Специфики в приложимостта на основните принципи за безконтактно определяне на ниво
Днес, в началото на новото столетие метрологията познава широко разнообразие от принципи за определяне на ниво - контактни и безконтактни. Успешното решаване на всяка техническа задача, свързана с измерване на процесната характеристика ниво, в значителна степен зависи от избора на подходяща за конкретното приложение измервателна технология. За разлика от болшинството контактни методи за определяне на ниво, които се използват успешно от десетилетия, безконтактните принципи, макар и познати не от вчера, бяха технически усъвършенствани до степен, позволяваща масовото им приложение през последните години. Въпреки това, универсален метод за безконтактно измерване на ниво, подходящ за всякакви работни условия и производствени задачи, не съществува. Всяка безконтактна измервателна технология има специфики, които я правят подходяща или неподходяща за решаване на определена техническа задача. Доброто познаване на безконтактните технологии за измерване на ниво, не само като принцип на работа, но и като произтичащите от него метрологични специфики и област на приложение е основание за оптимален избор на най-подходящия за конкретните условия на работа принцип на измерване.
През последните десет години, като резултат от инвестирания от водещите производители на измервателна техника инженерен и финансов потенциал, безконтактните нивомери претърпяха сериозно развитие в посока повишаване на точността и надеждността им на работа и минимизиране на разходите по експлоатацията и поддръжката на приборите. Като резултат от вложените усилия, в приложения, традиционно запазени преди повече от десет години за контактните нивоизмервателни технологии, вече успешно се използват прибори, базирани на безконтактни измервателни методи. Съвременни тенденции в развитието на този раздел измервателни прибори са свързани с опростяване на пуска и калибрирането им, както и разширяване на възможностите за диагностика на уредите. В съответствие с общовалидната за всички области на техниката тенденция към все по-широко използване на възможностите, които предлагат съвременните комуникационни технологии, днешните безконтактни нивомери все по-често работят като елемент от структурата на цели автоматизирани системи.
Пет са основните методи
за безконтактно измерване на ниво, които намират най-широко приложение в съвременните индустриални производства - лазерни, динамометрични, микровълнови или радарни, радиоактивни и ултразвукови. Основните фактори, които би следвало да се вземат предвид при избор на безконтактна технология за измерване, са характеристиките на средата, метрологичните изисквания към конкретното приложение на прибора и конструктивните особености на резервоара. Приложимостта на всеки прибор за измерване на ниво се определя във висока степен от температурата, налягането и вискозитета на веществата. Други характеристики на средата, които би следвало да се вземат под внимание при решаване на редица конкретни технически задачи, са движението на течността в съда, високата изпаряемост на веществата, наличието на суспендирани твърди частици, пяна, резки промени в плътността на средата и др. От метрологичните характеристики на измерването, с които трябва да се съобрази изборът на измервателен метод, първостепенно значение имат точността, разделителната способност и повторяемостта в резултатите от измерването, които трябва да се постигнат. Редица други метрологични показатели би следвало да бъдат предварително известни при решаване на специфични технически задачи, свързани с измерване нивото на течни или твърди вещества. Третият фактор, който има сериозно отношение при избора на подходящ за специфичните условия на работа безконтактен измервателен метод, са конструктивните особености на резервоара, включително габарити, местоположение на съда, разпределение на работния обем в него и др.
Лазерен измервателен метод
Използването на лазерната измервателна технология се основава на принципа, че разпространението на светлината се извършва в съответствие с отдавна познати, добре проучени и подлежащи на точен анализ закони. Невинаги във функцията на светлинен източник се използва лазер. Съществуват нивомери, при които необходимата за функционирането на прибора колимираност на светлинния сноп се постига чрез използването на оптична система. Принципът на работа на този вид прибори за безконтактно измерване на ниво се основава на излъчване на колимиран светлинен импулс в посока към дъното на резервоара. При достигането на светлинния импулс до нивото на течния или твърд материал в съда, част от него се отразява в съответствие със законите на геометричната оптика и достига до светлочувствителен приемник. Нивото на запълване на резервоара се пресмята чрез измерване времето, за което светлинният импулс, излъчен от източника, достигне до нивото на веществото в съда (гранична повърхност между две среди с различни оптични константи), отрази се от граничната повърхност и измине разстоянието до светлочувствителния приемник. Лазерната измервателна технология се използва в широк спектър от приложения, тъй като не се влияе от наличието на висока температура или вакуум в зоната на измерването. Подходяща е за вещества с ниска диелектрична константа, звукопоглъщащи материали и др. Малките габаритни размери на лазерните нивомери позволяват използването им за решаване на технически задачи, свързани с необходимостта от монтаж на приборите в резервоари с тесни отвори, конусна и ъглова конструкция и др. Познати са успешни приложения на лазерни нивоизмервателни прибори в резервоари, в които, в резултат от непрекъснатото разбъркване на течността, има наличие на пяна. В сравнение с някои от останалите безконтактни нивоизмервателни технологии, приборите с импулсен лазер несъмнено са по-скъпи. Тъй като технологията работи на принципа на отразяването на светлината при достигане на среда с различна оптична константа, наличието на редица смущения, водещи до интерференция на светлината, сред които запрашеност на работната среда, могат да доведат до сериозно влошаване на метрологичните характеристики на прибора.
Динамометричен измервателен метод
Съществуват различни конструктивни разновидности на динамометричните безконтактни нивомери, включително работещи на основа на напрежения на опън, натиск, огъване и срязване. Във функцията на чувствителни елементи в конструкцията на съвременните динамометрични нивомери индустриално изпълнение се използват основно тънкослойни и полупроводникови тензометрични датчици. Въпреки че предлагат най-големи възможности за избор, тънкослойните датчици най-често работят на опън, натиск и срязване. Специфика на полупроводниковите тензометрични датчици са малките им размери и високото ниво на изходния сигнал. Динамометричните датчици са подходящи за измерване нивото на течности, твърди и кашообразни вещества, което обяснява широкото им използване за лабораторни и промишлени измервания. Когато се използват за процесни измервания в производствени условия, динамометричните датчици изискват повишено внимание при инсталацията, работата и поддръжката им с цел поддържане на необходимите експлоатационни характеристики. Например, при наличието на различни конструктивни изпълнения, разбъркващи приспособления в съда, използването на динамометричния измервателен метод е свързано с демонтирането им, последвано от необходимия период от време за монтаж и настройка на нивомера. През последните години използването на динамометричния метод се реализира чрез п
