1.4 traductoare si regulatoare de nivel

1.4 TRADUCTOARE ŞI REGULATOARE DE NIVEL

1.4 Regulatoare şi traductoare de măsurare a nivelului

Controlul nivelului lichidelor şi materialelor în formă de praf reprezintă o necesitate practică în majoritatea sistemelor de automatizare. De aceea au fost elaborate mai multe variante de traductoare de nivel: discrete şi continue, cu sau fără contact cu lichidul controlat, simple sau speciale [11-12].

1.4.1 Traductoare discrete simple de nivel Pentru apă cele mai simple, mai ieftine şi mai răspândite sunt

semnalizatoarele discrete de conductivitate electrică între 2 electrozi de contact şi lichidul conductor de curent (apei). Pentru semnalizarea valorii maxime şi minime a nivelului se utilizează, de obicei, trei electrozi : 2 – maxim, 3 –minim şi 1-comun, cufundat permanent în lichid mai jos decât nivelul minim (fig. 1.73, a). Partea electronică a semnalizatorului aplică la aceşti electrozi o tensiune de 7-8 V şi controlează rezistenţa dintre ei. Această rezistenţă este nare, în caz când între electrozi este aer, micşorându-se brusc când lichidul îi scufundă. În ultimul caz are loc acţionarea releului nivelului minim, maxim, sau ambelor relee. În figura 1.73, a este reprezentată schema de utilizare a releului regulator de nivel ENRM al companiei Crouzet, care mai conţine un dispozitiv logic de automatizare a agregatului de pompare M-P în diferite regimuri : umplere sau golire a rezervorului, umplere fără stabilizare a nivelului (fig. 1.73, b), umplere cu stabilizare discretă a nivelului şi cu temporizare ∆T la conectarea pompei (fig. 1.73, c), umplere cu stabilizare şi cu temporizare ∆T la deconectarea pompei (fig. 173, d), golire cu stabilizare şi temporizare ∆T la conectare şi deconectare [75]. Temporizarea serveşte ca o zonă de histerezis pentru a evita mai multe conectări iraţionale ale agregatului de pompare la o apariţia unor valuri ale lichidului .

b)

c)

d)

59


Fig. 1.73. Schema releului - regulator de nivel ENRM al companiei Crouzet În figura 1.74, a este reprezentată forma constructivă a releului ENRM, care este destul de compactă pentru a putea fi montată pe şina standardizată DIN de 35 mm. Însă acest releu asigură controlul şi reglarea nivelului lichidului numai într-un singur rezervor. În diferite linii tehnologice industriale, cum ar fi de exemplu cele din industria laptelui, hârtiei şi cartonului, este necesar controlul nivelului în 2 rezervoare: din care se alimentează şi în care se pompează Pentru astfel de cazuri compania Crouzet propune un alt releu regulator de nivel – F2N (fig. 1.74,b).

a)

b)

c)

Fig. 1.74 Relee regulatoare automate de nivel ENRM şi F2Nale companiei Crouzet O altă variantă a acestor relee este FN, care controlează 3 niveluri ale lichidului într-un singur rezervor – minim, maxim şi de alarmă (avarie), utilizând 3 electrozi. Acesta din urmă conectează alarma sonoră de avertizare a operatorului de serviciu în caz, dacă nivelul depăşeşte nivelul de avarie. Toate aceste variante simple de relee şi

60


traductoare de conductivitate însă nu pot fi utilizate pentru lichide agresive şi lipicioase, asigură o eroare mare de stabilizare a nivelului şi nu sunt prevăzute cu interfaţă standardizată RS485/232 pentru a fi comandate de la un controler .

De aceste dezavantaje sunt lipsite traductoarele capacitive şi cu ultrasunete discrete de proximitate, descrise în punctele 1.2.2 şi 1.2.3. În figura 1.75 sunt arătate traductoarele capacitive Pointek ale companiei Siemens, destinate pentru măsurarea discretă a nivelului substanţelor în formă de suspenzii sau de praf. Aceste traductoare au o execuţie antiexplozivă şi un zond (electrod) din oţel inoxidabil, care protejează senzorul . Fig. 1.75. Traductoare capacitive de nivel

1.4.2 Traductoare continue de nivel Traductoarele analogice ultrasonore măsoară nivelul oricărui lichid sau material

dielectric (făină, nisip, grăunţoase…), fără a avea vre-un contact direct cu acestea. Traductoarele Echomax, de exemplu, ale companiei Siemens sunt constituite sin 2 părţi (senzorul de emisie a undelor ultrasonice şi partea electronică) (fig. 1.76). Ele asigură un diapazon de măsurare 0,3-30 m, o frecvenţă a undelor 22-44 kHz, un unghi al acestor unde 6-12º şi o precizie de 0,1 % faţă de valoarea prescrisă, având la iezire un semnal standardizat în curent 4-20 mA, 6 relee cu contacte de 5 A şi 230 V şi o interfaţă RS485.

Fig. 1.76. Traductoare ultrasonore analogice şi fără contact de nivel Echomax ale companiei Siemens

O modificaţie mai performantă a traductoarelor continue de nivel o constituie

clasa traductoarelor optice radar. Funcţionarea lor se bazează pe emiterea unor unde de lumină invizibilă de frecvenţă foarte înaltă (6-26 GHz) şi fixarea timpului de recepţie în rezultatul reflecţiei lor de la suprafaţa lichidului sau materialului

controlat: , unde c=300000 km/s – viteza undelor de lumină.

Datorită avantajelor sale – simplitate, diapazon mare de măsurare (4-70m), precizie înaltă, universalitate,

61


posibilitate de funcţionare în condiţii extremale (temperatură şi presiune înaltă,) – aceste traductoare au căpătat în ultimul timp o largă răspândire.

În figura 1.77, a sunt arătate 2 modele de traductoare tip radar Sitrans LR şi IQ Radar 160 ale companiei SIEMENS, care se instalează, de regulă, deasupra rezervoarelor închise (fig. 1.77, b) .

a) b) Fig. 1.77. Traductoare de nivel de tip radar

În afară de aceste tipuri, au fost elaborate, de asemenea, şi alte tipuri de traductoare analogice de nivel. Dintre ele fac parte traductoarele, bazate pe fenomenul variaţiei rezistenţelor tenzometrice sau piezometrice, precum şi cel hidrostatic. Ambele metode fiind valabile şi pentru măsurarea presiuni. Senzorii tenzometrici sau piezometrici reprezintă nişte pelicule semiconductoare elastice, care sub acţiunea nivelului sau presiunii lichidului se deformează, schimbându-şi rezistenţa. Variaţia aceste tenzorezistenţe este convertită apoi într-un semnal analogic standardizat 4-20 mA cu ajutorului unui adaptor electronic tipic. Aceşti senzori universali au gabarite şi mase foarte mici, precizie, fiabilitate şi stabilitate înaltă şi pot să funcţioneze în condiţii grele de exploatare, de aceea şi-au găsit o largă utilizare în instrumentaţia modernă. În figura 1.78, a este prezentat senzorul tenzometric 50T al companiei ABB, care are un diametru de 41 mm şi o lungime de 133 mm şi care permite măsurarea nivelului într-un diapazon 0-100 m, iar a presiunii – 1-10 bar. Un senzor asemănător de nivel, unit cu adaptorul microelectronic cu un cablu, este cel piezorezistiv de tipul SLT 09 ABB (fig. 1.78, b). Domeniul de măsurare a nivelului cu acest traductor cu senzor submersibil constituie 0-1,5 m, lungimea cablului – 10 m, iar tensiunea de alimentare - poate să varieze în limitele 10 -55 V.

62


a) b) Fig.1.78. Senzor 50T şi traductor piezorezistiv SLT 09 de nivel al companiei ABB

Principiul traductoarelor hidrostatice de nivel are la bază presiunea statică a coloanei de lichid cu înălţimea h, presiunea căruia se măsoară la fundul vasului :

, unde g=9,8 m/s2; - densitatea lichidului. Pentru apă densitatea constituie 1000 kg/m3 , iar un nivel de 10m este echivalent cu presiunea de 1 bar. Variantă hidrostatică a traductoarelor de nivel a companiei ABB o constituie modelul ASL 800, în care este incorporat un microprocesor (fig, 1.79, a). Acest traductor, cu o lungime de 280 mm şi un diametru de 40 mm, conţine 2 diafragme – una de separare a lichidului exterior faţă de lichidul interior şi alta de măsurare. El este considerat ca un traductor inteligent, deoarece poate realiza funcţia unui regulator PID şi prevede o interfaţă RS 232 cu un computer standard.

63


Fig. 1.79. Traductor hidrostatic de nivel ASL 800 cu microprocesor al firmei ABB Partea secundară a senzorului tensometric, sau hidrostatic, conţine un indicator pentru controlul vizual digital al nivelului. Compania ABB a elaborat 2 astfel de indicatoare digitale - L150 şi L160 cu montare pe panou şi pe perete ( fig. 1.80). Aceste indicatoare includ în afară de traductorul analogic de nivel cu un semnal 4-20 mA, 2 regulatoare discrete pentru 2 agregate de pompare, un semnal discret de alarmă, un regulator analogic la ieşire şi o interfaţă de legătură RS 485 cu un controler de automatizare. Ele mai îndeplinesc şi unele funcţii matematice, de exemplu de calculare a volumului rezervorului, de aceea pot fi considerate ca controlere specializate de nivel.

Fig. 1.80. Controlere specializate de nivel L150 şi L160 cu indicatoare digitale de 5 cifre ale companiei ABB Au fost propuse, de asemenea, şi alte principii de măsurare a nivelului, de exemplu cel electromecanic, vibrator, radiometric şi altele. Ele sunt însă mai complicate, de aceea mai puţin se folosesc în practică.

64

1.4 traductoare si regulatoare de nivel

Documents