Врезные гидростатические уровнемеры – компактные измерители уровня жидкостей в больших диапазонах

Области применения врезных гидростатических уровнемеров

Приборы врезного типа используются в приложениях, связанных с измерением уровня жидких продуктов или газов в резервуарах-хранилищах предприятий различных сфер промышленности. Также возможны применения, связанные с охраной окружающей среды. Например:

• Химическая промышленность (азотная кислота, ацетон)
• Нефтегазовая (сырая нефть, бензин, эмульсии, масла, различные газы)
• Фармацевтическая (этиловый спирт, хлороформ, эфир)
• Пищевая (вода, пиво, соки, молоко, проблемы коммерческого учета)
• Коммунальное хозяйство, охрана окружающей среды (вода; различные стоки и осадки в буферных резервуарах)

Назначение врезных гидростатических уровнемеров

Первичный измеряемый параметр у этих приборов – давление. Поэтому уровнемеры такого типа также используются для непрерывного измерения давления среды. Основные же задачи, решаемые при помощи данных уровнемеров:

• Оценка уровня жидкостей в больших стационарных резервуарах-хранилищах (до нескольких сотен метров);
• Постройка надежной и недорогой измерительной системы на компактных датчиках;
• Коммерческий учет жидкостей и жидких продуктов;
• Постоянное и достаточно точное измерение уровня, регистрация полученных данных в системе;
• Визуализация данных по уровню содержимого резервуара и сигнализация по предельным значениям данных;
• Непрерывный мониторинг уровня высоковязких, коррозионных материалов, пенящихся и дымящихся жидкостей;
• Мониторинг уровня паров и газов;
• Оценка уровня жидкостей в сосудах под давлением (применяются два датчика, объединенных контроллером).

Преимущества врезных гидростатических уровнемеров

Важным достоинством гидростатических уровнемеров в принципе является достаточно высокая точность при простоте конструкции и дешевизне относительно других приборов. Но есть и другие преимущества, касающиеся именно врезных уровнемеров:

• Большой диапазон измерения без использования кабелей и зондов (до сотен метров) при очень компактных габаритах (небольшое устройство монтируется в нижней точке емкости);
• Использование не только с чистыми жидкостями, но также с загрязненными, высоковязкими, липкими, химически агрессивными, пенящимися жидкими продуктами;
• Врезные устройства используются для измерения уровня газов;
• Не нуждаются в сложном техническом обслуживании;
• Обладают достаточно высокой точностью.

Недостатки

Однако имеются у данных типов уровнемеров и недостатки:

1. Необходимость компенсации атмосферного давления.
Решение проблемы: в принципе, этот вопрос решается самой конструкцией прибора. Если же планируется проводить измерения в емкостях под давлением, то нужно использовать два прибора, связанных контроллером. Один прибор отмеряет всю толщу, а второй избыточное давление, оказываемое на продукт.

2. Перемена плотности жидкости может стать причиной ошибки в измерениях.
Решение проблемы: расчет величины столба жидкости производится по известной плотности продукта. Если вы не можете быть уверены в приемлемых колебаниях плотности продукта, то обратите свое внимание на другие уровнемеры. Например, ультразвуковые EchoTREK, EasyTREK, радарные PiloTREK. У них есть свои ограничения (в частности – по рабочему диапазону), но они могут подойти для вашего применения лучше, так как результаты их измерений не зависят от плотности среды.

3. Движение жидкости, создающее дополнительное давление.
Решение проблемы: прибор следует устанавливать на отдалении от таких объектов как мешалки или насосы. В некоторых случаях можно обратить внимание на радарные волноводные уровнемеры MicroTREK и подобные им.

Принцип работы прибора

Метод работы врезного гидростатического уровнемера основан на преобразовании измеренного давления столба жидкости (или газа) в пропорциональный его уровню унифицированный выходной сигнал. Известно, что величина гидростатического давления, оказываемого на измерительный прибор, зависит от высоты столба жидкости над ним.

Прибор монтируется как в нижней (для жидкостей), так и в верхней (для измерения газов) точке резервуара. Пьезорезистивный тензодатчик (емкостной керамический или другой пьезоэлектрический измерительный преобразователь) связан с измеряемым продуктом через изолирующую мембрану. Уровень продукта рассчитывается по известным формулам гидростатического давления при известных данных о его плотности и измеренному давлению:

P_hidr=10^-5·ρ·g·h

h=10⁵·P_hidr/(ρ·g) , где 

P_hidr[бар] - гидростатическое давление
ρ[кг/м³] - средняя плотность воздуха
g[м/с²] - гравитационная постоянная
h[м] - дистанция между средней точкой диафрагмы и средним уровнем продукта.

Подробное описание принципа работы можно посмотреть на примере уровнемера NivoPress D.

Модели приборов и аналоги

Современная номенклатура приборов может удовлетворить практически любые запросы потребителя. Исполнений и модификаций приборов достаточно много. Остановимся на основных случаях, когда может потребоваться тот или иной тип:

• Стандартное общепромышленное исполнение. Такой вариант имеется у всех производителей, он не подразумевает особенных критериев к прибору от условий среды.
• Взрывозащищенное, искробезопасное исполнения. Следует отмечать такие варианты исполнений в случаях вероятного применения на опасных производствах. Можно отметить датчики серий LMP 331, LMP 331i, LMK 331, LMK 351 и NivoPress D, где взрывобезопасные исполнения доступны для заказа.
• Высокотемпературное исполнение. Этот тип может понадобиться на производстве, где рабочие температуры продукта или окружающей среды могут превышать общепромышленные значения. Стоит обратить внимание на приборы подобные EC1200 (до +150 °С). У LMP 331, LMP 331i, LMK 331, LMK 351 эти значения до +125 °С.
• Химически стойкие исполнения. Не все приборы могут работать с агрессивными средами. Например, серии врезных датчиков LMP и LMK отличаются материалом мембраны. LMP следует использовать в средах, которые неагрессивны к нержавеющей стали, а LMK таких ограничений не имеет (материал мембраны – керамика). Также стоит обратить внимание на модель EC1210.
• Интеллектуальные исполнения. В современных АСУТП существенную роль играет степень взаимодействия ее элементов между собой. Аналоговым выходом оснащаются все серии, а цифровые интерфейсы HART, RS485 могут присутствовать по желанию. Серия FineTek EC может оснащаться регистратором данных, индикаторной панелью, сигнальным контроллером или PLC (ПЛК). NivoPress D комплектуется модулем программирования и отображения информации, который является полноценным вычислительным элементом, способным передавать в систему уже обработанные данные.
• Исполнения для измерения газов. NivoPress D доступен в исполнении с диапазоном измерения «-1…0 бар», что прекрасно подойдет для такого приложения (летучие газы, несжатые газы).
• Адаптация под стандарты. Стандартные исполнения серий датчиков LMP, LMK адаптированы для эксплуатации в РФ. NivoPress D также внесен в реестр СИ РФ.