Буйковые уровнемеры

В основу работы буйковых уровнемеров положено физическое явле- ние, описываемое законом Архимеда. Он гласит, что на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила F, пропорциональная весу вы- тесненной им жидкости. Чувствительным элементом в этих уровнемерах является цилиндрических буек, изготовленный из материала с плотностью, большей плотности жидкости. Зачастую буек выполнен в виде трубы из нержавеющей стали длиной Hб, запаянной с обеих сторон, к одному из концов которой приделан крючок. Буек находится в вертикальном поло- жении и частично погружен в жидкость. Длина буйка Hб подбирается при- ближенной к максимальному измеряемому уровню в аппарате.

При изменении уровня жидкости в аппарате согласно закону Архи-

меда вес буйка в жидкости изменяется пропорционально изменению уров-

ня. Выталкивающая сила, действующая на буек, равна:

F = ρ gVж

= ρ gSh

 

, (5.2)

где ρ - плотность измеряемой жидкости; g – ускорение свободного паде-

ния; Vж – объем вытесненной буйком жидкости; S – площадь поперечного

сечения буйка; h – длина буйка, погруженного в жидкость.

Измерительная схема буйкового уровнемера приведена на рис. 5.3.

Уровнемер работает следующим образом. Когда уровень жидкости в аппа-

рате равен или меньше начального h0 (величина h0 называется зоной не- чувствительности уровнемера), измерительная штанга 2, на которую под- вешен буек 1, находится в равновесии, так как момент М1 создаваемый ве- сом буйка G1, уравновешивается моментом М2, создаваемым противовесом

4.

6 2 4

М1 O М2

3 G2

 

1

 

F Вых.сигнал

 

 

5

 

 

G1

 

 

Рис.5.3. Измерительная схема буйкового уровнемера:

1 – буёк; 2 – штанга; 3 – рычаг; 4 – противовес;

5 – преобразователь; 6 – уплотнительная мембрана

 

Когда уровень жидкости становится больше h0 (например, h), часть буйка длиной (h - h0) погружается в жидкость, поэтому вес буйка уменьша-

ется на величину

F = ρ gS (h − h 0), (5.3)

 

а следовательно, уменьшается и момент М1, создаваемый буйком на штан- ге 2. Так как М2 становится больше М1, штанга поворачивается вокруг точ- ки О по часовой стрелке на небольшой угол и перемещает рычаг 3 преоб- разователя 5. Преобразователь (электрический или пневматический) фор- мирует выходной сигнал, который является выходным сигналом уровне- мера. Движение измерительной системы преобразователя происходит до тех пор, пока сумма моментов всех сил, действующих на рычаг 2, не станет равной нулю.

Герметизация технологического аппарата при установке в нем чувст- вительного элемента достигается уплотнительной мембраной 6. При необ- ходимости буек может быть установлен в выносной камере, располагаемой вне технологического аппарата.

Минимальный верхний предел измерений буйковых уровнемеров -

0,025 м, максимальный - 16 м. Значение верхнего предела измерений при-

боров должно выбираться из ряда: 250; 400; 600; 1000; 1600; 2500; 4000;

6000; 8000; 10000 мм, хотя по согласованию с заказчиком длина буйка мо-

жет быть выполнена индивидуально.