MĂSURAREA NIVELULUI

1. OBIECTIVUL LUCRĂRII

- cunoaşterea structurii şi a funcţiei unui sistem de măsurare a nivelului

- cunoaşterea principiului de funcţionare şi determinarea caracteristicii

statice a unui traductor de nivel cu imersor tip AT 50 cu adaptor ELT 370.

2. NOŢIUNI RECAPITULATIVE DE BAZĂ

În tehnică, nivelul se defineşte ca fiind înălţimea h [m] la care se află

suprafaţa de separaţie a două medii fluide cu proprietăţi diferite, în raport cu un

reper dat.

In automatizările industriale, traductoarele de nivel au o largă utilizare

nu numai prin faptul că nivelul reprezintă un parametru important pentru

desfăşurarea anumitor procese tehnologice, intervenind astfel în numeroase

bucle de reglare, ci şi pentru posibilităţile pe care le oferă de a obţine, relativ

uşor, măsurarea indirectă a cantităţilor de materiale exprimate sub formă de

volum sau de masă.

Tipurile de traductoare de nivel utilizate în automatizările industriale

sunt:

- traductoare de nivel cu plutitor;

- traductoare de nivel cu imersor;

- traductoare de nivel bazate pe măsurarea presiunii hidrostatice;

- traductoare de nivel ultrasonice;

- traductoare de nivel cu radiaţii nucleare;

- traductoare de nivel cu sonde rezistive, capacitive, inductive;

- traductoare de nivel cu elemente termosensibile.

În această lucrare vom trata traductoarele de nivel cu imersor.

Traductoarele de nivel cu imersor îşi bazează funcţionarea pe

proprietatea corpurilor scufundate într-un lichid de a fi impinse de jos în sus cu

o forţă egală cu greutatea de volum dislocuit (forţa ascensională sau forţa

arhimedică). Imersorul este un tub cilindric ce efectuează o deplasare odată cu

modificarea nivelului, dar şi o imersare în lichid, proporţională cu creşterea

nivelului. Adâncimea de scufundare a imersorului este variabilă, iar poziţia lui

este determinată de echilibrul dintre greutatea proprie, forţa arhimedică şi

reacţiunea din elementul de suspensie.

În cele mai multe cazuri, ca element de suspensie se foloseşte un braţ

solidar cu un tub de torsiune, care serveşte şi ca element de transmitere în afara

vasului a poziţiei imersorului, deci a nivelului, fără a fi nevoie de elemente de

etanşare (figura 1).

Unghiul de torsiune al capătului interior al tubului constituie o

măsură a cuplului reactiv de torsiune şi, implicit, o măsură a nivelului din

interior. Când nivelul se află sub cota h0, toată greutatea imersorului este

echilibrată de reacţiunea din tubul de torsiune pe baza relaţiei:

,

unde M este unghiul maxim de torsiune, C o constantă de rigiditate a tubului

de torsiune, iar r braţul cuplului.

Când nivelul depăşeste cota h0, imersorul se deplasează în sus pe

înălţimea h1 şi, în acelasi timp, se scufundă în lichid pe adâncimea h2, astfel

încât greutatea lui să fie echilibrată de reacţiunea din tubul de torsiune şi de

forţa arhimedică. În condiţii de echilibru static avem:

,

unde este masa specifică a lichidului iar S secţiunea transversală a

imersorului.

Fig.1. Schema de principiu a traductorului de nivel cu imersor.

Din cele două relaţii obţinem dependenţa dintre deplasarea h2 a

imersorului şi adâncimea de scufundare a acestuia:

.

Nivelul din vas se determină cu relaţia:

h = h0 + h1 + h2 = h0 + h1(1+k) = h0 + r (1+k) .

Adaptorul deplasare-curent AD preia deplasarea unghiulară a axului

A şi o amplifică de circa 2 ori cu ajutorul unui sistem de pârghii cu lungimi

reglabile, astfel încât să se obţină o deplasare unghiulară standard 0…16o.

Această deplasare este transmisă rotorului unui circuit (modulator) magnetic,

care generează un semnal alternativ (1000 Hz) proporţional. Prin amplificare şi

convertire (demodulare), la ieşirea adaptorului este obţinut un semnal continuu

unificat 2…10 mA sau 4…20 mA.

Pentru măsurarea nivelului lichidelor aflate sub presiune (până la 20

bar), traductorul cu imersor este prevăzut cu carcasa de protecţie, montată pe

pereţii rezervorului prin două prize de legătura (deasupra şi dedesubtul liniei de

nivel). La acest traductor, tubul elastic de torsiune îndeplineşte şi funcţia de

etanşare, împiedicând pătrunderea gazului sub presiune în interiorul

adaptorului.

Traductoarele de nivel cu imersor au domeniul de măsurare de la 0…

250 mm până la 0…1000 mm, asigurând o precizie de 0,5%. Pe lângă

fiabilitatea ridicată, această categorie de traductoare este avantajoasă de aplicat

la medii cu variaţii mari de temperatură (între 155oC şi +450oC), la recipiente

aflate sub presiune.

Traductoarele cu imersor mai pot fi utilizate la măsurarea nivelului de

interfaţă a două lichide cu densităţi diferite şi la măsurarea densităţii (caz în

care imersorul funcţionează cufundat complet în lichid).

3. DESFĂŞURAREA LUCRĂRII

* Identificarea elementelor componente ale traductorului de nivel cu

imersor tip AT 50 + ELT 370.

* Identificarea elementelor componente ale sistemului de măsurare a

nivelului prezentat în figura 2.

* Determinarea caracteristicii statice a traductorului studiat şi

încadrarea acestuia într-o clasă de precizie.

- se alimentează adaptorul traductorului de nivel LT şi aparatul

înregistrator LR cu energie de la reţeaua de 220V;

- se închide supapa de scurgere a lichidului din vasul superior;

- se porneşte pompa P şi se menţine în funcţiune până când nivelul din

vasul superior depăşeste domeniul de măsură al traductorului (I > 10mA);

- treptat, se va goli vasul superior, citindu-se nivelul de lichid pe tubul

de sticlă gradat, iar curentul I generat de traductorul de nivel va fi citit la

miliampermetrul mA;

- datele vor fi consemnate într-un tabel de forma:

unde Imăsurat este valoarea măsurată a curentului, iar Iideal este valoarea curentului

corespunzătoare caracteristicii statice ideale a traductorului de nivel studiat:

h [mm] 400 380 360 340 320 … 0

Imăsurat [mA]

Iideal [mA] 10 2

I = Imăsurat- Iideal

- se

determina

clasa de

precizie cu

relaţia:

CP max ,

unde max este eroarea normată maximă calculată cu relaţia max = 100 . Imax / D,

D fiind domeniul de măsurat.

Fig.2. Sistem de măsurare a nivelului cu traductor cu imersor:

LT-traductor de nivel; LR-înregistrator de nivel; mA-miliampermetru;

P-pompa centrifugă; RR-robinet de reglare; 1-supapă; 2-scală gradată.

ÎNTREBĂRI DE CONTROL

1. Ce tipuri de traductoare de nivel cunoaşteţi?

2. Ce principiu stă la baza funcţionării traductorului de nivel cu

imersor?

3. Din ce este alcătuit un sistem de măsurare a nivelului?

4. Definiţi caracteristica statică a unui traductor de nivel.

5. Numiţi principalele surse de erori din cadrul sistemului de măsurare a

nivelului.

h [mm]

I [mA]

4000

10

2