Teorie měření a regulace

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb

Teorie měření a regulace měření hladiny 2

P-10b-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

Hydrostatické hladinoměry principy, vlastnosti, použití 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. V prezentaci je využit článek [*] – © - zákaz jakéhokoliv kopírování a další publikace. © VR - ZS 2015/2016

hladinoměr

Hydrostatické hladinoměry

T- MaR

Hydrostatické hladinoměry určují polohu hladiny kapaliny v nádobě měřením hydrostatického tlaku. Hydrostatický tlak p, který je vytvářen tíhovou silou sloupce kapaliny, je úměrný výšce sloupce kapaliny h, hustotě kapaliny ρ a tíhovému zrychlení g – platí klasický vztah:

p=h*ρ*g

© VR - ZS 2015/2016

hladinoměr


T- MaR

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, potravinářského a farmaceutického průmyslu i v tepelné energetice. © VR - ZS 2015/2016

hladinoměr

Hydrostatické hladinoměry Hodnota tlaku je ovlivněna těmito třemi faktory:  výškou sloupce kapaliny,  hustotou kapaliny,  tlakem nad hladinou kapaliny.

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR

hladinoměr


T- MaR

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. ………….

© VR - ZS 2015/2016

hladinoměr


T- MaR

…………. Změny tlaku nad hladinou kapaliny – ovlivěny stavem: nádoba otevřená - nad hladinou kapaliny je atmosférický (barometrický) 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

© VR - ZS 2015/2016

hladinoměr


T- MaR

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. ……….

© VR - ZS 2015/2016

hladinoměr


T- MaR

………. 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 odolává vibracím a rázům. © VR - ZS 2015/2016

hladinoměr


T- MaR

Základem kapacitního senzoru je speciální keramická membrána. Na ni jsou naneseny kovové elektrody vytvářející dva deskové kondenzátory, 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.

© VR - ZS 2015/2016

hladinoměr


T- MaR

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 zpracováním. (tento způsob měření bývá označován jako HTG – Hydrostatic Tank Gauge).

© VR - ZS 2015/2016

hladinoměr


T- MaR

Podle aktuální hodnoty hustoty je korigován výpočet hydrostatického tlaku měřeného snímači a vypočte se výška hladiny:

pC – p B = l * ρ * g ρ = (pC – pB )/(l * g) h = [(pB – pA )/(pC – pB )] )/l © VR - ZS 2015/2016

hladinoměr


T- MaR

Snímače měří silové účinky hydrostatického tlaku - je třeba eliminovat 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.

© VR - ZS 2015/2016

hladinoměr


T- MaR

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 %.

© VR - ZS 2015/2016

hladinoměr


T- MaR

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.

© VR - ZS 2015/2016

hladinoměr


© VR - ZS 2015/2016

T- MaR

hladinoměr


Měření hydrostatického tlaku .

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR

hladinoměr


Kapacitní senzor

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR

hladinoměr


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

T- MaR

hladinoměr


© VR - ZS 2015/2016

Měření hladiny v uzavřené nádobě

T- MaR

hladinoměr


Kompenzace vlivu změn hustoty média

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR

hladinoměr


© VR - ZS 2015/2016

Měření v uzavřené nádobě s membránovými oddělovači

T- MaR

hladinoměr


Měření ponornou sondou.

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR

T- MaR

… a to by bylo k tomuto tématu

vše

……….

© VR - ZS 2015/2016

T- MaR

© VR - ZS 2015/2016

Teorie měření a regulace

Recommend Documents