Принцип работы поплавкового датчика уровня

Современные поплавковые датчики уровня

Поплавковые датчики уровня

Поплавковые датчики уровня одни из самых недорогих и, вместе с тем, надежных устройств для измерения уровня жидкостей. При правильном выборе, поплавковые датчики уровня могут использоваться для контроля уровня самых разных продуктов, начиная от сточных вод, химически агрессивных жидкостей или пищевых продуктов. Высокие или низкие температуры, наличие пены, пузырьков или например работающей мешалки так же перестает быть проблемой при правильном выборе.

Устройство поплавковых датчиков уровня

По конструкции поплавковые датчики уровня могут быть разделены на несколько видов.

Самым простым является датчик с поплавком, передвигающимся по вертикальному штоку. Внутри поплавка, как правило, находится постоянный магнит, а в штоке, представляющем из себя полую трубку, находятся герконы. Плавая на поверхности жидкости поплавок передвигается по штоку датчика вслед за изменением уровня и проходя мимо герконов внутри штока замыкает или наоборот размыкает их. Сигнализируя о достижении определенного уровня. Внутри штока могут располагаться сразу несколько герконов и, соответственно, один такой датчик может сигнализировать сразу о нескольких значениях уровня жидкости, например минимальном и максимальном.

Поплавковый датчик уровня такой конструкции может так же измерять непрерывный уровень жидкости и выдавать сигнал в виде сопротивления, пропорционального уровню жидкости, либо в виде стандартного токового сигнала 4-20мА. Для этого герконы внутри штока соединены параллельно с резисторами, как показано на рисунке. Поплавок, передвигаясь вслед за изменением уровня жидкости, замыкает разные герконы, вызывая изменение общего сопротивления датчика уровня. Такие датчики уровня обычно устанавливаются сверху емкости и их длина может достигать трех метров.

Отдельной областью применения для поплавковых датчиков уровня можно назвать контроль уровня жидкости в транспортных средствах. Прежде всего это задачи по контролю за объемом топлива в тяжелой технике: грузовиках, экскаваторах, тепловозах. Здесь датчики уровня работают в условиях сильной вибрации и волнения на поверхности жидкости. Для устранения влияния этих факторов поплавковый датчик помещают в специальную демпферную трубу, диаметром чуть большую, чем диаметр поплавка.

Если установка датчика сверху емкости невозможна, то поплавковый датчик уровня можно вмонтировать в стенку емкости. В этом случае поплавок с магнитом крепится на шарнире, а герконовый выключатель обычно в корпусе датчика. Такие датчики срабатывают, когда жидкость достигает поплавка и предназначены для сигнализации предельного уровня. Датчики могут работать при температурах до 200 С в химически агрессивных средах. Следует помнить, что датчики уровня такого типа не подходят для измерения липких и засыхающих жидкостей, жидкостей с механическими включениями, а так же в случае замерзания жидкости.

Если в жидкости высокая концентрация твердых включений, существует вероятность замерзания или создания липкого слоя на оборудовании, то для контроля уровня в этом случае можно использовать поплавковый датчик уровня на гибком кабеле. Датчик уровня такого типа представляет собой пластиковый цилиндр или сферу, внутри которой находится механический или герконовый переключатель и металлический шарик. Такой датчик уровня крепится за кабель на нужной глубине, и когда уровень жидкости достигает поплавка, то он переворачивается и металлический шарик внутри него активирует геркон или механический переключатель. Примером таких датчиков уровня можно назвать серию поплавковых датчиков уровня жидкости LFL, производства компании Pepprl+Fuchs.

Магнитострикционные датчики уровня

Существует еще один тип поплавковых датчиков уровня – это магнитострикционные датчики. Принцип их действия основан на измерении времени распространения ультразвукового импульса внутри металлического стержня, снабженного поплавком со встроенным магнитом. Это, пожалуй, самый точный тип датчика уровня. Типичная точность магнитострикционных датчиков составляет 10 мкм., и более.

Магнитострикционные датчики выпускаются например фирмами Balluff ( Micropulse ), MTS Sensors ( Temposonic и Level Plus), TR Electronic и другими. Еще одним отличием от традиционных датчиков уровня является то, что в магнитострикционных датчиках уровня в качестве штока, по которому перемещается поплавок, может быть использован гибкий трос. Тем самым измеряемая длина может составлять 12 и более метров, сохраняя при этом непревзойденную точность измерений.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

ДАТЧИКИ УРОВНЯ ВОДЫ

Для определения количества воды в емкости используют специальные устройства – датчики уровня. Компактные измерители широко применяются в автоматизации систем водоснабжения, а также в промышленном и бытовом оборудовании.

С их помощью можно отслеживать уровень любых жидкостей, существуют варианты, разработанные для сыпучих материалов.Конструктивно датчики уровня воды различаются в зависимости от области применения и требований к точности измерения.

Наибольшее распространение получили следующие типы измерителей:

  • поплавковый;
  • электронный;
  • герконовый.

Каждый из вариантов обладает определенными преимуществами, и может быть рекомендован к установке. Выбор конкретной модели зависит исключительно от предъявляемых требований к устройству, включая точность измерения, надежность, срок эксплуатации и устойчивость к внешним факторам.

Так поплавковые датчики считаются наиболее экономичным вариантом, обеспечивающим приемлемую точность измерения, и часто используются в быту. А современные электронные уровнемеры используются в сложных автоматических системах для отслеживания точных значений.

Стоит заметить, что электронные системы можно использовать для простых задач, но такой шаг неоправдан с экономической точки зрения.

ПОПЛАВКОВЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ВОДЫ

Поплавковый уровнемер – самый распространенный измеритель, популярность которого обусловлена предельно простой конструкцией и соответственно надежностью. Поплавковые измерители можно условно разделить на два варианта:

  • механические;
  • герконовые.

Второй вариант подразумевает использование выключателей с магнитоуправляемыми контактами, поэтому его устройство будет рассмотрено в отдельном разделе.

Самый простой механический поплавковый измеритель работает на определение предельного уровня воды. Измеритель устанавливается в определенной части емкости, и когда вода достигает поплавка, он всплывает и через специальный шток замыкает (размыкает контакты). Подобные устройства более известны под названием поплавковые выключатели.

Этот тип механических датчиков отличается достаточной надежностью и часто используется в простейших автоматизированных системах. Но его функциональность ограниченна конструкцией – датчик срабатывает только при предельном значении уровня воды.

Также выпускаются кабельные поплавковые датчики. В этой конструкции используется поплавок особой формы, который изменяет угол наклона в зависимости от уровня воды. Внутри поплавка устанавливается выключатель, который срабатывает при изменении угла. В большинстве случаев используются выключатели со стальным шариком, замыкающим контакты.

Отдельная категория – кабельные поплавковые измерители с ртутным выключателем, обеспечивающим высокую надежность. Для точного контроля иногда устанавливают несколько поплавковых датчиков с разной длиной кабеля.

Поплавковые измерители пользуются спросом во многих отраслях промышленности. Датчики используют для контроля уровня горюче смазочных материалов, охлаждающих жидкостей. В быту устройства обычно применяют для измерения уровня в скважинах и колодцах (защита насоса от «сухого» хода), а также для автономной канализации.

Одно из преимуществ этого типа уровнемера – простая установка и настройка. Некоторые модели разрабатываются специально для насосов и позволяют исключить использование дополнительных пусковых реле.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ВОДЫ

Электронные измерители изготавливаются на основе различных типов датчиков. Один из вариантов – емкостные датчики позволяющие фиксировать изменение уровня воды в режиме реального времени. Одно из преимуществ подобных устройств – отсутствие подвижных элементов, что положительно сказывается на надежности и сроке эксплуатации.

Для точности снимаемых показателей измеритель калибруют непосредственно перед установкой, учитывая свойства измеряемой жидкости. Емкостные измерители используют не только для контроля уровня воды, но и других жидких и сыпучих материалов.

При всех преимуществах емкостного датчика, стоит учитывать зависимость показателей от температуры, поэтому для точного измерения уровня воды с изменяемой температурой необходимо дополнительно устанавливать датчик температуры для корректировки получаемых значений.

Оптический электронный датчик уровня воды.

Второй востребованный вариант электронного измерителя уровня воды – оптический. Это устройство используется в качестве альтернативы поплавковым измерителям при высокой вероятности вибрации воды (что в механических системах приводит к искажению показателей). Оптические датчики используют для отслеживания предельных уровней воды. Принцип работы основан на изменении отражательной способности оптической системы при достижении водой определенного уровня.

Читайте также  Принцип работы регулятора давления воды в квартире

В качестве преимуществ подобных датчиков можно отметить отсутствие подвижных частей, и независимость от внешних факторов. Оптические уровнемеры используют на транспорте для контроля уровня охлаждающей жидкости, в бытовой технике (кофемашины). Часто устанавливаются для измерения предельного уровня воды в цистернах, которые перевозятся на автомобильном или железнодорожном транспорте (устойчивость к вибрациям).

В целом, электронные измерители лишены основных недостатков механических аналогов, и позволяют проводить измерения с высокой точностью. Единственно ограничение – более высокая цена и необходимость профессиональной установки и настройки.

ГЕРКОНОВЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ВОДЫ

Один из самых популярных типов датчика, представляющий собой усовершенствованный вариант поплавковых устройств с механическим переключателем. Герконовые уровнемеры отличаются низкой стоимостью, простой и надежной конструкцией, а также возможность отслеживать изменение уровня воды в широком диапазоне.

Существует несколько разновидностей герконовых датчиков. В простейшем варианте механический переключатель поплавкового датчика меняют на геркон, что несколько повышает надежность устройства (так устроены герконовые уровнемеры боковой установки). Но чаще используется схема с несколькими герконами и поплавком с магнитами.

В качестве примера можно рассмотреть одну из самых популярных конструкций. Датчик изготавливается в виде трубки, по которой свободно перемещается поплавок. Внутри трубки устанавливаются герконы, количество которых может варьироваться в зависимости от требований к дискретности измерения.

То есть чем больше уровней воды нужно отслеживать, тем большее количество герконов нужно установить.

При изменении уровня воды поплавок поднимается или опускается, вызывая встроенным магнитом срабатывание геркона, который подключен в управляющую цепь. В простейшем варианте используются один геркон, для сигнализации предельного уровня воды.

Корпус герконовых датчиков может изготавливаться из различных материалов, в бюджетном варианте используется пластик, более дорогие и прочные модели изготавливают из нержавеющих сплавов. Выбор материала в основном зависит от того, где будет устанавливаться датчик (требования к механической прочности и надежности).

Герконовые датчики – одни из самых распространенных, и часто используются в бытовых системах автономного водоснабжения. Простая конструкция позволяет изготовить датчик самостоятельно, при этом его надежность и точность измерения будет на достаточно высоком уровне. Герконовые измерители уровня можно использовать для различных жидкостей.

В частности эти устройства широко применяются для контроля уровня топлива на транспортных средствах, используются в химической и нефтегазовой промышленности.

Но стоит учитывать, что их технические характеристики часто превышают требования, предъявляемые к бытовым системам водоснабжения. Поэтому поплавковые и герконовые датчики – это оптимальный вариант, с доступной ценой и простой установкой.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Особенности поплавкового датчика уровня жидкости

И на производстве, и в быту используются разнообразные резервуары для жидкости. Для контроля их уровня наполнения используются разные по типу датчики, из которых самые простые и распространенные — это поплавковые датчики уровня жидкости. Как они устроены, какие бывают их разновидности и где их возможно использовать? В чем их преимущество перед датчиками других типов?

  • Конструкция и принцип действия
  • Механическая разновидность
  • Электрический тип
  • Особенности магнитной конструкции
  • Обзор достоинств и недостатков

Конструкция и принцип действия

Конструктивно датчик уровня поплавкового типа состоит из трех элементов:

  • поплавка;
  • системы передачи информации;
  • рабочего органа или индикатора.

Поплавок представляет собой герметичный пластиковый резервуар, заполненный воздухом. Его плотность намного ниже, чем плотность воды или другой жидкости. Поэтому он всегда остается на поверхности жидкой среды и является первичным элементом, определяющим ее уровень.

В роли системы передачи информации может выступать как механическая, так и электрическая или магнитная система. Она передает данные о степени наполнения резервуара в блок управления или управляет механической системой его наполнения.

Большинство поплавковых датчиков уровня жидкости передают информацию тем или иным образом на индикатор или в блок управления. Первые и самые простейшие датчики через механическую систему тяг и рычагов непосредственно открывали или закрывали поступление жидкости в резервуар.

Механическая разновидность

Исторически сложилось так, что такая разновидность появилась самой первой. Ее конструкция максимально простая:

  • поплавок находится на поверхности жидкости;
  • механическое соединение поплавка с клапаном или индикатором;
  • индикатор или капан.

При изменении уровня жидкости поплавок поднимается или опускается, механическое соединение перемещает указатель индикатора вне резервуара или воздействует на клапан, открывая или закрывая поступление жидкости. В быту такой датчик можно встретить в обычном сливном бачке унитаза. При нажатии кнопки слива уровень в бачке падает, поплавок опускается, а рычаг открывает игольчатый клапан. Вода поступает в бачок до тех пор, пока поплавок не поднимется и не закроет посредством рычага игольчатый клапан. Подобные устройства могут применяться и в других резервуарах, где напор при подаче жидкости сравнительно небольшой.

Электрический тип

Такой тип является наиболее точным и применяется в тех случаях, когда необходимо с максимальной точностью измерить уровень жидкости. Принцип работы заключается в следующем: поплавок перемещается вверх или вниз в специальной шахте по мере увеличения или уменьшения уровня жидкости, перемещение поплавка вызывает изменение положения специального токопроводящего ползунка по обмоткам реостата, на индикатор выводится «отредактированное» сопротивление в реостате.

Такой тип имеет свои достоинства и недостатки, которые и определяют сферу его применения. Чаще всего электрический тип встречается в поплавковых системах измерения уровня топлива в автомобильных баках. Изменение сопротивления в реостате передается на стрелочный индикатор на приборной панели.

Особенности магнитной конструкции

Отличительная черта магнитных поплавковых датчиков — это наличие герконовых контактов и постоянного магнита, встроенного в поплавок. При его перемещении магнитное поле замыкает или размыкает контакты в герметичной оболочке, которые передают сигнал на индикатор или в блок управления.

Существуют различные модификации этого типа датчиков, рассчитанных на разную среду и точность показаний (шаг размещения герконов). Чаще всего герконовые датчики поплавкового типа применяются в промышленных резервуарах, где требуется надежность и долговечность работы измерительной системы.

Обзор достоинств и недостатков

Преимущества механического подвида поплавкового датчика заключаются в простоте его конструкции и энергонезависимости при функционировании. Передача информации на индикатор или воздействие на открывающий и закрывающий клапан производится за счет силы Архимеда, действующей на поплавок при увеличении или уменьшении уровня воды в резервуаре. Недостатки такие: малая точность показаний и сравнительно малый срок службы из-за воздействия среды на механическую часть.

Электрический тип отличается большей точностью показаний, но и его срок службы имеет ограничение: при движении ползунка по обмоткам реостата происходит износ контакта. Через определенное время плотность прижатия контактной пары становится недостаточной, и показания измерительного элемента становятся неправильными.

Основное достоинство магнитных поплавковых датчиков — это их надежность и долговечность. Их используют для измерения уровня агрессивных жидкостей. Недостаток только один — дискретность показаний: датчик срабатывает через определенный промежуток увеличения или уменьшения уровня воды.

Поплавковые датчики уровня ОВЕН ПДУ

Датчики уровня поплавковые ПДУ предназначены для измерения и сигнализации уровней жидкостей.

Принцип действия поплавкового датчика основан на замыкании контакта геркона, находящегося внутри штока датчика постоянным магнитом, который находится в самом поплавке.

Госповерка: не требуется

  • Подробное описание
  • Модификации и цены
  • Документация и ПО

Принцип действия

Принцип действия поплавкового датчика основан на замыкании контакта геркона, находящегося внутри штока датчика постоянным магнитом, который находится в самом поплавке. Происходит это при перемещении поплавка вдоль штока (например, при наполнении резервуара с водой).

Датчик можно использовать как напрямую для защитного отключения исполнительного механизма (насоса, задвижки), так и для подключения к вторичным приборам, например к сигнализаторам уровня ОВЕН САУ-М2, САУ-М6, САУ-М7Е, САУ-МП, САУ-У, БКК1

Читайте также  Виды стали для ножей таблица

Примечание: конфигурацию поплавка (нормально открытый) можно изменить на нормально закрытый, сняв стопорное кольцо с датчика и перевернув поплавок.

Примеры применения

Поплавковые датчики уровня ОВЕН ПДУ могут использоваться для контроля уровня самых разных продуктов, например сточных вод, химически агрессивных жидкостей или пищевых продуктов. Поплавковые датчики уровня устойчивы к пене и пузырькам в жидкости и могут работать с вязкими жидкостями.

Следует помнить, что датчики уровня поплавкового типа не подходят для измерения липких и засыхающих жидкостей, жидкостей с механическими включениями, а также в случае замерзания жидкости.

Пример 1

Пример 2

Технические характеристики

Характеристика ПДУ — 1.1 ПДУ — 2.1 ПДУ — 2.2 ПДУ — 3.1 ПДУ — 3.2
Количество измеряемых уровней 1 1 2 1 2
Расположение оси крепежного отверстия датчика в резервуаре горизонтально вертикально
Положение контакта при осушении датчика (поплавок датчика расположен внизу по отношению к месту закрепления) нормально разомкнутый (можно менять на нормально замкнутый сняв поплавок со штока и перевернув его)
Материал нержавеющая сталь (12Х18Н10Т)
Плотность измеряемой среды не менее 0,70 г/см3 не менее 0,66 г/см3
Температура измеряемой среды -40. +105 °С
Давление измеряемой среды не более 1,5 МПа (15 кгс/см2) не более 4,1 МПа (40 кгс/см2)
Максимальная коммутируемая мощность 10 Вт 30 Вт
Максимальный коммутируемый ток 0,5 А 2 А
Максимальное коммутируемое напряжение постоянного тока 180 В 300 В
Количество срабатываний при напряжении коммутации =24 В, токе 0,25 А 1х10^6
Степень защиты рабочей части датчика IP 67
Длина кабельного вывода 0,2 м

Поплавковый датчик ПДУ-1.1

Монтаж: на стенку емкости;
Количество поплавков: 1;
Высота штока (см. L1 на чертеже): стандарт — 76 мм, под заказ — любая кратно 100 мм.

Габаритные размеры ПДУ-1.1:

Если Вас не устраивает стандартная высота штока (76 мм), вы можете заказать любую, кратную 100 мм (до 2000 мм).

Пример обозначения для стандартной высоты штока (L1=76 мм): ПДУ-1.1

Пример обозначения для заказной высоты (L1=500 мм): ПДУ-1.1.500

Поплавковый датчик ПДУ-2.1

Монтаж: на крышку емкости;
Количество поплавков: 1;
Высота штока (см. L1 на чертеже): стандарт — 40 мм, под заказ — любая кратно 100 мм (до 2000 мм).

Габаритные размеры ПДУ-2.1:

Пример обозначения для стандартной высоты штока (L1=40): ПДУ-2.1

Пример обозначения для заказной высоты (L1=1600 мм): ПДУ-2.1.1600

Поплавковый датчик ПДУ-2.2

Монтаж: на крышку емкости;
Количество поплавков: 2;
Высота штока (см. L1, L2 на чертеже): кратно 100 мм (до 2000 мм).

Габаритные размеры ПДУ-2.2:

Обозначение при заказе: ПДУ-2.2.L1.L2. Вместо L1 и L2 указыется расстояние в мм (см чертеж). Причем L1>L2.

Пример обозначения: ПДУ-2.2.1600.100

Поплавковый датчик ПДУ-3.1

Монтаж: на крышку емкости;
Количество поплавков: 1;
Высота штока (см. L1 на чертеже): стандарт — 85 мм, под заказ — любая кратно 100 мм (до 2000 мм).

Габаритные размеры ПДУ-3.1:

Пример обозначения для стандартной высоты штока (L1=85): ПДУ-3.1

Пример обозначения для заказной высоты (L1=1200 мм): ПДУ-3.1.1200

Поплавковый датчик ПДУ-3.2

Монтаж: на крышку емкости;
Количество поплавков: 2;
Высота штока (см. L1, L2 на чертеже): кратно 100 мм (до 2000 мм).

Габаритные размеры ПДУ-3.2:

Обозначение при заказе: ПДУ-3.2.L1.L2. Вместо L1 и L2 указыется расстояние в мм (см чертеж). Причем L1>L2.

Пример обозначения: ПДУ-3.2.900.200

Датчики уровня

Принцип работы

Механические и магнитные поплавковые уровнемеры

Принцип действия основан на замыкании поплавком контактов, расположенных на различных уровнях направляющего стержня. В магнитных поплавковых уровнемерах используются герконы, а в механических – микровыключатели.

Преимущества

  • просто
  • дёшево.

Недостатки

  • контактный метод, при выборе поплавка необходимо учитывать: химическую совместимость со средой, плавучесть, вязкость, плотность и температуру
  • не подходит для измерения уровня очень вязкой жидкости, шлама
  • а также жидкости, которая прилипает к поплавку и стержню
  • или содержит металлические кусочки, которые могут вызвать ложные срабатывания магнитных выключателей.

Магнитострикционные уровнемеры

Это поплавковые уровнемеры непрерывного действия, в которых используются магнитострикционный эффект. Поплавок с постоянным магнитом внутри перемещается вдоль направляющего стержня, в котором натянута проволока из магнитострикционного материала (волновод). В волновод подаются токовые импульсы. В месте расположения магнита (поплавка) при взаимодействии магнитного поля с током, возникают импульсы продольной деформации, которые регистрируются пьезоэлементом вверху стержня. Время прохождения импульса пропорционально расстоянию до поверхности.

Буйковые уровнемеры

На частично погружённый в жидкость буёк действует выталкивающая сила Архимеда, пропорциональная глубине погружения.

Ультразвуковые уровнемеры (Ultrasonic)

Принцип действия ультразвуковых уровнемеров основан на измерении времени распространения звуковой волны высокой частоты (20-200 кГц) от антенны уровнемера до поверхности жидкости и обратно.

Ультразвуковые уровнемеры подходят для измерения уровня вязких жидкостей и сыпучих материалов.

Недостатки

  • звуковой сигнал не может распространяться в вакууме
  • на показания оказывают влияние: температура, влажность, давление, турбулентность, пена, пар, изменение концентрации жидкости.

Микроволновые радарные уровнемеры (Radar)

Принцип действия радарных уровнемеров основан на измерении времени распространения электромагнитной волны (радиоволны) сверхвысокой частоты (1-30 ГГц) от антенны уровнемера до поверхности жидкости и обратно.

Радары подходят для использования во влажной, туманной и пыльной среде, а также при переменной температуре.

Импульсный метод – измерение времени прохождения импульса до поверхности и обратно – очень сложно реализовать, т.к. это время измеряется в наносекундах.

Более распространён способ непрерывного линейного частотного модулирования радиосигнала — FMCW (Frequency Modulated Continuous-Wave). При этом способе излученный и отражённый сигналы смешиваются, и образуется сигнал, частота которого равна разности частот этих сигналов. Эта разность пропорциональна расстоянию от антенны до поверхности.

Преимущества

  • радиоволны могут распространяться и в вакууме, на них не влияет температура, давление, влажность и пыль.

Недостатки

  • электромагнитные волны поглощаются (не отражаются) диэлектриками (пластмасса, стекло, бумага и т.д.)
  • высокая цена (чем выше частота, тем точнее измерения и тем дороже).

Гидростатическое измерение уровня

Используется зависимость давления столба жидкости от уровня. Давление столба жидкости измеряется с помощью дифференциальных датчиков давления — один датчик измеряет давление на дне резервуара, а другой – давление над поверхностью жидкости.

Емкостные уровнемеры (Capacitance)

В резервуар опускается конденсатор, представляющий собой длинную трубку с металлическим стержнем внутри. Вместе с резервуаром заполняется и трубка — из-за разной диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха ёмкость конденсатора изменяется пропорционально уровню.

В качестве опорного электрода (внешних обкладок конденсатора) могут использоваться стенки резервуара.

Кондуктометрические сигнализаторы уровня

Используются для контроля уровня в проводящих жидкостях. В резервуар опускается пара электродов, и как только уровень повышается так, что электроды оказываются погружёнными в жидкость – уменьшается сопротивление между электродами и срабатывает выключатель. Для контроля нескольких уровней используются несколько пар электродов разной длины.

Вибрационные сигнализаторы уровня (Vibrating Switch)

Применяются для сигнализации уровня жидких и сыпучих веществ. Используется эффект камертона – в резонаторе, имеющем форму вилки, пьезоэлектрическим способом возбуждаются механические резонансные колебания, которые затухают и гасятся при погружении резонатора в сыпучее вещество.

Как выбрать

Измеряемая среда

  • Измеряемая среда (жидкость, шлам, ил, сыпучее и т.п.)
  • Диапазон рабочих температур измеряемой среды
  • Давление измеряемой среды
  • Электрическая проводимость
  • Плотность
  • Вязкость
  • Диэлектрическая проницаемость
  • Прилипает к зонду
  • Содержит металлические включения
  • Есть пена на поверхности.

Окружающая среда

  • Температура окружающей среды
  • Влажность
  • Наличие агрессивных сред
  • Взрывоопасная зона.

Технология

  • Хранение
    • жидкости
    • сыпучего вещества
  • Сепарация (определение уровня разделения несмешивающихся жидкостей)
  • Процесс (перемешивание, нагрев)
  • Реактор (химический процесс)
  • Измерение уровня
    • Непрерывное
    • Дискретное (сигнализация уровня), количество уровней
  • Способ измерения уровня
    • Контактный:
      • поплавковый
      • буйковый
      • емкостной
      • гидростатический
    • Бесконтактный:
      • радарный
      • ультразвуковой
      • радиоактивный
  • Конструкция резервуара
    • Наличие оборудования в ёмкости (циркуляционный насос, мешалка, нагреватель и т.п.)
    • Размеры
    • Материал
    • Верх (открытый, форма крышки)
    • Форма дна
    • Расположение входных и выходных труб
    • Место установки датчика, присоединение (фланцевое, врезное).

    Измерение

    • Диапазон измерения уровня
    • Погрешность измерения.

    Преобразователь

    • Питание
    • Индикатор
    • Место установки
    • Кабельный ввод
    • Выходной сигнал:
      • Токовый 4..20 мА
      • Релейный выход
      • Полевая шина:
        • HART
        • PROFIBUS PA
        • Foundation Fieldbus.

    Датчик уровня жидкости: устройство, принцип действия, разновидности

    Технологические процессы в современном мире требуют частых замеров объема топливных материалов, заполнения водой и другими жидкими веществами. Для осуществления контроля за наполнением любой емкости жидкостью в автоматическом режиме применяется датчик уровня жидкости. В данной статье мы рассмотрим основные виды и принцип разделения уровнемеров.

    Устройство и принцип действия

    На сегодняшний день существует огромное количество датчиков уровня жидкости, которые отличаются как конструкцией, так и способом выполнения замера. В виду чего рассмотрим устройство на примере наиболее простой поплавковой модели уровнемера. Конструктивно поплавковый датчик уровня жидкости состоит из следующих компонентов:

    Рис. 1. Устройство датчика уровня жидкости

    • поплавок 1 – предназначен для взаимодействия с поверхностью жидкости;
    • сильфон 2 – представляет собой чувствительный гофрированный элемент, способный сохранять свои свойства при многократных механических деформациях;
    • фланец 3 – используется для соединения с монтажной поверхностью, позволяет увеличить плотность крепления
    • микропереключатель 4 – срабатывает от перемещения поплавка в геометрической плоскости, для предотвращения взаимодействия с влагой помещается в герметичный корпус.
    • прокладка 5 – используется для герметизации отверстия, предотвращает протекание жидкости из емкости.

    Принцип действия такого датчика основывается на архимедовой силе любой жидкости.

    Рис. 2. Принцип действия датчика уровня жидкости

    При помещении датчика в емкость с жидкостью происходит взаимодействие поплавка с поверхностью. За счет архимедовой силы поплавок выталкивается наружу и находится в том же положении, что и уровень.

    При среднем положении жидкости 1 поплавок останется в нейтральном положении, сигнал от переключателя не поступает на пульт управления или панель сигнализации. В случае наполнения резервуара до позиции 2 поплавок поднимется выше и переведет микропереключатель в соответствующее положение. Если жидкость в резервуаре опустится ниже номинального уровня, поплавок переместится в нижнюю позицию 3 и переведет контакты микропереключателя. Каждый раз на выходе датчика будет появляться соответствующий сигнал о степени наполнения, однако принцип действия будет отличаться в зависимости от типа устройства.

    Разновидности по типу

    Существует широкий спектр критериев, по которым можно разделить датчики уровня. Начиная от принципа действия и, заканчивая, способом передачи сигнала. Однако все сенсоры условно можно подразделить на две большие группы – контактные и бесконтактные.

    Контактные

    Под контактным датчиком следует подразумевать такое устройство, которому для функционирования требуется физический контакт с измеряемой поверхностью. Как правило, такие датчики применяются в условиях воздействия факторов, которые существенно усложняют измерения – высокая температура или давление. Также их массово используют для работы с пенящимися жидкостями, где верхний слой может вносить ощутимую погрешность при измерениях другими методами. Все контактные приспособления можно разделить на такие виды по принципу действия:

    • Емкостные – состоят из двух пластин, погружаемых в жидкость. Измерения производятся по принципу конденсатора, у которого емкость будет изменяться в зависимости от высоты заполнения жидкостью пространства между обкладками конденсатора. Часто применяются для емкостей с небольшим объемом жидкости. Отличаются невысокой точностью замеров, но работают без подвижных частей, что существенно повышает их надежность.

    Рис. 3. Емкостной датчик

    • Гидростатические – основывается на законе Паскаля. Осуществляет измерение разности гидростатического давления в резервуаре, которое зависит исключительно от высоты столба жидкости. Обладают хорошей точностью, но могут применяться только в тех емкостях, где величина давления соизмерима с атмосферным. Они не подходят для жидкостей с переменной плотностью.

    Рис. 4. Гидростатический датчик

    • Байпасные – используют принцип сообщающихся сосудов, в таких датчиках информация об уровне измеряемой жидкости отображается наиболее наглядно. При изменении высоты столба в основном резервуаре датчик отобразит эти данные на собственном уровнемере. Однако такие модели не используются в условиях более +250°С и в средах, повышающих собственную вязкость со снижением температуры.
    • Магнитные – являются подвидом поплавковых датчиков, так как уровень жидкости измеряется поплавком, перемещающимся по герметично запаянной трубке. Внутри трубки располагается геркон, срабатывающий в случае приближения или удаления поплавка с магнитом.
    • Рефлексные микроволновые – принцип действия таких датчиков основывается на технологии рефлектометрии в зависимости от временного промежутка. Направленный волновой излучатель посылает сигнал, а сенсор воспринимает скорость возвращения импульса.

    Рис. 5. Рефлексный микроволновой датчик уровня жидкости

    Основным недостатком этих моделей является необходимость погружения устройства по всей глубине, что не всегда удобно для больших резервуаров. Но, в отличии от других датчиков уровня жидкости, рефлексные модели не зависят от наличия или отсутствия пены, твердых частиц, плавающих в толще или на поверхности, диэлектрической проницаемости.

    Бесконтактные

    Бесконтактные датчики представляют собой такие устройства, которым для функционирования не требуется осуществлять физический контакт с измеряемой поверхностью. Такие устройства применяются в агрессивных жидких средах, где возможен быстрый износ элементов сенсора из-за влияния активных компонентов. Также их устанавливают в тягучие жидкости и среды с большой вязкостью. Все бесконтактные датчики условно подразделяют на такие категории:

    • Ультразвуковые — являются одним из наиболее распространенных типов бесконтактных датчиков уровня жидкости. Принцип действия основывается на способности жидкости отражать ультразвуковой спектр излучения. Генератор ультразвука, неслышимого для человеческого уха, посылает сигнал от верхней точки к линии раздела сред. При столкновении с жидкостью сигнал отражается и возвращается к датчику, где он воспринимается сенсором. В зависимости от времени перемещения ультразвука делается заключение об уровне в резервуаре.
    • Радарные микроволновые – аналогичен предыдущему варианту, за исключением того, что в качестве объекта измерения выступает не ультразвук, а микроволны.

    Рис. 6. Радарный микроволновой датчик уровня жидкости

    Существенным недостатком датчиков радарного типа является восприимчивость к газовым подушкам, которые могут скапливаться над поверхностью жидкости.

    • Радиоизотопные – используют гамма излучение для контроля уровня жидкости, частицы направляются в контролируемый резервуар.

    Рис. 7. Радиоизотопный датчик

    В связи с опасностью воздействия на живые организмы является самым дорогим и наименее распространенным вариантом. При его использовании обязательно обеспечиваются дополнительные меры безопасности для обслуживающего персонала.

    Разновидности по функционалу

    Помимо отличий в отношении принципа взаимодействия с измеряемой средой и принципа действия датчики уровня жидкости могут отличаться и по способу передачи сигнала. Все устройства касательно принципа сигнализации об изменении положения уровня подразделяют на уровнемеры и сигнализаторы.

    Уровнемеры.

    Под уровнемерами подразумеваются такие приборы, которые осуществляют постоянный контроль за текущим положением верхней кромки измеряемой среды. В виду чего они постоянно передают сигнал о проведенных измерениях или выдают данные по шкале. В зависимости от способа отображения информации они бывают цифровыми и аналоговыми.

    Сигнализаторы.

    Сигнализаторы, в отличии от уровнемеров, не производят постоянный контроль уровня жидкости, а срабатывают исключительно при достижении определенного порогового значения. В таких устройствах жидкость, опускаясь или поднимаясь, перемещает чувствительный элемент. Который в определенной позиции производит срабатывание реле, переключателя или микроконтроллера.

    Какой выбрать?

    При выборе конкретной модели датчика уровня следует обратить внимание на следующие характеристики:

    • Тип переключателя – различают твердотельные и электромеханические. Первый тип не имеет подвижных элементов и не подвержен изнашиванию. Второй, наоборот, оснащается подвижными контактами, чувствительными элементами и т.д.
    • Логика работы – различают датчики уровня с нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми контактами. Тот или иной тип выбирается в зависимости от схемы включения и поставленных задач контроля уровня.
    • Количество полюсов и позиций – встречаются как однополюсные и двухполюсные датчики уровня, так и однопозиционные или двухпозиционные.

    Рис. 8. Однополюсные, двухполюсные, однопозиционные, двухпозиционные

    • Диапазон измерений – определяет допустимые пределы уровня, которые может зафиксировать датчик.