3.1. Загальні методики вимірювання рівня

Сучасні прилади рівня можна розділити на дві групи: рівнеміри (гідростатичні, механічні, ультразвукові та інші) і сигналізатори рівня (кондуктометричні, ємнісні).

Гідростатичні прилади займають важливе місце при вимірюванні рівня агресивних розчинів та рідин, що швидко кристалізуються, і застосовуються для вимірювання рівня в ємностях, які знаходяться під тиском. У цих приладах вимірювання рівня рідини базується на вимірюванні тиску, який утворюється стовпом рідини. Загальне рівняння для тиску Р стовпа рідини, має вигляд:

Р = * g *Н [Па],

де - густина рідини, кг/м ; Н – висота стовпа рідини (рівень), м; g – прискорення вільного падіння, м/с .

За способом вимірювання тиску гідростатичні рівнеміри діляться на прилади із безпосереднім вимірюванням тиску стовпа рідини та прилади з неперервним продуванням повітря через стовп рідини (п'єзометричні).

В широкому фізичному розумінні ультразвук - це груповий коливальний рух частинок пружного середовища, або послідовність стискувань та розріджень в середовищі, в ділянці частот, які ми не чуємо. В техніці прийнято вважати, що коливання частотою 16÷20 кГц є ультразвуковими. Інколи в ультразвуковій техніці використовують частоти і 13÷15 кГц.

Звук завжди породжується механічними коливаннями. Для збудження пружних хвиль в середовищі (речовині) необхідно виконати сполучення цього середовища з коливальним тілом (випромінювачем), яке має змінні стискування та розтягування своєї випромінювальної поверхні. Останні, в свою чергу, викликають змінні стискування та розрідження поверхні шару речовини (газу або рідини, яка знаходиться в взаємодії з випромінювачем), що приводить до виникнення пружних коливань, які розповсюджуються в середовищі.

Ультразвукові хвилі, розповсюджуючись в середовищі з певною густиною і проходячи крізь нього, повністю або частково відбиваються на межі розподілу із середовищем, яке має інше значення густини, напр., метал - повітря, повітря - метал, повітря - рідина, рідина - метал і т.д. В якості перетворювачів випромінювання та приймання ультразвукових хвиль використовуються платівки із кристалів кварцу, турмаліну, сегнетової солі, титанату барію та інші.

Потужність коливань залежить від частоти випромінювання, площі платівки випромінювача та величини підведеної до нього напруги. Для отримання максимальної інтенсивності випромінювання необхідно, щоб власна частота коливань платівки випромінювача співпадала з частотою коливань генератора.

При вимірюванні рівня заповнення резервуарів рідкими речовинами або рівня завантаження бункерів сипкими матеріалами, використовується схема одномірного виміру відстані між двома точками, в одній із яких (базовій) розміщується приймально-випромінюючий акустичний блок, а в якості другої точки (її називають відбивальна зона) використовується поверхня контрольованої за рівнем речовини (рідина чи сипкі матеріали).

Така схема взаємного положення називається схемою “ехо-локації”: випромінювані коливання після відбивання від контрольованої поверхні повертаються до приймача

На точність вимірювання відстані або рівня “ехо-методом” впливає зміна швидкості розповсюдження ультразвуку в повітрі від температури.

Сигналізатори рівня призначені для сигналізації рівня, якого треба досягти. Принцип дії ємнісних сигналізаторів заснований на перетворенні величини рівня в електричну ємність давача, а кондуктометричних – на вимірюванні опору між електродами, введеними в електропровідне середовище.