Temperaturun öLÇÜLMƏSİ plan temperatur şkalaları və temperatur kəmiyyət vahidləri. Mexaniki kontakt termometrləri

Mühazirə 23, 24, 25
SƏVİYYƏLƏRİN ÖLÇÜLMƏSİ


P L A N


1. Əsas anlayışlar;
2. Səviyyə ölçən cihazların təsnifatı;
3. Fasiləsiz təsirli səviyyəölçənlər;
3.1. Vizual səviyyəölçənlər;
3.2. Üzücülü (poplavoklu) səviyyəölçənlər;
3.3. Siqnal üzgəcli (buykovıe) səviyyəölçənlər;
3.4. Hidrostatik səviyyəölçənlər;
3.5. Elektrik səviyyəölçənlər;
3.6. Radioizotop səviyyəölçənlər;
3.7. Ultrasəsli səviyyəölçənlər;
3.8. Radarlı səviyyəölçənlər;
3.9. Sudalğalı səviyyəölçənlər (volnovodnıe);
4. Səviyyə siqnalvericiləri;
4.1. Üzücülü (poplavoklu) səviyyə siqnal vericiləri;
4.2. Vibrasiyalı səviyyə siqnalvericiləri;
4.3. Konduktometrik səviyyə siqnalvericiləri;
4.4. Tutumlu səviyyə siqnalvericiləri;
4.5. Maqnitli səviyyə siqnalvericiləri.


Ə D Ə B İ Y Y A T
1. Чистофорова Н.В., Колмогоров А.Г. Технические измерения и приборы. Часть 1. Измерение теплоэнергетических параметров. Учебное пособие. – Ангарск. 2008.
Hal -hazırda səviyyələrin ölçülməsi əməliyyatı kimya, neftkimya və neftemalı istehsalatında, yeyinti sənayesində, inşaat materialları sənayesində, ekoloji monitorinq sistemində və digər çoxlu sahələrdə texnoloji proseslərin idarə edilməsi və nəzarətinin təşkilində əsas hesab olunur. Tutum və qabların, yaxud səviyyə- ölçənlərin dolma səviyyəsinin ölçü cihazlarına fərqli tələblər qoyulur: bəzən müəyyən hüdud qiymətə nail olmanın yalnız siqnal verilməsini, bəzən də fasiləsiz olaraq dolma səviyyəsinin ölçülməsinin yerinə yetirilməsi tələb edilir.
Müxtəlif fiziki üsullardan istifadə etməklə səviyyələrin ölçülməsi və nəzarətində geniş molekkulaturada vasitlər mövcuddur: poplavoklu (üzücü), siqnal üzgəcli (buykovıe), tutumlu, hidrostatik təzyiqli, ultrasəsli, radarlı və s. Bu üsul və vasitələr müxtəlif mühitlərin səviyyələrinə: maye (təmiz, çirklənmiş), pulpa, neft məhsulları, qalanan-tökülən fərqli dispersliyə malik bərk mühitlərin səviyyələrinə nəzarətə imkan verir. Səviyyəölçənlər seçilərkən nəzarət olunan mühitin fiziki kimyəvi xüsusiy-yətlərindən: temperatur, abraziv xüsusiyyət, özlülük, elektrik keçiriciliyi, kimyəvi aqressivlik və s. nəzərə alınır. Bundan başqa, rezervuardakı yaxud onun ətrafındakı işçi şərait: təzyiq, vakum, qızma, soyuma, dolma yaxud boşalma (pnevmatik yaxud mexaniki) üsulu, qarışdırıcıların olması, yanğın təhlükəsizliyi, partlayış təhlükəsi və s. diqqətə alınmalıdır.
Maye səviyyələrinin ölçülməsində istifadə olunan qurğuları aşağıdakılara bölünür:
- vizual
- poplavoklu (üzücülü), səviyyələrin ölçülməsi üçün maye səviyyəsində -səthində duran poplavok -üzücü yaxud digər cisimdən istifadə olunur;
- siqnal üzgəcli (buynovıe), burada səviyyələrin ölçülməsi üçün böyük cisim (buyok)-dən, qismən mayeyə batırılmış olmaqla istifadə edilir;
- hidrostatik, maye sütununun hidrostatik təzyiqinin ölçülməsinə əsaslanır;
- elektrik, burada elektrik parametrlərinin kəmiyyətləri maye səviyyəsindən asılı olur;
- ultrasəsli, səthlərin səs dalğalarının əks olunmasına əsaslanır;
- radarlı və sudalğalı, səthdən yüksək tezlikli siqnalların əks olunması prinsipinə əsaslanır;
- radioizotoplu, maye səviyyəsindən asılı olan nüvə şüalanması selinin intensivliyindən istifadəyə əsaslanır.
Səviyyəölçənlər yuxarıdakı təsnifata rəğmən iş prinsipinə görə (cihaz) bölünür:
- fasiləsiz olaraq səviyyənin izlənməsi cihazları;
- səviyyələrin hüdud qiymətinin siqnalverici cihazları (səviyyə siqnal-vericiləri).
► Vizual səviyyəölçənlər kimi - maye səviyyəsinin ölçülməsinə xidmət edən göstərici şüşələri aid edilir (Şəkil 1). Göstərici şüşənin işi uzlaşan borulara əsaslanmışdır. Göstərici şüşələrlə borular aşağı ucundan (açıq borularda) yaxud hər iki ucundan olmaqla birləşdirilir. Şüşə borudakı maye səviyyəsini müşahidə etməklə onun səviyyəsini (mayenin) mühakimə etmək olar. Göstərici şüşə ventil yaxud kranla təchiz edilir ki, bununla da boruların aralanması və sistemin üfürülməsi saxlanılır.



Şəkil 1. Göstərici şüşə:
a – işıq keçən;
b – işıq əks olunan;
v – tərkib (iç) tipli.
İşığın keçdiyi və əks olunduğu göstərici şüşələr (Şəkil 1, a və b) mövcuddur. Yastı (müstəvi) göstərici şüşələr (Şəkil 1, b) 2,94 Mpa təzyiqə və 300^oC temperatura hesablanmışdır.
Göstərici şüşələrin 0,5 m-dən artıq uzunluqda istifadəsi tövsiyyə edilmir, odur ki, səviyyələr nəzarət edilərkən 0,5m-dən artıq olduqda bir neçə şüşə qondarılır (şəkil 1, v) və bu zaman növbəti şüşənin yuxarısı əvvəlkinin sonunu qapanmış olur.
► Mövcud səviyyəölçənlərin fərqli çeşidləri içərisində ən sadəsi poplavoklu -üzücülü səviyyəölçənlər hesab edilir. Dar və geniş diapazonlu üzücülü səviyyəölçənlər geniş yayılmışdır. Üzücülü dar diapazonlu səviyyəölçənlər (Şəkil 2, a) diametri 80...100mm olan paslanmayan poladdan hazırlanan kürə şəkilli üzücüdən ibarət qurğudur. Üzücü maye səthində üzür və ştampla xüsusi kipləşdirici salniklə kipləşdirilməklə ölçü cihazının əqrəbi yaxud bucaq yerdəyişməsini elektrik yaxud pnevmatik siqnallara unifikasiya edilmiş çeviriciyə П birləşdirilir.
Geniş diapazonlu üzücülü səviyyəölçənlər (Şəkil 2, b) -elastik trosla 2 əks yüklə 4 əlaqələndirilən üzücü 1 təsəvvüründə olub, əks yükün aşağı hissəsinə əqrəb bərkidilir ki, bununla rezervuardakı maye səviyyəsinin qiyməti şkalada 3 göstərilir. Üzücülü səviyyəölçənlərin hesabatında üzücünün konstruktiv parametrləri elə seçilir ki, “üzücü əks yük” sisteminin tarazlığı üzücünün müəyyən dərinliyə batırılmasında təmin edilsin. Əgər trosun ağırlıq qüvvəsi və diyircəklərdəki sürtünmələri nəzərə almasaq “üzücü-əks yük” sisteminin tarazlıq vəziyyəti aşağıdakı tənliklə təsvir edilə bilər:
_{ } (1)
burada G_yük, G_üz – yükün və üzücünün ağırlıq qüvvələridir;
S – üzücünün sahəsidir;
h₁ – üzücünün batırılma dərinliyidir;
S_m – mayenin sıxlığıdır.

Şəkil 2. Üzücülü səviyyəölçənlər:

a – dar diapazonlu; b – geniş diapazonlu;
1 – üzücü (poplavok); 2 – elastik tros; 3 –şkala; 4 - əks yük.

Maye səviyyəsinin yüksəlməsi üzücünün batırılma dərinliyini dəyişir və ona əlavə itələyici qüvvə təsir edir. Nəticədə (1) tənliyi –bərabərliyi pozulur və əks yük o həddə qədər düşür ki, üzücünün basdırılma dərinliyi h₁ -ə bərabər olur. Əksinə səviyyə düşdükdə isə üzücüyə təsir edən itələyici (çıxarıcı) qüvvə azalır və üzücü düşməyə başlayır və bu o ana qədər davam edir ki, üzücünün batırılma dərinliyi h₁ -ə bərabər deyildir.

► Siqnal üzgəcli (buykovic) səviyyəölçənlərin işinin fiziki əsası Arximed qanununa əsaslanmışdır. Məlum olduğu kimi mayeyə batırılmış cismə onun çıxardığı (sıxışdırdığı) mayenin çəkisinə proporsional itələyici F qüvvəsi təsir edir. Bu səviyyəölçənlərdə həssas element olaraq, sıxlığı mayenin sıxlığından böyük materialdan hazırlanan silindrik üzgənclərdən istifadə edilir. Əksər hallarda üzgəc olaraq paslanmayan polad borular hər iki tərəfdən lehimlənməklə və bu uclardan birində qarmaq olmaqla hazırlanır. Siqnal üzgəci şaquli vəziyyətdə olub qismən mayeyə batırılmış olur. Siqnal üzgəcinin H_üz –uzunluğu aparatdakı ölçülən maye səviyyəsinin maksimal ölçü səviyyəsinə yaxın qəbul edilir.
Aparatda Arximed qanununa uyğun olaraq maye səviyyəsi dəyişdikdə üzgəcin çəkisi mayedə onun səviyyəsinə mütənasib olaraq dəyişir. İtələyici qüvvə (üzgəcə təsir edən qüvvə):


_{ } (2)

burada ρ – ölçülən maye sıxlığı;

g – sərbəst düşmə təcili;
V_m – üzgəcin sıxışdırdığı maye həcmi;
S – üzgəcin en kəsik sahəsi;
h – üzgəcin mayeyə batırılan uzunluğu.
Siqnal üzgəcli səviyyəölçənlərin ölçmə sxemi şəkil 3 -də verilmişdir. Səviyyəölçən aşağıdakı kimi işləyir. Aparatdakı maye səviyyəsi ilkin h₀ səviyyəsindən kiçik yaxud bərabər olarsa (h₀ -səviyyəölçənin qeyri -həssas olduğu zonadır), üzgəcin 1 asıldığı ölçü ştanqı 2 müvazinətdə olur, belə ki, üzgəcin G₁ çəkisinin yaratdığı M₁ momenti əks yükün yaratdığı M₂ momenti ilə tarazlaşdırılır yaxud müvazinətdə olur.

Şəkil 3. Siqnal üzgəcli səviyyəölçənin ölçü sxemi:
1 –üzgəc; 2 –ştanq; 3 –dəstək; 4 -əks yük;
5 –çevirici; 6 –kipləşdirici membran.

Nə zaman ki, maye səviyyəsi h₀ –dan böyük olur (məsələn, h), üzgəcin (h –h₀) uzunluqlu hissəsi mayeyə batır, ona görə də üzgəcin çəkisi aşağıdakı kəmiyyət qədər azalır:

_{ } (3)
və uyğun olaraq (2) ştanqında üzgəcin yaratdığı M₁ momenti də azalır. Belə ki, M₂ momenti M₁ -dən böyük olur, ştanq o nöqtəsi ətrafında saat əqrəbi istiqamətində kiçik bucaq altında dönür və çeviricinin (S) dəstəyi (3) yerdəyişmə edir. Çevirici (elektrik yaxud pnevmatik) çıxış siqnalını formalaşdırır ki, bu da səviyyəölçənin çıxış siqnalı hesab olunur. Çeviricinin ölçü sisteminin hərəkəti (o anadək davam) bütün qüvvə momentlərinin (2) dəstəyinə təsir edən toplanı qiyməti 0 –sıfra bərabər olunur.
Texnoloji aparatın hermetikliyi üçün onda həssas elementin qondarılmasında kipləşdirici membrandan istifadə edilir.
Siqnal üzgəcli səviyyəölçənlərin minimal yuxarı həddi 0,025 m, maksimal isə -16 m. Yuxarı ölçmə hüdudunun qiymətini cihazlarda aşağıdakı sıradan seçilir: 250; 400; 600; 1000; 1600; 2500; 4000; 6000; 8000; 10000 mm, ancaq sifarişçi ilə razılaşmadan asılı olaraq siqnal üzgəcinin uzunluğu fərdi hazırlana bilir.
► Hidrostatik səviyyəölçənlərdə səviyyənin ölçülməsi hidrostatik təzyiqin (ölçülməsinə) təyininə əsaslanmışdır. Hidrostatik təzyiqinrezervvkarın dibindəki P_r kəmiyyəti ölçü cihazının üzərindəki maye sütununun h hündürlündən və mayenin ρ sıxlığından asılıdır, yəni P_r = ρg h, uyğun olaraq h =P_r/ ρg, burada g = 9,81 m/s².
Hidrostatik təzyiqin ölçülməsi həyata keçirilir:
• artıq (izbitoçnoqo) təzyiq vericilərinin səviyyənin aşağı hüdud qiymətinə uyğun səviyəyə qoşulmaqla;
• differensial manometrlə -rezervuarın aşağı hüdud qiymətinə uyğun və qaz mühitində isə maye üzərində olmaqla qoşulmaqla;
• qaz (hava) təzyiqinin –boruda ötürülən qazın ölçülməsində rezervuarı dolduran maye qeydə alınan məsafədən (pyezametrik üsulla) qoşulmaqla.
Şəkil 4 -də səviyyənin ölçülməsi, artıq təzyiq vericisi ilə (manometrlə) təyininin sxemi verilmişdir. Bu məqsədlə tətbiq edilən verici ДИ (ÖV) istənilən tipdə olmaqla, uyğun ölçmə hüdudunda aşağıdakı asılılığa uyğun P_r = ρg h təyin edilir.

Şəkil 4. Artıq təzyiq vericisinin köməyi ilə rezervuarda səviyyənin ölçülməsi.

Açıq rezervuarlarda atmosfer təzyiqi altında səviyyələrin ölçülməsi şəkil 5-də ki sxem üzrə həyata keçirilir.
Difmamometr (DD – “TD”) impuls borusu ilə müsbət kamera rezervuarla onun aşağı nöqtəsindən birləşdirilir. Mənfi kamera isə atmosferlə təmasda olmalıdır. Bu halda atmosfer təzyiqinin dəyişməsi ilə əlaqədar xətalar aradan qaldırılır, belə ki, difmomometrdəki yekin təzyiq düşgüsü:

Baxılan ölçmə sxemindən o zaman istifadə edilir ki, difmamometr rezervnarın aşağı səviyyəsi ilə eyni səviyyədə yerləşmiş olur.

Şəkil 5. Açıq rezervuarda differensial təzyiq vericisinin köməyi
ilə səviyyənin ölçülməsi.

Əgər difmomometr rezervuardan h₁ qədər aşağıda olarsa onda tarazlayıcı baçoklardan (TB) istifadə məqsədəuyğundur. Rezervuarlardan tarazlayıcı baçoklarla səviyyələrin ölçülməsi aşağıdakı sxemi üzrə (şəkil 6) yerinə yetirilir. Ancaq, burada rezervuar atmosfer təzyiqi altında olduğu qəbul edilir.

Tarazlayıcı baçoklar əsasən impuls borusunda h₁ maye sütununun yaratdığı statik təzyiqi kompensasiya etmək üçündür.
Yuxarı (izbıtoçnıy) təzyiq P_yux altında olan aparatlarda ölçmə şəkil 7-dəki sxem üzrə yerinə yetirilir. P_yux təzyiqi difmamometrin hər iki impuls borusuna daxil olur, odur ki, ölçülən təzyiq itgisini ∆ P aşağıdakı kimi təsəvvür etmək olar:


_{ } (4)

Şəkil 6. Açıq rezervuarda differensial təzyiq vericisinin köməyi ilə tarazlayıcı

baçoklardan istifadə etməklə səviyyələrin ölçülməsi:
a – tarazlayıcı baçoklar (TB) aşağıda yerləşdirildikdə;
b – tarazlayıcı baçoklar (TB) yuxarı vəziyyətdə yerləşdirildikdə.

h = o olduqda max. ∆P = _max, yaxud h = H_max olduqda isə ∆P = o. Tənlikdən göründüyü kimi səviyyəölçən cihazın ölçü şkalası çatdırılan –obraşyonnıy olur.

Şəkil 7. Qapalı rezervuarda differensial təzyiq vericisinin köməyi
ilə tarazlaşdırıcı baçoklardan istifadə etməklə
səviyyələrin ölçülməsi.

Rezervuara doldurulan mayeyə müəyyən dərinlikdə batırılmış boruya vurulan qazın təzyiqinin ölçülməsi yolu ilə hidrostatik təzyiqin ölçülməsinə əsaslanan səviyyəölçənlər -pyerometrik səviyyəölçənlər adlanır.

► Elektrik səviyyəölçənlərdə maye səviyyəsi hər hansı bir elektrik siqnalına çevirilir. Ən geniş yayılmış səviyyəölçənlər tutumlu və omik səviyyəölçənlərdir.
Tutumlu səviyyəölçənlərin işi duzların, turşuların və qələvilərin sulu məhlullarının dielektik nüfuzluğunun (keçiriciliyinin) hava yaxud su buxarının dielektrik nüfuzluğundan fərdi olmasına əsaslanmışdır.
Tutumlu səviyyəölçənlərin prinsipial sxemi aşağıdakı kimidir (şəkil 8).

Şəkil 8. Tutumlu səviyyəölçən:
1, 2 – elektrodlar;
3 – elektron bloku.

Qabdakı maye səviyyəsinin ölçülməsində mayeyə batırılmış elektrik kondensator təsəvvüründə olan və tutumu maye səviyyəsindən asılı olan çevirici salınır (batırılır). Çeviriciləri silindrik və lövhə şəklində, həmçinin sərt çubuq şəkilində hazırlayırlar.

Silindrik tutum çeviriciləri iki yaxud bir neçə konsentrik yerləşmiş boruda aralarında h hündürlüklü maye qatı olmaqla yerləşdirilir. Çeviricinin tutumu iki sahənin: dielektrik nüfuzluğu ε_m olan mayeyə batırılmış və dielektrik nüfuzluğu ε_müh (hava üçün ε_müh=1) olan mühitlərin tutumları cəminə bərabərdir.
Silindrik tutum çeviricilərinin tutumu:
_{ } (4)
burada D və d – çevirici borularının xarici və daxili diametrləridir;
H – qabın (tutumun) hündürlüyüdür;
h – ölçülən səviyyədir.
Omik səviyyəölçənlər başlıca olaraq verilmiş hüdudda elektrik keçirici mayelərin səviyyəsinin saxlanmasında və siqnalizasiyasında istifadə edilir. İş prinsipi qida mənbəyinin elektrik zəncirinin, müəyyən omik müqavimətli elektrik zənciri sahəsi təsəvvüründə olub nəzarət olunan mühit tərəfindən qapanmaya (zamkaniya) əsaslanmışdır.
Cihaz, elektrod və nəzarət olunan material arasına daxil edilən elektromaqnit rele təsəvvüründədir. Releli səviyyə siqnal vericiləri obyektin tipi və nəzarət olunan səviyyələrin sayından asılı olaraq fərqli qoşulma sxemlərinə uyğun olur. Şəkil 9, a-da cihazın cərəyan keçirən obyektə qoşulma sxemi verilir. Bu halda bir h səviyyəsinə nəzarət üçün bir elektrod, bir rele və bir naqil istifadə edilir. İki h₁ və h₂ səviyyələrinə nəzarət üçün isə artıq hər birindən ikisi tələb edilir (Şəkil 9, b). Burada elektrod keyfiyyətində metallik çubuqlar yaxud borular və kömür elektrodlar (aqressiv mayelər üçün) tətbiq edilir.

Şəkil 9. Omik səviyyə siqnalvericiləri:

a – bir səviyyə üçün; b – iki səviyyə üçün.
1 –elektrod; 2 – elektromaqnit rele;
3 – qida mənbəyi.

Bütün elektrodlu cihazların əsas çatışmamazlığı –onların özlüklü, kristallaşan, bərk çöküntü əmələ gətirən və çevirici elektrodlarına yapışan mühitlərdə tətbiqinin qeyri-mümkün olmasıdır.

► Radioizotop şüalandırıcılı səviyyəölçənlər iki qrupa bölünür:
1) fasiləsiz səviyyənin ölçülməsi üçün, izləyici sistemli;
2) verilmiş səviyyədən (qiymətdən) meyletmənin siqnal verilməsi (indikatorlu).
İzləyici səviyyəölçənin prinsipial sxemi şəkil 10 –da verilmişdir. Cihazın təsiri γ şüaları selinin intensivliklərinin müqayisəsinə əsaslanmışdır. Cihaz dəsti üç blokdan ibarətdir.
1) şüalanma mənbəyi və qəbuledicisi çeviriciləri;
2) elektrik bloku;
3) göstərici cihaz.

Şəkil 10. Radioizotop səviyyəölçənlər:

1 –şüalanma mənbəyi; 2 –borular; 3 –polad lanta; 4 –flanslar;
5 –qurğuşun konteyner; 6 –reversiv mühərrik; 7 –baraban;
8 –sonsuz vint ötürməsi; 9 –dişli rolik; 10 –ilkin selsin;
11 –göstərici cihaz; 12 –elastik kabel; 13 –şüalanma qəbuledicisi;
14 –yüklü diyircək; 15 –qurğuşun tıxac.
Bu cihazlar o yerlərdə tətbiq edilir ki, orada digər ölçmə üsulları yararsızdır. Qeyd olunan cihazın ölçmə diapazonu ...10 m-dək, xətası isə 1 sm-i aşmır.
► Ultrasəsli səviyyəölçənlər (tezliyi > 20 KHs) ölçülən mühitlə kontakt olmadıqda və çətin düşülən yerlərdə səviyyələrin ölçülməsinə imkan verir. Ultrasəsli səviyyəölçənlərdə adətən səs dalğalarının “maye -qaz (hava)” sərhəddindən əks olunmasından istifadə olunur. Şəkil 11 -də ultrasəsli səviyyəölçənlərin iki mühitin ayrıldığı sərhəddən səs dalğalarının əks olunmasına əsaslanaraq işləyən səviyyə-ölçənlərin ölçü sxemi göstərilmişdir.
Cihaz elektron blokdan (EB), pyezoelektrik şüalandırıcıdan (çeviricidən) və ikinci cihazdan ibarətdir. Elektron bloku generatordan1, impuls generatorundan 2, gücləndiricidən 4, zaman ölçəndən 5 ibarətdir.
Burada ultrasəsli –pyezoelektrik şüalandırıcıda çevrilən elektrik impulsu qaz mühitinə yayılaraq “maye -qaz” ayrılma sərhəddindən əks olunaraq geri qayıdır və müəyyən andan sonra həmin şüalandırıcıya təsir edir, nəticədə elektrik siqnalına çevrilir. Hər iki inpuls: göndərilən və əks olunan (zamana görə ayrılmış) gücləndiriciyə 4 daxil edilir.
İmpulsların göndərilməsi və qəbulu momentləri arasındakı τ zamanı ölçülən səviyyənin hündürlüyünün funksiyasıdır, yəni:


_{ } (5)

burada H_max - ölçülən maksimal səviyyə;

H - cari səviyyə;
c - ultrasəs dalğalarının ölçülən mühitdə yayılma çürətidir.
Mühitin kimyəvi və fiziki xüsusiyyətləri ölçmə nəticələrinə, ultrasəs üsulunda alınan nəticələrə təsir etmir, odur ki, aqressiv, abraziv, özlülüklü və yapışqan maddələrin səviyyələrinin ölçülməsi heç bir problem doğurmur.

Şəkil 11. Ultrasəsli səviyyəölçənlərin ölçü sxemi:

1 –verici generator; 2 –impuls generatorları; 3 –pyezoelektrik
şüalandırıcı; 4 –gücləndirici; 5 –zaman ölçən; 6 –ikinci cihaz.