ru.aliexpress.com
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:
- Бесконтактный – зачастую приборы такого типа используются для контроля уровня вязких, токсичных, жидких либо твердых, сыпучих веществ. Это емкостные (дискретные) приборы, ультразвуковые модели;
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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:
- Для каких веществ может использоваться прибор, условия работы, схема устройства;
- Влияет ли материал резервуара на точность показаний, принцип действия устройства;
- Используется встроенная схема обработки, преобразования сигнала, либо датчик работает как реле;
- Точность показаний, в том числе при быстром понижении или повышении уровня жидкости;
- Входит ли в комплектацию дисплей для отображения действительных показателей, регулирования заданных параметров, изменения настроек;
- Наличие сертификатов на продукцию;
- Реагирование системы на температурные перепады;
- Как на прибор и его точность могут влиять внешние факторы, например, вибрация, агрессивность среды или электромагнитные волны;
- Материал исполнения устройства и возможность его работы в заданных условиях;
- Собственно отзывы об агрегате, гарантии срока службы.
Варианты датчиков определения уровня воды или твердых сыпучих веществ
prokommunikacii.ru
www.merapribor.ru
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=С0+Сl=ε0*G0+εl*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.
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).
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). Основным 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.
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. Предполагается, 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.
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:
- Отсутствие подвижных элементов
- Отсутствие контакта с жидкой средой
- Универсальность – возможность работать практически с любой средой при различных условиях
- Высокая точность
- 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
Виды датчиков уровня
-
поплавковые датчики самые простые по конструкции, имеющие самое широкое распространение, комбинируют с электрическим реле , представляют собой различного вида поплавок, прикрепленный через проволоку, нить, или жестко к лепестку контакта, который замыкается при изменении положения поплавка. - емкостные датчики уровня представляют собой пластины расположенные с двух сторон резервуара с материалом. Принцип работы лежит в изменении емкости в зависимости от распределения количества или состава материала в резервуаре. В основном такие датчики используют для определения уровня сыпучих материалов.
- радарные датчики уровня работают по принципу «излучатель — приемник частотных волн», поверхность материала отражает излучение датчика, приемник улавливает данное излучение и сравнивает излучаемый сигнал с отраженным и по частотному сдвигу определяет уровень в резервуаре. Определение уровня происходит по сравнению частотного временного сдвига.
- ультразвуковые датчики уровня работают по принципу радарных, только излучение происходит ультразвука. Аналогично с радарными, сравнивается разность сигнала, излучаемого с отраженным и вычисляется расстояние до поверхности материала (жидкости).
- гидростатические датчики уровня работают посредством измерения косвенной величины — давления столба жидкости. Давление пропорционально уровню жидкости в резервуаре.
Большинство современных датчиков уровня имеют в своей конструкции электронное реле с преобразователем. Электронная схема предназначена для преобразования измеряемой величины в стандартный сигнал. Сигнал может быть аналоговым и дискретным. Аналоговый может быть токовым 0..20мА и сигнал, называемый токовая петля 4..20мА или напряжением 0…5В, 0..10В.
Датчики уровня используются для защиты двигателя насоса от сухого хода, регулируют двигатели насосов скважин, наполняющих любые ёмкости с водой и не только, в системе холодного и горячего водоснабжения.
Датчик уровня воды своими руками
Посмотрим, на примере откачки воды из приямка, как можно сделать управление в автоматическом цикле поддержания уровня воды не выше положенного.
Имеем приямок с очень не чистого вида жидкостью, состоящей из воды и примесей охлаждающей жидкости для резцов металлорежущего станка.
Были рассмотрены все виды датчиков, однако, по цене и простоте исполнения подошла комбинированная конструкция, состоящая из проволоки длиной три метра (глубина приямка), прикреплена к поплавку (большая пластмассовая емкость с воздухом), на поверхности проволока крепится к пружинке с лепестком.
В качестве сигнала берется обычный дискретный сигнал 24В с обычного индуктивного датчика. Он отрабатывает на лепесток. Когда уровень воды в приямке растёт, поплавок поднимается ослабляя пружину. На конце пружины прикреплен лепесток, он поднимается за счёт разгибающей силы пружины. На лепесток, в свою очередь, отрабатывает индуктивный сенсор, подавая на катушку реле двигателя насоса, заставляя его откачивать воду с приямка. Для того, чтобы избежать частых включений отключений двигателя, в цепи датчик-катушка, стоит реле задержки выключения с уставкой на 10 минут.
Таким образом, при следующем срабатывании датчика, реле снова сработает и цикл повторится.
Конечно, для предохранения двигателя от сухого хода целесообразно поставить датчик протекания в патрубок, через который происходит откачка эмульсии. Но в нашем случае важна была простота конструкции. Вместо индуктивного сенсора можно использовать две пластины, соприкасающиеся друг с другом, что будет еще экономичнее.
Если вода или другая жидкость имеет однородный состав, тогда можно применить концу кто метрический одноэлектродный датчик уровня.
Например ДУ-1Н производителя «Рэлсиб», предназначенного для измерения уровня в различных типах жидкости. Датчик может работать в широких температурных пределах. Корпус не подвергается коррозии, состоит из высококачественной нержавеющей стали. В качестве изоляции используется керамика и фторопласт, это обеспечивает отличную изоляционную защиту. Устойчив ко многим механическим нагрузкам. Измерения не зависят от плотности жидкости. И не требует дополнительного ухода во время работы.
Выбор датчиков уровня
При выборе уровнемеров руководствуются следующими целями:
- Вид измеряемой жидкости. Ее характеристики, находим паспортную плотность измеряемого материала. К каким веществам относится вещество, опасно для человека или нет.
- Материал емкости, в которой будет производится измерение. От него зависит принцип действия уровнемера.
- Нужен ли вам с датчика аналоговый стандартный сигнал или предпочтительнее работа в качестве реле. Некоторые модели имеют встроенные схемы для обработки аналогового сигнала и преобразуют его в сигнал битовой логики.
- Необходимо знать пределы измеряемой величины, в очень длинных сосудах, с быстро меняющимся объемом, поплавковый конструктив работать будет не стабильно. В таком случае предпочтительнее радарный уровнемер.
- Современные уровнеметры оборудуют жидкокристаллическим экраном с отображением параметров в реальном времени и возможностью сохранения максимальных и минимальных значений. В параметрах датчика задается несколько уровней срабатывания, на каждый уровень свой дискретный выход. Задается плотность среды в настройках.
- Учитывают санитарные нормы для области применения. Например, в пищевой промышленности для измерения воды, напитков предъявляются высокие требования. Обязательно из нержавеющей стали.
- Необходимость сертификатов. Например, некоторые измерители ростехнадзор должен проверить и утвердить для использования на опасных объектах. Некоторым требуется разрешение санитарно-эпидемиологической службы в основном для воды и пищевых продуктов.
- Пригодность датчиков к применению во взрывоопасной среде. Применяются такие на нефтехимических производствах. Производитель гарантирует, что из-за таких систем во время всего срока службы не произойдет возгорание горючей среды, в которой она находится.
- Нужно учитывать возможность механических воздействий на систему, вибрации, электромагнитных волн, агрессивных сред.
- Наличие температурных перепадов системы, максимально возможные состояния.
- Насколько важна точность измерений уровня, один из важнейших параметров.
Примеры датчиков, их параметры и область применения
- Датчик емкостной ДЕ-1. Область применения: во взрывоопасных средах металлургической, химической промышленности, и др. Отслеживание величины уровня, а также значений температуры жидких сред и сыпучих материалов. Питание осуществляется 8 .. 30В постоянного тока. применяются в системах аварийной защиты.
- ЭСУ-1К сигнализатор уровня. Корпус сделан из фторопласта и стали. Размещают во взрывоопасных средах. Источник питания располагается вне опасной среды. питание 127…220В. Измерение жидких материалов таких как вода, спирт, нефть. Чувствительный элемент помещается в измеряемый материал, принцип действия емкостной. Материал блока питания из алюминиевого сплава.
- РУ-305 реле уровня. Отслеживание состояния уровня жидких веществ. Взрывобезопасное исполнение. Температура использования -50..+50С. Не используются в химически агрессивных средах. Строго работают в одном положении, наклон недопустим. Работает измерение путем перемещающегося поплавка с магнитом. Отрабатывает путем срабатывания герконов. Точность измерений до 5мм. питание 220В, ток 1А.
- Сигнализатор уровня СУ-100. Измерение уровня жидких и твердых веществ. Напряжение питания 24В. В составе имеется электромагнитное реле, чувствительный элемент помещается непосредственно в исследуемую жидкость. Измеряют предельное положение твердых веществ: песок, гравий, зерна.
- Rosemount 5600 радарный уровнемер. Бесконтактное измерение любого вида веществ. Важна правильность установки, от этого зависит точность измерений. Питание 24-240В. Прибор не терпит электромагнитных излучений. Взрывозащитный корпус. Имеет блок дисплея. Для уровнемера разработано собственное приложение, упрощающее настройку . Применяется для измерения температуры в емкости. Для правильного полноценного использования возможностей уровнемера требуется квалифицированная настройка прибора. Необходимо использовать параметры при настройке:
- расстояние между опорной точкой и уровнем;
- внутренний диаметр трубы;
- длина подсоединения уровнемера.
Существует огромное количество разновидностей датчиков в продаже . Выбор необходимо остановить на наиболее экономически выгодном варианте для конкретного проекта.
elektro.guru