška hladiny.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
Měření výšky hladiny radarem © VR - ZS 2015/2016
S vlněním
T- MaR
hladinoměr
S vlněním
T- MaR
Výška hladiny se vyhodnocuje na základě vztahů:
kde rychlost šíření mikrovln v daném prostředí je c (m/s), naměřený čas t (s), vzdálenost hladiny od snímače L (m), výška nádrže Lmax. © VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
S vlněním
T- MaR
Používá se pulsní metoda - mikrovlnný signál ve formě krátkého impulsu je vysílán periodicky s krátkou periodicitou vysílacích intervalů - metoda je velmi náročná na přesnost měření času, protože se jedná o časové intervaly řádově v pikosekudnách . Vhodnější je frekvenční metoda, založená na vysílání spojitého signálu s proměnnou plynule měněnou frekvencí od fmin do fmax. Ze známé rychlosti přelaďování a změřených hodnot frekvencí vyslaného a přijatého signálu v čase t1 se vypočíte odpovídající výška hladiny. Hlavní předností frekvenční metody je, že frekvenční rozdíl lze měřit velmi přesně - až 1 mm.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
S vlněním
Princip frekvenční metody
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
S vlněním
T- MaR
Složení atmosféry nemá vliv na rychlost šíření mikrovln, ale při vysoké koncentraci par může docházet k útlumu signálu. Pro aplikaci radarových snímačů je důležitá znalost relativní permitivity r měřeného média - materiál s nízkou permitivitou má vyšší propustnost pro elektromagnetické záření = proto velký podíl záření proniká rozhraním - pro úspěšnou aplikaci je r>2 nevýhodou je vysoká cena zařízení a nevhodnost pro kapaliny s nízkou permitivitou – používá se i pro měření vysoce viskózních a lepivých substancí (pasty a kaly, pro zkapalněné plyny i těkavé a agresivní kapaliny).
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
S vlněním
T- MaR
Elektronické vyhodnocovací zařízení spolu s příslušným SW umožňuje odlišit parazitní odrazy od stěn, vnitřních částí aparatur. Radarové snímače vykazují vysokou přesnost a spolehlivost i ve velmi náročných provozních podmínkách (vysoká teplota, tlak, agresivní prostředí). vhodné pro měření médií s relativní permitivitou ε > 2 materiálem s nízkou permitivitou (izolanty např. oleje) mikrovlnné záření proniká a odráží se až od rozhraní s vyšší permitivitou (dno nádoby) parazitní odrazy od stěn či míchadla se odlišují softwarově.
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
S vlněním
Měření výšky hladiny při nepravidelném povrchu asfaltu pomocí bezkontaktního měření hladiny – s typickými vlastnostmi = viskózní, horký a lepkavý. Bezkontaktní hladinoměry jsou navrženy tak, aby kondenzát vznikající na anténě nevedl ke ztrátě viditelnosti hladiny média. Měření lze realizovat i přes nepravidelný povrch produktu při provozní teplotě přes 200°C – proto je připojen na ofukový systém, který antenní systém chladí .
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
S vlněním
T- MaR reflektometrické
Reflektometrické / reflexní radarové snímače / hladinoměry jsou zvláštní skupinu mezi mikrovlnnými hladinoměry – využívají tzv. vedený mikrovlnný signál. Impulsy mikrovln jsou "vedeny" tělesem z pevného materiálu (tyčí, lanem, koaxiálním kabelem - nejsou tlumeny prostředím) - je ponořeno do média (což je nevýhoda) - v rovině hladiny dochází k odrazu mikrovlnného záření - intenzita odraženého signálu závisí na permitivitě média - vyhodnocuje se časový rozdíl mezi vysláním impulsu a přijetím impulsu odraženého. Tento princip se nazývá TDR – Time Domain Reflection ………
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
S vlněním
T- MaR reflektometrické
na přesnost měření nemá vliv prach, páry, pěna, teplota ani tlak je možno měřit kapaliny i práškové a granulované materiály lze použít i pro měření rozhraní dvou kapalin signál není ovlivňován falešnými a vícenásobnými odrazy vysoká spolehlivost a opakovatelnost měření možnost aplikace při teplotách od –50 do +200 ºC a tlaku od 0,1 do 10 MPa
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
© VR - ZS 2015/2016
S vlněním
T- MaR
hladinoměr
S vlněním
T- MaR izotopové
Izotopové hladinoměry využívají skutečnosti, že intenzita radioaktivního záření klesá úměrně s tloušťkou vrstvy materiálu mezi zářičem a detektorem = měří se zeslabení svazku ionizujícího záření při jeho průchodu monitorovaným hmotným prostorem. Jejich nevýhodou je nutnost ochrany obsluhy před účinky radioaktivního ozáření. Aplikace těchto přístrojů proto přichází v úvahu tehdy, když není možno užít jiných metod, tj. např. při měření látek silně agresivních, viskózních, při extrémně vysokých tlacích a teplotách
© VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
S vlněním
T- MaR
Radioaktivní zářič 1 je uložen v ochranném pouzdru ve spodní části pomocné trubky 2, propojené s nádrží - v horní části trubky je umístěn detektor 3 - jako zdroj gama-záření se používá izotopů s relativně dlouhým poločasem rozpadu (např. Co 60 či Cs 137), aby nebylo zapotřebí provádět často kalibraci. Gama-paprsky silně pronikají materiálem, ale nemají schopnost jej aktivovat (vyvolávat jeho radioaktivitu), a proto je lze používat pro účely měření i v potravinářském průmyslu. © VR - ZS 2015/2016
hladinoměr
S vlněním
snímání mezního stavu hladiny
spojité měření výšky hladiny
Izotopové hladinoměry © VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
S vlněním
spojité měření výšky hladiny
snímání mezního stavu hladiny
Izotopové hladinoměry © VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
S vlněním
T- MaR
Důležitou předností použití gama-paprsků pro měření hladiny kapalin a sypkých látek je možnost použití zářiče v ochranném pouzdře i přijímače vně stěn = na vnějším plášti zásobníku. Detektorem bývá zpravidla Geiger-Müllerova trubice nebo scintilační detektor s fotonásobičem. Zařízení pro signalizaci mezního stavu násypu sypké látky je na obrázku. Hodí se pro kontinuální, plynulé měření výšky hladiny a jejích změn nebo pro hlídání maxima výšky (plný zásobník). Intenzita záření dopadající na detektor závisí na tloušťce vrstvy kapaliny.
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
hladinoměr
Hladinoměry Principy, vlastnosti, použití Jedním
© VR - ZS 2015/2016
Literatura
T- MaR
McMILLAN, G. K. – CONSIDINE, D. M.: Process/Industrial Instruments and Controls Handbook. New York, McGraw/Hill, 1999. BENGTSSON, C.: The Engineer’s Guide to Level Measurement. Emerson Process Management Rosemount, Inc., 2013. Měření průtoku a měření výšky hladiny. Zpravodaj pro měření a regulaci č. 4. NEWPORT OMEGA 1995. [on-line] - [cit. únor 2014]. www.omegaeng.cz/literature Kadlec K.: Snímače hladiny – principy, vlastnosti, použití (část 1 a 2) – časopis AUTOMA č. 5 a 6 (2005). doc. Ing. Karel Kadlec, CSc., Jan Vaculík - Hydrostatické hladinoměry – princip, vlastnosti a použití. AUTOMA č. 7, rok 2014, str. 34 – 38. Ďaďo S., Bejček L., Platil A.: Měření průtoku a výšky hladiny. BEN Praha 2005.
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
… a to by bylo k tomuto tématu
vše
……….
© VR - ZS 2015/2016
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
