Перейти к выбору и покупке датчиков уровня

Датчики уровня — это устройства, позволяющие отслеживать количество жидкого или сыпучего вещества по уровню его поверхности в некоторой ёмкости. Датчики уровня могут выдавать дискретный (по достижении некоторого уровня) или непрерывный сигнал (абсолютная высота текущего уровня) в зависимости от принципа действия, что сказывается на их технической сложности, а также на цене. Кроме того, датчики уровня могут быть контактными и бесконтактными, что также сказывается на стоимости и на области их применения.

По принципу действия датчики уровня могут быть:

  • Емкостными
  • Поплавковыми
  • Радарного типа
  • Ультразвуковыми
  • Гидростатическими

Ниже кратко рассмотрены основные виды.

Емкостной датчик уровня

В основу работы данного типа датчика положено свойство конденсатора изменять свою ёмкость при изменении состава и распределения материала диэлектрика, разделяющего пластины конденсатора. Это свойство применяется во многих емкостных детекторах например в емкостных датчиках влажности.


Предположим, имеется коаксиальный конденсатор, помещённый в жидкость (Рисунок 1), которая может свободно проникать в пространство между пластинами. Если известна диэлектрическая проницаемость жидкости, то можно составить следующее равенство:

С=С0l0*G0l*Gl       (1)

С – Общая ёмкость конденсатора
С0 – Ёмкость участка конденсатора, не содержащего жидкость
Сl – Ёмкость участка конденсатора, содержащего жидкость
ε0 – Диэлектрическая проницаемость газовой среды
εl – Диэлектрическая проницаемость жидкой среды
G0 – Геометрический коэффициент участка конденсатора, не содержащего жидкость
Gl – Геометрический коэффициент участка конденсатора, содержащего жидкость

При изменении уровня жидкости величина суммарной ёмкости конденсатора также изменятся. Если конденсатор включен в электрическую цепь, не составляет труда отследить изменение ёмкости, по которому можно однозначно судить об изменении уровня жидкости.


Общая схема емкостного датчика уровня
Рисунок 1. Общая схема емкостного датчика уровня

Емкостные датчики лишены подвижных элементов, поэтому достаточно надёжны и долговечны. К их недостаткам следует отнести значительную температурную зависимость (которая, впрочем, может быть скомпенсирована), а также необходимость погружения в жидкость.

Поплавковый датчик уровня

Датчики данного типа имеют достаточно простое устройство. Существует несколько конфигураций, выдающих на выход как дискретный, так и непрерывный сигнал, последние можно разделить на две категории – механические и магнитострикционные. В магнитострикционных датчиках в качестве одного из элементов также используется поплавок, в остальном же они довольно сильно отличаются от обычных механических поплавковых датчиков.

Дискретные поплавковые датчики уровня

В реализации датчика, выдающего дискретный сигнал, обычно используется набор поплавков, расположенных на различных уровнях резервуара. При достижении жидкостью уровня, на котором располагается поплавок, он выталкивается за счёт силы Архимеда, направленной вверх. Это приводит в движение механическую систему или электромеханическую систему, и выходной сигнал появляется, например, при замыкании электрических контактов герконового реле.

В альтернативной конфигурации присутствует направляющая, содержащая набор реле. Вдоль направляющей вслед за уровнем жидкости перемещается поплавок, содержащий постоянный магнит. Приближение поплавка к реле вызывает его срабатывание (Рисунок 2).


Общая схема поплавкового датчика уровня с дискретным выходом
Рисунок 2. Общая схема поплавкового датчика уровня с дискретным выходом

Дискретный выходной сигнал может быть использован для «пошагового» мониторинга уровня жидкости в резервуаре — датчик просто сообщает, достиг ли уровень жидкости конкретной отметки или нет. Также датчик уровня с дискретным выходным сигналом может служить элементом автономного регулятора в случае, например, когда необходимо поддерживать постоянный уровень жидкости в резервуаре – для реализации данной схемы выходной сигнал может непосредственно управлять силовым реле, открывающим/закрывающим входной/выходной клапан резервуара.

Дискретные поплавковые датчики дёшевы, просты и достаточно надёжны, однако требуют погружения в жидкость и имеют подвижную механику.

Магнитострикционные поплавковые датчики

Поплавковые датчики, выдающие непрерывный сигнал, обычно относятся к датчикам магнитострикционного типа и имеют довольно сложное устройство (Рисунок 3).


новным элементом конструкции по-прежнему является поплавок, в данном случае он содержит постоянный магнит. Поплавок может свободно передвигаться вдоль направляющей, внутри которой располагается волновод из магнитострикционного материала. С определённой периодичностью блок электроники датчика генерирует импульс тока, который распространяется вдоль волновода. Когда импульс достигает области, где располагается поплавок, магнитное поле поплавка и магнитное поле импульса взаимодействуют, что приводит к возникновению механических колебаний, которые распространяются обратно по волноводу и фиксируются чувствительным пьезоэлементом. По временной задержке между отправкой импульса тока и получением механического импульса можно судить о расстоянии до поплавка, а значит и об уровне жидкости в резервуаре.

Общая схема магнитострикционного датчика уровня
Рисунок 3. Общая схема магнитострикционного датчика уровня

Магнитострикционные датчики очень точны, выдают непрерывный сигнал, а также могут использоваться с гибким волноводом, что расширяет сферу их применения. К их недостаткам можно отнести их стоимость, техническую сложность и необходимость погружения в жидкость.

Радарный датчик уровня

Главным элементом данного датчика является радиолокатор, частота излучения которого изменяется по линейному закону.


едполагается, что жидкость отражает излучение локатора, поэтому если расположить излучатель-приёмник внутри резервуара согласно схеме (Рисунок 4) и фиксировать задержку отражённого сигнала относительно сигнала источника – можно определить уровень жидкости по величине задержки. Для определения задержки используется линейная модуляция частоты источника. Если частота исходного сигнала изменяется по линейному закону (например, непрерывно возрастает), то отражённый сигнал, имеющий временной сдвиг относительно исходного, будет иметь также и меньшую частоту. По величине частотного сдвига можно однозначно судить о величине временной задержки между двумя сигналами, а значит и о расстоянии до поверхности жидкости.

Дальнейшая обработка полученного сигнала осуществляется в цифровом тракте, и на этом этапе возможна, например, нейтрализация шумовых сигналов, возникающих в результате волнений на поверхности жидкости или поглощения радиоизлучения.

Общий принцип функционирования датчика уровня радарного типа
Рисунок 4. Общий принцип функционирования датчика уровня радарного типа

Данный метод на сегодняшний день является наиболее технологичным и совершенным, к числу достоинств датчика на его основе следует отнести:

  1. Отсутствие подвижных элементов
  2. Отсутствие контакта с жидкой средой
  3. Универсальность – возможность работать практически с любой средой при различных условиях
  4. Высокая точность
  5. Возможность адаптировать алгоритм обработки данных для конкретных применений

Основным недостатком радарных датчиков является их цена.

Ультразвуковой датчик уровня

В датчиках данного типа используется схема, во многом сходная со схемой датчика радарного типа. В резервуаре устанавливается блок, состоящий из генератора и приёмника ультразвуковых волн (точно также как например в    ультразвуковых расходомерах и  ультразвуковых дефектоскопах). Излучение генератора УВ проходит газовую среду, отражается от поверхности жидкости и попадает на приёмник. Определив временную задержку между излучением и приёмом и зная скорость распространения ультразвука в данной газовой среде, можно вычислить расстояние до поверхности жидкости – то есть определить её уровень.

Ультразвуковым датчикам уровня свойственны практически все достоинства датчиков радарного типа, однако УД обычно имеют более низкую точность, хотя и более просты по внутреннему устройству.

www.devicesearch.ru.com

Гидростатические датчики уровня

Датчики уровня жидкости в резервуаре ультразвуковыеУстройства работающие с гидростатическим уровнем основаны на принципе зависимости давления жидкости от глубины погружения.


гружаемые датчики уровня работают на основе измерения гидростатического давления образуемого столбом жидкости расположенной над устройством и эти устройства дают линейный выходной сигнал 4-20 мА пропорциональный уровню. Пьезорезистивный сенсор давления погружается ниже уровня и выходной сигнал коррелирует с уровнем, давая показания в футах или метрах водяного столба. Приборы для измерения гидравлического давления, такие как погружаемые датчики уровня компании Dwyer имеют самую низкую стоимость по сравнению с другими технологиями измерения уровня жидкости. Они характеризуются легкой установкой с характерным отличием для соответствия требованиям различных приложений.

Датчики уровня жидкости в резервуаре ультразвуковыеПогружаемые датчики уровня серии SBLT и датчики MBLT компании Dwyer имеют малые отверстия для давления и они предназначены для работы с чистой водой. Погружаемый датчик MBLT имеет малый диаметр корпуса (1.63см) и используется для приложений связанных со скважинами. Как более прочные устройства мы предлагаем нашу серию датчиков уровня PBLT и FBLT, которая не имеет отверстия для давления, что делает ее идеальной для шламов и суспензий.


которые преимущества этой технологии измерения уровня состоят в том, что жидкость может содержать пар, пену или любую другую форму, возникающую от перемешивания жидкости. Некоторые недостатки технологии с погружением состоят в том, что Вы ограничиваетесь использованием только жидкостей с низкой вязкостью в специальном диапазоне измерений совместимым со смачиваемыми материалами и эти устройства могут использоваться только в приложениях, где в резервуаре нет давления. Стандартные устройства калибруются для воды. Другое важное замечание состоит в том, что эти устройства измеряют разность давлений по отношению к атмосферному давлению и поэтому важно, чтобы на устройстве использовалась вентиляционная трубка с атмосферой и эта трубка должна быть чистой. Вентиляционная трубка должна также быть без влаги, которая может конденсироваться, нанеся вред электрическим компонентам. Наши устройства поставляются с гидрофобным тефлоновым фильтром для того, чтобы избежать любого появления влаги, так же можно приобрести фильтр А-297 для более высокого содержания влаги в окружающей среде.

Ультразвуковые датчики уровня

Датчики уровня жидкости в резервуаре ультразвуковыеУльтразвуковые датчики уровня жидкости работают на принципе высокочастотных акустических сигналов, которые отражаются от поверхности среды и детектируются устройством.


емя прохода сигнала от датчика до поверхности и назад до сенсора взаимосвязано с уровнем. Некоторые преимущества использования ультразвуковых датчиков уровня состоят в том, что обеспечивается бесконтактное измерение, которое фактически исключает любое касание и оно удобно для измерения уровня жидкостей с высокой вязкостью и не надо учитывать их плотность. Полный диапазон измерения ультразвукового сенсора программируется и характеризуется высокой точностью. Ультразвуковые сенсоры могут использоваться для измерения высоты уровня в желобах и водосливах для того, чтобы рассчитать расход в открытых каналах, как это предлагает наша серия ультразвуковых датчиков уровня жидкости ULF. Некоторые недостатки ультразвукового измерения уровня состоят в том, что они не могут использоваться в приложениях с высокой турбулентностью или в приложениях, которые могут иметь выделения пара, пену или сильное разнообразие в концентрации материала процесса. Турбулентность и пена создают препятствие звуковой волне для правильного отражения назад на сенсор, тогда как пар и испарения поглощают акустический сигнал. Для предотвращения некоторых из этих явлений могут использоваться отстойники, но это необходимо учитывать перед приобретением ультразвукового устройства для таких приложений. Резервуары с высоким давлением и емкости под вакуумом имеют различные коэффициенты для распространения звука и на ультразвуковые устройства для измерения уровня могут оказывать воздействия изменяющиеся коэффициенты распространения звука от влаги, температуры или давления. Коэффициенты коррекции могут использоваться для измерения уровня для улучшения точности измерений и они вводятся в программу нашей серии контроллера уровня жидкости UTC и ультразвуковых датчиков UTS.


Датчики уровня жидкости в резервуаре ультразвуковыеДля правильного использования этих датчиков уровня, требуется установка в верхней точке, что иногда делает монтаж достаточно трудным. Надо учитывать, что устройство передает и получает ультразвуковые сигналы и малое расстояние от датчика в месте, где есть механические вибрации, не дает возможности сенсору достаточно облучить материал и поэтому страдает точность измерения высоты уровня. Известно, что малое расстояние дает зону нечувствительности и она должна учитываться при оценке высоты уровня технологического процесса. Наша серия ультразвуковых датчиков уровня жидкостей ULT характеризуется программным отображением распределения инородных элементов для резервуара, таких как лестницы, трубы или мешалки, малая зона нечувствительности и имеет эффективную зону чувствительности только 7,6 см.

Емкостные датчики уровня

Датчики уровня жидкости в резервуаре ультразвуковые Емкостные датчики уровня жидкости используют низкую радиочастоту для измерения проводимости тока в замкнутой цепи, которая пропорционально зависит от уровня в приложении. Важно помнить, что емкость является функцией диэлектрической проницаемости жидкости, площади поверхности емкости, датчика и расстояние. Все постоянные должны поддерживаться одинаковыми только для технологической среды, разрешенной для измерения уровня и при замене этой среды. Некоторые преимущества, которые есть в емкостном датчике уровня CRF2, заключаются в вертикальном монтаже, покрытии из материала FEP, который увеличивает химическую совместимость и тот факт, что устройство хорошо работает с жидкостями с твердыми частицами. Емкостные устройства для измерения уровня не эффективны для порошка, пены или для материалов с различающимся удельным весом и оно имеет программируемый диапазон работы. Некоторые недостатки использования емкостных датчиков измерения уровня заключаются в том, что когда они используются в приложениях с неметаллическими резервуарами или емкостями с нерегулярной формой стенок, для правильности работы должно использоваться опорное заземление датчика и поэтому оно должно приобретаться одновременно с датчиком при его заказе. Важно, чтобы диэлектрическая проницаемость измеряемой среды была больше чем 3. Как замечено емкость зависит от площади поверхности и поэтому мы не рекомендуем приобретение датчиков по длине меньшей, чем 60 см.

Направленный волновой радар

Направленный волновой радар использует то, что называется как TDR или Технология рефлектометрии по интервалу времени. По этой технологии импульсы распространяются вперед от датчика с большими скоростями до поверхности среды и когда они достигают среды часть энергии отражается назад к датчику. Время между передачей сигнала и приемом используется для определения уровня жидкости. Преимущества использования радара состоят в вертикальной установке в верхней части резервуара и тем фактом, что радар может использоваться с жидкостями с плавающими твердыми частицами или покрывающими жидкостями. Другая особенность этой технологии состоит в нечувствительности к эмульгированию, пыли, пене или парам. Эта технология имеет программируемый диапазон выходного сигнала, который не чувствителен к изменению в жидкости диэлектрической проницаемости и удельного веса и характеризуется отсутствием требований на реальную минимальную длину датчика. Некоторые недостатком этой технологии является то, что длина датчика должна быть полной длиной диапазона чувствительности и из-за этого обычно возникает более высокая стоимость датчика. Внимание должно быть уделено выбору правильного типа датчика в приложениях с обходными камерами или перегонными отстойниками.

Всего есть огромное количество способов измерения уровней жидкости с помощью датчиков и каждая технология измерения уровня оригинальна. Для того чтобы избежать путаницы и иногда повторных затрат на установку контактируйте с нашими специалистами по телефону для получения большей информации о том, какая технология измерения уровня наиболее подходит для вашей системы.

Мы предлагаем только прямые поставки контрольно-измерительных приборов с завода Dwyer. Список и описание продукции полностью соответствует печатному каталогу и оригинальному сайту компании-изготовителя. Поделитесь с коллегами ссылкой на эти приборы, нажмите на кнопку социальной сети:

 

dwyer.ru

Контактные датчики непрерывного измерения уровня жидкости.

Механические датчики уровня жидкости.

Простейший контактный датчик контроля уровня жидкости – буйковый и построен на механическом способе измерения глубины погружения буйка.

Механический датчик непрерывного измерения уровня жидкости

Рис. Механический датчик непрерывного измерения уровня жидкости.

Равновесие сил на погруженном в жидкую среду буйке описывается уравнениями: F(A) – F(G) + F(R) = 0; F(A) = g*(V1*p1 + V2*p2); F(G) = g*m(s), где F(A) – подъемная сила, F(G) – сила тяжести буйка, F(R) – сила реакции измерительного прибора, p1 и p2 – плотности жидкой среды и воздуха соответственно, V1 и V2 – частичные объемы буйка в жидкости и воздухе соответственно (V1 + V2 = Vбуйка). Изменение частичных объемов буйка при известном сечении буйка позволяет определять глубину его погружения в жидкость: ∆ V1 = — ∆ V2 = — А*∆Н, где А – площадь сечения буйка.

Как правило, такие буйковые датчики оборудуются механическим способом передачи и регистрации данных, используются для измерения уровня жидкости в открытых резервуарах с однородными и не налипающими на измерительный элемент жидкими средами.

Достоинства механических датчиков уровня жидкости: простота конструкции, установки, регистрации.

Недостатки механических датчиков уровня жидкости: невысокая точность измерения, существенная зависимость от температуры среды, давления воздуха, вязкости, химической агрессивности, физической однородности жидкости, скорости заполнения/опорожнения резервуара.

Гидростатические датчики непрерывного измерения уровня жидкости.

Контактные датчики непрерывного измерения уровня жидкости такого типа основаны на измерении и регистрации изменений гидростатического давления жидкой среды на дно резервуара/емкости (p), которое зависит от высоты столба среды над измерительным элементом датчика (h) и плотности жидкой среды (ρ), и для неподвижных сред определяется уравнением p=ρ*g*h, откуда соответственно h=p/(ρ*g). Наиболее распространены сегодня мембранные датчики гидростатического давления и гидростатические зонды.

Типовые гидростатические зонды имеют встроенный преобразователь сопротивления из проволоки специального материала для определения температуры в месте измерения, измерительный элемент с керамической диафрагмой, смещающейся при изменении давления на 0,005 мм, а также специальную трубку для компенсации давления на тыльной стороне диафрагмы.

Типовой гидростатический зонд непрерывного измерения уровня жидкости

Рис. Типовой гидростатический зонд непрерывного измерения уровня жидкости.

Перемещение диафрагмы под воздействием давления столба жидкой среды вызывает изменение емкости измерительного элемента, которое преобразуется электронным блоком в регистрируемые электрические сигналы, пропорциональные текущим значениям давления и, соответственно высоты столба/уровня жидкости в резервуаре.

Мембранные гидростатические датчики непрерывного измерения уровня жидкости имеют чувствительный измерительный элемент – керамическую или металлическую диафрагму и емкостной первичный преобразователь, могут исполняться в виде моноблока или зонда с чувствительным элементом на тросе или стержне, устанавливаться снизу, сбоку резервуара или подвешиваться/фиксироваться на крышке резервуара/емкости.

Мембранные гидростатические датчики непрерывного измерения уровня жидкости с керамическим (слева) и металлическим (справа) измерительным элементом.

Рис. Мембранные гидростатические датчики непрерывного измерения уровня жидкости с керамическим (слева) и металлическим (справа) измерительным элементом.

Мембранные гидростатические датчики непрерывного измерения уровня жидкости – моноблочные для установки на внешней стороне резервуара (слева) и из двух блоков – анализаторы разности давлений над поверхностью среды и столба жидкости (справа) для установки на внешней стороне резервуара.

Рис. Мембранные гидростатические датчики непрерывного измерения уровня жидкости – моноблочные для установки на внешней стороне резервуара (слева) и из двух блоков – анализаторы разности давлений над поверхностью среды и столба жидкости (справа) для установки на внешней стороне резервуара.

Мембранные гидростатические датчики непрерывного измерения уровня жидкости на тросе (слева) и на стержне (справа).

Рис. Мембранные гидростатические датчики непрерывного измерения уровня жидкости на тросе (слева) и на стержне (справа).

Достоинства мембранных датчиков гидростатического давления и гидростатических зондов: высокая точность измерений, могут использоваться для контроля уровня загрязненных жидкостей, в том числе с осадком и слоем плавающих фракций, не имеют подвижных деталей/узлов, просто монтируются и обслуживаются.

Недостатки мембранных датчиков гидростатического давления и гидростатических зондов: точность измерений зависит от стабильности среды (уровень подвижных сред регистрируется с ошибками), необходима компенсация атмосферного давления на чувствительном элементе, зависимость точности измерений от плотности жидкой среды.

Емкостные контактные датчики непрерывного измерения уровня жидкости.

Емкостные контактные датчики непрерывного измерения уровня жидкости, как правило исполняют в виде погружных зондов (см. рис. ниже) с частично или полностью изолированным электродом (1 на рис. ниже), трубчатым электродом (2 на рис. ниже), электродом в виде тросика (3 на рис. ниже), электродом противоположного знака (4 на рис. ниже), электродом в виде металлической ленты (5 на рис. ниже). Вторым электродом «конденсатора-резервуара» служит корпус (6 на рис. ниже).

Емкостные погружные зонды (датчики) непрерывного измерения уровня жидкости.

Рис. Емкостные погружные зонды (датчики) непрерывного измерения уровня жидкости.

По сути, при таком способе измерения уровня жидкости в резервуаре одновременно анализируются емкости двух «конденсаторов» (или многослойного конденсатора), образованных зондом и корпусом резервуара – конденсатора с воздухом (выше уровня жидкости) и конденсатора с жидкой средой, имеющей свою относительную диэлектрическую проницаемость.

Достоинства емкостных погружных зондов (датчиков) непрерывного измерения уровня жидкости: отсутствие подвижных элементов/узлов, простота монтажа/обслуживания, достаточно высокая точность измерения уровня сравнительно неподвижных однородных сред без слоя плавающих фракций.

Недостатки емкостных погружных зондов (датчиков) непрерывного измерения уровня жидкости: зависимость точности измерений от подвижности, температуры среды, наличия слоя плавающих фракций, необходимость использования токов высокой частоты при измерении емкости, практическая непригодность для измерения сильнозагрязненных сред с крупными фракциями из разных материалов, имеющих различную относительную диэлектрическую проницаемость.

Справка: Аналогичную конструкцию и способ монтажа, а также почти идентичные достоинства/недостатки имеют погружные зонды – кондуктометрические датчики непрерывного измерения уровне жидкости, регистрирующие изменения электрического сопротивления «двухслойной» среды – воздуха над жидкостью и жидкости.

Погружные магнитные зонды (герконовые датчики) непрерывного измерения уровня жидкости.

Погружные магнитные зонды непрерывного измерения уровня жидкости или герконовые датчики конструктивно исполняют в виде направляющей трубы с модулями язычковых герметизированных контактов (ГерКон – ГЕРметизированныйКОНтакт), замыкаемыми или размыкаемыми магнитным полем тороидального магнита, установленного в двигающимся по направляющей трубе поплавке.

Рис. Погружные магнитные зонды (герконовые датчики) непрерывного измерения уровня жидкости

Достоинства погружных магнитных зондов – герконовых датчиков непрерывного измерения уровня жидкости: простой принцип действия, монтаж и обслуживание, нет необходимости в регулировках по месту установки, малая чувствительность к дисперсности, загрязнениям, турбулентности, температуре измеряемой среды.

Недостатки погружных магнитных зондов – герконовых датчиков непрерывного измерения уровня жидкости: подъемная сила определяется размерами поплавка, зависимость точности измерений от плотности измеряемой среды, ограничения по длине направляющей трубы (обычно не более 3 м) и плотности измеряемой среды (не менее 0.6 г/см3), плохая пригодность к измерениям сильно загрязненных сред с налипающими фракциями.

Контактные датчики непрерывного контроля уровня жидкости на базе метода направленного электромагнитного излучения.

Контактные датчики непрерывного контроля уровня жидкости на базе метода направленного электромагнитного излучения используют способ измерения коэффициента отражения электромагнитных волн посредством совмещения прямого и отраженного испытательных сигналов (time-domain reflectometry). В отличие от микроволновых радарных датчиков (см. ниже) на базе метода измерения и регистрации времени прохождения сигнала (генерируемых передатчиком электромагнитных волн) в контактных датчиках непрерывного контроля уровня жидкости на базе метода направленного электромагнитного излучения генерируемый микроволновой поток фокусируется специальным волноводом (погружным зондом) в виде троса или стержня, благодаря чему практически полностью нивелируются основные недостатки ультразвуковых и электромагнитных (радарных) бесконтактных датчиков – сильное рассеивание излучаемого сигнала в резервуара и снижение точности измерений из-за ложных показаний отражений от стенок резервуара.

Контактные датчики непрерывного контроля уровня жидкости на базе метода направленного электромагнитного излучения.

Рис. Контактные датчики непрерывного контроля уровня жидкости на базе метода направленного электромагнитного излучения.

Достоинства контактных датчиков непрерывного контроля уровня жидкости на базе метода направленного электромагнитного излучения: универсальность (используются для измерения уровня и сыпучих, и жидких сред), высокая точность измерения даже при наличии на поверхности среды пены (плавающих фракций), возможность эффективного нивелирования паразитных отражений от стен резервуара, арматуры, наростов, независимость измерений от плотности, диэлектрической постоянной, проводимости, химической агрессивности, температуры, давления среды, а также пыли, тумана в воздухе над измеряемой жидкой средой.

Недостатки контактных датчиков непрерывного контроля уровня жидкости на базе метода направленного электромагнитного излучения: диэлектрическая постоянная жидкой среды должна быть больше 1.6, клейкие вещества в среде могут привести к отказам в работе, жесткие требования к монтажу (см. рис. ниже).

Рекомендуемый монтаж контактных датчиков непрерывного контроля уровня жидкости на базе метода направленного электромагнитного излучения

Рис. Рекомендуемый монтаж контактных датчиков непрерывного контроля уровня жидкости на базе метода направленного электромагнитного излучения

www.eco61.ru

Общая классификация приборов

Датчик уровня воды используется для следующих целей:

  • Для восприятия изменения количества жидкости и передачи дискретного сигнала в случае завышения максимально допустимой отметки в резервуаре на реле;
  • Для включения реле сигнализации (световой или звуковой) в главном корпусе управления;
  • Для передачи показателей уровня жидкости на табло пульта управления с отображением конкретных резервуаров;
  • Для организации замкнутой схемы системы автоматического контроля воды в резервуаре. Для этого дополнительно потребуется контроллер, электродвигатель насоса.

Возможные методы определения загруженности резервуара

Существует несколько методов измерения уровня жидкости:

  1. Бесконтактный – зачастую приборы такого типа используются для контроля уровня вязких, токсичных, жидких либо твердых, сыпучих веществ. Это емкостные (дискретные) приборы, ультразвуковые модели;
  2. Контактный – устройство располагается непосредственно в резервуаре, на его стенке, на определенном уровне. По достижению водой этого показателя датчик срабатывает. Это поплавковые, гидростатические модели.

По принципу действия различают следующие виды датчиков:

  • Поплавкового типа;
  • Гидростатические;
  • Емкостные;
  • Радарные;
  • Ультразвуковые.

Кратко о каждом виде приборов

  1. Датчик уровня жидкости поплавковый – отличается простотой конструкции, зачастую используется в сочетании с электрическим реле. Система действует просто: при достижении определенного уровня вода воздействует на поплавок. Он в свою очередь изменяет положение, замыкает контакт реле, к которому прикреплен одним концом.

Поплавковые модели бывают дискретные и магнитострикционные. Первый вариант — дешевый, надежный, а второй – дорогой, сложной конструкции, но гарантирует точное показание уровня. Однако общий недостаток поплавковых приборов – это необходимость погружения в жидкость.

Поплавковый датчик определения уровня жидкости в баке

  1. Гидростатические устройства – в них все внимание обращено на гидростатическое давление столба жидкости в резервуаре. Чувствительный элемент прибора воспринимает давление над собой, отображает его по схеме для определения высоты столба воды.

Главные преимущества таких агрегатов – компактность, непрерывность действия и доступность по ценовой категории. Но использовать их в агрессивных условиях нельзя, потому как без контакта с жидкостью не обойтись.

Гидростатический датчик уровня жидкости

  1. Емкостные приборы – для контроля уровня воды в баке предусмотрены пластины. По изменению показателей емкости можно судить о количестве жидкости. Отсутствие подвижных конструкций и элементов, простая схема устройства гарантируют долговечность, надежность работы прибора. Но нельзя не отметить недостатки — это обязательность погружения в жидкость, требовательность к температурному режиму.
  2. Радарные устройства – определяют степень повышения воды путем сравнения частотного сдвига, задержки между излучением и достижением отраженного сигнала. Таким образом, датчик действует как излучатель и улавливатель отражения.

Подобные модели считаются лучшими, точными, надежными устройствами. Они обладают рядом достоинств:

  • Не имеют подвижных деталей;
  • Не контактируют с жидкой средой;
  • Не привередливы к среде, условиям функционирования;
  • Точность показателей.

К недостаткам модели можно отнести только их высокую стоимость.

Радарный датчик уровня жидкости в резервуаре

  1. Ультразвуковые датчики – принцип функционирования, схема устройства аналогичны радарным приборам, только используется ультразвук. Генератор создает ультразвуковое излучение, которое по достижению поверхности жидкости отражается и попадает через некоторое время на приемник датчика.  После небольших математических вычислений, зная временную задержку и скорость движения ультразвука, определяют расстояние до поверхности воды.

Плюсы радарного датчика присущи и ультразвуковому варианту. Единственное, менее точные показатели, более простая схема работы.

Тонкости выбора подобных устройств

При покупке агрегата обратите внимание на функциональность прибора, некоторые его показатели. Крайне важные вопросы при покупке прибора – это:

  1. Для каких веществ может использоваться прибор, условия работы, схема устройства;
  2. Влияет ли материал резервуара на точность показаний, принцип действия устройства;
  3. Используется встроенная схема обработки, преобразования сигнала, либо датчик работает как реле;
  4. Точность показаний, в том числе при быстром понижении или повышении уровня жидкости;
  5. Входит ли в комплектацию дисплей для отображения действительных показателей, регулирования заданных параметров, изменения настроек;
  6. Наличие сертификатов на продукцию;
  7. Реагирование системы на температурные перепады;
  8. Как на прибор и его точность могут влиять внешние факторы, например, вибрация, агрессивность среды или электромагнитные волны;
  9. Материал исполнения устройства и возможность его работы в заданных условиях;
  10. Собственно отзывы об агрегате, гарантии срока службы.

Варианты датчиков определения уровня воды или твердых сыпучих веществ

prokommunikacii.ru

Для измерения уровня жидкостей применяются специальные средства измерений – уровнемеры. Многообразие типов уровнемеров, принцип действия которых основан на различных физических методах, объясняется разнообразием свойств измеряемых жидкостей.

Наибольшее распространение получили следующие виды уровнемеров:

1. Уровнемеры с визуальным отсчетом;

2. Буйковые и поплавковые уровнемеры;

3. Гидростанические уровнемеры;

4. Пьезометрические уровнемеры;

5. Дифманометрические уровнемеры;

6. Радиоактивные уровнемеры;

7. Акустические и ультразвуковые  уровнемеры;

8. Емкостные уровнемеры.

Уровнемер с визуальным отсчетом — уровнемер, основанный на визуальном измерении высоты уровня жидкости.  Уровень жидкости измеряют в стеклянной трубке, сообщающейся с контролируемым сосудом в нижней, а иногда и в верхней части, или же при помощи прозрачной вставки, помещенной в стенке контролируемого сосуда, например, барабанно-парового котла

Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении перемещения буйка или силы гидростатического давления, действующей на буек (силы Архимеда).

Буек в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружен в жидкость и перемещается в зависимости от ее уровня.

Буйковые уровнемеры наиболее часто применяются для измерения уровня однородных, в том числе агрессивных, жидкостей, находящихся при высоких рабочих давлениях (до 32 МПа), широком диапазоне температур (от –200 до +600 °С) и не обладающих свойствами адгезии (прилипания) к буйкам.

Главной особенностью буйковых уровнемеров является возможность измерения уровня границы раздела двух жидкостей.

Недостатком буйковых уровнемеров являются зависимость их точности от плотности и температуры измеряемой среды, ограниченность использования для больших (свыше 16 м) диапазонов измерения уровней жидкостей и жидкостей, обладающих адгезией к буйку.

Пьезометрический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на преобразовании гидростатического давления жидкости в давление воздуха, подаваемого от постороннего источника и барботирующего через слой жидкости.

У этого уровнемера чувствительный элемент не находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, а воспринимает гидростатическое давление через воздух, что является его достоинством.

Для пьезометрических уровнемеров также характерна погрешность измерения из-за изменения плотности измеряемой среды.

Гидростатический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении манометром или напоромером гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты ее уровня.

Уровнемеры этого вида обычно используют для измерения неагрессивных, незагрязненных жидкостей, находящихся под атмосферным давлением.

Для измерения уровней агрессивных сред используют специальные разделительные устройства.

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

Поплавковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении перемещения поплавка, плавающего на поверхности жидкости (поплавок как бы отслеживает уровень жидкости).

Поплавковые уровнемеры не пригодны для вязких жидкостей (дизельного топлива, мазута, смол) из-за залипания поплавка, обволакивания его вязкой средой.

При измерении уровня криогенных жидкостей из-за кипения верхнего слоя возникает вибрация поплавка, что приводит к искажениям результатов измерения.

Наиболее часто поплавковые уровнемеры используют для измерения уровней в больших открытых резервуарах, а также в закрытых резервуарах с низким давлением.

Применение магнитной связи для передачи перемещения поплавка позволяет герметизировать вывод передачи в измерительный блок, упростить конструкцию, повысить надежность, измерять уровень в резервуарах под давлением.

Дифманометрический уровнемер — гидростатический уровнемер, в котором гидростатическое давление измеряют при помощи дифференциального манометра. Часто используется для измерения уровня в емкостях под избыточным давлением.

Акустический уровнемер — уровнемер, основанный на зависимости интенсивности поглощения или времени распространения акустических колебаний от высоты уровня жидкости или сыпучего вещества

Ультразвуковой уровнемер — акустический уровнемер, работающий на звуковых колебаниях высокой частоты

Емкостной уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на различии диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха.

В связи с этим по мере погружения электродов датчика уровнемера в жидкость изменяется емкость между ними пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Остановимся на некоторых типах уровнемеров подробней.

Уровнемеры буйковые

Настройка уровнемеров на заданные пределы измерения проводится с помощью грузов путем имитации гидростатической выталкивающей силы, соответствующей верхнему пределу измерений.

Расчетное значение давления, соответствующее верхнему пределу измерений,

 

ф1

Расчет массы грузов для буйковых уровнемеров:

для жидкости

ф2

для раздела фаз

ф3

где d – диаметр буйка испытываемого уровнемера, см; Hmax – верхний предел измерения уровня жидкости, см; ρж – плотность измеряемой жидкости, г/см3; ρ н.ж, ρ в.ж — плотности соответственно нижней и верхней измеряемой жидкости в случае измерения уровня раздела фаз, г/см3.

Пьезометрические уровнемеры.

В пьезометрических системах измерения уровня для продувания через трубку помещенную в жидкость, дозированного расхода воздуха. Принцип действия этого регулятора основан на автоматическом поддержании постоянного перепада давления на дросселе, в результате чего обеспечивается постоянный расход воздуха через этот дроссель.

Принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня в открытом резервуаре представлена на рисунке 2, а, б, в, г.

На рисунке 2, д показана принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня жидкости в резервуаре, находящемся под давлением. Для исключения влияния давления в резервуаре на показания прибора, измеряющего уровень жидкости, применяется дифференциальный метод измерения с двумя регуляторами расхода. От одного регулятора расхода воздух подается в пьезометрическую трубку, от другого в верхнюю часть резервуара над жидкостью. Разность давлений в трубках, пропорциональная уровню жидкости, измеряется дифманометром.

В системах измерения нижний конец пьезотрубки должен находится на нижнем контролируемом уровне жидкости, но не ниже 80 мм от дна резервуара.

Расход воздуха устанавливается минимальным, чтобы перепад давления на пьезотрубке был возможно меньшим, так как это определяет погрешность измерения пьезометрическим методом.

Минимальный расход воздуха обеспечивается постоянным, без запаздывания, выходом воздуха из пьезометрической трубки при изменениях уровня. Обычно расход воздуха принимается равным 0,1 – 0,2 м3/ч.

Если пренебречь перепадом давления на пьезометрической трубке, то уровень в резервуаре

ф4

где Р – давление на манометре М или перепад давления на дифманометре; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

В случае, когда измеряется уровень в резервуаре, находящемся под избыточным давлением, давление питания регулятора расхода воздуха, подающего воздух в пьезотрубку, должно быть:

ф5

где Ризб – избыточное давление, кПа; Нмаксρg – максимальное гидростатическое давление столба жидкости, кПа.

р2

Рисунок 2. Обвязка пьезометрических уровнемеров.

На рисунке 2, е показан пример обвязки и монтажа пьезометрического уровнемера с подачей промывочной воды в защитную трубу. В этом случае защищается от «обрастания» нижний конец пьезотрубки, который оказывается в зоне промывочной воды и не контактирует с измеряемой жидкостью.

Гидростатические датчики уровня.

Схемы обвязки и работы гидростатических датчиков уровня представлены на рисунке 3, причем правая обвязка применяется при измерении уровня жидкости в емкости, находящейся под избыточным давлением.

р3

Рисунок 3. Обвязка гидростатических уровнемеров.

В этом случае импульсная трубка, идущая к минусовой полости чувствительного элемента, прокладывается от места отбора давления с уклоном в верх, а в нижней части устанавливаются отстойный сосуд и разделитель мембранный РМ.

Измерение уровня в котле

Рисунок 4. Измерение уровня в котле (100% — 4 мА/0,2 кгс/см2, 0% — 20 мА/1 кгс/см2)

Очень хорошо себя показал данный принцип измерения уровня на очень сложной позиции при измерении уровня воды в котле (рисунок 4). Обвязка при этом не классическая, а на оборот т.е. на плюсовой отбор подается отбор с верней точки котла (импульсная трубка при этом должна быть заполнена водой), на минус с нижней, и задается обратная шкала прибора (на самом приборе или вторичном оборудовании).

kipia-portal.ru



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.