Расчет передаточной функции

а — с контактным датчиком; б — с омическим датчиком; в — с емкост-
ным датчиком.
В схеме рисунка 3.7, б исполь­зуются электрические свойства жидкости. Жидкость (ртуть или расплавленный металл) шунтирует сопротивление воспринимающего элемента; вели­чина его сопротивления одно­значно определяет уровень жид­кости.
На рисунке 3.7, в показан уров­немер с емкостным датчиком. Уровнемеры с емкостными датчиками, как и уровне­меры с контактными датчиками, обычно применяются для изме­рения уровня жидкостей или сыпучих материалов. Датчик емко­стного уровнемера для токопроводящих сыпучих тел может пред­ставлять собой пластмассовую трубу, внутри которой находится медный стержень — одна из обкладок конденсатора. Второй обкладкой служит материал в бункере. У такого датчика при изменении уровня меняется площадь обкладок.
Сигнализаторы уровня часто выполняются с контактными датчиками (рисунок 3.8). Контакт осуществляется через жидкость (например, серную кислоту). Сигнализатор состоит из двух узлов: датчика 1 и блока питания. Датчик 1 представляет собой два изолированных друг от друга графитовых электрода, укреплен­ных на фаолитовом основании и имеющих клеммы для присоеди­нения проводов. Блок питания включает в себя понижающий трансформатор 2 напряжения 220/12 в и реле 3 типа МКУ-48.

Рисунок 3.8 - Сигнализатор уровня агрессивных электропроводных жид­-
костей:
1 — датчик; 2 — трансформатор; 3 — реле; 4 — сигнальная лампа;
5 — контакты реле.
Прибор работает следующим образом. Если уровень жидкости ниже электродов, электрическая цепь между электродами разом­кнута, тока в цепи нет. При этом на электродах датчика напря­жение равно 12 в. Когда уровень жидкости повысился и жидкость замкнула электроды, по цепи потечет ток. Во вторичной обмотке трансформатора 2 индуцируется напряжение, поэтому по катушке реле 3 потечет ток и контакты 5 замкнут цепь сигнальной лампы. Контактов может быть несколько пар — для выполнения раз­личных функций управления и сигнализации.
3.1.4 Уровнемеры, основанные на изменении условий распространения колебаний и излучений. В настоящее время применяются приборы для измерения уровня, действие которых основывается на изменении условий распространения различного вида колебании (акустических, элек­тромагнитных и др.) в различных средах. В зависимости от свойств различных излучений для измерения уровня используют те или иные величины, характеризующие энергию излучения (время распространения, частоту колебаний, ослабление в различных средах и т. д.).
Ультразвуковые уровнемеры. На рисунке 3.9, а приведена принципиальная схема ультразвукового уровнемера. Излучатель 2 периодически посылает импульсы колебаний уль­тразвуковой частоты. Эти импульсы, отражаясь от поверхности раздела двух сред, попадают в приёмник 3 излучения. С помощью электронного прибора 4 измеряется время между посылкой импульса и приемом отраженного импульса. При постоянной скорости распространения ультразвука, т. е. при неизменной среде, это время пропорционально пути, который проходят импульсы, и таким образом оно характеризует высоту уровня.
Радиочастотные и ультракоротковолновые уровнемеры. В радиочастотных уровнемерах (рисунок 3.9, б) использована зависимость собственной частоты колебаний полого резонатора от его объема. В качестве полого резонатора используется изменяющийся в зависимости от уровня объем над поверхностью жидкости.

Рисунок 3.9 - Принципиальные схемы уровнемеров жидкостей и сыпучих
тел, основанных на изменении усло­вий распространения ко-
лебаний:
а — ультразвуковой (акустический) уров­немер; б — радиочастотный уров-
немер; в — радиационный уровнемер.
1 — генератор высокочастотных колеба­ний; 2 — излучатель колебаний;
3 — при­емник колебаний; 4 — измеритель времени между подачей и
приемом импуль­сов; 5 — частотомер.
Резервуар, который служит задающим контуром, подключают к радиочастотному генератору 1 с помощью волновода. В качестве измерительного прибора служит частотомер 5, который подклю­чается параллельно выходу генератора. Этот уровнемер дает удовлетворительные результаты в случае измерения уровня хорошо проводящих жидкостей. В ультракоротковолновых уров­немерах использовано отраже­ние радиоволн от поверхности жидкости. Величиной, характе­ризующей высоту уровня, является сдвиг фаз падающей на жидкость и отраженной от нее волны. На показания прибора влияет, электропроводность, однако это влияние незначительно.
Радиационные уров­немеры. Принципиальная схема радиационного уровне­мера изображена на рисунке 3.9, в. С одной стороны резервуара помещают источник излуче­ния 2, а с другой — прием­ник 3. При отклонении уровня в любую сторону от линии, соединяющей источник с при­емником, часть энергии излу­чения, поглощаемая средой, уровень которой измеряется, будет расти или уменьшаться. Интенсивность излучения, измеря­емая с помощью приемника, является, таким образом, функ­цией уровня.
В качестве излучений используются различные виды электромагнитных колебаний: инфракрасные, ультрафиолетовые и гамма-лучи и лучи видимой области спектра.
Гамма-лучи обладают наибольшей проникающей способностью. Это позволяет устанавливать источник и приемник снаружи аппа­рата, исключая таким образом непосредственный контакт их со средой. Поэтому уровнемеры, использующие гамма-излучение (например, кобальта-60), получили наибольшее распространение.
Радиоактивные уровнемеры применяются для измерения уровня сыпучих тел, а также жидкостей в тех случаях, когда из-за слож­ности технологических условий (высокое давление, температура, вязкая или агрессивная среда и т. д.) контроль необходимо осуществлять без непосредственного соприкосновения с контролируемой средой и проникновения внутрь емкости.
Действие таких уровнемеров основано на просвечивании контролируемого объекта потоком гамма-лучей; интенсивность потока зависит от количества вещества па пути пучка.
На рисунке 3.10 приведена схема радиоактивного уровнемера, которая реализована в приборах типа УР-4 и УР-6A. В основу их работы положен компенсационный метод, осуществляемый следящей системой.
Прибор состоит из колонки источника радиоактивного кобальта и колонки счетчика ядерных частиц. В колонках на тросах закре­плены каретка 1 с источником и каретка 2 со счетчиком. Счетчик фиксирует большее количество гамма-квантов, если линия уровня находится ниже линии, соединяющей каретки, и меньшее, если уровень находится выше этой линии. Каждый зафиксированный гамма-квант создает импульс напряжения на нагрузке счетчика. Эти импульсы поступают в электронный усилитель 3. Затем счет­чик частоты импульсов подсчитывает их и вырабатывается управляющее напряжение, подаваемое на обмотку реверсивного дви­гателя.

Рисунок 3.10 - Принципиальная схема установки радиоактивного уровнеме-
ра: